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L'invention se rapporte à des dispositifs pour introduire dans des fours métallurgiques des substances intervenant dans le traitement de métaux, notamment dans l'affinage et la formation d'alliages, ainsi qu'à un procédé de traitement de métaux dans des fours pourvus de cer dispositifso
Conformément à l'invention, ces dispositifs comportent en outre d'un conduit principal refroidi à l'eau et servant à l'injection de gaz, un conduit auxiliaire'refroidi à l'eau, servant à l'apport de substances pulvérulentes, li- quides ou gazeuses convenant à l'affinage ou à la formation d'alliages.
Suivant un premier mode d'exécution, le conduit auxiliaire est logé dans la chemise d'eau du conduit principal et débouche près de l'embouchure à l'intérieur de ce dernier,de préférence dans la paroi supérieure. Le conduit auxiliaire est avantageusement incliné vers le bas en direction du centre du fond du four contenant le métal en fusion, et l'embouchure du conduit principal est conformée de manière que le jet de substances sortant du conduit auxiliaire ne soit pas contrarié par la lèvre inférieure de l'embouchure, par exemple en prévoyant dans la lèvre inférieure une gorge qui peut être traversée par le jet, ou en plaçant la lèvre inférieure en retrait par rapport à la lèvre supérieure.
Ce dispositif est destiné à remplacer en tout ou en partie les tuyè- res habituelles pour l'insufflation de vent chaud dans les fours métallurgiques existants ou en construction, par exemple, dans les hauts-fourneaux, fours cubilots ou autres. Le conduit principal du dispositif assume la tâche d'une tuyère ordinai- re, dont il possède la forme et la section de passage, et le conduit auxiliai- re, de diamètre sensiblement plus faible.sert à l'introduction dans le four de substances pulvérulentes, liquides ou gazeuses agissant sur le métal en fusion pour modifier sa composition.
Suivant la nature ou le but des substances ainsi introduites dans le four, les conduits auxiliaires sont utilisés de façon perma- nente ou intermittente, et les conduits auxiliaires des différents dispositifs conformes à l'invention montés dans un four peuvent servir pour l'apport simul- tané de différentes substances, les conduits auxiliaires de certains dispositifs étant utilisés pour l'introduction de substances déterminées et d'autres conduits auxiliaires pour celle d'autres substances.
Etant logés dans la chemise d'eau des conduits principaux et débouchant à l'intérieur de ces derniers, les conduits auxiliaires ne sont pas exposés à l'usure mécanique ou thermique, et ils sont à l'abri de l'obstruction par les matières se trouvant dans le four quand,ils ne sont pas utiliséso
La transformation des tuyères à vent existantes, par l'adjonction d'un conduit auxiliaire en dispositif à conduits principal et auxiliaire con- forme à l'invention, ou le remplacement des tuyères à vent existantes par ces dispositifs, se fait aisément et n'occasionne que des frais peu importants par rapport aux avantages qu'ils procurent et aux possibilités nouvelles qu'elles ouvrent
Ces avantages et possibilités nouvelles sont en effet nombreux.
En premier lieu, les conduits auxiliaires permettent de reporter dans le four même dans lequel le métal a été élaboré, des opérations qui, en pratique, se font actuellement dans des cuves spéciales, notamment dans les convertisseurs, parti- culièrement l'affinage et la formation d'alliages.
En ce qui concerne l'affinage, on connaît des procédés assez récents qui consistent en principe à lancer un courant d'oxygène sur le métal en fusion avant ou après sa coulée et à ajouter en même temps des substances telles que de la chaux, liant et transformant en laitier liquide des impuretés du métal en fusion telles que le silicium, le soufre et le phosphoreo En pratique, ces pro- cédés sont exécutés dans les convertisseurs ou dans des fours inclinés spéciaux et les propositions et essais qui ont été faites ou entrepris pour les adapter aux hauts-fourneaux, fours cubilots et autres fours semblables,
n'ont pas trouvé d'exécution techniqueoLe dispositif suivant l'invention à conduit principal et
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conduit auxiliaire rend possible l'affinage au moyen d'oxygène dans le four même où le métal a été élaboré. Tandis que les conduits principaux servent comme d'ha- bitude à l'insufflation du vent chaud, certains des conduits auxiliaires servent à diriger peu de temps avant la coulée de l'oxygène ou de l'air enrichi d'oxygène sur le métal en fusion et d'autres de ces conduits sont utilisés pour l'apport de la chaux ou d'autres substances liant les impuretés dégagées du métal en les sco- rifiant. Le métal affiné de cette manière est alors coulé après l'enlèvement du laitier.
Par ce procédé, il est possible de produire directement, dans le four de réduction du minerai de fer, un acier de bonne qualité.
