Procédé de fusion de substances à point de fusion élevé. La présente invention est relative à un procédé de fusion de substances à point de fusion élevé dans un four à cuve, avec utilisa tion, pour provoquer cette fusion, de gaz chauds, obtenus, par exemple, par combus tion d'un combustible solide; elle s'applique en particulier à la fusion de mitraille d'acier, d'éponge de fer, de minerais de cuivre et de ciment de Portland.
On sait que dans les procédés de ce genre il y a intérêt à ce que la température des gaz utilisés soit très élevée et que, d'autre part, ces gaz ne soient pas, autant que possible; oxydants à cette température; or, la fusion des substances à point de fusion élevé exige des quantités importantes de gaz qui sont en gé néral perdus après qu'ils ont été refroidis par leur passage dans le four -à cuve de fasion. Le but de la présente invention est de réduire la quantité de ces gaz nécessaires à la fusion en utilisant pendant au moins une partie de la durée de la fusion une même quantité de gaz non oxydants circulant en cycle et que l'on réchauffe après leur passage et leur re froidissement dans le four de fusion.
Le procédé de fusion de substances point de fusion élevé faisant l'objet de la présente invention. est caractérisé en -.#e que, pendant au moins une partie de la durée<B>(le</B> l'opération de fusion, la fusion est rPalis,@e à l'aide d'un mélange gazeux comp-)sé au moins en ma ;cure partie d'éléments non oxy dants et circulant en cycle entre au moins un réchauffeur de gaz chargé de combustible et préalablement soufflé à chaud, dans lequel il circule de haut en bas pour être chauffé -in contact du combustible, et un four à cuve dans lequel il circule de bas en haut en cé dant sa chaleur aux matières à fondre.
On peut opérer de façon que les gaz du cycle ne renferment pas d'acide carbonique et n'exercent par conséquent aucune influence oxydante sur la matière à fondre, ce qui est d'une importance primordiale pour la fusion des métaux, surtout pour l'éponge dc fer et la mitraille d'acier; ces gaz absorbent la cha- leur sensible du combustible dans le ré chauffeur et la transmettent au contenu du four de fusion.
Cette circulation de gaz du cycle, pro duite, par exemple, par une soufflerie placée de préférence à. la sortie de la partie supé rieure du four de fusion, peut durer quelques minutes et ensuite il faut remplacer 'la cha leur qui a été enlevée au combustible dans le réchauffeur à gaz; cela se fait de préférence par soufflage à chaud avec de l'air.
Pendant ce soufflage, la combustion du combustible en acide carbonique ne se produit que d'une façon incomplète et les gaz d'é chappement peuvent contenir encore jusqu'à 20% d'oxyde de carbone et posséder, de ce fait, encore une certaine puissance calorifi que. Celle-ci peut être utilisée de plusieurs manières. On peut, à cet effet, les brûler par de l'air plus ou moins riche en oxygène, soit dans un régénérateur qui sera ensuite parcouru par l'air servant au soufflage, soit avant ou dans le four de fusion, où ils cir culent en alternance avec les gaz du cycle; dans ce cas, la. fusion est opérée alternative ment en atmosphère réductrice et oxydante.
En soufflant à. chaud le réchauffeur de gaz du cycle avec une température de vent de 800 , on peut obtenir dans ce réchauffeur une température de combustion d'environ <B>1700</B> . Pourtant, la température des gaz du cycle ne pourra être portée qu'a environ 1500 en raison de la différence de tempé rature causée par la transmission de chaleur du combustible incandescent aux gaz du cy cle. Cette température de 1500 peut, dans certains cas tels que ceux de fusion de mi traille d'acier et d'éponge de fer, être insuf fisante pour provoquer la fusion. Dans ce cas, on chauffe les gaz de<B>1500'</B> à une tempé rature supérieure à la température de fusion. Ce chauffage peut être opéré de diverses fa çons.
Un premier mode consiste à introduire dans le gaz du cycle chauffé :à 1500 , pen dant son trajet du réchauffeur à gaz au four de fusion, un peu d'oxygène pur, provo quant ainsi la combustion partielle en acide carbonique jusqu'à<B>1800</B> ou 2000 ; il suf fit de brûler ainsi 5 % de la quantité du gaz de cycle.
Un second mode consiste à. introduire, après le soufflage à chaud du réchauffeur par l'air chauffé, de l'air plus ou moins riche en oxygène dans ce réchauffeur.
Un troisième mode consiste à utiliser pour le soufflage à chaud de l'air enrichi en oxy gène.
