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PRO CEDE DE SOUFFLAGE DE IA FONTE
L'invention concerne un procédé pour le soufflage de la fonte au convertisseur ou dans tout autre bassin approprié, avec soufflage d'oxygène ou d'un autre gaz ou mélange de gaz oxydante d'en haut,,contre la surfacé(du bain, la quantité de chaleur requise pour le procédé étant produite par la réaction des gaz avec le bain daciero Les procédés de ce genressont connus en soi et permettent d'exécuter le soufflage même là où le procédé Bessemer ou Thomas habituel est inapplicable faute de conditions propices, c'est-à- dire là où le soufflage he peut pas se faire d'en bas à travers la fonte, au moyen d'un fond perforée Tous les procédés connus,
dans lesquels de l'oxy- gène ou d'autresgaz ou mélanges de gaz oxydants sont soufflés d'en haut con- tre la surface du bain visent à réaliser un mélange aussi intime que possible de 1?oxygène avec le bain, afin de réaliser le processus de production d'a- cier en un temps minimum., A cette fin, on a déjà proposé de diriger le jet de soufflage contre la surface du bain avec une énergie telle que ce jet pé- nètre profondément dans le bain à la manière d'un corps solideo Par consé- quent, dans ces procédés connus, où le jet de soufflage est dirigé contre la surface du bain, il se produit, en raison de l'excès d'oxygène, une suroxy- dation du bain, laquelle détermine des défauts en ce qui concerne la qualité de 1'acier produit,
défauts qui ne peuvent être éliminés que par des mesures supplémentaires.
L'invention vise à éviter un tel excès d'oxygène par une limita- tion voulue de l'énergie du jet frappant la surface du bain; elle consiste essentiellement en ce que la pression spécifique du jet de soufflage, sexer- gant sur une surface dont-la distance de la tuyère correspond à la distance entre celle-ci et la surface du bain, est inférieureà 0,75 kg/cm2, de pré- férence inférieure à 0,5 kg/cm2.
L'invention part de la constatation que, pour assurer une marche parfaite de la réaction, il n'est nullement nécessai- re de diriger le jet dessoufflage contre le bain avec une énergie cinétique telle qu'il pénètre dans le bain, mais que, pour permettre la réaction de l'oxygène avec le métal, il suffit de faire agir le jet sur la surface nue
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du métal du baino Lorsque il est nécessaire cue la couche de scories recou- vrant la surface du métal soit écartée de la zone de réaction par le jet lui-même, l'accomplissement de cette fonction détermine la limite inférieu- re de l'énergie du jet d'oxygène.
La limite supérieuredle cette énergie est d'autre part déterminée par le fait que le jet ne doit pas pénétrer dans le bain de métal, ou du moins pas à une profondeur appréciable, car les essais récents ont démontré qu'une pénétration du jet de soufflage dans le bain in- fluence défavorablement la qualité de l'acier produit vu l'excès d'oxygène.
Par conséquent et selon l'invention, la vitesse du rayon frappant la surface du bain sera déterminée approximativement en fonction de la ra- pidité avec laquelle l'oxygène réagit avec le bain, de sorte que la réaction disposera de toute la quantité d'oxygène requise, tout en évitant un excès d'oxygène. On a constaté que ces conditions sont réalisées lorsque la pres- sion spécifique du jet de soufflage, s'exerçant sur la surface du bain, est inférieure à 0,75 kg/cm2, mais de préférence inférieure à 0,5 kg/cm2. La conduite de l'opération de soufflage selon l'invention rend généralement su- perflu un traitement ultérieur du bain en vue de l'amélioration de la quali- té, d'où économie de dépenses et de temps.
L'action du jet sur la surface du bain est déterminée par la forme de ce jet, la distance entre la tuyère et la surface du bain et la vitesse de sortie de ce jet de la tuyère. En donnant à la tuyère de soufflage la forme d'une tuyère de détente, on peut augmenter la vitesse du jet notablement au-delà de la vitesse du son ; dant, ceci n'est nullement nécessaire, ni même désirable, pour le procédé selon l'invention. D'ailleurs, on atteint le plus souvent la vitesse du son sans donner une forme particulière à la tuyère.
