<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à un procédé physico- chimique pour traiter des métaux fondus en vue de diverses applications, par exemple pour produire des alliages, pour en- lever des impuretés, etc; elles se rapporte plus particulière- ment à un procédé physico-chimique pour traiter des métaux fondus tandis qu'un courant de métal fondu est soumis à un écoulement turbulent limité à un parcours généralement en spi- rale ; elle se rapporte plus particulièrement encore à un procé- dé physico-chimique,pour le traitement de métaux fondus mainte- nus dans la condition d'écoulement turbulent suivant un parcours généralement en spirale sous l'influence de forces supérieures à la pesanteur.
<Desc/Clms Page number 2>
Il a été proposé antérieurement de.traiter les métaux à l'état fondu au moyen de divers agents chimiques pour enlever des impuretés indésirables comme le soufre, le phosphore, etc.
Ces procédés ont pour la plupart enseigné la nécessité de dis- perser intimement les agents de traitement chimiques dans le bain de métal fondu. La dispersion de l'agent de traitement dans le bain de métal fondu se faisait par diverses méthodes, par exemple en ajoutant l'agent au métal fondu dans le chenal de coulée venant du fourneau, employant ainsi la force du mou- vement du métal fondu à l'impact avec le métal dans la poche de réception poùr disperser l'agent dans le métal, ou en ajou- tant l'agent au bain dé métal fondu dans la poche et en versant le métal fondu d'une poche dans une autre, de manière à ce que l'agent de traitement surnageant le bain de métal fondu soit entrainé dans le bain par la force du courant de métal lorsqu' il est versé d'une poche dans une autre.
Ceci est particulière- ment vrai én ce qui concerné les agents de traitement alcalins pour l'enlèvement du soufre de la fonte brute, enlèvement qui est considéré comme une des opérations les plus importantes dans la production de fer marchand et d'acier.
Etant donné l'importance de la désulfuration du fer et de l'acier industriellement, les principes de l'invention seront . décrits et illustrés ci-après en matière de désulfuration; ceux qui sont au courant de la partie comprendront toutefois que la présente invention est, en fait, un instrument pour traiter autrement le fer; l'acier et métaux analogues à l'état fondu; afin d'en éliminer les constituants indésirables ou d'y ajouter des constituants souhaitables.
Dans la désulfuration du fer et de l'acier; on a utilisé divers agents de désulfuration alcalins dans les procédés anté- rieurs; l'agent le plus courant étant le carbonate de sodium du commerce ou "sel de soude calciné". On a compris Depuis long-
<Desc/Clms Page number 3>
temps qu'un composé plus alcalin que le carbonate de sodium serait, du moins potentiellement, un agent de désulfuration plus efficace que le carbonate de sodium ou les composés moins alcalins des métaux alcalino-terreux. La matière logique en vue de cette application, existant dans le commerce, est évidemment la soude caustique.
Toutefois, la soude caustique n'a jamias bénéficié d'une faveur technique étendue dans les opérations de désulfuration et on ne l'a employée que dans des procédés assez compliqués qui sont des variantes 'du procédé de recharge- ment en poche mentionné plus haut, afin de protéger les surfa- ces réfractaires, etc, avec lesquelles la soude caustique vient en contact durant le traitement du métal.
Les difficultés rencontrées dans l'emploi de la soude caustique ou du carbonate de sodium dans les opérations de désulfuration provenaient principalement de l'effet corrosif de ces matières, à la température des métaux ferreux fondus, sur les revêtements réfractaires de l'appareillage dans lequel la réaction de désulfuration s'effectue ; ceci est particulièrement vrai pour la soude caustique qui, à la température des bains fondus de métaux ferreux, à savoir supérieure à environ 1371 C, attaque rapidement ces matériaux réfractaires.
Une autre diffi culté rencontrée dans l'emploi de la soude caustique, particu- lièrement dans la désulfuration des métaux ferreux, était la vaporisation ou-conversion en fumée de la soude caustique fon- due aux températures des bains métalliques, fumée qui, dans les procédés antérieurs, constituait un danger pour les personnes qui y étaient exposées.
De même, par exemple pour produire des alliages de métaux ferreux, la pratique consistait autrefois à ajouter soit un alliage métallique ferreux, comme un ferro-chrome, ou du ferro- chrome-silicium, en mélanges exothermiques qui, lorsqu'ils sont ajoutés au métal fondu, subissent une réaction à la température
<Desc/Clms Page number 4>
du métal fondu, libérant de l'énergie sous forme de chaleur; la formation d'alliage était ainsi effectuée au moyen d'une réaction chimique cédant le métal désiré au bain de métal fon- du. Dans ces procédés, il est courant d'effectuer la dispersion du métal d'alliage désiré dans le métal de base en versant le bain de métal fondu conjointemen avec la scorie d'affinage d'une poche à l'autre.
Ceux qui sont au courant de la partie comprendront que ces procédés constituent un moyen assez gros- sier pour disperser un métal dans un autre, et conduisent à des résultats non uniformes dans l'alliage finalement obtenu.
