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Procédé de traitement de métaux ferreux.
La présente invention concerne le traitement des métaux ferreux par l'oxygène et plus particulièrement la suppression des fumées d'oxyde de fer qui se dégagent norme- lement au cours de l'affinage du fer en fusion par un tel traitement.
Le dégagement des fumées d'oxyde de fer dans l'atmos- phère au cours du traitement du fer par l'oxygène entraîne une pollu- tion importante de le atmosphère- et diminue le rendement des opé- rations. Dans de nombreuses régions, les inconvénients provo- qués par ces fumées sont tellement importants que ces opérations sont ' menacées d'interdiction à moins que le dégagement de ces fumées ne soit empêché.
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On a déjà proposé de réduire le dégagement des fumées d'oxyde de fer en injectant un gaz combustible avec le courant .d'oxygène dans le métal en fusion. Des exemples de gaz appro- priés sont l'hydrogène libre, le gaz de four à coke, le' gaz de gazogène, le méthane, le propane et le butane. L'incon- vénient d'un tel procédé visant à supprimer les fumées est l'utilisation de volumes extrêmement importants de gaz qui diluent le courant d'oxygène utilisé pour oxyder les impuretés du métal. Par conséquent, les quantités d'oxygène nécessaires sont alors beaucoup plus importantes pour une même diminution. ' de la teneur en carbone du métal.
On a constaté également que la réduction de la quantité de fuméesdégagéeslorsqu'on utilise des.gaz combustibles est affectée beaucoup par l'état de mélange de l'oxygène et du gaz combustible, les résultats étant les , meilleurs lorsque le combustible et l'oxygène sont prémélangés.
Souvent, le mélange préalable .du gaz combustible et de l'oxy- gène est dangereux et est ainsi à l'origine d'autres difficultés.
On a déjà proposé aussi de réduire le dégagement des fumées d'oxyde de fer en mélangeant de la vapeur d'eau ou de l'anhydride carbonique gazeux avec l'oxygène soufflé à la sur- face.du métal en fusion. Ce procédé offre toutefois l'inconvé- nient que la suppression des fumées s'accompagne d'un refroi- dissement du métal,du fait des réactions endothermiques de l'anhydride carbonique ou de la vapeur d'eau et du fait égale- ment de l'absorption de chaleur par le réchauffage de l'anhy- dride carbonique ou de la vapeur d'eau en excès servant de diluant.
L'invention a donc pour but de procurer un procédé pour supprimer le dégagement de fumées d'oxyde de fer pendant le traitement des métaux ferreux par l'oxygène,qui permette d'éviter les inconvénients cités.
L'invention procure,un procédé de traitement d'un métal ferreux en fusion , suivant lequel on met un
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courant d'oxygène en contact avec le métal en fusion, qui est caractérisé en ce que le courant d'oxygène est mélangé avec un combustible fluidisé non gazeux en une quantité suffisante pour supprimer sensiblement la formation de fumées d'oxyde de fer.
Aux fins de l'invention, un combustible fluidisé non gazeux peut être un combustible liquide ou une dispersion d'un combustible solide dans un véhicule liquide. Des exemples de combustibles liquides convenant pour l'exécution du procédé de l'invention sont les fuel oils , les huiles pour moteur,., le kérosène, le n-heptane, des distillats plus lourds du pétrole et d'autres hydrocarbures liquides. Un exemple d'une dispersion d'un combustible solide dans un véhicule liquide convenant pour l'exécution du procédé suivant l'in- vention est une dispersion de poussier de charbon dans le fuel oil.
Le dessin annexé représente en coupe longitudinale la partie inférieure d'une lance métallurgique permettant d'exécuter le procédé de l'invention.
Comme le montre le dessin, une lance métallurgique convenant pour l'exécution du procédé suivant l'invention peut comprendre un tube intérieur 10, dont l'extrémité avant débouche dans un orifice de sortie 19 à l'extrémité de la lance et par lequel peut passèr un courant d'un combustible fluidisé non gazeux, par exemple de fuel 011 Un conduit extérieur. 12 enveloppe le tube intérieur 10 et constitue un passage annulaire 13, dans lequel peut passer un courant d'oxygène. Habituellement, il est dési- rable de munir la lance de tubes extérieurs 14 et 16 constituant un double passage annulaire 13 et 15,dans lequel peut circuler un cou- rant continu d'eau de refroidissement.
