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Procédé de traitement de métaux ferreux.
La présente invention apporte un perfectionnement à celle faisant l'objet du brevet n 661.786 intitulé "Procédé de traitement de métaux ferreux".
Le brevet principal décrit un procédé de traitement d'un bain de métal ferreux en fusion par l'oxygène,suivant lequel on met le bain en contact avec un courant de ce gaz en ' mélange avec un combustible fluidisé non gazeux en une quan- tité suffisante pour supprimer sensiblement la formation de fumées d'oxyde de fer.
On sait que le traitement par l'oxygène d'un bain de
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métal'ferreux provoque souvent un dégagement importantde fumées d'oxyde de fer, Le dégagement de ces fumées dans l'atmosphère contribue beaucoup à la pollution de l'atmosphère .les inconvénients provoqués par ces fumées sont particulièrement importants dans le cas de l'affinage de l'acier par l'oxygène dans des fours
Martin. Les fours Martin existants ne sont généralement pas munis de dispositifs d'épuration permettant d'éliminer les fumées d'oxyde de fer des gaz usés.
On a proposé de réduire le dégagement des fumées d'oxy- de de fer en injectant un gaz combustible avec le courant d'oxy- gne utilisé pour le traitement du métal. On a constaté également dans le cas de certains procédés de fusion de métaux,que le dégagement de fumées n'est pas aussi important lorsqu'on utilise pour la fusion d'une charge' froide la chaleur produite par la combustion d'un mélange d'oxygène et d'un combustible liquide.
Toutefois, dans le cas de l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux en fusion contenant du carbone et cons" titué par un mélange en fusion de fonte, de mitraille et/ou de minerai de fer, couvert d'une couche de laitier fondu, on a éprouvé des difficultés importantes pour supprimer le dégagement de fumées nocives,tout en poursuivant l'affinage efficace de métal ferreux couvert de laitier pour en diminuer les teneurs en carbone, en soufre, en silicium, en phosphore, en manganèse et en autres impuretés et pour porter le mé- tal à sa température de coulée. Ces difficultés prennent une importance particulièrement grande lorsqu'il s'agit de supprimer ' 'le dégagement de fumées dans le cas de l'affinage par l'oxygène dans des fours Martin.
La présente invention a donc pour but de procurer un procédé perfectionné pour le traitement par l'oxygène d'un bain
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d'un métal ferreux en fusion contenant du carbone,suivant lequel le dégagement des fumées d'oxyde de fer est supprimé.
La présente invention a également pour but de procu- rer un procédé pour l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux en fusion constitué par un mélange fondu de fonte,.de mltraille et/ou de minerai de fer et cpuvert d'une couche de laitier,suivant lequel le dégagement de fumées d'oxyde de fer est supprimé.
L'invention a également pour but de procurer un procédé pour l'affinage par l'oxygène au four Martin d'un bain de métal ferreux en fusion constitué par un mélange- 'fondu approprié de fonte , de mitraille et/ou de minerai de fer et couvert d'une couche de laitior suivant lequel le dégagement de fusées d'oxyde de fer est supprime et l'élaboration de l'acier Martin est conduite d'une manière efficace.
La présente invention procure un procédé de traitement, d'un bain de métal ferreux par l'oxygène suivant le brevet prin- cipal, caractérisé en ce que le bain est couvert d'une couche de laitier fondu tandis que plusieurs jets d'oxygène comprenant en mélange le combustible,en quantité de 47,9 à 640 g par mètre cube normal d'oxygène sont dirigés sur la couche de laitier fondu dans laquelle ils pénètrent au moins jusqu'à la surface du bain de métal ferreux.
Dans le dessin annexé; la Fig. 1 représente en coupe longitudinale,suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2, la partie inférieure d'une lance Métallurgique permettant d'exécuter . le procédé de l'invention? la Fig. 2 représente une coupe transversale de la lance métallurgique qu'illustre la Fig. 1;
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la Fig. 3 représente en coupe longitudinale un four Martin contenant un bain couvert d'une couche de laitier et muni de brûleurs d'extrémité et d'une lance métallurgique permet- tant le traitement du bain par l'oxygène,suivant la présente- invention.
Le soufflage de l'oxygène a été introduit dans la production' de l'acier Martin pour permettre une diminution de la durée de travail et uns augmentation de la production. La charge introduite dans le four martin,constituée par de la mitraille de fer et d'acier, de la tonte en fusion et généralement une certaine quantité de minerai de fore est fondue au moyen des brûleurs d'extrémité,puis au moins au cours de' l'affinage, des jets d'oxygène sont dirigés vers le bas sur la surface du bain en fusion couvert de laitier. Le dégagement de fumées d'oxyda de fer mentionné ci-dessus se produit à ce moment.
