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On a déjà proposé de crée.!- dans un convertisseur un apport supplémentaire de chaleur en brûlant à l'intérieur du convertisseur, dans l'espace libre au-dessus du bain, les gaz combustibles émis par la conversion.
On peut, en effet, calculer que la chaleur dégagée par un volume d'oxygène brûlant du CO en CO2et de l'hydrogène en H2O est environ 2 1/2 fois plus élevée que la chaleur dégagée par le même volume d'oxygène soufflé au travers du bain et réalisant la transfor- mation du C en CO.
Mais, dans ce dernier cas, la chaleur dégagée par la combustion est transmise au bain dans d'excellentes conditions tandis que la transmission de chaleur fort aléatoire dans le cas de com- bustion au-dessus du bain. En effet, la majeure partie de la chaleur se perd généralement à avec les flannues et est anns
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grandi. Lilité pratique.
Bien que des essais aient été faits en injectant de l'air par le haut du convertisseur, le principe si simple de la combustion des gaz de conversion par un gaz comburant est resté sans application in- dustrielle.
Les expérimentateurs qui ont procédé à ces essais sur un convertisseur soufflé à l'air atmosphérique, rapportent en effet que le procédé se heurte à de grosses difficultés du fait des projection Mais la situation a considérablement évolué depuis ce temps. L'air atmosphérique simple est de plus en plus délaissé comme fluide de soufflage pour la conversion de la fonte en acier, au profit du vent suroxygéné et de mélanges divers d'air, d'oxygène, de vapeur d'eau et de CO2
Dans ces conditions, un nouveau problème s'est posé et l'invention a pour but de réaliser efficacement et économiquement la combustion des gaz de conversion et principalement, d'indiquer les moyens à mettre en oeuvre pour obtenir un rendement thermique suf- fisant de la chaleur dégagée, non seulement dans le procédé de con- version à l'air suivant l'ancienne technique,
mais .aussi dans les pro- cédés évolués.
Des essais ont été faits à l'échelle industrielle qui ont per- mis de dégager le procédé qui fait l'objet de l'invention et d'établir diverses données numériques indispensables à la conduite du procédé.
Le procédé, suivant l'invention, s'applique aux convertis- seurs à revêtement acide ou basique soufflés par le fond, quel que soi le fluide de soufflage utilisé. Il est caractérisé en ordre principal par le fait que le gaz comburant insufflé à l'intérieur du convertisseur, dans l'espace libre au-dessus du bain, est un gaz ou un mélange ga- zeux beaucoup plus riche en oxygène que l'air atmosphérique et ti- trant au moins 50 % d'oxygène.
Dans la réalisation pratique de l'invention, il est fait usa- ge de préférence, d'oxygène techniquement pur (95 % d'O2) ou addition né d'un peu de vapeur d'eau comme il sera exposé plus loin.
La transmission de la chaleur à l'acier, est, d'autre parti d'autant meilleure que la zone d'échauffement créée au-dessus du bain par la combustion des gaz est à température plus élevée, les lois du rayonnement faisant intervenir la quatrième puissance de la tempé- rature absolue. Or, la température de combustion est fonction de la concentration en oxygène du fluide comburant, de la concentration des
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fumées en gaz cornbustiblet3etcL,-I,-.ternpérature de ces fumées pré- chauffées par leur passage au travers du bain. Il convient donc de souffler des fluides très riches en oxygène, de préférence de l'oxygè- ne pratiquement pur et de le faire lorsque la concentration des fumées
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gaz @ bles est suffisamment élevée.
Cette dernière condition est donc une autre caractéristique du procédé suivant l'invention.
En principe, l'insufflation d'oxygène comburant n'est pas pratiquée pendant toute la coulée mais uniquement dans les périodes où l'émission de gaz combustibles est intense.
