WO2006016202A1 - Lame de decrassage de reacteur metallurgique - Google Patents

Lame de decrassage de reacteur metallurgique Download PDF

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WO2006016202A1
WO2006016202A1 PCT/IB2004/002579 IB2004002579W WO2006016202A1 WO 2006016202 A1 WO2006016202 A1 WO 2006016202A1 IB 2004002579 W IB2004002579 W IB 2004002579W WO 2006016202 A1 WO2006016202 A1 WO 2006016202A1
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liquid
discharging
threshold
metallurgical reactor
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Jean Davene
Romain Viceriat
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Société Civile Barbé-Davené
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D43/00—Mechanical cleaning, e.g. skimming of molten metals
    • B22D43/005—Removing slag from a molten metal surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1545—Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1554—Equipment for removing or retaining slag for removing the slag from the surface of the melt
    • F27D3/1563—Equipment for removing or retaining slag for removing the slag from the surface of the melt by the use of scrapers

Definitions

  • the invention which is the subject of the present patent application is a process for descaling a metal bath obtained by blowing gas on the slag covering the liquid metal in order to repel this slag towards an overflow threshold and evacuate most of it without entraining metal on which it floats.
  • the metallurgical treatment of metals in the liquid state necessarily leads to the production on the surface of the metal bath of a slag whose purpose is metallurgical and thermal.
  • the slag consists of metal oxides of exogenous origin and endogenous to the metal treated in variable proportions depending on the treatment.
  • the metallurgical phases of metal production very often require that a slag formed must be eliminated to be replaced by a new mixture suitable for the next production phase.
  • This elimination of slag is sought in the converter, in the electric oven or in a bag.
  • the simple overflow of the slag through the hole of the converter or through the scouring threshold of the electric furnace, by a flow of the channel type, is very often sufficient for the metallurgical conditions required to be satisfied, but this is not the general case.
  • the elimination of slag on the pocket, more or less completely according to metallurgical requirements is very often sought by metallurgists.
  • the operation is carried out in a conventional manner using a water-cooled saddle actuated either manually or using a robot.
  • the maneuvering of the saddle by the operators is physically difficult and dangerous.
  • the saddle cooled with water happens to be at the metal and dairy interface with a significant risk of seeing its accidental destruction by melting or tearing of the part cooled with water.
  • the slag is only repelled by the saddle if it has a sufficiently rapid movement.
  • the evacuation of the slag approaching the scouring threshold is often accompanied by a start in the movement of the saddle, caused by the operator. This startle, physically painful, has the effect of promoting the undesirable metal entrainment with the slag.
  • the invention proposed in this patent application is essentially a process which uses a water-cooled plenum which directs towards the slag a gas jet of flat shape, as little divided as possible, of a width adapted to the metallurgical reactor, exerting a pressure on the slag and the metal and acting as an intangible saddle, without contact of the device neither with the slag nor with the metal.
  • the action of the air jet on the metal bath is weak enough not to cause: - of mixing between the metal and the slag,
  • the air gap exiting the plenum exerts two mechanical actions: - one is a pressure applied to the slag, along a monthly line equal to the blowing length and limiting the passage of the slag from one side to the other of this barrier, the other is a shear force of the slag layer separating this slag from the pressure zone.
  • These two actions remove the slag locally and, combined with a displacement of the plenum, repel the slag in front of it.
  • the lateral flow of the slag beyond the blowing width is counteracted by giving the blowing profile a convex shape by adjusting the width of the jet or by a curvature of the plenum.
  • the descaling operation is ensured.
  • this scouring process using a flat blowing device maintains a vacuum in the slag layer and therefore gives it an ability to pass the slag through the scouring threshold without metal entrainment when its speed of movement is reduced near the scouring threshold.
  • the construction of the plenum is conventional in its gas passage part, with the supply of air or gas by a partly rigid and partly flexible piping, distribution through grids or around a cylinder, a length lips sufficient to regulate the flow and possible adjustment of the space between the lips.
  • water cooling of the device is necessary and the dimensional characteristics of the blowing lips are unusual.
