EP0097610A1 - Procédé et dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques - Google Patents

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EP0097610A1
EP0097610A1 EP83630104A EP83630104A EP0097610A1 EP 0097610 A1 EP0097610 A1 EP 0097610A1 EP 83630104 A EP83630104 A EP 83630104A EP 83630104 A EP83630104 A EP 83630104A EP 0097610 A1 EP0097610 A1 EP 0097610A1
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container
taphole
tap hole
slag
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Jean Goedert
Ferdinand Goedert
Romain Henrion
Ferdinand Thill
Henri Klein
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Jean Peckels
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4653—Tapholes; Opening or plugging thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for emptying tilting metallurgical vessels, in particular steelworks converters, comprising a tap hole arranged in the side wall and containing molten metal on which slag is swimming.
  • DE-OS 26 39 712 discloses a taphole closing device comprising a closing body which can be inserted into the poured hole which leaves an annular slot free relative to the wall of the taphole and which contains a pressurized gas line.
  • the closure body has an outer wall which tapers towards the orifice of the pressurized gas line. The slag is forced back into the container under the effect of the gas flow.
  • This device which is subject to significant wear in large converters, has been improved (see EP 10.082) in that the external lateral surface of the shutter consists of a surface in the form of a spherical cap which , on the side of the mouth, turns into a frusto-conical surface.
  • the shutter is made of gray cast iron. Both devices have the disadvantage that they require large quantities of gas to seal the taphole. In addition, there are problems of blockage of the mouth of the gas pipe of the shutter.
  • the object of the present invention is to provide a remedy for the drawbacks described, and to eliminate in a large proportion the entrainment of slag when emptying metallurgical vessels.
  • the method according to the invention which is characterized in that it ensures, at the latest after the end of metallurgical operations, the sealed closure of the taphole using a plug capable of being attacked by the molten mass, in that the container is tilted, in that a bubbling gas is introduced around the taphole in the container through permeable elements, in that the closing hole is closed pouring using a new stopper as soon as the first slag elements are found and the container is tilted to the starting position.
  • a bubbling gas is introduced around the taphole in the container through permeable elements
  • the closing hole is closed pouring using a new stopper as soon as the first slag elements are found and the container is tilted to the starting position.
  • Fig. 1 part of a refining crucible 1 whose tap hole 2 is closed by a plug 3.
  • the plug 3 is mounted on an arm 4, which pivots about an axis 5 fixed on the wall of the tap hole .
  • the arm 4 is provided with a stop 6. (The counter-stop mounted on the wall of the converter is not shown).
  • a hydraulic cylinder 7, operable in both directions, acts by means of a rod 8 and a fork 9 on the arm 4.
  • the cylinder 7 can pivot around an axis integral with the wall of the converter.
  • the plug 3 has the shape of a truncated cone, slightly chamfered.
  • the large base of the truncated cone has a cylindrical recess 14 in which is received a lug mounted on the arm 4 (see also Fig. 2).
  • the plug which is held on the lug by friction is preferably made of an inexpensive, easily machinable and relatively soft material such as wood, preferably fir.
  • the surface of the plug is advantageously covered with a de- refractory material layer.
  • Two elements 10 permeable to a bubbling agent are located on either side of the tap hole 2 (see FIG. 3). The optimal place where these elements are placed is preferably determined experimentally for each converter. By positioning them about 0.5 m from the axis of the tap hole, we obtained the expected result for our 150-ton converter.
  • Permeable elements suitable for implementing the invention have been described in patents LU 82.552, LU 82.553, LU 82.554. They consist of several neighboring elongated segments, of rectangular section, surrounded by a metal box. On the cold side of the permeable element 10, a distribution chamber 11 is welded to the walls of the box. Conduits 12 connect this chamber 11 to a source 13 of bubbling agent. The bubbling fluid is passed at the interface of the different segments. It follows that the permeable elements 10 create a well distributed flow of fluid.
  • a tube 20 is fixed, onto which a base 16 is welded, on the arm 4.
  • a bolt 18 screwed into a ball joint 15 provided with the stopper lug ensures, by through the spring 17 and the washer 19, the bearing of the ball joint 15 on the base 16.
  • the jack 7 can be kept in the extended position, as shown in FIG. 1, to ensure that the plug 3 is held in the mouth of the taphole 2.
