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" Procédé d'élaboration de l'acier et fond de convertisseur pour la mise en oeuvre de ce procédé"
La présente invention, due à Mr Pierre LEROY, con- cerne un procédé d'élaboration de l'acier et des fonds de conver- tisseur d'aciério pour la mise en oeuvre de ce procédé permet- tant d'utiliser un vent de soufflage contenant plus de 40 % d'oxygène, et même de l'oxygène pur.
Les fonds de convertisseurs BESSEMER et THOMAS, souf- flant de l'air ordinaire ou de l'air enrichi en oxygène à travers un bain de fonte liquide pour l'affiner en acier, comportent un certain nombre d'orifices de soufflage, dont le diamètre est compris entre 12 et 18 mm.
Sur convertisseur BESSEMER, acide, ces orifices de
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soufflage sont groupés, par 8 ou 10, dans des tuyères de silice ou de silico-alumineux noyées dans un pisé acide .
Sur convertisseur THOMAS, basique, plusieurs formules distinctes sont appliquées : a) Le fond,en dolomie goudronnée, comporte des orifices de soufflage uniformément répartis sur toute sa surface. b) Les orifices, répartis selon a), sont garnis de tubes d'acier à paroi mince. c) Les orifices, répartis selon a), sont garnis de tubes de cuivre . d) Les orifices de soufflage sont groupés, par 8 ou 10, dans des tuyères de magnésie, lesquelles sont uniformément .réparties dans le fond en'dolomie goudronnée .
Avec tous ces fonda de type connu, lorsqu'on souffle de l'air enriohi au lieu de souffler de l'air ordinaire, la vitesse d'usure du fond en service s'accroît. Elle s'accroît d'autant plus que la teneur en oxygène du vent de soufflage est plus élevée. L'usure est d'ailleurs encore plus rapide avec les fonds comportant des tuyères à trous multiples,parce que ces tuyères concentrent dans une zone relativement petite 8 à 10 orifices de soufflage, et que la matière réfractaire constituant ces tuyères ne présente pas généralement une compa- cité suffisante, alliée à un point de fusion suffisamment élevé .
C'est pourquoi les convertisseurs d'aciérie soufflant de bas en haut utilisent presque toujours un vent de soufflage dont la teneur en oxygène est inférieure à 40%, et se tient le plus souvent entre 26% et 36% d'oxygène .
Pour convertir la fonte en acier au moyen d'oxygène pur, il s'est ainsi révélé impossible de souffler l'oxygène
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pur de bas en haut à travers des fonda do type connu, et l'on
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a dû souffler l'oxygène pur de haut on bas au noyon de laseeet Certains essaie ont bien été effectuée, aons3at.nt loger des tuyères, refroidies par circulation d'eau, dane des fonds réfractaires, mais les risquée de percée des tubes d'eau,
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et d'explosion consécutive, étaient télé que por8onne a'* jamais utilise industriellement ce dispositif .
D'autres essais, de soufflage d'oxygène pur de bas en haut, à travers un fond réfractaire poreux, n'ont pas au plus
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de auocés , parce que la matière r6fractaire poreuce s'uae trop rapidement en service sous un bain de fonte, lorsqu'on souffle à travers elle de l'oxygène pur . les seuls procédés actuellement appliquas industrielle- ment pour la conversion de la fonte en acier par l'oxygène
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pur consistent donc à Douttler l'oX1 n. de haut on bas au' moyen de lances .
Pourtant, malgré leura multiples avantagea, ces prodédés de soufflage à l'oxygène pur de haut on bas ne sont pas *uns inconvénients.
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a) Ils produisent, Dandont toute la durée de la convora1oA.
.b011(ah'vVi fumées rousses d'oxyde fsr, qui, 'ts,tl5ï part, constituent autant de pertes en tort diminuant ainoi 16 rvn4o- ment métallique de la conversion et qui, d'autro part, polurt l'atmosphère si cn ne les épure pas dans don t.ll.t1on# te dépoussiérage, qui sont coûteuses. b) Le brassage du bain métallique est dû .xclu4iYo.Dt la décarburation, et il est impossible, par conaaqueat, 4talr sur l'intensité du brassage autrement quo par le i.l0 de 1& vitesse de décarburation, ce qui n'on% pQ8 toujours au3iGbs..
c) L'infrastructure d'une aciérie à l'oxygène aouffi<m% der
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haut en bas est très différente de celle d'une aciérie Bessemer ou Thomas, et le passage de l'une à l'autre nécessite des in- vestissements élevés, ou bien.le plus souvent, se traduit par la création d'une aciérie à l'oxygène entièrement neuve, dis- tincte des aciéries préexistantes, et par conséquent onéreuse.