Selon l'invention, le jet peut être dirigé contre la surface du bain sous la forme d'un cône dont le diamètre, au niveau de la surface du bain au repos représente au moins le triple, mais avantageusement au moins le quintuple, du diamètre libre de la tuyère.
Lorsque les diamètres sont dans un tel rapport entr'eux, on réa- lise la condition, à savoir, que le jet de soufflage réagit avec le bain, sans pénétrer notablement dans celui-ci.
Toutefois, la limitation de l'énergie du jet frappant la surface du bain peut aussi être obtenue en augmentant la distance entre la tuyère et cette surface. Selon l'invention, la tuyère peut être disposée de telle fa- çon que son débouché soit distant de la surface du bain au repos d'au moins 150 mm.., mais de préférence de plus de 250 mm. Cette disposition permet de souffler avec une plus grande vitesse ,,sans dépasser la pression spécifique sur la surface du bain, limitée à 0,75 kg./cm2 ou à 0,5 kg/cm2. Par consé- quent, on peut, tout en maintenant le même débit par unité deetmps, réduite la section de passage de la tuyère, de sorte que le refroidissement de la @ tuyère pourra se faire avec des quantités d'eau moindres.
On obtient ainsi d'une part un refroidissement plus facile de la tuyère grâce à la réduction de la quantité d'eau requise, et d'autre part, et vu la distance accrue entre la tuyère et¯la surface du bain, une réduction de la puissance frigorifique nécessaire, cependant que l'usure de la tuyère est notablement réduite en : raison de son plus grand éloignement de la surface du bain.
Les essais ont permis de constater que, çontrairement à ce que l'on supposait à ce jour, le garnissage du convertisseur ne subit pas une détérioration excessive au-des- sus de la surface du bain, même lorsque la tuyère est ainsi placée à une dis- tance plus élevée de cette surface, cependant qu'une action parfaitement suf- fisante du jet de soufflage sur la surface du bain apparaît comme certaine, sans que l'on doive compter avec des pertes importantes de gaz oxydant.
Comme l'oxygène a une très grande affinité pour le fer, l'entrée en contact de l'oxygène avec le bain détermine une combinaison rapide de l'oxygène avec le fer et ses éléments d'accompagnement, de façon à former des oxydes, d'où échauffement intense du bain. Le FeO ainsi formé réagit avec le carbone, en donnant lieu à la formation de CO, laquelle amène un bouillon- nement énergique du bain, de sorte que, dans la suite, le courant d'oxygène rencontre une émulsion de constituants du bain et des scories, de telle façon que les réactidns serépartissent sur une grande superficie de fer et s'effec-
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tue donc rapidement.
Vu la grande surface qu'elle représente, cette émulsion permet une marche rapide du procédé, bien que le jet de soufflage ne pénètre pas dans le bain de métalo
En raison de la grande affinité de l'oxygène pour le fer et ses substances d'accompagnement, contenus dans la fonte, le jet de soufflage orienté selon l'invention se trouve consommé, avant de pouvoir pénétrer dans le bain de métal, par le fait qu'il accomplit son travail d'oxydation, cepen- dant que la formation d'oxydes donne lieu à un développement de températures locales extrêmements élevées. Les réactions qui se produisent à ces tempéra- tures élevées n'ont pas encore été complètement éclaircies d'une manière scientifique.
Les essais ont démontré aucune combustion du fer,avec forma- tion de FeO, a lieu au début du soufflage.
L9émulsion ne se forme pas au début du soufflage, ce qui peut être démontré par le fait que le niveau du bain ne s'élève pas au débuto Cette émulsion ne se forme que lorsque la combustion du carbone s9amorce avec l'élévation de la température et que, de ce fait, l'ensemble du proces- sus commence seulement à prendre son allure rapide et foudroyante.
