EP0110806B1 - Système de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance de soufflage - Google Patents

Système de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance de soufflage Download PDF

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EP0110806B1
EP0110806B1 EP83630175A EP83630175A EP0110806B1 EP 0110806 B1 EP0110806 B1 EP 0110806B1 EP 83630175 A EP83630175 A EP 83630175A EP 83630175 A EP83630175 A EP 83630175A EP 0110806 B1 EP0110806 B1 EP 0110806B1
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gas
carbon
metering
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lance
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Jean Peckels
Antoine Schaaf
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Arcelor Luxembourg SA
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Arbed SA
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for adjusting the supply of solids to a lance used to supply a metal bath, in particular a cast iron bath in the process of refining.
  • the invention describes in particular a device and a method, suitable for the introduction of granulated combustible material using neutral carrier gases into the metal being refined in the context of the LD, LD-AC or LBE processes.
  • patent application FR 2 459 835 provides for blowing calcium carbide on the surface of the bath, and this by using refining oxygen as the vehicle for the carbide. It turns out that the carbide carried by the oxygen does not oxidize in the jet, which may a priori surprise.
  • carbides are compounds which are obtained by reactions consuming large amounts of energy which should exclude such a process at a time when energy is expensive.
  • the constraint of recarburizing the bath in reduced time is also reinforced if nitrogen is chosen as the carrier gas for reasons of cost price.
  • the nitrogen jet strikes the surface of the metal bath in the immediate vicinity of the refining oxygen.
  • the degree of dissolution of nitrogen in liquid steel increases with temperature.
  • the object of the invention is to provide a device and a method capable of rapidly injecting a high quantity of granulated combustible material into a metal bath from above.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the system for adjusting the supply of the lance.
  • the insufflation lance 1 which can be a multiflux lance used to supply the bath jointly with oxygen and granulated material, or else a monoflux lance used to inject only granulated material into the bath. In the latter case, the refining oxygen and possibly the post-combustion oxygen is supplied by a separate lance.
  • the lance 1 is mounted on a quick fixing system 2, integral with a carriage or any other mobile system, not shown, used to approach the lance at the desired distance from the surface of the bath.
  • the fastening system is connected to a set 5 of rigid tubes 3 and articulations 4, known as shears as well as to a safety device 6 which detects possible leaks in the body of the lance 1.
  • the leak detection is particularly important in multiflow lances which jointly supply the fuel which is normally abrasive and the oxidizer and can for example be carried out using a sheath filled with a fluid, which surrounds the duct of carbonaceous material the lance and a pressure sensor which monitors the fluid pressure. In the event of a rupture, the sensor registers a pressure variation which it transmits to the safety device 6 which stops the blowing operation. It is also possible to design a cooling circuit so as to achieve at the same time a separation between the fuel and oxidizer conduits. In this case, monitoring of the cooling circuit pressure also allows leak detection.
  • the shears 5 can be connected at will to the circuit 7 supplying carbonaceous material or to the circuit 8 supplying sweep gas by acting on the electromagnetic valves 9 respectively 10.
  • the circuit 8 is used to send a determined flow rate of argon from the source 30 or nitrogen from the source 31 to the lance 1 by opening / closing the valves 21 resp. 22 and by adequately controlling the flow regulator 11.
  • the regulator 11 essentially consists of a pressure sensor 19, a pressure variation sensor 18 and a temperature sensor 20 connected respectively to converters 17 , 16 and 15 which transform the signals picked up into electrical signals which can be processed by the computer 14.
  • the latter determines according to the operating mode of the crucible or the state of blockage of the conduits the required flow rate which it transmits to the regulating valve 12 via the amplifier 13. Note that for reasons of clarity of the figure the computer has been drawn in several different places (provided with the references 14a and 14b).
  • valves 24 at 26 are located between valve 22 and the nitrogen source 31 as well as a pressure regulator 25 which prevents the source 31 from applying excessive pressures to the purge gas supply circuit 8.
  • a one-way valve 53 avoids any feedback from the carbonaceous material supply circuit 7 to the purge gas supply circuit 8.
  • the circuit 7 supplying carbonaceous material is only connected to the nitrogen source 31 and essentially comprises a flow regulator 11a as well as a blast airlock with a cellular metering device 40.
  • the airlock allows the flow rate of the mixture to be adjusted continuously. to be introduced and this by simply acting on the speed of rotation of the wheel of the cellular metering device 48.
  • the flow rate of carrier gas passing through the blowing lance can thus be modified independently of the quantity of solid material.
