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Procédé de traitement de métaux ferreux.
La présente invention apporte un perfectionnement à celle faisant l'objet du brevet n 661.786 intitulé "Procédé de traitement de métaux ferreux".
Le brevet principal décrit un procédé de traitement d'un bain de métal ferreux en fusion par l'oxygène,suivant lequel on met le bain en contact avec un courant de ce gaz en ' mélange avec un combustible fluidisé non gazeux en une quan- tité suffisante pour supprimer sensiblement la formation de fumées d'oxyde de fer.
On sait que le traitement par l'oxygène d'un bain de
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métal'ferreux provoque souvent un dégagement importantde fumées d'oxyde de fer, Le dégagement de ces fumées dans l'atmosphère contribue beaucoup à la pollution de l'atmosphère .les inconvénients provoqués par ces fumées sont particulièrement importants dans le cas de l'affinage de l'acier par l'oxygène dans des fours
Martin. Les fours Martin existants ne sont généralement pas munis de dispositifs d'épuration permettant d'éliminer les fumées d'oxyde de fer des gaz usés.
On a proposé de réduire le dégagement des fumées d'oxy- de de fer en injectant un gaz combustible avec le courant d'oxy- gne utilisé pour le traitement du métal. On a constaté également dans le cas de certains procédés de fusion de métaux,que le dégagement de fumées n'est pas aussi important lorsqu'on utilise pour la fusion d'une charge' froide la chaleur produite par la combustion d'un mélange d'oxygène et d'un combustible liquide.
Toutefois, dans le cas de l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux en fusion contenant du carbone et cons" titué par un mélange en fusion de fonte, de mitraille et/ou de minerai de fer, couvert d'une couche de laitier fondu, on a éprouvé des difficultés importantes pour supprimer le dégagement de fumées nocives,tout en poursuivant l'affinage efficace de métal ferreux couvert de laitier pour en diminuer les teneurs en carbone, en soufre, en silicium, en phosphore, en manganèse et en autres impuretés et pour porter le mé- tal à sa température de coulée. Ces difficultés prennent une importance particulièrement grande lorsqu'il s'agit de supprimer ' 'le dégagement de fumées dans le cas de l'affinage par l'oxygène dans des fours Martin.
La présente invention a donc pour but de procurer un procédé perfectionné pour le traitement par l'oxygène d'un bain
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d'un métal ferreux en fusion contenant du carbone,suivant lequel le dégagement des fumées d'oxyde de fer est supprimé.
La présente invention a également pour but de procu- rer un procédé pour l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux en fusion constitué par un mélange fondu de fonte,.de mltraille et/ou de minerai de fer et cpuvert d'une couche de laitier,suivant lequel le dégagement de fumées d'oxyde de fer est supprimé.
L'invention a également pour but de procurer un procédé pour l'affinage par l'oxygène au four Martin d'un bain de métal ferreux en fusion constitué par un mélange- 'fondu approprié de fonte , de mitraille et/ou de minerai de fer et couvert d'une couche de laitior suivant lequel le dégagement de fusées d'oxyde de fer est supprime et l'élaboration de l'acier Martin est conduite d'une manière efficace.
La présente invention procure un procédé de traitement, d'un bain de métal ferreux par l'oxygène suivant le brevet prin- cipal, caractérisé en ce que le bain est couvert d'une couche de laitier fondu tandis que plusieurs jets d'oxygène comprenant en mélange le combustible,en quantité de 47,9 à 640 g par mètre cube normal d'oxygène sont dirigés sur la couche de laitier fondu dans laquelle ils pénètrent au moins jusqu'à la surface du bain de métal ferreux.
Dans le dessin annexé; la Fig. 1 représente en coupe longitudinale,suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2, la partie inférieure d'une lance Métallurgique permettant d'exécuter . le procédé de l'invention? la Fig. 2 représente une coupe transversale de la lance métallurgique qu'illustre la Fig. 1;
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la Fig. 3 représente en coupe longitudinale un four Martin contenant un bain couvert d'une couche de laitier et muni de brûleurs d'extrémité et d'une lance métallurgique permet- tant le traitement du bain par l'oxygène,suivant la présente- invention.
Le soufflage de l'oxygène a été introduit dans la production' de l'acier Martin pour permettre une diminution de la durée de travail et uns augmentation de la production. La charge introduite dans le four martin,constituée par de la mitraille de fer et d'acier, de la tonte en fusion et généralement une certaine quantité de minerai de fore est fondue au moyen des brûleurs d'extrémité,puis au moins au cours de' l'affinage, des jets d'oxygène sont dirigés vers le bas sur la surface du bain en fusion couvert de laitier. Le dégagement de fumées d'oxyda de fer mentionné ci-dessus se produit à ce moment.
Le procédé suivant la présente invention supprime le dégagement de fumées d'oxyde de fer en conservant les avantages apportés par l'affinage au moyen. d'oxygène. Suivant le procédé permettant de supprimer le dégagement de filées d'oxyde de fer, on mélange avec le courant d'oxygène de soufflage un combustible fluidisé non gazeux, par exemple une huile ou un fuel oil.
