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fonctionnement d'un convertisseur de raffinage d'acier"
Convention Internationale : Demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 277.017 déposée le 1 août 1972 et n[deg.] 312.173 déposée le 4 décembre 1972 par William Austin Kolb et Peter Vignovich dont la demenderesse est l'ayant droit.
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de commande du fonctionnement d'un convertisseur de raffinage d'acier et en particulier à une méthode et un dispositif de commande d'un convertisseur du type dans lequel une combinaison de gaz est soufflée dans le métal en fusion par des tuyères situées dans le fond du convertisseur.
Dans un procédé conventionnel de raffinage de l'acier, de l'oxygène est soufflé dans une cuve par une lance placée au-
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nombreux cas, le mélange du bain n'est pas assez complet pour certaines applications, les partes en fer sont relativement élevées et une partie seulement de l'oxygène projeté par la lance est utilisée. Un procédé amélioré de raffinage de l'acier utilise de l'oxygène soufflé sous la surface du métal en fusion, ce qui résulte en un meilleur mélange, un rendement plus élevé et une moindre production de fumée que par la méthode conventionnelle. Le procédé amélioré peut aussi comprendre l'utilisation de tuyères latérales montées au-dessus du métal en fusion comme un moyen additionnel d'introduire l'oxygène.
Un convertisseur employé dans la mise à exécution de cette méthode améliorée comprend une cuve culbutante présentant un revêtement intérieur réfractaire et un fond pourvu de plusieurs ajutages ou tuyères passant au travers du fond. Chaque tuyère comprend un ajutage central, dans lequel l'oxygène s'écou-
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périphérique, entourant concentriquement l'ajutage central, par lequel un gaz combustible s'écoule pour assurer le refroidissement de l'ajutage central. Un dispositif de ce type est décrit dans la demande de brevet US en instance S.N.800.792 déposée le
20 février 1969.
Bien que l'oxygène est utilisé dans l'ajutage central durant l'opération de raffinage, diverses combinaisons de gaz sont requises pour purger, refroidir, les tuyères et durant d'autres périodes du processus telles que charger le convertisseur, échantillonner le métal en fusion résultant, percer le convertisseur après que le fer a été reffiné et durant les périodes de transition pendant lesquelles le convertisseur est tourné dans une position dans laquelle l'opération suivante peut avoir lieu. Avec le convertisseur en position inclinée durant les opérations de chargement, d'échantillonnage et de coulée, les tuyères peuvent être protégées contre la fusion par l'introduction de gaz tels que l'air comprimé dans les ajutages centraux et l'azote à basse pression dans les ajutages périphériques.
Lorsque la cuve est rélevée dans sa position verticale pour l'opération de raffinage, la pression aux ajutages doit être augmentée pour assurer que le métal fondu ne s'introduira pas dans les tuyères dont il bloquerait ainsi les ouvertures et qu' il permettrait d'entrer en contact avec l'acier et le laitier hautement corrosif. L'azote à une pression relativement élevée peut être substitué à l'air comprimé pendant cette partie du cycle.
Lorsque le convertisseur est dans sa position verticale et placé sous une hotte qui emporte les gaz, l'opération du raffinage est exécutée en substituant l'oxygène à l'azote dans l'ajutage central et le combustible à l'azote dans l'ajutage périphérique. Durant le raffinage, la pression doit être assez élevée pour empêcher les ajutages d'être bloqués ou endommagés par contact avec le métal en fusion. Lorsque le temps de raffinage est accompli, de l'azote à haute pression est substitué à l'oxygène et le convertisseur est culbuté vers le bas pour permettre une prise d'échantillon ou l'enlèvement de la charge ter-
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de l'air comprimé ou de l'azote à basse pression est substitué à l'azote haute pression dans les ajutages centraux pour empêcher la contamination de l'aire environnante puisque la gueule du convertisseur n'est plus sous la hotte.
De cette brève description du procédé de soufflage par le bas pour la production d'acier, il apparait clairement qu'une pression et un débit de gaz adéquats doivent être garantis aux tuyères chaque fois qu'elles sont recouvertes de métal fondu afin que le métal n'entre pas dans les ajutages ou les tuyauteries y raccordées. Si ceci devait se présenter, il en. résulterait des dommages sévères à l'installation et les conditions résultantes pourraient être dangereuses pour le personnel. En conséquence, il est hautement souhaitable de prévoir un système de commande qui empêchera la cuve d'être culbutée à la verticale à moins que la pression appropriée ait été assurée dans les tuyères, et qui assurera que la pression et le débit de gaz adéquats sont maintenus dans les tuyères à tous moments.
En outre, il doit y avoir une transition graduelle d'un gaz à l'autre chaque fois qu'un changement est effectué. Un tel système de commande est pourvu par la présente invention.
Dans la présente invention, un dispositif est pourvu pour commander le fonctionnement d'un convertisseur culbutant de raffinage d'acier du type possédant dans le fond au moins une tuyère comprenant un ajutage central situé à l'intérieur d'un ajutage périphérique. Au moins les première, deuxième et troisième sources de fluides peuvent être couplées au convertisseur, des moyens de commande des fluides étant pourvus pour relier sélectivement les premier et deuxième jeux des sources de fluides à la
-tuyère en réponse au réglage d'un commutateur sélecteur couplé aux moyens de commande des fluides par un réseau de commutation. Par exemple, dans une position du commutateur sélecteur, la pre- <EMI ID=5.1>
centraux et périphériques pour comprendre le premier jeu de sources de fluide, et dans une autre position du commutateur sélecteur, les deuxième et troisième fluides peuvent être reliés aux ajutages centraux et périphériques pour comprendre le deuxième jeu de sources de fluide.
Des moyens sont aussi pourvus pour détecter si la
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ou si le débit de l'un quelconque des fluides est inadéquat. Dans le cas où le premier jeu de fluides est fourni au convertisseur et où la pression à l'ajutage central ou périphérique tombe en dessous d'une valeur prédéterminée, les deuxième et troisième fluides lui sont substitués respectivement dans l'ajutage central et périphérique. Si le débit du premier fluide dans l'ajutage central descend en dessous d'une valeur prédéterminée sans diminution de pression, le deuxième jeu de fluides est fourni à la tuyère en même temps que le premier jeu de fluides. Lorsque le deuxième jeu de fluides est fourni à la tuyère et qu'il apparaît que la pression ou les débits sont en dessous d'une valeur prédéterminée, le premier jeu de fluides est substitué dans l'ajutage central et périphérique.
Dans le système assurant cette commande, la source du premier fluide est reliée à l'ajutage central par une commande
du premier débit et une première valve, et à l'ajutage périphérique par une commande du deuxième débit et une deuxième valve. La source du deuxième fluide est reliée à l'ajutage central par une commande du troisième débit et une troisième valve, et une source du troisième fluide est reliée à l'ajutage pèripharique par une commande du quatrième débit et une quatrième valve. Spécifiquement, le premier fluide peut être de l'azote, le deuxième fluide de l'oxygène et le troisième fluide peut être choisi dans le groupe comprenant le gaz naturel, le propane et
le butane. En plus, un quatrième fluide, relié à l'ajutage central par une commande du cinquième débit et une cinquième valve, peut être pourvu, le quatrième fluide étant choisi dans le groupe comprenant l'air comprimé, l'air synthétique (mélange d'azote et d'oxygène), l'azote et l'argon.
En vue de déterminer si la pression dans l'ajutage central ou périphérique est en dessous d'une valeur prédéterminée, des moyens de mesure de première et deuxième pressions sont reliés respectivement à ces ajutages. Le débit des premier, deuxième, troisième et quatrième fluides est établi par des appareils de mesure de débit placés respectivement dans les premier, troisième, quatrième et cinquième moyens de commande du débit, des commutateurs de débit étant actionnés dans les premier, troisième et quatrième moyens de commande du débit chaque que
le débit des fluides correspondants tombe en dessous d'une valeur prédéterminée. Des moyens sont pourvus pour actionner sélectivement la valve appropriée, chaque fois que des conditions inadéquates de pression ou de débit sont constatées, en vue d'empêcher le métal en fusion d'entrer dans les tuyères.