  • the airlock includes a conduit 41 leading to the pressurization system of the carbonaceous material reservoir 47, as well as conduits 42 to 46 connected to the fluidization system of the carbonaceous material.
  • a sensor 50 monitors the pressure in the conduits downstream of the airlock 40 and acts via the converter 49 and the computer 14b on the speed of rotation of the rove of the cellular metering device 48.
  • the flow regulator 11 a of the supplier circuit carbonaceous material 7 is of a design close to that of the regulator 11 controlling the flow of sweeping gas and the elements fulfilling equivalent functions are identified by the same numbers increased by the letter a. Note that the pressure prevailing in the duct is identified using the sensor 19a mounted on the pressure regulator 25a and the valves 24a and 26a and practically indicates the pressure of the nitrogen source 31.
  • the installation also includes several manometers 51 as well as electromagnetic valves 52.
  • the valve 9 is open while the valve 10 is closed.
  • the carrier gas flow rate as well as that of carbonaceous material are adjusted to the maximum values compatible with the capacities of the installation (source, conduits, airlock, etc.) and metallurgical requirements (capacity for absorbing carbon by the bath, etc.).
  • the pressure detected by the sensor 50 increases and the computer 14 commands a reduction in the speed of rotation of the wheel of the metering device 48 so as to reduce the load of solid material in the gas flow. If the pressure then drops, the speed of rotation of the wheel 48 is again increased.
  • the computer 14 controls the stopping of the circuit 7, the closing of the valve 9 and the opening of the valve 10. Then the regulating valve 12 is opened to the maximum so as to send, depending on the opening or closing of the valves 21 and 22, nitrogen or argon under high pressure on the shears 5 and the lance 1. If the unblocking desired operation takes place, the pressure measured by the sensor 50 drops and recarburation can resume.
  • valve 9 is closed and the valve 10 open and allows a small flow of gas (nitrogen, preferably argon) to flow through the shears 5 and the lance 1 so as to prevent blockage of the conduits due has an agglomeration of carbonaceous material deposited in the tubes or a blockage of the lance head caused by projections.
  • gas nitrogen, preferably argon

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif et un procédé de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance servant à approvisionner un bain de métal, notamment un bain de fonte en voie d'affinage. L'invention décrit en particulier un dispositif et un procédé, adapté à l'introduction de matière combustible granulée à l'aide de gaz porteurs neutres dans le métal en voie d'affinage dans le cadre des procédés LD, LD-AC ou LBE.
  • On connait des procédés qui prévoient de recarburer des bains de métal par addition de carbone par le haut. Ainsi la demande de brevet FR 2.459.835 prévoit de souffler sur la surface du bain du carbure de calcium, et ceci en utilisant l'oxygène d'affinage comme véhicule du carbure. Il s'avère que le carbure véhiculé par l'oxygène ne s'oxyde pas dans le jet, ce qui peut à priori surprendre. D'un autre côté, les carbures sont des composés que l'on obtient par des réactions consommatrices de grandes quantités d'énergie ce qui devrait exclure un tel procédé à une époque où l'énergie est chère.
  • Il serait par conséquent logique de prévoir l'utilisation de carbone sous forme d'anthracite, de poussier de coke ou autre matière carbonée appropriée. Or dans ce cas il est peu probable que l'on puisse opérer l'insufflation de la manière décrite dans la demande de brevet FR 2.459.835 sans qu'il y ait oxydation prématurée, éventuellement sous forme d'une combustion véhémente, destructrice de l'équipement. Il faut par conséquent injecter la matière carbonée à l'aide d'un gaz non comburant et prévoir éventuellement un écran protecteur gazeux entre le flux de matière carbonée et les jets avoisinants d'oxygène d'affinage.
  • Les expériences des déposants ont montré que pour avoir une bonne absorption de la matière carbonée par le bain, il faut que celui-ci présente non seulement des concentrations d'oxygène et de carbone bien déterminées, mais qu' il faut en plus que la matière carbonée ait une énergie cinétique suffisante à la sortie de la lance pour pénétrer dans le bain. Cette énergie cinétique élevée, qui est également requise pour éviter une combustion prématurée de la matière carbonée au dessus du bain, est obtenue à l'aide d'un flux puissant de gaz. Etant donné que ce jet de gaz neutre exerce un effet refroidissant il est essentiel d'introduire la quantité requise de matière carbonée dans le bain dans un temps de soufflage aussi court que possible. Or un jet de gaz ayant une concentration en matières solides élevée crée des problèmes de bouchage des conduits d'amenée et de la tuyère de la lance.