La Demanderesse a découvert que dans les conditions particulières utilisées pour l'affinage par l'oxygène d'un bain de métal ferreux couvert de laitier et con- stitué par un mélange fondu de fonte, de mitraille et/ou ' do minerai de fer, le jet d'oxygène et de combustible doit pénétrer dans la couche de laitier au moins jusqu'à la surface du bain, tandis que la quantité de combustible utilisée peut et doit être de 47,9 à 640 grammes par mètre cube normal d'oxygène.
La Demanderesse - a découvert, en particulier, que dans le cas de l'affinage par. l'oxygène au four Martin d'un bain de métal couvert de
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laitier, le combustible fluidisé peut être utilisé dans les quantités indiquées pour supprimer le dégagement de famées
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d'oxyde de fer sans nuire à l'affinage par leoxYgênO-t .1 ,^,
Le procédé suivant la présente invention convient - en particulier pour un bain de métal ferreux en fusion contenant généralement une quantité'de carbone d'au moins 1% et souvent davantage, par exemple supérieure à 2 %.
Des bains de métaux ferreux en fusion de ce type sont formés par des mélanges en fusion de fonte à haute teneur en carbone et de mitraille d'acier ou de fer ayant généralement une moindre teneur en carbone.
Le procédé suivant la présente Invention oonvient le mieux pour un bain de métal ferreux en fusion formé
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par une coinhinaison contenant du fer dont au moins 10 % et généralement davantage sont constituée . par de
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la fonte en fusion.- Ces bains contiennent les impuÔot'a , associées à la fonte en fusion, par exemple du silicium, du soufre, du phosphore et du manganèse et comprennent également les couches de laitier nécessaires poux l'affinage
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en vue de la production de licier. Le procède décrit est.p..r-,,',. ticu11èrement avantigeux pour la production d'acier au four Martin à partir de fonte en fusion, de td tra1J.le et/ou de minerai de fer.
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La quantité de combustible rlu.id:1.aé à utili.....
1er en mélange avec le courant d'oxygène souffla à la surface du bain couvert de la1ti. doit ère suffisante pour supprimer le dégagement de fumées par co bain. aén41'tilémentJ la quantité de combustible est de t?,9 640 grammes par mètre cube normal . d"oxy- gène. Dans la plupart des cas, la quantité de combustible utilisée avec le courant d'oxygène est intérieure à environ
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383 grammes par mètre cube normal d'oxygne. Tautefo3s,en cas a néces- site, pour éviter le dégagement de fumées on peut utiliser des rapports combustible:oxygène plus élevés.
L'élévation de la température montre que par un réglage des quantités de combusti- ble et d'oxygène utilisées, il est possible de chauffer le bain au moins aussi rapidement qu'avec un courant d'oxygène pur. Il est généralement avantageux d'introduire dans le four une quan- tité d'oxygène supérieure à celle qui serait nécessaire en l'ab- sence de combustible.
Il convient de noter, toutefois,que le mélange d'un combustible au courant .d'oxygène utilisé nprmalement pour le .
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soufflage au four Martin n'implique pas qu'une flamme d'oxy- gène et de combustible, comme celle d'un brûleur de chauffage,
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soit nécessaire pour l'affinage par le procédé suivant làînvention'* Le procédé suivant la présente invention met en jeu l'utilisa-
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tion d'un courant de soufflage d'oxygène ayant norialement lt puissance nécessaire pour pénétrer dans la couche de laitier couvrant le bain de métal en fusion,au moins jusque la surfont du métal ferreux en fusion pour affiner ce dernier,
Le jet
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d'oxygène additionné de combustible peut auesi vannteueewrn pénétrer, dans le métal ferreux en fusion .tlm6, étant deane que les propriétés du jet d'oxygène pur sont conservées dans une grande mesure. Dans ce genre d'opération, des projections sent
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inévitables,mais dans une certaine mesure elles tavoeîtont ut affinage convenable du bain pour auuzt que des pï'ojee- tions excessivot n'endommagent pas la ro't'e , Pour ettà raison, il est nécessaire de mélanger le aembuatible àuîd1bd avec le courant d'oxygène de façon à ne pas nuire au pouvoir pénétrant du courant combiné .pour obtenir finalement un courant
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combiné dont la force et la cohésion sont similaires a.
celles
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d'un jet d'oxygène pur utilisé généralement pour l'affinage pair l'oxygène.
La Demanderesse a découvert que, môme pour des rapports fuel-oil:oxygène de l'ordre d'environ 383grames par mètre cube normal d'oxygène et davantage, la décarburation du bain se fait à une vitesse admissible.Le combustible disponible en mélange brûle av@@ une pa@tie do l'oxygène dans le jet d'oxygène. Le reste de l'oxygène et les produits engendres par la combustion du mélange oxygène-combus- tible servent à la décarburatin du métal. La vitesse d'affinage peut être ajustée à la valeur requise par un réglage du débit du courant d'oxygène.