Il en ressort qu'un excès d'oxygène ne produit principalement un effet nuisible que dans la suite et dans les phases finales de l'opération de soufflage, étant donné que, d'une part, c'est alors seulement que la surface du bain s'offrant à l'action de l'oxygène s'agrandit par la formation de l'émulsion et que, d'autre part, une suroxydation, qui n'aura été qu'initiale, du bain, peut être compensée dans la plus grande mesure possible, au cours de la mar- che ultérieure du soufflageo Par conséquence, et suivant l'invention, la réaction entre 1?oxygène du jet de soufflage et le bain peut, le cas échéant, être amorcée d'une façon intense, 1?énergie du ou des jets de soufflage étant seulement réduite dans la suite, cela de telle manière que la pression spé- cifique exercée par le jet sur la surface du bain soit inférieure à 0,
75 kg/ cm2 ou inférieure à 0,5 kg/cm2.
Toutefois, et outjours suivant linvention, un amorçage aussi intense de la réaction peut être réalisé d'une manière plus simple et plus efficace par 1?insufflation dans le bain, au début de 1?opération, de gaz, notamment de gaz oxydant, tels que 1?oxygène par exemple, à travers un ori- fice débouchant au-desous de la surface du bain, avantageusement à travers un tube d'acier plongeant dans le bain.
On a constaté que la réaction pro- voquée par un jet de soufflage qui frappe la surface du bain avec une énergie peu élevée, peut être influencée défavorablement ou retardée au début de l'o- pération par une couche encore insuffisamment liquide de scorifiants, tels que par exemple la chaux, les battitures, des fondants, etc..,, ¯'Lorsque dans ce cas, on insuffle des gaz au-dessous de la surface du bain au début de l'o- pération, il en résulte que, d9une part, la couche de scories sé trouve rom- pue d'en bas mécaniquement par le courant de gaz et que, d9autre part, et lorsque il est fait usage de gaz oxydant, le bain s'échauffe.
Selon l'inven- tion, l'insufflation des gaz dans le bain .peut être poursuivie au moins jus- qu'à la rupture de la couche de scories et la mise à jour de portions de la surface du baino Pour obtenir-ce résultat; il n'est pas absolument nécessai- re d'insuffler des gaz oxydants au-dessous de la surface du bain, la rupture mécanique de la couche de scories pouvant s'effectuer. aussi à l'aide de gaz qui ne réagissent pas avec le bain. Toutefois, il sera avantageux d'insuf- fler dans le bain, sous la surface de celui-ci, des gaz oxydants qui amorcent dès le début une réaction intense de l'oxygène avec le bain et de poursuivre le soufflage jusqu'à ce que les scories se soient liquéfiées au point que le jet de soufflage dirigé contre le bain d'en haut puisse atteindre la@surface métallique du bain.
Comme, dans ce cas, ces gaz oxydants ne sont insufflés dans le bain, sous la surface de celui-ci, qu9au début de 1?opération, une suroxydation du bain qui se produirait éventuellement à ce moment, n'aurait pas un effet défavorable dans la suiteo Une telle suroxydation initiale peut être largement compensée au cours de la marche ultérieure du procédé. Grâce à la rupture mécanique de la couche de scories, rupture qui assure le début de la réaction et, plus spécialement, grâce à un amorçage intense et non en- travé par la viscosité élevée des scories de cette réaction, on peut réduire la durée de l'opération, en diminuant ainsi la consommation d'oxygène, ce
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qui rend le procédé plus économique.
Dans ce cas, on paît, au début de l'o- pération, supprimer le soufflage par en haut et ne faire intervenir que les gaz oxydants insufflés au-dessous de la surface du bain ou bien, l'action du jet de gaz soufflé sur la surface du bain dès le début de l'opération peut être soutenue par l'insufflation des gaz oxydants dans le bain. Dans ce cas, et dès que la couche de scories a atteint la fluidité requise, au point qu'el- le ne gêne plus la réaction entre le jet soufflé d'en haut et le bain, on in- interrompt l'Insufflation dans la masse de toute façon. L'amorçage de la réac- tion et l'importance de celle-ci sont alors signalés par la fumée qui s'en dégage.