Le but de la présente invention est de fournir des moyens permettant de réaliser une conversion de la fonte en acier par l'oxygène pur, ou par un air enrichi en oxygène conte- nant plus de 40 % d'oxygène, avec une production réduite de fumées rousses, en conservant la maîtrise du degré de brassage du bain optimal à chaque instant du soufflage, et en ne faisant appel qu'à des investissements limités .
A cet effet, la présente invention apporte un procédé d'élaboration de l'acier.suivant lequel tout ou partie de l'oxy- gène nécessaire à l'affinage de la fonte est soufflé de bas en haut au travers d'un fond de convertisseur pourvu de tuyères! uniformément réparties et de diamètre intérieur inférieur à 8 mm caractérisé en ce que les dites tuyères sont en un pro- duit réfractaire de haute qualité présentant plus spéciale- ment une compacité tirés élevée telle que sa porosité ouverte soit inférieure à 18% et de préférence à 12%, chaque tuyère comportant un nombre d'orifices de soufflage au plus égal à 6 et de préférence égal à 1, la partie compacte du fond étant constituée, comme connu, d'un réfractaire de bonne qualité usuelle,
tel qu'un mélange de dolomie et de goudron, damé ou vibré par exemple .
Le procédé de l'invention est en outre caractérisé en ce que la hauteur statique du bain de métal liquide, expri- mée en centimètres, est au moins égale à 30 fois la densité de soufflage du fond, mesurée en litresde gaz soufflés par
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Dinute et par cm2 de surface du fond, les litres étant normaux, c'est-à-dire évalués à une température de 0 C et sous une pression de 760 mm de mercure, cette caractéristique permettant d'obtenir une diminution notable des fusées rousses.
Selon une autre caractéristique du procédé selon l'inven- tion, la pression de soufflage, mesurée en amont du fond, est comprise entre 3 et 12 bars ,
Selon une autre caractéristique de l'invention, le vent de soufflage peut être constitué constamment d'oxygène pur, ou encore constamment d'air enrichi en oxygène .
Selon une variante du procédé de l'invention, la teneur un oxygène du vent de soufflage varie au cours de l'opération, sui- vant l'état de déséquilibre instantané entre le laitier et le bain métallique et suivant aussi la vitesse d'usure instantanée des tuyères,le vent pouvant contenir un gaz neutre, tel que de l'azot, ou de l'argon, ou encore un gaz oxydant;
tel que de la vapeur d'en% ou du gaz carbonique, ou de l'air ordinaire
Selon une autre variante du procédé de l'invention, le fond selon l'invention, soufflant de bas en haut de l'oxygène pur ou un mélange riche,peut être utilisé conjointement comme connu avec une lance verticale ,ou oblique ,soufflant de haut en bas de l'oxy gène pur, cette variante étant caractérisée en ce que l'oxygène pu* soufflé de haut en bas par la lance tient en suspension do la pou- dre de chaux ou de castine en forte concentration, supérieure à 5 kg/Nm3, cette chaux ainsi introduite représentant une partie ou la totalité de la chaux nécessaire à l'affinage .
Suivant l'invention on utilise un fond de convertisseur dans lequel chacun des orifices de la tuyère est garni intérieu- rement. d'un tube métallique en cuivre ou à base de cuivre caracté- risé en ce que le diamètre intérieur des dits tubes
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est au plus égal à 8 mm et de préférence compris entre 2 et 5 mm.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des tuyères sont en un produitalumineux très compact, à haute teneur en alumine, ou même en alumine pratiquement pure, pré- sentant une porosité ouverte au plus égale à 12%, et de préfé- rence au plus égale il 5%, tandis que sa densité ost au moins égale à 3,10, et de préférence comprise entre 3,20 et 3,60.
Ces tuyères très compactes peuvent être constituées de plu- sieurs viroles successives disposées en longueur .
Selon une caractéristique plus particulière de l'in- , vention, chaque tuyère comporte, autour d'un tube de cuivre ou à base de cuivre, un tube ou une gaine de viroles en un produit alumineux de très haute compacité, à. haute teneur en alumine ou même en alumine pratiquement pure, présentant une porosité ouverte au plus égale à 5%, et une densité supérieure à 3 40, ce tube ou cette gaine de virole ayant une épaisseur relativement faible, de l'ordre de 1 il , mm, et se trouvant placée dans une tuyère plus massive constituée en un produit alumineux très compact présentant une densité comprise entre 3,10 et 3,40,
soit dans un réfractaire ordinaire, de bonne qualté
Suivant une variante, les dites tuyères sont en un pro- duit réfractaire basique ou neutre, de très haute qualité et très haute compacité, en magnésie à plus de 96% de MgO par exemple .