Les fluides peuvent être admis dans la lance par un système de distribution (non représenté) '. se trouvant à la partie supérieure.A la sortie de la lance,le com- , bustible fluidisé, admis en A,s'échappant par l'orifice 19 forme un mélange avec l'oxygène,admis en B, s'échappant par de nombreux ori-
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fices 17 communiquant avec le passage annulaire 11. Le mélange est dirigé sur la charge de. métal terreux qui doit être traité par l'oxygène..
Il est habituellementdésirable d'amorcer le courant d'oxygène avant celui du combustible pour des raisons de sécurité.
Si la lance occupe sa position normale de travail pour l'affinage, des fumées d'oxyde de fer se forment d'habitude ds l'établisse- ment du courant-d'oxygène. Cela requiert en général une quantité excessive de combustible.
' La Demanderesse a découvert à présent que la quantité de fumées est faible,sinon nulle,si l'écoulement de l'oxygène est commencé lorsque la lance occupe une position élevée. En mélangeant le combustible fluidisé et l'oxygène avant d'abais- ser la lance dans sa position d'affinage normale, le dégagement des fumées est en substance évité. Un procédé préféré suivant .l'invention consiste à amorcer le courant d'oxygène lorsque la lance occupe une position élevée, considérablement supérieure ' à la hauteur normale de travail pour l'affinage. Un combustible fluidisé non gazeux est alors admis à raison de 48,7 à 195 g/m3 d'oxygène et mélangé avec le courant d'oxygène.
La lance est alors abaissée dans sa position normale de travail pour l'affinage, tandis que les courants d'oxygène et de com- bustible fluidisé sont entretenus dans le rapport indiqué. (tous les débits sont mesurés dans les conditions ordinaires,c'est-à- . dire sous une pression'de 1 atmosphère à 21 C).
Dans certains cas, il peut être désirable d'utiliser initialement la lance comme brûleur, par exemple, lorsqu'un sup- , plément de chaleur doit être apporté à la charge pour former rapidement un laitier plus fluideou pour permettre l'accroissement de la proportion de métal froid qu'on introduit dans le réacteur.
Dans ce cas' on introduit le combustible et l'oxygène dans la lance avec un rapport quasi stoechiométrique. L'affinage peut être commencé enuite de la façon décrite ci-dessus.
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Au contraire de ce qui se fait dans l'élaboration classique de l'acier,où le fonctionnement des brûleurs est li- mité d'habitude à la fusion de la mitraille et à la formation du laitier et interrompu pendant l'affinage, l'injection du combustible fluidisé non gazeux suivant l'invention est pour- suivie d'habitude pendant tout l'affinage.
Au débit indiqué de 48,7 à 195 g/m3 d'oxygène, 'le combustible fluidisé ne consomme qu'environ 1/10 à 1/5 de la quantité d'oxygène admise. Ce rapport combustible:oxygène est beaucoup plus petit que celui auquel on recourt habituellement pour une combustion normale. Cette particularité de l'invention constitue un avantage supplémentaire sur les procédés an- térieurs d'élaboration de l'acier à l'aide de brûleurs.
Pour déterminer la quantité approximative de combustible fluidisé,comprise entre 48,7 et 195 g/m3 d'oxygène qu'on doit utiliser, on peut recourir à l'équation empirique ci-après :
W = 3.09 x 106/0,553Q - (84,40+258H) où W = la quantité de combustible fluidisé nécessaire,en kg/m3 d'oxygène à 21 C sous une pression de 1 atmosphère,
Q = le pouvoir calorifique du combustible,en kcal/kg
C = la teneur en carbone du combustible,en % en poids, H = la teneur en hydrogène du combustible,en % en poids.
La Demanderesse a découvert également que le combustible fluidisé non gazeux peut être utilisé comme courant permettant d'injecter dans la charge de métal ferreux des additions formant du laitier. Ces additions formant le laitier, par exemple de la .chaux, du calcaire, du spath fluor et du carbure de calcium, doivent se trouver à l'état de fine dispersion dans le combustible fluidisé non gazeux. En variante, il est possible d'utiliser le courant d'oxygène pour véhiculer les additions formant le, laitier;, qui se mélangent alors directement avec le combustible fluidisé.
On peut ainsi supprimer presque complètement la formation des fu- mées tout en bénéficiant du pouvoir calorifique du combustible
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'afin de former un laitier fluide chaud au début de l'affinage.
