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Dans l'industrie sidérurgique, les procédés usuels au convertisseur par exemple les procédés Thomas et Bessemer, permettent de grosses productions, mais présentent l'inconvénient que la qualité de l'acier élaboré répond de moins en moins aux exigences actuelles.
De plus, ils nécessitent une composition déter- minée du fer brut à traiter, ce qui limite sensiblement leurs possibilités d'utilisation.
En enrichissant le vent en oxygène, le cas échéant jusqu'à près de 100%, et par soudflage par en dessus, il a été
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possible d'élargir un peu les limites étroites que les procédés classiques au convertisseur imposent à la composition de la matière première.
Dans un procédé récent, l'affinage s'effectue au moyen d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène, dans un récipient ou cornue tournant évidemment pour obtenir un mélange ou brassage plus intime de la charge. L'introduction du vent en partie dans le bain et en partie au-dessus du bain entraine la transformation en acide carbonique, par combustion, de l'oxyde de carbone prove- nant de-la décarburation, de sorte qu'une notable partie de la chaleur ainsi libérée devient utilisable pour l'opération. Ce' procédé a déjà permis d'améliorer sensiblement la qualité de l'acier produit.
Or, il a été constaté que, dans les opérations métal- lurgiques, telle que l'affinage au vent, les résultats obtenus, quant à la production, au rendement et à la quantité du produit final, sont d'autant meilleurs que la réaction se déroule suivant une répartition plus uniforme sur la totalité du bain, les pro- duits en réaction changeant rapidement leurs positions mutuelles et les produits finals de la réaction étant séparés sans retard' l'un de l'autre.
Dans les procédés connus, ces conditions sont plus ou moins imparfaitement remplies. La réaction se déroule seulement dans une portion limitée du volume du bain, dont la composition ne reste donc pas homogène ou uniforme. Le mouvement du bain, qui ne s'étend aucunement d'une manière régulière à la totalité du bain, ne peut remédier qu'en partie à ce fait. Il en résulte que la capacité de production, la qualité et le rendement sont encore susceptibles d'être notablement améliorés.
Le procédé qui fait l'objet de la présente Invention permet de satisfaire dans une très large mesure à cette condition, ce procédé consiste essentiellement à introduire les agents de
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réaction (pu- exemple air; air enrichi en oxygène ou oxygène dans le cas de l'affinage au vent) en les répartissant uniformément sur tout le bain (fonte ou fer brut) et à maintenir le dit bain animé d'un mouvement turbulent qui s'étend uniformément à tout son volume ou contenu. Dans un bain tournant autour de l'axe vertical de la cornue ou récipient de réaction, il est particulièrement facile de réaliser aussi bien l'admission, uniformément répartie sur le bain, des agents de réaction, qu'une turbulence s'étendant uniformément à tout le volume du bain.
Conformément à l'inventionon accélère et inten- sifie encore le phénomène de brassage permanent du bain, en su- perposant à la rotation du bain autour d'un axe vertical un deu- xième mouvement, qui est, en principe, une rotation autour d'un axe horizontal. Géométriquement, le bain en tant que corps de révolution, est formé par une surface génératrice, dont la tra- jectoire de son centre de gravité peutnreprésenter sensiblement l'axe autour duquel le bain exécute sa rotation supplémentaire.
La résultante des deux mouvements représente une ligne hélicoïdale fermée sur elle même et s'étendant horizontalement (autour de l'ane @@@tical) du bain, la dite ligne hélicoïdale remplissant la totalité du volume de ce dernier. La turbulence produite pour une vitesse suffisante du mouvement assure un brassage permanent intensif et uniforme du bain.
En règle générale, la section horizontale du vo- lume contenant le bain est circulaire. La trajectoire du centre de gravité de la section de surface génératrice du bain est donc un cercle de diamètre sensiblement moitié de celui du bain, si la surface génératrice a la forme générale d'un rectangle. Dans cer- tains cas, il peut être avantageux de donner à la section horizon- tale du bain une forme elliptique, ou similaire, lorsqu'il faut obtenir des conditions particulières pour le mouvement du bain, ou lorsque ceci semble utile pour des raisons de construction
Le déplacement proposé du bain favorise, de ma- nière particulièrement efficace, l'échange permanent; entre bain
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et laitier, à leur surface de séparation.
Cet échange est en- core favorisé par les produits gazeux de la réaction qui s'échap-. pent du bain et par l'effet de succion exercé par le vortex au centre de la surface supérieure du bain, ou sur la face de celui- ci attenant à la paroi de la cornue, suivant le sens de giration du mouvement hélicoïdal.