On vient de découvrir présentement, contrairement aux enseignements des procédés antérieurement connus, que les trai- tements chimiques et particulièrement la désulfuration des,mé- taux fondus contenant des composés sulfurés et autres impuretés indésirables, peuvent s'effectuer sans la nécessité de prévoir une phase fortement dispersée de l'agent de traitement chimique dans le bain de métal fondu dans la poche ou réservoir similai-- re, et que ceci peut se faire avantageusement sans devoir met- tre en contact l'agent de traitement avec les réfractaires de l'appareillage dans lequel le traitement chimique a lieu.
L'importance de cette particularité de l'invention sera immédia- tement apparente aux personnes qualifiées.
On a également découvert conformément à la présente inven- tion que dans le cas où on utilise de la soude caustique, du carbonate de sodium ou un mélange de ces matières, comme agent de désulfuration, et où les fumées de ces matières sont mainte- nues en contact avec le métal fondu pendant des périodes éten- dues, ces fumées perdent leurs propriétés nocives caractéristi- ques et que l'on peut s'en débarrasser facilement durant la désulfuration sans qu'elles constituent un danger pour le per- sonnel occupé au processus de désulfuration.
Un des objets de la présente invention est d'apporter un
<Desc/Clms Page number 5>
procédé physico-chimique pour traiter un métal fondu, dans le- quel l'agent de traitement n'a pas besoin d'être dispersé inti- mement dans le bain de métal fondu.
Un autre objet de l'invention est d'apporter un procédé de traitement des métaux fondus, procédé dans lequel un courant de métal fondu et d'agent de traitement circulant en un par- cours généralement en spirale est soumis à un écoulement turbu- lent dans une zone d'entreposage de métal et d'avancement de métal, les surfaces du métal fondu et de'l'agent de traitement présentant ainsi continuellement et rapidement leurs portions fraichement exposées réciproquement dans leurs conditions les plus réactives physiquement et chimiquement.
Un autre objet de l'invention est d'apporter un procédé continu de traitement, des métaux fondus dans lequel un courant de métal fondu et d'agent de traitement est brisé en petites particules discontinues en quittant la zone d'entreposage : de métal et d'avancement de métal et durant le contact de l'agent de traitement et du métal fondu.
Un autre objet de la présente invention est d'apporter un procédé pour enlever les impuretés des métaux ferreux fondus contenant des composés sulfurés, du silicium, du phosphore, etc, procédé dans lequel l'agent de traitement chimique est maintenu hors de contact des matériaux réfractaires de l'appa- reillage dans lequel la réaction chimique conduisant à la puri- fication du métal se produit.
Un autre objet de l'invention est d'apporter un procédé de désulfuration des métaux, procédé dans lequel les fumées prove- nant de l'agent de désulfuration alcalin peuvent être éliminées facilement sans danger pour le personnel s'occupant de l'opéra- tion.
Ces objets et d'astres objets de l'invention apparaitront aux personnes qualifiées par une description plus détaillée de
<Desc/Clms Page number 6>
l'invention donnée ci-après.
'En principe, le procédé de la présente invention pour le traitement de métaux fondus comprend les phases opératoires consistant à soumettre un courant du métal à un écoulement turbulent limité à un parcours généralement en spirale, par- cours constituant une zone d'entreposage de métal et d'avance- ment de métal pour le métal fondu considéré, à mettre ce métal fondu en contact avec un agent de traitement, à permettre au courant de quitter ce parcours sous une forme non confinée, disloquant ainsi le.courant et formant des particules disconti- nues de métal fondu, à recueillir ces particules discontinues sous la forme d'un corps continu de métal fondu, et à.séparer ce corps de métal fondu de l'agent de traitement et des pro- duits indésirables résultant du contact du métal fondu et de l'agent.
En ce qui concerne spécifiquement la désulfuration, la déphosphoration ou l'enlèvement du silicium du fer et de l'a- cier, l'expression "composé alcalin de métal alcalin" ou "agent de désulfuration alcalin" telle qu'est utilisée ici comprend principalement les oxydes, hydroxydes, carbonates, bicarbonates et silicates des métaux alcalins lithium, sodium, potassium, rubidium et caesium, de même que des mélanges de ces substances entre elles, et avec des additifs comme les composés de métaux alcalino-terreux, par exemple le fluorure de calcium, lequel peut être utilisé pour remplir une fonction spécifique, par exemple comme fondant (fusion et coalescence des occlusions) dans le bain métallique durant le traitement chimique.
Les for- mes commerciales des composés alcalins mentionnés plus haut et utilisés comme agents de traitement chimique sont évidemment principalement les composés sodiques comme la soude caustique, le carbonate de sodium et le silicate de sodium, que l'on peut utiliser dans le procédé de la présente invention en une combi-
<Desc/Clms Page number 7>
naison voulue quelconque pour effectuer des traitements spéci- fiques d'un métal fondu comme les métaux ferreux' fondus.
Ceux qui sont versés dans ce domaine comprendront aussi que les composés alcalins de métaux alcalins, spécifiquement pour la'désulfuration, etc, peuvent également contenir d'autres- additifs fondants en supplément ou ,en remplacement du 'fluorure de calcium cité plus haut, par exemple des borates de métaux . alcalins, d'autres oxydes ou fluorures alcalino-terreux, des oxydes d'aluminium, de l'oxyde ferrique, des oxydes de manganèse, des oxydes de vanadium, des composés des terres rares, etc.
