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L'invention concerne l'utilisation d'oxygène pour la fabrica- tion de l'acier dans des fours Martin. Le procédé normal pour la fabrica- tion de l'acier comporte l'enlèvement des impuretés de la charge fondue con- tenue dans le faur, en ayant recours surtout à l'oxydation, les oxydes de la plupart des impuretés se dissolvant dans un laitier approprié. Une de ces impuretés, le carbone, s'oxyde en formant un gaz.
La charge d'un four Martin est constituée habituellement par de la ferraille, de la fonte, au minerai, des croûtes de,laminage et des matières formant un laitier, après quoi on procède à la fonte de cette char- ge. Au cours de la période de fusion, la plupart des impuretés s'oxydent, ce qui détermine le transfert partiel des produits de l'oxydation dans le laitier ou dans l'espace libre du four sous la forme d'un gaz. Lorsque la charge est fondue, un certain pourcentage de carbone et d'autres impuretés est normalement présent et leurs teneurs sont diminuées davantage par oxy- dation au cours de la période d'affinage, ce qui peut résulter du caractère oxydant des gaz du four ou de l'addition directe, à la charge, de minerais de fer, de croûtes de laminage ou de substances oxydantes analogues.
La vitesse à laquelle s'opère cette oxydation au cours au trai- tement normal, pendant la période de fusion et d'affinage, est relativement lente et peut être notablement accélérée en dirigeant un jet d'oxygène sur la surface de la charge.
Les procédés utilisés jusqu'à présent pour utiliser de l'oxygène dans des fours Martin présentaient un inconvénient sérieux en ce que 1' appareil nécessaire pour leur mise en oeuvre devait être placé en un point situé autour au four, par exemple devant ou derrière celui-ci, ce qui constituait une gêne certaine pour les opérations courantes de chargement et de perçage au four.
L'invention a pour but de réaliser un genre d'appareil propre à diriger un jet d'oxygène vers la charge d'un four Martin et constitué de de manière telle qu'il n'en résulté aucune gêne pour les opérations effectuées pour assurer la marche du four.
Sous son aspect général, l'invention a pour objet un four Martin utilisé pour la fabrication de l'acier et comportant une conduite d'alimentation, refroidie par un liquide et destinée à diriger un jet d'oxygène vers la charge du four, cette conduite étant montée d'une manière escamotable au-dessus au four et pouvant être abaissée d'une manière réglable à 1' intérieur du four par un trou ménagé dans la voûte du four. De préférence, une couronne creuse, refroidie par un liquide, est établie autour du trou ménagé dans la voûte.
Il est préférable d'utiliser de l'oxygène libre et non dilué de qualité industrielle, mais en réalité, l'oxygène utilisé peut être mélangé à de l'air ou avec un gaz inerte. Le mélange, s'il existe, doit avoir une forte teneur en oxygène, supérieure à la teneur normale en oxygène de l'air, c'est-à-dire supérieure à 21% en volume.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en élévation schématique (parties en coupe), une tuyauterie d'alimentation en oxygène, montrée dans sa position escamotée.
La fig. 2 montre, en perspective, l'agencement des guides de cette tuyauterie d'alimentation.
La fig. 3 montre, en coupe axiale partielle, un mode de réalisa- tion préféré de la tuyauterie d'alimentation en oxygène, avec le dispositif de refroidissement.
La fig. 4 montre une variante de la tuyère de distribution placée à l'extrémité de la tuyauterie.
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Les fig. 5, 6 et 7 montrent, schématiquement et respectivement en plan, en élévation et en coupe verticale, un four Martin, des positions caractéristiques différentes de la tuyauterie d'alimentation en oxygène étant indiquées en traits pleins et en traits interrompus.
Sur les fig. 1 et 2, on voit que l'ensemble de la tuyauterie d' alimentation en oxygène 1 est constitué par un long tube supporté par un câble 2 passant sur une poulie 3 fixée au toit du bâtiment dans lequel se trouve le four Martin, ou à tout autre support approprié. Le câble 2 rejoint horizontalement une autre poulie 4 et redescend vers un tambour d'enroulement 5 faisant partie d'un treuil électrique 6 fixé aux poutres qui se trouvent au-dessus du four ou établi en tout autre endroit approprié. L'extrémité supérieure de l'ensemble des conduites de distribution d'oxygène 1 comporte trois tuyaux coudés en U inversé et qui partent tous de cet ensemble, le tuyau 7 servant à l'admission d'oxygène, le tuyau 8 à l'admission d'eau de refroidissement et le tuyau 9 à l'évacuation de l'eau de refroidissement.