Selon une variante de l'invention, chaque tube métallique est constitué d'un tube.de cuivre revêtu extérieurement d'une mince couche de chrome ,de quelques centièmes à quelques dixiè- mes de millimètres d'épaisseur .
Selon une autre variante de l'invention, le fond tout
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entier, et non plus seulement les tuyères; est constitué d'un produit réfractaire très compact, percé d'orifices de soufflage garnis chacun d'un tube de cuivre ou à base de cuivre, muni ou non d'une gaine mince d'alumine à très haute compacité, de densité supérieure à 3,40.
Comme on le comprend, l'invention a pour principal effet de conserver le soufflage opéré de bas en haut, tout en utilisant comme vent de soufflage de l'oxygène pur ou des mélanges plus ri- ches en oxygène que les mélanges traditionnels en aciérie Bessemer ou Thomas, et en surmontant l'inconvénient d'une vitesse d'usure exagérée des fonds de convertisseurs.
La réalisation d'une vitesse d'usure normale des fonds, malgré l'emploi d'oxygène pur ou de mélanges riches,est obtenue par la combinaison des facteurs suivants ! 1 - L'emploi de tuyères réalisées en produits réfractaires de haute qualité, et présentant par conséquent un point de fusion élevé.
L'emploi de tuyères réalisées en produits réfractaires spé- cialement compacts, présentant une porosité ouverte inférieure à 18%, et de préférence inférieure à 5%.
3 - Eventuellement, l'emploi de tuyères en alumine, ou à base d'alumine;, résistant spécialement bien à l'attaque à chaud par les oxydes de fer.
4 - L'emploi de tubes de cuivre ou à base de cuivre, métal bon conducteur de la chaleur, lesquels, sous l'effet refroidissant du courant d'oxygène, présentent un orifice de sortie assez froid pour abuser lentement et éventuellement pour se garnir d'une "stalagmite' de métal ferreux figé, momentanément protectrice, 5 - L'emploi d'orifices de soufflage de petit diamètre au plus égal à 8 mm, et de préférence compris entre 2 et 5 mm, assurant donc, sous une pression donnée, un débit de vent unitaire notable- ment plus faible que les orifices traditionnels compris entre 12 et 18 mm Ainsi, sous une pression donnée,
un orifice de soufflage présentant un diamètre 5 fois plus petit offre un périmètre également 5 fois plus petit pour un
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débit de vent qui est plus de 25 fois moindre . Sa paroi , au nez du jet, résiste donc mieux .
6 - L'emploi de pressions de soufflage plus élevées que les pressions usuelles en aciéries BESSEMER et THOMAS (3 à 12 bars au lieu de 0 à 2,5 bars), conjugué avec l'emploi de tubes de cuivre ou à base de cuivre, métaux excellents conduc- teurs de la chaleur. L'effet favorable des pressions élevées pouvait surprendre à priori, car on pouvait penser que ,plus le débit d'oxygène serait élevé à cause de la pression plus forte, plus chaude serait la zone de surchauffe située dans le bain métallique, à l'impact du jet gazeux, et plus rapide ; serait l'usure du nez de l'orifice de soufflage.
Or,c'est le contraire qui se produit en ce qui concerne l'usure 8 La raison on est sans doute qu'un débit plus élevé de gaz froid, ; assorti d'une détente plus importante à la sortie de la tuyè- re, refroidit davantage le nez de l'orifice de soufflage, par conductibilité à travers le cuivre, et aussi que la vitesse de sortie plus grande de ce courant gazeux éloigne du nez de la tuyère la zone de surchauffe . Quoi qu'il en soit, la fait est prouvé expérimentalement .
D'ailleurs, en combinant ce qui vient d'être dit ci-dessus en 5 ) et 6 ), on voit que, en remplaçant une tuyère de 15 mm de diamètre de soufflage par une tuyère de 3 mm, le périmètre de l'orifice de soufflage est 5 fois plus petit, et, à pression triple ( 7,5 bars par exemple au lieu de 2,5 bars), le débit; do vent est divisé au moins par :25 = 8.
,.
