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" PROCEDE POUR REGLER LE BILAN CALORIFIQUE DE CHARGE
SOLIDES ET/OU FLUIDES ".
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La présente invention concerne un procédé pour régler le contenu calorifique de substances de charge solides et/ou fluides, qui sont converties en acier dans un creuset par soufflage d'oxygène ou d'un agent d'affi- nage riche en oxygène.
On connaît déjà des procédés à soufflage d'oxy- gène, Ils consistent à projeter un jet d'oxygène, en pré- sence d'une scorie basique, à la surface de la fonte brute en fusion, ce qui a pour effet d'éliminer les éléments se- condaires contenus dans la fonte, tels que le carbone, le silicium, le phosphore et le manganese, qui se combi- nent partiellement aux scories. Les réactions d'oxyfation de ces éléments sont exothermiques, la chaleur ainsi déga- gée suffisant généralement pour maintenir le bain en fu- sion à la température nécessaire pour faire couler l'acier résultant et, de surcroît, pour faire iondre une certaine quantité, par exemple, de 10 à 20%, de riblons.
Lors de l'exécution de ces procédés d'affinage, on a souvent le désir de rendre indépendante la teneur de la fonte en substances calorigènes, c'est-à-dire, en élé- ments cecondaires dont la combustion dégage de la chaleur, et pouvcir ajouter une plus grande proportion de riblons que ne le permettrait la chaleur normalement apportée par ces éléments secondaires. De même, on cherche à pouvoir maintenir à la fin du processus d'affinage l'acier obtenu à sa température, comme cela est nécessaire pour l'addi- tion de certains éléments d'alliage.
Les divers moyens proposés pour résoudre ces
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problèmes n'ont pas donné de résultats concluants jusqu'ici.
C'est ainsi qu'il a été proposé d'augmenter le bilan thermi- que par l'addition de substances calorigènes, telle que du ferro-silicium, du ferro-manganèse, etc... au bain; tou- tefois, ces substances outre qu'elles sont chères, ne per- mettent d'améliorer le bilan thermique qu'entre des limites restreintes. D'autre part, il a été proposé d'ajouter à l'agent d'affinage lui-même, c'est-à-dire au jet d'oxygène, aes substances carbonées finement divisées. 'toutefois, on a reconnu que cette addition de particules au gaz d'affi- nage n'avait pratiquement pas d'influence sur la tempéra- ture du bain de fusion quand le processus d'affinage est déjà commencé. Pendant l'affinage, il se produit un fort dégagement do gaz dans le champ ae réaction.
Les gaz ainsi dégagés, composés principalement oe monoxyde de carbone, entraînent les particules combustLbles dans la partie supé- rieure du convertisseur de sorte que leur combustion ne se produit qu'au moment de leur éjection hors de la gueule du convertisseur. Il n'en résulte qu'un échauffement supplé- mentaire des carnaux et un risque de destruction du dispo- sitif de couverture du convertisseur, sans que cela échauffe de façon sensiole le bain de fusion. il est clair que ce ,pas c procédé n'atteint son objectif.
La présente invention a pour but de remédier à ces difficultés et de permettre une grande latitude dans le choix des substances de charge solides et fluides uti- lisées dans les procédés d'affinage du type spécifié ci- dessus. La présente invention prévoit de chauffai le bain dans la mesure désirée - indépendamment du processus de conversion lui-même - en soufflant sur celui-ci un mélange d'air, d'air enrichi d'oxygène ou, de préférence, de l'oxy- gène pur, et d'huile finement divisée. Par ce moyen, il est possible d'augmenter le bilan thermique du bain afin u'efiectuer l'affinage de fontes brutes à très faible
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teneur en agents calorigènes et/ou d'incorporer à des fontes à teneur normale en agents calorigènes, de grandes quantités de riblons.