  • the taphole is preferably always closed, except during the pouring operation. This limits heat loss and avoids the escape of flame and slag during blowing.
  • the jack 7 withdraws the arm 4 until it stops.
  • the plug 3 remains stuck in the tap hole 2.
  • the liquid mass comes into contact with the plug during the tilting and destroys it in a few seconds. At this time the converter is in such a position that only metal is in the immediate vicinity of the tap hole.
  • a new plug 3 is positioned on the lug of the arm 4.
  • the jack 7 is pressurized and the plug 5 is pressed into the tap hole.
  • the plug has a reduced mass, the closure is therefore quick.
  • the position of the shutter is preferably adjustable on the axis of the tap hole. It is also noted that since the plug remains stuck respectively held in the taphole between two emptying operations, the use of a second plug is superfluous.
  • the bubbling agent is usefully a neutral gas such as argon, nitrogen or possibly carbon dioxide.
  • a gas flow of 2-3 Nm 3 / h eure ensures the permeability of the refractory elements.
  • the gas flow rate is increased to reach 5-10 Nm 3 / hour. Note here that higher flow rates cause projections, which mix with the slag and which are then entrained with them towards the tap hole.
  • an improvement in the ferro-manganese yield ranging from 3 to 7% has been observed for semi-quenched steels, which is equivalent on average to a saving of 0.35 kg / t steel .
  • the number of flows with high rephosphorization, on the order of 0.025 XP decreased by more than half, while those with low rephosphorization, on the order of 0.002% P, easily doubled.
  • the invention has been described and shows the most convincing advantages in relation to a tilting crucible, it can also be used with static metallurgical vessels having a tap hole provided in the bottom.
  • the number of permeable elements need not necessarily be taken to be two, and the bubbling gases suitable for implementing the invention are not only argon, nitrogen or carbon dioxide.

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Abstract

Procédé pour vidanger des récipients métallurgiques basculants, remplis de métal et de scorie, munis d'un trou de coulée (2) disposé dans la paroi latérale. Au plus tard après la fin des opérations métallurgiques et avant le basculement du récipient on assure la fermeture étanche du trou de coulée (2) à l'aide d'un bouchon (3) susceptible d'être attaqué par la masse en fusion. Ensuite on bascule le récipient, et on introduit un gaz de barbotage aux abords du trou de coulée dans le récipient à travers des éléments perméables (10). Le trou de coulée est fermé à l'aide d'un bouchon neuf dès que les premiers éléments de scorie sont repérés. Le bouchon (3), qui est muni d'un évidement approprié (14), est retenu par frottement sur un ergot monté de manière orientable sur un bras (4) actionné par un vérin (7).

Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques basculants, notamment des convertisseurs d'aciérie, comportant un trou de coulée disposé dans la paroi latérale et contenant du métal en fusion sur lequel nage de la scorie.
  • Lors de la coulée du métal, en particulier de l'acier, dans la poche ou dans tout autre récipient de transport ou de traitement, une certaine quantité de scorie passe généralement à travers le trou de coulée. En effet, au début de la vidange, lorsqu'on bascule le convertisseur en position de coulée, le trou se remplit d'abord de scorie avant que le bain d'acier ne recouvre celui-ci complètement. Pendant la coulée du métal il se forme au-dessus du trou de coulée un tourbillon, dit vortex, qui entraîne de la scorie vers la poche. Vers la fin de la coulée, avant que le convertisseur ne soit ramené dans sa position de départ, il s'écoule une quantité supplémentaire de scorie dans la poche. Les scories présentent un risque de rephosphoration de l'acier. D'autre part, par suite de l'activité élevée de l'oxygène dans la scorie, le traitement métallurgique des aciers calmés et semi-calmés s'effectue alors difficilement. De plus, la désulphuration de l'acier devient critique.
