EP0282824A2 - Dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques - Google Patents

Dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques Download PDF

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EP0282824A2
EP0282824A2 EP88103223A EP88103223A EP0282824A2 EP 0282824 A2 EP0282824 A2 EP 0282824A2 EP 88103223 A EP88103223 A EP 88103223A EP 88103223 A EP88103223 A EP 88103223A EP 0282824 A2 EP0282824 A2 EP 0282824A2
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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
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4653—Tapholes; Opening or plugging thereof

Definitions

  • the present invention relates to a device for emptying metallurgical vessels, in particular steelworks converters, containing metal and slag.
  • gas-permeable elements around the taphole, comprising elongated segments having a rectangular section and provided on the cold side with a gas distribution chamber.
  • These permeable elements are preferably two or four in number and located around the taphole at a distance of about 0.5 m from the axis.
  • the continuous bubbling of gas on the surface of the metal expels the slag, but only above the permeable elements and the slag may nevertheless reach the taphole by flowing between the slag-free areas above the permeable elements .
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks, and to effectively limit the quantities of slag entrained by the vortex which forms above the taphole.
  • the bubbling agent is usefully a neutral gas such as argon, nitrogen or possibly carbon dioxide.
  • gases used serve at the same time as washing gases favoring the ascent of the inclusions of impurities, suspended in the metal, towards the surface.
  • the casting lathe and the segments are directly adjacent, the dimensions are tolerable and the assembly is easy; moreover, the gases having a cooling effect on the walls of the taphole, their wear is delayed.
  • Fig.1 there is a tap hole 1 housed in the lining 2 of a converter in the drain position. To avoid any premature flow of slag and metal during tilting, the tap hole 1 was previously closed with a wooden plug. After tilting, this plug burns quickly and is pushed out of the tap hole 1, freeing the passage to steel 3. Eight elements permeable to a bubbling agent are located around the tap hole 1. It is essential that a first series of permeable elements 4 is adjacent to the stone comprising the hole which gives way to the steel. There is also shown a second series of permeable elements 5 which can be separated by a few tens of centimeters from the first series; the optimal separation distance, the number and size of these elements, their minimum degree of permeability etc. are determined for each converter by routine testing.
  • the different permeable elements are each provided on the cold side with a distribution chamber (not shown) from which a duct 7 leads, leading to valves for regulating the gas flow rate.
  • a distribution chamber (not shown) from which a duct 7 leads, leading to valves for regulating the gas flow rate.
  • the bodies of the permeable elements 4.5 do not cross the entire thickness of the coating 2; for the same reason the conduits 7 have baffles (not shown) capable of ensuring the freezing of the steel.
  • the total amount of gas injected is average. It is mainly done by the elements 4, adjacent to the taphole, so as to have a given quantity of gas entrained by the flow of metal flowing from the container; it is this gas which influences the wear profile of the inlet and the wall of the tap hole.
  • the remaining quantity of gas leaving the elements forms a curtain 8 of bubbling agent around the hole and rises to the surface where it creates a circular area 9. This range is free of slag, so that the steel can flow without being loaded with inclusions.
  • a gas flow of ca. two m3 / hour ensures the permeability of a refractory element.
  • the flow is increased up to ten m3 / hour to reach twenty m3 / hour towards the end of the casting.
  • exaggerated gas flows towards the end of the casting cause metal and slag splashes which are not favorable for a clean casting.
  • Fig. 2 shows a variant, in which the second series of permeable elements 25 is separated by a minimum distance from the first series 4.
  • Such an execution may be imposed by constraints coming from constructive details of the coating 2. It must also be chosen, when the permeability of the refractory elements 4 is not sufficient to effectively counteract the creation of the vortex.
  • a tap hole is usually made up of several superimposed ferrules with cylindrical orifices.
  • the upper shell a configuration in the form of an inlet funnel (see reference 21).
  • a conical taphole (see reference 22) is obtained which optimally adapts to the pouring jet; the steps between the ferrules of different diameter are quickly eliminated during the first pouring.
  • Fig. 3 shows details of a tap hole 1 surrounded by a series of four permeable elements 4.
  • Each of the four permeable elements is constituted by two neighboring segments of refractory material 31, 35, surrounded by a metal box 32.
  • a distribution chamber (not visible) is welded to the walls of this box. Most of the gas is passed at the interface of the segments.
  • One of the adjacent faces may have a profiling, such as lines or grooves. It is also possible to insert metal plates between the segments.
  • the metal box 32 and the outer segment 31 are omitted and the metal channels 34 are disposed between the refractory material of the tap hole and the adjacent segment 35.
  • the distribution chamber takes an elongated shape, by cylindrical example and the metal channels are connected to it by welding. Note that the distribution chamber must have a sufficient cross-section to ensure a supply of the different channels under comparable pressure. Given that the inner segment 35 is then shortened by the thickness of the outer segment 31 (to keep a square section for the whole), a particularly compact embodiment is obtained.
  • Fig. 4 shows a variant in which the taphole is surrounded by a permeable element 44, in the form of a hollow truncated cone.
  • the tap hole consists of two and the permeable element by four pieces which fit together.