Ces tuyaux sont raccordés respectivemrnt à des tuyaux souples 11, 12 et 13 qui forment, par gravité, trois demi-boucles et aboutissent respectivement à trois raccords tubulaires 14, 15 et 16 également fixés aux poutres susàites. L'oxygène, qui traverse le raccord 14 et le tuyau souple 11, alimente l'ensemble des conduites 1, tandis que les raccords 15 et 16 servent à assurer l'alimentation et l'évacuation de l'eau de refroidissement qui circule dans les tuyaux 8 et 9 de cet ensemble. Des guides 17 et 18 sont montés verticalement sur une entretoise supérieure 19 du four, chaque guide ayant une section en U et les deux guides se faisant face de manière à former une sorte d'enceinte pour l'ensemble des conduites 1.
Des cavités longitudinales 21 et 22 sont prévues à partir de l'extrémité supérieure de ces guides et reçoivent chacune un des deux pieds latéraux 23 et 24 qui font saillie de part et d'autre de l'ensemble des conduites. Ces cavités 21 et 22 se terminent à une certaine distance de l'extrémité inférieure des guides 17 et 18 de manière à constituer des butées, en fin de course, pour les pieds 23 et 24, ce qui détermine la position la plus basse de l'ensemble des conduites 1.
Cette position la plus basse est déterminée approximativement de manière telle que la tuyère débitant le jet d'oxygène soit placée juste en contact avec la surface du laitier de façon à constituer un facteur de sécurité qui empêche que l'ensemble des conduites 1 s'engage dans la charge en fusion au cas où le câble 2 se romprait ou au cas où l'opérateur ferait une estimation incorrecte de la position réelle de la tuyère. Dans la voûte 25 du four est ménagé un trou 26 pour le passage dudit ensemble de conduites. A l'extrémité supérieure de ce trou est établie une couronne métallique creuse 27 munie de tuyaux d'entrée et de sortie 28 et 29 qui permettent de refroidir la couronne 27 par une circulation d'eau.
De cette manière, les gaz provenant du four et qui tendraient à s'échapper par l'interstice entre l'ensemble des conduites 1 et la couronne 27 sont refroidis, ce qui réduit au minimum l'action destructrice que pourraient exercer ces gaz sur la voûte au voisinage du trou susdit.
La fig. 3 montre, en coupe, un mode de réalisation possible de l'ensemble des conduites 1 qui comprend., dans ce cas, un tube extérieur 31, un tube intérieur 32 et une conduite d'alimentation en oxygène 33, tous en acier, la conduite 33 étant logée à l'intérieur du tube 32 qui se prolonge au-delà de l'extrémité inférieure du tube 31 et de la conduite 33. Les tubes 31 et 32 ainsi que la conduite 33 sont concentriques. La tuyère, à 1, extrémité inférieure de l'ensemble de conduites 1, comprend un tube extérieur 34, un tube intérieur 35 et une plaque d'extrémité 36, le tout en cuivre, les joints étant réalisés par vissage et brasage afin d'assurer une excellente conductibilité thermique.
Le tube intérieur 35 débouche contre la plaque 36 dans le tube 34, l'ouverture d'évacuation étant circulaire, tandis que la plaque elle-même est perpendiculaire à l'axe du tube 35. Le tube intérieur 32 s'étend vers le bas entre le cube 34 et le tube 35, presque jusqu'à la plaque 36. Le tuyau 8 débouche dans l'espace formé entre le tube 32
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et la conduite 33, tandis que le tuyau 9 débouche dans l'espace formé entre les tubes 31 et 32, de manière que l'eau, pénétrant dans l'ensemble par le tuyau 8, circule entre le tube 32 et la conduite 33 pour aboutir à la tuyè- re où elle contourne l'extrémité du tube 32 et remonte entre le tube 32 et le tube 31 pour aboutir dans le tuyau 9.
Pour la variante de la fig. 4, la tuyère se présente sous forme d'une pièce en cuivre venue de fonderie, dans laquelle les tubes 34 et 35 ainsi que la plaque 36 forment une seule pièce moulée.