On a donc refroidi un périmètre d'orifice 5 fois plus petite pour un débit de gaz au poins 8 fois plus petite et qui, en outre provoque une détente supplémentaire et un éloignement de la zone de surchauffe , Il n'est donc pas étonnant que,
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dans ces conditions, la tuyère s'une moins vite, 7 - 'La limitation du nombre d'orifices par tuyère, au plus égal à 6 et de préférence égal à 1, afin que les zones de sur-
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chauffe à l'impact de ohaoun, des .jetc élémentaires de vent ou trouvant réparties sur toute la surface du fond aussi ior,à>à.. ,ô- ment que possible, et non pas concentrées er "-+<à d6 quelques grosses tuyères à trous multiples -
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8"- En cas de besoin, il de tubes de suivre rov8tue.
extérieurement, par 6160"%-Orolytique ou par tout autre moyenv d'une mis'3 couche de chrome, de quelques contièmee à quelques due millimètres d'épaisseur. Le chroso ayant 1m j=,,ràn. de fusion plus éleva que le cuivre protège dans une oertaino mesure la face extérieure du tube de cuivre contre la surchauffe entraînant la fusion du cuivre * D'antre part, le procédé d'élaboration de l'acier sui- vant l'invention présente plusieurs avantages : a) Moyennant des investissements très limités, il est uti-
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lisable aisément dans les aciéries Bessemer et Thomas exiatajo.'. tes.
Mais il présente aussi des avantages, par rapport aux procédés par lamées, pour une aciérie neuve, comme indiqué ci-après b) Il xéduit considérablement les fumées rousses, par rapport aux procédés par lances, et même il peut les supprime? presque complètement, dans certaines conditions .
Toutefois, cet avantage ne peut être obtenu que si la hauteur du bain métal. lique est suffisant, compte tenu en outre de l'effet de filtre
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au 1-aî-bîo%-e pour une densité de soufflage donnée c) Lo brassage du bain est beaucoup plus intense que dans les procédés de conversion à l'oxygène pur au moyen de lances,
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et;
il ont possîblot de plus, à certains moments de l'opéra%ion,
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4,'a;croM'ôxo enaoxte, à volonté, l'intensité du brassage par un gaz additionné à l'oxygène dans le vent de soufflage, tel que l'argon pas exemple, ce qui pormet d'obtenir une maîtrise complète du
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modo opératoslre fi) La possibilité dans le procédé d'élaboration de l'acier 3-ëloa. 1.'J,nvon%;
ioa- de souffler conjointement de bas en haut à tra- vers le fond, et de haut en bas au moyen d'une lance, ai on le ,ju lit'.10e procvwti 11-t.0 aouplasse d'exploitation supplémentaire du convertisseur, tout an évitant la pioàuotion d'abondantes fumâea rousses puisque la caractéristique de cotte variante du procédé selon ltinvention 00t une forte çonaentratîon en poudre de chaux ou de castine dans l'oxygène de la lance, supérieure à 5 kg/Nm3. si bien que l'effet refroidissant de cette chaux ou de cette cas- fine compense, dans la zone d'impact de l'oxygène de la lance, la chaleur dégagée par les réactions d'oxydation dans cette zone Dans les procédés connus de conversion à l'oxygène pur soufflé de haut en bas, la totalité de l'oxygène étant introduite par la lance,
il serait impossible de maintenir en permanence dans la lance une concentration en chaux 'ou en castine suffisamment élevée pour éviter les fumées rousses, sous peine d'introduire dans le convertisseur un excès de chaux absolument prohibitif.
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Bien entendu, les types de fond selon Ilinventiongmis au point pour souffler au moyen d'oxygène pur ou d'air onrichi à plus
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de 40% d"oxygène# peuvent également être utilisés lorsqu'on souffle avec du vent enrichi à moins de 40% d'oxygène, et même avec de l'air ordinaire.
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Afin de bien faire comprendre l'invention, on va àéari0 eî-aprè6v à titre d'exemple non limitatif, deux modes de ré811sa- tion d'un fond selon l'invention
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Il s''agit d'un fond pour un convertisseur affinant 50t do fonte en 20 minutes de soufflage environ, ayant pour disàètre ',100 N'en haut et 3300 m en bas,, et 1 m d'épaisseur* Dans Wl 1er mode de réalisation, le fond comporte" des tu,yèrec en a.l'MM.ne à 96% d'Al 203 5% de porosîtê ouverte ot 3,20 de dennitég en viroles de 60,mm de dîamètre extérieur, 6 =î
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de diamètre intérieur et 335 mm de longueur .
Chaque tuyère comporte un tube de cuivre de 3 mm de diamètre intérieur,
5 mm de diamètre extérieur et 1 m de longueur, sur lequel on enfile 3 viroles d'alumine , ,cimentées entre elles par un fin béton alumineux .