  • Pour éviter l'entraînement de scorie au début ou à la fin de l'opération de vidange de récipients métallurgiques basculants on a déjà proposé divers dispositifs. Les plus connus de ceux-ci sont le clapet d'obturation, la fermeture à tiroir et surtout le flotteur massif, dont la section est plus large que celle de l'orifice d'écoulement et qui nage au-dessus de l'embouchure du trou de coulée. Ces flotteurs ont une densité comprise entre celle de la scorie et celle du métal et ont pour fonction d'obturer le trou de coulée, lorsque pratiquement tout le métal s'est écoulé. Etant donné que les contours du trou de coulée varient continument par suite de l'usure, l'emploi de flotteurs ne mène pas à des résultats probants. D'après la DE-OS 26 39 712 on connaît un dispositif de fermeture du trou de coulée comportant un corps de fermeture pouvant être enfoncé dans le trou decoulée qui laisse libre une fente annulaire par rapport à la paroi du trou de coulée et qui contient une conduite de gaz sous pression. Le corps de fermeture présente une paroi extérieure qui se rétrécit vers l'orifice de la conduite de gaz sous pression. La scorie est refoulée dans le récipient sous l'effet du flux de gaz. Ce dispositif, qui est soumis à une usure importante dans les convertisseurs de grande dimension, a été amélioré (cf.EP 10.082) dans ce sens que la surface latérale extérieure de l'obturateur est constituée d'une surface en forme de calotte sphérique qui, du côté de l'embouchure, se transforme en une surface en forme de tronc de cône. Dans une forme d'exécution préférentielle, l'obturateur est en fonte grise. Les deux dispositifs présentent le désavantage qu'ils nécessitent des quantités de gaz importantes pour étanchéiser le trou de coulée. De plus on est confronté à des problèmes de bouchage de l'embouchure de la conduite de gaz de l'obturateur.
  • Pour diminuer la quantité de scorie entraînée par le tourbillon, dit vortex, qui se forme au-dessus du trou de coulée dès le début de la coulée en poche, on a déjà proposé d'insuffler à l'aide de tuyères un gaz de barbotage à l'intérieur du bain métallique au voisinage immédiat du trou de coulée. Malheureusement les tuyères nécessitent, pour éviter leur obstruction, d'importantes quantités de gaz, non' seulement pendant la vidange, mais également pendant toute la campagne. Il en résulte un refroidissement prononcé du métal en fusion. D'autre part, les tuyères entrant en contact avec la scorie et le métal liquide, présentent des durées de vie nettement inférieures à celles du revêtement avoisinant du creuset. Les résultats décevants s'expliquent probablement par le fait que le bouillonnement gazeux issu des tuyères ne s'éparpille pas assez dans le tourbillon et ne parvient donc pas à contrecarrer suffisamment son action de tourbillonnement et à retenir la scorie.
  • La présente invention a pour but de proposer un remède aux inconvénients décrits, et d'éliminer dans de larges proportions l'entraine- ment de scorie lors de la vidange de récipients métallurgiques.
  • Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé en ce qu'on assure, au plus tard après la fin des opérations métallurgiques, la fermeture étanche du trou de coulée à l'aide d'un bouchon susceptible d'être attaqué par la masse en fusion, en ce qu'on bascule le récipient, en ce qu'on introduit un gaz de barbotage aux abords du trou de coulée dans le récipient à travers des éléments perméables, en ce qu'on ferme le trou de coulée à l'aide d'un bouchon neuf dès qu'on répère les premiers éléments de scorie et en ce qu'on bascule le récipient dans la position de départ. Des réalisations préférentielles de l'invention sont décrites dans les sous-revendications.
  • Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en ce que l'on réalise une séparation poussée du métal et de la scorie, aussi bien au début qu'au cours ainsi que vers la fin de la vidange du creuset. Du côté creuset, on fait dans le cas d'une marche à deux phases avec décrassage intermédiaire et récupération de la scorie de la deuxième phase de soufflage, des économies de chaux par suite d'une réduction de la perte de scorie. Du côté récipient on constate une nette diminution de la réphosphoration du métal; le rendement des ferro-alliages introduits après la vidange augmente de manière sensible. De plus on observe une augmentation de la tenue du réfractaire du récipient d'environ 10%.
  • L'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins, qui montrent, de manière non-limitative, une forme d'exécution possible.
    • La Fig. 1 montre une coupe schématique à travers un dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques.
    • La Fig. 2 montre une coupe à travers une forme d'exécution du bouchon qui sert à fermer le trou de coulée ainsi que de son support.
    • La Fig. 3 montre, vus de l'intérieur du convertisseur, des détails de l'abord du trou de coulée.
