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Dans les procédés métallurgiques de fonte et d'affinage, il est souvent difficile d'obtenir une durabilité suffisante du revïtement du faura C'est en particulier le cas @ des procédés d'affinage consistant à insuffler de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène sur le surface ou au sein du pro- duit fondu pour effectuer une oxydation désirée de certaines impuretés mêlées au métal et en'même temps produire la chaleur nécessaire à l'accomplissement du procédé. Normalement cette production de chaleur est si grande qu'il est nécessaire d'ef- fectuer des additions de l'une ou l'autre matière au cours du processus pour obvier à la formation de températures trop éle- vées.
Les substances ajoutées peuvent être du type engendrant des scories ou un laitier, et principalement des déchets de fer avec de la chaux à fondre par l'excès de chaleur et de l'oxyde de fer (minerai) qui est alors réduità l'état de fer métallique avec absorption de chaleur.
Mais même si on par- vient par ces moyens à maintenir la température moyenne du prq- duit fondu à un niveau compris dans le domaine des valeurs né, cessaires pour appliquer le procédé, qui, doit être assez bas pour maintenir l'attaque du revêtement dans des limites raison nables, on n'a aucune garantie contre les surchauffes locales, en particulier dans la région ou zone du four où s'effectue principalement la réaction avec l'oxygène de laquelle l'excès de chaleur est transféré par rayonnement au revêtement auquel il cause des dommages locaux.
Ces surchauffes locales du re- vêtement proviennent,également des gaz chauds s'échappant de la surface-- -le contact entre le jet d'oxygène et le produit fondu, gaz qui, essentiellement constitués d'oxygène et d'oxyde de carbone, entrent en combustion dans l'atmosphère si
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tuée au-dessus de la masse fondue, ce qui contribue à l'aug- mentation de la température.
La présente invention se propose principalement d'éviter les inconvénients que l'on vient d'exposer.
A cette fin, et à d'autres fins qui apparaî- tront au cours de la description, la présente invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'opérations de fonte et d'affinage des métaux, en particulier du fer et de l'acier et de leurs alliages, dans un four rotatif, permettant d'éviter le transfert de la chaleur en excès dégagée au moment où on insuffle de l'oxygène sur ou dans la.masse en fusion vers le revêtement du four, qui endommagerait ce revêtement. La carac- téristique principale de l'invention consiste à introduire dans le four un agent de refroidissement de manière à empêcher le transfert de chaleur de la zone la plus chaude vers le revête- ment situé au-dessus de la masse en fusion.
Le milieu refroidissant utilisé selon l'invention peut être gazeux, liquide ou solide. Les agents gazeux peu- vent être l'anhydride carbonique, l'air, l'azote ainsi que d'autres gaz inertes et la vapeur d'eau. Les seuls agents li- quides sont ceux qui se vaporisent quand on les insuffle dans le four, et principalement l'eau. Les agents solides peuvent être les agents formant des laitiers, la chaux ou le calcaire principalement, l'oxyde de fer (minera'i) et le fer, ces agents solides étant pulvérulents et de granulométrie convenable. Au premier rang des agents des classes indiquées figurent ceux qui sont nécessaires au procédé eu exercent une action favora- ble sur celui-ci.
Quand on utilise des agents gazeux ou liquides, ils doivent être injectés séparément du jet dtoxygène et de ma- nière qu'ils dévient les gaz s'échappant de la région la plus chaude de leur itinéraire initial en direction des pa- rois du four, de sorte que l'effet de refroidissement de ces
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gaz chauds est combiné à l'arrêt du transfert de .chaleur en question par convection.
Quand on utilise des agents solides ils peuvent être projetés ou de préférence injectés de la manière indiquée pour les agents gazeux en provoquant un effet similaire en même temps qu'un arrêt partiel du rayonnement calorifique, les particules solides flottant dens l'atmosphère du four absorbant la chaleur en question et à un. moindre degré ré- fléchissant la chaleur rayonnée sur la masse fondue.
Toute- fois, les agents solides peuvent également être introduits avec le jet d'oxygène ou, autrement, dirigés sur la zone la plus chaude de la surface de la messe fondue de manière à former une couche plus ou moins poreuse ou une suspension de psrticu- les solides au-dessus de ladite surface.Enfin, il est naturelle ment également possible d'insuffler ou de projeter des agents solides contre les parois du four de manière à former partiel- lement une couche protectrice sur lesdites parois et en particulier sur leurs parties qui risqueraient d'être sur- chauffées.
Voici maintenant une description plus détaillée de l'invention, relativement au dessin annexé, qui représen- te un four rotatif permettant la mise en oeuvre de ladite invention.