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est constatée à la tuyère, les troisième et quatrième valves de commande s'ouvrent pour permettre l'écoulement des deuxième et troisième fluides respectivement dans les ajutages centraux et périphériques et pour fermer les première et deuxième valves après un délai prédéterminé. De même, lorsque les deuxième et troisième fluides sont fournis aux tuyères et qu'une pression ou un débit inadéquat est détecté, des moyens sont pourvus qui ouvrent les première et deuxième valves pour permettre l'écoulement du premier fluide aux ajutages centraux et périphériques et fermer, après un délai, les troisième et quatrième valves, arrêtant de ce fait l'écoulement des deuxième et troisième fluides.
Les moyens de relier les appareils de mesure de pression et de débit aux valves sont préférablement électriques, mais des moyens pneumatiques, mécaniques, hydrauliques, ou leurs combinaisons, peuvent être employés.
La sélection des combinaisons appropriées de gaz dans les tuyères aux différentes phases du processus de raffinage est assurée, dans une réalisation préférée, par un commutateur sélecteur présentant une première, une deuxième et une troisième position. Dans la première position, le commutateur sélecteur est connecté électriquement aux deuxième et cinquième valves qui, lorsqu'elles sont sous tension, relient les première et quatrième sources de fluide respectivement aux ajutages périphériques et centraux. Dans la deuxième position du commutateur, les première et deuxième valves sont actionnées reliant la première source de
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sième position les troisième et quatrième valves sont actionnées pour relier les deuxième et troisième sources de fluide respectivement aux ajutages centraux et périphériques.
Pour assurer un passage graduel d'un fluide à l'autre
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mier jeu sélectionné de fluides jusqu'à ce que le débit d'un deuxième jeu sélectionné de fluides ait été établi. De cette façon, le premier jeu de fluides n'est fermé qu'âpres un exilai
<EMI ID=10.1> ou périphériques est en dessous d'une valeur prédéterminée. Des moyens additionnels de commande sont aussi pourvus pour assurer le fonctionnement sûr et approprié du convertisseur et ceux-ci seront exposés en détail ci-dessous.
L'invention est représentée à titre d'exemple dans les dessins annexés, dans lesquels :
Figures 1A-1C sont des schémas montrant l'orientation du convertisseur pour différentes positions du commutateur sélecteur , Figure 2 est un schéma d'ensemble du système de comman- <EMI ID=11.1> Figures 3 et 3A montrent des parties du dispositif de commande du débit d'azote; Figures 4 et 4A représentent le dispositif de commande du débit d'oxygène et de combustible aux tuyères du fond; Figure 5 montre le dispositif de commande du débit ('oxygène et de combustible aux tuyères latérales; Figure 6 représente le dispositif de commande de l'arrivée d'air aux tuyères du fond; Figure 7 est un diagramme schématique de commande montrant le fonctionnement du système;
Figure 8 est un diagramme schématique de la commande <EMI ID=12.1> Figure 9 est une vue en coupe verticale d'un convertisseur à soufflage d'oxygène par le fond montrant une paire de tuyères de fond submergées, une paire de tuyères latérales submergées et une paire de tuyères latérales dirigées vers la zone à oxyde de carbone du four; Figure 10 est une vue en coupe verticale d'un four à acier à arc électrique montrant une tuyère de fond verticale et une tuyère de fond inclinée submergées, une paire de tuyères latérales submergées et une tuyère latérale dirigée vers la zone oxyde de carbone du four;
Figure 11 est une vue en coupe verticale d'un four Siemens-Martin utilisant une tuyère de fond verticale et une tuyère de fond inclinée submergées, une tuyère latérale submergée et une aucre tuyère latérale dirigée vers la zone à o::yde de carbone du four; Figure 12 est une vue en coupe verticale d'un four culbutant Siemens-Martin utilisant une tuyère de fond verticale et une tuyère de fond inclinée submergées, une tuyère latérale submergée et une tuyère latérale dirigée vers la zone à oxyde de carbone du four; et Figure 13 est une vue en coupe verticale d'un mélangeur oscillant de métal en fusion utilisant une tuyère de fond inclinée et une tuyère de fond verticale submergées, une paire de tuyères latérales subuergées et une tuyère latérale dirigée vers la zone à oxyde de carbone du mélangeur.
Le processus de raffinage
Les figures 1A, 1B, 1C et 2 montrent un convertisseur
10 orienté pour les différentes opérations requises dans le processus de raffinage de fonte en acier. La figure 1A montre la position du convertisseur 10 pour les manoeuvres de chargement et de coulée, la figure 1B, la position du convertisseur durant la temps réel de raffinage, et la figure 1C, la position du convertisseur durant l'échantillonnage et l'essai du fer raffiné.
Le convertisseur 10 est pourvu d'une coquille 12 en acier portant un revêtement intérieur 14 de briques réfractaires et un bouchon de fond réfractaire 16 placé sur une plaque de fond 18 en acier.
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ajutage central 22 et un ajutage périphérique 24 concentrique à l'ajutage central 22 qu'il entoure, sont préférablement situées d'un côté du bouchon de fond 16 et parallèlement à l'axe A - A
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est culbuté. En plus des tuyères 20 de fond, des tuyères latérales 28 (Fig. 2) peuvent être pourvues dans la paroi du convertisseur 10 pour accélérer la conversion de l'oxyde de carbone en
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La succession des temps durant une opération normale
de raffinage commence avec le convertisseur 10 placé dans l'orientation dessinée à la Fig. 1A et un commutateur sélecteur 32
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comprimé (ou de l'azote à basse pression) est fourni aux ajutages centraux 22 des tuyères 20 et de l'azote aux ajutages périphériques 24. Les pressions des gaz dans les ajutages centraux 22 et périphériques 24 sont respectivement de l'ordre de 0,7 à 1,4 kg/cm2 (10 à 20 livres/pouce<2>) et 4,2 � 6,3 kg/cm2 (60 à 90 livres/pouce<2>). La cuve 10 est chauffée par une source convenable
(non dessinée) et une charge de mitraille et de fonte y est placée pendant qu'elle est dans la position culbutée dessinée à la Fig. 1A.
Le commutateur sélecteur 32 (Fig. 7) est ensuite déplacé en position B amenant de l'azote à la pression de l'ordre de 4,2 à 7,7 kg/cm2 (60 à 110 livres/pouce<2>) à être substitué à l'air comprimé dans l'ajutage central 22 du fond et le convertisseur 10 est tourné sur les tourillons 26 par un moteur 30 (Fig.8) dans la position verticale dessinée à la Fig. 1B dans laquelle
sa gueule est sous la hotte 34. La pression plus élevée dans l'ajutage central 22 empêche la charge d'entrer dans les tuyères
20 du fond et de bloquer peut-être ou d'endommager autrement ces tuyères. De l'oxygène n'est pas introduit dans le convertisseur 10
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que, lorsque la cuve 10 est inclinée et n'est pas sous la hotte
34, des fumées peuvent être soufflées dans l'aire environnant le convertisseur 10 par la réaction de l'oxygène avec le métal en fusion.
Avec la gueule du convertisseur sous la hotte 34, le commutateur sélecteur 32 (Fig. 7) est placé en position C et de l'oxygène pur est substitué à l'azote dans les ajutages centraux
22 du fond, et un combustible, tel que du propane, est substitué
à l'azote dans les ajutages périphériques 24 entourant les premiers. Durant le temps de raffinage, le combustible agit comme
un gaz protecteur pour retarder la fusion des tuyères 20 du fond et l'usure prématurée du fond 16 du convertisseur.. Dans cette position, l'oxygène et le combustible sont également fournis aux ajutages centraux 36 et aux ajutages périphériques 38 das tuyères latérales 28.
Après l'achèvement du temps de raffinage, le commutateur 32 (Fig. 7) est replacé en position B, remplaçant les gaz dans les tuyères 20 de fond par l'azote et coupant le débit d'oxygène et de combustible aux tuyères latérales 28. Le convertisseur
10 est alors retourné vers le bas dans la position dessinée à la <EMI ID=18.1>
tion A, substituant de l'azote à pression plus basse ou de l'air comprimé à l'azote haute pression dans les ajutages centraux 22 du fond. Dans cette position, dans laquelle les tuyères 20 du fond ne sont pas habituellement couvertes par le métal en fusion, l'acier est échantillonné pour déterminer si le raffinage a été complété. Si le test est satisfaisant, le commutateur sélecteur
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tourné dans l'orientation dessinée à la Fig. 1A dans laquelle le commutateur sélecteur 32 est placé dans la position A, le bouchon
40 (Fig. 1A - 1C, 2) retiré du côté du convertisseur 10, et l'acier est versé hors de la cuve 10 au travers de l'ouverture formée par l'enlèvement du bouchon. En variante, l'acier peut être versé par-dessus la lèvre de la cuve. Si le test n'est pas satisfaisant, le raffinage peut être repris en retournant le convertisseur dans la position verticale de la Fig. 1B et répétant ensuite le temps d'essai.