Il est évident que dans les procédés de conversion, par soufflage par le fond utilisant un mélange d'oxygène et d'anhydride carbonique ou un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou une com- binaison de ces mélanges, il y a toujours production de gaz combus- tibles (CO et/ou 1-1 2 ) dès que ces mélanges sont injectés. On peut alors, suivant l'invention, procéder simultanément à l'insufflation d'oxygène comburant quelle que soit la période de la conversion. Mais dans le cas d'utilisation d'air atmosphérique, ou suroxygéné, l'insuf- flation d'oxygène comburant est limitée, suivant l'invention, à la seule période de décarburation.
Une autre caractéristique très importante du procédé suivant l'invention consiste en ce que les débits d'oxygène comburant insufflés sont très peu importants relativement au débit d'oxygène soufflé pàr le fond een ce que la conversion est réalisée en totalité ou du moins en ordre principal par les gaz oxydants soufflés par le bas, tandis que l'oxygène soufflé par le haut sert principalement à la combustion des gaz. 'Dans ce but, le jet d'oxygène comburant ne doit pas pénétrer dans le bain mais plutôt l'effleurer. Il n'est donc pas nécessaire de recourir à des pressions élevées pour l'alimentation de la tuyère d'insufflation, une pression'du même ordre de grandeur qae celle utilisée pour'le soufflage par le fond est en général suffi- s ante.
Ce dernier point marque bien la différence fondamentale qui existe entre le procédé de l'invention et les procédés connus con- sistant à réaliser la conversion en injectant de l'oxygène pur dans le bain par le haut au moyen de tubes ou de tuyères alimentées sous une pression telle que le jet puisse traverser la couche de scorie.
L'importance des débits d'oxygène est fonction de l'ef- fet thermique qu'on désire obtenir mais ne dépasse pas 2 m3d'oxy- gène par minute et par tonne de fonte (en général, 1 m suffit), alors que pour les besoins de la conversion, on souffle couramment des quantités d'oxygène de l'ordre de 6 m3par minute et par tonne de fonte et même davantage. Le procédé ne consiste donc pas réellement à chercher à brûler la masse des gaz combustibles mais seulement une quantité relativement peu importante de ces gaz. La section des tuy- ères utilisées est de l'ordre de 30 mm2 au total par tonne d'acier.
Il a été constaté que lorsque l'oxygène comburant est soufflé dans les conditions du procédé, l'effet thermique est consi- dérable.
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L'expérience industrielle a montré que l'oxygène pur souf- flé par le haut, était alors environ deux fois plus efficace que l'oxygène soufflé par le bas. Alors qu'un mètre cube d'oxygène soufflé par le bas permet de traiter de 4 à 5 kg de mitrailles, il s'est avéré que, dans les conditions du procédé, 1 m3 d'oxygène soufflé par le haut permettait la fusion d'environ 12 kg de mitrailles.
Si l'oxygène comburant est insufflé au moment où les gaz sont moins riches en éléments combustibles (par ex. début de la décar- buration au vent suroxygén- l'effet thermique est moindre et n'atteint, par exemple, que 8 kg de mitrailles/m . Ces chiffres ne peuvent pas être considérés comme valables absolument pour toute aciérie. Il est évident que le rendement dépend de conditionslocales telles que la for- me et la capacité des convertisseurs. Tels quels, ces chiffres fixent avec une bonne précision l'ordre de grandeur du rendement. L.e bon rendement de l'opération doit sans doute être attribué au pouvoir 'émis- si± élevé des fumées dû aux hautes températures atteintes par la com- bustion au moyen d'oxygène pur d'un gaz combustible préchauffé à une température voisine de celle du bain.
Un autre avantage de l'invention, dû à ces hautes tempéra- tures, consiste dans la diminution sensible des dépôts de matières qui se forment généralement au bec des convertis semis, en rétrécissent 1 ouverture et provoquent l'immobilisation de la cornue pour leur enlè- vement.
.Une première difficulté, de l'insufflation d'oxygène par le haut réside dans la production de fumées rousses. Mais il est à remar- quer que le bain est constamment en mouvement par suite du soufflage par le fond du convertisseur et que de ce fait, les surchauffes locales ne peuvent subsister. Il en résulte que la production de fumées rousses\ quoique non négligeable, n'atteint jamais le niveau qu'on atteint dans les procédés qui convertissent la fonte en acier par soufflage d'oxygène pur par le haut avec pénétration d'oxygène dans le bain.