Le four rotatif 1 comprend une enveloppe métalli- que avec revêtement intérieur 3 assujettie dans un support en forme de bague 5 avec deux rebords 7 en forment bandes de roulement. Au cours de la rotation du four chaque bande roule en une série de rouleaux 9 montés dans les paliers 11 assujettis au berceau 13 qui est solidaire d'arbres 17 montés à rotation dans les paliers 15 de sorte que le four tout entier peut être incliné dans des positions différentes convenant à la charge et à la décharge ainsi qu'au traitement thermi- ' que. Un des rouleaux 9 est actionné par un moteur 19 par
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l'intermédiaire des roues dentées 20 et 21.
Le rouleaux de retenue 23 montés sur les pivots 24 sont disposés sur le ber- ceau de manière à être en contact avec les surfaces de roule- ment de la bague 5 pour éviter que le four ne déboîte axia- lement quand on l'incline. Le four ne présente qu'une ouver- ture 25 située au centre d'une des parois d'extrémité. La che- minée d'évacuation des gaz 27 est disposée avec un écartement d'environ 10 centimètres face à cette ouverture quand le four est en position de traitement thermique à une inclinaison de 15 à 20 par exemple. La cheminée est munie d'une chemise de refroidissement 29 avec entrée d'eau 30 et sortie d'eau 31.
Deux tuyères en cuivre 33 et 36 sont montées dans la cheminée, et sont destinées respectivement à la soufflerie et au re- froidissement. L'une et l'autre sont refroidies par'l'eau dont on voit respectivement les arrivées 34 et 37 et les sorties 35 et 38, On envoie un gaz riche en oxygène au tuyau 32 de la tuyère 33 par le tuyau flexible 39. La tuyère 36 comporte un tube intérieur 40 raccordé par le tuyau flexible 41 au tuyau de sortie 43 d'un appareil pour former suspension de chaux 45. Cet appareil comporte un récipient portant au sommet un sas de charge de chaux 46 et à sa base une grille 47; au- dessous de la grille, un tuyau 49 d'arrivée de gaz sous pression avec soupape 50 sert à introduire le gaz qui fluidi- fie la chaux envoyée par la vanne sur la dite grille.
Une autre conduite 51 d'arrivée de gaz sous pression avec soupape 52 débouche dans le récipient à un niveau au-dessus de la grille convenant à la fourniture de gaz de charge, si néces- saire, en plus de celui fourni par le tuyau 49. Le four peut être vidé dans la poche'de coulée mobile 55.
La quantité nécessaire de gaz sous pression doit être de quelques mètres cubes (moins de 10) par tonne de poudre introduite de manière que la quantité de-gaz quittant le four ne soit que peu aug- mentée par suite de l'installation d'un moyen pneumai
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Si on désire éviter l'introduction d'oxygène et d'azote dcns le four par cette opération) il est possible d'utiliser d'autres gaz que l'air, par exemple de 1'anhydride carbonique*
Voici maintenant le description d'un mode d'exé- cution de l'invention concernant le traitement oxydant de la fonte au moyen d'oxygène dans un four à revêtement basique du type représenté par le dessin,
mais il est évident que les principes du procédé décrit sont applicables à toutes sortes de procédés de fusion s'accomplissant dans des fours rotatifs. Comme on l'a dit, on obtient une production considé rable de chaleur dans le processus d'affinage de la fonte au moyen d'oxygène dans un four tournant par oxydation des di- vers constituants de la fonte. On peut obtenir une production supplémentaire de chaleur due au fait que l'oxyde de carbone formé suivant le procédé brûle dans l'oxygène et donnant de l'anhydride carbonique, au-dessus de la surface du bain. Pour éviter que la température du bain n'atteigne ne valeur trop élevée, on peut ajouter un agent refroidissant.
Des agents refroidissants appropriés sont la chaux, laquelle est également nécessaire pour donner le degré de basicité désiré, au laitier obtenu, ainsi que les déchets de fer ou le mine- rai de fer lequel est réduit et absorbe alors de la chaleur, produisant ainsi un effet refroidissant énergique. L'attaque du revêtement du four, qui est normalement constitué de ma- gnésite ou de dolomite, est considérable dans le procédé considéré qui exige une température élevée. En raison de l'u- sage de gaz riches en oxygène, la température de la zone principale de réaction est remarquablement élevée, et, par suite de la combustion de l'oxyde de carbone engendré dans la zone du four au-dessus de la surface du bain, les gaz deviennent très chauds.
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Conformément à un mode de mise en oeuvre préfére de l'invention, on insuffle au moins une partie de la chaux nécessaire à l'état granulaire ou pulvérulent sur la sone de paroi du four la plus exposée à l'attaque. De cette manière, on obtient un refroidissement efficace et en même temps la chaux qui peut avoir adhéré aux parois les protège contre les attaques chimiques du laitier résultant et les soustrait en partie au rayonnement thermique. Ainsi, la durée d'utilisation du revêtement du four peut être considérablement augmentée et, de plus, l'apport de chaux est effectué d'une manière ex- trmement commande dans le procédé. La chaux peut être de la chaux vive ou souvent, ce qui est particulièrement avanta- geux, du calcaire qui exerce un effet refroidissant supplémen- taire dû à sa dissociation.