Conformément à l'invention, le mouvement tour- billonnaire du bain peut être entretenu par l'énergie cinétique des agents de réaction ou réactifs introduits. En choisissant la vitesse, la direction et le point d'introduction des dits agents dans le bain, son mouvement peut être adapté aux conditions de toute réaction envisagée. Par suite du contact direct du bain avec les réactifs, la totalité de l'énergie cinétique de ces derniers est pratiquement transmise au bain, dont les conditions optima de mouvement sont ainsi réalisées. Les réactifs utilisés à cet effet sont généralement gazeux tels que l'air, air enrichi en oxygène, oxygène, ou autres gaz. Il est également possible d'exécuter de cette manière des opérations avec des réactifs liquides.
Des agents de réaction solides, se présentant sous forme pulvérulente ou finement divisée, peuvent être introduits dans le bain au moyen de gaz porteurs, qui peuvent d'ailleurs être en même temps des réactifs. Des gaz porteurs ou autres, qui ne participent pas en soi à la réaction, jouent donc seulement le rôle de porteurs d'énergie; ils peuvent, en outre, servir de porteurs de chaleur s'ils ont été préalablement réchauffés.
Suivant une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, on a introduit dans l'enceinte de réaction, des combustibles, qui sont brûlés en totalité, ou en partie pour chauffer les produits constituant la charge et/ou fournir la chaleur nécessaire à l'opération et/ou pour réduire les matières premières ou les réactifs ajoutés. Les combustibles gazeux, aussi bien que liquides ou solides, conviennent à cet
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usage. Ceci permet une application universelle du procédé con- forme à l'invention. Les produits constituant la charge peuvent ainsi être fondus dans l'enceinte de réaction et soumis à un chauffage poussée avant le début de l'opération métallurgique proprement dite.
D'autre part, il est ainsi possible également d'apporter de la chaleur pendant l'opération métallurgique., dans le cas où la réaction nest pas suffisamment exothermique, ou est endothermique. Les combustibles permettent., en outre, s'ils ne sont pas brûlés ou s'ils ne sont brûlés qu'en partie, d'exercer une action réductrice sur les produits constituant la charge, action qui peut servir au traitement préalable ou ultérieur de ces produits, ou à la transformation des minerais mis en oeuvre.
Dans le cas, pris pour exemple, de l'affinage au vent réalisé conformément à, l'invention, on n'est donc plus tenu d'utiliser des fontes brutes d'une composition déterminée. La chaleur de combustion des combustibles introduits peut compenser l'insuffisance de silicium, de phosphore ou de carbone dans la fonte brute. Il est donc possible d'utiliser de la fonte brute et de la ferrailla ou mitraille d9acier. L'opération peut éga- lement être conduite de manière à réduire en fer-métallique des additions de battitures ou de minerai de fer.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que des réactifs, additions, matières à allier et/ou mine- rais, sous forme pulvérulente ou de grains fins, peuvent être introduits dans l'enceinte de réaction au moyen de véhicules ou supports gazeux réagissants ou inertes. Par suite de leurs fai- bles dimensions et de leur répartition uniforme, leur fusion et leur dissolution s'effectuent très rapidement dans le bain chaud, Leur réaction avec les constituants du bain débute donc immédia- tement après et s'effectue dans un dalai très court... Il est égale- ment possible dPinsuffler d'une manière analogue des produits liquides dans le bain, le gaz porteur servant alors en même temps de .
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moyen de pulvérisation.
Lorsque, pendant l'opération métallurgique il se dégage du bain des produits de réaction gazeux combustibles, ils peuvent être brûlés au moyen de comburants, par exemple d'air, d'air enrichi en oxygène, ou d'oxygène, introduits directement au- dessus du bain et uniformément répartis au-dessus de la surface de celui-ci. Une partie de la chaleur ainsi libérée est transmise au bain, ce qui assure une meilleure utilisation de la chaleur.
Le procédé conforme à l'invention permet de réaliser plusieurs opérations en un seul stade de travail. Il permet des opérations non seulement métallurgiques, mais aussi de nature - physique: par exemple, les produits constituant la charge, peuvent lorsqu'ils ne sont pas introduits sous forme liquide dans l'en- ceinte de réaction, d'abord être fondus, puis être soumis à une réduction, en totalité ou pour certains d'entre eux, tels que les oxydes métalliques. Ensuite a lieu l'affinage au vent et, enfin, des constituants d'alliage peuvent être introduits dans le bain.