: Les conduits auxiliaires servent cependant aussi à d'autres tâches, comme par exemple à l'introduction d'eau pour calmer l'allure du four, ou de subs- tances solides tôlier que des minerais ou résidus métalliquespulvérulents pour augmenter le rendement par l'utilisation de l'oxyde de carbone ou des calories en excès, ou d'autres substances pulvérulentes favorisant la recarburation, la déphosphoration, la désoxydation ou la désulfuration en servant à l'élimination d'impuretés métalliques telles que le chrome, le tétane, etc.
Finalement, les conduits auxiliaires conviennent pour l'apport dans les hauts-fourneaux ou les fours cubilots d'éléments d'alliage, tels que du ferro-silicium, du ferro-manga- nèse et autres, notamment de nickel, tungstène et aluminium pour l'obtention de fonte nodulaire ou du siliciure de calcium pour l'obtention du meehanite ou de cuivre et d'autres composants pour l'obtention de fer peu oxydable.
Une autre forme d'exécution du dispositif suivant l'invention prévoit en outre d'un conduit principal servant à lancer un gaz contre le métal en fusion, un conduit auxiliaire débouchant à l'extérieur du conduit principal et pourvu d' ouvertures dirigeant des substances dans l'atmosphère se trouvant au-dessus du métal en fusion.
Le conduit auxiliaire peut entourer concentriquement le conduit principal et se termine alors avantageusement par un bulbe, qui est pourvu d'ou- vertures placées à une certaine distance de l'embouchure du conduit principal, orientées horizontalement et/ou vers le haut, et qui est traversé par le conduit principal dirigé vers le métal en fusion, mais le conduit auxiliaire peut aussi être accolé au conduit principal et se termine en ce cas de préférence par une tubulure horizontale disposée à un niveau supérieur à celui de l'embouchure du conduit principal.
Le conduit principal des dispositifs de ce genre sert à lancer de l'oxygène pur contre le métal en fusion se trouvant dans une cuve verticale ou dans une poche de coulée en vue de l'affinage de ce métal, et le conduit auxi- liaire sert à l'inection d'oxygène impur et d'air enrichi d'oxygène dans l'at- mosphère se trouvant au-dessus du métal dans le but de brûler l'oxyde de carbone et de transformer la fumée brun-rougeâtre qui remplit cette atmosphère en fumée grise, moins gênants après son évacuation par la cheminée.
La combustion de l'oxy- de de carbone fait hausser la température, ce qui permet d'augmenter la quantité de matièresrefroidissantes telles que minerai ou déchets métalliques que l'on peut ajouter au métal en vue de l'augmentation du rendement, conduisant en fin de com- te à un abaissement de la température des gaz sortant par la cheminée.
L'emploi dans des fours métallurgiques des dispositifs décrits ci-des- sus ouvre la possibilité de traiter le métal brut en fusion par un procédé sui- vant lequel le métal-,est d'abord soumis, dans le four même dans lequel il a été élaboré, à un traitement préliminaire au moyen d'oxygène et de substances conve- nant pour l'affinage et, éventuellement aussi à la formation d'alliages, intro- duits dans le four par des dispositifs comportant un conduit principal et un con- duit auxiliaire logé dans la chemise d'eau du conduit principal et débouchant à l'intérieur de ce dernier , et ensuite à l'affinage final dans une poche de coulée reliée à cet effet à une hotte renfermant un dispositif qui comporte un conduit -auxiliaire débouchant à l'extérieur du conduit principal dirigé vers le métal en fusion,
ainsi qu'un tube permettant d'introduire des substances pulvérulentes. Le conduit principal est alimenté d'oxygène pur agissant sur le métal, le conduit auxiliaire d'oxygène impur ou d'air enrichi d'oxygène agissant sur l'atmosphère
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se trouvant au-dessus du métal en fusion) et le tube permettant d'introduire des substances pulvérulentes sert à l'introduction de substances réagissant avec des impuretés dégagées du métal pour former un laitier liquide, et/ou à la forma- tion d'alliages, le métal affiné, et le cas échéant allié obtenu étant coulé après l'enlèvement du laitiero
Une application particulière est le traitement de la fonte brute qui subit un affinage préliminaire dans le four de réduction du minerai,
par exemple dans un haut-fourneau ou dans un four cubilot, pourvu de tuyères à conduit auxiliai- re logé dans la chemise d'eau et débouchant à l'intérieur de celles-ci, et qui est soumise à l'affinage final dans la poche de coulée sous une hotte pourvue d'une lance à oxygène pur possédant un conduit auxiliaire débouchant à l'extérieur de la lance, par lequel de l'oxygène impur ou de 1 air enrichi d'oxygène est introduit dans l'atmosphère située au-dessus du métal, l'apport de substances scorifiantes et, éventuellement, de substances d'alliage se faisant par un tube monté dans la hotte,
l'acier obtenu étant coulé après enlèvement du laitiero
Le dessin annexé représente schématiquement à titre d'exemple plu- sieurs formes d'exécution de l'inventiono
La figure 1 montre la partie antérieure d'une tuyère à vent munie d'un conduit auxiliaire, vue en coupe verticale; les figures 2 et 3 sont des vues analogues de tuyères semblables à embouchure modifiées; la figure 4 est une vue en coupe du bas d'un four vertical ; la figure 5 montre en coupe une lance avec conduit auxiliaire débou- chant à l'extérieur de celle-ci,' et la figure 6 une lance dans laquelle les conduits principal et auxi- liaire sont accolés;
la figure 7 représente un dispositif d'affinage comportant une lance suivant la figure 50
Les figures 1 à 3 montrent la partie antérieure 1 d'une tuyère refroi- die à l'eau amenée par le tube 2 dans la chemise 3. Cette tuyère est de préfé- rence en cuivre ou en acier inoxydable et comporte un conduit principal 4 et un conduit auxiliaire 5 qui est logé dans la chemise d'eau 3 et qui débouché à l'in- térieur du conduit principal 4, au haut de celui-ci et près de l'embouchure. Le conduit auxiliaire est incurvé vers le bas de sorte que les substances qui sont introduites par lui dans le four, soient dirigées vers le centre du fond du four, comme le montre la figure 4.