Bien entendu, il est possible d'a- jouter du minerai.de fer finement divisé qui consomme également de la chaleur par réaction chimique. La granulométrie de l'a- gent refroidissant ajouté de cette manière ne doit pas être trop grande mais, par contre, la matière ne doit pas être d'une finesse telle qu'il s'en échappe une proportion apprécia, ble par entraînement par les gaz brûlés sortant du four. La granulométrie doit être principalement inférieure à 10 mm.- et de préférence inférieure à 5 mm,.mais elle doit être supé- rieure à 0,5 mm.
Le refroidissement de la paroi du four peut être également effectué au moyen d'un gazou d'un mélange de gaz, de préférence de l'anhydride carbonique ou de la vapeur d'eau.
Les installations, à cette fin, sont de construction très simple et le refroidissement peut être efficace mais on réa- lise de cette manière des économies de chaleur un peu moindre que celles que donne un refroidissement effectué au moyen d'une matière qui en tout cas doit être ajoutée au cours de l'exécution du procédé.
Le refroidissement du four doit naturellement se
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faire en premier lieu dans la zone axiale du four où le dégagement de chaleur est le plus élevé et où le risque d'at- taque du revêtement du four est le plus sérieux. Ainsi, le jet de refroidissement est de préférence dirigé sur la.partie su- périeure de la paroi du four tournant mais il peut être égales ment dirigé sur la partie la plus voisine de la surface du bain. Quand il se crée dans le four une température excessive au-dessus du bain, il peut être commode de diriger l'agent de refroidissement sur la paroi immédiatement au-dessus de la surface du bain mais la direction optimum du jet doit bien entendu être déterminée dans chaque cas particulier.
Il est également possible de diriger l'agent de refroidissement sur le partie de la surface du bain dont la température est la plus élevée, ce qui permet de réduire considérablement le rayonne- ment thermique émanant du bain et de son voisinage-
On obtient un résultat intéressent certain grâce à l'effet d'écran produit par l'agent refroidissant introduit dans la chambre à gaz du four ainsi qu'une réduction appré- ciable du rayonnement calorifique sur les parois du four par étalement du jet d'agent refroidissant.
Il a été trouvé qu'on obtient un résultat spéciale- ment bon par le présent procédé de refroidissement quand la vitesse de rotation du four est assez élevée, par exemple, de plus de 5 tours/minute environ.
La quantité d'agent refroidissant nécessaire dans chacun des cas peut être aisément déterminée expérimentalement mais en règle générale il est possible de calculer la quanti- té voulue avec une précision raisonnable. Dans le traitement oxydant au Thomas d'une fonte de composition normale, il faut ordinairement une addition de chcux de l'ordre de 130 à 140 kg par tonne métrique de fonte et à peu près la même quan
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tité de minerai de fer. Ainsi, quand on utilise un four de
2,5 mètres de diamètre intérieur et ayant une capacité de
25 tonnes, et quand le procédé s'accomplit en trente-cinq minu- tes, l'addition de minerai et de chaux s'effectue en moyenne à un rythme de 200 kg par minute environ.
Une quantité aussi élevée n'est pas nécessaire pour le refroidissement de la sur- face en question mais il peut néanmoins être commode d'ajou- ter la totalité des matières d'addition nécessaires de cette manière, afin d'obtenir un chargement continu.
Si le refroidissement de la paroi du four est effectué au moyen de vapeur d'eau ou d'anhydride carbonique au lieu de solides, l'introduction des gaz peut être effectué au moyen de la même installation 45 que pour les solides, le sas 46 étant bloqué. Quand on utilise de la vapeur d'eau pour le refroidissement, il est possible de l'introduire sous for- me d'eau liquide. La quantité d'eau nécessaire pour obtenir un effet refroidissant marqué dans le traitement oxydant de la fonte est plutôt petite. Avec environ dix litres par minute on obtient un effet remarquable dans les circonstances ci- dessus.
Une telle quantité d'eau n'est pas accompagnée par une réduction appréciable de l'économie de chaleur réali sée par le procédé*
L'invention se rapporte principalement au trai- tement oxydant de la fonte et particulièrement aux procédés . dans lesquels lédit traitement est effectué au moyen de gaz riches en oxygène, mais elle est avantageusement applicable également à d'autres procédés de fonte des métaux dans un four rotatif, où il est important d'obtenir une protection-effi-. cace contre les attaques exercées sur le revêtement inté- rieur du four.
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