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"Perfectionnements à et relatifs à des fours de fusion",
La présente invention concerne le traitement de métaux.
Dans le traitement de métaux, il est pratique d'employer des fours de différents genres pour la fusion de charges solides et liquides, Les divers types de fours en usae comprennent des fours à arc, des fours à induction ainsi que des fours chauffés par combustibles.
La fusion proprement dite ne constitue en somme qu'une partie du'processus consistant à transformer une charge solide composée par exemple de déchêts de métal et de métal liquide
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en un'produit liquide, La raison en est qu'il a jusqu'à prient été impossible de composer la charge initiale de manière à obtenir l'état fondu la composition métallurgique exacte laquelle on veut que réponde le produit final,
Dans la pratique actuelle, des étapes telles que la re-carbonisation, la décarbonisation, le désulfurage, la déphosphotation et l'alliage, doivent toutes être effectuées âpres quela charge originale ait été fondue dans le four.
Ces étapes complémentaires ont souvent lieu dans des cuves spé- cialement conçues à cet effet et entièrement séparées des fours de première fusion. Ainsi par exemple est-ilfait usage de cuillers à secousses et de résonateurs en vue d'obtenir le pro- duit final.
L'opération de transfert de métal d'une cuve à une autre implique un gaspillage de temps et c'est un des buts. de la présente invention sinon de supprimer, au moins de ré- duire cet.inconvénient. D1autres buts de la présente invention apparaîtront au cours de l'exposé suivant.
Conformément à la présente invention, un procédé de production d'un produit fini à partir d'une charge initiale de métal solide ou partiellement solide comprend les étapes d'introduction de la charge dans un four de fusion, de fusion de la charge dans ledit four et, dans une étape sélectionnée du procédé, Inapplication d'une agitation de mélange dans la charge en fusion par un mouvement de la cuve.
Ladite agitation de mélange ne doit pas nécessaire- ment avoir lieu au cours de l'étape de fusion proprement dite, mais' peut aussi être entreprise au cours d'une étape métallur- gique subséquente, après que la charge initiale ait été fondue, Toutefois, il est préférable que ladite agitation commence pen- dant le processus de fusion, puisque l'effet de mélange contribue à une fusion plus efficace et plus rapide, Par ledit effet de
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fusion, la quantité de laitier devant aussi être fonds peut être considérablement réduite. La où l'agitation de mélange commence pendant l'étape de fusion, l'agitation peut prendre fin avant la fin ou 3. la fin de 11*dite étape de fusion.
De préférence, l'agitation de mélange commence pendant l'étape de fusion et continue au moins pendant une partie ! d'un processus métallurgique additionnel qui a lieu dans le même four subséquemment au processus de fusion,
Dans certains cas, on peut cependant entreprendre un processus métallurgique additionnel avant qu'il se soit pro- duit une fusion complète dans le four, Dans certains processus modernes, le temps de passade de l'étape de fusion à une 6tape métallurgique additionnelle se compte en heures.
Dans le procède conforme à la présente invention, le temps qui s'écoule ainsi peut être économisa dans une large mesure, de sorte que le dGbit de métal fini peut être considérablement accru. Alternativement,----,-' pour une même production, l'installation nécessaire actuellement peut être beaucoup plus petite, de sorte qu'on économise aussi de l'espace tout en réduisant les frais d'investissement.
L'agitation peut être effectuée par rotation du four autour d'un axe.
Dans un dispositif, ladite agitation peut résulter de la génération d'ondes dirigées vers l'intérieur dans le métal en fusion et qui se confondent en vue de provoquer une agitation de mélange,
De préférence, lesdites ondes sont produites sub- stantiellement. dans un état de résonance de façon a. donner naissance. une simple onde résultante dans la partie centrale de la sur- face du métal fondu et dont l'amplitude est grande par rapport celle des ondes individuelles,
De préférence aussi,, des courants ascendants prennent naissance dans le métal fondu au cours de l'agitation de mélange.
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- Dans une disposition alternative, ladite agitation de mélangé peut être provoquée par une rotation du .four autour de l'axe,
Conformément à un autre aspect de la présente in- vention,' l'appareil pour mettre en oeuvre le susdit procédé com- .prenant la génération d'ondes dirigées vers l'intérieur dans le mental en fusion, comprend une cuve de four comportant une cuvette caractérisée par des parois latérales disposées pratiquement axialement de façon 5 ce que la coupe.
de ladite cuvette ait un 'diamètre'minimum et un diamètre maximum,-la cuve étant montée , pour pouvoir tourner autour d'un axe,
Dans un mode 'd'exécution, ladite cuvette est ca- ractérisée par au moins deux sections de parois latérales sub- stantiellement planes, s'étendant axialement et écartées cir- conférentiellement.