Système de fourniture de gaz au convertisseur
Se référant à la Fig. 2, qui est un diagramme schématique global montrant comment les différents gaz utilisés dans le fonctionnement du convertisseur 10 sont reliés aux tuyères 20 et
28 du convertisseur 10, une source 42 d'azote est reliée aux ajutages centraux 22 des tuyères 20 du fond par une unité 44 (Figs. 2,3) de mesure et de commande du débit d'azote et une valve 46
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est également raccordée aux ajutages périphériques 24 das tuyères
20 du fond par un orifice d'étranglement 48 (Fig. 2), qui agit comme un moyen de commande du débit, et une valve 50 actionnée
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est couplée aux ajutages centraux 22 par une unité 54 (Figs. 2,4) de mesure et de commande du débit et une valve 56 (Pig. 2) actionnée par le solénoïde R56 (Figs. 2,7) ainsi qu'aux tuyères latérales 28, dans la paroi du convertisseur 10, par une unité 58
(Figs. 2,5) de mesure du débit. Une source 60 (Pig. 2) de combustible est raccordée aux ajutages périphériques 24 du fond via une unité 62 (Figs. 2,4) de mesure et de commande du débit et une valve 64 (Fig. 2) actionnée par le solénoïde R64 (Figs. 2,7) <EMI ID=22.1>
de mesure et de commande du débit de combustible. En plus; une source 68 (Fig. 2) d'air comprimé est reliée aux ajutages centraux 22 des tuyères 20 du fond par une unité 70 (Figs. 2,5) de
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2). La source 60 de combustible peut être tout fluide qui peut assurer un refroidissement adéquat tel que propane, gaz naturel ou fuel-oil. En outre, de l'azote à basse pression peut être substitué à l'air comprimé, sil l'est désiré.
Un commutateur de pression 74 (Fig. 2), présentant des contacts électriques PS-1 et PS-2 (Figs. 2,7), est raccordé aux ajutages périphériques 24 par la tuyauterie 76 (Fig. 2) et un commutateur de pression 78 présentant des contacts PS-3 et PS-4
(Figs. 2,7) est relié aux ajutages centraux 22 du fond par la tuyauterie 80. Les contacts PS-1 et PS-3 sont ouverts sous pression normale mais se ferment lorsque la pression est en dessous d'une valeur prédéterminée. Les contacts PS-2 et PS-4 sont fermés uous pression normale mais s'ouvrent lorsque la pression est en dessous d'une valeur prédéterminée.
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peuvent être appliquées aux tuyères centrales 22 et périphériques
24 des tuyères 20 du fond.
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Unité 44 de mesure et de commande du débit d'azote
L'unité 44 (Figs. 2,3) de mesure et de commando du débit d'azote est représentée en détail'à la Fig. 3 dans laquelle la conduite cylindrique 82 est une partie de la tuyauterie raccordant la source 42 d'azote à la valve à solénoïde 46. L'orifice
<EMI ID=26.1> une unité conventionnelle 86 de mesure de débit, donnant \ la sortie une tension d'une valeur proportionnelle au débit d'azote travers l'orifice 84, est connectée à l'orifice 84. De telles unités se trouvent dans le commerce et, pour cette raison, ne demandent pas de plus ample description.
La sortie de l'unité 86 de mesure du débit est connec-
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de l'amplificateur 88 étant connectée à la terre par un contact
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bras réglable 90 d'un potentiomètre 92. Le contact normalement ouvert d'un relais se définit comme étant un contact qui est ouvert quand le relais n'est pas sous tension et il est représente par deux barres verticales espacées, et le contact normalement fermé est celui qui est fermé quand le relais n'est pas sous
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traversées par une barre en diagonale. La bobine réceptrice de chaque relais et le relais, per se, sera désigné par la lettre
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Le potentiomètre 92 (Fig. 3) est connecté entre une source de potentiel de référence +E et la terre, et le commuta-
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débit est en dessous d'une valeur prédéterminée, est connecté à la sortie de l'appareil 86 de mesure du débit. Le commutateur 94
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réponse aux signaux à son entrée, une commande continue du débit d'azote dans la tuyauterie 82 aboutissant aux ajutages centraux
22 des tuyères 20 du fond.
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La Fig. 3A représente un circuit de commande du fonc- <EMI ID=34.1>
décrit avec plus de détails à propos de la Fig. 7. Pour les besoins actuels, lorsque le relais R14 (Fig.3A) n'est pas sous tension, le potentiel de référence au bras 90 (Fig. 3) du potentiomètre 92 est comparé à la mesure du débit réel indiqué ..\ la sortie de l'unité 86 de mesure du débit. Le bras 90 du potcntio-
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reste immobile dans sa position. Si l'opérateur veut changer la débit d'azote dans la tuyauterie 82, il règle le bras 90 ùu potentiomètre 92 pour qu'il produise une différence de tension entre les entrées dans l'amplificateur 88 causant l'ouverture ou la fermeture de la valve 98 modifiant de ce fait le débit d'azote aux ajutages 22. Lorsque le relais R14 (Fig. 3A) est sous tension, une entrée de l'amplificateur 88 est mise à la terre par le con-
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valve motorisée 98 dans sa position fermée.
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Unité 62 de masure et de commande du débit de combustible
pour les tuyères 20 du fond.
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et de commande du débit d'oxygène et de l'unité 62 de Mesure et de conmande du débit de combustible. Dans cette figure, la conduite 100 est une partie de la tuyauterie raccordant la source 52 d'oxygène et la valve à solénoïde 56. Un orifice 102 (Fig. 4; est interposé dans l'extrémité amont de la conduite 100 et un appa-
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D'une manière analogue à l'appareil 86 de mesure du débit d'azote, l'apparu il 104 de mesure du débit d'oxygène produit une tension d'une valeur proportionnelle au débit d'oxygène à travers l'cri-ficc 102. Pareillement, la conduite 106 (Figs. 2,4), qui raccorde la source 60 (Fig. 2) de combustible à la valve à solénoïde 54, présente un orifice 108 connecté à l'appareil 110 de mesure du débit de combustible. Comme dans le cas de l'appareil 86 de mesure
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l'appareil 110 de mesure du débit de combustible sont de fabrication courante.
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débit d'oxygène possédant un bouton de réglage 116 et une paire de contacts FS-2 et FS-3 (Figs. 4,7), normalement ouverts, qui se
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rclai3 R15 (Fig. 4A) et au bras réglable 118 (Fig. 4) d'un potentiomètre 120 par un contact R15-2, normalement ouvert, du relais
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(Pig.4) et à un commutateur 123 du débit de combustible possédant un bouton de réglage 125 et un contact FS-4 (Figs. 4,7), normalement ouvert, qui se ferme quand le débit réglé par le bouton de réglage 125 est atteint. L'autre entrée de l'amplificateur 122
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La sortie de l'amplificateur 112 est connectée b. une valve motorisée 124 (Fig. 4) placée dans la conduite 100 et la sortie de l'amplificateur 122 est connectée à une valve motorisée
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contacts sera discuté à propos du diagramme schématique de com- <EMI ID=46.1>
amplificateurs 112 et 122 (Fig. 4) et les connecter respectivement aux bras des potentiomètres 120 et 113 chaque fois qu'il est désire de fournir de l'oxygène et du combustible aux tuyères 20.
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de commande du débit d'azote.
Unité 58 de mesure et de commande du débit d'oxygène et
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pour les tuyères latérales 28.
En se référant à la Fig. 5, on voit que les composants et le fonctionnement de l'unité 58 de mesure et de commande du débit d'oxygène et de l'unité 66 de mesure et de commande du débit de combustible, qui fournissent l'oxygène et le combustible
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la source 52 d'oxygène et les ajutages centraux 36 des tuyères latérales 28. Pareillement, la conduite 134 (Fig. 5), présentant un orifice 136 à son extrémité amont et une valve motorisée 138 son extrémité aval, est une partie de la tuyauterie raccordant <EMI ID=50.1>
appareil 142 de mesure du débit de combustible sont connectes eux orifices 130 et 136 pour produire respectivement des tensions proportionnelles aux débits d'oxygène et de combustible dans les
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�. propos de la Fig. 7 mais, pour les besoins de la compréhension du fonctionnement de la Fig. 5, il peut être spécifié que les
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tuyères latérales 28 à des débits déterminés respectivement par les réglages des bras 145 et 143 (Fig.5) des potentiomètres 146 =t 148.