  • La contrainte de recarburer le bain en temps réduit est par ailleurs renforcée si on choisit pour des raisons de prix de revient l'azote comme gaz porteur. Le jet d'azote frappe en effet la surface du bain métallique au voisinage immédiat de l'oxygène d'affinage. Or il est bien connu que le degré de dissolution de l'azote dans l'acier liquide augmente avec la température.
  • L'invention a comme but de proposer un dispositif et un procédé capable d'injecter rapidement par en haut une quantité élevée de matière combustible granulée dans un bain de métal.
  • Ce but est atteint grâce au dispositif et au procédé tels que caractérisés respectivement dans les revendications indépendantes. Des variantes préférentielles de l'invention sont décrites dans les sous-revendications
  • D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la desctiption du schema de principe représenté en Fig.1 qui montre une forme d'exécution possible du système de réglage de l'alimentation de la lance.
  • On distingue la lance d'insufflation 1 qui peut être une lance multiflux servant à alimenter le bain conjointement en oxygène et en matière granulée, ou bien une lance monoflux servant à injecter uniquement de la matière granulée dans le bain. Dans ce dernier cas l'oxygène d'affinage et éventuellement l'oxygène de post-combustion est fourni par une lance séparée. La lance 1 est montée sur un système de fixation rapide 2, solidaire d'un chariot ou de tout autre système mobile, non représenté, servant à approcher la lance à la distance voulue de la surface du bain. Le système de fixation est relié à un ensemble 5 de tubes rigides 3 et d'articulations 4, connu sous le nom de cisaille ainsi qu'à un dispositif de sécurité 6 qui détecte d'éventuelles fuites dans le corps de la lance 1. La détection de fuites est particulièrement importante dans les lances multiflux qui fournissent conjointement le combustible qui est normalement abrasif et le comburant et peut par exemple être réalisée à l'aide d'une gaine remplie d'un fluide, qui entoure le conduit de matière carbonée dans la lance et d'un capteur de pression qui surveille la pression du fluide. En cas de rupture le capteur enregistre une variation de pression qu'il transmet au dispositif de sécurité 6 qui arrête l'opération de soufflage. On peut également concevoir un circuit de refroidissement de façon à réaliser en même temps une séparation entre les conduits de combustible et de comburant. Une surveillance de la pression du circuit de refroidissement permet dans ce cas également une détection des fuites.
  • La cisaille 5 peut être branchée à volonté sur le circuit 7 fournisseur de matière carbonée ou sur le circuit 8 fournisseur de gaz de balayage en agissant sur les vannes électromagnétiques 9 respectivement 10.
  • Le circuit 8 sert à envoyer un débit déterminé d'argon en provenance de la source 30 ou d'azote en provenance de la source 31 sur la lance 1 en ouvrant/fermant les vannes 21 resp. 22 et en contrôlant de façon adéquate le régulateur de débit 11. Le régulateur 11 se compose essentiellement d'un capteur de pression 19, d'un capteur de variation de pression 18 et d'un capteur de température 20 reliés respectivement à des convertisseurs 17, 16 et 15 qui transforment les signaux captés en signaux électriques traitables par le calculateur 14. Celui-ci détermine en fonction du régime de fonctionnement du creuset ou de l'état de bouchage des conduits le débit requis qu'il transmet à la vanne régulatrice 12 par l'intermédiaire de l'amplificateur 13. Notons que pour des raisons de clarté de la figure le calculateur a été dessiné en plusieurs endroits différents (muni des références 14a et 14b). Entre la vanne 22 et la source d'azote 31 sont situés les vannes 24 at 26 ainsi qu'un régulateur de pression 25 qui évite que la source 31 n'applique des pressions excessives au circuit fournisseur de gaz de balayage 8. Une valve unidirectionnelle 53 évite toute rétroaction du circuit fournisseur de matière carbonée 7 sur le circuit fournisseur de gaz de balayage 8.