Pour les besoins de cette spécification, on a em- ployé l'expression "pratiquement plane" pour désigner une paroi latérale ayant soit une surface plane ou une surface courbe à rayon de courbure relativement grand en vue de déterminer un diamètre minimum de la coupe transversale de la cuvette, . Les sections de paroi latérale pratiquement plane peuvent être diamétralement opposées.
Dans une variante du mode d'exécution, la cuvette est caractérisée.par trcis sections de parois latérales substan- tiellement planes qui, collectivement -définissent une cuvette de section transversale triangulaire.
De préférence, ladite cuvette a un fond caractérisé par des parties périphériques rementante@en vue de se raccorder aux'parois latérales de la cuvette,
L'appareil peut comprendre un dispositif destine à faire basculer le four d'un angle déterminé dans un plan ver- tical.
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Conformément à une autre caractéristique encore de la présente invention, l'appareil destine à mettre en oeuvre le procédé comportant la création d'une agitation de mélange par giration autour d'un axe, comprend une cuve de four prévue pour mouvement giratoire.
Des modes d'exécution préférés de la présente in- vention seront maintenant décrits par des exemples en se réfé- rant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe verticale de l'appareil de résonance conforme à la présente invention, avec électrodes en position pour la fusion: - la. figure 2 est une coupe par un plan dont la trace suit la droite II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est ue coupe par un plan dont la trace suit la droite III-III de la figure 2 ; ,en - la figure 4 est une vue/perspective d'une cuve de four à résonance convenant aux appareils représentés aux figures 1 à 3 et caractérisé par deux parois latérales pratique- ment planez;
- la figure 5 est une coupe par un plan dont la trace suit la droite V-V de la figure 4 ; la figure 6 est une coupe verticale de la cuve du @ four telle qu'elle est représentée aux figurée 4 et 5, avec une lance à oxygène en position pour des opérations d'affinage et montrant le genre de perturbations engendrées dans le métal en'fusion;
- la figure 7 est une vue semblable à celle de la figure 6 et a été ajoutée en vue de montrer le procédé par lequel on provoque la dispersion d'oxygène dans la masse de métal fondu,- - la figure 8 est une vue en perspective d'un four à résonance convenant aux appareils représentés aux figures 1 @ à 3 et caractérisé par trois parois latérales pratiquement.planes.1
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- La figure 9 est une coupe par un plan dont la trace suit la droit IX-IX de la figure 8;
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la figure 10 est une vue sch6matîque en perspective 'd'une cuiller a secousses pour mettre en oeuvre le procédé con- forme 3..la présente invention;
- la figure 11 est une vue en plan de l'appareil tel -qu'il est représente 3. la figure 10, montrant une coupe de ladite cuiller,
Si l'on se réfère maintenant aux figures 1 5. 7,
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l'appareil comprend une cuve 1 du centre décrit dans le brevet d'Invention Sud-Africain' ils, 62/2P47 et connu dans le m6,'vier sous, le non de "Résonateur".) Pour/les besoins de la4'pre-sente invention, ladite cuve est susceptible d'être utilisée aussi bien connne four pour la fusion d'une charge initiale de métal qu'en guise de cuve pour le traitement métallurgique de métal fondu,
Le dispositif de montage de la, cuve 1 diffère de
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celui qui a ôté décrit dans le brevet Jud-A9ric;
in >1 62/2fi47.
:o:;re le montrent les figures 1 3. '3, le dispositif de montase comprend un anneau-porteur 2 fixé à et embrassant la cuve l! Trois galets 3 espaces circonférentiellement sont montés sur '1'anneau-porteur externe 4 et disposés de manière à venir en contact avec la iace inférieure 5 dudit anneau- porteur intém rieur 2 pour servir de support à la cuve'± quand.
celle-ci est en position de fonctionnement quasi verticale somme cela est -représente aux figures l à 3, L'anneau-porteur externe 4 est monté de façon à pouvoir tourner d'un côté sur un tourillon 6 que porte un piéde- .stal 7, Dans.une position diamétralement opposée, l'autre anneau^^. porteur est fixé à la roue dentée 8 de basculement supportée par - et en .prise avec le pignon qui, à son tour, est mis en rota- tion par n'importe quel moyen approprié (non représenté).