Quand des quantités de charges solides, telles que des riblons dont la proportion est supérieure à celle correspondant à la teneur en agents calorigènes de la fonte, de placer doivent être élaborés, il est préférable d'abord les charges en question dans le creuset et de les chauffer avec un combustible approprié avant d'ajouter la fonte. Le chauffa- ge peut être poussé aussi loin qu'on le désire ; les sub- stances de charge solides pouvant être portées à fusion, au besoin. Le cas échéant, les substances de charge flui- difiées peuvent être recarburées par l'addition d'un sup- plément de charbon, ceci étant fonction de la quantité de fonte ajoutée et de sa teneur en carbone. Par ailleurs, il est possible de partir uniquement de matières premières solides, sans addition de fonte en fusion.
Toutefois, dans ce cas, la charge f3uidifiée doit être recarburée, au moine, de façon que lors de l'affinage qui suit par soufflage d'oxygène, ne contenant pas d'huile le bain bout pendant un certain temps. La possibilité de partir de matières premières solides fait que le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans des installations ne comportant pas da haut-fourneau ou de four de fusion, ou en ces de défaillance temportaire de ce dernier.
L'idée de l'invention peu%, on autre, être aise à profit lorsque, à la fin du processus d'affinage, on 'Veut maintenir la charge à température pendant un certain temps, comme c'est le cas, quand l'acier obtenu doit être parachevé, raffiné ou allié. Jusqu'à présent, lorsqu'on avait affaire à des charges exigeant une longue élaboration finale,, on conduisait le processus d'affinage de telle aorte qu'on parvenait à surchsuffer le bain par apport d'un excèe
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d'oxygène (provoquant la combustion d'une plus ou moins grande quantité de fer de la charge) afin que lors de la coulée, on obtienne Ici température désirée.
Toutefois, ce surchauffage est nuisible du fait, qu'indépendamment de la quantité de fe. perdue, la solubilité de l'oxygène dans l'acier est augmentée, Le procédé de l'invention ne présente pas des inconvénients et ces dangers ; il permet, à l'achèvement de la période d'ébullition, de chauffer la charge avec un mélange d'air, d'air enrichi ou d'oxy- gène et d'huile finement divisée, en réglant le mélange de façon à éviter tout excès d'oxygène. Il est ainsi pos- sible de procéder au chauffage de l'acier en atmosphère neutre ou même réductrice.
L'invention a également pour objet un dispositif de soufflage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif comprend un conduit de soufflage à double enve- loppe, connu en soi, dans lequel on maintient une circula- tion d'agent de refroidissement. Selon l'invention, un un conduit d'arrivée d'huile est disposé axialement dans le conduit de soufflage, dont l'extrémité se termine avant l'enbouchure du conduit de soufflage. Grâce à cette diapo- aition, l'huile eat pulvérisée par le gas qui s'écoule devant la zone de refroidi Mènent inférieure. Dans cea conditions, la combustion de l'huile ae produit à la aur- face de la charge, aana que l'huile non consumée soit éjectée.
La figure unique du dessin est une coupe verticale d'un conduit de soufflage à arrivée d'huile conforme à l'invention.
Le tube de soufflage 1 est entoure d'une double enveloppe concentrique comprenant un tube conducteur 2 et un tube extérieur 3. La partie inférieure du tuba con- ducteur forme un ajutage hydrodynamique 4. Le tube de soufflage 1 et le tube extérieur 3 sont reliés à leurs
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extrémités inférieures et forment une buse conique massi- ve 5. A l'intérieur du tube de soufflage 1 est monté un tube d'arrivée d'huile 6 coulissant et qui, au besoin, peut être extrait du dispositif de soufflage. Le bout du tube u se termine à une certaine distance du bout de la buse, de sorte que la pulvérisation de l'huile a lieu devant la zone inférieure de refroidissement des gaz émergents.
L'orifice du tube 6 peut '.emporter des chicanes 7, de forme hélicoïdale, par exemple, assurant une meilleure atomisation et distribution de l'huile.