Le procédé suivant la présente invention supprime le dégagement de fumées d'oxyde de fer en conservant les avantages apportés par l'affinage au moyen. d'oxygène. Suivant le procédé permettant de supprimer le dégagement de filées d'oxyde de fer, on mélange avec le courant d'oxygène de soufflage un combustible fluidisé non gazeux, par exemple une huile ou un fuel oil.
La Demanderesse a découvert que dans les conditions particulières utilisées pour l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux couvert de laitier et con- stitué par un mélange fondu de fonte, de mitraille et/ou ' do minerai de fer, le jet d'oxygène et de combustible doit pénétrer dans la couche de laitier au moins jusqu'à la surface du bain, tandis que la quantité de combustible utilisée peut et doit être de 47,9 à 640 grammes par mètre cube normal d'oxygène.
La Demanderesse - a découvert, en particulier, que dans le cas de l'affinage par. l'oxygène au four Martin d'un bain de métal couvert de
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laitier, le combustible fluidisé peut être utilisé dans les quantités indiquées pour supprimer le dégagement de famées
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d'oxyde de fer sans nuire à l'affinage par leoxYgênO-t .1 ,^,
Le procédé suivant la présente invention convient - en particulier pour un bain de métal ferreux en fusion contenant généralement une quantité'de carbone d'au moins 1% et souvent davantage, par exemple supérieure à 2 %.
Des bains de métaux ferreux en fusion de ce type sont formés par des mélanges en fusion de fonte à haute teneur en carbone et de mitraille d'acier ou de fer ayant généralement une moindre teneur en carbone.
Le procédé suivant la présente Invention oonvient le mieux pour un bain de métal ferreux en fusion formé
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par une coinhinaison contenant du fer dont au moins 10 % et généralement davantage sont constituée . par de
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la fonte en fusion.- Ces bains contiennent les impuÔot'a , associées à la fonte en fusion, par exemple du silicium, du soufre, du phosphore et du manganèse et comprennent également les couches de laitier nécessaires poux l'affinage
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en vue de la production de licier. Le procède décrit est.p..r-,,',. ticu11èrement avantigeux pour la production d'acier au four Martin à partir de fonte en fusion, de td tra1J.le et/ou de minerai de fer.
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La quantité de combustible rlu.id:1.aé à utili.....
1er en mélange avec le courant d'oxygène souffla à la surface du bain couvert de la1ti. doit ère suffisante pour supprimer le dégagement de fumées par co bain. aén41'tilémentJ la quantité de combustible est de t?,9 640 grammes par mètre cube normal . d"oxy- gène. Dans la plupart des cas, la quantité de combustible utilisée avec le courant d'oxygène est intérieure à environ
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383 grammes par mètre cube normal d'oxygne. Tautefo3s,en cas a néces- site, pour éviter le dégagement de fumées on peut utiliser des rapports combustible:oxygène plus élevés.
L'élévation de la température montre que par un réglage des quantités de combusti- ble et d'oxygène utilisées, il est possible de chauffer le bain au moins aussi rapidement qu'avec un courant d'oxygène pur. Il est généralement avantageux d'introduire dans le four une quan- tité d'oxygène supérieure à celle qui serait nécessaire en l'ab- sence de combustible.
Il convient de noter, toutefois,que le mélange d'un combustible au courant .d'oxygène utilisé nprmalement pour le .
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soufflage au four Martin n'implique pas qu'une flamme d'oxy- gène et de combustible, comme celle d'un brûleur de chauffage,
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soit nécessaire pour l'affinage par le procédé suivant làînvention'* Le procédé suivant la présente invention met en jeu l'utilisa-
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tion d'un courant de soufflage d'oxygène ayant norialement lt puissance nécessaire pour pénétrer dans la couche de laitier couvrant le bain de métal en fusion,au moins jusque la surfont du métal ferreux en fusion pour affiner ce dernier,
Le jet
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d'oxygène additionné de combustible peut auesi vannteueewrn pénétrer, dans le métal ferreux en fusion .tlm6, étant deane que les propriétés du jet d'oxygène pur sont conservées dans une grande mesure. Dans ce genre d'opération, des projections sent
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inévitables,mais dans une certaine mesure elles tavoeîtont ut affinage convenable du bain pour auuzt que des pï'ojee- tions excessivot n'endommagent pas la ro't'e , Pour ettà raison, il est nécessaire de mélanger le aembuatible àuîd1bd avec le courant d'oxygène de façon à ne pas nuire au pouvoir pénétrant du courant combiné .pour obtenir finalement un courant
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combiné dont la force et la cohésion sont similaires a.
celles
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d'un jet d'oxygène pur utilisé généralement pour l'affinage pair l'oxygène.