Il suffit d'amorcer la réaction pendant quelques minutes seulement, au début de la conversion, par l'insufflation des gaz oxydants, dans le bain et de ne travailler ensuite qu'avec le jet de gaz soufflé d'en haut sur la surface du bain. On a constaté qu'il était avantageux d'insuffler les gaz oxydants dans le bain pendant le premier tiers environ seulement, voire, de préférence, pendant le premier cinquième seulement, de la durée totale de la conversion.
Lorsque les gaz oxydants sont insufflés au début de l'opération à l'aide d'un tube d'acier plongeant dans le bain d'en haut, on retire ce tu- be du bain à la fin de l'insufflation, c'est à dire aussitôt qu'un contact direct peut s'établir entre le jet de gaz soufflé d'en haut et la bain.
L'inconvénient qui accompagne généralement l'emploi de tels tubes plongeants et qui réside dans une destruction des tubes par la chaleur élevée du bain en fusion, ainsi que dans la perte de temps que constitue le remplacement du tube brûlé, n'entre pas ici en ligne de compte, vu que le tube n'est plon- gé dans le bain que pendant un temps très court. Par contre, un tel tube plongeant offre des avantages considérables du point de vue de la construc- tion, étant donné qu'il peut être employé indépendamment de la forme du con- vertisseur ou de tout autre bassin.
REVENDICATIONS.
1..,- Procédé de soufflage de la fonte, dans lequel de l'oxygène ou d'autres gaz qu mélanges de gaz oxydants sont soufflés d'en haut sur la surface du bain, caractérisé en ce que la pression spécifique du jet de soufflage, s'exerçant sur une surface dont la distance de la tuyère de souf- flage correspond à la distance entre celle-ci et la surface du bain, est main- tenue inférieure à 0,75 kg/cm2, de préférence inférieure à 0,5 kg/cm2.
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CAST IRON BLOWING PRO CEDE
The invention relates to a method for blowing cast iron in the converter or in any other suitable basin, with blowing oxygen or another gas or oxidizing gas mixture from above, against the surface (of the bath, the quantity of heat required for the process being produced by the reaction of the gases with the steel bath The processes of this type are known per se and allow the blowing to be carried out even where the usual Bessemer or Thomas process is inapplicable for lack of favorable conditions, that is to say where the blowing he cannot be done from below through the cast iron, by means of a perforated bottom All known methods,
in which oxygen or other gases or oxidizing gas mixtures are blown from above against the surface of the bath are intended to achieve as intimate a mixture as possible of oxygen with the bath, in order to achieve the process of producing steel in a minimum time. To this end, it has already been proposed to direct the blowing jet against the surface of the bath with an energy such that this jet penetrates deeply into the bath at the bath. manner of a solid body. Therefore, in those known processes, where the blowing jet is directed against the surface of the bath, due to the excess oxygen there is overoxidation of the bath, which determines defects in the quality of the steel produced,
faults which can only be eliminated by additional measures.
The invention aims to avoid such an excess of oxygen by a desired limitation of the energy of the jet striking the surface of the bath; it consists essentially in that the specific pressure of the blowing jet, emerging on a surface of which the distance from the nozzle corresponds to the distance between the latter and the surface of the bath, is less than 0.75 kg / cm2, preferably less than 0.5 kg / cm2.
The invention starts from the observation that, in order to ensure that the reaction proceeds perfectly, it is by no means necessary to direct the blowing jet against the bath with a kinetic energy such that it penetrates into the bath, but that, to allow the reaction of oxygen with the metal, it suffices to make the jet act on the bare surface
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of the metal of the baino When it is necessary that the slag layer covering the surface of the metal be removed from the reaction zone by the jet itself, the accomplishment of this function determines the lower limit of the energy of the oxygen jet.
The upper limit of this energy is also determined by the fact that the jet must not penetrate into the metal bath, or at least not to an appreciable depth, because recent tests have shown that penetration of the blowing jet in the bath adversely influences the quality of the steel produced due to the excess oxygen.