Toutefois, conformément à la présente invention, ces substances ne sont pas de préférence en qualité suffisante pour détruire les effets désirés de l'agent de traitement aux températures du bain fondu.
L'expression "écoulement turbulent" telle qu'on l'utilise ici est à comprendre dans le sens technique en ce qui a trait aux substances fluides ; l'emploie pour caractériser l'écou- lement dans des conditions où il se produit une turbulence des courants de métal fondu et d'agent de traitement, par opposition 'à l'écoulement naturel, ou quiescencé, où il n'existe pas de turbulence dans le corps du fluide en écoulement.
Lorsqu'on prévoit l'écoulement turbulent du métal fondu et de l'agent de traitement, les courants sont réglés et confinés de manière à se.présenter mutuellement des surfaces fluides changeant continuellement et substantiellement de même étendue à l'interface, évitant totalement la technique courante du main- tien à l'état intimement dispersé de l'agent de traitement dans le bain de métal fondu.
Un moyen pour produire l'écoulement . turbulent du métal fondu et de l'agent de traitement, conformé- ment aux principes de la présente invention, et pour permettre aux courants de quitter le parcours généralement en spirale dans la zone d'entreposage de métal et d'avancement de métal
<Desc/Clms Page number 8>
sous une forme non confinée, d'où dislocation des courants et formation de particules discontinues de métal fondu en contact avec 1''agent de traitement, consiste en un cylindre rotatif pourvu d'un moyen pour conférer une vitesse rotatoire suffisan- te au cylindre pour provoquer la formation d'une bouche conti= nué de métal fondu sur les surfaces internes du cylindre.
Les principes de la présente invention vont être examinés de manière plus démaillée' en se rapportant aux dessins en annexe qui font partie de l'invention.
La figure I est une coupe verticale, avec certaines parties enlevées, d'un appareillage convenant au traitement des métaux fondus conformément aux principes de la présente invention.
La figure II est une vue isométrique d'un moyen'pour.capter le métal fondu issu de l'extrémité de décharge de l'appareillage de la figure I, le moyen collecteur ayant une partie du couver- ole frontal enlevée pour exposer l'extrémité de décharge de l'appareillage de la figure I et présentant une ouverture, non montrée dans la figure I, pour un conduit de fumée.
La figure III est une coupe verticale du moyen collecteur . de la figure II, vue dans la direction de la ligne A-A.
La figure IV est une vue latérale du moyen collecteur de la figure II, avec le couvercle frontal en place, la structure interne étant indiquée par des lignes interrompues, et montrant une cheminée à fumée en place.
La figure V est une représentation schématique d'une vari- ante de l'appareillage de la figure I, avec certaines parties enlevées, variante spécifiquement conçue pour l'addition de l'agent de traitement au métal fondu dans un chenal de coulée allant à l'appareillage de la figure I, le métal étant fourni au ohenal à partir d'une poche.
La figure VI est une vue schématique montrant une variante de l'appareillage des figures I et V, où le métal fondu peut
<Desc/Clms Page number 9>
subir un traitement en deux stades successifs en agençant deux ou plusieurs unités de l'appareillage en série.
La figure VII est un tracé d'un agrandissement d'un film au ralenti montrant le modèle de trajectoire du métal fondu se déchargeant dans le moyen collecteur d'un appareillage du type représenté dans les figures I à IV et VI, où le cylindre tourne à peu près à la vitesse critique, c'est-à-dire à la vitesse à laquelle l'accélération centripète conférée au métal subissant le traitement est juste suffisante pour maintenir le métal fon- du sous la forme d'une couche continue sur la surface interne du cylindre.
La figure VIII est également un tracé d'un agrandissement d'un film au ralenti, montrant la trajectoire du métal fonfu déchargé dans le moyen collecteur de l'appareillage des figures I à IV et VI, où la vitesse de rotation du cylindre est bien au dessus de celle requise pour causer la formation d'une couche continue de métal sur les surfaces internes du cylindre.
Dans les dessins, le cylindre rotatif 1 comprend une enve- loppe d'acier 2 ayant un revêtement réfractaire 4 sur lequel on peut placer une couche monolithique 6 en produit réfractaire approprié, par exemple de l'oxyde de magnésium. L'enveloppe d'acier 2 et les couches 4 et 6 ne sont pas différenciées dans les figures V et VI, étant donné que l'on montre ces figures principalement en vue d'illustrer un agencement d'appareillage plutôt que de donner des détails de structure. Toutefois, les détails structuraux de l'appareillage des figures I à IV con- viennent également pour l'appareillage des figures V et VI.
Le cylindre I est conçu pour tourner à des vitesses suffi- santes pour maintenir une couche continue de métal fondu recou- vrant la surface de la couche réfractaire interne 6. La rota- tion du cylindre est effectuée avec un moyen de commande non représenté. Le cylindre 1 possède en son extrémité de décharge
<Desc/Clms Page number 10>
10 une bague d'ajutage 12, construite de préférence en maté- riau réfractaire,.ayant la forme montrée dans la figure I et maintenue en place fermement contre l'enveloppe d'acier 2 au moyen de boulons 14, etc; est fixée également à l'enveloppe d'acier 2 une bague de retenue 15 qui sert de déflecteur entre, le capot collecteur 42 et le cylindre 1.