Un quatrième mode consiste à insuffler avec l'oxygène un peu de poussière de char bon dans le gaz du cycle au passage entre le réchauffeur à. gaz et le four de fusion et à enflammer le mélange d'oxygène et de poussière de charbon.
Les dessins ci-joints représentent, schéma tiquement et à titre d'exemple, deux instal lations pour la réalisation du procédé sui vant l'invention.
La<U>fi*</U> 1 est relative au cas où la fusion dans le four à cuve se fait uniquement par des gaz non oxydants circulant en cycle; La fig. 2 est relative au cas où la fu sion se fait alternativement avec des gaz non oxydants circulant en cycle et avec des gaz provenant de la combustion en acide carboni que des gaz s'échappant du réchauffeur de gaz pendant la période de soufflage à chaud de celui-ci.
Dans la fig. 1, l'installation comporte le four de fusion a, les réchauffeurs à gaz b' et b", les réchauffeurs à vent c' et c", les vannes d'inversion<I>d', d"</I> et n, la soufflerie f pour la circulation du gaz du cycle, la souf flerie à vent g, les laveurs à. gaz la' et la", les tuyères à oxygène<B>V</B> et<I>le",</I> les tuyères à poussière de charbon<I>r'</I> et<I>r"</I> et les registres s' et s' sur les conduits de jonction entre les réchauffeurs à gaz b' et b" et le four de fu sion a.
Au commencement de la. marche, les réchauffeurs à. gaz b' et b" sont soufflés à chaud par de l'air envoyé par la soufflerie g et les réchauffeurs à. vent c' et c" sont chauffés par la combustion des gaz contenant de l'oxyde de carbone et s'échappant des ré chauffeurs à gaz. Pendant le soufflage à chaud du réchauffeur b', les vannes d'inver sion<I>n, d',</I> d"- ont la position indiquée dans la fig. l; le registre s' est fermé. Pen dant le soufflage à chaud du réchauffeur b", ces mêmes vannes sont inversées et oc cupent, sur la figure, une position symétri que par rapport à leur axe vertical, de la position figurée: le registre s" est en même temps fermé.
Le charbon des réchauffeurs à gaz possède, en bas, une température d'envi ron<B>1700,'</B> qui va en diminuant vers le haut, jusqq'à 100 . Ainsi, les gaz qui s'échappent des réchauffeurs sortent toujours refroidis avant d'être introduits à travers le laveur à gaz lâ' dans les réchauffeurs à vent pour y être brûlés complètement. Le four de fusion est rempli avec la matière à fondre.
Le fonctionnement normal de l'installa tion comporte ensuite une suite de périodes alternées qui durent chacune quelques minu tes. Dans une première période, les soupapes d'inversion<I>d', d" et</I> ta ont la position indi quée sur la figure; en même temps, à. la suite d'une manoeuvre automatique le registre s" est ouvert et le registre s' est fermé. La soufflerie f est mise en marche et aspire au sommet du four de fusion, par la conduite l' et le laveur à gaz h', le gaz qui se trouve dans le réchauffeur à gaz b". Par la con duite 2", ce gaz repasse dans le réchauffeur à gaz b" où il se réchauffe au contact du coke incandescent, à environ 1500 , de ce ré chauffeur.
A cette température, il passe du réchauffeur à. gaz b", par le canal de com munication; dans le four de fusion a. Pendant ce trajet, il est chauffé, si cela est nécessaire, jusqu'à 1800 ou 2000 : 1o par combustion partielle avec de l'oxygène pur (tuyère k") ou 20 par l'introduction d'oxygène ou d'air riche en oxygène dans le foyer du réchauf feur à gaz par une tuyère analogue à la tuyère 7c" de la fig. 2. Pour empêcher toute formation d'acide carbonique, on peut insuf fler de la poussière de charbon en même i.emps que l'oxygène, par les tuyères r".
Dans le four de fusion a, le gaz du cycle cède alors sa chaleur à la matière à fondre et sort à 200 environ. Il est aspiré à l'aide de la soufflerie f par la conduite l' et le la veur à gaz h' et refoulé ensuite par la con duite 2" dans le réchauffeur < i gaz b", et cir cule donc ainsi constamment en un cycle fermé.
Pendant que des gaz non oxydants cir culent ainsi en cycle entre le four de fusion <I>a</I> et le réchauffeur de gaz<I>b",</I> le réchauffeur, de gaz b' est soufflé à chaud. A cet effet, la vanne d'inversion n étant disposée comme sur la figure, la soufflerie g insuffle, par la conduite 3' et le réchauffeur d'air c', dan.3 le réchauffeur à gaz b', de l'air qui est. porté à <B>800'</B> dans le réchauffeur d'air c', préalable ment chauffé par combustion dans ce réchauf feur des produits de soufflage du réchauf feur de gaz b".