  • a double tubular wall allows the passage of water.
  • the construction incorporates double walls for the passage of water.
  • the plenum support must also be water-cooled.
  • the space between the lips of the nozzle is 1 to 8 mm, it is the thickness of the air or gas layer, - the pressure in the plenum is 2 bars maximum, and very low in the return to work position,
  • the distance between the nozzle outlet and the slag is 70 to 150 mm for the slag drive, more than 150 mm for the return to the working position,
  • the cleaning process requires that several passages be made, although it is more effective than the conventional process which requires many, the device must therefore go back and forth over the bath ensuring the backflow of the slag in one direction.
  • the plenum must therefore be set up opposite the scouring threshold, avoiding to push back the slag; this is achieved by reducing the blown flow or by raising the plenum above the bath or by a combination of these two actions.
  • the support is actuated by a device of the trolley type or of the articulated bracket type and gives the plenum a great freedom of movement: moving away from the scouring threshold to go into working position and bringing this threshold closer to push back the slag, turning to the right or to the left to recover the slag over the entire surface of the liquid metal in the metallurgical reactor, raising or lowering to adapt to the height of the metal in the inclined reactor, to the height of the slag which covers it and for move away from the slag in the phases away from the deslagging threshold.
  • Figure 1 shows a sectional view of a plenum of circular section, its gas supply and the double walls for cooling.
  • FIG. 2 presents an elevation view of a device for operating a plenum above the steel and slag bath of an inclined pocket of liquid steel.
  • the plenum 1 is the essential part of the device consisting of an outer cylindrical envelope 11, an inner cylindrical envelope 12, this double envelope constitutes a volume 13 supplied with cooling water. Along a generatrix of this plenum 1 are placed two lips 14 which constitute a protuberance of triangular section.
  • the space 17 between the parallel faces of the two lips 14 channels the gas jet to give it desired shape characteristics.
  • the interior of the plenum 1 is the blowing chamber 16 in which the distribution of the gas flow between the supply and the outlet jet is improved by the presence of the tube 15.
  • This plenum 1 is held in position by the arm 2 itself consisting of an outer cylindrical envelope 21 and an inner envelope 22 between which the space 23 is used for water cooling.
  • the conduit 24 inside the envelope 22 supplies air to the chamber 16 of the plenum 1.
  • the support 2 furnished with raceways 25 in its rear part guides the movements of the plenum 1.
  • the cleaning of the metal bag 6 is carried out in several passages of the plenum 1 on the liquid slag 62 which floats above the liquid metal 61, to collect it on the side of the scouring threshold 63 and to evacuate it by said threshold 63 into the tank 7.
  • the movements of the support 2 are provided by the carriage 4.
  • Said carriage 4 has a maneuvering autonomy which allows it to come to position itself in front of the steel pocket 6 by moving on the floor 5.
  • the movement of advance and return of the support 2 is made by a system of chain 48 driven in both directions by an electric motor.
  • the up and down movement of the support 2 is ensured by a scissor type lifting table 45 actuated by a hydraulic jack conventionally integrated into the platform.
  • the lateral movement takes place around the axis 43, the load is supported by the pivot axis 43 and the raceway 44.
  • the movement is controlled by a hydraulic cylinder not shown in FIG. 2.
  • a set 49 engine and hydraulic power generation is on board the trolley 4.
  • the guide assembly of the support 2 is protected from projections and from heat due to the radiation of the slag and the metal by the screen 46 for the orientable part and the screen 47 for the lifting table 45.
  • the operator controls this set of scouring equipment is preferably done remotely and does not in itself contain any originality.

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Abstract

Procédé de décrassage d'un bain métallique obtenu par soufflage de gaz sur le laitier de couverture du métal liquide dans le but de repousser ce laitier vers un seuil de débordement et d'en évacuer la majeure partie sans entraîner le métal sur lequel il flotte. L'invention concerne l'utilisation d'une lame d'air ou d'un moyen similaire de soufflage d'un gaz associé à un mécanisme de déplacement dans les trois directions. La lame d'air repousse le laitier, sans contact avec lui, vers le seuil de décrassage. Les réglages de débit et de pression, les températures du gaz de soufflage sont choisis pour limiter au maximum les éventuelles perturbations à l'interface métal-laitier.