Naturellement, il est possible d'effectuer également toutes les opérations préparatoires fluides, par exemple le grillage, l'éva- poration de constituants volatils, la préparation des laitiers appropriés ainsi que toutes autres opérations métallurgiques qui peuvent s'effectuer en phase fluide ou liquide.
Les produits gazeux de la réaction dégagés au cours de la mise en oeuvre du procédé sont avantageusement évacués à travers des échangeurs de chaleur et des dépoussiéreurs à sec et/ou humides de type connu. Dans les échangeurs thermiques, les gaz cèdent leur chaleur sensible pour le réchauffage des réactifs, la production de vapeur, etc. Les dépoussiéreurs débarrassent les gaz des poussières entraînées, qui sont avantageusement recyclées dans l'opération métallurgique. Les gaz refroidis et dépoussiérés sont conduits à un poste de traitement ulté- rieur s'ils contiennent des constituants de valeur. Leur évacua-
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tion à l'air libre ne p@d plus faire, craindre de dégâts.
Quelques @@ples de réalisation du dispositif pour la mise en pratique du procédé objet de l'invention sont décrits ci-après, avec référence aux dessins schématiques annexes. Dans ces dessins :
Figs. 1 et 2 représentent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale A-B, un récipient de réac- tion destiné à opérer conformément à l'invention.
Figs.3 à 10 représentent schématiquement, en coupe diverses formes de buses ou tuyères utilisables pour la mise en oeuvre du procédé.
Aux figures 1 et 2, on voit une cornue dans laquelle on imprime au bain un mouvement hélicoïdal fermé sensiblement autour du cercle de gravité de la section génératrice du bain. On prévoit également des dispositifs pour brûler, directement au-dessus du bain, les produits combustibles gazeux dégagés du bain.
Pour le chauffage du récipient et/ou de la charge,$) ou pour couvrir le besoin de chaleur @n prévoit des appareils d'alimentation en com- bustible et en comburante Ces appareils peuvent également être utilisés, à volonté, pour l'introduction ou l'admission, d'agents réactifs, d'additions, d'éléments d'alliage, etc. sous forme pulvérulente ou finement diviséeo
Le récipient de réaction 1 contient un bain 2, par exemple de fonte brute liquide, au-dessus duquel se trouve, une couche de laitier 3, constituée de chaux et de minerai. On in- suffle de l'air enrichi en oxygènepar des tuyères 4, répar- ties uniformément à la périphérie du récipient et indiquées par des flèches au dessin.
Ces tuyères sont inclinées sur le rayon de la section du récipient. Elles sont orientées tangen- tiellement au cercle Imaginaire 5 concentrique à, et plus petit que celui qui délimite la paroi de la cornue (fig. 2).
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L'énergie cinétique du vent insufflé se transmet pour la plus grande partie au bain, auquel est ainsi imprimé un mouvement énergique. Si l'on considère un élément infiniment petit 6 du bain et si l'on décompose son vecteur de vitesse 7 en,deux composantes 8 et 9, l'une radiale et l'autre perpendiculaire au rayon de la cornue, on voit tout d'abord que, en projection sur une surface horizontale, le dit élément du bain tourne autour de l'axe vertical du récipient et est en même temps sollicité , vers le centre de celui-ci. En outre, comme le vent produit un effet d'aspiration aux orifices des tuyères 4 et en aval de celles-ci, le bain prend également un mouvement giratoire dans le sens de la flèche 10, autour d'un axe horizontal 11.
Cet axe est une ligne circulaire passant autour de l'axe vertical du récipient et sensiblement formée par le centre de gravité de la section génératrice du bain. Les conditions de 'déplacement précisées pour le bain, fixent la trajectoire de chacun des éléments du bain suivant une trajectoire hélicoïdale fermée enroulée autour de l'axe vertical du récipient, et cette trajectoire s'étend uniformément à tout le volume du bain. Par suite de la circulation turbulente, il se produit en outre des tourbillons secondaires, qui se répartissent aussi d'une maniè- re uniforme sur tout le bain, ce qui permet d'obtenir un bras- sage continuel intense de celui-ci.
Le mouvement régulièrement violent du bain, favorise très efficacement les échanges perma- nents entre bain et laitier de sorte que les réactions se propa- gent uniformément et très rapidement sur toute leur surface de séparation.
Les gaz de la réaction s'échappant du bain, qui sont constitués principalement d'oxyde de carbone et d'azote, sont brûlés au moyen d'air enrichi en oxygène, qui est insufflé . au-dessus de la surface du bain par des tuyères 12 uniformément
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réparties à la périphérie de réciplent. Les gaz brûlés sont évacuée par la sortie de fumées 13.
