"Procédé de traitement de fonte liquide en récipients" La présente invention concerne la sidérurgie et a notamment pour objet un procédé de traitement de la fonte liquide évacuée d'un haut fourneau, afin d'en éliminer les impuretés indésirables, principalement le soufre.
L'invention est basée sur l'utilisation du magnésium en poudre en qualité de réactif, et peut être utilisée pour la désulfuration de la fonte liquide dans les poches.
Les procédés de désulfuration d'un tel type trouvent
une utilisation de plus en plus large, vu que le magnésium
en poudre, en comparaison d'autres réactifs utilisés pour la désulfuration de la fonte liquide, donne aux procédés un certain nombre d'avantages importants, à savoir : faible consommation, réglage aisé du degré de désulfuration, malaxage spontané de la fonte liquide dans la poche, et scorification insignifiante.
On connaît des procédés de traitement de la fonte liquide par le magnésium en poudre (voir, par exemple, le brevet de la R.F.A. N[deg.] 1015609 et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3080222), conformément auxquels on ne règle qu'un seul paramètre du processus - l'intensité d'introduction du magnésium dans les limites de 5 à 100 g/s.t.
La pratique a montré qu'avec une telle intensité d'introduction du magnésium en poudre, sans tenir compte des autres paramètres, le processus peut être efficace lors du traitement de portions de fonte liquide d'une masse de 40 t au plus. Si l'on tente d'élever le rendement en augmentant les masses des portions, le déroulement du processus de désulfuration devient trop violent et s'accompagne d'éclaboussements de la fonte liquide à l'extérieur de la poche à fonte. Etant donné qu'on tend actuellement à augmenter la capacité des poches à fonte, les procédés mentionnés et les autres procédés connus basés sur le réglage de l'intensité d'introduction du magnésium, sans tenir compte d'autres facteurs, n'ont pas trouvé une large utilisation.
On connaît aussi un procédé de traitement de la fonte liquide qui permet d'effectuer la désulfuration de la fonte liquide en poches en quantités allant jusqu'à 100 t. Ce <EMI ID=1.1>
Etats Unis d'Amérique N[deg.] 3880411) consiste à plonger dans la fonte liquide une tuyère dont l'extrémité inférieure est évasée, et à souffler dans la fonte liquide, à travers la tuyère, le magnésium en poudre avec une intensité d'introduction de 2 à 4,5 g/s.t, la concentration du magnésium dans le gaz porteur étant de 5 à 20 kg/m<3>.
Bien que ce procédé, en comparaison de celui mentionné plus haut, permette pratiquement de doubler la masse des portions de fonte à traiter, il s'avère inapplicable pour des portions de plus de 100 t, à cause des éjections de fonte à l'extérieur de la poche. En outre, on a constaté qu'après l'achèvement du premier cycle du processus décrit, il se forme sur le côté intérieur de l'évasement de la tuyère des excroissances de fonte qui augmentent après chaque cycle successif. Ces excroissances sont dues à l'éjection de la fonte liquide par la suspension de magnésium soufflé dans le gaz porteur. Les excroissances diminuent la section de passage de l'évasement de la tuyère, en baissant l'efficacité de l'amenée et de l'assimilation du magnésium, et par conséquent, en augmentant la probabilité des projections de la fonte liquide hors de la poche.
De cette manière, la tendance à l'accroissement de la masse de la portion de fonte liquide à traiter entraîne une augmentation injustifiée de la capacité de la poche, ce qui augmente d'autant les investissements et les frais d'utilisation. L'utilisation de poches mélangeuses et à torpille ne donne pas de résultats appréciables, par suite de la profondeur insuffisante du bain de fonte liquide et, par conséquent, de l'accroissement des pertes, sous forme de vapeurs, du magnésium inassimilé.
Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précités.
On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de traitement de la fonte liquide par le magnésium, dans lequel l'intensité et la vitesse d'introduction du magnésium en poudre dans la fonte liquide seraient choisies de façon à assurer l'assimilation effective du magnésium par la fonte liquide et le déroulement calme du processus.
Ce problème est résolu en ce que dans le procédé de traitement de fonte liquide en récipients par ' insufflation de magnésium en poudre, granulés ou analogues, dans la fonte liquide à travers une tuyère ou analogue pourvue d'un évasement, suivant l'invention, le magnésium est insufflé
dans la fonte liquide avec une intensité de 0,2 à 1,8 gramme par seconde et par tonne de fonte, et à une vitesse d'insufflation de 0,004 à 10 m/s.