Les essais ont montré que les fumées rousses s'obser- vaient principalement lorsque par suite des mouvements du bain, le jet d'oxygène pénétrait dans le métal. Diaprés la présente invention, il cons vient donc pour éviter autant que possible la production de fumées rous- ses, de régler le débit et la pression de l'oxygène comburant, en fonc- tion de la distance de la tvyère au-dessus du bain pour éviter les con- tacts du métal et du jet d'oxygène.
A titre d'exemple, dans un convertisseur de 20 tonnes, soufflé à l'air atmosphérique ou à l'air suroxy'géné, la densité des fu- mées rousses est intense si la tuyère se trouve à une distance de 3 mè- tres du fond de la cornue et si la pression de l'oxygène comburant est de
2,6kg/cm2 et son débit de 20 m /min.
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La production des fumées est fortement réduite et devient même négligeable lorsque, pour la même position de la lance d'insuf- flation et la même tuyère, le débit est seulement de 8 m /min. pour une pression d'oxygène de 0,5 kg/cm.
La densité des fumées est également réduite lorsque, pour les mêmes conditions de débit et de pression, on éloigne la tuyère du bain. On peut aussi diviser le jet en plusieurs jets divergents, par exemple en utilisant un tube (a) muni d'une tête à plusieurs canaux d'insufflation (b) tel que montré fig. 1.
On obtient aussi, selon l'invention, d'excellents résultats lorsqu'on additionne un peu de vapeur d'eau (par ex. 10 %) à l'oxygène c ombur ant.
Dans ces conditions, le contact du jet et du bain donne très peu de fumées rousses. Il convient alors, suivant l'invention, d'assu- rer la surchauffe nécessaire pour éviter la condensation d'eau dans la tuyauterie d'insufflation,
Il est à remarquer que l'effet refroidissant de l'addition d'eau est inférieur à ce qu'il est lorsque ce fluide est injecté à travers le bain. En effet, seule est décomposée la vapeur d'eau qui vient en contact du bain. Le reste de vapeur ne subit qu'un échauffement.
Une autre difficulté d'exploitation résulte de la chaleur intense des flammes et du danger que celles-ci présentent pour les cheminées et les charpentes métalliques. L'exploitation industrielle 'montre que dans le cas du soufflage par l'air atmosphérique ou sur- oxygéné, la charpente peut supporter sans inconvénient l'injection d' oxygène comburant. Mais l'émission de chaleur est vite excessive lorsque l'on souffle des mélanges d'oxygène et de CO.,ou d'oxygène et de vapeur d'eau. Dans ce cas, il faut, soit installer des écrans refroidis, soit supprimer toute charpente à proximité des flammes.
Mais on peut aussi réduire 1' importance des débits, car il s'est avéré que de très faibles insufflations d'oxygène, par exemple 0,5 m3/tonne et par minute, avaient déjà un effet thermique très sensible sur le bain sans présenter un grand danger pour les charpentes. Comme exemples non limitatifs de l'invention, il est donné ci-annexées di- verses figures représentant des schémas de soufflage qui se sont ré- vélés particulièrement intéressants. Mais il est évident que quantité d'autres combinaisons sont possibles. Pour fixer les idées, ces fi- gures montrant des schémas sont relatives à une cornue de 20 tonnes.
Le schéma de la fig. 2 est relatif à l'utilisation du pro- cédé de l'invention à l'occasion d'un soufflage à l'air enrichi. Il montre en abcisse la durée d'une conversion avec les 3 phases de désiliciation, de décarburation et de déphosphoration et, en ordonnée, les quantités de vent insufflé en air enrichi y compris l'oxygène comburant dans l'espace au-dessus du laitier du convertisseur.