L'invention apporte donc un perfectionne- mont intéressant du point de vue économique à l'élaboration de l'acier, étant donné qu'elle permet d'appliquer l'affi- nase par l'oxygène,qui est plus rapide et augmente la production, tout en évitant les difficultés importantes de la pollution de l'atmosphère par un dégagement excessif de f@mées.
Comme indiqué ci-dessus, il est important pour l'exé- cution du procède suivant la présente invention de mélanger le fuel-oil avec le jet d'oxygène,do façon à éviter la formation d'une flamme de brûleur peu cohérente et à conserver finslementles propriétés permettant au courant d'oxygène utilité habituellement de pénétrer dans la couche de laitier. Ceci est important pour le traitement d'un bain de métal en fusion couvert de laitier, par exemple dans un four Martin.
En outra, il est généralement préférable de souffler le jot d'oxygène et do combustible à la surface du bain en plusieurs courants distinets plutôt qu'en un seul courant pour permettre une meilleure répartition dos jets, d'oxy- gène et de combustible dans le bain et provoquer moins de pro- jections. Dans le cas des fours Martin, une ou plusieurs lances métallurgiques peuvent être disposées suivant l'axe longitudi-
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nal du tour rectangulaire. Chacune de ces lances peut se termi- nor par un ajutage de sortie.
La surface de l'ajutage peut être percée d'orifices de sorte que le courant d'oxygène total passant à travers la lance soit divisé en un certain nombre de courants divergents plus petits pour étendre la surface d'impact des courants sur 10 bain. Chacun des orifices de sortie peut être agencé pour permettre le mélange du combustible fluidisé avec le jet d'oxygène sortant par cet orifice. Le combustible flui- disé peut passer avantageusement par une canalisation prévue dans la lance et être maintenu sépare de l'oxygène passant également dans cette lance Jusqu'au moment où il est mélangé, dans les proportions appropriées,au voisinage de l'orifice de sortie.
Comme le montre la Fig. 1, une lance métallurgique 10 convenant pour Inexécution du procédé suivant l'invention peut comprendre un tube intérieur 12 définissant un conduit' de com- bustible 14. L'extraite antérieure *du tube 12 se termine par un ajutage 16 tel que le conduit 14 débouche dans une chambre 18 au centre de l'ajutage 16. Un autre tube 20 d'un diamètre plus grand que celui du tube intérieur 12 et con- centrique avec celui-ci ,forme le conduit annulaire 22. Le tube 20 se termine par l'ajutage 16 de sorte que le conduit annulaire 22 débouche dans une chambre'annulaire 24 dans l'ajutage 16.
La chambre annulaire 24 entoure la chambre centrale 18, mais ne pénètre pas aussi loin dans l'ajutage que la chambre centrale 18.
Un autre tube 26 ayant un diamètre encore plus grand entoure los tubes 12 et 20 et forme avec le tube 20 un conduit annulaire 28. Le tube 26 se termine par l'ajutage 16 de sorte que le conduit 28 débouche dans plusieurs petits conduits dis- tinets 30 ménagée dans l'ajutage 16. Comme le montre la Fig. 2,
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ces petits conduits sont au nombre de six dans le cas ,de la lance représentée en particulier et aboutissent dans les orifices 32 disposés à la périphérie de la surface 34 de l'ajutage.16.
Les orifices 32 et les petits conduits 30 font un angle avec l'axe vertical de la lance pour que les jets de sor- tie soient divergents. Comme le montre la Fig. 2, les six orifi- ces sont disposés de façon symétrique à la périphérie de la surface de l'ajutage et font un angle de 60 .
Un tube extérieur ou enveloppe entoure tous les tubes' précédents et forme avec l'ajutage 16 le corps extérieur de la lance. Le tubo extérieur forme un conduit annulaire 38 et commu- nique avec l'ajutage 16 avec l'intérieur duquel il forme une chambre annulaire extérieure 42,communiquant directement avec le conduit annulaire 38. On ou plusieurs conduits latéraux 44 allant de la chambre annulaire 24 à la chambre annulaire exté- rieure 42 permettent au courant d'eau de refroidissement de des- cendre par le conduit 22 dans la chambre 2,4,de passer par le conduit latéral 44 dans la chambre 42 et de remonter par le con- :duit 38 pour sortir de la lance.
Une autre série de conduits latéraux 46 mène de la chambre centrale 18 à travers le corps de l'ajutage dans chacun des petits conduits de sortie 30. - , Pour l'exécution du procédé, le combustible hydrocar- boné,tel que le fuel-oil, descend par le conduit central 14 dans la chambre 18,pour arriver par les conduits latéraux 46 dans les petits conduits de sortie 30. L'oxygène passe par le conduit annulaire 28 et aspire le fuel-oil du conduit 46 pour diriger par les orifices 32 un jet du mélange d'oxygène et de combustible.
