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" Procédé de raffinage de fonte "
La fonte chargée d'impuretés, lorsqu'elle doit être transformée en acier, doit être en grande partie libérée de ces'impuretés. L'élimination des impuretés s'effectue à l'aide d'oxygène . L'oxygène peut être employé soit sous forme combinée comme oxygène de minerais (oxyde de fer sous forme de minerais, battitures, etc. ) ou sous forme mibre comme oxygène de l'air (ogène du vent). Lorsqu'on opère avec de l'oxygène combiné, une quantité importante de chaleur doit être consemmée pour la décomposition des composés de fer et oxygène existant dans le minerai . On doit donc, dans ce mode opératoire, fournir de la chaleur à l'opération, car la chaleur formée par la combustion des impuretés par l'oxygène du minerai est insuffisante .
Au con-
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traire, In chaleur 1,:16<lrà<: lors du travail avec ;1<: l'oxygène libre suffit à l'opération, parce que Ions <;e l'e:1;"11oi d'oxygène libre, aucune chaleur de décomposition ne doit être fournie . C'est dans ces circonstances qu'il faut rechercher la cause principale pour laquelle de la chaleur doit être fournie constamment de l'extérieur dans les fours Martin-Siemens et dans les fours électriques, marce
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que, dans c,':s 'ours, on raffine de préférence avec de l'oxv"én< combiné .
En revanche, un apport de chaleur de l'extérieur n'est pas nécessaire lors du raffinage par le vent (procédés Thomas et essemer) parce que dans ce cas on emploie de l'oxygène à l'état libre.
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Le ra:?"j-na.<;<: au. convertisseur peub être exécuté de façon beaucour plus simple que le raffinage aux fours à ré- verbères ou aux fours électriques. Il offre cependant l'un- convénient qu'avec le vent, un grand poids mort d'azote est insufflé à traversle fer et est chauffé à haute température,
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,:le sort que les ija;5 ,--:é[a-=2s emportent avec eux de ..grandes quanti5 s de chaleur. Cette quantité de chaleur est perdue. Pour cette raison, l'idée a été mise à l'essai de travailler
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::>;<.i 1'():'"'Jt: 1,lll'i(11j., {'(';:t.-:'l rÎ1,lO(, .'lVI'(O il: vr'11t, <ii.,, 'jn a retiré en grande partie l'azote .
L'avantage de Cette pratique; résulte dans le fait qudune quantité correspondante plus grande de mitrailles froides peut être fondue.
On n'a cependant pas dépassé jusqu'à présent une
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concentration en oxygène, d'environ 30 µ<jo Les av.:mtL\.c;es conmlets du. a,rrzvail au moyen d 'oxygène ne se font cependant, sentir 8n -;:.remÜ,r lieu, que lorsqu'on emploie de l'oxygène à concentration très élevée . Il est démontré que lorsqu'on emploie de l'oxygène pratiquement pur, on @eut fondre par tonne de fonte soufflée environ une demi- tonne de déchets en plus que lorsqu'on utilise du vent oridnaire . Mais la difficulté réside principalement dans la mise en contact de cet oxygène riche avec le fer liquide. Dans
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j ",h..........
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le cas de soufflage au moyen d'air, le vent est soufflé à travers le bain.
Le vent est dans ce cas introduit dans une boîte à vent adaptée en dessous du convertisseur.
Cette boîte à vent est séparée du fer liquide par le fond du convertisseur qui est muni de canaux à travers lesquels le vent est introduit de la boîte à vent dans le fer liquide . Ce fond est par conséquent également désigné sous le nom de fond à tuyères. Aux hautes températures qui se produisent lors de la sortie de l'oxygène des canaux et de sa rencontre avec le fer liquide, le fond à tuyères est cependant très rapidement détruit. On a par conséquent essayé d'insuffler le vent latéralement, et il a aussi déjà été proposé de diriger le vent d'en haut sur le fer sous forte pression . L'oxygène agissant sur le fer liquide est immédiatement absorbé par le fer. Mais dans ce mode de travail aussi il est difficile de conformer la tuyère de soufflage de sorte qu'elle soit durable.
