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PROCEDE POUR REDUIRE LA DUREE DE FUSION D'UNE CHARGE DE METAL FERREUX OU ALLIAGE, DANS UN FOUR METALLURGIQUE.
La présente invention se rapporte à un procédé pour réduire la durée de fusion d'une charge d'un métal ferreux ou d'un alliage de métal ferreux dans les fours métallurgiques, par exemple les fours Martin-Siemens et électriques.
L'invention permet de réduire très sensiblement le temps néoessaire pour faire fondre une charge, souvent jusqu'à 10 % du temps normalement nécessaire.
L'invention comprend un procédé de réduction de la durée de fusion d'une charge de métal ferreux ou alliage dans un four métallurgique, caractérisé en ce qu'on dirige simultanément contre la charge, une ;flamme, un courant d'oxygène et un courant de poudre métallique qui subit à la température de fusion de la charge une réaction exothermique, jusqu'à ce que la charge soit nivelée par fusion à un niveau pratiquement uniforme, puis on interrompt le courant d'oxygène et le courant de poudre métallique et on continue à chauffer la charge jusqu'à ce qu'elle soit affinée.
Dans les dessins:
Fig. 1 est une vue schématique d'un four Martin-Siemens pour la mise en oeuvre de la présente invention.
Fig. 2 est une vue partielle agrandie montrant les brûleurs qui équipent les fours.
Fig. 3 est une coupe axiale partielle à plus grande échelle des brûleurs de la fig. 2.
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Figo4 est une V@@ analogue à la figo 3 montrant une autre forme de brûleur.
Sur la fige 1 qui représente schématiquement un four Martin-Siemens désigné par 2, ce four comporte un brûleur 4 introduit par une ouverture de chaque paroi dextrémité 6 au-dessus de l'extrémité voisine de la sole 8 recevant la charge. Le brûleur 4 est supporté par un support réglable 10 décrit en détail plus loino
Le four 2, de modèle connu, est muni à chaque extrémité d'un carneau descendant 12 faisant passer les gaz de sortie dans une chambre 14 communiquant avec un carneau 15 qui aboutit à une cheminée (non représentée). Le carneau 15 contient les empilages habituels 16 absorbant la chaleur des gaz de sortie pour la céder plus tard à l'air pénétrant dans le four 2.
Sur la fige 2, on peut voir que le brûleur 4 comprend une paire de tubes 18 et 20 montés dans le support 10 dont un arbre 24 se visse dans un volant 26 tournant dans un palier 28 monté sur la paroi d'extrémité 6. Ainsi donc}) lorsqu'on fait monter et descendre l'arbre 24 par rotation du volant 26, les tubes 18 et 20 tournent, de façon réglable et en même temps, autour de leurs points de pivotement 30 et 32 respectivement, où ils sont supportés à l'inté rieur d'ouvertures diagonales 34 et 36 d'un châssis creux 37 comportant un orifice d'entrée d'eau 38 et un orifice de sortie 40. Les tubes 18 et 20 sont montés avec jeu dans le support pour permettre le mouvement de rotation limitée nécessaire pour effectuer les réglages en cours de fabrication.
Sur la fig. 3, le tube 18 comprend une section avant 42 et une section arrière 44, assemblées de façon démontable, par exemple par des boulons et écrous 46.La section arrière comprend une chambre de mélange 48 reliée à une conduite d'huile combustible 50 et à une conduite de vapeur surchauffée 52 pour mélanger l'huile et la vapeur sous toute pression désirée dans la cham bre 48 et faire sortir le mélange par un tuyau 54 débouchant dans le four. La section arrière 44 du tube 18 comprend également un passage ou une conduite contenant un tuyau 56 relié à un récipient 58 (fig. 2) contenant une matière métallique en poudre, par exemple du fer, récipient communiquant avec le tuyau par une ouverture 60 ménagée dans une garniture 62.