Les tableaux ci-après permettent de comparer les bilans thermiques de deux charges A et B produites avec la même quitté de fonte et qui visent à produire chacuns 30 t d'acier. Dans le premier cas (charge 2) on ajoute 10 de riblons, dans le second, 30%.
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TASBLEA
EMI7.1
Charge A (1(>,. de riblons) Ch3rqe R (30, de riblons) Caaoposition de la fonte C Si b7 Mn 0 P 57 Composition de la fonte 4y C si Nin 0 P 4j- 0,470 1,b 0,5> 4% 0,4% 1,0> 0,5% crdsas suppo3de il 0i. production 30 t crémas supposés 10,5fi 'production 30 t riolona 10 riblons 30% Matins 6,51 CaO, 390 GAGO, castine 5,5 CaO, 3,0% CaCO
EMI7.2
<tb> scories <SEP> 6 <SEP> 000 <SEP> kg <SEP> scories <SEP> 5,500 <SEP> kg
<tb>
EMI7.3
Fe dans les ocnries 18 Fe dans les scories 18
EMI7.4
<tb> Charma <SEP> : <SEP> font* <SEP> 30 <SEP> 500 <SEP> kg <SEP> charge <SEP> :
<SEP> fonte <SEP> 23 <SEP> 500 <SEP> kg <SEP>
<tb> riblons <SEP> 3 <SEP> 500 <SEP> " <SEP> riblons <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> "
<tb> 34 <SEP> 000 <SEP> kg <SEP> 33 <SEP> 500 <SEP> kg <SEP>
<tb> 30 <SEP> 500 <SEP> fonte <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> 23 <SEP> 500 <SEP> fonte <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P
<tb> 1275 <SEP> 126 <SEP> 315 <SEP> 126 <SEP> 950 <SEP> 92 <SEP> 230 <SEP> 115
<tb>
EMI7.5
3 500 rillons 5 5 14 2 10 r500 riblons 15 15 40 3
EMI7.6
<tb> 34 <SEP> 000 <SEP> charge <SEP> 1280 <SEP> 131 <SEP> 329 <SEP> 128 <SEP> 33 <SEP> 500 <SEP> charge <SEP> 965 <SEP> 107 <SEP> 270 <SEP> 118
<tb> 30 <SEP> 000 <SEP> acier <SEP> en <SEP> fusion <SEP> 15- <SEP> 105 <SEP> 9 <SEP> 30 <SEP> 000 <SEP> acier <SEP> en <SEP> fusion <SEP> 15- <SEP> 105 <SEP> 9
<tb> @
<tb> crémas <SEP> kg <SEP> 1265 <SEP> 131 <SEP> 224 <SEP> 119 <SEP> crémas <SEP> kg <SEP> 950 <SEP>
107 <SEP> 165 <SEP> 109 <SEP> @@
<tb> @
<tb> O2 <SEP> nécessaire <SEP> 1760 <SEP> Nm3 <SEP> O2 <SEP> nécessaire <SEP> 1420 <SEP> Nm3
<tb>
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TABLEAU
EMI8.1
<tb> Charge <SEP> A <SEP> Charge <SEP> B
<tb> chaleur <SEP> reçue <SEP> chaleur <SEP> reçue
<tb>
EMI8.2
A) Chaleur de combustion A chaleur de combustion C......................... 700 000 Kcal C...........................2 000 000 Kcal
EMI8.3
<tb> Si........................ <SEP> 900 <SEP> 000 <SEP> " <SEP> Si.......................... <SEP> 750 <SEP> 000 <SEP> " <SEP>
<tb>
EMI8.4
tl1Il........................ 400 000 " 111l1.......................... 250 000 " P ........................1 300 0Ù0 " p .......................... 800 000 w Fe........................1 200 000 " ee .......................... 1 100 000 " atchaleur de scorifier....
