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La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'acier par affinage d'un bain de fer impur, procédé dans lequel on souf- fle un gaz oxydant dans le bain métallique.
Elle est applicable, quelle que soit la façon d'introduire le gaz oxydant dans le bain, par exemple dans le cas d'un affinage dans un convertisseur par soufflage par le fond ou par le dessus ou dans le cas d'un affinage dans un autre type de four. Elle est également applicable quelle que soit la nature du gaz oxydant envoyé au contact du métal, mais est particulièrement avantageuse quand la proportion d'oxygène entrant en réaction avec le bain est plus élevée que dans le cas d'emploi d'air atmosphérique.
L'expérience montre que lorsque l'on souffle dans un bain de fer impur en fusion de l'oxygène ou un gaz plus riche en oxygène que l'air atmosphérique, la diffusion de l'oxygène dans le bain s'effectue de manière satisfaisante aussi longtemps que la teneur en carbone du bain est supérieure à 0,5% et cela du fait de la formation, dans le bain d'un volume considérable d'oxyde de carbone qui provoque le brassage énergique du bain.
Mais lorsque la teneur en carbure est inférieure à environ 0,5%, le rapport entre le volume d'oxyde de carbone dégagé et le volume d'oxygène réagissant dans le bain, diminue rapidement et devient très faible lorsque la teneur en carbone tombe en dessous de 0,1%
Si le soufflage d'oxygène doit se poursuivre au delà de ce moment, par exemple pour achever la décarburation et éventuellement la déphosphoration du métal, l'absorption de l'oxygène par le bain n'est plus accompagnée d'un dégagement important de gaz, le bain n'est plus brassé efficacement, son homogénéisation se fait mal et la production d'oxyde de fer devient très intense. Les gaz qui sortent du four sont alors très chargés en oxyde de fer et il y a apparition d'intenses fumées rousses.
La présente invention a pour objet un procédé ayant pour but de remédier à ces inconvénients et en particulier de réduire substantiellement l'émission de fumées rousses.
A cet effet, suivant l'invention, lorsque des fumées rousses d'oxydes de fer apparaissent dans les gaz sortant du four, on met au contact de ces oxydes de fer, au moins un gaz réducteur capable de les réduire.
Comme gaz réducteur, à mélanger aux oxydes de fer en vue de les réduire, conviennent l'oxyde de carbone, l'hydrogène, les hydrocarbures, soit seuls, soit en mélange entre eux ou avec d'autres gaz sans action sur les oxydes de fer formés. Parmi ces autres gaz, on peut citer l'azote, l'anhydride carbonique et la vapeur d'eau.
Parmi les mélanges gazeux : utilisables, on peut citer le gaz de fours à coke, le gaz de hauts-fourneaux et les hydrocarbures.
L'effet des gaz réducteurs utilisés dans le procédé selon 1'invention est non seulement de réduire les oxydes de fer emportés par les gaz sortant du bain mais également d'empêcher l'oxydation par l'air atmosphérique, des vapeurs de fer entraînées par les fumées.
Le gaz réducteur doit évidemment être mis en contact avec les oxydes de fer quand ceux-ci sont encore à une température suffisante pour pouvoir être réduits. Il n'est pas strictement indispensable que le mélange soit effectué juste à la sortie du bain. On peut encore faire agir efficacement le gaz réducteur en l'introduisant dans les fumées au voisinage de l'endroit ou celles-ci sortent du four d'affinage, par exemple, à la sortie du convertisseur dans le cas d'emploi d'un tel four.
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Dans une variante avantageuse, la mise en contact du gaz réducteur et des oxydes de fer sortant du bain est obtenue en ajoutant au gaz oxydant soufflé dans le bain, au moins un gaz peu soluble dans celuici, qui, après son contact avec 1e bain, laisse subsister au contact des oxydes de f-..: au moins un gaz réducteur capable de réduire ceux-ci.
Le gaz à souffler à cet effet dans le bain en même temps que le gaz oxydant servant à l'affinage doit donc pouvoir dégager de l'hydrogène libre et/ou de l'oxyde de carbone près son contact avec le bain.