Un tel régime d'insufflation du magnésium en poudre permet une entrée en contact calme des particules de magnésium avec l'interface "gaz-métal liquide" à l'intérieur de l'évasement de la tuyère. C'est pourquoi le processus de chauffage, de fusion et de vaporisation des particules de magnésium a
un caractère stabilisé et, par conséquent, le processus de traitement de la fonte liquide se déroule calmement, ce qui exclut les éjections de celle-ci hors de la poche et permet d'augmenter le remplissage des poches par la fonte liquide.
En outre, en supprimant les éjections de fonte, on prévient la formation d'excroissances sur la surface intérieure de l'évasement de la tuyère, ce qui, à son tour, assure un déroulement stable du processus à chaque cycle du traitement.
Il convient de noter aussi la réduction des pertes de magnésium sous forme de vapeurs entraînées hors de la poche par le gaz porteur, ainsi que sous forme de produits de réaction du magnésium avec certains genres de gaz porteur,
par exemple sous forme d'oxyde produit par l'interaction du magnésium avec l'air, ou de nitrure se formant lors de l'interaction du magnésium avec l'azote.
Les avantages mentionnés du procédé proposé de traitement de la fonte liquide par le magnésium en poudre augmentent l'efficacité et le rendement de la désulfuration.
Suivant la présente invention, il n'est pas rationnel
de traiter la fonte liquide avec une intensité d'insufflation du magnésium en poudre inférieure à 0,2 g/s.t, car cela augmente la durée du traitement, diminue le rendement, baisse la température de la fonte et diminue l'efficacité du traitement. Quand l'intensité d'introduction est supérieure à 1,8 g/s.t, le traitement au magnésium d'une masse de fonte de 100 t ou plus est inapplicable à cause des éjections du métal contenu dans la poche.
Quand la vitesse d'insufflation du magnésium est inférieure à 0,04 m/s, le procédé devient moins avantageux, car le système d'amenée du magnésium dans la tuyère n'assure pas un fonctionnement fiable. Quand on élève la vitesse d'insufflation du magnésium au-dessus de 10 m/s, il faut s'attendre à une diminution de la fiabilité du processus par suite des vibrations excessives de la tuyère et de la baisse de l'efficacité de l'assimilation du magnésium introduit.
Le traitement de la fonte par le magnésium en poudre selon le procédé proposé s'effectue de la manière suivante. On fait immerger la tuyère, par laquelle est insufflé le magnésium en poudre, dans la fonte liquide se trouvant dans une poche ou dans un autre récipient. Lors de l'immersion
de la tuyère, on amène sous pression à travers la cavité intérieure de celle-ci un gaz porteur pur qui prévient le remplissage de la cavité de la tuyère par la fonte liquide. Après avoir immergé la tuyère dans la fonte liquide, on commence à insuffler dans la fonte liquide du magnésium en poudre au moyen d'un gaz porteur dont la pression dépasse la pression métallostatique à la profondeur d'immersion de la tuyère.
Conformément à l'invention, on insuffle le magnésium en poudre à une vitesse de 0,04 à 10 m/s et avec une intensité de 0,2 à 1,8 g par seconde et par tonne de fonte liquide.
Les particules de magnésium arrivent par le canal intérieur de la tuyère dans l'évasement de ce dernier, où, en entrant en contact avec la fonte liquide, elles s'échauffent, fondent et se vaporisent. Les vapeurs de magnésium, en s'écoulant avec le gaz porteur de la cavité de l'évasement de la tuyère, barbotent à travers la couche de fonte liquide. Pendant ce barbotage le magnésium réagit avec le soufre dissous dans la fonte liquide. Les sulfures de magnésium formés montent à la surface de la fonte liquide en se dégageant sous forme de scorie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, faite en se référant au dessin unique annexé, sur lequel est représentée schématiquement une poche avec la tuyère placée dans celle-ci.
Exemple 1.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 130 t, dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1400[deg.]C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=2.1>
Une tuyère ou analogue 2 à extrémité évasée 3 a été immergée dans la poche 1. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ 90% de la profondeur du métal dans la poche 1.
A travers la tuyère 2 on a insufflé pendant 8 minutes,
à une vitesse de 6 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. En arrivant dans la cavité intérieure de l'évasement 3, le magnésium s'échauffe, fond, se vaporise et, sous forme de vapeurs, arrive dans la fonte liquide par les orifices de l'évasement 3. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était de 30 kg/m<3>, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,2 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étant de 0,5 à 1,6 mm et la teneur en magnésium pur d'au moins 90%.
Au cours de l'insufflation du magnésium on a observé un faible éclaboussement de la fonte, mais les éclaboussures n'atteignaient pas la bouche de la poche dans laquelle s'effectuait le traitement.