  • On distingue sur la Fig. 1 une partie d'un creuset d'affinage 1 dont le trou de coulée 2 est obturé par un bouchon 3. Le bouchon 3 est monté sur un bras 4, qui pivote autour d'un axe 5 fixé sur la paroi du trou de coulée. Le bras 4 est muni d'une butée 6. (La contre-butée montée sur la paroi du convertisseur n'est pas représentée). Un vérin hydraulique 7, actionnable dans les deux sens, agit par l'intermédiaire d'une tige 8 et d'une fourche 9 sur le bras 4. Le vérin 7 peut pivoter autour d'un axe solidaire de la paroi du convertisseur. Le bouchon 3 présente la forme d'un cône tronqué, légèrement chanfreiné. La grande base du cône tronqué possède un évidement cylindrique 14 dans lequel vient se loger un ergot monté sur le bras 4 (voir aussi Fig. 2). Le bouchon qui est maintenu sur l'ergot par frottement est de préférence constitué par un matériau bon marché, facilement usinable et relativement mou tel que du bois, de préférence du sapin. Pour améliorer sa tenue en haute température,' la surface du bouchon est avantageusement recouverte d'une couche de- matériau réfractaire. Deux éléments 10 perméables à un agent de barbotage sont situés de part et d'autre du trou de coulée 2 (voir Fig. 3). L'endroit optimal où on place ces éléments est de préférence déterminé expérimentalement pour chaque convertisseur. En les positionnant à quelque 0,5 m de l'axe du trou de coulée, nous avons obtenu le résultat escompté pour notre convertisseur de 150 tonnes. Des éléments perméables convenant à la mise en oeuvre de l'invention ont été décrits dans les brevets LU 82.552, LU 82.553, LU 82.554. Ils sont constitués par plusieurs segments allongés avoisinants, de section rectangulaire, entourés par un caisson métallique. Du côté froid de l'élément perméable 10, une chambre de distribution 11 est soudée aux parois du caisson. Des conduits 12 relient cette chambre 11 à une source 13 d'agent de barbotage. Le passage du fluide de barbotage se fait à l'interface des différents segments. Il s'ensuit que les éléments perméables 10 créent un flot bien distribué de fluide.
  • Au lieu d'utiliser un montage rigide de l'ergot sur le bras 4, tel que représenté sur la Fig. 1, on peut avantageusement opter pour un montage orientable (voir Fig. 2). Dans cette forme d'exécution de l'invention, on fixe un tube 20, sur lequel se trouve soudé une embase 16, sur le bras 4. Un boulon 18 vissé dans une rotule 15 munie de l'ergot porte-bouchon assure, par l'intermédiaire du ressort 17 et de la rondelle 19, l'appui de la rotule 15 sur l'embase 16. Ce montage orientable du bouchon 3 sur le bras 4 garantit un centrage automatique du bouchon sur l'embouchure du trou de coulée dont les contours varient par suite de l'usure.
  • Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Pendant le soufflage le vérin 7 peut être maintenu en position sortie, telle que représentée en Fig. 1, pour garantir le maintien du bouchon 3 dans l'embouchure du trou de coulée 2.- Notons au passage que le trou de coulée est de préférence toujours fermé, excepté lors de l'opération de coulée. Ceci limite les déperditions de chaleur et évite des sorties de flamme et de scorie lors du soufflage.- Avant de basculer le convertisseur, le vérin 7 retire le bras 4 jusqu'à la butée. Le bouchon 3 reste collé dans le trou de coulée 2. La masse liquide vient lors du basculement en contacte avec le bouchon et le détruit en quelques secondes. A ce moment le convertisseur est dans une position telle, que du métal seul se trouve à proximité immédiate du trou de coulée. Par suite du bouillonnement intense et continu, provoqué par la remontée du flot des gaz de barbotage sortant des éléments perméables, il se crée une plage circulaire au-dessus du trou de coulée. Cette plage est dénuée de scorie et ne présente pratiquement pas de vor- i tex, de sorte que l'acier peut s'écouler sans entraîner des quantités notables de scories. Un nouveau bouchon 3 est positionné sur l'ergot du bras 4. Vers la fin de la coulée, dès qu'on observe, ou qu'on répère à l'aide de capteurs optiques, magnétiques etc., les premiers morceaux de scorie, le vérin 7 est mis sous pression et le 5 bouchon est enfoncé dans le trou de coulée. Le bouchon a une masse réduite, la fermeture est par conséquent rapide. Comme le bouchon est relativement mou, il est à même de s'adapter aux contours du trou de coulée. Pour garantir une fermeture hermétique, la position de l'obturateur est de préférence ajustable sur l'axe du trou de coulée. On remarque également qu'étant donné que le bouchon reste collé respectivement maintenu dans le trou de coulée entre deux opérations de vidange, l'usage d'un deuxième bouchon est superflu.