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Abstract

Le dispositif est constitué par un trou de coulée (1) avoisiné de moyens pour insuffler un agent de barbotage dans le bain d'acier (3). Ces moyens sont immédiatement adjacents au trou de coulée, l'entourent complètement et sont constitués par des éléments réfractaires perméables (4, 5, 25, 44) comportant chacun au moins un segment allongé (31, 35) en matériau réfractaire non poreux. Des évidements longent les segments de part en part, dans le sens du soufflage gazeux. Des moyens de distribution du gaz sont disposés du côté froid des éléments et peuvent consister en une chambre dans la prolongation d'un caisson métallique (32) qui entoure les segments en matériau réfractaire (31, 35). Dans une variante, des canaux métalliques aplatis (33, 34) sont disposés dans les évidements et la distribution du gaz se fait par une chambre allongée. Le trou de coulée a de préférence une configuration en entonnoir (21) du côté bain métallique et possède une section qui diminue continûment en direction du côté froid.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques, notamment des convertisseurs d'aciérie, contenant du métal et des scories.
  • Vers la fin de la coulée du métal, en particulier de l'acier, dans un récipient de transport ou de traitement, une certaine quantité de scorie passe à travers le trou de coulée. Il en résulte un risque de rephosphorisation de l'acier. D'autre part, par suite de l'activité élevée de l'oxygène dans la scorie, le traitement métallurgique des aciers calmés et semi-calmés s'effectue alors difficilement. De plus, la désulphuration de l'acier devient critique. Aussi s'efforce-t-on depuis longtemps d'éviter l'entraînement de scorie lors de la vidange de récipients métallurgiques et divers dispositifs utilisables à cette fin ont déjà été développés. Les plus connus de ces dispositifs sont le clapet d'obturation, la fermeture à tiroir et le flotteur massif, dont la section est plus large que celle de l'orifice d'écoulement et qui nage au-dessus de l'embouchure du trou de coulée. Ces flotteurs ont une densité comprise entre celle de la scorie et celle du métal et ont pour fonction d'obturer le trou de coulée, lorsque pratiquement tout le métal s'est écoulé.
  • Ces dispositifs permettent sans doute de réduire l'écoulement de la scorie dans la poche, mais sont impropres à freiner la quantité de scorie entraînée par le tourbillon, dit vortex, qui se forme au-dessus du trou de coulée et dont le creux central peut traverser la profon­deur du bain. On a déjà proposé de diminuer l'effet de ce tourbillon par insufflation d'un gaz de barbotage dans le bain métallique, soit par le trou de coulée, soit au voisinage immédiat de ce dernier. Malheureusement les tuyères utilisées pour pratiquer l'insuffflation nécessitent, pour éviter leur obstruction d'importantes quantités de gaz, non seulement pendant la vidange, mais également pendant la campagne. D'autre part, les tuyères entrant en contact avec la scorie et le métal liquide, présentent des durées de vie nettement inférieures à celles du revêtement avoisinant.
  • Il est également connu de disposer aux abords du trou de coulée des éléments perméables au gaz, comportant des segments allongés ayant une section rectangulaire et munis du côté froid d'une chambre de distribution de gaz. Ces éléments perméables sont de préférence au nombre de deux ou de quatre et situés autour du trou de coulée à une distance de quelque 0,5 m de l'axe. Le bouillonnement continu de gaz à la surface du métal refoule la scorie, mais uniquement au-­dessus des éléments perméables et la scorie risque néanmoins d'atteindre le trou de coulée en s'écoulant entre les plages exemptes de scorie au-dessus des éléments perméables.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de limiter efficacement les quantités de scories entraînées par le tourbillon qui se forme au-dessus du trou de coulée.
  • Ce but est atteint par le dispositif suivant l'invention, tel qu'il est caractérisé dans la revendication 1. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les revendications dépendantes.
  • L'agent de barbotage est utilement un gaz neutre comme l'argon, l'azote ou éventuellement l'anhydride carbonique. Les gaz employés servent en même temps comme gaz de lavage favorisant la remontée des inclusions d'impuretés, en suspension dans le métal, vers la surface. Le tour de coulée et les segments sont directement adjacents, l'encombrement est tolérable et le montage facile; de plus, les gaz ayant un effet refroidissant sur les parois du trou de coulée, leur usure est retardée.
  • L'invention est exposée plus en détail à l'aide de la description de dessins schématisés qui en montrent, de manière non-limitative, des formes d'exécution possibles.
    • La Fig. 1 montre de manière schématique une coupe longitudinale à travers une partie d'un convertisseur possédant un trou de coulée selon l'invention,
    • la Fig. 2 une variante d'un trou de coulée selon l'invention et
    • les Fig. 3 et 4, des coupes transversales à travers des trous de coulée.
  • On distingue en Fig.1 un trou de coulée 1 logé dans le revêtement 2 d'un convertisseur en position de vidange. Pour éviter tout écoule­ment prématuré de scorie et de métal lors du basculement, le trou de coulée 1 était préalablement obturé par un bouchon en bois. Après basculement, ce bouchon se consume rapidement et est refoulé hors du trou de coulée 1, libérant le passage à l'acier 3. Huit éléments perméables à un agent de barbotage sont situés aux abords du trou de coulée 1. Il est essentiel qu'une première série d'éléments permé­ables 4 soit adjacente à la pierre comportant le trou qui livre pas­sage à l'acier. Il est représenté également une deuxième série d'éléments perméables 5 qui peuvent être séparés de quelques dizaines de centimètres de la première série; la distance de sépa­ration optimale, le nombre et la dimension de ces éléments, leur degré de perméabilité minimal etc. sont déterminés pour chaque convertisseur par des essais de routine.