La présente invention consiste donc à entreprendre le raffinage au moyen d'oxygène très riche et en outre à diriger le jet d'oxygène non pas sur le fer au repos, mais sur le fer en train de s'écouler. Si on laisse le fer s'écouler, on peut le subdiviser en minces filets en sorte que le fer offre à l'oxygène une grande'surface . Cette grande étendue superficielle accélère la réaction, de sorte que le raffinage est déjà effectué au bout d'un petit parcours.
Il est avantageux de couler la fonte liquide dans un récipient et de la raffiner au cours de son écoulement dans le récipient. L'oxygène est soufflé sur le jet de fer tombant. Celui-ci absorbe avidement l'oxygène, grâce à quoi les impuretés du fer sont oxydées. Lors de cette oxydation, une grande quantité de chaleur se dégage, qu'on met à profit en pratique en ajoutant une quantité
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correspondante soit rie mitrailles soit de minerai de fer.
Lors de l'addition de mitrailles, la chaleur en excès est utilisée à leur fusion, et la température finale peut être reliée par le réglage correspondant de la quantité de mitraille . En cas d'addition de minerai de fer ou d'autres oxydes de fer, tels que des battitures, déchets de laminage et analogues, non seulement, la matière doit être échauffée à la température de @@ vail, mais aussi l'oxyde doit être réduit . L'oxygène libéré nar la réduction prend cependant part au raffinage et par suite la quantité de l'oxygène à insuffler diminue d'une quantité correspandente à la quantité d'oxygène contenue dans le minerai .
Par subdivision de la quantité de fonte en u ou plusieurs jets, les difficultés rencontrées avec la tuyère sont également écartées. L'action oula chaleur se dégameant du jet n'est pas si importanteque la tuyèresoit trop attaquée . La haute température n'est atteinte que dans le récipient dans lequel se rassemble la fonte raffinée, et ce récipient peut être abrité de la tuyère par des écrans . On peut construire les tuyères en matières réfractaires ou bien encore utiliser des tuyères métalliques refroidies, à. double paroi.
Le nouveau procédé peut être avantageusement combiné immédiatement avec le haut-fourneau ou aussi avec le four à cuve à oxygène de faible hauteur, ou encore avec le four électrique, en utilisant pour réaliser le raffinage le trou de coulée , On peut laisser couler la fonte sous forme de jets dans un récipient et alors souffler l'oxygène sur les jets, ou bien on peut aussi influller l'oxygène dans la gouttière de coulés dans laquelle la fonte fondue s'écoule vers la poche .
Enfin, il est également possible de traiter par soufflage d'oxygène le jet de fer tombant de la gouttière de coulée dans la poche, De même, une combinaison entre les trois modes de réalisation qui viennent d'être décrits est possible de façon quelcomque
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Le soufflage sur le jet tombant a lieu avantageuse- ment dans le sens horizontal ou au moyen d'une tuyère légèrement inclinée . Si on effectue le soufflage à l'oxygène immédiatement à la sortie du four, on peut trans- former la fonte en acier déjà sur le trajet entre le haut fourneau et la poche . Eventuellement s'ajoute encore final à ce raffinage un raffinage/de l'acier au four électri- que .
L'énergie électrique qui est nécessaire à cette opé- ration n'est que très faible, car la durée de traitement dans le four électrique, même en cas de traitement très poussé, ne dépasse pas une heure à une heure et demie.
L'idée fondamentale de l'invention consiste ainsi à mettre l'oxygène gazeux en contact avec le fer en train de s'écouler . Lors du raffinage ordinaire, au moyen de vent, de l'air atmosphérique est insufflé dans le fer et à tra- vers lui. Mais le fer est au repos. Il se trouve dans un récipient, c'est-à-dire dans le convertisseur . Par soufflage de l'air à travers lui et par les réactions ainsi provoquées, le fer est bien mis en mouvement, mais après tout il'se trouve dans un récipient au repos- Au contraire, dans la présente invention, le fer est amené vers le cou- rant d'oxygène et offre ainsi au gaz une grande surface. semblablement à ce qui a lieu lors du soufflage dans la pratique habituelle au convertisseur, le gaz est insufflé à travers le fer, tandis que dans la présente in- vention le fer coule à travers l'oxygène.