Cet air provoque, dans le K- chauffeur à gaz b', par la combustion par tielle du colle qui le remplit, le soufflage â. chaud de ce réchauffeur. Le gaz, contenant, environ 20% d'oxyde de carbone, quitte le haut du réchauffeur à. gaz b', à la tempéra ture de 1.50 à 250 , par la conduite 4', tra verse le laveur à gaz h," el, se rend par la cou- duite 5" dans le réchauffeur à. air c". Lâ il est allumé et brûlé complètement et cède sa chaleur au garnissage de briques réfractaires de ce réchauffeur à vent c".
Au bout d'une ou deux minutes, on passe à la seconde période; on inverse les vannes <I>d', d"</I> et n, en même temps le registre s" se ferme et le registre s' s'ouvre. Le, gaz non oxydants circulent alors en cycle entre le ré chauffeur de gaz b' et le four de fusion a en passant par la conduite l', le laveur h', la soufflerie f, la conduite 2', la vanne d', la conduite 4', le réchauffeur de gaz h' et le conduit entre<I>a</I> et<I>b'</I> dans lequel le registre s' est ouvert. Pendant ce temps. on souffle à chaud le réchauffeur à gaz b" à l'aide d'air refoulé par le ventilateur g et qui est préa lablement porté à 800 dans le réchauf feur de vent c".
Les produits de soufflage à chaud du réchauffeur à ga.z b" sont en suite envoyés par la conduite 4", la vanne d", le laveur h" et la conduite 5' dans le ré- chauffeur de vent c' où ils sont brûlés pour chauffer le garnissage réfractaire de ce ré chauffeur.
Après une durée de quelques minutes, on revient ensuite à. la première période, pen dant laquelle les gaz non oxydants circu lent en cycle entre le réchauffeur b" et le four de fusion, et ainsi de suite.
La communication des réchauffeurs de gaz b' et b" avec le four de fusion est fer mée pendant le soufflage à chaud de ces réchauffeurs par les registres s' et s" refroi dis à l'eau. Les registre, sont fermés ou ou verts en liaison avec les vannes d'inversion <I>d'</I> et<I>d"</I> au moyen des pistons 7,c, qu'on fait avancer et reculer par de l'air comprimé dans les cylindres t.
On voit que grâce à la présence de deux réchauffeurs de gaz, le procédé de fusion peut être conduit d'une manière continue, car la. circulation en cycle des gaz non oxydants <U>oui</U> réalisent cette fusion se fait d'une ma nière continue, alternativement par l'un ou l'autres des réchauffeurs de gaz, pendant (lue le second est soufflé à chaud.
L'installation de la fig. \? ne comporte qu'un seul réchauffeur à gaz b; les gaz con tenant de l'oxyde de carbone et s'échappant de ce réchauffeur pendant la période de soufflage à chaud de celui-ci sont brûlés par de l'oxygène pur ou presque pur, au lieu d'être brûlés dans un réchauffeur à air, et sont introduits dans le four de fusion. Dans ce mode de réalisation, les réchauffeurs à air sont donc supprimés.
Le fonctionnement de cette installation est le suivant: Le réchauffeur à gaz b est soufflé à chaud avec de l'air ordinaire ou de l'air ri che en oxygène, qui est amené à =l'aide de la soufflerie g par la conduite 1. Pendant cette période, le registre s du canal de com munication entre le réchauffeur à gaz et le four de fusion est fermé.
Les gaz s'échappant à 9,50 environ du réchauffeur de gaz b et contenant environ 20 % d'oxyde de carbone sont introduits par la, conduite ' dans le four de fusion a. Ils sont brûlés complètement en acide carboni- que par addition d'oxygène (tuyères k') et après avoir traversé le four de fusion et cédé leur chaleur à la charge de celui-ci; ils sor tent en i., par la vanne d'inversion<I>d.</I>
La vanne d est ensuite maneeuvrée pour permettre l'établissement d'un circuit de gaz non oxydants entre le four a. et le réchauf feur b; simultanément, le registre s s'ouvre. Par la soufflerie f, le gaz contenu dans le four de fusion<I>a</I> et le réchauffeur à gaz b est aspiré dans le haut du four de fusion, passe dans le laveur<I>la</I> et est ensuite refoulé par la conduite 3 dans le réchauffeur à gaz b (préalablement soufflé à. chaud); il en sort surchauffé (à 1500 environ) et se rend par le conduit entre a et b, dans lequel le regis tre s est ouvert, dans le four de fusion a pour être aspiré de nouveau en haut du four.