  • L'agent de barbotage est utilement un gaz neutre comme de l'argon, de l'azote ou éventuellement de l'anhydride carbonique. Pendant la campagne, un débit de gaz de 2-3 Nm3/heure assure la perméabilité des éléments réfractaires. Au moment du rabattement, le débit de gaz est augmenté pour atteindre 5-10 Nm3/heure. Notons ici que des débits plus élevés provoquent des projections, qui se mêlent à la scorie et qui sont ensuite entraînées avec celles-ci vers le trou de coulée. En réglant les débits de gaz de barbotage, on a observé pour des aciers semi-calmés, une amélioration du rendement du ferro-manganèse allant de 3 à 7 %, ce qui équivaut en moyenne à une économie de 0,35 kg/t acier. Pareillement, le nombre de coulées présentant une rephosphorisation élevée, de l'ordre de 0,025 X P, a diminué de plus de la moitié, alors que celles qui présentaient une rephosphorisation faible, de l'ordre de 0,002 % P, a facilement doublé.
  • Bien que l'invention a été décrite et montre les avantages les plus probants en relation avec un creuset basculant, elle peut également être utilisée avec des récipients métallurgiques statiques ayant un trou de coulée aménagé dans le fond. De même, le nombre d'éléments perméables ne doit pas être pris forcément égal à deux et les gaz de barbotage convenant à la mise en oeuvre de l'invention ne sont pas uniquement l'argon, l'azote ou l'anhydride carbonique.

Claims (10)

1. Procédé pour vidanger des récipients métallurgiques basculants, notamment des convertisseurs d'aciérie, comportant un trou de coulée disposé dans la paroi latérale et contenant du métal en fusion sur lequel nage une couche de scorie, caractérisé en ce qu'on assure au plus tard après la fin des opérations métallurgiques et avant le basculement du récipient la fermeture étanche du trou de coulée à l'aide d'un bouchon susceptible d'être attaqué par la masse en fusion, en ce qu'on bascule le récipient, en ce qu'on introduit un gaz de barbotage aux abords du trou de coulée dans le récipient à travers des éléments perméables, en ce qu'on ferme le trou de coulée à l'aide d'un bouchon neuf dès qu'on répère les premiers éléments de scorie et en ce qu'on bascule le récipient dans la position de départ.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le bouchon dans le trou de coulée à l'aide d'un bras pivotant, de préférence actionné par un vérin hydraulique, qu'on assure le maintien du bouchon dans le trou de coulée au cours des opérations métallurgiques à l'aide dudit bras et qu'on retire le bras juste avant l'opération de vidange.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on souffle en permanence une quantité déterminée de gaz, de préférence'l-3 Nm3/heure, à travers chaque élément perméable et qu'on augmente ce débit, de préférence à 5-10 Nm3/heure, lors de la coulée du métal hors du récipient.
4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments perméables au gaz comportent au moins un segment allongé ayant de préférence une section rectangulaire et sont munis du côté froid d'une chambre de distribution de gaz reliée par l'intermédiaire d'un conduit à une source d'agent de barbotage et en ce que ledit bouchon est fixé transitoirement sur un bras pivotant actionné par un vérin.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fixation transitoire est constituée par un ergot qui retient le bouchon, muni d'un évidement approprié, par frottement.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ergot porte-bouchon est monté de manière orientable sur le bras pivotant.
7. Dispositif selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le bouchon à la forme d'un cône tronqué dont la petite base . est légèrement chanfreinée et dont la grande base comporte ledit évidement.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bouchon est en bois, de préférence en sapin et est partiellement recouvert par une couche de matière réfractaire.
9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments perméables, situés de part et d'autre du trou de coulée, de préférence à une distance de quelque 0,5 m de l'axe du trou de coulée.
L0. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source d'agent de barbotage est une source d'argon, d'azote ou d'anhydride carbonique.
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