Dans un 2ème mode de réalisation, chaque tuyère à 96% d'Al2O3 ,5% de porosité ouverte et 3,20 de densité, consti- tuée de 3 viroles de 60 mm de diamètre extérieur, 9 mm de diamètre intérieur et 335 mm de longueur, reçoit à son inté- rieur, sur toute sa longueur de 1 m, un tube de cuivre de
3 mm de diamètre intérieur et de 5 mm de diamètre extérieur, entouré d'un tube de 5,5 de diamètre intérieur et de 8,5 mm de diamètre extérieur, en alumine à 96% d'Al2O3 et à très haute compacité, présentant une porosité ouverte à peu près nulle et une densité de 3,60 .
Dans ces 2 modes de réalisation, la partie pleine du fond, qui doit recevoir les tuyères spéciales selon l'inven- tion, est fabriquée par des méthodes connues. Par exemple,on utilise un mélange de dolomie et de goudron de la. mâme maniors que pour les fonds usuels de convertisseurs Thomas munis de tuyères de magnésie .
Sous une pression de 7 bars,un orifice de 3 mm de débite -diamètre et de 1000 mm de longueur,/ environ 0,250 Nm3/min ( 250 litres par minute ) .
Comme il faut souffler environ 1 50 t x 63 Nm3/t .. 3 150 Nm3 d'oxygène en 20 minutes, soit 157,5 Nm3/min. Il faut un nombre d'orifices de soufflage dei 157,5 = 630, soit 630 tuyères, puisque, dans cet exemple, 0,'250 , ohaque tuyère ne comporte qu'un seul orifice de soufflage
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Ces 630 tuyères sont réparties uniformément sur toute la surface du fond, dont le diamètre extérieur est de 3,10 m en haut et de 3,30 m en bas,
Elles sont réparties concentriquement en 14 rangées présentant les caractéristiques suivantes
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Avec un tel fond, dont la surface soufflante est de (1,40 m étant le rayon de la surface soufflante ) 3,14 x ( 1,40)2 = 5, 16 m2 = 61.600 cm2,
La densité de soufflage sous ? bars est de
157 500 1/min = 2,55 1/min/cm2.
61. 600
La hauteur statique du bain, si l'on veut souffler de l'oxygène pur sans produire d'abondantes fumées rousses,doit donc être prise selon l'invention au moins égale à
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2,55 x 30 = 77 cm . A cette hauteur de bain s'ajoute l'épais- seur normale du laitier.
Il est entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails.
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"Method for producing steel and converter bottom for implementing this method"
The present invention, due to Mr. Pierre LEROY, relates to a process for producing steel and steel converter bottoms for the implementation of this process allowing the use of a blowing wind. containing more than 40% oxygen, and even pure oxygen.
BESSEMER and THOMAS converter heads, blowing ordinary air or oxygen-enriched air through a bath of liquid iron to refine it into steel, have a certain number of blowing orifices, of which the diameter is between 12 and 18 mm.
On BESSEMER converter, acid, these orifices
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blowing are grouped, by 8 or 10, in nozzles of silica or silico-aluminous embedded in an acid rammed earth.
On a THOMAS basic converter, several distinct formulas are applied: a) The bottom, in tarred dolomite, has blowing openings evenly distributed over its entire surface. b) The orifices, distributed according to a), are lined with thin-walled steel tubes. c) The orifices, distributed according to a), are lined with copper tubes. d) The blowing orifices are grouped, by 8 or 10, in nozzles of magnesia, which are uniformly distributed in the tarmac bottom.
With all these fonda of known type, when blowing enriohi air instead of blowing ordinary air, the wear speed of the bottom in service increases. It increases all the more as the oxygen content of the blowing wind is higher. The wear is moreover even faster with the heads comprising multiple-hole nozzles, because these nozzles concentrate in a relatively small area 8 to 10 blowing orifices, and the refractory material constituting these nozzles does not generally present a sufficient compactness combined with a sufficiently high melting point.
This is why steel mill converters blowing from the bottom up almost always use a blast wind whose oxygen content is less than 40%, and most often is held between 26% and 36% oxygen.
To convert cast iron to steel using pure oxygen, it has thus proved impossible to blow the oxygen
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pure from bottom to top through fonda do type known, and we
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must have blown pure oxygen from top to bottom at the laseon core and Some tests have been carried out, aons3at.nt housing nozzles, cooled by circulating water, in refractory bottoms, but the risk of breaking through the tubes of water,
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and subsequent explosion, were tele that por8onne has never used this device industrially.