  • Le circuit 7 fournisseur de matière carbonée est uniquement relié à la source d'azote 31 et comporte essentiellement un régulateur de débit 1 la ainsi qu'un sas de soufflage à doseur alvéolaire 40. Le sas permet de régler en variation continue le débit du mélange à introduire et ceci en agissant simplement sur la vitesse de rotation de la roue du doseur alvéolaire 48. Le débit de gaz porteur passant par la lance de soufflage peut ainsi être modifié indépendamment de la quantité de matière solide. Le sas comporte un conduit 41 menant au système de pressurisation du réservoir de matière carbonée 47, ainsi que des conduits 42 à 46 reliés au système de fluidisation de la matière carbonée. Un capteur 50 surveille la pression dans les conduits en aval du sas 40 et agit par l'intermédiaire du convertisseur 49 et du calculateur 14b sur la vitesse de rotation de la rove du doseur alvéolaire 48. Le régulateur de débit 11 a du circuit fournisseur de matière carbonée 7 est d'une conception proche de celle du régulateur 11 contrôlant le flux de gaz de balayage et les éléments remplissant des fonctions équivalentes sont répérés par les mêmes chiffres augmentés de la lettre a. Notons que la pression régnant dans le conduit est répérée à l'aide du capteur 19a en mont du régulateur de pression 25a et des vannes 24a et 26a et indique pratiquement la pression de la source d'azote 31.
  • Il est bien évident qu'au lieu d'un calculateur unique on peut également utiliser des calculateurs individuels, dans ce cas de préférence analogiques, pour les régulations de débit de gaz porteur de matière carbonée et de gaz de balayage et pour la régulation du doseur alvéolaire. Dans ce cas les amplificateurs 13 et 13a sont remplacés par des amplificateurs- régulateurs qui recoivent leur consigne du calculateur 14b qui contrôle alors la concentration de matière solide dans le gaz en agissant sur l'amplificateur-régulateur 13a et sur la vitesse de rotation de la roue du doseur. Le calculateur 14b est alors également relié à l'amplificateur- régulateur 13 pour doser le flux de gaz de balayage. Une coordination supplémentaire entre les différents éléments de l'installation pourra être assurée par un opérateur.
  • L'installation comporte en outre plusieurs manomètres 51 ainsi que des vannes électromagnétiques 52.
  • Le fonctionnement du système est le suivant:
  • Lors de la phase de recarburation la vanne 9 est ouverte tandis que la vanne 10 est fermée. Le débit de gaz porteur ainsi que celui de matière carbonée sont réglés aux valeurs maximales compatibles avec les capacités de l'installation (source, conduites, sas etc.) et les exigences métallurgiques (capacité d'absorption du carbone par le bain etc.). Dès que les conduites accusent un début de bouchage, qui peut naître dans les conduits situés en aval du sas de soufflage à doseur alvéolaire, la pression répérée par le capteur 50 augmente et le calculateur 14 commande une réduction de la vitesse de rotation de la roue du doseur 48 de sorte à diminuer la charge en matière solide dans le flux gazeux. Si ensuite la pression chute, la vitesse de rotation de la roue 48 est de nouveau augmentée. Dans le cas contraire une réduction supplémentaire de la vitesse de rotation est comandée. Lorsque des opérations successives de réduction de la vitesse de rotation de la roue 48 n'aboutissent pas au débouchage des conduits, le calculateur 14 commande l'arrêt du circuit 7, la fermeture de la vanne 9 et l'ouverture de la vanne 10. Ensuite la vanne régulatrice 12 est ouverte au maximum de sorte à envoyer selon l'ouverture ou la fermeture des vannes 21 et 22, de l'azote ou de l'argon sous pression élevée sur la cisaille 5 et la lance 1. Si le débouchage désiré s'opère, la pression mesurée par le capteur 50 chute et la recarburation peut reprendre.
  • Entre deux opérations de recarburation la vanne 9 est fermée et la vanne 10 ouverte et permet à un faible flux de gas (azote, de préférence argon) de circuler à travers la cisaille 5 et la lance 1 de façon à empêcher un bouchage des conduits dû a une agglomération de matière carbonée déposée dans les tubes ou un bouchage de la tête de lance provoqué par des projections.
  • Le fonctionnement du système a été expliqué en utilisant des sources d'argon ou d'azote. Il est bien évident que l'on peut envisager l'utilisation de n'importe quel gaz compatible avec les contraintes d'ordre chimique c.à. d. tout gaz non- oxydant, ce qui n'exclut pas l'utilisation de gaz de recyclage. De même, les opérations de débouchage des conduits ont été décrites en ouvrant respectivement fermant les valves électromagnétiques 9 et 10. On peut également ouvrir conjointement les vannes 9 et 10 et ajuster les différents débits de matière gazeuse et solide de sorte à aboutir au débouchage désiré. On peut aussi sans sortir du cadre de l'invention envisager de commander la valve électromagnétique 10 par impulsions. Dans ce dernier cas il faut choisir la fréquence ainsi que les temps de montée des signaux commandant l'ouverture/fermeture de la valve 10 de manière à éviter la création de vibrations dans les conduits ou l'apparition de pressions excessives, destructrices du matériel.