En
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faisant tourner ledit p-ignon , la cuve 1 peut être inclinée
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dans un plan.vertical autour de l'axe horizontal (XX) à partir tune position pratiquement verticale jusqu'en une position in- versée'en vue de l'écoulement. Ladite cuve 1 fonctionne à un angle sur l'horizontale et sur la verticale, et sa position de fonctionnement est clairement représentée aux figures5 et 7,
Deux galets d'entraînement circonférentiellement espacés sont montés de façon à pouvoir tourner sur l'anneau- porteur externe 4 comme le montre la figure 3, et sont en con- tact par frottement avec l'anneau-porteur 2 dans la gorge cir- conférentielle 2a.
Des galets d'entraînement 10 sont couples de façon à pouvoir être entraînés par un moteur 11 monte sur 1'anneau-porteur externe 4. La cuve 1 peut tourner autour de son axe longitudinal passant par soncentre, comme cela est in'- diqué par la référence 18 de la figure 2, au moyen.desdits galets d'entraînement 10. Une paire de galets accessoires 13, adaptes pour venir en prise avec la face supérieure 12 de l'anneau- porteur 1;terne 2 est prévue en guise de support de la ouve 1 lorsque celle-ci est en position inversée.
Trois électrodes 14 sont montées de façon dé- plaçât) le sur une colonne de support verticale 15 au moyen de bras-porteurs 16, qui, eux, sont déplacables verticalement le long de ladite colonne 15 en direction des fluches dans la figure 1 en vue de mouvoir lesdites électrodes 14 entre leur position inférieure de fonctionnement telle qu'elle est repré- @ sentée à la figure 1, dans laquelle des arcs peuvent éclater entre elles et la charge initiale de métal contenue dans la cuve 1, et en position supérieure de fonctionnement- dans laquelle les électrodes 14 sont retirées de la cuve 1.
Des câbles 17 sont prévus pour connecter lesdites électrodes 14 à une source d'éner- gie électrique, Conne le montrent les figures 4 à 7, la cuve 1 est spéciale en ce qui cnncerne sa forme intérieure, du fait que les
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parois latérales internes de ladite .cuve'sont disposées symé- triquement autour d'un axe autour duquel la cuve 1 en question est susceptible de tourner au moyen de galets d'entraînement 10, en. d'autres termes, un axe passant par le centre de la cuve comme indiqué par la référence 18 des figures 2 et 5. Lesdites parois internes comprennent deux zones courbes directement oppo- sées 19 ayant des rayons de courbure relativement grands de manière qu'en.fait elles sont pratiquement planes comme cela a été décrit ci-dessus.
Entre les zones pratiquement planes 19, il y a deux zones courbes 20 dont les rayons de courbure sont bien plus petits et qui mènent aux susdites zones pratiquement planes 19, Ainsi qu'on peut s'en rendre compte par un examen de la figure 5, la cuve fournit une cuvette à coupe transversale généralement elliptique avec un diamètre.minimum entre les zones pratiquement planes 19 et un diamètre maximum entre les zones courbes 20.
En outre, le fond 21de la cuve est plat dans sa. région centrale, mais a deux sections adjacentes 22 inclinées vers le haut qui se fondent dans les zones.substantiellement planes 19 des parois latérales. La figure' 6 est une coupe par un plan central parallèle aux zones substantiellement planes 19 .'et los zones deflane 22, tandis que la figure Test'prise dans un plan perpendiculaire auxdites zones substantiellement planes
19et les zones de flanc 22,
Lesdites zones substantiellement planes 19, de même que les zones de flanc inclinées 22 constituent des genres d'écrans dans la cuvette de 'la cuve 1, des dispositifs en écran ' de.
ce genre .ôtant de la plus haute importance dans 1'établisse- ment d'une agitation de mélange, ainsi que cela -sera d6crit dans la spécification. '
Dans l'exemple.considère, la cuve 1 est adéquatement doublée de'briques réfractaires; et c'est pour cette raison que les zones-écrans 19 sont légèrement courbées pour offrir une
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meilleure résistance, Dans les cas où la construction le permet, lesdites zones 19 peuvent être des surfaces planes, La cuve 1 est en outre munie d'un bec-versoir 27 aux environs du gueulard 28, ' l.f !.
En vue du traitement métallurgique d'une charge en fusion dans la cuve 1, il est prévu une lance escamotable à oxygène ±2. Ladite lance 23 peut être du genre tel qu'il a été décrit dans lebrevet d'invention sud-africain N 62/2947.