Les tuyères 14 et 15 sont destinées à permettre l'introduction de combustibles et de comburants, et éventuellement de réactifsd'additions ou de matières à allier. Ces tuyères sont disposées en alternance et équidistantes sur la périphérie du récipient et dirigées sur la surface du bain, sous un angle infé- rieur à 90 , et compris de préférence, entre 45 et 60 . De plus, elles sont, comme les tuyères 4, inclinées sur les rayons de la cornue ou récipients Les combustibles sont introduits par les tuyères 14, les comburante, par exemple 1?air ou l'oxygène, par les tuyères 15. Les tuyères 14 peuvent également être agencées en brûleurs; par lesquels le combustible est insufflé dans le récipient avec le comburante en proportion voulue.
Il se produit une flamme chaude, à forte turbulence, qui est amenée en con- tact intime avec la surface du bain. Suivant les besoins, les tuyères 15 peuvent servir à l'insufflation dans le bain de ré- actifs ou dadditions agissant sur la viscosité du laitier, ou de minerais ou produits à allier, qui sont introduits dans le bain sous forme finement granuleuse en même temps que des réac- tifs gazeux ou des gaz inertes leur servant de véhicule.
On peut adapter aux divers besoins les fonctions des, diverses tuyères qui peuvent être différentes de celle exposée dans l'exemple précitée C'est ainsi, par exemple, que des réactifs, additions,ou produits similaires,peuvent être introduits dans le bain par les tuyères à vent 4. Les fonctions des tuyères 12, 14 et 15 peuvent être interverties à volonté, si les conditions l'exigent ou le font apparaître comme plus favorable.
Pour le chargement, sous forme liquide ou solide, des produits constituant la charge, on ménage une ou plusieurs por- . tes 16. La vidange du récipient s'effectue par dés trous de cou- lée 17 pour le métal, par exemple l'acisr, et des trous de coulée
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18 pour les crasses ou scories. Il est avantageusement prévu plusieurs trous de coulée, notamment pour les scories, à diffé- rentes hauteurs de la cornue de réaction. La cornue peut comporter également un dispositif basculeur, permettant sa vidange par basculage, à la manière connue. L'admission aux tuyères des réactifs et autres produits s'effectue dans ce cas à la manière usuelle par des conduites montées à travers les pivots-porteurs du récipient.
La nature du garnissage de la cornue doit être adaptée, à la manière connue, aux produits formant la charge et. aux conditions de travail. Suivant la nature des produits à traiter, le garnissage peut être basique, acide, ou neutre, en tenant compte des températures de travail qui régneront. La durée du garnissage peut être améliorée par refroidissement de la pa- roi extérieure. Il peut être prévu, dans ee but, un chemisage ou un système de tubes à travers lequel on fait circuler un fluide réfrigérant, qui peut être de l'air, de l'eau, ou d'autres gaz ou liquides. Le récipient de réaction peut également être établi sous la forme d'une chaudière.
Aux figures 3 à 10, on a représenté quelques dis- positions sélectionnées de tuyères appropriées à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Les montages sont limités aux tuyères qui déterminent le mouvement du bain. Pour plus de clarté, on n'a reporté sur ces figures aucun des autres dispositifs, dont il a déjà été question.
Les figures 3 et 4 représentent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant C-D, une cornue de réaction 21, dans laquelle le bain 22 est maintenu en mouvement par introduction de réactifs, directement au-dessus du fond 23. Des dérivations 25 pour les réactifs partent d'une conduite annulaire 24, rejoignent les tuyères 26, qui débouchent
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en obliqua sur les @@@@@@@ @@ réc@pieur. Le mouvement que peut prendre ainsi le bans est @@@ique @ar les flèches P et Q.
Dans le récipient 41, représenté en coupe longitu- dinale à la fige , et en fig. 6 en coupe transversale suivant la ligne E-F de fige 5, l'affinage s'effectue par soufflage du vent sur le bain 32; la direction de soufflage des tuyères 33 présente ici une forte inclinaison sur la surface du bain et est inclinée sur le rayon de la corbue. Il s'ensuit que le bain est animé à la fois d'un mouvement de rotation (flèche P) et d'un mouvement de rou- lement (flèche Q), ce qui provoque un brassage énergique de sorte que le vent agit toujours sur des surfaces nonvelles.