La Fig. 3 représente un four Martin 50 comprenant une lance 10 disposée à l'intérieur de la chambre du four 52 et
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fixée dans la voûte de manière que l'axe longitu- dinal de la lance soit vertical et l'extrémité de l'ajutage soit dirigée vers le bain de métal en fusion. Le mélange d'oxygène et de combustible sort par les six orifices sous forme de six courants divergents.
Le four Martin représenté . contient un bain de métal ferreux 54 couvert d'une couche de laitier fondu 56. Les brûleurs d'extrémité 58 sont utilisés pour brûler un combustible et des oxydante comme du fuel-oil et de l'air ou de l'oxygène,pour apporter la chaleur nécessaire pour fondre au moins partielle- ment la charge formée de mitraille, de fondants, de mi- nerai de fer et de fonte en fusion. Ces brûleurs d'extrémité fond- tiennent généralement pour des proportions de combustible et d'oxydant choisies de manière à donner une température maximum à la flamme ou un effet de chauffage maximum.
A titre d'exemple d'exécution de la présente inven- tion, une charge de 288 tonnes est affinée dans un four Martin.
La charge est constituée par environ 81,6 tonnes de mitraille d'acier d'une teneur en carbone inférieure à environ 1% et par 206,4 ton- nes de fonte en fusion d'une teneur en carbone d'environ LA! teneur en carbone cumulée de la charge est supérieure à 3%. Un fondant constitué par du calcaire, de la chaux vive et, du spath de même que par une certaine quantité de minerai de fer est ajouté au début du procédé et pendant celui-ci.
On introduit d'abord dans le four -la mitraille et ensuite la fonte en fusion. Les brûleurs d'extrémité du type - à air et combustible sont utilisés en même temps que les lances à mélange d'oxygène et de combustible,pour permettre la fusion, Apres 1 heure de soufflage avec une quantité de fuel-oil de 624 grammes par mètre cube normal d'oxygène,la. teneur en carbone .est
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de 2,3% et la température du bain de 1410 C. Il n'y. a pas de dégagement de fumées.
L'allure de combustion des brûleurs d'extrémité est abaissée jusque moins de la moitié do celle utilisée pour la fusion et la vitesse d'affinage par l'oxygène est augmentée,par un abaissemcnt de la teneur en tuel-oil jusqu'à environ 255 gram- mes par mètre cube normal d'oxygène dans deuxlances donnant un courant total d'environ 2840 mètres cubes normaux d'oxygène par heure. Après
30 minutes, la teneur en carbone est de 2,0% et la température du .bain de 1460 C.
Le dégagement de fumées est pratiquement négligeable,
Le débit d'admission de fuel-oil est encore abaissé jusque environ 176 grammes par mètre cube normal d'oxygène,sans pro- voquer de d6gagement sensible de fumées et après 1 heure la teneur en carbone est de 1,2%. Le débit d'admission de fuel-oil est encore abaissé jusqu'à 148 grammes par mètre cube normal d'oxy - gène.,sans donner de dégagement excessif de fumées. Le soufflage du mélange d'oxygène et de combustible est alors interrompu pour d'autres raisons et le chauffage est arrêté.
Divers rap- ports fuel-oil:oxygène sont essayés pour établir l'intérêt du procédé,en ce qui concerne son aptitude à supprimer le dégage- ment de fumées et à permettre l'affinage efficace de l'acier.Il convient denoter que lorsque la température du bain s'élève et que la teneur en carbone diminue, la teneur en combustible nécessaire pour le mélange avec l'oxygène pour supprimer le dégagement de fumées diminue. Le rapport combustible-oxygène peut donc être abaissé jusque dans les limites mentionnées lorsque la température du bain s'élève et la teneur en carbone diminue.
Dans un autre exemple, une charge d'environ 254.000 kg de métal ferreux en . . fusion est élaborée dans un' four
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Martin. La charge comprend environ 163.000 à 182.000 kg de fonte en fusion, le reste étant constitué par de la mitraille d'a'cier. Du calcaire et de la chaux vive sont également ajoutés comme fondants. La teneur en carbone de l'ensemble de la charge est supérieure à 3%.
La charge est fondue au moyen de brûleurs d'extrémité consommant de l'air et environ 1,9 mètre cube de fuel-on par heure. Lorsque la fusion est sensiblement complote, rapport de fuel-oil aux brûleurs d'extrémité estramenée à environ 1,1 mètre '' cube par heure et de l'oxygène pur est soufflé à raison d'en- viron 1420 mètres cubes normaux par heure. On observe un dégagement de fumées considérable. Apres environ 1 heure 30 minutes de soufflage d'oxygène pur: on commence le traitement par le mélan- ge d'oxygène et de combustible*au moyen d'une lance du type représenté dans le dessin.
On utilise un rapport combustible- oxygène d'environ 255 grammes par mètre cube normal d'oxygène pour un courant d'oxygène total de 1420 mètres cubes normaux par heure. Le ¯) dégagement de fumées est totalement ou presque complètement supprimé. Les brûleurs d'extrémité ne consomment que 0,38 mètre cube de fuel-oil par heure au cours de cette opération.