On y montre la mé- thode normale de soufflage par le fond pour une conversion faite à
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l'air enrichi tout en procédant simultanément, pendant la période de décarburation, à l'insufflation d'oxygène comburant, à raison de 1 m3 par tonne et par minute, La consommation totale d'oxygène et de mi- trailles supplémentaires utilisées est :
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<tb> Oxygène <SEP> mitrailles
<tb>
<tb> supplémentaires
<tb>
<tb> suroxygénéisation <SEP> du <SEP> vent <SEP> 610 <SEP> m <SEP> 2400 <SEP> kg
<tb>
<tb> supplément <SEP> d'oxygène <SEP> comburant <SEP> :
<SEP> 120 <SEP> m3 <SEP> 1400 <SEP> kg
<tb>
<tb> 3800
<tb>
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moyenne 730 5 a 20 kgxri 02
Dans un but d'économie d'oxygène, on peut chercher à sup- primer la suroxygénéisation du vent, mais il est préférable, pour ré- duire l'absorption d'azote par le métal, de terminer de toutes façons l'opération par une déphosphoration réalisée au vent suroxygéné. De cette façon, la montée en température est reportée en déphosphoration et au surplus, cette opération est raccourcie. On peut d'ailleurs si- multanément procéder à des additions de minerais et de vapeur d'eau (comme connu depuis longtemps). Cette réalisation du procédé est re- présentée par la fig. 3 dans les mêmes paramètres qu'à la fig. 2.
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<tb>
Oxygène <SEP> mitrailles
<tb>
<tb> supplémentaires
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> suroxygénéisation <SEP> du <SEP> vent <SEP> : <SEP> 230 <SEP> m <SEP> 950 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> supplément <SEP> d'oxygène <SEP> comburant <SEP> : <SEP> 130 <SEP> m <SEP> 1550 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> moyenne <SEP> : <SEP> 2500 <SEP> = <SEP> 6,911 <SEP> kg/m3 <SEP> o
<tb>
<tb>
<tb> 360 <SEP> = <SEP> 6,9 <SEP> kg/m <SEP> O2
<tb>
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Le schéma ne la tig. 4 est relatil à une coulée souillée ciu début jusque la fin, au moyen d'un mélange d'oxygène et de vapeur d' eau à raison sensiblement de 50 % de chacun des composants.
On pro- cède à l'insufflation complémentaire d'oxygène comburant pendant la presque totalité de l'opération mais le débit a été réduit à 10 m /min. pour éviter un échauffement exagéré des charpentes. Faisant abstrac- tion de l'oxygène soufflé par le fond, on a une consommation d'oxygène comburant de 75 m3 3 pour un supplément de mitrailles de 900 kg, soit une augmentation de l'enfournement de mitrailles de 12 kg/m3.
Mais les calories ainsi trouvées peuvent aussi bien être utilisées dans le but d'augmenter la proportion de vapeur d'eau soufflée par le fond, ce qui est de nature à améliorer la tenus des fonds. Elles peuvent être utilisées dans la conversion des fontes trop pauvres en éléments thermogènes.
Enfin, le schéma de la fig. 5 est relatif à une coulée souf- flée jusque sensiblement au milieu de la décarburation au moyen de vent suroxygéné et terminée au moyen de mélanges d'oxygène et de
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vapeur d'eau. L'oxygène comburant supplémentaire est utilisé pen- dant la première période à raison de 20 m /minute et dans la seconde à raison de 10 m3/minute seulement. L'effet thermique de l'oxygène comburant est alors de 1100 kg de mitrailles supplémentaires pour une consommation d'oxygène comburant de 90 m /min. , soit 12,2kg/m3
O2
Le procédé suivant l'invention permet donc, moyennant une très faible dépense d'oxygène,, de disposer; d'une source de cha- leur supplémentaire qui peut être par exemple'utilisée à la fusion des mitrailles.