La Demanderesse a découvert que, môme pour des rapports fuel-oil:oxygène de l'ordre d'environ 383grames par mètre cube normal d'oxygène et davantage, la décarburation du bain se fait à une vitesse admissible.Le combustible disponible en mélange brûle av@@ une pa@tie do l'oxygène dans le jet d'oxygène. Le reste de l'oxygène et les produits engendres par la combustion du mélange oxygène-combus- tible servent à la décarburatin du métal. La vitesse d'affinage peut être ajustée à la valeur requise par un réglage du débit du courant d'oxygène.
L'invention apporte donc un perfectionne- mont intéressant du point de vue économique à l'élaboration de l'acier, étant donné qu'elle permet d'appliquer l'affi- nase par l'oxygène,qui est plus rapide et augmente la production, tout en évitant les difficultés importantes de la pollution de l'atmosphère par un dégagement excessif de f@mées.
Comme indiqué ci-dessus, il est important pour l'exé- cution du procède suivant la présente invention de mélanger le fuel-oil avec le jet d'oxygène,do façon à éviter la formation d'une flamme de brûleur peu cohérente et à conserver finslementles propriétés permettant au courant d'oxygène utilité habituellement de pénétrer dans la couche de laitier. Ceci est important pour le traitement d'un bain de métal en fusion couvert de laitier, par exemple dans un four Martin.
En outra, il est généralement préférable de souffler le jot d'oxygène et do combustible à la surface du bain en plusieurs courants distinets plutôt qu'en un seul courant pour permettre une meilleure répartition dos jets, d'oxy- gène et de combustible dans le bain et provoquer moins de pro- jections. Dans le cas des fours Martin, une ou plusieurs lances métallurgiques peuvent être disposées suivant l'axe longitudi-
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nal du tour rectangulaire. Chacune de ces lances peut se termi- nor par un ajutage de sortie.
La surface de l'ajutage peut être percée d'orifices de sorte que le courant d'oxygène total passant à travers la lance soit divisé en un certain nombre de courants divergents plus petits pour étendre la surface d'impact des courants sur 10 bain. Chacun des orifices de sortie peut être agencé pour permettre le mélange du combustible fluidisé avec le jet d'oxygène sortant par cet orifice. Le combustible flui- disé peut passer avantageusement par une canalisation prévue dans la lance et être maintenu sépare de l'oxygène passant également dans cette lance Jusqu'au moment où il est mélangé, dans les proportions appropriées,au voisinage de l'orifice de sortie.
Comme le montre la Fig. 1, une lance métallurgique 10 convenant pour Inexécution du procédé suivant l'invention peut comprendre un tube intérieur 12 définissant un conduit' de com- bustible 14. L'extraite antérieure *du tube 12 se termine par un ajutage 16 tel que le conduit 14 débouche dans une chambre 18 au centre de l'ajutage 16. Un autre tube 20 d'un diamètre plus grand que celui du tube intérieur 12 et con- centrique avec celui-ci ,forme le conduit annulaire 22. Le tube 20 se termine par l'ajutage 16 de sorte que le conduit annulaire 22 débouche dans une chambre'annulaire 24 dans l'ajutage 16.
La chambre annulaire 24 entoure la chambre centrale 18, mais ne pénètre pas aussi loin dans l'ajutage que la chambre centrale 18.
Un autre tube 26 ayant un diamètre encore plus grand entoure los tubes 12 et 20 et forme avec le tube 20 un conduit annulaire 28. Le tube 26 se termine par l'ajutage 16 de sorte que le conduit 28 débouche dans plusieurs petits conduits dis- tinets 30 ménagée dans l'ajutage 16. Comme le montre la Fig. 2,
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ces petits conduits sont au nombre de six dans le cas ,de la lance représentée en particulier et aboutissent dans les orifices 32 disposés à la périphérie de la surface 34 de l'ajutage.16.
Les orifices 32 et les petits conduits 30 font un angle avec l'axe vertical de la lance pour que les jets de sor- tie soient divergents. Comme le montre la Fig. 2, les six orifi- ces sont disposés de façon symétrique à la périphérie de la surface de l'ajutage et font un angle de 60 .