Le rapport fuel-oil:oxygène est ramené d'environ 255 grammes par mètre cube à normal à environ 192 grammes par mè- tre cube normal. Le dégagement de fumées augmente légèrement pour les teneurs en fuel-oil plus faibles, mais reste dans des limites acceptables. L'opération est terminéeau moyen d'un courant d'oxygène pur. Pendant toute la durée de l'opération, au cours de laquelle des courants d'oxygène pur alternent avec des courants de mélange d'oxygène et de combustible suivant la présente invention, la vitesse d' élévation ' de la température et la vitesse de décarburation sont très analogues.
Le débit
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d'admission d'oxygène n'est pas augmenté au moment du mélange avec le combustible,mais la vitesse d'affinage est très satis- faisante.
Il convient de noter qu'au cours du soufflage de l'oxygène pur sur un bain dans un four Martin, l'ajutage de la lance métallurgique amenant l'oxygène est souvent immergé dans la couche de laitier. Lorsque le soufflage du bain cou- vert de laitier est effectué au moyen du jet d'un mélange d'oxy- gène et de combustible suivant la présente invention, l'aju- tage est généralement disposé au-dessus du bain couvert de ,laitier. Le dispositif à jets multiples de mélange d'oxygène et de combustible comme décrit cidossus permet d'utiliser une distance d'environ 7,6 à 61 cm. On utilise souvent une distance de 15,2 cm au-dessus de la couche de laitier.
Le procédé suivant la présente invention peut être appliqué à d'autres métaux ferreux couverts de lai- tier. par exemple, dans un four électrique une charge , comprenant des combinaisons appropriées de mitraillée racler allié et d'acier au carbone, de fonte, de car- bone et de fondants est d'abord fondu à l'arc au moyen d'élec- trodes en carbone.
Ce bain couvert de laitier peut être affiné au moyen d'un jet d'oxygène comprenant, en mélange du combustible à,raison d'environ 47,9 à 640 grammes par mètre tube 'normal suivant le procédé de l'invention,sans provoquer le dégagement de fumé.. nocives d'oxyde de fer qui se produit normalement au cours du trai- toment par l'oxygène de telles masses fondues.
Le jet d'oxygène mélangé avec le combustible est dirigé sur la surface du bain couvert de laitier et pénètre dans la couche de laitier fondu au moins jusqu'à la surface du bain ferreux. '
Dans le cas de l'utilisation d'un convertisseur vert!-
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cal à oxygène, on introduit d'abord ,la mitraille, puis la fonte en fusion. On introduit également des fondante et, dans certains cas, de l'oxyde de fer. Lorsqu'une telle charge est affinée par soufflage à l'oxygène pur, des quantiés considérables de fumées d'oxyde de fer se dégagent. Toutefois, ,le procédé suivant la présente invention,. au moyen d'un jet d'oxygène comprenant.en mélange,du combustible à rai- son d'environ 47,9 à 640 grammes par mètre cube normal, permet l'affinage de dégagement de fumées.
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Process for the treatment of ferrous metals.
The present invention provides an improvement to that which is the subject of patent No. 661,786 entitled "Process for the treatment of ferrous metals".
The main patent describes a method of treating a bath of molten ferrous metal with oxygen, whereby the bath is contacted with a stream of this gas in admixture with a non-gaseous fluidized fuel in an amount. sufficient to substantially suppress the formation of iron oxide fumes.
It is known that the treatment with oxygen of a bath of
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ferrous metal often causes a significant release of iron oxide fumes, The release of these fumes into the atmosphere contributes a lot to the pollution of the atmosphere. the disadvantages caused by these fumes are particularly important in the case of refining of steel by oxygen in furnaces
Martin. Existing Martin furnaces are generally not equipped with purification devices allowing the removal of iron oxide fumes from the waste gases.
It has been proposed to reduce the evolution of iron oxide fumes by injecting a fuel gas with the oxygen stream used for the treatment of the metal. It has also been found in the case of certain metal smelting processes that the release of fumes is not as great when the heat produced by the combustion of a mixture of cold is used for the melting of a cold charge. oxygen and liquid fuel.
However, in the case of the oxygen refining of a bath of molten ferrous metal containing carbon and consisting of a molten mixture of cast iron, scrap and / or iron ore, covered with a layer of molten slag, significant difficulties were experienced in suppressing the release of noxious fumes, while continuing the efficient refining of ferrous metal covered with slag in order to reduce its carbon, sulfur, silicon and phosphorus contents, manganese and other impurities and to bring the metal to its casting temperature. These difficulties take on a particularly great importance when it comes to suppressing '' the release of fumes in the case of refining by the oxygen in Martin ovens.
The object of the present invention is therefore to provide an improved process for the treatment with oxygen of a bath.
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a molten ferrous metal containing carbon, whereby the evolution of iron oxide fumes is suppressed.
Another object of the present invention is to provide a process for the oxygen refining of a bath of molten ferrous metal consisting of a molten mixture of cast iron, iron and / or iron ore and cuvette. a layer of slag, following which the release of iron oxide fumes is suppressed.