Les fige 7 et 8 représtent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant la ligne G-H, une cornue de réaction 41, à admission centrale, par une conduite 42, du réactif ou de l'agent d'affinage. L'extrémité inférieure de cette-conduite se termine par des tuyères latérales 43, régulière- ment réparties sur le pourtour de la conduite et débouchant obli- quement par rapport aux rayons de la cornue ou récipient. Le mouvement du bain @ est représenté par les flèches P et Q. La con@@@@@@ peut être montéeo Lorsque les tuyères se trouvent sensiblement à mi-hauteur du bain, on obtient deux mouvements de roulement superposés et opposés, en même temps qu'une rotation du bain.
Pour une position plus haute des tuyères, le mouvement de roulement est de sens contraire à celui représenté au dessin. Le choix de l'une ou l'autre de ces positions dépend de la d@@réeducontact nécessaire entre le bain et le vent. Des facteurs Importants sont la vitesse de réaction et la viscosité du bain (qui sont, en général, fonction toutes deux de la -température). Si l'on fait en outre tourner la conduite à tuyères 42, on peut amplifier la rota- tion du bain dans le sens de la flèche Po
Lorsqu'on fait passer la conduite à tuyères 42 à travers un couvercle amovible du réclpient, on peut la retirer complètement.
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L'ouverture ainsi dégagée peut servir au chargement et, si le récipient est basculant, à sa vidange.
Les fig. 9 et 10 représentent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale suivant la ligne L-M, un récipient ou cornue de réaction 51, à travers le couvercle 52 duquel sont introduites de haut en bas dans le bain 54, des lances-tuyères 53, susceptibles de tourner et de coulisser, réparties uniformément sur la périphérie. Ces lances-tuyères peuvent également être dis- posées de manière à se terminer au-dessus du bain, le soufflage s'effectuant de haut en bas. La position des tuyères, conformément à l'invention, détermine ici encore le mouvement caractéristique du bain indiqué par les flèches P et Q. Le couvercle 52 est amov- ble et peut être retiré avec les lances-tuyères, ce qui rend le bain accessible. La coulée s'effectue par basculage du récipient.
Les exemples représentés aux dessins ne sont pas évident- ment limitatifs; on peut combiner de manière quelconque les formes de réalisation sus-décrites, en tenant compte de la nature des opérations à effectuer, de la composition des charges, etc.
Les tuyères sont exécutées, suivant la nature des pro- duits à traiter et la température de l'opération, en un matériau résistant aux diverses actions. En général, pour des hautes tem- pératures, on utilise des tuyères en acier ou en cuivre, de pré- férence renforcées de barreaux et munies d'un revêtement en un matériau approprié ou exécuté à l'aide de scories provenant de l'opération. Dans ce dernier cas, on plonge les tuyères dans les scories liquides. Par suite du refroidissement à l'eau, la tuyère se recouvre d'une couche consistante de scories, qui est maintenue par les entretoises ou barreaux.
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In the steel industry, the usual converter processes, for example the Thomas and Bessemer processes, allow large productions, but have the disadvantage that the quality of the steel produced meets less and less current requirements.
In addition, they require a specific composition of the crude iron to be treated, which significantly limits their possibilities of use.
By enriching the wind with oxygen, if necessary up to nearly 100%, and by welding from above, it has been
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possible to widen a little the narrow limits which the traditional methods to the converter impose on the composition of the raw material.
In a recent process, the refining is carried out by means of oxygen or oxygen-enriched air, in a container or retort obviously rotating to obtain a more intimate mixing or stirring of the feed. The introduction of the wind partly into the bath and partly above the bath causes the transformation into carbonic acid, by combustion, of the carbon monoxide coming from the decarburization, so that a significant part of the heat thus released becomes usable for the operation. This process has already made it possible to significantly improve the quality of the steel produced.
However, it has been observed that, in metallurgical operations, such as wind refining, the results obtained, as regards the production, the yield and the quantity of the final product, are all the better than the reaction proceeds in a more uniform distribution throughout the bath, the reactants rapidly changing their mutual positions and the end products of the reaction being separated from each other without delay.
In the known processes, these conditions are more or less imperfectly fulfilled. The reaction takes place only in a limited portion of the volume of the bath, the composition of which therefore does not remain homogeneous or uniform. The movement of the bath, which in no way extends in a regular manner to the whole of the bath, can only partially remedy this fact. As a result, the production capacity, the quality and the yield are still likely to be significantly improved.
The process which is the subject of the present invention makes it possible to satisfy this condition to a very large extent, this process essentially consists in introducing the agents of
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reaction (for example air; air enriched with oxygen or oxygen in the case of wind refining) by distributing them uniformly over the whole bath (cast iron or crude iron) and to keep the said bath animated by a turbulent movement which extends uniformly throughout its volume or contents. In a bath rotating around the vertical axis of the retort or reaction vessel, it is particularly easy to achieve both the admission, uniformly distributed over the bath, of the reaction agents, and turbulence extending uniformly through the bath. the entire volume of the bath.