Other tests, of blowing pure oxygen from bottom to top, through a porous refractory bottom, did not at most
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This is because the porous refractory material dissolves too quickly in service under a cast iron bath, when pure oxygen is blown through it. the only processes currently applied industrially for the conversion of cast iron into steel by oxygen
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pure therefore consist in Douttler the oX1 n. from top to bottom by means of spears.
However, despite their multiple advantages, these high or low pure oxygen blowing methods are not * a disadvantage.
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a) They produce, Dandont the whole duration of the convora1oA.
.b011 (ah'vVi russet fumes of fsr oxide, which, 'ts, tl5ï part, constitute as many losses in error thus reducing the metallic rvn4o- ment of the conversion and which, on the other hand, polurt the atmosphere if cn does not purify them in don t.ll.t1on # te dusting, which are expensive. b) The stirring of the metal bath is due .xclu4iYo.Dt decarburization, and it is impossible, by conaaqueat, 4talr on the intensity of the stirring otherwise quo by the i.l0 of 1 & speed of decarburization, which does not always% pQ8 at 3iGbs ..
c) The infrastructure of a suffocated oxygen steelworks <m% der
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top to bottom is very different from that of a Bessemer or Thomas steel plant, and the switch from one to the other requires high investments, or more often, results in the creation of a steel plant completely new oxygen, distinct from pre-existing steelworks, and therefore expensive.
The object of the present invention is to provide means making it possible to carry out a conversion of cast iron into steel by pure oxygen, or by oxygen-enriched air containing more than 40% oxygen, with a reduced production of reddish fumes, while maintaining control of the optimum degree of mixing of the bath at each moment of blowing, and requiring only limited investments.
To this end, the present invention provides a process for producing steel, according to which all or part of the oxygen necessary for the refining of the cast iron is blown from the bottom up through a bottom of converter with nozzles! uniformly distributed and with an internal diameter of less than 8 mm, characterized in that said nozzles are made of a high quality refractory product exhibiting more particularly a high drawn compactness such that its open porosity is less than 18% and preferably at 12%, each nozzle comprising a number of blowing orifices at most equal to 6 and preferably equal to 1, the compact part of the bottom being constituted, as known, of a refractory of usual good quality,
such as a mixture of dolomite and tar, tamped or vibrated for example.
The method of the invention is further characterized in that the static height of the bath of liquid metal, expressed in centimeters, is at least equal to 30 times the bottom blowing density, measured in liters of gas blown by.
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Dinute and per cm2 of bottom surface, the liters being normal, that is to say evaluated at a temperature of 0 C and under a pressure of 760 mm of mercury, this characteristic making it possible to obtain a noticeable reduction in red rockets .
According to another characteristic of the process according to the invention, the blowing pressure, measured upstream from the bottom, is between 3 and 12 bars,
According to another characteristic of the invention, the blowing wind can consist constantly of pure oxygen, or even constantly of oxygen enriched air.
According to a variant of the process of the invention, the oxygen content of the blowing wind varies during the operation, depending on the state of instantaneous imbalance between the slag and the metal bath and also depending on the rate of wear. instantaneous nozzles, the wind possibly containing a neutral gas, such as nitrogen, or argon, or an oxidizing gas;
such as% vapor or carbon dioxide, or ordinary air
According to another variant of the method of the invention, the bottom according to the invention, blowing from the bottom up with pure oxygen or a rich mixture, can be used together as known with a vertical or oblique lance blowing from the top. at the bottom of pure oxygen, this variant being characterized in that the pu * oxygen blown from top to bottom by the lance holds lime or limestone powder in suspension in high concentration, greater than 5 kg / Nm3, this lime thus introduced representing part or all of the lime necessary for refining.
According to the invention, a converter base is used in which each of the orifices of the nozzle is internally lined. of a copper or copper-based metal tube, characterized in that the internal diameter of said tubes
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is at most equal to 8 mm and preferably between 2 and 5 mm.
According to another characteristic of the invention, the tuyeres are made of a very compact aluminum product, with a high alumina content, or even of practically pure alumina, exhibiting an open porosity at most equal to 12%, and preferably at least 12%. plus equal to 5%, while its density is at least equal to 3.10, and preferably between 3.20 and 3.60.
These very compact nozzles can be made up of several successive ferrules arranged in length.