<EMI ID=53.1> un orifice 154 à son extrémité amont et une valve do commande motorisée 156 à son extrémité aval, est une partie de la tuyautcrie qui raccorde la source 68 d'air comprimé à la valve 72 à solénoide. L'unité 70 (Fig.6) de mesure et de commande comprend
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plificateur 158, l'autre entrée de l'amplificateur étant couplée �: la sortie de l'appareil 157 de mesure du débit d'air et la sortie de l'amplificateur 158 étant connectée à la valve notori-
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potentiomètre 162, la valve 156 sera réglée pour fournir clans la conduite 152 un débit d'air qui correspond au réglage du potentiomètre 162.
Circuits de commande et fonctionnement du
système du convertisseur
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sont :
1. sélectionner la combinaison correcte de gaz pour chaque phase du processus de raffinage.
2. assurer une transition graduelle lorsqu'un changement des gaz est effectué.
3. assurer que le convertisseur n'est jamais culbuté en position verticale sans pression adéquate aux tuyères 20 du fond.
4. assurer qu'une pression adéquate est maintenue à tous moments aux tuyères 20 du fond.
5. protéger les tuyères 20 et 28 dans le cas où le
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Fonctions 1 et 2
Les deux premières fonctions sont accomplies en ouvrant
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l'opérateur.
Position A
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est destiné à se relever sans délai intentionnel mais, lorsqu'il n'est pas sous tension, il ne tombe qu'après un délai limite pré-
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comprimé de la source 68 de s'écouler aux ajutages centraux 22 des tuyères 20 du fond en conformité avec le réglage du bras 160
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pour ouvrir la valve 50 et permettre à l'azote de s'écouler de la source 42, à travers l'orifice d'étranglement 48 (Fig. 2), aux
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et si le débit de combustible et d'oxygène aux tuyères 20 du fond
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maintenir la pression aux tuyères 20 du fond en substituait l'azote à l'oxygène et au combustible.
<EMI ID=66.1> mesure et de commande du débit de l'azote est fermée lorsque le commutateur sélecteur 32 (Fig.7) est en position A parce que le
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les unités 54 et 62 (Fig.4) de mesure et de commande du débit ci'oxygène et de combustible sont également fermées puisque les entrées des amplificateurs 112 et 122 sont respectivement mises
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n'est fermé.
Position B
Lorsque le commutateur sélecteur 32 (Fig.7) est placé
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(l'ig.2) qui permet à l'azote de s'écouler respectivement vars les ajutages périphériques 24 et les ajutages centraux 22 des tuyères
<EMI ID=70.1>
Dans l'unité 44 (T'ig.3) de mesure et de commande du débit d'azote, la valve motorisée 98 est ouverte d'une quantité déterminée par le réglage du bras 90 du potentiomètre 92 par la chute du relais R14 (Fig.3A) et l'ouverture résultante du contact
<EMI ID=71.1> <EMI ID=72.1>
Un passade 0 graduel de l'azote au combustible et à l'oxygène
<EMI ID=73.1>
<EMI ID=74.1>
Dans des conditions normales de fonctionnement, la valve motorisée 98 (Figs.3,3A) est fermée lorsque le commutateur
<EMI ID=75.1>
relaie R14 (Fig.3A) est mis sous tension parce que la pression et le débit adéquats d'oxygène et de combustible sont prudents
<EMI ID=76.1>
est fermé suite au passage du commutateur 32 (Fig.7) de la posi-
<EMI ID=77.1>
La sélection des gaz ne peut être complétée que lorsque sont réalisées des conditions convenables de débit qui n'en- <EMI ID=78.1>
tateur sélecteur 32 (Fig.7) de la position A ou C à la position
<EMI ID=79.1>
née causant l'ouverture des contacts FS-1 (Figs. 3,7) dans la
<EMI ID=80.1>
les entrées des amplificateurs 112 et 122 aux potentiomètres 120 et 113.
<EMI ID=81.1>
Ce l'azote, par les valves 98 (Fig.3) et 46 (Fig. 2), au:: ajutases centraux 22 du fond et, par la valve 50, aux ajutages péri-
<EMI ID=82.1>
commutateur 32 (Fig.7) était précédemment en position C, ou pesseront automatiquement de la position fermée à la position ouver-
<EMI ID=83.1> <EMI ID=84.1>
le commutateur sélecteur 32 (Fig.7) à la position C et si le débit d'oxygène est inadéquat comme l'indique l'ouverture du con-
<EMI ID=85.1>
50 resteront ouvertes. De cette iaçon, les deux jeux de fluides, azote-azote et oxygène-combustible, seront pourvus aux tuyères
20 du fond pour maintenir une pression adéquate et empêcher le
<EMI ID=86.1>
<EMI ID=87.1>
<EMI ID=88.1>
Lorsque le débit convenable de gaz est restitué, las valves associées aux gaz non sélectionnés se ferment automatique-
<EMI ID=89.1>
amplificateurs 112 et 122 (Fig.4) par les contacts R15-1 et R15-3
<EMI ID=90.1>
contact R14-1 et fermant la valve 98.
Fonction 3
Il est essentiel que le convertisseur 10 ne soit jamais culbute dans une position verticale quand il est rempli d'une charge fondue si la pression aux tuyères 20 du fond est inadé- <EMI ID=91.1>
que de l'air comprimé est fourni aux ajutages centraux 22 du fond.
Système de commande du moteur de culbutage
<EMI ID=92.1>
de culbutage, pour faire tourner le convertisseur 10 sur
<EMI ID=93.1>
le pôle mis à la terre de la source de tension et le moteur 30, cet couplée à la position AVANT du commutateur 164. Une bobine de
<EMI ID=94.1>
comnutateur 164. La position MANUEL du commutateur 163 (L'ig.7) n'est utilisée que lorsque l'on prépare le convertisseur 10 pour l'opération de raffinage et qu'il n'y a pas de charge fondue
<EMI ID=95.1> <EMI ID=96.1>
position A et qu'il y a une charge fondue dans la cuve 10 puisque l'air comprime alimenté aux ajutages centraux 22 des tuyères
<EMI ID=97.1>
cet: en position A. Lorsque le commutateur 32 (Fig.7) est placé c:: position B, une pression suffisante de la source 42 d'azote
<EMI ID=98.1>
périphériques 24 et centraux 22 des tuyères 20 du fond et, par conséquent , le relais R12 (Fig.7) n'est mis sous tension que dans ces conditions seulement. Lorsque le relais R12 (Fig.7) est relevé, le contact R12-1 se ferme, mettant sous tension la
<EMI ID=99.1>
devait subséquemment diminuer aux tuyères 20 du fond, mettant de co fait hors tension le relais R12. Ceci est essentiel puisqu'il serait nécessaire de culbuter rapidement le convertisseur 10 sur le côté si la pression manquait aux tuyères 20 du fond, et il
<EMI ID=100.1>
mettre d'abaisser le convertisseur 10 quand le commutateur 32 <EMI ID=101.1>
fond, est pourvue par des circuits qui connectent automatiquement l'azote aux ajutages centraux 22 et périphériques 24 si le combustible et l'oxygène étant employés, la pression de l'un d'eux tombait en dessous d'une valeur prédéterminée. En outre, les circuits raccordent automatiquement le combustible à l'ajutage périphérique 24 et l'oxygène à l'ajutage central 22 si, l'azote étant employé, la pression à l'un ou l'autre des ajutages péri-
<EMI ID=102.1>
22 des tuyères 20 du fond. Si maintenant la pression aux tuyères
20 du fond tombe en dessous d'une valeur prédéterminée, l'un des contacts ou les deux contacts PS-1 et PS-3 (Figs. 2,7), respecti-
<EMI ID=103.1> <EMI ID=104.1>
Maintenant le débit d'oxygène et d'azote aux tuyères 20 du fond.