A l'extrémité d'alimer tation 16 du cylindre se trouve une bague de barrage 18 avec formation appropriée des contours de la couche isolante 4 et de la couche réfractaire 6 de manière à maintenir une couche de métal fondu dans le cylindre, la bague de barrage 18 s'étendant à une distance suffisante de la périphérie de l'enveloppe d'acier 2 pour assurer la décharge du métal fondu à l'extrémité de décharge 10 du cylindre. La bague d'ajutage 12 et l'inser- tion 20 à l'extrémité d'alimentation 16 du cylindre sont de préférence façonnées en carbone ou produit réfractaire analogue qui résiste aux alcalins forts aux températures du métal fondu subissant le traitement.
L'enveloppe d'acier 2 du cylindre 1 est avantageusement dotée de bandages 22 qui engagent des galets 24 de manière à assurer un mouvement de rotation aussi égal que possible du cylindre lorsque ce dernier est en rotation à une vitesse suf- fisante pour causer la formation d'une couche continue de métal fondu sur sa surface interne.
A cet égard on a trouvé que dans un cylindre rotatif comme celui montré dans la figure I, ayant par exemple un diamètre intérieur d'un pied (30,48 cm) et conçu pour une épaisseur de métal fondu d'environ un pouce (2,54 cm), une vitesse de rota- tion de l'ordre de 350 tours par minute est plus que suffisante pour assurer le maintien du fer fondu en une couche continue près du revêtement réfractaire durant l'opération.
A partir des dimensions et de la vitesse de rotation ci- dessus on peut facilement calculer qu'à l'interface revêtement-
<Desc/Clms Page number 11>
métal fondu il est; appliqué une force qui est environ 21 fois celle de la pesanteur, et qu'à la surface du métal fondu est appliquée une force qui est environ 17 fois celle de la pesan- teur. Ces calculs sont établis en déterminant l'accélération centripète, (Ac), en pied/seconde à partir de la vitesse en pied/seconde (V) et du rayon (r), suivant l'équation Ac= V2/r; la force appliquée, exprimée en pesanteur, est alors calculée à partir de la formule Ac/g, où g est l'accélération due à la pesanteur (980,6 cm/sec2 ou 32,17 pies/sec2).
Ces forces d'environ 17-21 fois celle de la pesanteur représentent ordinairement le maximum désirable pour régler la vitesse de rotation du cylindre, bien que l'on puisse utiliser des vitesses plus grandes de rotation conférant des forces. plus grandes ; forces moindres, de l'ordre de 10 à 12 fois celle de la pesanteur, conviennent pour la majorité des applica- tions de la présente invention.
Lorsque la force appliquée au métal fondu dans le cylindre, par exemple du fer, est moindre que 6 à 8 fois celle de la pesanteur, il se produit une chute en cascade du métal fondu à l'intérieur du cylindre ; dansl'éventualité où on utilise un composé fortement alcalin comme agent de traitement, par exemple de la soude caustique, l'éro- sion des réfractaires ordinaires dans le revêtement du cylindre rotatif est accélérée considérablement. Par conséquent, dans la mise en oeuvre.de la présente invention, au cas où on utilise ces agents de traitement fortement alcalins, on évitera la chute en cascade du métal fondu dans,le cylindre rotatif, et la force appliquée au métal fondu devra être suffisante pour maintenir ' une couche continue de celui-ci en contact avec le revêtement réfractaire.
A l'extrémité d'alimentation 16 du cylindre rotatif il est prévu un chenal 26 qui peut être conçu pour recevoir un agent de traitement chimique tel qu'un agent de désulfuration, par
<Desc/Clms Page number 12>
exemple de la soude caustique, par l'intermédiaire d'un tuyau de descente 30, lequel peut servir aussi de conduit de fumée, bien que la fumée dans cette région ne constitue pas un problème sérieux lorsqu'il est prévu ultérieurement dans le procédé une élimination des fumées, comme on le verra dans la description ci-après. On peut évidemment introduire séparément dans le cylindre l'agent de traitement et le métal. Le chenal 26 est alimenté en métal fondu à partir d'un moyen approprié 32, qui peut prendre la forme d'un"tundish" qui a son tour est alimenté par une poche ou une autre source appropriée.
Le chenal 26 et le tundish 32 sont de préférence garnis d'un matériau réfractaire approprié tel qu'un revêtement de car- bone 34 pour le chenal 26, au cas où l'on utilise des'agents de traitement fortement alcalins; on utilise un revêtement 36 de magnésie, etc, pour le tundish 32.
Dans le fonctionnement de l'appareillage des figures I à IV, conformément au procédé de la présente invention on introduit du métal fondu dans le tundish 32 et, à partir de cet' endroit, il s'écoule à travers le chenal26 dans le cylindre rotatif 1.