Par suite du traitement on a obtenu une fonte ayant la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=3.1>
La comparaison de la composition chimique de la fonte liquide avant et après le traitement montre que la teneur en soufre a diminué jusqu'à 0,013%, c'est-à-dire que le taux de désulfuration est de 76% environ. Les proportions des autres constituants de la fonte n'ont pratiquement pas changé.
Exemple 2.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 110 t dans la poche 1 d'une capacité de 120 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1380[deg.]C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=4.1>
Dans la poche 1 a été immergée la tuyère 2. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ
88% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 6 minutes, à une vitesse de 4 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était d'environ 33 kg/m<3>, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,1 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étant de 0,5 à 1,6 mm, et la teneur en magnésium pur, d'environ 91%.
Au cours de l'insufflation du magnésium on a observé un faible éclaboussement de la fonte, mais les éclaboussures n'atteignaient pas la bouche de la poche 1.
Par suite du traitement on a obtenu une fonte ayant la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=5.1>
La comparaison de la composition chimique de la fonte liquide avant et après le traitement montre que la teneur en soufre de la fonte a diminué de 0,056 à 0,014%, c'est-àdire que le taux de désulfuration a été de 75%. Les proportions des autres constituants de la fonte n'ont pratiquement pas changé.
Exemple 3.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 128 t dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1395[deg.]C.
<EMI ID=6.1>
suivante (% en poids ) :
<EMI ID=7.1>
La tuyère 2 a été immergée dans la poche 1. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était de 91% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 8 minutes, à une vitesse de 6 m/s, du magnésium granulé dans un jet de gaz contenant 90% d'azote et 10% d'oxygène. La concentration du magnésium dans le jet du gaz porteur était d'environ 30 kg/m<3>, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,2 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules de 1,2 à 2,0 mm, la teneur en magnésium pur étant de 93% environ.
Le traitement de la fonte par insufflation s'est déroulé d'une manière technologiquement satisfaisante, l'éjection de la fonte était faible et n'était pas accompagnée. de l'apparition d'excroissances dans la bouche de la poche 1, dans laquelle s'effectuait le traitement.
Par suite du traitement on a obtenu une fonte de composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=8.1>
La comparaison de la composition chimique avant et après le traitement montre que malgré l'utilisation d'un autre gaz pour l'insufflation et l'emploi de magnésium en particules plus grandes, la teneur de la fonte en soufre est abaissée jusqu'à 0,015%.
Exemple 4.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 126 t dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1375[deg.]C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=9.1>
Dans la poche 1 a été immergée la tuyère 2. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ
91% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 8 minutes, à une vitesse de 5 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était de 42 kg/m<3> environ, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,1 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, les dimensions des particules étant de 0,5 à 1,6 mm, et la teneur en magnésium pur, de
92% environ.
Au cours de l'insufflation du magnésium, on a observé un faible éclaboussement de la fonte, toutefois les éclaboussures n'atteignaient pas la bouche de la poche.
A la suite du traitement on a obtenu une fonte ayant la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=10.1>
En comparant la composition chimique de la fonte avant et après le traitement, on peut constater que la teneur en soufre de la fonte a diminué de 0,052 à 0,012%, c'est-à-dire que le taux de désulfuration est de 77%.
De cette manière, le traitement dans les conditions indiquées de fonte à haute teneur en silicium a assuré une élimination effective du soufre, le processus du traitement dans la poche 1 se déroulant calmement.
Exemple 5.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 127 t dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1380[deg.]C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=11.1>
<EMI ID=12.1>
La tuyère 2 a été immergée dans la poche 1. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ
90% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 5 minutes, à une vitesse de 6 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était de 40 kg/m<3>,tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,95 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étant de 0,5 à 1,6 mm, et la teneur en magnésium pur, d'environ 94%.
Au cours de l'insufflation du magnésium on a observé
une plus forte éjection de la fonte; une partie des éclaboussures a atteint la bouche de la poche en formant de petites couvertures, tandis que l'autre partie des éclaboussures a été éjectée à l'extérieur de la poche et représenté des pertes de fonte. La valeur des pertes de fonte était de 0,10%.
A la suite du traitement, on a obtenu une fonte ayant
la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=13.1>
L'exemple mentionné montre que la haute intensité d'amenée du réactif assuré une diminution de la teneur en soufre jusqu'à 0,016%, le taux de désulfuration de la fonte étant de 70%. Ces indices sont un peu moins bons (bien qu'admissibles) qu'en cas d'application des valeurs moyennes optimales des paramètres (exemple 1). En même temps, on a noté un accroissement de la violence du processus de désulfuration et des éjections accrues en cas d'augmentation de l'intensité de 1,1 à 1,95 g/s.t.