Un tube extérieur ou enveloppe entoure tous les tubes' précédents et forme avec l'ajutage 16 le corps extérieur de la lance. Le tubo extérieur forme un conduit annulaire 38 et commu- nique avec l'ajutage 16 avec l'intérieur duquel il forme une chambre annulaire extérieure 42,communiquant directement avec le conduit annulaire 38. On ou plusieurs conduits latéraux 44 allant de la chambre annulaire 24 à la chambre annulaire exté- rieure 42 permettent au courant d'eau de refroidissement de des- cendre par le conduit 22 dans la chambre 2,4,de passer par le conduit latéral 44 dans la chambre 42 et de remonter par le con- :duit 38 pour sortir de la lance.
Une autre série de conduits latéraux 46 mène de la chambre centrale 18 à travers le corps de l'ajutage dans chacun des petits conduits de sortie 30. - , Pour l'exécution du procédé, le combustible hydrocar- boné,tel que le fuel-oil, descend par le conduit central 14 dans la chambre 18,pour arriver par les conduits latéraux 46 dans les petits conduits de sortie 30. L'oxygène passe par le conduit annulaire 28 et aspire le fuel-oil du conduit 46 pour diriger par les orifices 32 un jet du mélange d'oxygène et de combustible.
La Fig. 3 représente un four Martin 50 comprenant une lance 10 disposée à l'intérieur de la chambre du four 52 et
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fixée dans la voûte de manière que l'axe longitu- dinal de la lance soit vertical et l'extrémité de l'ajutage soit dirigée vers le bain de métal en fusion. Le mélange d'oxygène et de combustible sort par les six orifices sous forme de six courants divergents.
Le four Martin représenté . contient un bain de métal ferreux 54 couvert d'une couche de laitier fondu 56. Les brûleurs d'extrémité 58 sont utilisés pour brûler un combustible et des oxydante comme du fuel-oil et de l'air ou de l'oxygène,pour apporter la chaleur nécessaire pour fondre au moins partielle- ment la charge formée de mitraille, de fondants, de mi- nerai de fer et de fonte en fusion. Ces brûleurs d'extrémité fond- tiennent généralement pour des proportions de combustible et d'oxydant choisies de manière à donner une température maximum à la flamme ou un effet de chauffage maximum.
A titre d'exemple d'exécution de la présente inven- tion, une charge de 288 tonnes est affinée dans un four Martin.
La charge est constituée par environ 81,6 tonnes de mitraille d'acier d'une teneur en carbone inférieure à environ 1% et par 206,4 ton- nes de fonte en fusion d'une teneur en carbone d'environ LA! teneur en carbone cumulée de la charge est supérieure à 3%. Un fondant constitué par du calcaire, de la chaux vive et, du spath de même que par une certaine quantité de minerai de fer est ajouté au début du procédé et pendant celui-ci.
On introduit d'abord dans le four -la mitraille et ensuite la fonte en fusion. Les brûleurs d'extrémité du type - à air et combustible sont utilisés en même temps que les lances à mélange d'oxygène et de combustible,pour permettre la fusion, Apres 1 heure de soufflage avec une quantité de fuel-oil de 624 grammes par mètre cube normal d'oxygène,la. teneur en carbone .est
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de 2,3% et la température du bain de 1410 C. Il n'y. a pas de dégagement de fumées.
L'allure de combustion des brûleurs d'extrémité est abaissée jusque moins de la moitié do celle utilisée pour la fusion et la vitesse d'affinage par l'oxygène est augmentée,par un abaissemcnt de la teneur en tuel-oil jusqu'à environ 255 gram- mes par mètre cube normal d'oxygène dans deuxlances donnant un courant total d'environ 2840 mètres cubes normaux d'oxygène par heure. Après
30 minutes, la teneur en carbone est de 2,0% et la température du .bain de 1460 C.
Le dégagement de fumées est pratiquement négligeable,
Le débit d'admission de fuel-oil est encore abaissé jusque environ 176 grammes par mètre cube normal d'oxygène,sans pro- voquer de d6gagement sensible de fumées et après 1 heure la teneur en carbone est de 1,2%. Le débit d'admission de fuel-oil est encore abaissé jusqu'à 148 grammes par mètre cube normal d'oxy - gène.,sans donner de dégagement excessif de fumées. Le soufflage du mélange d'oxygène et de combustible est alors interrompu pour d'autres raisons et le chauffage est arrêté.
Divers rap- ports fuel-oil:oxygène sont essayés pour établir l'intérêt du procédé,en ce qui concerne son aptitude à supprimer le dégage- ment de fumées et à permettre l'affinage efficace de l'acier.Il convient denoter que lorsque la température du bain s'élève et que la teneur en carbone diminue, la teneur en combustible nécessaire pour le mélange avec l'oxygène pour supprimer le dégagement de fumées diminue. Le rapport combustible-oxygène peut donc être abaissé jusque dans les limites mentionnées lorsque la température du bain s'élève et la teneur en carbone diminue.