L'introduction du métal fondu et de l'agent de traitement se fait de préférence après que le cylindre rotatif a atteint une vitesse de rotation telle qu'une force 10 à 16 fois celle de la pesanteur est appliquée au métal fondu dans le cylindre; ainsi une couche continue de métal fondu est étalée sur toute la surface interne du cylindre.
Le cylindre étant en rotation pour produire les conditions ci-dessus, la couche continue 8 de métal fondu à proximité du revêtement réfractaire 6 aura nécessairement une vitesse de rotation differente de celle de la couche de l'agent de traite- ment 9, de même que du cylindre; cette différence des vitesses de rotation, conjointement avec la petite quantité de vibration inhérente caractéristique des cylindres en rotation, produit
<Desc/Clms Page number 13>
l'écoulement turbulent du métal fondu lorsqu'il se déplace suivant un parcours généralement en spirale d'une extrémité du cylindre à l'autre.
L'agent de traitement, qui est de préféren- ce du carbonate de sodium ou de la soude caustique, de préfé- rence cette dernière à cause de sa viscosité et aussi de sa masse, aura également une vitesse de rotation différente de celle du métal fondu et, par conséquent, il y aura à l'interface entre les couches une action de cisaillement'prononcée qui pro- voquera également un écoulement turbulent à la fois du métal fondu et de l'agent.de traitement.lorsqu'ils se déplacent d'une extrémité du cylindre à l'autre.
On estime que cette forte action de cisaillement, contri- buant à la turbulence à la fois du métal fondu et de l'agent de traitement, est la cause que leurs surfaces, à l'interface, sont continuellement dans un état de mouvement et par consé-- quent changent continuellement et -rapidement avec le temps en ce qui concerne les constituants que chacun présente à l'inter- face. De cette manière, une surface extraordinairement grande de métal fondu est exposée à une surface tout aussi grande d'agent de traitement, en un laps de temps très court, avec comme résultat qu'une très grande proportion des matières contaminentes du métal fondu sont soumises à un contact avec l'agent de traitement et sont éliminées du métal fondu dans cette même période de temps.
En outre, au cas où on se sert de soude caustique anhydre comme agent de traitement, celle-ci peut être à la température d'ébullition ou plus haut, particulièrement avec les métaux ferreux qui sont d'ordinaire désulfurés à des températures dé- passant 1371 C; par conséquent, la couche de soude caustique fondue peut être séparée légèrement du métal ferreux fondu par des vapeurs de soude caustique qui, en s'élevant à travers la couche de soude caustique fondue, y provoqueront une turbulence
<Desc/Clms Page number 14>
supplémentaire.
Au surplus, comme les couches de métal ferreux fondu et de soude caustique sont maintenues dans un champ supé- rieur à la.pesanteur,. la compression à l'interface peut causer également,,une diffusion de la soude caustique dans une certaine mesure dans le métal fondu, qui s'ajoute. à l'aire de contact totale de l'agent de désulfuration et du métal à l'interface, ce qui a pour effet de diminuer considérablement le temps de réaction pour l'enlèvement des impuretés.
Lorsque le métal fondu et l'agent de traitement chimique, dans le cas spécifique renseigné plus haut la soude caustique, quittent le cylindre à travers l'extrémité de décharge 10, les matières fluides suivent les contours internes de la bague d'ajutage 12, achevant ainsi le parcours substantiellement-en spirale qu'elles ont effectué à travers le cylindre rotatif, et elles sont.brutalement disloquées lorsqu'elles quittent l'extrémité de la bague d'ajutage tangentiellement à celle-ci.
Cet effet est représenté de manière saisissante dans les figu- res VII et VIII que l'on va décrire ci-après.
Cette dislocation brutale, au cas où la vitesse de rota- tion du cylindre est juste suffisante pour maintenir une couche continue de métal'fondu sur le côté intérieur du cylindre tour- nant, fait que le courant de'métal adopte un modèle de trajec- toire comme celui montré dans la figure VII, les particules de métal fondu et d'agent de traitement chimique étant relativement grandes et dans un état extrême de turbulence.
Lorsque le cylin- dre tourne à une vitesse suffisante pour conférer au métal fondu dans le cylindre une force de l'ordre de 12 à 16 fois celle de la pesanteur, le métal fondu,,lorsqu'il quitte le parcours en spirale qui a été tracé dans le cylindre rotatif, est encore . disloqué plus brutalement, étant désintégré en un grand nombre de particules relativement petites ayant un modèle de trajectoi-, re comme celui qui est montré dans la figure VIII.
<Desc/Clms Page number 15>
Un autre facteur à considérer sur ce point est que la soude caustique, ou le carbonate de sodium, à cause de leur tendance à se vaporiser aux températures auxquelles le fer et l'acier fondu sont par exemple désulfurés, constituent une at- mosphère extrêmement active en contact avec le métal fondu à la fois dans la zone d'entreposage de métal et d'avancement de métal, et dans la région où le parcours en spirale du métal est terminé et où le courant de métal est disloqué. Dans cette der- nière région il y a effectivement dispersion du métal fondu dans les vapeurs de l'agent de traitement.