Une conduite d'air comprimé est reliée à la garniture 62 et au récipient 58 et 57 en dessous d'une plaque 59, afin de chasser la matière en poudre hors du récipient 58 et la faire passer dans le four par le tuyau 56.Le tuyau 56 s'étend avec jeu à l'intérieur du tuyau 55. Le tuyau 66 constitue une conduite d'air comprimé qui s'ouvre dans le tuyau 55 du tube 18 afin d'entraîner la poudre métallique quittant le tuyau 56 et la disperser au niveau de son entrée dans le four.
La section avant 42 du tube 18 comprend des chambres annulaires intérieure et extérieure 68 et 70, respectivement, mises en communication par des ouvertures 72 à l'extrémité antérieure du tube, ces chambres étant reliées par des orifices d'entrée et de sortie d'eau 73 et 74, respectivement, permettant de faire circuler de l'eau de refroidissement dans les chambres.
Le tube inférieur 20 du brûleur 4 comprend des chambres annulaires intérieure et extérieure 76 et 78 communiquant à l'extrémité antérieure du tube 20 et respectivement reliées à des conduites d'entrée et de sortie 80 et 82, pour la circulation d'eau de refroidissement, et un tuyau d'oxygène 84 s'étendant centralement dans la chambre inférieure 76 pour introduire de l'oxygène dans le four sous toute pression désiréeo
La fig. 4 représente un autre brûleur dans lequel le tube supérieur 18 contient deux chambres de mélange 48 reliées chacune à un tuyau de sortie 54, un tuyau d'entrée d'huile 50 et un tuyau d'entrée de vapeur sur chauffée 52 ;
et le tube inférieur 20 contient le tuyau de sortie 56 passant par le tuyau d'oxygène 84 afin de projeter la matière métallique en poudre
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dans le foyer à l'extrémité antérieure du tube 20 à l'endroit où cette ma- tière et l'oxygène venant du tuyau 84 sont mélangés pour entrer dans le four.
On notera que le procédé faisant l'objet de l'invention et dé- crit ci-après peut être appliqué à la fusion du fer et de ses alliages, par exemple des alliages d'acier inoxydable ; que le procédé, bien que décrit en relation avec un four Martin-Siemens peut s'appliquer également dans d'autres types de dispositifs de fusion tels que les fours électriques dans lesquels on n'abaissera de préférence pas l'électrode avant que le procédé décrit ci-après ait nivelé la charge.
Suivant l'invention, on réduit le temps nécessaire pour faire fondre une charge de métal ferreux ou alliage dans un four métallurgique en dirigeant simultanément contre la charge jusqu'à ce que celle-ci soit prati- quement nivelée par fusion, une flamme, un courant d'oxygène et un courant de fer en poudre ou d'une autre matière métallique en poudre, qui subit à la température de fusion de la charge une réaction exothermique. Dès que la charge a atteint par fusion un niveau pratiquement uniforme, les courants d'oxygène et de matière métallique en poudre sont tous deux interrompus et le chauffage de la charge est poursuivi jusqu'à ce que cette dernière soit affinée.
Dans ce but, la flamme est maintenue tout le temps nécessaire. La flamme peut être alimentée par un des combustibles habituels, fuel oil, brai, gaz naturel ou gaz de haut-fourneau (ou la flamme d'un arc électrique, et dans ce cas le combustible est l'électricité). En traitant la charge de cette manière, le temps nécessaire pour la faire fondre et lui faire prendre un niveau pratiquement uniforme est très sensiblement réduit et peut ne pas dépasser 10 % du temps normalement nécessaire.