<EMI ID=105.1>
<EMI ID=106.1>
(l'ig. 7) dans la position C. La valve 98 (Fig.3) dans l'unité 44
<EMI ID=107.1>
une fuite dans le système combustible ou oxygène de diminuer
<EMI ID=108.1>
relais a été relevé. Le circuit peut être réenclenché en placent le commutateur sélecteur 32 (Fig.7) en position B faisant tomber,
<EMI ID=109.1>
dans la position appropriée.
Fonction 5
<EMI ID=110.1>
pression est adéquate, si les débits d'oxygène ou de combustible tombaient en dessous de valeurs permettant la combustion aux aju-
<EMI ID=111.1>
butée et la situation corrigée. Supposons que le commutateur
<EMI ID=112.1>
04
tiblc , soit des deux, tombe en dessous d'une valeur prédéterminée,
<EMI ID=113.1> <EMI ID=114.1>
et de combustible.
Une plus ample protection du convertisseur 10 pour-
<EMI ID=115.1>
<EMI ID=116.1>
hors tension ouvrant la valve 46 (Fig.2) pour ajouter de l'azote l'air comprimé fourni par la valve 72 en position A et, de ce
<EMI ID=117.1>
20 du fond.
VARIANTES
En considérant la figure 9, il apparait que la présente ion peut être employée avec un convertisseur 210 � souffla-
<EMI ID=118.1> sente une coquille 218 pourvue d'un revêtement intérieur réfrac- taire 220 et d'une gueule 222, et peut tourner sur les tourillons
224. Les tuyères 212, 214, 216 sont adaptées pour conduire dans
un tube intérieur 213 soit un fluide seul, tel que oxygène, air,
<EMI ID=119.1>
ou un agent bloqueur ou désoxydant (ferra-manganèse ou analogue) et clans un tube extérieur 215 un gaz protecteur tel que propane,
<EMI ID=120.1>
Ainsi qu'il est montré à la figure 10, la présente invention s'applique également à un four à acier à arc électrique du type �léroult 210a, pourvu de tuyères du fond verticale et in-
<EMI ID=121.1>
voûte réfractaire 228 pourvue de trous 230 pour le passade des électrodes, d'un trou de coulée 232 et d'une goulotte d'ccouleLient 234 en prolongement du trou de coulée 232. Les tuyères 212a
<EMI ID=122.1>
210b présentant les tuyères du fond verticale et inclinée 212b et
212b' submergées, la tuyère latérale 214b submergée et la tuyère latérale 216b dirigée vers la zone à oxyde de carbone (zone à CO)
<EMI ID=123.1> revêtement intérieur réfractaire, une porte de chargement 242 dans la paroi 240 et une voûte 244 à revêtement intérieur réfrac-
<EMI ID=124.1>
<EMI ID=125.1>
les positions de chargement et de déchargement. Ce mélangeur
210d présente des tuyères de fond verticale et inclinée Lied,
<EMI ID=126.1>
REVENDICATIONS
<EMI ID=127.1>
<EMI ID=128.1>
ajutage périphérique, caractérisé en ce qu'il comprend des noyens
<EMI ID=129.1>
2.- dispositif de commande du fonctionnement d'un conver-
<EMI ID = 1.1>
operation of a steel refining converter "
International Convention: Patent application of the United States of America n [deg.] 277,017 filed August 1, 1972 and n [deg.] 312,173 filed December 4, 1972 by William Austin Kolb and Peter Vignovich whose claimant is the beneficiary law.
The present invention relates to a method and a device for controlling the operation of a steel refining converter and in particular to a method and a device for controlling a converter of the type in which a combination of gases is blown into. the molten metal by nozzles located in the bottom of the converter.
In a conventional steel refining process, oxygen is blown into a vessel by a lance placed at the top.
<EMI ID = 2.1>
In many cases, the bath mixing is not complete enough for certain applications, the iron levels are relatively high and only part of the oxygen projected by the lance is used. An improved steel refining process uses oxygen blown beneath the surface of the molten metal, resulting in better mixing, higher yield and less smoke production than by the conventional method. The improved process may also include the use of side nozzles mounted above the molten metal as an additional means of introducing oxygen.
A converter employed in carrying out this improved method comprises a tumbling vessel having a refractory interior lining and a bottom provided with a plurality of nozzles or nozzles passing through the bottom. Each nozzle has a central nozzle, through which oxygen flows.
<EMI ID = 3.1>
peripheral, concentrically surrounding the central nozzle, through which a combustible gas flows to ensure cooling of the central nozzle. One such device is described in pending U.S. patent application S.N. 800,792 filed on
February 20, 1969.
Although oxygen is used in the central nozzle during the refining operation, various combinations of gases are required to purge, cool, the nozzles and during other periods of the process such as charging the converter, sampling the metal in resulting fusion, pierce the converter after the iron has been re-refined and during transition periods when the converter is rotated to a position in which the next operation can take place. With the converter in an inclined position during loading, sampling and casting operations, the nozzles can be protected against melting by the introduction of gases such as compressed air in the central nozzles and nitrogen at low pressure. in peripheral nozzles.
When the vessel is raised to its vertical position for the refining operation, the pressure at the nozzles must be increased to ensure that the molten metal does not enter the nozzles, thereby blocking the openings and allowing it to escape. come in contact with steel and highly corrosive slag. Nitrogen at relatively high pressure can be substituted for compressed air during this part of the cycle.
When the converter is in its vertical position and placed under a hood which carries the gases, the refining operation is performed by substituting oxygen for nitrogen in the central nozzle and fuel for nitrogen in the nozzle. peripheral. During refining, the pressure must be high enough to prevent the nozzles from being blocked or damaged by contact with the molten metal. When the refining time is completed, high pressure nitrogen is substituted for the oxygen and the converter is tumbled down to allow for sample taking or removal of the charge.
<EMI ID = 4.1>
Compressed air or low pressure nitrogen is substituted for high pressure nitrogen in the center nozzles to prevent contamination of the surrounding area since the converter mouth is no longer under the hood.
From this brief description of the bottom blowing process for steel production, it is clear that adequate pressure and gas flow must be guaranteed to the nozzles whenever they are coated with molten metal so that the metal does not enter any nozzles or piping connected to them. If this should happen, it will. severe damage to the installation would result and the resulting conditions could be hazardous to personnel. Accordingly, it is highly desirable to provide a control system which will prevent the vessel from being tumbled vertically unless the proper pressure has been provided in the nozzles, and which will ensure that the correct pressure and gas flow is. kept in the nozzles at all times.
In addition, there must be a gradual transition from one gas to another each time a change is made. Such a control system is provided by the present invention.
In the present invention, a device is provided for controlling the operation of a steel refining tumbling converter of the type having in the bottom at least one nozzle comprising a central nozzle located inside a peripheral nozzle. At least the first, second, and third fluid sources may be coupled to the converter, fluid control means being provided to selectively connect the first and second sets of fluid sources to the converter.
-tube in response to the setting of a selector switch coupled to the fluid control means by a switching network. For example, in a selector switch position, the first <EMI ID = 5.1>
central and peripheral to include the first set of fluid sources, and in another selector switch position, the second and third fluids may be connected to the central and peripheral nozzles to include the second set of fluid sources.
Means are also provided for detecting whether the
<EMI ID = 6.1>
or if the flow rate of any of the fluids is inadequate. In the event that the first set of fluids is supplied to the converter and the pressure at the central or peripheral nozzle falls below a predetermined value, the second and third fluids are substituted for it respectively in the central and peripheral nozzle. If the flow rate of the first fluid in the central nozzle drops below a predetermined value without decreasing pressure, the second set of fluids is supplied to the nozzle along with the first set of fluids. When the second set of fluids is supplied to the nozzle and it appears that the pressure or flow rates are below a predetermined value, the first set of fluids is substituted in the central and peripheral nozzle.
In the system providing this control, the source of the first fluid is connected to the central nozzle by a control
of the first flow and a first valve, and at the peripheral nozzle by a control of the second flow and a second valve. The source of the second fluid is connected to the central nozzle by a third flow control and a third valve, and a source of the third fluid is connected to the peripharic nozzle by a fourth flow control and a fourth valve. Specifically, the first fluid can be nitrogen, the second fluid can be oxygen, and the third fluid can be selected from the group consisting of natural gas, propane and
butane. In addition, a fourth fluid, connected to the central nozzle by a fifth flow control and a fifth valve, can be provided, the fourth fluid being chosen from the group comprising compressed air, synthetic air (mixture of nitrogen and oxygen), nitrogen and argon.