Cette condition est évidemment produite par le fait que les particules de métal fondu, conjointement avec de la scorie et/ou de l'agent de trai- tement, sont propulsées à travers l'atmosphère active vers -le haut sur une courte distance, vers l'extérieur sur une distance plus grande, et finalement vers le bas avec une force considéra- ble dans une flaque 38 de métal fondu qui peut comporter une couche surnageante 40 de scorie ou autre agent de traitement .. chimique; de cette manière le métal fondu peut être soumis con- tinuellement au traitement chimique avant et pendant le captage en un corps continu dans le capot collecteur 42, comme montré dans les fig. II, III et IV.
Le métal fondu dans le capot de décharge 42 peut en être enlevé par le tuyau de décharge 44 pour aller à un moyen approprié de séparation du métal et de l'agent de traitement au cas où cet agent de traitement n'est pas vola- til à la température du métal fondu, ou bien le capot 42 peut être conçu pour qu'on y effectue la séparation du métal et de l'agent de traitement. Lorsqu'on utilise un agent de traitement comme la soude caustique ou le carbonate de sodium, on utilise de préférence un conduit de fumée 52, montré en place dans la , figure IV pour l'appareillage des figures I à IV, comme moyen de séparation de la matière volatilisée et du métal fondu.
Dans la figure V, le métal provenant de la poche 46 est
<Desc/Clms Page number 16>
introduit dans un chenal 26 comportant une plaque déflectrice 48 ; dans cet appareillage, le condùit de décharge 30 peut pren- dre la forme d'un entonnoir à travers lequel on introduit l'agent de traitement comme la soude caustique dans le chenal.
De même, le chenal 26 comport@ une couche réfractaire 50, de préférence en carbone ou matériau analogue résistant aux alcalis forts à la température du métal fondu, au cas où on utilise de la soude caustique ou du carbonate de sodium comme agent de traitement. En outre, on peut attacher au besoin un conduit de fumée 52 au chenal 26, bien que pour les raisons invoquées plus haut il soit préférable de placer le conduit de fumée dans le capot collecteur à l'extrémité de décharge du cylindre, de ma- nière à tirer un avantage maximum des vapeurs résultant du-con- tact de l'alcali avec le métal fondu.
Comme montré dans la figure VI, on peut employer en série plus d'un des cylindres rotatifs et des capots collecteurs mon- trés dans la figure I, en vue du traitement successif du métal, comme par exemple la désulfuration dans le premier cylindre rotatif et la déphosphoration avec une scorie oxydante dans le second cylindre rotatif, la scorie ou matière fondante étant introduite par l'alimentateur de fondant 56 dans le capot col- lecteur intermédiaire 42. Un traitement supplémentaire du métal fondu peut être effectué dans l'un ou l'autre cylindre ou dans les deux à la fois, disposés en série, par l'introduction d'un gaz comme de l'oxygène,
de manière à ce que l'atmosphère à l'in- térieur de l'appareillage contienne des constituants chimique- ment actifs en plus des vapeurs résultant du contact du métal fondu avec l'agent de traitement alcalin.
Les personnes qualifiées dans ce domaine comprendront qu', en appliquant les principes de la présente invention comme dé- crit plus haut et comme illustré dans les dessins, on peut obte nir facilement du métal "lavé" par un ou plusieurs agents de
<Desc/Clms Page number 17>
traitement du métal fondu, en l'occurrence le traitement chimi- que désiré étant accompli à un coût considérablement moindre.
, que le coût actuel de la préparation du fer au four à sole conformément à la pratique industrielle actuelle
Ceux qui sont versés dans ce domaine comprendront égale- ment que, bien que l'écoulement en équi-courant des agents-,,Çle traitement chimiques et du métal fondu soit ici illustré dans les dessins, on peut aussi effectuer le contact en contre- courant,de l'agent de traitement chimique et du métal fondu,. . ceci.étant considéré à la portée de la présente invention bien.
'que cette-pratique ne reçoive pas d'ordinaire la préférence, pour la raison qu'il est hautement souhaitable que le métal fondu soit associé à l'agent de traitement chimique lors de sa décharge à l'extrémité de décharge du cylindre rotatif au moment où le parcours en spirale suivi par le courant de métal fondu se termine et parce que le courant de métal fondu est disloqué et brisé en un grand nombre de particules relativement petites en entrant dans la chambre collectrice 42 de l'appareillage.
Au surplus, les divers agents de traitement gazeux pouvant être utilisés sont introduits dans le capot collecteur 42, là où les particules de métal fondu s'ont en leur forme la plus finement divisée, ou dans le cylindre rotatif, ou dans les deux à la fois, ce qui permet l'action double de ces agents gazeux et d'un agent de traitement chimique moins volatil, afin de-pouvoir réaliser cette double action en un stade opératoire unique et dans un seul élément d'appareillage, contrairement à la présente pratique de phases opératoires multiples dans plusieurs appa- reillages.
De la description ci-dessus, et conformément aux principes de la présente invention, il ressort qu'en introduisant le métal fondu dans le cylindre rotatif ou en conférant d'une autre manière un mouvement rotatoire au courant de métal fondu, le
<Desc/Clms Page number 18>
métal fondu se déplace à travers la zone d'entreposage de métal et d'avancement de métal suivant un parcours généralement en spirale, en étant soumis à un écoulement turbulent relativement violent.