Claims (10)

1. Dispositif de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance (1) servant à approvisionner par soufflage par le haut un bain de métal, notamment de fonte en voie d'affinage, en matière carbonée et possédant au moins une source de gaz comprimé (31, 32), un circuit fournisseur de matière carbonée en suspension dans un gaz (7) et des moyens de dosage des différents débits de gaz et de matière carbonée, dispositif comportant en outre au moins un circuit fournisseur de gaz de balayage (8) et des moyens (9, 10) pour brancher séparément ou conjointement les dits circuits (7,8) sur un conduit aboutissant à la lance (1) et un capteur de pression (50), disposé en aval des moyens de dosage de la matière carbonée (40) qui commande ces moyens de dosage lorsque la pression prend une valeur indiquant un début de bouchage.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de dosage de la matière carbonée sont constitués par un sas de soufflage à doseur alvéolaire (40).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le/les circuits fournisseurs de gaz de balayage (8) sont reliés à une/des sources de gaz (30, 31) sous pression et comportent un système doseur du débit du gaz (11) constitué par une vanne régulatrice de débit (12), des capteurs pour mesurer la température (20), la pression (19) et la variation de la pression (18) du gaz.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour brancher séparément ou conjointement les circuits (7, 8) fournisseurs de gaz et de matière carbonée en suspension dans un gaz sur le conduit aboutissant à la lance sont constitués par des vannes électromagnétiques (9, 10), de préférence contrôlées par ordinateur.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit aboutissant à la lance (1) est constitué par un ensemble (5) de tubes rigides (3) et d'articulations (4).
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter des fuites dans le corps de la lance ou dans la tête de lance et des moyens pour arrêter l'opération de soufflage en cas de fuite.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources de gaz (30, 31) contiennent de l'azote ou de l'argon.
8. Procédé de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance (1) servant à approvisionner par soufflage par le haut un bain de métal, notamment de fonte en voie d'affinage, en matière carbonée, dans lequel on met en oeuvre au moins une source de gaz comprimé (31, 32), un circuit fournisseur de matière carbonée en suspension dans un gaz (7) et des moyens de dosage des différents débits de gaz et de matière carbonée, ces derniers étant constitués par un sas de soufflage à doseur alvéolaire (40), dans lequel on varie la vitesse de rotation de la roue à cellules du doseur (40) pour avoir la concentration de matière carbonée dans le gaz désirée, dans lequel on surveille la pression du circuit fournisseur de matière carbonée (7) en aval du sas de soufflage à doseur alvéolaire (40) et dans lequel on réduit la vitesse de rotation de la roue à cellules du doseur (40) lorsque la pression prend une valeur indiquant un début de bouchage.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lors de la phase de recarburation le débit de gaz porteur ainsi que celui de matière carbonée sont réglés aux valeurs maximales compatibles avec les capacités de l'installation et les exigences métallurgiques, en ce qu'on commande une réduction de la vitesse de rotation du doseur alvéolaire de sorte à diminuer la charge en matière solide dans le flux de gaz dès qu'on répère une augmentation de pression en aval du doseur alveolaire, en ce qu'on augmente ensuite la vitesse de rotation de la roue du doseur si la pression chute et qu'on opère une réduction supplémentaire dans le cas contraire.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on commande l'arrêt du circuit fournisseur de matière carbonée en suspension dans un gaz (7), lorsque les opération successives de réduction de la vitesse de rotation de la roue n'aboutissent pas au débouchage des conduits et qu'on branche un circuit fournisseur de gaz de balayage (8) sur un conduit aboutissant à la lance (1).
EP83630175A 1982-10-27 1983-10-20 Système de réglage de l'alimentation en matières solides d'une lance de soufflage Expired EP0110806B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
LU84444 1982-10-27
LU84444A LU84444A1 (fr) 1982-10-27 1982-10-27 Systeme de reglage de l'alimentation en matieres solides d'une lance de soufflage

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EP0110806A1 EP0110806A1 (fr) 1984-06-13
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JP (1) JPS59133315A (fr)
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AT (1) ATE32351T1 (fr)
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BR (1) BR8305162A (fr)
CA (1) CA1210833A (fr)
DE (1) DE3375583D1 (fr)
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IN (1) IN160933B (fr)
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