Mais, le fait que la chaleur supplémentaire est dégagée non plus dans le bain métallique lui-même, mais à l'extérieur de . celui-ci, modifie très sensiblementles conditions de l'élaboration de l'acier. La source de chaleur étant du!côté des scories, les éléments de celles-ci sont échauffés plus rapidement et la scorie se. fera plus tôt, avec tous les avantages métallurgiques que ceci comporte, c'est- à-dire d'une part, la déphosphoratioh accélérée par rapport aux coulées ordinaires et d'autre part, le laitier atteignant une plus grande fluidité et assurant ainsi une meilleure désulfuration.
Un autre avantage très important du procédé, suivant l' invention, résulte de la réserve calorifique considérable emmagasinée par la cornue : l'échauffement dû à la combustion des gaz ne se porte pas seulement sur l'acier mais plus directement sur la scorie et sur le.revêtement réfractaire. Pour une mêmè température de l'acier, 'la scorie et le revêtement sont portés à des températures plus élevées . que dans les coulées ordinaires avec comme résultat un refrodissemex de l'acier beaucoup moins prononcée durant le séjour de l'acier en- cor- nue. Ceci veut dire que, toutes autres choses égales, le procédé sui- vant l'invention permet de réduire l'écart de température existant nor- malement entre l'élaboration en cornue et la coulée en lingotières, ce qui facilite considérablement la déphesphoration.
Pour la réalisation du procédé suivant l'invention, il est fait usage des appareillages schématisés aux fig, 6 à 10.
Les fig. 6 et 7 représentent, schématiquement en coupe verticale et en plan, une lance courbe refroidie à l'eau.
Le convertisseur 1 est représenté dans aa position de souf- flage. Le fond du convertisseur et la bofte à vent, qui permettent 1' amenée du fluide oxydant de conversion, sont représentés en2 et 3.
Une lance courbe 4 refroidie à l'eau peut basculer autour d'un axe horizontal 6 grâce à la force motrice d'un système pneuma- tique 5, pour permettre son introduction et son retrait de.la cornue 1.
La lance est représentée en deux positions :
1) en position de soufflage en traits pleins;
2) en position d'arrêt en traits pointillés.
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Le tuyau d'amenée du fluide comburant servant à la com- . bustion des gaz combustibles de conversion est représenté en 9, tandis que lestuyaux 7 et 8 servent respectivement à l'amenée et au retour de l'eau de refroidissement de la lance 4,
Ce matériel est simple et robuste, mais ne permet aucun réglage de la distance de la tuyère par rapport au bain.
En vue de remédier à cet inconvénient, on fait de préfé- rence usage de l'appareillage de la fig. 8. Les mêmes chiffres de férence sont adoptés pour les mêmes pièces.
La lance verticale 4- coudée en forme de potence, refroi- die à l'eau, est montée sur un système télescopique 10 et peut tourner autour d'un axe vertical. Le mouvement de translation vertical permet l'introduction de la lance da.ns la cornue et le réglage de la distance de la tuyère par rapport au bain, tandis que le mouvement de rota- tion permet d'amener la lance en position au-dessus du convertisseur (en pointillés).
Quant à la fig. 9, elle montre schématiquement la disposi- tion d'une ou de plusieurs tuyères 4 fixées dans le revêtement du con- , vertisseur et dont le jet est dirigé vers le centre de la cornue (au ni- veau du bain) de manière à éviter un contact direct avec les parois de la cornue, ce qui provoquerait Une usure prématurée du revête- ment. Cette tuyère peut être une pièce préfabriquée en magnésie ou en tout autre réfractaire, ou plus simplement un simple trou tube ou non. Le tubage se fait de préférence en cuivre.
Les tuyères en réfractaire ont déjà été expérimentées avec de l'air atmosphérique mais les essais ont échoué car les tuy- ères se bouchaient à la suite de projections. Suivant le procédé, objet de l'invention, utilisant des mélanges riches en oxygène, l'utili- sation de telles tuyères est réalisable car l'oxygène et les hautes tem-' pératures dans le convertisseur assurent la fusion rapide des dépôts éventuel s.
Enfin, on peut encore utiliser, suivant la fig. 10, une lance verticale 4 soutenue par la charpente et qu'on peut descendre et monter à volonté.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.