Dans le traitement des métaux,une charge initiale solide ou partiellement solide peut être introduite dans la cuve après quoi l'on abaisse les électrodes 14 en position de fonctionnement dans ladite cuve 1 comme cela est indiqué à la figure 1. Lorsqu'on amorce des arcs entre lesdites électrodes 14 à la manière bien connue de tous les gens de métier, la -charge initiale peut être fondue et la cuve 1 fonctionnerait comme un.'four à arc électrique.
En faisant tourner ladite cuve 1 autour de son axe longitudinal lorsque la charge est devenue suffisamment fluide, on peut agiter la charge fondue en créant des ondes dirigées vers l'intérieur.dans ledit métal fondu par suite du fait que la coupe transversale de ladite cuve 1 n'est pas circulaire.
La création d'une agitation de mélange sera décrite ci-après par rapport à une étape de raffinage subséquente.
Un des avantages résultant de l'emploi d'un four à cuve du genre en question est que le transfert de.chaleur, par exemple du périmètre ou du haut du bain de métal fondu vers son centre peut être beaucoup plus efficace que si l'on faisait' usage d'un four stationnaire, d'où il résulte que le temps de fusion pourrait être réduit dans de larges proportions.
On peut s'attendre aussi à d'autres économies résultant ! de l'effet de mélange, Par suite de cet effet, la quantité de laitier devant aussi être fondue peut être considérablement réduite
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Apres fusion complète, ou même avant: que la fusion ne soit complète dans la cuve 1, on peut déjà couper le courant électrique qui alimente les électrodes 14, Celles-ci peuvent alors être retirées de ladite cuve 1 dans laquelle on abaisse ensuite la lance 31 oxygène 23 en position de fonctionnement en 'vue de commencer retape, d'affinage très peu de temps après la-fin de l'opération de fusion.
Le temps qui s'écoule pour passer de cette dernière à l'opération supplémentaire d'affi- nage peut donc être réduit au miniumm, de sorte que le débit de métal à l'état fini peut être fortement augmenté,
En faisant tourner la cuve 1 autour de l'axe 18, il se produit.une certaine différence dans les vitesses linéaires. du métal.fondu et des parois périphériques latérales de la cuve, cette différence dépendant, inter alia, de facteurs tels ,que la viscosité du métal fondu. Cela veut dire qu'il y a un certain mouvement circonférentiel relatif entre lesdites parois latérales de la cuve'et le métal en fusion aux.environs de l'axe 18, ét cela étant le cas, les écrans 19 pratiquement plans . agissent comme des générateurs d'ondes dans le bain de métal.
Dans l'exemple en question, lesdites ondes créées par ces- écrans pratiquement plans 19 sont pratiquement opposées, de même qu'elles sont aussi dérivées pratiquement vers l'intérieur. '
Lbffet des deux ondes ou trains d'ondes opposées
Générées par lesdits écrans 19 substantiellement plans donne naissance à une perturbation tout au moins dans la zone super- ficielle du.bain de métal dans la cuve, et lorsque ce bain n'est pas très profond,ladite perturbation est susceptible d'être très prononcée. En se référant aux figures 6.et 7, on verra quel est le genre de perturbations que.les ondes peuvent .provoquer lorsqu'elles se fondent vers le centre de la surface du bain.
Dans l'exemple qui nous occupe, et.' conformément aux
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essais qui ont été effectues dans des cuves transparentes,, il existe une certaine vitesse de rotation de la cuve 3,-laquelle' il se produira de la résonance et il apparaît qu'à cette étape les ondes ou trains d'ondes opposées se fondront en une onde unique au centre de la surface du bain et ce avec une amplitude accrue par rapport aux amplitudes des ondes individuelles créées par lesdits écrans substantiellement plans 19.
L'effet d'une telle ondé de forte amplitude est d'emprisonner des bulles 24 d'oxy- séné ou de gaz oxydants émis par la lance à de hautes arêtes 25 dans ladite onde et de les décharger ensuite dans les creux 26 de la masse fondue. Lesdites bulles sont alors réparties à travers la masse et les écrans de flanc 22 créent des impul- sions qui chassent les bulles vers le haut en courants trans- versaux à la direction dans laquelle lesdites ondes créées par les écrans 19 sont générées.
En vue d'obtenir les conditions optima pour le mélange d'oxygène dans le bain, il existe une vitesse de rotation cri- tique de la cuve, et cette vitesse dépend de la forme intérieure de celle-ci., du contenu de ladite cuve,'de la quantité de matière versée dans la cuve pour être traitée, et bien souvent de l'in- clinaison de la cuve durant sa rotation. Cette vitesse critique- ou une vitesse qui s'en rapproche suffisamment,se laisse dé- -terminer assez rapidement avant que l'on entame les opérations pleine échelle..