100 000 " 5) chaleur re scarifier...... 200 GC'0 " Total 6 800 J00 Kcal Total 5 1J "'00 Kcal ...............c........................................... chaleur déoensée : ch31eur d4iensée A)Alévation de la tomoérature à celle de la fonte 12ùùoCl A)élévation ae la texp6rature à ce'le ce la fonte (120OC)
EMI8.5
<tb> chauffage <SEP> ae <SEP> l'oxygène <SEP> 750 <SEP> 000 <SEP> Kcal <SEP> chauffage <SEP> de <SEP> l'oxygène <SEP> 600 <SEP> 000 <SEP> kcal
<tb>
EMI8.6
chauffage de la castine (0,5;. CvO,3;k chauffaoe de la C8SÎ"i.llê : ,5;, CaC,3 CaC03) 1150000 " CaCQ.1 1 000 000 a cr,uuff.age fles riblons (;50OJCf) à1200 C *00 JOJO c'A,: f . ,;e es riblons lOUUf 11ï2.. ''C2 0C.w 0àJ * 1>À,il ,,.
L<,, de 1: tP¯=J.",'P 3 ,'.'.'L'mr,t.u1' (it..¯j6 3)él' atio'i ae la T¯e,r.,,'I'al.ll:'e¯. ii< ±<,; "''c.I'* lu.. 4a '!,....t,[e ..'........,...........,..;0 " 7 , kcl ire zc,4:e :sortie 4................. scories ............................. 550 scories .........................500 000 acier brut et riblons ................2 500 0,Xi " acier brut et ri:lone .................2500 000. ÇJ'
EMI8.7
<tb> C)chaleur <SEP> de <SEP> fusion <SEP> des <SEP> scories <SEP> et <SEP> pertes <SEP> C)chaleur <SEP> de <SEP> fusion <SEP> des <SEP> scories <SEP> et <SEP> pertes
<tb>
EMI8.8
chaleur de fision des scories ...... 000 chaleur de fusion des scories ...... 600 000 ft pertes du récipient ................ 500 000 " nertes du récrient ................ 500 000 " Ttotal 6 800 000 " Total 7 750 000 " ...............................................................
- 2 650 DOO kcal
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Les bilans thermiques qui précèaent mettent en évidence dana le second caa (charge 3) une diminution de 1 '/OÙ 000 Kcal de la cheleur fournie par la fonte et un surplus de ronsommation de 950 000 Kcul; eoit un déficit total de 2 650 000 Kcal.
Ce déficit thermique doit, selon l'invention, être comblé par la pulvérisation d'huile. En préchauffant seulement lea riblons avant l'adaition de la fonte, ces riblons doivent être portés à 1550 C. Toutefois, on peut aussi chauffer les riblons et la castine ensemble. Ceci ramène la température de chauffage à 1200 C.
Dans l'exemple de la charge A le chauffage a été effectué avec de l'huile et de l'oxygène. La valeur calori- fique de l'huile s'élerait à 9 900 Kcal. Il fallut
EMI9.1
2 650 000 Kcal 0 266 \I: !.t'huile ( 100,.) à cette fin . 9 900 L'oxygène nécessaire -j'élevait (selon F. Schuster) à :
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21 0.85 L. min - a 0 Hu + 2,0 ), dans laquelle a représente la concentration en et H,, la limite calorifique infé-
EMI9.3
rieure de l'huile, ce qui donne : ,1 0 $M 900 + 2,2 m3 d'oxygène par kg à quoi s'ajoute un excès d'oxygène de 10% soit : 2,2 + 0,2 - 2,4 m3 d'oxygène par kg.
En calculant la rentabilité du procédé, on ob- tient conme résultat en admettant que le prix de la fonte est supérieur d'environ 30 à celui des riblons, ce qui correspond sensiblement à la réalité actuellement, un abaissement d'environ 10% du prix de la charge, en contre- partie d'une dépense négligeable pour l'huile et le supplé- ment d'oxygèhe fournis à la charge B. Il en résulte en définitive une économie appréciable qui rend le procédé avantageux dans bien des cas.