In order to determine whether the pressure in the central or peripheral nozzle is below a predetermined value, first and second pressure measuring means are connected respectively to these nozzles. The flow rate of the first, second, third and fourth fluids is established by flow measuring devices placed respectively in the first, third, fourth and fifth flow control means, flow switches being actuated in the first, third and fourth. flow control means each time
the flow rate of the corresponding fluids falls below a predetermined value. Means are provided for selectively actuating the appropriate valve, whenever inadequate pressure or flow conditions are observed, to prevent molten metal from entering the nozzles.
<EMI ID = 7.1>
is observed at the nozzle, the third and fourth control valves open to allow the flow of the second and third fluids respectively in the central and peripheral nozzles and to close the first and second valves after a predetermined time. Likewise, when the second and third fluids are supplied to the nozzles and an inadequate pressure or flow is detected, means is provided which opens the first and second valves to allow flow of the first fluid to the central and peripheral nozzles and closing, after a delay, the third and fourth valves, thereby stopping the flow of the second and third fluids.
The means of connecting the pressure and flow measuring devices to the valves are preferably electric, but pneumatic, mechanical, hydraulic means, or combinations thereof, may be employed.
The selection of the appropriate combinations of gases in the nozzles at the different stages of the refining process is ensured, in a preferred embodiment, by a selector switch having a first, a second and a third position. In the first position, the selector switch is electrically connected to the second and fifth valves which, when energized, connect the first and fourth fluid sources to the peripheral and central nozzles respectively. In the second switch position, the first and second valves are actuated connecting the first source of
<EMI ID = 8.1>
In the second position, the third and fourth valves are actuated to connect the second and third sources of fluid respectively to the central and peripheral nozzles.
To ensure a gradual change from one fluid to another
<EMI ID = 9.1>
The first selected set of fluids until the flow rate of a second selected set of fluids has been established. In this way, the first set of fluids is not closed until after an exile.
<EMI ID = 10.1> or devices is below a predetermined value. Additional control means are also provided to ensure safe and proper operation of the converter and these will be discussed in detail below.
The invention is shown by way of example in the accompanying drawings, in which:
Figures 1A-1C are diagrams showing the orientation of the converter for different positions of the selector switch, Figure 2 is an overall diagram of the control system - <EMI ID = 11.1> Figures 3 and 3A show parts of the control device nitrogen flow; Figures 4 and 4A show the device for controlling the flow of oxygen and fuel to the bottom nozzles; Figure 5 shows the flow control device (oxygen and fuel to the side nozzles; Figure 6 shows the control device for the air supply to the bottom nozzles; Figure 7 is a schematic control diagram showing the operation of the system;
Figure 8 is a schematic diagram of the <EMI ID = 12.1> command Figure 9 is a vertical sectional view of a bottom oxygen blast converter showing a pair of submerged bottom nozzles, a pair of submerged side nozzles and a pair of side nozzles directed towards the carbon monoxide zone of the furnace; Figure 10 is a vertical sectional view of an electric arc steel furnace showing a vertical bottom nozzle and a submerged inclined bottom nozzle, a pair of submerged side nozzles and a side nozzle directed to the carbon monoxide zone of the furnace ;
Figure 11 is a vertical sectional view of a Siemens-Martin furnace using a vertical bottom nozzle and a submerged inclined bottom nozzle, a submerged side nozzle and a no side nozzle directed to the carbon o :: yde zone of the oven; Figure 12 is a vertical sectional view of a Siemens-Martin tumbling furnace utilizing a vertical bottom nozzle and a submerged inclined bottom nozzle, a submerged side nozzle and a side nozzle directed to the carbon monoxide zone of the furnace; and Figure 13 is a vertical sectional view of an oscillating molten metal mixer using an inclined bottom nozzle and a submerged vertical bottom nozzle, a pair of sub-submerged side nozzles and a side nozzle directed towards the carbon monoxide zone of the mixer.
The refining process
Figures 1A, 1B, 1C and 2 show a converter
10 oriented for the various operations required in the refining process of cast steel. Figure 1A shows the position of converter 10 for the loading and casting maneuvers, Figure 1B, the position of the converter during the actual refining time, and Figure 1C, the position of the converter during sampling and testing. refined iron.
The converter 10 is provided with a steel shell 12 carrying an inner lining 14 of refractory bricks and a refractory bottom plug 16 placed on a steel bottom plate 18.
<EMI ID = 13.1>
central nozzle 22 and a peripheral nozzle 24 concentric with the central nozzle 22 which it surrounds, are preferably located on one side of the bottom plug 16 and parallel to the axis A - A
<EMI ID = 14.1>
is tumbled. In addition to the bottom nozzles 20, side nozzles 28 (Fig. 2) may be provided in the wall of the converter 10 to accelerate the conversion of carbon monoxide to.
<EMI ID = 15.1>
The succession of times during normal operation
refining process begins with converter 10 positioned in the orientation drawn in FIG. 1A and a selector switch 32
<EMI ID = 16.1>
compressed (or nitrogen at low pressure) is supplied to the central nozzles 22 of the nozzles 20 and nitrogen to the peripheral nozzles 24. The gas pressures in the central 22 and peripheral 24 nozzles are respectively of the order of 0 , 7 to 1.4 kg / cm2 (10 to 20 pounds / inch <2>) and 4.2 6.3 kg / cm2 (60 to 90 pounds / inch <2>). The tank 10 is heated by a suitable source
(not drawn) and a charge of grape and cast iron is placed in it while it is in the tumbled position drawn in Fig. 1A.
The selector switch 32 (Fig. 7) is then moved to position B supplying nitrogen at a pressure of the order of 4.2 to 7.7 kg / cm2 (60 to 110 pounds / inch <2>) at be substituted for the compressed air in the central nozzle 22 of the bottom and the converter 10 is turned on the journals 26 by a motor 30 (Fig.8) in the vertical position drawn in Fig. 1B in which
its mouth is under the hood 34. The higher pressure in the central nozzle 22 prevents the charge from entering the nozzles.
20 from the bottom and possibly blocking or otherwise damaging these nozzles. Oxygen is not introduced into the converter 10
<EMI ID = 17.1>
that, when the tank 10 is tilted and is not under the hood
34, fumes can be blown into the area surrounding converter 10 by the reaction of oxygen with molten metal.
With the mouth of the converter under the hood 34, the selector switch 32 (Fig. 7) is placed in position C and pure oxygen is substituted for the nitrogen in the central nozzles.
22 from the bottom, and a fuel, such as propane, is substituted
with nitrogen in the peripheral nozzles 24 surrounding the former. During the refining time, the fuel acts as
a protective gas to retard the melting of the bottom nozzles 20 and the premature wear of the converter bottom 16. In this position, oxygen and fuel are also supplied to the central nozzles 36 and the peripheral nozzles 38 of the side nozzles 28 .
After the completion of the refining time switch 32 (Fig. 7) is returned to position B, replacing the gases in the bottom nozzles 20 with nitrogen and shutting off the flow of oxygen and fuel to the side nozzles 28. . The converter
10 is then flipped down into the position drawn at <EMI ID = 18.1>
tion A, substituting lower pressure nitrogen or compressed air for high pressure nitrogen in the center nozzles 22 at the bottom. In this position, in which the nozzles 20 at the bottom are not usually covered by molten metal, the steel is sampled to determine if refining has been completed. If the test is satisfactory, the selector switch
<EMI ID = 19.1>
shot in the orientation drawn in FIG. 1A in which the selector switch 32 is placed in position A, the plug
40 (Fig. 1A - 1C, 2) withdrawn from the side of the converter 10, and the steel is poured out of the vessel 10 through the opening formed by the removal of the plug. Alternatively, the steel can be poured over the lip of the vessel. If the test is not satisfactory, refining can be resumed by returning the converter to the vertical position in Fig. 1B and then repeating the test time.