Il ressort également que, l'agent de traitement étant soit un liquide, soit un gaz à la température du métal fondu, le contact de l'agent de traitement et du métal s'effectue pra- tiquement sur toute la surface exposée du métal, et que la tur- bulence de l'agent de traitement provient à la fois du mouvement rotatoire du métal et de son mouvement à travers la zone d'en- treposage de métal et d'avancement de métal.
Lorsque le métal fondu et l'agent de traitement quittent cette zone, le parcours généralement en spirale du courant de métal fondu est disloqué brutalement en raison de l'accélération centripète conférée par le mouvement de rotation, suite à quoi la direction d'écoulement du courant de métal fondu est changée radicalement, ce qui a pour effet de disloquer ou "atomiser" le courant de métal fondu continu pour former un grand nombre de particules relativement petites qui traversent l'atmosphère existant dans le capot col- lecteur à l'extrémité de décharge de l'appareillage, préalable- ment au rassemblement en un corps continu de métal fondu.
On voit par conséquent que le métal fondu, tant dans la zone d'en- treposage de métal et d'avancement de métal que dans la zone dans laquelle les particules de métal fondu sont recueillies en un corps continu, est dans la condition voulue pour une réaction maximum des contaminants avec l'agent de traitement chimique.
Afin que les personnes qualifiées puissent mieux comprendre la présente invention et afin de montrer la manière suivant la- quelle on applique les principes ci-dessus, on se propose de donner les exemples spécifiques suivants.
Exemple 1.
Dans un appareillage comme celui représenté dans les figures I à IV des dessins, le cylindre ayant un diamètre inté- rieur de 10-1/2 pouces (26,67 cm) à la bague d'ajutage est mis
<Desc/Clms Page number 19>
en rotation à une vitesse suffisante pour conférer une force d'environ 6 fois celle de la pesanteur à de la fonte brute fondue qui est introduite dans le cylindre à raison de 5 tonnes par heure, tandis que de la soude caustique anhydre est introduite dans le chenal allant au cylindre rotatif à rai- son de 20 livres (9,08 kg) par tonne de fer.
La fonte brute avant le traitement a la composition sui- vante :
EMI19.1
<tb> carbone <SEP> 3,95%
<tb>
<tb> silicium <SEP> 1,35%
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,044%
<tb>
Quatre minutes après la première introduction de fer et de soude caustique dans le cylindre rotatif, on prélève un échantillon du métal à l'extrémité de décharge du cylindre et on constate qu'il répond à l'analyse suivante :
EMI19.2
<tb> Carbone <SEP> 3,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicium <SEP> 0,64%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> soufre <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,002. <SEP> (x)
<tb>
(x) Ceci constitue la limite de précision de la méthode analytique employée.
On voit que 53% du silicium ont été enlevés de la fonte brute et que 96% du soufre ont été enlevés par le traitement 'ci-dessus.
Exemple.11.
Suivant le procédé de l'exemple I et dans le même appareil- lage employé à cette occasion on introduit de la fonte brute fondue dans le cylindre rotatif à raison de 10 tonnes à l'heure, tandis que la quantité de soude caustique anhydre alimentée dans le cylindre rotatif est de 20 livres (9,08 kg) par tonne de fonte brute. La vitesse de rotation est la même que celle de l' exemple, 1.
<Desc/Clms Page number 20>
L'effluent du capot collecteur est soutiré dans une poche et est recyclé à l'extrémité d'alimentation du cylindre rotatif de l'appareillage, sans réchauffage, et il-est introduit dans le cylindre rotatif avec une quantité additionnelle de soude caustique en paillettes, dans la proportion de 20 livres (9,08 kg) par tonne de métal fondu, le taux d'alimentation en métal fondu étant de 30 tonnes à l'heure.
La fonte brute préalablement au traitement dans le cylin- dre rotatif a eomme analyse :
EMI20.1
<tb> , <SEP> carbone <SEP> 4,02%
<tb>
<tb> silicium <SEP> 1,41%
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,049%
<tb>
Le fer traité recueilli dans la poche dans le premier' stade du procédé,-ci-dessus a comme analyse :
EMI20.2
<tb> carbone <SEP> 3,97
<tb>
<tb> silicium <SEP> 1,27%
<tb>
<tb> soufre; <SEP> 0,012%
<tb>
Suite au recyclage de la fonte:brute fondue du premier traitement, le métal fondu est à nouveau repris dans une poche et possède comme analyse :
EMI20.3
<tb> carbone <SEP> 3,96%
<tb>
<tb> silicium <SEP> 1,03%
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,007%
<tb>
Ceci montre l'efficacité de l'utilisation de-traitements successifs du métal avec un agent de traitement, comme montré schématiquement dans la figure VI des dessins. On notera de même que,'l'on né constate pas dans cette opération de chute substantielle de température au-delà de celle attendue en trans- férant le métal fondu de la poche collectrice de nouveau à l'extrémité d'alimentation du cylindre.
Exemple III.