Description

LAME DE DECRASSAGE DE REACTEUR METALLURGIQUE L'invention objet de la présente demande de brevet d'invention est un procédé de décrassage d'un bain métallique obtenu par soufflage de gaz sur le laitier de couverture du métal liquide dans le but de repousser ce laitier vers un seuil de débordement et d'en évacuer la majeure partie sans entraîner de métal sur lequel il flotte. Le traitement métallurgique des métaux à l'état liquide conduit nécessairement à la production à la surface du bain de métal d'un laitier dont le but est métallurgique et thermique. Le laitier est constitué d'oxydes métalliques d'origine exogène et endogène au métal traité dans des proportions variables suivant le traitement. Les phases métallurgiques de production des métaux réclament très souvent qu'un laitier formé doive être éliminé pour être remplacé par un nouveau mélange adapté à la phase de production suivante. Cette élimination du laitier est recherchée au convertisseur, au four électrique ou en poche. Le simple débordement du laitier par le trou du convertisseur ou par le seuil de décrassage du four électrique, par un écoulement du type canal, est très souvent suffisant pour que les conditions métallurgiques requises soient satisfaites mais ce n'est pas le cas général. Par contre l'élimination du laitier sur la poche, plus ou moins complètement suivant les exigences métallurgiques, est très souvent recherché par les métallurgistes. L'opération est effectuée de façon conventionnelle à l'aide d'un râble refroidi à l'eau actionné soit manuellement soit à l'aide d'un robot. Quand l'opération de décrassage doit être soignée, la manœuvre du râble par les opérateurs est pénible physiquement et dangereuse. En particulier le râble refroidi à l'eau se trouve être à l'interface métal et laitier avec un risque important de voir sa destruction malencontreuse par fusion ou déchirure de la partie refroidie à l'eau. Le laitier n'est repoussé par le râble que si celui-ci a un mouvement suffisamment rapide. En fin de course, l'évacuation du laitier approché du seuil de décrassage, s'accompagne souvent d'un sursaut dans le mouvement du râble, provoqué par l'opérateur. Ce sursaut, pénible physiquement a pour conséquence de favoriser l'entraînement indésirable de métal avec le laitier.
L'invention proposée dans cette demande de brevet est essentiellement un procédé qui utilise un plénum refroidi à l'eau qui dirige vers le laitier un jet de gaz de forme plate, le moins divisé possible, d'une largeur adaptée au réacteur métallurgique, exerçant une pression sur le laitier et le métal et agissant comme un râble immatériel, sans contact du dispositif ni avec le laitier ni avec le métal. L'action du jet d'air sur le bain métallique est assez faible pour ne pas provoquer : - de brassage entre le métal et le laitier,
- de projection de gouttelettes de métal et de laitier,
- de vagues profondes dans le métal.
Ces résultats sont obtenus grâce à un équilibre entre la pression du gaz dans le plénum, la largeur de la buse de soufflage, son inclinaison par rapport à la verticale et la distance entre le plénum, le laitier et le métal. Cet équilibre dépend dès caractéristiques du laitier et du métal, en particulier de leurs densités, de leurs viscosités et des quantités de laitier à évacuer. Le dispositif utilise les gaz les plus facilement disponibles industriellement comme l'air comprimé ou l'azote. Le chauffage des gaz de soufflage n'est pas un impératif bien qu'il puisse dans certains cas limiter les pertes thermiques au cours de l'opération de décrassage. Différents moyens sont mis en œuvre pour assurer le chauffage qui doit se situer à la sortie de la buse : par résistance électrique chauffante ou par combustion d'un mélange gazeux.