In accordance with the invention, the phenomenon of permanent stirring of the bath is accelerated and further intensified, by superposing on the rotation of the bath around a vertical axis a second movement, which is, in principle, a rotation around a vertical axis. 'a horizontal axis. Geometrically, the bath as a body of revolution is formed by a generating surface, the trajectory of which of its center of gravity can substantially represent the axis around which the bath performs its additional rotation.
The resultant of the two movements represents a helical line closed on itself and extending horizontally (around the channel) of the bath, the said helical line filling the entire volume of the latter. The turbulence produced for a sufficient speed of movement ensures an intensive and uniform permanent stirring of the bath.
As a general rule, the horizontal section of the volume containing the bath is circular. The trajectory of the center of gravity of the generating surface section of the bath is therefore a circle with a diameter substantially half that of the bath, if the generating surface has the general shape of a rectangle. In certain cases it may be advantageous to give the horizontal section of the bath an elliptical shape, or the like, when special conditions are required for the movement of the bath, or when this seems useful for reasons of construction
The proposed displacement of the bath favors, in a particularly effective way, the permanent exchange; between bath
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and slag, at their separation surface.
This exchange is further favored by the gaseous products of the reaction which escape. pent of the bath and by the suction effect exerted by the vortex at the center of the upper surface of the bath, or on the face of the latter adjoining the wall of the retort, depending on the direction of gyration of the helical movement.
In accordance with the invention, the swirling movement of the bath can be maintained by the kinetic energy of the reaction agents or reactants introduced. By choosing the speed, direction and point of introduction of said agents into the bath, its movement can be adapted to the conditions of any envisaged reaction. As a result of the direct contact of the bath with the reactants, all of the kinetic energy of the latter is practically transmitted to the bath, the optimum conditions of movement of which are thus achieved. The reagents used for this purpose are generally gaseous such as air, air enriched with oxygen, oxygen, or other gases. It is also possible to carry out operations with liquid reagents in this way.
Solid reaction agents, which are in powder or finely divided form, can be introduced into the bath by means of carrier gases, which can moreover be reactants at the same time. Carrier gases or others, which do not take part in the reaction per se, therefore only play the role of energy carriers; they can also serve as heat carriers if they have been previously reheated.
According to another characteristic of the process which is the subject of the invention, fuels have been introduced into the reaction chamber, which are burnt in whole or in part to heat the products constituting the load and / or provide the heat necessary for the feed. operation and / or to reduce raw materials or added reagents. Gaseous fuels, as well as liquid or solid, are suitable for this purpose.
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use. This allows universal application of the method according to the invention. The products constituting the charge can thus be melted in the reaction chamber and subjected to extensive heating before the start of the metallurgical operation proper.
On the other hand, it is thus also possible to provide heat during the metallurgical operation, in the case where the reaction is not sufficiently exothermic, or is endothermic. The fuels allow., Moreover, if they are not burned or if they are only partially burned, to exert a reducing action on the products constituting the charge, action which can be used for the preliminary or subsequent treatment of these products, or to the processing of the ores used.
In the case, taken as an example, of wind refining carried out in accordance with the invention, it is therefore no longer required to use crude cast iron of a determined composition. The heat of combustion of the fuels introduced can compensate for insufficient silicon, phosphorus or carbon in pig iron. It is therefore possible to use pig iron and steel scrap or grape shot. The operation can also be carried out so as to reduce additions of scale or iron ore to iron-metallic.
Another advantage of the invention lies in the fact that reagents, additions, materials to be alloyed and / or minerals, in powder or fine grain form, can be introduced into the reaction chamber by means of vehicles or supports. reacting or inert gases. Owing to their small dimensions and their uniform distribution, their melting and dissolution take place very quickly in the hot bath. Their reaction with the constituents of the bath therefore begins immediately afterwards and takes place in a very dalai. short ... It is also possible to blow liquid products into the bath in a similar way, the carrier gas then serving at the same time as.
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spray medium.
When, during the metallurgical operation, combustible gaseous reaction products are released from the bath, they can be burned by means of oxidizers, for example air, oxygen-enriched air, or oxygen, introduced directly to the- above the bath and evenly distributed over the surface thereof. Part of the heat released in this way is transmitted to the bath, which ensures better use of the heat.