The object of the invention is also to provide a process for the refining by oxygen in the Martin furnace of a bath of molten ferrous metal consisting of a suitable molten mixture of cast iron, scrap and / or ore. iron and covered with a layer of laitior whereby the rocket release of iron oxide is suppressed and the working of Martin steel is carried out in an efficient manner.
The present invention provides a method of treating a bath of ferrous metal with oxygen according to the principal patent, characterized in that the bath is covered with a layer of molten slag while several jets of oxygen comprising in mixing the fuel, in a quantity of 47.9 to 640 g per normal cubic meter of oxygen are directed onto the layer of molten slag in which they penetrate at least up to the surface of the bath of ferrous metal.
In the accompanying drawing; Fig. 1 shows in longitudinal section, taken along line 1-1 of FIG. 2, the lower part of a Metallurgical lance allowing to perform. the process of the invention? Fig. 2 shows a cross section of the metallurgical lance illustrated in FIG. 1;
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Fig. 3 shows in longitudinal section a Martin furnace containing a bath covered with a layer of slag and provided with end burners and a metallurgical lance allowing the bath to be treated with oxygen, according to the present invention.
Oxygen blowing has been introduced in the production of Martin steel to allow a decrease in working time and an increase in production. The charge introduced into the martin furnace, consisting of iron and steel scrap, molten shearing and generally a certain quantity of drill ore is melted by means of the end burners, then at least during At the refining, jets of oxygen are directed downwards on the surface of the molten bath covered with slag. The above mentioned iron oxide fume evolution occurs at this time.
The process according to the present invention suppresses the evolution of iron oxide fumes while retaining the advantages provided by the refining of the means. oxygen. According to the process for suppressing the evolution of iron oxide yarns, a non-gaseous fluidized fuel, for example an oil or a fuel oil, is mixed with the blowing oxygen stream.
The Applicant has discovered that under the particular conditions used for the oxygen refining of a bath of ferrous metal covered with slag and constituted by a molten mixture of cast iron, scrap and / or iron ore, the jet of oxygen and fuel should penetrate the slag layer at least to the surface of the bath, while the amount of fuel used can and should be 47.9 to 640 grams per normal cubic meter of oxygen .
The Applicant - has discovered, in particular, that in the case of refining by. oxygen in the Martin furnace of a metal bath covered with
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slag, the fluidized fuel can be used in the amounts indicated to suppress the release of famées
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of iron oxide without harming the refining by leoxYgênO-t. 1, ^,
The process according to the present invention is suitable - in particular for a bath of molten ferrous metal generally containing an amount of carbon of at least 1% and often more, for example greater than 2%.
Baths of molten ferrous metals of this type are formed by molten mixtures of high carbon iron and steel or iron scrap generally having a lower carbon content.
The process according to the present invention is best suited for a bath of molten ferrous metal formed.
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by a coinhination containing iron of which at least 10% and generally more are constituted. by
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molten iron - These baths contain the impuÔot'a, associated with molten iron, for example silicon, sulfur, phosphorus and manganese and also include the layers of slag necessary for refining
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with a view to the production of licier. The described process is.p..r- ,, ',. Extremely advantageous for the production of Martin furnace steel from molten iron, td tra1J.le and / or iron ore.
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The quantity of fuel rlu.id:1.aé to use .....
1st mixed with the current of oxygen blew on the surface of the bath covered with the 1ti. must be sufficient to suppress the release of fumes by co-bath. Otherwise, the amount of fuel is t?, 9640 grams per normal cubic meter. of oxygen. In most cases, the amount of fuel used with the oxygen stream is less than about
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383 grams per normal cubic meter of oxygen. Tautefo3s, if necessary, to avoid the release of fumes, higher fuel: oxygen ratios can be used.
The increase in temperature shows that by adjusting the amounts of fuel and oxygen used it is possible to heat the bath at least as quickly as with a stream of pure oxygen. It is generally advantageous to introduce a greater quantity of oxygen into the furnace than would be necessary in the absence of fuel.
It should be noted, however, that mixing a fuel with the oxygen stream primarily used for the.
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blowing in the Martin furnace does not involve only a flame of oxygen and fuel, like that of a heating burner,
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is necessary for refining by the process according to the invention. The process according to the present invention involves the use of
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tion of a blowing current of oxygen normally having the power required to penetrate the layer of slag covering the bath of molten metal, at least up to the surface of the molten ferrous metal to refine the latter,
The jet
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Oxygen supplemented with fuel can also penetrate the molten ferrous metal .tlm6, since the properties of the pure oxygen jet are retained to a great extent. In this kind of operation, projections
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inevitable, but to a certain extent they will be a suitable refining of the bath so that excessive spraying does not damage the ro't'e, For and rightly it is necessary to mix the mist with the current. oxygen so as not to interfere with the penetrating power of the combined current. to finally obtain a current
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handset with similar strength and cohesion a.
those
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a jet of pure oxygen generally used for refining the oxygen.