On:introduit de la fonte brute'dans un-appareillage du
<Desc/Clms Page number 21>
même type que celui utilisé dans'l'exemple I, au taux de 8 ton- nes à l'heure. On introduit simultanément de la soude caustique dans le chenal alimentant le cylindre rotatif au taux de 20 li- vres (9,08 kg) de soude caustique par tonne de métal fondu. La vitesse de rotation est telle que la force appliquée au métal fondu à la bague d'ajutage est 7,25 fois celle de la pesanteur.
La fonte brute fondue alimentée dans le cylindre rotatif a l'analyse suivante :
EMI21.1
<tb> silicium <SEP> 1,38%
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,040%
<tb>
A l'extrémité de décharge du cylindre rotatif, le métal fondu recueilli dans le capot collecteur est vidé dans une poche; on prélève un échantillon pour l'analyse, obtenant les valeurs suivantes :
EMI21.2
<tb> silicium <SEP> 1,17%
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,008%
<tb>
Exemple IV.
En suivant exactement le même procédé que dans les exemples précédents, on introduit de la fonte brute fondue contenant 1,61% de silicium et 0,032% de soufre dans un cylindre rotatif, au même taux et avec la même quantité de soude caustique par tonne de métal fondu que ce que l'on a utilisé dans l'exemple précédent.
Employant ce procédé et prélevant un échantillon de l'ef- fluent à partir du capot collecteur environ 2 minutes après l'introduction du fer fondu, de la soude caustique et de l'oxy- gène dans le cylindre rotatif, on trouve que le métal traité contient 1,15% de silicium et 0,017% de soufre. Dans cet exemple, le cylindre est mis en rotation à une vitesse telle que la force appliquée au métal fondu est 7,25 fois celle de la pesanteur agissant sur le métal dans le cylindre.
<Desc/Clms Page number 22>
Exemple V.
De la fonte brute fondue est introduite dans un cylindre rotatif comme celui représenté dans la figure I, le capot col- lecteur ayant un couvercle amovible exposant toute l'extrémité de décharge du cylindre rotatif et une longueur substantielle au dessus et en-dessous de cette portion de l'appareillage. Le métal fondu est alimenté dans le cylindre rotatif au taux d'en- viron 5 tonnes à l'heure, le couvercle du capot collecteur étant enlevé pour exposer le métal qui est déchargé du cylindre.
Le cylindre étant mis en rotation à une vitesse telle qu'il impose au métal à la bague d'ajutage une force égale à environ
4,5 fois celle de la pesanteur, le métal fondu a@@chargé du cy- lindre a un modèle de gerbe ou trajectoire comme celle montrée dans la figure VII. Ces faits sont établis en prenant des ima- ges au-ralenti de l'extrémité de décharge du cylindre.
En augmentant la vitesse de rotation du cylindre au point que la force imposée au métal fondu à la bague d'ajutage est égale à 7,25 fois celle de la pesanteur, le métal sortant de l'extrémité de décharge du cylindre rotatif a un modèle de gerbe ou trajectoire du type montré dans la figure VIII, ceci étant . également établi par le mouvement ralenti d'images cinématogra- phiques prises au cours du fonctionnement du cylindre à cette vitesse, le métal fondu étant introduit dans ce dernier au taux indiqué plus haut.
Exemple VI.
On introduit de la fonte brute fondue dans l'appareillage employé dans les exemples précédents et on la traite avec de la soude caustique anhydre de la manière décrite, pendant une péri- ode appropriéé suffisante pour effectuer le traitement désiré. du métal. Après, on interrompt la source de métal fondu et de soude caustique et l'on continue la rotation du cylindre à une vitesse suffisante pour imposer au métal dans le cylindre une
<Desc/Clms Page number 23>
force égale à environ 8 fois celle de la pesanteur, et pendant une période suffisante pour permettre le refroidissement du métal fondu dans le cylindre jusqu'à son point de solidification après quoi on arrête la rotation du cylindre.
Par la suite, on fait de nouveau tourner le cylindre à la vitesse antérieure, tandis que les gaz chauds passent à travers afin de chauffer le métal très près de son point de fusion, et ensuite on introduit de nouvelles quantités de métal fondu et de soude caustique dans le cylindre pour un nouveau traitement.
Après ce dernier traitement, le cylindre est vidé de tout métal fondu, refroidi et examiné pour une avarie d'une quelcon- que de ses parties internes. On observe que dans les conditions de tous les exemples décrits plus haut, une couche continué de métal fondu est retenue contre le revêtement le plus interne du cylindre rotatif pour protéger ce revêtement de la soude caustique à la température de l'opération. En outre, on note qu'à l'exception d'une faible érosion du revêtement le plus interne, due probablement uniquement à la friction, on ne'con- state pas d'avarie interne dans le cylindre.
Bien que l'on ait décrit diverses formes de réalisation de l'invention, les procédés et problèmes décrits ne présentent pas un caractère limitatif pour la portée de l'invention, étant donné que l'on conçoit que certains changements peuvent y être apportés ; on désire en outre que chaque élément cité dans l'une quelconque des revendications suivantes soit compris comme se rapportant à tous éléments équivalents pour produire substantiel- lement les mêmes résultats d'une manière substantiellement iden- tique ou équivalente, vu que l'on désire couvrir l'invention largement quelle que soit la forme sous laquelle son principe ' peut être utilisé.