The method according to the invention allows several operations to be carried out in a single work stage. It allows operations not only metallurgical, but also of a physical nature: for example, the products constituting the charge, can, when they are not introduced in liquid form into the reaction chamber, first be melted, then be subjected to a reduction, in whole or for some of them, such as the metal oxides. Wind refining then takes place and, finally, alloying constituents can be introduced into the bath.
Of course, it is also possible to carry out all the fluid preparatory operations, for example roasting, the evaporation of volatile constituents, the preparation of suitable slags as well as all other metallurgical operations which can be carried out in the fluid or liquid phase. .
The gaseous products of the reaction released during the implementation of the process are advantageously removed through heat exchangers and dry and / or wet dust collectors of known type. In heat exchangers, gases give up their sensible heat for reheating the reagents, producing steam, etc. The dust collectors remove the entrained dust from the gases, which is advantageously recycled in the metallurgical operation. The cooled and dusted gases are taken to a further processing station if they contain valuable constituents. Evacuated them-
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tion in the open air no longer do, fear of damage.
Some embodiments of the device for putting into practice the method which is the subject of the invention are described below, with reference to the accompanying schematic drawings. In these drawings:
Figs. 1 and 2 show, respectively in longitudinal section and in cross section A-B, a reaction vessel intended to operate in accordance with the invention.
Figs.3 to 10 schematically show, in section, various forms of nozzles or nozzles which can be used for carrying out the process.
In Figures 1 and 2, we see a retort in which the bath is imparted a helical movement closed substantially around the circle of gravity of the generating section of the bath. Devices are also provided for burning, directly above the bath, the gaseous fuel products released from the bath.
For heating the receptacle and / or the load, $) or to cover the need for heat @n provided devices for supplying fuel and oxidant These devices can also be used, at will, for the introduction or the admission of reactants, additions, alloying elements, etc. in powder or finely divided form
The reaction vessel 1 contains a bath 2, for example of liquid pig iron, above which there is a layer of slag 3, consisting of lime and ore. The oxygen-enriched air is blown in through nozzles 4, distributed uniformly around the periphery of the container and indicated by arrows in the drawing.
These nozzles are inclined on the radius of the section of the container. They are oriented tangentially to the Imaginary Circle 5 concentric with, and smaller than that which delimits the wall of the retort (Fig. 2).
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The kinetic energy of the blown wind is transmitted for the most part to the bath, which is thus imparted an energetic movement. If we consider an infinitely small element 6 of the bath and if we decompose its speed vector 7 into two components 8 and 9, one radial and the other perpendicular to the radius of the retort, we see all d 'first that, in projection on a horizontal surface, the said element of the bath rotates around the vertical axis of the container and is at the same time stressed, towards the center thereof. In addition, as the wind produces a suction effect at the orifices of the nozzles 4 and downstream thereof, the bath also takes on a gyratory movement in the direction of arrow 10, around a horizontal axis 11.
This axis is a circular line passing around the vertical axis of the container and substantially formed by the center of gravity of the generating section of the bath. The displacement conditions specified for the bath fix the path of each of the elements of the bath along a closed helical path wrapped around the vertical axis of the container, and this path extends uniformly over the entire volume of the bath. As a result of the turbulent circulation, further secondary vortices are produced, which are also distributed uniformly over the whole bath, which makes it possible to obtain continuous intense brazing of the latter.
The regularly violent movement of the bath very effectively promotes the permanent exchanges between the bath and the slag so that the reactions propagate uniformly and very quickly over their entire separation surface.
The reaction gases escaping from the bath, which consist mainly of carbon monoxide and nitrogen, are burnt by means of oxygen enriched air, which is blown. above the surface of the bath by nozzles 12 uniformly
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distributed around the periphery of Réciplent. The burnt gases are evacuated through the smoke outlet 13.
The nozzles 14 and 15 are intended to allow the introduction of fuels and oxidants, and optionally addition reagents or materials to be alloyed. These nozzles are arranged alternately and equidistantly on the periphery of the container and directed over the surface of the bath, at an angle of less than 90, and preferably between 45 and 60. In addition, they are, like the nozzles 4, inclined on the radii of the retort or receptacles. The fuels are introduced through the nozzles 14, the oxidizers, for example 1 air or oxygen, through the nozzles 15. The nozzles 14 can also be arranged as burners; by which the fuel is blown into the container with the oxidizer in the desired proportion.
A hot, highly turbulent flame is produced which is brought into intimate contact with the surface of the bath. As required, the tuyeres 15 can be used for blowing into the bath reagents or additions acting on the viscosity of the slag, or ores or products to be alloyed, which are introduced into the bath in finely granular form at the same time. as gaseous reagents or inert gases serving as their vehicle.