Lorsqu'on désire assurer l'alimentation en oxygène du four ain- si équipé, on abaissa l'ensemble des conduites 1 dans le four en actionnant le treuil 6 et le câble 2, ce mouvement étant arrêté au moment où la tuyère se trouve juste au-dessus de la surface de la charge fondue. Puis, on assu- re l'alimentation sous une forte pression (de l'ordre de 10 à 18 kg/cm2) de la conduite 33 avec de l'oxygène à la température atmosphérique normale, pro- venant des tuyaux 11 et 7, ce qui produit un jet d'oxygène animé d'une gram,- de vitesse et qui vient frapper la surface de la charge. Pour un four d'une capacité de 200 tonnes, le diamètre intérieur de la conduite 33 peut être d'environ 25 mm. La vitesse est telle que l'oxygène pénètre; à travers le laitier, dans la charge.
La tuyère, bien qu'elle se trouve très près de la charge fondue, ne chauffe guère étant donné qu'elle est en cuivre et qu'elle est refroidie par l'eau., ae sorte que la chaleur éventuellement absorbée par la tuyère est rapidement transférée à l'eau de refroidissement. Lorsqu' on relève complètement l'ensemble des conduites 1 du système d'alimentation et de refroidissement, comme l'indique la fig, 1, la tuyère reste dans le trou 26 de la voûte et contribue au refroidissement des gaz qui s'échappent éventuellement par ce trou, ce qui réduit l'action destructrice que ces gaz pourraient exercer sur la voûte autour du trou. L'eau circule sans interruption pendant le fonctionnement du four, que la tuyauterie d'alimentation en oxygène doit utilisée ou non.
Les fig. 5 et 6 montrent, en traits pleins et en traits interrompus, deux positions caractéristiques que peuvent occuper les tuyauteries d'alimentation en oxygène, avec refroidissement par circulation d'eau, dans un four Martin. Sur ces figures, le foyer 37 qui contient la charge, est entouré, comme d'ordinaire, par des parois 38 et surmonté d'une voute 39, le tout étant rigidement maintenu par des poutres et des entretoises 40 en acier. Des régénérateurs 41 interviennent, selon la pratique courante, pour extraire la chaleur des gaz de combustion sortant du four et pour chauffer l'air soufflé dans le four, le sens de circulation des gaz au-dessus du foyer étant régulièrement inversé dans ce but.
Lorsqu'on utilise une seule tuyauterie, établie selon l'invention, pour alimenter le four en oxygène, on la place approximativement au centre et au-dessus du foyer 37, comme montré en traits interrompus sur les fig. 5 et 6, cette tuyauterie étant abaissée lorsque l'alimentation doit être assurée, de façon à placer la tuyère très près de la surface de la charge. Lorsque l'oxygène est introduit, il traverse le laitier en raison de la vitesse élevée à laquelle il est injecté, pour pénétrer ensuite dans le métal en fusion, ce qui produit, en par- tjculier, l'oxydation du carbone, cette oxydation étant accompagnée d'un dégagement d'un gaz combustible.
Quel que soit le trajet suivi par les gaz de combustion ordinaires au-dessus du foyer, le gaz combustible, produit par l'alimentation en oxygène, dispose de la moitié de la longueur du foyer pour se mélanger à l'air comburant et pour brûler avec celui-ci, dont on assure une alimentation supplémentaire dans le four, en même temps que l'alimentation en oxygène, en plus de la quantité nécessaire pour assurer la combustion du combustible. Pendant que s'effectue l'alimentation en oxygène, l'alimentation en combustible des gaz de combustion peut être sensiblement réduite en raison du chauffage supplémentaire ainsi obtenu.
Une méthode plus avantageuse pour l'alimentation en oxygène consiste à utiliser deux tuyauteries placées à chaque extrémité du foyer, comme montré en traits pleins sur les fig. 5 et 6. Polar cette variante, lors-
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qu'il est nécessaire d'assurer l'alimentation en oxygène, on abaisse les dely tuyauteries dans le four et on règle soigneusement leur position au-dessus de la charge. On fournit ensuite de l'oxygène à la tuyauterie qui est la plus proche ae l'extrémité du foyer où se fait l'introduction de l'air et au combustible.