Gas supply system to the converter
Referring to Fig. 2, which is an overall schematic diagram showing how the various gases used in the operation of the converter 10 are connected to the nozzles 20 and
28 of the converter 10, a source 42 of nitrogen is connected to the central nozzles 22 of the nozzles 20 at the bottom by a unit 44 (Figs. 2,3) for measuring and controlling the flow of nitrogen and a valve 46
<EMI ID = 20.1>
is also connected to the peripheral nozzles 24 of the nozzles
20 from the bottom by a throttle port 48 (Fig. 2), which acts as a flow control means, and an actuated valve 50
<EMI ID = 21.1>
is coupled to the central nozzles 22 by a unit 54 (Figs. 2,4) for measuring and controlling the flow rate and a valve 56 (Pig. 2) actuated by the solenoid R56 (Figs. 2,7) as well as to the nozzles side 28, in the wall of converter 10, by a unit 58
(Figs. 2,5) for flow measurement. A fuel source 60 (Pig. 2) is connected to the peripheral nozzles 24 at the bottom via a unit 62 (Figs. 2,4) for measuring and controlling the flow rate and a valve 64 (Fig. 2) actuated by the solenoid R64. (Figs. 2,7) <EMI ID = 22.1>
fuel flow measurement and control. More; a source 68 (Fig. 2) of compressed air is connected to the central nozzles 22 of the nozzles 20 from the bottom by a unit 70 (Figs. 2,5) of
<EMI ID = 23.1>
2). The fuel source 60 can be any fluid which can provide adequate cooling such as propane, natural gas or fuel oil. In addition, low pressure nitrogen can be substituted for compressed air, if desired.
A pressure switch 74 (Fig. 2), having electrical contacts PS-1 and PS-2 (Figs. 2,7), is connected to the peripheral nozzles 24 by the piping 76 (Fig. 2) and a pressure switch. 78 with PS-3 and PS-4 contacts
(Figs. 2,7) is connected to the central nozzles 22 of the bottom by the piping 80. The contacts PS-1 and PS-3 are open under normal pressure but close when the pressure is below a predetermined value. The PS-2 and PS-4 contacts are closed under normal pressure but open when the pressure is below a predetermined value.
<EMI ID = 24.1>
can be applied to central 22 and peripheral nozzles
24 of the nozzles 20 from the bottom.
<EMI ID = 25.1>
Unit 44 for measuring and controlling nitrogen flow
The unit 44 (Figs. 2,3) for measuring and controlling the nitrogen flow is shown in detail in Fig. 3 in which the cylindrical pipe 82 is a part of the piping connecting the nitrogen source 42 to the solenoid valve 46. The orifice
<EMI ID = 26.1> a conventional flow measuring unit 86, giving the output a voltage of a value proportional to the nitrogen flow through port 84, is connected to port 84. Such units are found. in the trade and, for this reason, do not require further description.
The output of the flow measurement unit 86 is connected
<EMI ID = 27.1>
of amplifier 88 being connected to earth by a contact
<EMI ID = 28.1>
adjustable arm 90 of a potentiometer 92. The normally open contact of a relay is defined as a contact which is open when the relay is not energized and is represented by two spaced vertical bars, and the normally closed contact is the one that is closed when the relay is not under
<EMI ID = 29.1>
crossed by a diagonal bar. The take-up coil of each relay and the relay, per se, will be designated by the letter
<EMI ID = 30.1>
The potentiometer 92 (Fig. 3) is connected between a source of reference potential + E and the earth, and the switch-
<EMI ID = 31.1>
flow rate is below a predetermined value, is connected to the output of the flow meter 86. Switch 94
<EMI ID = 32.1>
responsive to signals at its input, continuous control of nitrogen flow through piping 82 to the central nozzles
22 of the nozzles 20 from the bottom.
<EMI ID = 33.1>
Fig. 3A represents a function control circuit- <EMI ID = 34.1>
described in more detail with respect to FIG. 7. For current needs, when relay R14 (Fig.3A) is not energized, the reference potential at arm 90 (Fig. 3) of potentiometer 92 is compared to the actual flow rate measurement indicated. \ the output of the flow measurement unit 86. The arm 90 of the potcntio-
<EMI ID = 35.1>
remains motionless in its position. If the operator wants to change the nitrogen flow in piping 82, he adjusts arm 90 to potentiometer 92 so that it produces a voltage difference between the inputs in amplifier 88 causing the valve to open or close. valve 98 thereby modifying the flow of nitrogen to the nozzles 22. When relay R14 (Fig. 3A) is energized, an input of amplifier 88 is grounded through the con- nector.
<EMI ID = 36.1>
motorized valve 98 in its closed position.
<EMI ID = 37.1>
Fuel flow control and control unit 62
for the 20 bottom nozzles.
<EMI ID = 38.1>
and controlling the flow of oxygen and the unit 62 for measuring and controlling the flow of fuel. In this figure, the pipe 100 is a part of the piping connecting the oxygen source 52 and the solenoid valve 56. An orifice 102 (Fig. 4; is interposed in the upstream end of the pipe 100 and an apparatus.
<EMI ID = 39.1>
Analogously to the nitrogen flow meter 86, the oxygen flow meter device 104 produces a voltage of a value proportional to the flow of oxygen through the cris-ficc. 102. Likewise, the line 106 (Figs. 2,4), which connects the fuel source 60 (Fig. 2) to the solenoid valve 54, has an orifice 108 connected to the apparatus 110 for measuring the fuel flow. . As in the case of the 86 measuring device
<EMI ID = 40.1>
the apparatus 110 for measuring the fuel flow are of current manufacture.
<EMI ID = 41.1>
oxygen flow rate having an adjustment knob 116 and a pair of FS-2 and FS-3 contacts (Figs. 4,7), normally open, which are
<EMI ID = 42.1>
rclai3 R15 (Fig. 4A) and to the adjustable arm 118 (Fig. 4) of a potentiometer 120 by an R15-2 contact, normally open, of the relay
<EMI ID = 43.1>
(Pig.4) and to a fuel flow switch 123 having an adjustment knob 125 and an FS-4 contact (Figs. 4,7), normally open, which closes when the flow is set by the adjustment knob 125 is reached. The other input of amplifier 122
<EMI ID = 44.1>
The output of amplifier 112 is connected b. a motorized valve 124 (Fig. 4) placed in the line 100 and the output of the amplifier 122 is connected to a motorized valve
<EMI ID = 45.1>
contacts will be discussed about the schematic diagram of com- <EMI ID = 46.1>
amplifiers 112 and 122 (Fig. 4) and connect them respectively to the arms of the potentiometers 120 and 113 whenever it is desired to supply oxygen and fuel to the nozzles 20.
<EMI ID = 47.1>
nitrogen flow control.
Unit 58 for measuring and controlling oxygen flow and
<EMI ID = 48.1>
for side nozzles 28.
Referring to FIG. 5, it is seen that the components and operation of the unit 58 for measuring and controlling the oxygen flow rate and the unit 66 for measuring and controlling the fuel flow rate, which supply the oxygen and the fuel
<EMI ID = 49.1>
the source 52 of oxygen and the central nozzles 36 of the side nozzles 28. Similarly, the pipe 134 (Fig. 5), having an orifice 136 at its upstream end and a motorized valve 138 at its downstream end, is a part of the piping connecting <EMI ID = 50.1>
Fuel flow meter 142 are connected to ports 130 and 136 to produce voltages proportional to oxygen and fuel flow rates respectively in the
<EMI ID = 51.1>
�. Regarding Fig. 7 but, for the sake of understanding the operation of FIG. 5, it can be specified that the
<EMI ID = 52.1>
side nozzles 28 at flow rates determined respectively by the settings of arms 145 and 143 (Fig. 5) of potentiometers 146 = t 148.
<EMI ID = 53.1> a port 154 at its upstream end and a motorized control valve 156 at its downstream end, is a part of the tubing which connects the source 68 of compressed air to the solenoid valve 72. The measurement and control unit 70 (Fig. 6) includes
<EMI ID = 54.1>
plifier 158, the other input of the amplifier being coupled: the output of the air flow meter 157 and the output of the amplifier 158 being connected to the valve notori-
<EMI ID = 55.1>
potentiometer 162, valve 156 will be adjusted to provide in line 152 an air flow which corresponds to the adjustment of potentiometer 162.
Control circuits and operation of the
converter system
<EMI ID = 56.1>
are :
1. Select the correct gas combination for each phase of the refining process.
2. ensure a gradual transition when a gas change is made.
3. Make sure that the converter is never tilted in a vertical position without adequate pressure at the 20 bottom nozzles.
4. Ensure that adequate pressure is maintained at all times at the 20 bottom nozzles.
5.protect the nozzles 20 and 28 in the event that the
<EMI ID = 57.1>
Functions 1 and 2
The first two functions are accomplished by opening
<EMI ID = 58.1> <EMI ID = 59.1>
the operator.