The functions of the various nozzles which may be different from that set forth in the above-mentioned example can be adapted to the various needs. Thus, for example, reagents, additions, or similar products, can be introduced into the bath by the Wind nozzles 4. The functions of nozzles 12, 14 and 15 can be inverted at will, if conditions require it or make it appear more favorable.
For the loading, in liquid or solid form, of the products constituting the load, one or more por-. tes 16. The emptying of the container is effected by pouring holes 17 for metal, for example acisr, and pouring holes
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18 for dross or slag. Several tap holes are advantageously provided, in particular for the slag, at different heights of the reaction retort. The retort may also include a tilting device, allowing it to be emptied by tilting, in the known manner. In this case, the reagents and other products are admitted to the nozzles in the usual manner by conduits mounted through the pivot-carriers of the receptacle.
The nature of the retort packing must be adapted, in the known manner, to the products forming the load and. to working conditions. Depending on the nature of the products to be treated, the packing can be basic, acidic or neutral, taking into account the working temperatures which will prevail. The duration of the lining can be improved by cooling the outer wall. For this purpose, a liner or a system of tubes may be provided through which a refrigerant fluid is circulated, which may be air, water, or other gases or liquids. The reaction vessel can also be set up in the form of a boiler.
In FIGS. 3 to 10, a few selected arrangements of nozzles suitable for carrying out the process according to the invention have been shown. The assemblies are limited to the nozzles which determine the movement of the bath. For the sake of clarity, none of the other devices, which have already been discussed, have been shown in these figures.
FIGS. 3 and 4 represent, respectively in longitudinal section and in transverse section along CD, a reaction retort 21, in which the bath 22 is kept in motion by the introduction of reagents, directly above the bottom 23. the reactants start from an annular pipe 24, join the nozzles 26, which open out
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obliqua on the @@@@@@@ @@ rec @ pieur. The movement that the banner can take in this way is @@@ ique @ by the arrows P and Q.
In the container 41, shown in longitudinal section when frozen, and in FIG. 6 in cross section along the line E-F of fig 5, the refining is carried out by blowing the wind on the bath 32; the blowing direction of the nozzles 33 here has a strong inclination on the surface of the bath and is inclined on the radius of the corbel. It follows that the bath is animated at the same time of a rotational movement (arrow P) and of a rolling movement (arrow Q), which causes an energetic stirring so that the wind always acts on it. new surfaces.
The rods 7 and 8 represent, respectively in longitudinal section and in transverse section along line G-H, a reaction retort 41, with central admission, via a pipe 42, of the reagent or of the refining agent. The lower end of this pipe ends with side nozzles 43, regularly distributed around the periphery of the pipe and opening obliquely with respect to the radii of the retort or container. The movement of the bath @ is represented by the arrows P and Q. The con @@@@@@ can be mounted When the nozzles are located approximately halfway up the bath, two superimposed and opposite rolling movements are obtained, at the same time. time than a rotation of the bath.
For a higher position of the nozzles, the rolling movement is in the opposite direction to that shown in the drawing. The choice of one or the other of these positions depends on the necessary re-contact between the bath and the wind. Important factors are the reaction rate and the viscosity of the bath (which are, in general, both a function of temperature). If the nozzle pipe 42 is also rotated, the rotation of the bath can be increased in the direction of the arrow Po
By passing the nozzle line 42 through a removable container cover, it can be completely removed.
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The opening thus released can be used for loading and, if the container is tilting, for emptying it.
Figs. 9 and 10 represent, respectively in longitudinal section and in transverse section along the line LM, a receptacle or reaction retort 51, through the cover 52 of which are introduced from top to bottom into the bath 54, nozzle lances 53, capable of turn and slide, distributed evenly around the periphery. These lance-nozzles can also be arranged so as to end above the bath, the blowing being carried out from top to bottom. The position of the nozzles, in accordance with the invention, here again determines the characteristic movement of the bath indicated by arrows P and Q. The cover 52 is removable and can be removed with the nozzle lances, which makes the bath accessible. . The casting is carried out by tilting the container.
The examples shown in the drawings are not obviously limiting; the above-described embodiments can be combined in any way, taking into account the nature of the operations to be carried out, the composition of the fillers, etc.
The nozzles are made, depending on the nature of the products to be treated and the operating temperature, in a material resistant to the various actions. In general, for high temperatures, steel or copper nozzles are used, preferably reinforced with bars and provided with a coating of a suitable material or executed with slag from the operation. . In the latter case, the nozzles are immersed in the liquid slag. As a result of water cooling, the nozzle becomes covered with a consistent layer of slag, which is held by the spacers or bars.