  • Les différents éléments perméables sont chacun munis du côté froid d'une chambre de distribution (non représentée) de laquelle part un conduit 7 aboutissant à des vannes de règlage du débit du gaz. On peut prévoir une alimentation individuelle de chaque élément per­méable mais habituellement les éléments de la première série sont alimentés en parallèle; il en est de même pour ceux de la deuxième série. Pour des raison d'économie de montage on peut évidemment alimenter tous les éléments perméables en parallèle. Il est cepen­dant avantageux d'avoir à sa disposition des possibilités de réglage différentiel des débits, et ceci surtout vers la fin de la coulée, lorsque la couche de scorie devient plus épaisse. A ce moment les éléments perméables 5 extérieurs requièrent un débit de gaz élevé pour refouler la couche de scorie.
  • Notons que pour pallier une percée éventuelle, les corps des élé­ments perméables 4,5 ne traversent pas toute l'épaisseur du revê­tement 2; pour la même raison les conduits 7 possèdent des chicanes (non représentées) capables d'assurer un figeage de l'acier.
  • Au début de la vidange, lorsque les risques de formation du vortex sont réduits, la quantité total de gaz injectée est moyenne. Elle se fait en majeure partie par les éléments 4, adjacents au trou de coulée, de sorte à avoir une quantité donnée de gaz entraînée par le flot de métal s'écoulant du récipient; c'est ce gaz qui influe sur le profil d'usure de l'entrée et de la paroi du trou de coulée. La quantité restante du gaz sortant des éléments forme un rideau 8 en agent de barbotage autour du trou et remonte à la surface où il crée une plage 9 circulaire. Cette plage est dénuée de scorie, de sorte que l'acier peut s'écouler sans être chargé d'inclusions.
  • Vers la fin de la coulée, lorsque les risques de formation d'un vor­tex s'accroissent, la quantité de gaz injectée par les éléments adjacents au trou de coulée est augmentée au maximum. Pareillement la quantité de gaz traversant les éléments 5 est augmentée, moins pour contrecarrer la création du vortex, mais plutôt pour repousser la scorie au-dessus du trou.
  • Pendant la campagne, un débit de gaz de ca. deux m³/heure assure la perméabilité d'un élément réfractaire. Au moment du basculement le débit est augmenté jusqu'à une dixaine de m³/heure pour atteindre une vingtaine de m³/heure vers la fin de la coulée. Notons que des débits exagérés de gaz vers la fin de la coulée provoquent des pro­jections de métal et de scorie peu favorables à une coulée propre. Pareillement, il n'est pas indiqué d'injecter des quantités exagérées de gaz dans le bain, pour éviter un refroidissement notable du métal.
  • En Fig. 2 est représentée une variante, dans laquelle la deuxième série d'éléments perméables 25 est séparée d'une distance minimale de la première série 4. Une telle exécution peut être imposée par des contraintes provenant de détails constructifs du revêtement 2. Elle doit également être choisie, lorsque la perméabilité des éléments réfractaires 4 n'est pas suffisante pour contrecarrer efficacement la création du vortex.
  • Un trou de coulée est habituellement constitué par plusieurs viroles superposées à orifices cylindriques. Pour obtenir une coulée régulière il est avantageux de donner à la virole supérieure une configuration en entonnoir d'admission (voir référence 21). En superposant des viroles dont le diamètre des orifices se rétrécit par degrés en direction du côté froid on obtient un trou de coulée conique (voir référence 22) qui s'adapte de façon optimale au jet de coulée; les marches entre les viroles de diamètre différent sont rapidement éliminées lors de la première coulée.
  • La Fig. 3 montre des détails d'un trou de coulée 1 entouré d'une série de quatre éléments perméables 4. Chacun des quatre éléments perméables est constitué par deux segments avoisinants en matériau réfractaire 31, 35, entourés par un caisson métallique 32. Du côté froid de l'élément, une chambre de distribution (non visible) est soudée aux parois de ce caisson . Le passage du gaz se fait en majeure partie à l'interface des segments. Une des faces adjacentes peut présenter un profilage, tel que raies ou sillons. Il est également possible d'intercaler des plaques métalliques entre les segments.
  • Lorsqu'on envisage d'injecter dans le métal un gaz susceptible de décomposer le matériau des segments, il faut entourer ceux-ci de tous les côtés d'une enveloppe métallique protectrice ou bien loger des canaux métalliques aplatis 33 entre les segments 31 et 35, tel qu'expliqué p.ex. dans le brevet LU 85.131.
  • Dans une variante, le caisson métallique 32 et le segment extérieur 31 sont supprimés et les canaux métalliques 34 sont disposés entre le matériau réfractaire du trou de coulée et le segment 35 adjacent. Dans ce cas la chambre de distribution prend une forme allongée, par exemple cylindrique et les canaux métalliques y sont reliés par soudage. Notons que la chambre de distribution doit avoir une section suffisante pour assurer une alimentation des différents canaux sous pression comparable. Etant donné que le segment intérieur 35 est alors raccourci de l'épaisseur du segment extérieur 31 (pour conserver une section carrée à l'ensemble) on obtient un mode d'exécution particulièrement compact. Il est bien évident qu'au lieu de choisir des segments 35 monolithiques, on peut les recon­stituer en juxtaposant plusieurs briques réfractaires; pareillement, en disposant plusieurs rangées de canaux métalliques en parallèle, séparées les unes des autres par des segments réfractaires et alimentées par une ou plusieurs chambres de distribution disposées du côté froid des segments, on ne sort pas du cadre de l'invention.
  • La Fig. 4 montre une variante dans laquelle le trou de coulée est entouré d'un élément perméable 44, ayant la forme d'un cône tronqué creux. Le trou de coulée est constitué par deux et l'élément per­méable par quatre morceaux qui s'emboîtent.