According to a more particular characteristic of the invention, each nozzle comprises, around a copper or copper-based tube, a tube or a sheath of ferrules made of an aluminous product of very high compactness, to. high content of alumina or even of practically pure alumina, having an open porosity at most equal to 5%, and a density greater than 3 40, this tube or this ferrule sheath having a relatively small thickness, of the order of 1 il , mm, and being placed in a more massive nozzle made of a very compact aluminous product having a density between 3.10 and 3.40,
either in an ordinary refractory, of good quality
According to a variant, said nozzles are made of a basic or neutral refractory product of very high quality and very high compactness, in magnesia with more than 96% MgO for example.
According to a variant of the invention, each metal tube consists of a copper tube coated on the outside with a thin layer of chromium, a few hundredths to a few tenths of a millimeter thick.
According to another variant of the invention, the bottom all
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whole, and no longer just the tuyeres; consists of a very compact refractory product, pierced with blowing holes each lined with a copper or copper-based tube, provided or not with a thin sheath of very high compact alumina, with a density greater than 3.40.
As will be understood, the main effect of the invention is to keep the blowing operated from the bottom up, while using pure oxygen or mixtures richer in oxygen than the traditional mixtures in the Bessemer steelworks as the blowing wind. or Thomas, and by overcoming the disadvantage of an exaggerated rate of wear of the funds of converters.
The achievement of a normal wear rate of the bottoms, despite the use of pure oxygen or rich mixtures, is obtained by the combination of the following factors! 1 - The use of nozzles made of high quality refractory products, and consequently having a high melting point.
The use of nozzles made from specially compact refractory products, having an open porosity of less than 18%, and preferably less than 5%.
3 - Optionally, the use of alumina or alumina-based nozzles, which are particularly resistant to hot attack by iron oxides.
4 - The use of copper or copper-based tubes, a metal which is a good conductor of heat, which, under the cooling effect of the current of oxygen, has an outlet orifice cold enough to abuse slowly and possibly to fill a "stalagmite 'of fixed ferrous metal, momentarily protective, 5 - The use of small diameter blowing openings at most equal to 8 mm, and preferably between 2 and 5 mm, thus ensuring, under a pressure given, a unit wind flow rate appreciably lower than the traditional openings between 12 and 18 mm Thus, under a given pressure,
a blowing orifice with a diameter 5 times smaller offers a perimeter also 5 times smaller for a
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wind flow which is more than 25 times less. Its wall, at the nose of the jet, therefore resists better.
6 - The use of higher blowing pressures than the usual pressures in BESSEMER and THOMAS steelworks (3 to 12 bars instead of 0 to 2.5 bars), combined with the use of copper or copper-based tubes , metals excellent heat conducers. The favorable effect of the high pressures could surprise a priori, because one could think that, the higher the flow of oxygen would be high because of the strong pressure, the hotter would be the zone of superheating located in the metal bath, at the impact of the gas jet, and faster; would wear the nose of the blow-off port.
However, the opposite occurs with regard to wear 8 The reason is undoubtedly that a higher flow of cold gas,; together with a greater expansion at the outlet of the nozzle, further cools the nose of the blowing orifice, by conductivity through the copper, and also that the greater output speed of this gas stream moves away from the nose of the nozzle the overheating zone. Anyway, the fact is proven experimentally.
Moreover, by combining what has just been said above in 5) and 6), it can be seen that, by replacing a 15 mm diameter blowing nozzle with a 3 mm nozzle, the perimeter of the blowing orifice is 5 times smaller, and, at triple pressure (7.5 bars for example instead of 2.5 bars), the flow rate; do wind is divided at least by: 25 = 8.
,.
We therefore cooled a perimeter of orifice 5 times smaller for a gas flow at the points 8 times smaller and which, moreover, causes an additional expansion and a distance from the overheating zone, It is therefore not surprising that ,
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under these conditions, the nozzle becomes slower, 7 - 'The limitation of the number of orifices per nozzle, at most equal to 6 and preferably equal to 1, so that the over-
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heats at the impact of ohaoun, elementary jets of wind or finding distributed over the entire surface of the bottom as much, at> to .., as much as possible, and not concentrated er "- + <at d6 a few large multi-hole nozzles -
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8 "- If necessary, there are tubes to follow rov8tue.
externally, by 6160 "% - Orolytic or by any other means with a third layer of chromium, from a few tths to a few millimeters thick. The chroso having 1m j = ,, ràn. of fusion more elevated than the copper protects in a certain measure the outer face of the copper tube against overheating resulting in the melting of the copper * On the other hand, the method of producing steel according to the invention has several advantages: a) By means of very limited investments, it is useful
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easily readable in Bessemer and Thomas Exiatajo steelworks. '. your.