Afin que le jet de substance venant du conduit auxiliaire ne puisse être contrarié par l'embouchure du conduit principal 4, celle-ci comporte dans la lèvre inférieure 6 une gorge 7 (figo 2); ou la lèvre inférieure est placée en retrait par rapport à la lèvre supérieure 8 (figo 3)o
Le conduit auxiliaire est de faible section, ne dépassant en général pas 15 à 25 millimètres.
Les dispositifs suivant les figures 5 et 6 possèdent un conduit au- xiliaire 9 débouchant à l'extérieur du conduit principal 10, les deux conduits étant refroidis à l'eau circulant dans des chemises 11.Le conduit auxiliaire peut entourer concentriquement le conduit principal et se terminer en un bulbe 12 qui est situé à une certaine distance de l'embouchure du conduit principal 10 et est pourvu d'ouvertures 13 disposées dans un plan horizontal et d'ouvertures 14 se trou- vant dans la partie supérieure du bulbe comme le montre la figure 5, mais.les deux conduits peuvent aussi être accolés et le conduit auxiliaire peut se terminer par une tubulure horizontale 5 (figo 7) qui est située à un niveau supérieur à celui de l'embouchure du conduit principalo Ce dernier est dirigé vers le bas et constitue une lance d'oxygène pur pour l'affinage d'un métal en fusion.
Le tube
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auxiliaire sert à l'introduction d'oxygène impur ou d'air enrichi d'oxygène dans l'atmosphère située au-dessus du métal en fusion.
Un procédé de traitement de métaux est basé sur l'utilisation de dis- positifs à conduit principal et conduit auxiliaire suivant les figures 1 à 4 dans le four de réduction et suivant les figures 5 dans une hotte 16 (figo 7) qui com- porte en outre un tube 17 pour l'introduction de matières pulvérulentes.
La hotte est reliée à une cheminée d'évacuation par des cônes concentriques 18 et elle coiffe une poche de coulée 19 contenant le métal 20 à traiter par de l'oxygène pur lancé sur lui par le conduit principal 10 pendant que l'on ajoute par le tube
17 des substances scorifiantes, et l'on introduit dans l'atmosphère se trouvant au- dessus du métal de 1-'oxygène impur ou de l'air enrichi d'oxygène par le conduit auxiliaire 9. Ce procédé d'affinage en deux stades est remarquable par sa simpli- cité, car il réduit le nombre de transvasements du métal liquide.
Lorsqu'il s'agit plus particulièrement du traitement de la fonte, celle-ci peut, dans le four même dans lequel elle a été élaborée, être affinée entiè- rement, et éventuellement alliée, pour en obtenir de l'acier, si la fonte ne con- tient pas trop d'impuretés, Si, par contre ,elle est de qualité médiocre et con- tient par exemple 4 à 5% de silicium et 2% de phosphore, on se contente d'un af- finage préliminaire dans le four d'élaboration même, ce qui permet d'abaisser la teneur en silicium à environ 1% et celle du phosphore à environ 0,2%, et on lui fait subir ensuite un affinage final, soit dans une poche de coulée comme dé- crit ci-dessus, soit dans un autre four d'affinage tel qu'un convertisseur, four électrique ou four Martin,
Bien entendu,
l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui ont été décrites et représentées à titre d'exemple, et on en sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications.
REVENDICATIONS. la Dispositif pour introduire dans des fours métallurgiques des subs- tances intervenant dans le traitement de métaux en fusion, caractérisé en ce qu' il comporte en outre d'un conduit principal refroidi à l'eau, servant à l'injec- tion de gaz, un conduit auxiliaire refroidi à l'eau, servant à l'apport de subs- tances pulvérulentes, liquides ou gazeuses convenant à l'affinage ou à la formation d'alliages.