Therefore and according to the invention, the speed of the ray striking the surface of the bath will be determined approximately according to the speed with which the oxygen reacts with the bath, so that the reaction will dispose of the full quantity of oxygen. required, while avoiding excess oxygen. It has been found that these conditions are achieved when the specific pressure of the blowing jet exerted on the surface of the bath is less than 0.75 kg / cm2, but preferably less than 0.5 kg / cm2. Carrying out the blowing operation according to the invention generally makes subsequent treatment of the bath superfluous with a view to improving the quality, thereby saving costs and time.
The action of the jet on the surface of the bath is determined by the shape of this jet, the distance between the nozzle and the surface of the bath and the speed at which this jet leaves the nozzle. By giving the blowing nozzle the shape of an expansion nozzle, the speed of the jet can be increased significantly beyond the speed of sound; However, this is not at all necessary, or even desirable, for the process according to the invention. Moreover, the speed of sound is most often reached without giving a particular shape to the nozzle.
According to the invention, the jet can be directed against the surface of the bath in the form of a cone, the diameter of which, at the level of the surface of the bath at rest is at least three times, but advantageously at least five times, of the diameter. free from the nozzle.
When the diameters are in such a ratio with each other, the condition is met, namely, that the blowing jet reacts with the bath, without substantially penetrating therein.
However, limiting the energy of the jet hitting the surface of the bath can also be obtained by increasing the distance between the nozzle and this surface. According to the invention, the nozzle can be arranged such that its outlet is distant from the surface of the bath at rest by at least 150 mm .., but preferably by more than 250 mm. This arrangement makes it possible to blow at a greater speed, without exceeding the specific pressure on the surface of the bath, limited to 0.75 kg./cm2 or to 0.5 kg / cm2. Consequently, it is possible, while maintaining the same flow rate per unit deetmps, to reduce the passage section of the nozzle, so that the cooling of the nozzle can be effected with smaller quantities of water.
This gives, on the one hand, easier cooling of the nozzle thanks to the reduction in the quantity of water required, and on the other hand, and given the increased distance between the nozzle and the surface of the bath, a reduction of cooling capacity required, while the wear of the nozzle is significantly reduced due to: its greater distance from the surface of the bath.
Tests have shown that, contrary to what has been assumed to date, the converter lining does not suffer excessive deterioration above the bath surface, even when the nozzle is thus placed at a height. A greater distance from this surface, however, that a perfectly sufficient action of the blowing jet on the surface of the bath appears to be certain, without one having to reckon with significant losses of oxidizing gas.
As oxygen has a very high affinity for iron, the entry into contact of oxygen with the bath determines a rapid combination of oxygen with iron and its accompanying elements, so as to form oxides, hence intense heating of the bath. The FeO thus formed reacts with the carbon, giving rise to the formation of CO, which causes the bath to boil vigorously, so that the oxygen stream subsequently encounters an emulsion of constituents of the bath and slag, so that the reactants spread over a large area of the iron and
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therefore kills quickly.
Given the large surface it represents, this emulsion allows the process to run quickly, although the blowing jet does not penetrate into the metal bath.
Due to the great affinity of oxygen for iron and its accompanying substances, contained in the cast iron, the oriented blowing jet according to the invention is consumed, before it can penetrate into the metal bath, by the causes it to perform its work of oxidation, however the formation of oxides gives rise to the development of extremely high local temperatures. The reactions which occur at these elevated temperatures have not yet been fully elucidated in a scientific way.
Tests have shown that no combustion of iron, with formation of FeO, takes place at the start of blowing.
The emulsion does not form at the start of blowing, which can be demonstrated by the fact that the level of the bath does not rise at the start. This emulsion only forms when the combustion of carbon begins with the rise in temperature and that, as a result, the whole process is only beginning to take on its rapid and overwhelming pace.