The Applicant has discovered that, even for fuel oil: oxygen ratios of the order of about 383 grams per normal cubic meter of oxygen and more, the decarburization of the bath takes place at an admissible rate. The fuel available as a mixture burns with some oxygen in the oxygen jet. The remainder of the oxygen and the products produced by the combustion of the oxygen-fuel mixture are used for the decarburatin of the metal. The refining rate can be adjusted to the required value by adjusting the flow rate of the oxygen stream.
The invention therefore provides an advantageous improvement from the economic point of view in the production of steel, since it makes it possible to apply the affinase by oxygen, which is faster and increases the strength. production, while avoiding the major difficulties of pollution of the atmosphere by excessive release of women.
As indicated above, it is important in carrying out the process according to the present invention to mix the fuel oil with the oxygen jet, so as to avoid the formation of an inconsistent burner flame and to avoid finely retain the properties allowing the current of useful oxygen to penetrate the slag layer. This is important for the treatment of a bath of molten metal covered with slag, for example in a Martin furnace.
In addition, it is generally preferable to blow the jet of oxygen and fuel to the surface of the bath in several separate streams rather than a single stream to allow better distribution of the jets, oxygen and fuel in the bath. the bath and cause less projections. In the case of Martin furnaces, one or more metallurgical lances can be arranged along the longitudinal axis.
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nal of the rectangular lathe. Each of these nozzles can end with an outlet nozzle.
The surface of the nozzle may be perforated so that the total oxygen stream passing through the lance is divided into a number of smaller divergent streams to extend the impact surface of the streams on the bath. Each of the outlet orifices may be arranged to allow mixing of the fluidized fuel with the jet of oxygen exiting through this orifice. The fluidized fuel can advantageously pass through a pipe provided in the lance and be kept separate from the oxygen also passing through this lance until the moment when it is mixed, in the appropriate proportions, in the vicinity of the outlet orifice. .
As shown in Fig. 1, a metallurgical lance 10 suitable for carrying out the process according to the invention may comprise an inner tube 12 defining a fuel duct 14. The anterior extract * of the tube 12 ends in a nozzle 16 such as the duct 14. opens into a chamber 18 in the center of the nozzle 16. Another tube 20 with a diameter greater than that of the inner tube 12 and concentric with the latter, forms the annular duct 22. The tube 20 ends in the nozzle 16 so that the annular duct 22 opens into an annular chamber 24 in the nozzle 16.
Annular chamber 24 surrounds central chamber 18, but does not penetrate as far into the nozzle as central chamber 18.
Another tube 26 having an even larger diameter surrounds the tubes 12 and 20 and forms with the tube 20 an annular duct 28. The tube 26 ends with the nozzle 16 so that the duct 28 opens into several small distributed ducts. tinets 30 formed in the nozzle 16. As shown in FIG. 2,
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these small conduits are six in number in the case of the lance shown in particular and terminate in the orifices 32 arranged at the periphery of the surface 34 of the nozzle. 16.
The orifices 32 and the small conduits 30 make an angle with the vertical axis of the lance so that the outlet jets are divergent. As shown in Fig. 2, the six ports are symmetrically arranged around the periphery of the nozzle surface and form an angle of 60.
An outer tube or casing surrounds all the preceding tubes and forms with the nozzle 16 the outer body of the lance. The outer tubo forms an annular duct 38 and communicates with the nozzle 16 with the interior of which it forms an outer annular chamber 42, communicating directly with the annular duct 38. One or more lateral ducts 44 extending from the annular chamber 24 to the outer annular chamber 42 allow the flow of cooling water to descend through conduit 22 into chamber 2,4, to pass through side conduit 44 into chamber 42 and to rise through the con-: duit 38 to exit the lance.
Another series of side ducts 46 leads from the central chamber 18 through the nozzle body into each of the small outlet ducts 30. For carrying out the process, the hydrocarbon fuel, such as fuel oil. oil, descends through the central duct 14 into the chamber 18, to arrive through the lateral ducts 46 in the small outlet ducts 30. The oxygen passes through the annular duct 28 and sucks the fuel oil from the duct 46 to direct by the orifices 32 a jet of the mixture of oxygen and fuel.
Fig. 3 shows a Martin oven 50 comprising a lance 10 arranged inside the chamber of the oven 52 and
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fixed in the vault so that the longitudinal axis of the lance is vertical and the end of the nozzle is directed towards the bath of molten metal. The mixture of oxygen and fuel exits through the six ports as six divergent streams.
The Martin oven shown. contains a bath of ferrous metal 54 covered with a layer of molten slag 56. End burners 58 are used to burn fuel and oxidants such as fuel oil and air or oxygen, to provide the heat required to at least partially melt the charge formed of scrap metal, fluxes, iron ore and molten cast iron. These end burners generally melt for proportions of fuel and oxidant selected to give maximum flame temperature or maximum heating effect.
As an exemplary embodiment of the present invention, a 288 ton charge is refined in a Martin furnace.