Exemple 6.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 129 t, dans une poche 1, d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de
1390[deg.] C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=14.1>
Dans la poche 1 on a immergé la tuyère 2. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ
92% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 30 minutes, à une vitesse de 4 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était de 22 kg/m<3> environ, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 0,3 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étants de 0,5 à 1,2 mm, et la teneur en magnésium pur, de 91%.
Au cours de l'insufflation du magnésium, on a observé une ébullition très calme du métal dans la poche; l'éjection était pratiquement nulle. On a noté une diminution de 35[deg.]C
de la température de la fonte, ce qui a causé une durée élevée du processus d'introduction du magnésium, due à l'intensité réduite de son introduction.
A la suite du traitement on a obtenu une fonte de composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=15.1>
La comparaison de la composition chimique de la fonte avant et après le traitement a fait apparaître une diminution de la teneur en soufre jusqu'à 0,019%, c'est-à-dire que le taux de désulfuration a été de 68%. Les résultats du traitement de la fonte révèlent une certaine diminution de l'efficacité d'élimination du soufre, une prolongation du processus de traitement et une diminution de la température de la fonte, si le traitement est effectué aux limites inférieures de l'intensité d'introduction.
Exemple 7.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 127 t dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température de départ de la fonte liquide était de 1400[deg.]C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=16.1>
La tuyère 2 a été immergée dans la poche 1. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ 91% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 8 minutes, à une vitesse de 0,08 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était d'environ 43 kg/m<3>, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,2 g/s.t.
Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étant de 0, 5 à 1,6 mm, et la teneur en magnésium pur, de 90%.
Au cours de l'insufflation du magnésium, on a observé une éjection périodique élevée de la fonte. Dans ce cas, une partie des éclaboussures a atteint la bouche de la poche, tandis que l'autre partie a été éjectée à l'extérieur de
la poche.
<EMI ID=17.1> A la suite du traitement on a obtenu une fonte ayant la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=18.1>
En comparant la composition chimique de la fonte avant et après le traitement, on peut constater que la teneur en soufre a diminué de 0,052 à 0,014%, c'est-à-dire que le taux de désulfuration est de 73%. Les résultats du traitement de la fonte révèlent une efficacité suffisante de désulfuration� toutefois l'éjection de la fonte était accompagnée de pertes de celle-ci^ L'éjection élevée est due à l'instabilité de l'amenée du magnésium aux faibles vitesses d'insufflation.
Exemple 8.-
On a effectué la désulfuration d'une portion de fonte liquide d'une masse de 130 t dans une poche 1 d'une capacité de 140 t. La température initiale de la fonte liquide était de 1410"C.
La fonte liquide à traiter avait la composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=19.1>
La tuyère 2 a été immergée dans la poche 1. La profondeur d'immersion de la tuyère dans la fonte liquide était d'environ 90% de la profondeur du métal dans la poche 1.
Par la tuyère 2 on a insufflé pendant 8 minutes, à une vitesse de 9 m/s, du magnésium granulé dans un jet d'air sec comprimé. La concentration du magnésium dans le jet d'air porteur était de 10 kg/m<3>, environ, tandis que l'intensité d'insufflation du magnésium était de 1,1 g/s.t.
d Le magnésium utilisé pour le traitement de la fonte était sous forme de granules, la dimension des particules étant de 0,5 à 1,6 mm, et la teneur en magnésium pur, de 91%.
Au cours de l'insufflation du magnésium, on a observé une éjection modérée de la fonte, mais les éclaboussures ne se sont pas accompagnées d'éjections à l'extérieur de la poche. On a constaté une vibration élevée de la tuyère, qui était transmise aux commandes mécaniques de déplacement de la tuyère. En outre, après l'achèvement du traitement et la montée de la tuyère, on a décelé des excroissances sur la surface intérieure de l'évasement 4.
A la suite du traitement, on a obtenu une fonte de composition chimique suivante (% en poids) :
<EMI ID=20.1>
En comparant la composition chimique de la fonte avant et après le traitement, on constate une diminution de la teneur en soufre de 0,057 à 0,020, c'est-à-dire que le taux de désulfuration de la fonte était de 65%. Les résultats du traitement de la fonte révèlent un certain abaissement de l'efficacité de désulfuration de la fonte et une croissance des vibrations du dispositif à tuyère lors du travail aux limites supérieures de la vitesse d'insufflation.
Dans les exemples cités ci-dessus, la quantité de fonte liquide soumise au traitement dépasse 100 t, mais il est compréhensible, pour un spécialiste dans ce domaine, que le procédé décrit peut aussi être appliqué au traitement de quantités de fonte liquide inférieures à 100 tonnes.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.