Ainsi par exemple, avant d'introduire la lance dans la cuve, on peut faire un essai préliminaire en vue de déterminer visuellement le type de formation d'ondes qui se créent dans la massa contenue dans le bain, et les vitesses' peuvent de ce fait être réglées jusqu'à ce que les conditions @ idéales aient été atteintes. En tout cas, la collision d'ondes opposées dans la masse est généralement susceptible de produire une perturbation capable de faire en sorte que l'oxygène ou tout autre gaz oxydant est dispersa dans la. masse,
Mais la
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.Valeur d'une onde de grande amplitude ressortira clairement de la susdite description,
Une agitation de mélange du métal fondu semblable à celle décrite ci-dessus par rapport à l'étape d'affinage, peut aussi être créée au cours de l'étape de fusion en faisant tourner la cuve 1 autour de l'axe 18.
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Au lieu de 1:, cuve à re-zonance 1 des figures 4 et 5e ,qui est caractérisée par deux zones a parois lat6ralec substari- -tieZlerent- planes diamétralement opposées, on peut aussi faire usae de.la cuve la des fleures 8 et .9. Ladite cuve la est caractérisée par une coupe.transversale de cuvette à trois
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-.zones pratiquement planes espacées eirconfér#n.e3.2ement lga, dont.le diamètre transversal varie suivant la périphérie interne de la cuvette de la cuve, Le fond 21a de ladite cuve la est plat et de forme triangulaire dans sa région centrale, mais
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a t1"ob, zoncs-écrans 22a qui se fondent en zones 12a substan- tiellement planes des parois latérales.
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Au moyen de cette disposition on 'produit des ondes dans un bain en fusion et les trois ondes ainsi .produites
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se réunissent alors pour donner naissance a l'agitation voulue de mélange, dudit bain. La configuration triangulaire a l'avan- tage de faciliter la position de trois électrodes 14a dans la cuve, comme cela est représente à la figure' 9.
En lieu et place d'une cuve de four du type à résonance, les figures 10 et 11 montrent que l'on peut aussi'
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faire usare d'une cuillef 5 secousses. L'appareil tel qu'il est représente 'est de nature tout à fait conventionnelle et com- prend une cuiller 30 montée 3..pivotement sur un support en U 31,
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au moyen de tourillons z L4J.Wa18FatAtF.d.ttün6a.i¯ opposes en- vue de erm ;
rc- w' inclirer ladite cuiller 22 autour, de 7.-' axe horizon- tal YY dans le but de la tapoter par le bec 'de versement jL3, Ledit support 21 ost Etontë sur une base n au moyen*de trois
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Manivelles 22\dont une au moins est coupl6e à rotation 9 un dispositif d'entraînement (non représenté),, En faisant tourner au moins l'une desdites manivelles 35, le châssis-support 31 et, partant la cuiller 30 peuvent être amenés à tourner autour de l'axe vertical désigné par la référence 36 dans la figure 11, et ce,,
comme le montre la fièche B de ladite figura Ce mou- vement giratoire provoque une agitation de mélange dans une charge de métal en fusion dans ladite cuiller 1,
Conformément à la présente invention, il est prévu en outre une s6rie d'électrodes (non repr&sent6e) qui sont in- terchangeables avec une lance à oxygène (non représentée), d'un' type semblable 1 celui qui a été décrit ci-dessus par rapport au résonateur. La- cuiller 30 peut donc être utilisée comme une cuve de four pour la fusion d'une charge initiale, aussi bien qu'en guise de cuve de traitement métallurgique pour, effectuer- une ou plusieurs étapes subséquentes à une étape de fusion.
Conformément à l'invention, la charge en fusion. dans la cuiller peut être agitée au cours de n'importe quelle partie de l'étape de fusion et/ou d'une étape métallurgique subséquente.
L'on se rendra compte de ce que le traitement métal- lurgique n'est nullement limite 5 l'affinage par oxygène, mais @ que l'on peut appliquer une ou plusieurs étapes métallurgiques selon les besoins, l'agitation pouvant être effectuée au cours de l'une quelconque desdites étapes.
A±VEFIDICàTIOi. lS,
REVENDICATIONS.
1.-.Un procédé de production d'un produit final à partir d'une charge de métal solide ou partiellement solide, compre- nant les étapes qui introduisent ladite charge dans.une cuve de four ; fusion de ladite charge dans le four, et au cours d'une étape sélectionnée du procédé, l'application d'une agita- tion de mélange dans la charge en fusion par un mouvement de la ' cuve.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.