On peut utiliser l'une ou l'autre des matières métalliques suivantes sous forme de poudre:
1. Fer
2. Silicium
3. Fer et silicium en toutes proportions.
4. Fer, calcium, manganèse et silicium en toutes proportions
5. Fer, calcium, manganèse, silicium et aluminium en toutes pro- portions.
On a trouvé qu'une poudre de fer vendue aux Etats-Unis d'Améri- que sous la marque Linde Oxweld n 200 Scarfing Powder est particulièrement efficace. Ces matières métalliques sont efficaces parce qu'elles subissent une réaction exothermique à l'intérieur du four à la température de fusion de la charge. Les matières qui doivent passer par une période de grillage avant d'être transformées en éléments susceptibles de subir une réaction exothermique à l'intérieur du four ne peuvent convenir. De préférence, ces matières métalliques en poudre doivent être assez fines pour passer par un crible comptant 31 mailles au cm2. Une poudre plus grossière peut être utilisée toutefois mais avec de moins bons résultats, la granulométrie maximum correspondant à un crible de 15,5 mailles par cm2.
La matière métallique en poudre joue le rôle d'un agent d'accélération par sa combustion à l'état d'oxyde. Cette réaction est évidemment exothermique et produit une petite quantité de chaleur. Toutefois, cette petite quantité de chaleur supplémentaire ne peut être tenue pour responsable de l'accélération surprenante de la fusion, parce que la même quantité de chaleur apportée d'une autre manière, par exemple par une augmentation de la quantité de combustible et d'oxygène, n'accélère pas la fusion.
En théorie, 30 litres d'oxygène oxydent 0,144 kg de fer, et l'o- xydation de 96,1 kg de poudre de fer produit environ 160 calories ; a trou- vé cependant qu'il faut environ 1. 250.000 calories pour traiter 1. 000 kg
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d'acier. On a découvert qu'une fois atteinte la température de 1840 C, 5 % environ de la charge doivent être oxydés pour fournir la chaleur nécessaire pour faire fondre le restant, une grande partie de cet oxyde étant plus tard réduite à l'état de fer métallique par ébullition du minerai. Il est donc évident que l'oxydation initiale de la matière métallique accélère la réaction :
2 Fe (5 % de la charge) plus O2 # 2 FeO qui fournit une quantité suffisante de chaleur pour faire passer le reste de la charge de l'état solide à l'état fondu.
Lorsque la charge est "recouverte" c'est-à-dire qu'elle a at teint un niveau uniforme par fusion etqu'une couche de scories commence à se former, on interrompt les courants d'oxygène et de matière métallique en poudre et on poursuit le chauffage de la charge jusqu'à ce que celle-ci soit af- finéeo
On trouvera ci-dessous un exemple du procédé de l'invention appliqué à une charge de 30.000 kg dans un four Martin-Siemens.
Le four est chargé en 35 minutes environ. On place d'abord une couche protectrice de ferraille plate sur la sole, puis une couche de chaux sur la ferraille, puis on charge le complément constitué par de la ferraille et de la fonte. Une flamme d'huile pulvérisée par de la vapeur surchauffée est appliquée par le tube du brûleur 18 à la ferraille et à la fonte pour les préchauffer tandis qu'on les charge sur la chaux. On fait passer de l'oxygène sous une pression de 7 kg/cm2 par le tuyau 84 pendant les 14 dernières minutes du chargement pour obtenir un degré plus élevé de préchauffage.
Dès que le chargement est achevé, on chasse de l'oxygène dans le four par le tuyau 84, et on projette du fer en poudre par le tuyau 56 à l'aide de l'air comprimé du tuyau 74 sous une pression de l'ordre de 6,5 kg/cm2.
Après 13 minutes, la charge s'est nivelée et une couche de scories fondues s'est formée au-dessus du métal. On interrompt alors les courants d'oxygène et de poudre de fer.
Durée totale d'oxygénation 27 minutes Durée totale d'introduction de poudre de fer 13 minutes Consommation totale d'oxygène 199.600 litres Vitesse de l'oxygène 399.133 litres par heure Consommation totale de poudre de fer 46,72 kg Vitesse de la poudre de fer 3,66 kg par minute
En général, il faut environ 2 1/2 heures pour faire fondre la charge à un niveau uniforme. On voit que le procédé faisant l'objet de la présente invention a réduit dans le cas décrit cette période à environ 10 % soit 13 minutes au lieu de 150 minutes.
REVENDICATIONS.
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