L'invention est illustrée par les exemples suivants, EXEMPLE 1.-
On affine 1360 kg de métal ferreux en fusion à une tem- pérature intiale de 1504 C, contenant 4,36% de carbone, 0,74% de sill- cium et 0,57% de manganèse à l'aide de 2,8 m3/minute d'oxygène au- quel est mélangé du fuel oil L'oxygène et le fuel oil sont soufflés à l'aide d' ' une lance telle que celle du dessin. Les courants d'oxygène et de fuel oil sont amorcés lorsque l'extrémité de la lance se trouve à
61 cm au-dessus du niveau du métal en fusion, le rapport étant de
0,170 kg fuel oil/m3 d'oxygène admis. Après allumage, la lance ' est descendue de 30,5 cm et le débit de fuel oil est ramené à 0,108 kg/m3 d'oxygène.
Plus tard au cours de l'affinag,e la lance s'immerge dans le laitier en raison de l'élévation du ni- veau de ce dernier dans le convertisseur, et le débitas fuel oil est encore réduit à 0,081 kg/m3 d'oxygène sans quedes fumées foncées.ne: se forment. La décarburation se fait à la vitesse de
0,09% par minute et 27 minutes après le début de l'opération, le . bain a une teneur de 0,04% en silicium et de 0,19% en manganèse.
La concentration en hydrogène est inférieure à 4 parties par million. ' ,
EXEMPLE 2.-
On soumet au soufflage 159 kg de métal ferreux, d'une température initiale de 1470 C, contenant 4,7% de carbone à l'aide d'un mélange d'oxygène et de kérosène injecté à l'aide d'une '. lance concentrique de construction différente de celle représentée dans le dessin. Le kérosène es t injecté au centre d'un jet d'oxygène expulsé avec une vitesse nominale à l'ajutage de 184,5 m/seconde, la lance se trouvant à 4,5 cm au-dessus du niveau du bain.
La densité des fumées est de 220 g/m3 lorsqu'il n'y a pas d'injec- tion de combustible.Pour un débit de combustible de 0,034 kg/m3 d'oxygène, la densité des fumées tombe à 0,46 g/m3 et la forma- tion des fumées cesse complètement lorsque l'affinage
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est exécuté avec 0,057 kg de kérosène par m3 d'oxygène.
EXEMPLE 3.-
On soumet au soufflage 159 kg de métal ferreux d'une . température initiale de 1420 C contenant 3,7% de carbone à l'aide d'un mélange d'oxygène et d'huile pour moteur S. A.E. 20 W. La lance dont l'extrémité se trouve à 5,1 cm au-dessus du niveau du bain est semblable à celle que représente le dessin. La den- site des fumées tombe de 220 g/m3.à 89,4 g/m3 lorsque l'injection d'huile est de 0,079 kg/m3 d'oxygène. La formation des fumées : est complètement supprimée par une injection d'huile de 0,108 kg/m3, d'oxygène.
EXEMPLE 4. - .
On soumet 159 kg de métal ferreux contenant 4,0% de carbone au soufflage à l'aide d'un mélange d'oxygène et de n-hep- tane dans les conditions décrites dans l'exemple 3. L'affinage est exécuté sans formation visible de fumées grâce à l'injection de 0,096 kg de n-heptane par m3 d'oxygène.
EXEMPLE 5.-
On soumet 159 kg d'un métal ferreux d'une température initiale de 1440 C, contenant 4,4% de carbone,au soufflage à l'aide d'un mélange d'oxygène et de benzène dans les conditions. décrites dans l'exemple 3. Il est nécessaire d'injecter 0,178 kg de benzène par m3 d'oxygène pour supprimer complètement les fu- mées.
EXEMPLE
On soumet 159 kg de métal ferreux contenant 3,8% de car- bone au soufflage à l'aide d'un mélange d'oxygène et d'un combusti- ble solide fluidisé. Le combustible solide fluidisé comprend des fines de houille d'une granulométrie de 0,149 à 0,074 mm dis- persées dans du fuel oil à raison de 10,3% en poids. L'oxygène est soufflé en 06 lange avec le combustible fluidisé à raison de
0,090 m3/minute par une lance se trouvant à 8,25 cm au-dessus du niveau de la charge . La quantité de combustible est
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réglée à 0,102 kg/m3 d'oxygène. Dans ces conditions, l'affinage peut être exécuté sans formation visible de fumées.
Il convient de noter que le mélange de l'oxygène et du combustible fluidisé non gazeux peut se faire à l'aide de lancas. métallurgiques autres que celles représentées par le dessin et que le procédé suivant l'invention peut être exécuté dans toute espèce d'enceinte . Des exemples d'enceintes appropriées .sont les tours Martin ,les convertisseurs à revêtement b&sique pour l'affinage à l'oxygène,.les fours rotatifs et les fours électriques.
En outre, l'injection de combustible fluidisé non gazeux en mé- lange avec le courant d'oxygène peut être commencée à un moment quelconque du traitement du métal ferreux par l'oxygène.