But it also presents advantages, compared to the processes by lances, for a new steelworks, as indicated below b) It x reduces considerably the red smoke, compared to the processes by lance, and it can even eliminate them? almost completely, under certain conditions.
However, this advantage can only be obtained if the height of the metal bath. lique is sufficient, also taking into account the filter effect
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at 1-a-bîo% -e for a given blowing density c) The mixing of the bath is much more intense than in the processes of conversion to pure oxygen by means of lances,
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and;
they also have the possibility, at certain times of the operation,
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4, 'a; croM'ôxo enaoxte, at will, the intensity of the stirring by a gas added to oxygen in the blowing wind, such as argon for example, which pormet to obtain a complete control of the
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modo operatoslre fi) The possibility in the process of elaboration of 3-ëloa steel. 1.'J, nvon%;
ioa- to blow jointly from the bottom upwards through the bottom, and from top to bottom by means of a lance, ai on le, ju lit'.10e procvwti 11-t.0 aouplasse additional operation of the converter , while avoiding the pioàuotion of abundant red smoke since the characteristic of this variant of the process according to the invention 00t a strong concentration of lime or limestone powder in the oxygen of the lance, greater than 5 kg / Nm3. so that the cooling effect of this lime or this cas- fine compensates, in the zone of impact of the oxygen of the lance, the heat released by the oxidation reactions in this zone In the known methods of conversion with pure oxygen blown from top to bottom, all of the oxygen being introduced by the lance,
it would be impossible to maintain permanently in the lance a concentration of lime 'or of limestone sufficiently high to avoid reddish fumes, under penalty of introducing into the converter an absolutely prohibitive excess of lime.
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Of course, the types of bottom according to Ilinventiongmis developed to blow by means of pure oxygen or air enriched to more
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40% oxygen # can also be used when blowing with wind enriched with less than 40% oxygen, and even with ordinary air.
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In order to make the invention fully understood, we will briefly review, by way of nonlimiting example, two embodiments of a background according to the invention.
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It is about a bottom for a converter refining 50t of cast iron in about 20 minutes of blowing, having for distance ', 100 N'at the top and 3300 m at the bottom, and 1 m thick * In Wl 1st embodiment, the bottom comprises "tu, yèrec in a.l'MM.ne 96% Al 203 5% open porosity ot 3.20 dennitég in rings of 60, mm outer diameter, 6 = î
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internal diameter and 335 mm long.
Each nozzle has a copper tube with an internal diameter of 3 mm,
5 mm outside diameter and 1 m in length, on which are threaded 3 alumina ferrules, cemented together by a fine aluminous concrete.
In a 2nd embodiment, each nozzle at 96% Al2O3, 5% open porosity and 3.20 density, made up of 3 shells of 60 mm in external diameter, 9 mm in internal diameter and 335 mm in diameter. length, receives inside it, over its entire length of 1 m, a copper tube of
3 mm inside diameter and 5 mm outside diameter, surrounded by a tube of 5.5 inside diameter and 8.5 mm outside diameter, made of 96% Al2O3 alumina and very high compactness, presenting approximately zero open porosity and a density of 3.60.
In these 2 embodiments, the solid part of the bottom, which is to receive the special nozzles according to the invention, is manufactured by known methods. For example, a mixture of dolomite and tar is used. same maniors as for the usual bases of Thomas converters provided with nozzles of magnesia.
Under a pressure of 7 bars, an orifice with a flow rate of 3 mm -diameter and 1000 mm in length, / approximately 0.250 Nm3 / min (250 liters per minute).
As it is necessary to blow approximately 1 50 t x 63 Nm3 / t .. 3 150 Nm3 of oxygen in 20 minutes, that is to say 157.5 Nm3 / min. A number of blowing orifices of 157.5 = 630, or 630 nozzles, since, in this example, 0.250, each nozzle has only one blowing orifice
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These 630 nozzles are distributed evenly over the entire surface of the bottom, whose outer diameter is 3.10 m at the top and 3.30 m at the bottom,
They are distributed concentrically in 14 rows with the following characteristics
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With such a bottom, the blowing surface of which is (1.40 m being the radius of the blowing surface) 3.14 x (1.40) 2 = 5.16 m2 = 61.600 cm2,
The blowing density under? bars is
157,500 1 / min = 2.55 1 / min / cm2.
61. 600
The static height of the bath, if we want to blow pure oxygen without producing abundant reddish fumes, must therefore be taken according to the invention at least equal to
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2.55 x 30 = 77 cm. To this bath height is added the normal thickness of the slag.
It is understood that it is possible, without departing from the scope of the invention, to imagine variants and improvements in details.