Dans le four de fusion ou dans le con duit de communication, on introduit un peu d'oxygène dans le gaz (tuyères k') et une petite partie de ce gaz est brûlée en acide carbonique pour obtenir une haute tempéra ture; ou bien, pendant. le fonctionnement du cycle, on insuffle par les tuyères k" de l'oxygène- dans le foyer du réchauffeur à gaz b. Si, par contre, le soufflage à chaud a lieu avec de l'air enrichi en oxygène, cette insufflation d'oxygène devient inutile.
Cette installation n'exige pour une mar che continue qu'un seul réchauffeur de gaz, parce que les gaz provenant du soufflage à chaud de ce réchauffeur sont utilisés dans le four de fusion.
On fera enfin observer que la fusion la plus économique peut seulement être obte nue dans un four .à cuve parce que le gaz y circule en contre-courant avec la charge des matières à fondre et qu'il peut leur céder sa chaleur dans les proportions les plus lar ges, tandis que dans un four à sole, cela ne se réalise que dans une mesure tout à fait insuffisante.
D'autre part, le four à. sole possède le grand avantage qu'on peut, en lui fournis- saut de la chaleur, continuer le traitement de la matière à l'état liquide, l'affiner, l'amé liorer, ou la faire entrer en alliage. On peut donc placer, devant le four ,à cuve, un four à. sole, dans lequel du métal liquide peut être surchauffé et affiné à l'aide d'une flamme fournie par la combustion de charbon puhré- risé dans l'oxygène.
Dans ce cas, les gaz pro venant de cette combustion cèdent leur cha leur rayonnante au métal liquide dans le four à sole, puis peuvent être envoyés dans le four à cuve en plus des gaz non oxydants circulant en cycle, qui servent partiellement à la fusion de la charge de ce four.<B>En</B> cas de besoin, les gaz provenant du four d'affi nage peuvent être surchauffés dans leur passage du four à sole au four à cuve par une flamme auxiliaire d'oxygène et de charbon pulvérisé.
De cette manière, on peut réunir les avan tages du four à sole pour le traitement sup plémentaire de la matière fondue avec ceux du fonctionnement d'un four à cuve, beau coup plus économique pour la fusion.
Ainsi, on peut charger, par exemple, le four à. sole avec de la fonte à. l'état liquide provenant d'un haut fourneau et le four à cuve avec de la mitraille d'acier ou de la fonte brute solide.
L'affinage dans le four à sole peut aussi se réaliser avec du minerai ou de l'oxyde de laminoirs; dans ce cas, la flamme obtenue par combustion de charbon pulvérisé dans l'oxygène sert principalement à. fournir la chaleur nécessaire au four à sole.
Quand on effectue dans le four à cuve la. fusion de fonte brute, de mitraille de fonte ou de mélanges tels que: fonte brute mitraille d'acier ou mitraille d'acier mitraille de fonte, on peut procéder à un affinage continu du métal obtenu pour le transformer en acier fondu. Le fer fondu est affiné de façon continue, pendant son écoule ment dans un collecteur ou même dans ce collecteur, par un jet d'oxygène ou par l'acide carbonique d'une flamme à oxygène-poussière de charbon. On peut aussi opérer déjà, lors de la fu sion elle-même, un certain affinage du nu@- tal. Dans ce but, on place clans le four à cuve même un deuxième foyer alimenté par un lange d'oxygène et de poussière de charbon.
Dans la flamme d'oxygène et (le poussi < 1re de charbon, le carbone est brûlé complète ment sous forme d'acide carbonique: cet acide carbonique sert à affiner le fer liquide et est utilisé, en même temps, pour aider à la fu sion du fer, parce que les gaz provenant de la combustion de la poussière de charbon dans l'oxygène traversent le four à cuve.
L'affinage peut également. avoir lieu, en cas de besoin, par un jet d'oxygène sans ad dition de poussière de charbon ou avec une quantité de poussière de charbon très<I>res-</I> treinte.
C'est suivant la quantité plus ou inoilis importante de fonte brute ou (le, mitraille de fonte par rapport à la mitraille d'acier (lie l'on augmente ou que l'on réduit le chauf fage additionnel de la flamme d'oxygène et de poussière de charbon. De cette façon, l'ae- tion d'affinage peut déjà se régler selon les besoins pendant la fusion.
De plus, on peul obtenir un réglage complémentaire pour le maintien exact d'une certaine teneur en car bone dans l'acier, en augmentant ou diiui- nuant la quantité de poussière de charbon introduite dans la flamme d'oxygène et (te poussière de charbon.