It appears that an excess of oxygen only produces a harmful effect mainly afterwards and in the final stages of the blowing operation, given that, on the one hand, it is only then that the surface of the bath offered to the action of oxygen is enlarged by the formation of the emulsion and that, on the other hand, an overoxidation, which will have been only initial, of the bath, can be compensated in the as far as possible, during the subsequent operation of the blowing. Consequently, and according to the invention, the reaction between the oxygen of the blowing jet and the bath can, if necessary, be initiated intensely , The energy of the blowing jet (s) being only reduced in the following, in such a way that the specific pressure exerted by the jet on the surface of the bath is less than 0,
75 kg / cm2 or less than 0.5 kg / cm2.
However, and still following the invention, such an intense initiation of the reaction can be achieved in a simpler and more efficient manner by blowing into the bath, at the start of the operation, gas, in particular oxidizing gas, such as gas. than oxygen, for example, through an orifice opening below the surface of the bath, preferably through a steel tube immersed in the bath.
It has been found that the reaction caused by a blowing jet which strikes the surface of the bath with low energy can be adversely affected or delayed at the start of the operation by a still insufficiently liquid layer of slag substances, such as that for example lime, scale, fluxes, etc ... ,, ¯ 'When in this case, gas is blown below the surface of the bath at the start of the operation, it follows that, On the one hand, the slag layer is broken down mechanically by the gas stream and on the other hand, and when oxidizing gas is used, the bath heats up.
According to the invention, the insufflation of gases into the bath can be continued at least until the breaking of the slag layer and the updating of portions of the surface of the baino. ; it is not absolutely necessary to blow oxidizing gases below the surface of the bath, since the mechanical rupture of the slag layer can take place. also using gases that do not react with the bath. However, it will be advantageous to blow into the bath, below the surface thereof, oxidizing gases which from the outset initiate an intense reaction of oxygen with the bath and to continue blowing until the slag has liquefied to such an extent that the blast jet directed against the bath from above can reach the metal surface of the bath.
As, in this case, these oxidizing gases are not blown into the bath, below the surface thereof, only at the start of the operation, an overoxidation of the bath which would possibly occur at this time would not have an adverse effect. in the sequelo Such an initial overoxidation can be largely compensated for during the subsequent running of the process. By virtue of the mechanical rupture of the slag layer, which rupture ensures the start of the reaction and, more especially, thanks to an intense initiation and not hampered by the high viscosity of the slag in this reaction, the duration of the reaction can be reduced operation, thus reducing oxygen consumption,
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which makes the process more economical.
In this case, at the start of the operation, we can remove the blowing from above and only use the oxidizing gases blown below the surface of the bath or else the action of the blown gas jet. on the surface of the bath from the start of the operation can be supported by blowing oxidizing gases into the bath. In this case, and as soon as the slag layer has reached the required fluidity, to the point that it no longer interferes with the reaction between the jet blown from above and the bath, the Insufflation into the bath is interrupted. mass anyway. The initiation of the reaction and its importance are then signaled by the smoke which emerges from it.
It suffices to initiate the reaction for a few minutes only, at the start of the conversion, by blowing the oxidizing gases into the bath and then only working with the jet of gas blown from above onto the surface of the bath. It has been found that it is advantageous to blow the oxidizing gases into the bath for only about the first third, or even, preferably, for only the first fifth, of the total conversion time.
When the oxidizing gases are blown at the start of the operation by means of a steel tube immersed in the bath from above, this tube is withdrawn from the bath at the end of the blowing, c ' that is, as soon as direct contact can be established between the gas jet blown from above and the bath.
The disadvantage which generally accompanies the use of such dip tubes and which lies in destruction of the tubes by the high heat of the molten bath, as well as in the loss of time which the replacement of the burnt tube constitutes, does not enter into here this is because the tube is only immersed in the bath for a very short time. On the other hand, such a dip tube offers considerable advantages from the point of view of construction, since it can be employed independently of the shape of the converter or of any other basin.
CLAIMS.
1 .., - Process of blowing cast iron, in which oxygen or other gases which mixtures of oxidizing gases are blown from above onto the surface of the bath, characterized in that the specific pressure of the jet of blowing, exerted on a surface of which the distance from the blowing nozzle corresponds to the distance between the latter and the surface of the bath, is kept less than 0.75 kg / cm2, preferably less than 0 , 5 kg / cm2.