En général,on utilise dans le procédé considéré du vent le plus riche possible en oxygène . Il existe cepen- dant des cas où l'on peut travailler également avec un oxygène moins enrichi, voire même avec de l'air atmosphéri- que ordinaire . Lorsque le fer renferme suffisamment d'im- puretés, à hautes chaleurs de combustion, on aboutit aussi au résultat voulu avec de l'air ordinaire. @ Lors du ràffinage, il se forme immédiatement un peu.
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de scories . le silicium donne de la silice, le manganèse donne de l'oxyde de manganèse et ces oxydes forment une scorie liquide .
Le carbone brûle en donnant de 11 oxyde de
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carbone et forme ainsi le seul produit yazeux du r< 5:';'i::1a':e, tandis que tous les autres produits de raffinage sont liquides et forment ainsi des scories, abstraction faite
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des uetites quantib s qui se volatilisent. es quantités de scories, faibles en elles-mêmes, ne jouent aucun rôle particulier dans l'opération considérée dans son ense:f;- ble.
Pour l'élimination du phosphore, il est cependant nécessaire d'opérer avec des scories. Les scories jouent alors un rôle fondamental, parce que le phosphore à besoin
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d'une scorie basicue à base de chaux. Sans cet,te scorie, le. phosphore ne peut être éliminé. On peut, dans la proce- dé suivant l'invention, éliminer le phosphore en introdui- sant de la chaux calcinée dans le récipient dans lequel coule le fer. La chaux/est fondue par le fer surchauffé qui a déjà été en contact intime avec l'oxygène , et agit à la manière ordinaire sur le fer, en fixant l'acide phos- phorique produit.
Un mode de réalisation particulièrement avantageux sera décria dans ce qui suit. Le récipient devant recevoir le fer liquide et la scorie, reçoit, pendant l'écoulement du fer, une annexe.
Cette annexe se présente sous forme
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d'un cylindre revêtu de matières 1^cfY"aCG,'lreG,iei'I.l:; au . r ('(il' 111 no r. 17 rl ; . < ..i un n 4' 11 i-, n 1 1 7 7 1^ j; '-)1);'/ au centre, construit c;.i . atii;1<>s réfractaires- Le fer s'écou- la dans cet entonnoir, puis de l'entonnoir,sous forme de jet mince, dans le récipient disposé en dessous, Au lieu d'un entonnoir, on neuf aussi employer un fond à tamis de sorte qu'il se forme non seulement un jet de fer, mais plusieurs de ces jets minces correspondant aux trous du
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tamis, qui tombent dans le récipient. On introduitnlatérale-
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ment de l'oxygène et on le souffle contre les jets de fer tombants.
On peut porter la chaux devant servir à l'élimination du phosphore au contact du fer d'une autre manière aussi.
Un dispositif avantageux consiste en ce que l'on relie latéralement au cylindre revêtu de matières réfrac- taires dont il est question au paragraphe précédent , un petit four rotatif . On introduit la pierre à chaux par ce petit four rotatif. Dans le récipient ou dans le cylin- dre revêtu de matières réfractaires, il se produit de l'oxyde de carbone par combustion du carbone . Cet oxyde de carbone est xx brûlé dans le petit four rotatif et la chaleur ainsi dégagée suffit pour calciner en chaux vive la quantité nécessaire de calcaire.
Environ la moitié de l'oxygène utilisé au raffinage est fixé à des éléments qui passent à l'état liquide dans la scorie, notamment le silicium, le manganèse et le phosphore . Environ l'autre moitié réagit avec le carbone pour former de l'oxyde de carbone . En utilisant de l'oxy- gène pur , on n'utilise qu'environ le cinquième de la quantité de vent qui est nécessaire dans le procédé ordi- naire au convertisseur, auquel 4/5 de la quantité de vent viennent encore s'ajouter sous forme d'azote. La quantité de vent nécessaire dans le procédé suivant l'invention ne s'élève donc qu'à environ 1/5 de la quan- tité de vent autrement nécessaire au raffinage . De ce cinquième, environ la moitié est fixée par la scorie fluide .