Les gaz qui conviennent à cet effet sont en principe les mêmes que ceux utilisés quand on les introduit, dans les fumées sorties du bain. Il est à noter toutefois que lorsqu'on désire obtenir un acier à faible teneur en azote, le mélange réducteur à ajouter au gaz oxydant servant à l'affinage ne peut évidemment pas contenir une quantité d'azote incompatible avec la faible teneur en azote de l'acier à produire.
Cette variante est à préférer lorsque, dans l'élaboration d'acier à faible teneur en carbone et en phosphore, on désire maintenir jusqu'à la fin de l'affinage, un brassage intense du bain métallique.
Dans l'une comme dans l'autre des modalités, l'opérateur règle la quantité de gaz réducteurs insufflée d'après l'aspect de la flamme sortant du four et, dans le cas des fours à sole, d'après l'état de bouillonnement du bain. Il commence l'insufflation des gaz réducteurs, au plus tard, au moment où les fumées rousses commencent à apparaître dans les flammes et, si c'est nécessaire, il augmente la quantité de gaz réducteurs insufflée, à mesure que l'affinage progresse de manière à empêcher un accroissement indésirable de la quantité de fumées rousses et à maintenir un bouillonnement convenable du bain.
L'insufflation du gaz se fait par un moyen approprié quelconque, par exemple, à l'aide d'une tuyère éventuellement refroidie par une enveloppe à circulation d'eau et à laquelle on envoie sous une pression appropriée, le gaz à insuffler.
L'invention a également comme objet une tuyère pour la réalisation du procédé selon l'invention, dans le cas où on souffle le gaz oxydant dans le bain à partir de la surface de celui-ci.
Cette tuyère comprend deux conduits coaxiaux dont l'un amène :le gaz oxydant et l'autre le gaz réducteur.
Dans le cas où on désire simplement mélanger le gaz réducteur aux fumées sortant du bain sans faire pénétrer ce gaz réducteur dans ce bain, on utilise une tuyère dans laquelle le conduit pour l'amenée du gaz oxydant est à l'intérieur de celui pour l'amenée du gaz réducteur et celui-ci présente à son extrémité libre, des canaux divergents par lesquels le gaz réducteur est envoyé latéralement lorsque le gaz oxydant est envoyé dans le bain en sortant du conduit intérieur.
Les dessins annexés au présent mémoire représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, deux fours et quelques formes d'exécution de tuyères convenant pour la réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 1 montre schématiquement, en coupe verticale, un convertisseur convenant pour la réalisation du procédé suivant l'invention.
La figure 2 montre, de manière analogue, un four basculant à sole convenant également pour la réalisation de ce procédé.
La figure 3 est partiellement une coupe axiale dans une forme d'exécution d'une tuyère selon l'invention pour le soufflage par le dessus d'un bain de fer impur.
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Les figures 4 et 5 représentent l'extrémité de deux variantes de cette tuyère.
Les figures 6 et 7 sont partiellement d es coupes axiales analogues à celle de la figure 3 dans deux autres formes d'exécution de la tuyère selon l'invention.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques- ,
A la figure 1, on a représenté un convertisseur 2 contenant du fer impur en fusion 3, par exemple un bain de fonte et de mitrailles de fer, recouvert d'une scorie 3'. La conversion de ce bain en acier est réalisée en y insufflant de l'oxygène à partir de la surface 4. Cet oxygène est amené par une tuyère 5 raccordée à une conduite 6 dans laquelle circu- le de l'oxygène sous pression. Près de la sortie 7 du convertisseur, est disposé un tube annulaire 8 raccordé par une conduite 9 à une source de gaz réducteurs tels que du gaz de fours à coke ou du gaz de haut "fourneaus.
Dans ce tube annulaire, sont ménagés des trous 10 dirigés de façon que les jets 11 qui en sortent pénètrent dans la colonne de gaz sortant du convertisseur. Les gaz réducteurs envoyés de cette façon dans les fumées rousses lorsque celles-ci prennent naissance vers la fin de la décarburation ont comme effet de réduire les oxydes de fer emportés par les gaz soldant du bain et, par conséquent, d'empêcher que ces fumées rousses se répandent dans l'atmosphère.