La lame d'air sortant du plénum exerce deux actions mécaniques : - l'une est une pression appliquée sur le laitier, le long d'une ligne au mois égale à la longueur de soufflage et limitant le passage du laitier d'un côté à l'autre de cette barrière, l'autre est une force de cisaillement de la couche de laitier écartant ce laitier de la zone de pression. Ces deux actions écartent localement le laitier et, combinées à un déplacement du plénum, repoussent devant celui-ci le laitier. L'écoulement latéral du laitier au-delà de la largeur de soufflage est contrecarrée en donnant au profil de soufflage une forme convexe par un réglage de la largeur du jet ou par une courbure du plénum.
En dirigeant le laitier vers un seuil de débordement du réacteur métallurgique l'opération de décrassage est assurée. En comparaison avec le râble traditionnel ce procédé de décrassage en utilisant un dispositif de soufflage plat maintient une dépression dans la couche de laitier et lui donne donc une aptitude à faire passer le laitier par le seuil de décrassage sans entraînement de métal quand sa vitesse de déplacement se réduit à proximité du seuil de décrassage. La construction du plénum est conventionnelle dans sa partie de passage des gaz, avec l'alimentation d'air ou de gaz par une tuyauterie en partie rigide et en partie flexible, la distribution à travers des grilles ou autour d'un cylindre, une longueur des lèvres suffisante pour régulariser l'écoulement et un réglage éventuel de l'espace entre les lèvres. Par contre, compte tenu des conditions de travail un refroidissement à l'eau du dispositif est nécessaire et les caractéristiques dimensionnelles des lèvres de soufflage sont inhabituelles.
Dans le cas d'un plénum cylindrique une double paroi tubulaire permet le passage de l'eau. Dans le cas d'un plénum prismatique la construction intègre des doubles parois pour le passage de l'eau. Le support du plénum doit lui aussi être refroidi à l'eau.
Pour l'évacuation d'un laitier basique oxydé d'une poche d'acier liquide les caractéristiques du dispositif de soufflage sont :
- l'espace entre les lèvres de la buse est de 1 à 8 mm, c'est l'épaisseur de la lame d'air ou de gaz, - la pression dans le plénum est de 2 bars maximum, et très basse dans la période de retour en position de travail,
- l'inclinaison de la buse de 15 à 30 degrés par rapport à la verticale, vers le seuil de débordement du laitier,
- la distance entre la sortie de la buse et le laitier est de 70 à 150 mm pour l'entraînement du laitier, plus de 150 mm pour le retour en position de travail,
Le procédé de décrassage demande que soient effectués plusieurs passages, bien qu'il soit plus efficace que le procédé conventionnel qui en demande de nombreux, le dispositif doit donc faire des allers et des retours au-dessus du bain en assurant le refoulement du laitier dans une seule direction. Le plénum doit donc se mettre en place à l'opposé du seuil de décrassage en évitant d'y refouler le laitier ; ceci est obtenu par une réduction du débit soufflé ou par le soulèvement du plénum au-dessus du bain ou par une combinaison de ces deux actions. Le support est actionné par un dispositif de type chariot ou de type potence articulée et donne au plénum une grande liberté de mouvements : éloignement du seuil de décrassage pour aller en position de travail et rapprochement de ce seuil pour repousser le laitier, rotation vers la droite ou vers la gauche pour récupérer le laitier sur l'ensemble de la surface du métal liquide dans le réacteur métallurgique, élévation ou abaissement pour s'adapter à la hauteur du métal dans le réacteur incliné, à la hauteur du laitier qui le recouvre et pour s'éloigner du laitier dans les phases d'éloignement du seuil de décrassage. La description présentée ci après, d'un mode de réalisation du dispositif utilisé pour le décrassage d'une poche d'acier, permet de mieux comprendre l'objet de la présente demande de brevet en s'appuyant sur les figures 1 et 2 ci-dessous. La figure 1 présente une vue en coupe d'un plénum de section circulaire, son alimentation en gaz et les doubles parois pour le refroidissement.