Du fait que, lors de la combustion du carbone pour donner de lloxyde de carbone, il se forme deux volumes d'oxyde de carbone 1:1 partir d'un volume d'oxygène il se produit une quantité de gaz égale à environ 1/5 de celle qui se forme lors de la marche au convertis- seur. Puisque, dans le procédé au convertisseur, on a be- soin d'environ 400 m3 du vent, le procédé suivant l'in- @
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vention ne consomme qu'environ 80 m3 d'oxygène . L'oxyde de carbone ainsi formé s'écoule à travers le petit four rotatif. On ajouta de l'air dans le four rotatif , nour brûler l'oxyde de carbone en anhydride carbonique .
La chaleur dératée soffit à la calcination du calcaire. Une amenée d'air particulière xx n'est 'pas nécessaire, car la fente existant entrele cylindre revêtu de réfracta ires et le four rotatif suffit pour laisser pénétrer l'air néces- saire à la. combustion de l'oxyde de carbone, Un réglage (le la quantité d'air peu.!:, avoir lieu par réglage du départ des @az la partie supérieure du four rotatif.
On laisse entrer assez d'air pour que l'oxyde de carbone soit complètement brûlé en anhydride carbonique . Un léger excès d'air est sans inconvénient.
La chaux calcinée tombe àl état chaud dans le récipient et y est très rapidement liquéfiée; elle réagit par conséquent très activement sur l'élimination du phosphore.
En mènerai, il exista dans le four rotatif un excès de chaleur. Le fer a@ssi, dans le récipient, devient très chaud . On peut par conséquent amener au bain de fer à travers le four rotatif outrele calcaire, encore d'autres substances , en particulier des oxydes de fer;
on y acri-ve avantageusement avec des oxydes de fer les plus purs possible, comme des concentrés de minerais de fer, ou bien du schlich, des battitures, des déchets de laminoirs et ma- tières @@mblables. L'oxygène qui existe dans ces oxydes defer peut alors être utilisé pour l'oxydation, c'est-à-dire au raffinage, ce par quoi le besoin en oxygène gazeux est diminué de façon correspondante . En même temps, la température est diminuée par suite du besoin de chaleur de la réaction.
De plus , il est également avantageux d'ajouter encore à ces oxydes de fer un peu de charbon, particulièrement lorsqu'on..:dispose. de charbon résiduel bon marché . L
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four rotatif est alors chargé de calcaire, d'oxydes de fer et de charbon fin son marché . Cette charge glisse à la rencontre des gaz du four, et on règle la quantité d'air de manière à ce que l'oxyde de carbone seul soit brûlé, mais non avec lui. le charbon solide . Le charbon à la fonte du récinient doit être ajouté/autant que possible non brûlé.
La chaleur en excès-,, qui se produit dans le raffina- ge, peut aussi être utilisée à la fusion de mitrailles.
On garnit avantageusement le récipient de ces mitrailles avant le début de la coulée, de sorte que le fer surchauffé par la réaction avec l'oxygène vienne en contact avec les mitrailles.
Il a déjà été proposé de construire un four électri- que à acier de telle manière que le couvercle et l'élec- trode demeurent en place, tandis que le four peut être déplacé, basculé, rempli et ramené à sa place . On utilise un tel four comme récipient pour recevoir la fonte qui en s'écoule . On remplit SES partiel ce récipient de mitrail- les. On déplace ensuite le four en-dessous de l'appareil de coulée . On laisse couler le fer de la façon correspon- dant à l'invention, puis on ramène le récipient en dessous du couvercle et des électrodes pour effectuer le finissage de l'acier au four électrique . On obtient de cette manière un acier de valeur particulièrement grande.
REVENDICATIONS --------------
1. Procédé pour le raffinage de fonte liquide,carac- térisé en ce que l'on fait couler la fonte fondue sous la forme d'au moins un jet mince et qu'on souffle du vent sur le fer qui s'écoule.