Claims (10)

1. Dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques contenant du metal et des scories, lequel dispositif est constitué par un trou de coulée avoisiné de moyens pour insuffler un agent de barbotage dans le bain, caractérisé en ce que ces moyens sont immédiatement adjacents au trou de coulée (1), l'entourent complètement et sont constitués par des éléments réfractaires perméables (4, 5, 25, 44), comportant chacun au moins un segment allongé (31, 35) en matériau réfractaire non poreux, ayant de préférence une section rectangulaire, en ce que des évidements longent les segments de part en part dans le sens du soufflage gazeux et en ce que du côté froid des éléments réfractaires sont prévus des moyens de distribution de gaz, reliés par l'intermé­diaire d'un conduit à une source d'agent de barbotage.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des canaux métalliques aplatis (33, 34) sont disposés dans lesdits évidements.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux métalliques (33) sont disposés entre deux segments (31, 35).
4. Dispositif selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les canaux métalliques (34) sont disposés entre les segments (35) et le trou de coulée (1).
5. Dispositif selon une des revendications 1-4, caractérisé en ce que les moyens de distribution du gaz sont constitués par une chambre allongée dans laquelle débouchent les canaux métalliques (33, 34).
6. Dispositif selon une des revendications 1-3, caractérisé en ce que les moyens de distribution sont constitués par une chambre dans la prolongation d'un caisson métallique (32) qui entoure les segments en matériau réfractaire (31, 35).
7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le trou de coulée a du côté bain métallique une configuration en entonnoir (21).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la section du trou de coulée diminue continûment en direction du côté froid.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une première série d'éléments réfractaires perméables (4), adjacents au trou de coulée, ainsi que des éléments réfrac­taires perméables (5) supplémentaires, distants d'au moins 10 centimètres de la première série.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'agent de barbotage contient de l'azote, de l'argon ou de l'anhydride carbonique.
EP88103223A 1987-03-19 1988-03-03 Dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques Withdrawn EP0282824A3 (fr)

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