Position A
<EMI ID = 60.1>
is intended to rise without intentional delay but, when not energized, it does not fall until after a pre-determined time limit.
<EMI ID = 61.1>
compressed from the source 68 to flow to the central nozzles 22 of the nozzles 20 from the bottom in accordance with the setting of the arm 160
<EMI ID = 62.1>
to open valve 50 and allow nitrogen to flow from source 42, through throttle port 48 (Fig. 2), to
<EMI ID = 63.1>
and if the flow of fuel and oxygen to the 20 bottom nozzles
<EMI ID = 64.1>
<EMI ID = 65.1>
maintaining pressure at the bottom tuyeres substituted nitrogen for oxygen and fuel.
<EMI ID = 66.1> measurement and control of the nitrogen flow is closed when the selector switch 32 (Fig. 7) is in position A because the
<EMI ID = 67.1>
the units 54 and 62 (Fig. 4) for measuring and controlling the oxygen and fuel flow are also closed since the inputs of amplifiers 112 and 122 are respectively set
<EMI ID = 68.1>
is closed.
Position B
When the selector switch 32 (Fig. 7) is placed
<EMI ID = 69.1>
(fig. 2) which allows nitrogen to flow respectively through the peripheral nozzles 24 and the central nozzles 22 of the nozzles
<EMI ID = 70.1>
In unit 44 (T'ig. 3) for measuring and controlling the nitrogen flow, the motorized valve 98 is opened by a quantity determined by the adjustment of arm 90 of potentiometer 92 by the drop of relay R14 ( Fig. 3A) and the resulting opening of the contact
<EMI ID = 71.1> <EMI ID = 72.1>
A gradual transition from nitrogen to fuel and oxygen
<EMI ID = 73.1>
<EMI ID = 74.1>
Under normal operating conditions, the motorized valve 98 (Figs.3,3A) is closed when the switch
<EMI ID = 75.1>
relay R14 (Fig. 3A) is energized because the correct pressure and flow of oxygen and fuel are conservative
<EMI ID = 76.1>
is closed following the passage of switch 32 (Fig. 7) from the
<EMI ID = 77.1>
Gas selection can only be completed when suitable flow conditions are achieved which do not <EMI ID = 78.1>
selector switch 32 (Fig. 7) from position A or C to position
<EMI ID = 79.1>
born causing the FS-1 contacts (Figs. 3,7) to open in the
<EMI ID = 80.1>
the inputs of amplifiers 112 and 122 to potentiometers 120 and 113.
<EMI ID = 81.1>
This nitrogen, through valves 98 (Fig. 3) and 46 (Fig. 2), to the central :: ajutases 22 of the bottom and, through valve 50, to the peri-
<EMI ID = 82.1>
switch 32 (Fig. 7) was previously in position C, or will automatically push from the closed position to the open position.
<EMI ID = 83.1> <EMI ID = 84.1>
the selector switch 32 (Fig. 7) to position C and if the oxygen flow is inadequate as indicated by the opening of the
<EMI ID = 85.1>
50 will remain open. In this way, the two sets of fluids, nitrogen-nitrogen and oxygen-fuel, will be fitted to the nozzles.
20 from the bottom to maintain adequate pressure and prevent
<EMI ID = 86.1>
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
When the correct gas flow is restored, the valves associated with the unselected gases close automatically.
<EMI ID = 89.1>
amplifiers 112 and 122 (Fig. 4) via contacts R15-1 and R15-3
<EMI ID = 90.1>
contact R14-1 and closing valve 98.
Function 3
It is essential that the converter 10 is never tumbled in an upright position when filled with a molten charge if the pressure at the bottom nozzles 20 is inadequate - <EMI ID = 91.1>
that compressed air is supplied to the central nozzles 22 at the bottom.
Tumbler motor control system
<EMI ID = 92.1>
tumbling, to turn converter 10 to
<EMI ID = 93.1>
the grounded pole of the voltage source and the motor 30, this coupled to the FORWARD position of the switch 164. A coil of
<EMI ID = 94.1>
switch 164. The MANUAL position of switch 163 (Fig. 7) is only used when the converter 10 is prepared for the refining operation and there is no molten charge.
<EMI ID = 95.1> <EMI ID = 96.1>
position A and that there is a molten charge in the vessel 10 since the compressed air supplied to the central nozzles 22 of the nozzles
<EMI ID = 97.1>
ce: in position A. When switch 32 (Fig. 7) is placed c :: position B, sufficient pressure from nitrogen source 42
<EMI ID = 98.1>
peripherals 24 and central 22 of the bottom nozzles 20 and, consequently, the relay R12 (Fig. 7) is energized only under these conditions. When relay R12 (Fig. 7) is raised, contact R12-1 closes, energizing the
<EMI ID = 99.1>
should subsequently decrease at the bottom 20 nozzles, thereby de-energizing relay R12. This is essential since it would be necessary to quickly tip the converter 10 to the side if the pressure was lacking at the nozzles 20 at the bottom, and it
<EMI ID = 100.1>
set to lower converter 10 when switch 32 <EMI ID = 101.1>
bottom, is provided by circuits which automatically connect the nitrogen to the central 22 and peripheral 24 nozzles if fuel and oxygen being employed, the pressure of one of them drops below a predetermined value. In addition, the circuits automatically connect fuel to peripheral nozzle 24 and oxygen to central nozzle 22 if, with nitrogen being employed, pressure at either of the peripheral nozzles.
<EMI ID = 102.1>
22 of the nozzles 20 from the bottom. If now the pressure at the nozzles
20 from the bottom falls below a predetermined value, one or both contacts PS-1 and PS-3 (Figs. 2,7), respectively
<EMI ID = 103.1> <EMI ID = 104.1>
Now the flow of oxygen and nitrogen to the 20 bottom nozzles.
<EMI ID = 105.1>
<EMI ID = 106.1>
(fig. 7) in position C. The valve 98 (Fig. 3) in unit 44
<EMI ID = 107.1>
a leak in the fuel or oxygen system to decrease
<EMI ID = 108.1>
relay has been relieved. The circuit can be reset by placing the selector switch 32 (Fig. 7) in position B causing it to drop,
<EMI ID = 109.1>
in the correct position.
Function 5
<EMI ID = 110.1>
pressure is adequate, if the oxygen or fuel flow rates fall below values allowing combustion at the
<EMI ID = 111.1>
stopper and the situation corrected. Suppose the switch
<EMI ID = 112.1>
04
tiblc, or both, falls below a predetermined value,
<EMI ID = 113.1> <EMI ID = 114.1>
and fuel.
Further protection of the converter 10 for-
<EMI ID = 115.1>
<EMI ID = 116.1>
de-energized, opening valve 46 (Fig. 2) to add nitrogen to the compressed air supplied by valve 72 in position A and, therefore
<EMI ID = 117.1>
20 from the bottom.
VARIANTS
Considering Figure 9, it appears that the present ion can be used with a converter 210 � breathed-
<EMI ID = 118.1> feels a shell 218 with a refractory lining 220 and a mouth 222, and can rotate on the journals
224. The nozzles 212, 214, 216 are adapted to lead in
an inner tube 213 is a fluid alone, such as oxygen, air,
<EMI ID = 119.1>
or a blocking or deoxidizing agent (ferra-manganese or the like) and in an outer tube 215 a protective gas such as propane,
<EMI ID = 120.1>
As shown in FIG. 10, the present invention also applies to an electric arc steel furnace of the type léroult 210a, provided with vertical and internal bottom nozzles.
<EMI ID = 121.1>
refractory vault 228 provided with holes 230 for the passage of the electrodes, a tap hole 232 and a drain chute Link 234 as an extension of the tap hole 232. The nozzles 212a
<EMI ID = 122.1>
210b showing the vertical and inclined bottom nozzles 212b and
212b 'submerged, the side nozzle 214b submerged and the side nozzle 216b directed towards the carbon monoxide zone (CO zone)
<EMI ID = 123.1> refractory interior lining, a loading door 242 in the wall 240 and a vault 244 with refractory lining.
<EMI ID = 124.1>
<EMI ID = 125.1>
loading and unloading positions. This mixer
210d has vertical and inclined bottom nozzles Lied,
<EMI ID = 126.1>
CLAIMS
<EMI ID = 127.1>
<EMI ID = 128.1>
peripheral nozzle, characterized in that it comprises cores
<EMI ID = 129.1>
2.- device for controlling the operation of a converter