Dans un autre exemple, une charge d'environ 254.000 kg de métal ferreux en . . fusion est élaborée dans un' four
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Martin. La charge comprend environ 163.000 à 182.000 kg de fonte en fusion, le reste étant constitué par de la mitraille d'a'cier. Du calcaire et de la chaux vive sont également ajoutés comme fondants. La teneur en carbone de l'ensemble de la charge est supérieure à 3%.
La charge est fondue au moyen de brûleurs d'extrémité consommant de l'air et environ 1,9 mètre cube de fuel-on par heure. Lorsque la fusion est sensiblement complote, rapport de fuel-oil aux brûleurs d'extrémité estramenée à environ 1,1 mètre '' cube par heure et de l'oxygène pur est soufflé à raison d'en- viron 1420 mètres cubes normaux par heure. On observe un dégagement de fumées considérable. Apres environ 1 heure 30 minutes de soufflage d'oxygène pur: on commence le traitement par le mélan- ge d'oxygène et de combustible*au moyen d'une lance du type représenté dans le dessin.
On utilise un rapport combustible- oxygène d'environ 255 grammes par mètre cube normal d'oxygène pour un courant d'oxygène total de 1420 mètres cubes normaux par heure. Le ¯) dégagement de fumées est totalement ou presque complètement supprimé. Les brûleurs d'extrémité ne consomment que 0,38 mètre cube de fuel-oil par heure au cours de cette opération.
Le rapport fuel-oil:oxygène est ramené d'environ 255 grammes par mètre cube à normal à environ 192 grammes par mè- tre cube normal. Le dégagement de fumées augmente légèrement pour les teneurs en fuel-oil plus faibles, mais reste dans des limites acceptables. L'opération est terminéeau moyen d'un courant d'oxygène pur. Pendant toute la durée de l'opération, au cours de laquelle des courants d'oxygène pur alternent avec des courants de mélange d'oxygène et de combustible suivant la présente invention, la vitesse d' élévation ' de la température et la vitesse de décarburation sont très analogues.
Le débit
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d'admission d'oxygène n'est pas augmenté au moment du mélange avec le combustible,mais la vitesse d'affinage est très satis- faisante.
Il convient de noter qu'au cours du soufflage de l'oxygène pur sur un bain dans un four Martin, l'ajutage de la lance métallurgique amenant l'oxygène est souvent immergé dans la couche de laitier. Lorsque le soufflage du bain cou- vert de laitier est effectué au moyen du jet d'un mélange d'oxy- gène et de combustible suivant la présente invention, l'aju- tage est généralement disposé au-dessus du bain couvert de ,laitier. Le dispositif à jets multiples de mélange d'oxygène et de combustible comme décrit cidossus permet d'utiliser une distance d'environ 7,6 à 61 cm. On utilise souvent une distance de 15,2 cm au-dessus de la couche de laitier.
Le procédé suivant la présente invention peut être appliqué à d'autres métaux ferreux couverts de lai- tier. par exemple, dans un four électrique une charge , comprenant des combinaisons appropriées de mitraillée racler allié et d'acier au carbone, de fonte, de car- bone et de fondants est d'abord fondu à l'arc au moyen d'élec- trodes en carbone.
Ce bain couvert de laitier peut être affiné au moyen d'un jet d'oxygène comprenant, en mélange du combustible à,raison d'environ 47,9 à 640 grammes par mètre tube 'normal suivant le procédé de l'invention,sans provoquer le dégagement de fumé.. nocives d'oxyde de fer qui se produit normalement au cours du trai- toment par l'oxygène de telles masses fondues.
Le jet d'oxygène mélangé avec le combustible est dirigé sur la surface du bain couvert de laitier et pénètre dans la couche de laitier fondu au moins jusqu'à la surface du bain ferreux. '
Dans le cas de l'utilisation d'un convertisseur vert!-
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cal à oxygène, on introduit d'abord ,la mitraille, puis la fonte en fusion. On introduit également des fondante et, dans certains cas, de l'oxyde de fer. Lorsqu'une telle charge est affinée par soufflage à l'oxygène pur, des quantiés considérables de fumées d'oxyde de fer se dégagent. Toutefois, ,le procédé suivant la présente invention,. au moyen d'un jet d'oxygène comprenant.en mélange,du combustible à rai- son d'environ 47,9 à 640 grammes par mètre cube normal, permet l'affinage de dégagement de fumées.