A la figure 2, on a représenté un four basculant à sole 12 contenant un bain de fer impur 3 dans lequel de l'oxygène est envoyé par des tuyères, dont une est représentée en 5, disposées au-dessus de la surface 4 de ce bain. Le tube 8 disposé près de ,La sortie 7 du four et contenant un gaz réducteur sous pression empêche également les fumées rousses d'oxyde de fer de se répandre dans l'atmosphère.
A la figure 3, on a représenté une tuyère comprenant essentiellement deux conduits coaxiaux 13 et 14. Le conduit intérieur 13 est raccordé par un tuyau flexible 15 à une source d'oxygène sous pression.
Il passe à travers un bourrage étanche 16 dans une boite 17 raccordée à une conduite flexible 18 en communication avec une source de gaz réducteurs sous pression. Le conduit extérieur 14 est protégé contre une température excessive par une circulation d'eau amenée par une conduite 19 et partant par une conduite 20. Son: extrémité libre est avantageusement constituée en un métal bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre ou en matière réfractaireo
Cette tuyère est destinée à être placée dans un four pour l'affinage d'un bain de fer impur par soufflage d'oxygène dans ce bain à partir du dessus de celui-ci. Elle permet d'insuffler le gaz réducteur dans le bain métallique en même temps que l'oxygène servant à l'affinage par le fait que les ,jets de ces deux gaz sont sensiblement parallèles.
Le conduit intérieur 13 est de position axiale réglable. Son extrémité ainsi que l'extrémité du conduit extérieur 14 sont conformées de façon que par un déplacement axial de l'un de ces conduits par rapport à l'autre, en l'espèce le conduit intérieur 13, la section de passage 22 entre les bouts des deux conduits soit modifiée. On peut ainsi faire varier à volonté et à tout moment, même pendant le soufflage, le rapport des aires des orifices de sortie des conduits 13 et 14. Le déplacement du conduit intérieur 13 peut être produit en agissant sur une tringle 23 actionnée par un mécanisme non représenté.
A la figure 4, on a représenté une variante de la tuyère selon la figure 3 dans laquelle le conduit extérieur 14 présente une forme cylindrique jusqu'à son extrémité tandis que le conduit intérieur 13 sort du conduit extérieur 14 et porte une masse réfractaire 24 dont la forme
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est telle que par un déplacement axial du conduit 13 par rapport au conduit 14, la section de passage 22 est également modifiée. Les directions des jets d'oxygène et de gaz réducteurs restent cependant à peu près parallèles.
A la figure 5, on a représenté une autre variante de la tuyère selon la figure 3 dans laquelle la variation de la section de passage 22 est également obtenue par un déplacement axial relatif des conduits 13 et 14 sans que le conduit intérieur 13 cesse d'être extérieurement cylindrique jusqu'à son extrémité tandis que le conduit extérieur 14 se retrécit au voisinage de la dite extrémité.
Dans la tuyère représentée à la figure 6, on peut effectuer une variation du rapport des aires des orifices de sortie des conduits 13 et 14 sans déplacement de ces conduits en modifiant la position axiale d'un noyau 25 conformé à cet effet.
A la figure 6, ce noyau est de forme conique et peut modifier la section de sortie 22' de l'oxygène amené par le conduit 13. Ce noyau 25 est porté par une tige 26 sortant du conduit 13 à travers un bourrage 27.
A la figure 7, on a représenté une autre tuyère suivant 1'in- vention à l'aide de laquelle on ne cherche plus à faire pénétrer le gaz réducteur dans le bain métallique en même temps que l'oxygène. Elle pré- sente à cet effet, des canaux divergents 28 par lesquels le gaz réducteur est envoyé latéralement au-dessus de la surface du bain. Les canaux repré- sentés sont dirigés encore un peu vers le bas mais ils pourraient avoir leurs axes dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère ou même être dirigés vers le haut.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes d'exécution représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de chacun des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifi- cations ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des reven- dications suivantes.
REVENDICATIONS.-
1.- Procédé de fabrication d'acier par affinage d'un bain de fer impur, procédé dans lequel on souffle un gaz oxydant dans le bain métallique, c a r a c t é r i s é en ce que lorsque des fumées rousses d'oxydesde fer apparaissent dans les gaz sortant du four, on met au con- tact de ces oxydes de fer, au moins un gaz réducteur capable de les réduire.