Le gaz combustible, produit par la réaction de l'oxygène avec le métal en fusion, se mélange avec l'air comburant dont on augmente le débit au-delà de l'alimentation normale, si bien que le gaz combustible peut bruler sur la presque totalité ae la longueur du foyer, ce qui augmente le renaement au transfert ae le chaleur. L'alimentation en combustible peut être diminuée., par rapport à la valeur normale, en raison au supplément ae chauffage ainsi obtenu. Conformément à la pratique courante, l'écoulement aes gaz aans un sens se poursuit pendant une période aéterminée, jusqu'au moment ou les régénérateurs, à travers lesquels les gaz pénètrent aans le four, se sont refroidis d'une manière sensible, et où les autres régénérateurs ont atteint, par contre, une température élevée au fait qu'ils sont traversés par les gaz de combustion évacués.
Le sens de circulation à travers le four est alors inversé et en même temps on interrompt l'alimentation en oxygène par la première tuyauterie pour l'établir par la deuxième tuyauterie, ae sorte que l'oxygène alimente à nouveau l'extrémité au foyer par laquelle s'effectue l'admission d'air comburant et de combustible. La commutation ae l'alimentation en oxygène d'une tuyauterie à l'autre s'effectue à chaque inversion au sens d'écoulement aes gaz au four, ce qui permet de bénéficier au maximum ne l'ef-. fet de chauffage produit par la combustion des gaz combustibles qui résulte de l'alimentation en oxygène.
Lorsqu'on introduit de l'oxygène dans un four Martin, conformément à la méthode décrite ci-dessus en se référant aux dessins ci-annexés, certaines phases qui font normalement partie au processus pour la fabrication de l'acier sont déjà exécutées, en substance, plus particulièrement le chargement et la fusion partielle ou même totale de la charge, pendant lesquelles des impuretés, telles que le silicium, le phosphore, le manganèse et le carbone, ont été partiellement oxydées, tandis que les produits résultant de 1'oxydation ont été absorbés par le laitier ou évacués sous la forme d'un gaz.
Lorsque ces impuretés ont été ainsi à peu près complètement éliminées, le carbone étant alors la seule impureté restant en quantité considérable ( en général un peu au-dessous de 0,40%), on commence l'alimentation en oxygène et on la poursuit jusqu'au moment où le carbone restant dans la masse représente la quantité voulue pour fabriquer la qualité d'acier recherchée, cette quantité pouvant être aussi faible que 0,06 % pour de l'acier pour toles. L'introduction d'oxygène a non seulement pour effet d'oxyder le carbone-mais elle contribue aussi à l'oxydation d'autres impuretés qui peuvent encore être présentes, telles que le phosphore.
Le temps normalement nécessaire pour effectuer l'alimination de cette quantité de carbone dans une charge de 200 tonnes, par exemple, peut être d'environ 2 heures et demie, mais en assurant une alimentation suffisante d'oxygène, ce temps peut être réduit à moins d'une heure, Un gain ae temps d'au moins une heure et demie peut etre obtenu pour le cycle opératoire complet d'un four Martin, qui est normalement voisin ae 12 heures, ce qui assure un accroissement sensible au rendément au four lorsqu'il fonctionne d'une manière continue.
Pour obtenir cette amélioration, la seule dépense supplémentaire réside dans l'equipement neces- saire pour assurer l'alimentation en oxygène, cette dépense étant cependant compensée, au moins dans une certaine mesure, par l'économie de combustible réalisée pendant la période où l'oxygène est débité. Au cours de cette période, on peut en effet obtenir, en général, une diminution appréciable de la consommation ae combustible, cette diminution allant de 50% à 100 % aans certains cas.
Grâce à l'alimentation en oxygène, réalisée conformément à l'invention, aucune gêne n'est apportée aux autres opérations essentielles qui assurent la marche du four Martin, telles que le chargement et le perçage au four, ce qui permet d'appliquer facilement l'invention à des fours existants.
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La manipulation de l'ensemble des conduites d'alimentation et ae refroidissement est extrêmement simple et son fonctionnement exige très peu a'opération manuelles.
Il a été constaté, en pratique et contrairement à toute attente, qu'une très faible quantité de laitier ou de métal s'attache, à l'état soli- aifié, à la partie de la tuyauterie qui pénètre dans le four.
REVENDICATIONS
1)Un four Martin utilisé pour la fabrication de l'acier caractérisé par le fait qu'il comporte une tuyauterie d'alimentation, refroidie par un liquide, qui est propre à diriger de l'oxygène ae manière qu'il vienne frapper la charge au four, cette tuyauterie étant montée de manière à pouvoir être escamotée au-dessus au four et étant agencée ae manière à pouvoir être abaissée à volonté dans le four par un trou ménagé dans la voûte de celui- c i.