La figure 2 présente une vue en élévation d'un dispositif de manœuvre d'un plénum au-dessus du bain d'acier et de laitier d'une poche d'acier liquide inclinée. Le plénum 1 est la partie essentielle du dispositif constitué d'une enveloppe cylindrique extérieure 11, d'une enveloppe cylindrique intérieure 12, cette double enveloppe constitue un volume 13 alimenté en eau de refroidissement. Le long d'une génératrice de ce plénum 1 sont placé deux lèvres 14 qui constituent une excroissance de section triangulaire.
L'espace 17 entre les faces parallèles des deux lèvres 14 canalise le jet de gaz pour lui donner des caractéristiques de forme recherchées. L'intérieur du plénum 1 est la chambre 16 de soufflage dans laquelle la répartition du flux du gaz entre l'alimentation et le jet de sortie est améliorée par la présence du tube 15.
Ce plénum 1 est maintenu en position par le bras 2 constitué lui-même d'une enveloppe cylindrique extérieure 21 et d'une enveloppe intérieure 22 entre lesquelles l'espace 23 sert au refroidissement par eau. Le conduit 24 à l'intérieur de l'enveloppe 22 alimente en air la chambre 16 du plénum 1.
Le support 2, garni de chemins de roulement 25 dans sa partie arrière guide les mouvements du plénum 1. En effet le décrassage de la poche de métal 6 se fait en plusieurs passages du plénum 1 sur le laitier liquide 62 qui surnage au-dessus du métal liquide 61, pour le rassembler du côté du seuil de décrassage 63 et pour l'évacuer par le dit seuil 63 dans le cuvier 7. Les mouvements du support 2 sont assurés par le chariot 4.
Ce dit chariot 4 a une autonomie de manœuvre qui lui permet de venir se positionner en face de la poche d'acier 6 en se déplaçant sur le plancher 5. Le mouvement d'avance et de retour du support 2 est fait par un système de chaîne 48 entraînée dans les deux directions par un moteur électrique. Le mouvement de montée et de descente du support 2 est assuré par une table élévatrice 45 du type à ciseaux actionnée par un vérin hydraulique intégré façon conventionnelle à la plateforme. Le mouvement latéral se feit autour de l'axe 43, la charge est supportée par l'axe de pivotement 43 et le chemin de roulement 44. La commande du mouvement est faite par un vérin hydraulique non représenté sur la figure 2. Un ensemble 49 de motorisation et de génération de puissance hydraulique est embarqué sur le chariot 4. L'ensemble de guidage du support 2 est protégé des projections et de la chaleur due au rayonnement du laitier et du métal par l'écran 46 pour la partie orientable et l'écran 47 pour la table élévatrice 45.
La commande de cet ensemble de décrassage par un opérateur est de préférence fait à distance et ne comporte en lui-même pas d'originalité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique obtenu par l'action d'un râble et d'un ensemble de manœuvre qui lui permet de se déplacer dans toutes les directions caractérisé par l'utilisation d'une lame d'air (1) refroidie à l'eau en guise de râble, fixée à l'extrémité d'un support mobile (2) lui aussi refroidi à l'eau.
2. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique, sans brassage du métal liquide et du laitier, suivant la revendication 1 caractérisé par la possibilité de régler l'intervalle entre les lèvres (14) de la lame d'air (1) de 1 à 8 millimètres et la pression de soufflage à moins de 2 bars pour assurer l'action de refoulement du laitier (62) vers le seuil de décrassage (63).
3. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par une inclinaison de la lame d'air (1) de 15 à 30 degrés associée à un réglage de la pression de moins de 2 bars dans la chambre du plénum pour éviter le refoulement du laitier liquide (62) à l'opposé du seuil de décrassage (63) du réacteur métallurgique.
4. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par un réglage en hauteur (45) de la lame d'air (1) associé à un réglage de la pression dans la chambre(16) du plénum au cours de mouvements d'éloignement du seuil de décrassage (63) pour éviter le refoulement du laitier liquide(62) à l'opposé de ce seuil (63).
5. Procédé de collecte et d'évacuation d'une couche de laitier liquide surnageant un bain métallique liquide contenu dans un réacteur métallurgique suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par l'utilisation d'un gaz chauffé dans la chambre (16) ou à la sortie de l'espace (17) de soufflage.
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