The charge consists of approximately 81.6 tonnes of steel scrap with a carbon content of less than about 1% and 206.4 tonnes of molten iron with a carbon content of approximately LA! Cumulative carbon content of the filler is greater than 3%. A flux consisting of limestone, quicklime and spar as well as a certain quantity of iron ore is added at the start of the process and during it.
First introduced into the furnace -the scrap metal and then the molten iron. The end burners of the type - air and fuel are used at the same time as the lances for mixing oxygen and fuel, to allow fusion, After 1 hour of blowing with a quantity of fuel oil of 624 grams per normal cubic meter of oxygen, la. carbon content .is
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of 2.3% and the bath temperature of 1410 C. There. has no release of fumes.
The burn rate of the end burners is lowered to less than half that used for melting and the oxygen refining rate is increased, by lowering the tuel oil content to about 255 grams per normal cubic meter of oxygen in two lances giving a total flow of about 2840 normal cubic meters of oxygen per hour. After
30 minutes, the carbon content is 2.0%, and the temperature of the bath is 1460 C.
The release of fumes is practically negligible,
The fuel oil inlet flow rate is further lowered to about 176 grams per normal cubic meter of oxygen, without causing any appreciable evolution of fumes and after 1 hour the carbon content is 1.2%. The fuel oil inlet flow rate is further lowered to 148 grams per normal cubic meter of oxygen, without giving rise to excessive fumes. The blowing of the mixture of oxygen and fuel is then interrupted for other reasons and the heating is stopped.
Various fuel oil: oxygen ratios are tried to establish the value of the process, with regard to its ability to suppress the evolution of fumes and to allow efficient refining of the steel. It should be noted that when as the temperature of the bath rises and as the carbon content decreases, the fuel content required for mixing with oxygen to suppress the evolution of fumes decreases. The fuel-oxygen ratio can therefore be lowered to within the limits mentioned when the temperature of the bath rises and the carbon content decreases.
In another example, a load of about 254,000 kg of ferrous metal is. . fusion is carried out in a 'furnace
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Martin. The charge comprises approximately 163,000 to 182,000 kg of molten iron, the remainder being steel scrap. Limestone and quicklime are also added as fluxes. The carbon content of the whole load is greater than 3%.
The feed is melted by means of end burners consuming air and about 1.9 cubic meters of fuel-on per hour. When the fusion is appreciably plotting, ratio of fuel oil to the end burners is reduced to about 1.1 cubic meters per hour and pure oxygen is blown at the rate of about 1420 normal cubic meters per hour . Considerable smoke evolution is observed. After approximately 1 hour 30 minutes of pure oxygen blowing: the treatment is started by mixing oxygen and fuel * by means of a lance of the type shown in the drawing.
A fuel-to-oxygen ratio of about 255 grams per normal cubic meter of oxygen is used for a total oxygen flow of 1420 normal cubic meters per hour. The ¯) release of fumes is completely or almost completely eliminated. The end burners only consume 0.38 cubic meters of fuel oil per hour during this operation.
The fuel oil: oxygen ratio is reduced from about 255 grams per normal cubic meter to about 192 grams per normal cubic meter. The release of fumes increases slightly for the lower fuel oil contents, but remains within acceptable limits. The operation is completed by means of a stream of pure oxygen. Throughout the operation, during which streams of pure oxygen alternate with streams of mixture of oxygen and fuel according to the present invention, the rate of temperature rise and the rate of decarburization are very similar.
The flow
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oxygen intake is not increased at the time of mixing with the fuel, but the refining rate is very satisfactory.
It should be noted that during the blowing of pure oxygen on a bath in a Martin furnace, the nozzle of the metallurgical lance supplying the oxygen is often immersed in the layer of slag. When the blowing of the slag-covered bath is effected by means of the jet of a mixture of oxygen and fuel according to the present invention, the nozzle is generally disposed above the bath covered with slag. . The multiple jet device for mixing oxygen and fuel as described above allows a distance of about 7.6 to 61 cm to be used. A distance of 15.2 cm above the layer of slag is often used.
The process according to the present invention can be applied to other ferrous metals covered with milk. for example, in an electric furnace a charge, comprising suitable combinations of alloy scrape and carbon steel, cast iron, carbon and fluxes is first arc fused by means of electrification. carbon trodes.
This bath covered with slag can be refined by means of an oxygen jet comprising, mixed with fuel, at a rate of about 47.9 to 640 grams per normal meter tube according to the process of the invention, without causing the evolution of noxious fumes of iron oxide which normally occurs during the oxygen treatment of such melts.
The jet of oxygen mixed with the fuel is directed at the surface of the slag covered bath and penetrates the layer of molten slag at least to the surface of the ferrous bath. '
In the case of using a green converter! -
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cal oxygen, we introduce first, the grape shot, then the molten iron. It also introduces flux and, in some cases, iron oxide. When such a feed is refined by blowing with pure oxygen, considerable amounts of iron oxide fumes are given off. However, the process according to the present invention. by means of an oxygen jet comprising as a mixture fuel at a ratio of about 47.9 to 640 grams per normal cubic meter, allows the refining of the evolution of fumes.