EP0490099A1 - Procédé de régulation de l'opération d'affinage de fonte - Google Patents
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- EP0490099A1 EP0490099A1 EP91119296A EP91119296A EP0490099A1 EP 0490099 A1 EP0490099 A1 EP 0490099A1 EP 91119296 A EP91119296 A EP 91119296A EP 91119296 A EP91119296 A EP 91119296A EP 0490099 A1 EP0490099 A1 EP 0490099A1
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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
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- C21C5/4606—Lances or injectors
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- C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
- C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
Definitions
- the subject of the present invention is a process which makes it possible to regulate, in an easier and more flexible way than hitherto, the operation of refining with oxygen of the cast iron, which is obtained essentially by the reduction at the top. furnace of iron ores with carbon in the form of coke and auxiliary fuels.
- This refining operation of cast iron in steelworks is carried out mainly by using an injection of oxygen in gaseous form, by means of a vertical central metal lance, from the top to the bottom, in the interior of 'a converter in which the cast iron to be transformed into steel is contained.
- the largest percentage of the world's annual steel tonnage produced by processing is produced by oxygen refining processes (LD, LD-AC, OLP, etc.). of cast iron.
- oxygen refining processes LD, LD-AC, OLP, etc.
- industrially pure oxygen is used, which is blown in the gaseous state in a jet or in several jets and at high speed through the lance in the bath located in the converter.
- the steelmaker above all has two well defined action parameters, namely the variation of the height of the injection lance relative to the surface of the bath in the converter and the regulation of the flow of oxygen passing through the spear, i.e. the amount of oxygen gas blown in per unit of time. It can vary only one of the parameters or act on the two parameters at the same time in order to operate either with more or less hard and penetrating jets or with more or less soft and oxidizing jets for the slag.
- the equipment of the refining stand which is used for the controlled injection of oxygen, essentially consists of a mobile lance body.
- the latter includes, in addition to supply lines for the gas and supply and discharge lines for the cooling water with the related control and regulation apparatuses, several concentric lines and circuits, both for the gas oxygen only for cooling water.
- the lance ends at the bottom with a cast or machined copper head.
- the latter includes circuits for cooling water, as well as a given number of gas acceleration nozzles. This number corresponds to the number of jets of primary oxygen, and possibly secondary oxygen, that is expected for a given steelworks.
- the multi-hole lances comprise between 2 and 5 supersonic primary nozzles, with angles of inclination of 7 ° to 10 ° relative to the axis of the body of the lance, the jets being all the harder as the number of nozzles is smaller.
- secondary nozzles which deliver oxygen at subsonic speed and at greater angles of inclination, can be provided to effect the post-combustion of the carbon monoxide (CO) released by the bath in decarburization course.
- the lance body is integral with a horizontally movable carriage and vertically outside and above the converter, so that at the start of the refining operation the lance can not only be placed in position in the beak of the converter, but also so that the distance from the head of the lance relative to the surface of the bath to be refined can be varied during the course of the refining itself.
- the lance is repeatedly moved towards or away from the surface of the bath according to a well defined scheme.
- the momentary oxygen flow rate is modified, also according to a specific well-defined scheme, to take account of the state of progress of the chemical and physical processes taking place inside the converter.
- the response time to modify the oxygen flow rate by regulating the degree of opening of a valve is not significant.
- the durations for repositioning the lance on the other hand are longer.
- the oxygen flow rates normally vary between 400 and 700 Nm3 / min and the extreme distances from the nose of the lance, relative to the level of the bath in the converter, are between 170 and 350 cm.
- Each of these parameters is changed at least six times during the refinement of a load.
- the steelmakers modulate one on the other the position of the lance and the momentary flow of oxygen by following well-known blowing patterns, which allows them to conduct the operation of refining and advancing reactions in the desired direction.
- the steelmakers try to avoid as much as possible all the movements of the lance. Indeed, because of the great inertia of the traveling carriage with the lance body traversed by the cooling water, the response time for this parameter is quite long.
- the aim of the present invention is therefore precisely to provide a simplified pipe for the refining operation, this pipe making it possible to keep the lance practically immobile at a predetermined level and to minimize the rate of change of the gas flow, without making the distribution of the primary refining oxygen in the converter worse, while the mechanical stirring energy transmitted to the bath by the impact of the gas is even better controlled.
- the refining process according to the present invention provides for blowing from above, into a steelworks converter containing a refining bath, against the surface thereof, at least two individual supersonic jets of primary oxygen at a certain flow rate and it is essentially characterized in that each of the jets coming obliquely from a non-rotating lance touches the surface of the bath inside the same annular zone with a given impact energy, which varies according to the physicochemical state of the bath between lower and upper limits, while at the same time the height of the lance above the surface of the bath, as well as the total flow rate of the flow of oxygen supplying the bath, are required to practically unchanging levels.
- the free passage sections of the nozzles which divide inside the lance the main flow of gas into a plurality of primary oxygen jets deviated obliquely, are alternately partly closed by a rotor rotating in the lance, which means that the momentary flow rates of various jets are individually modulated according to a pre-established periodic scheme.
- a rotor rotating in the lance which means that the momentary flow rates of various jets are individually modulated according to a pre-established periodic scheme.
- there is a permanent variation in the impact energy of the different jets each of which touches a specific place in the bath, this bath being stirred and mixed due to the impact of the jets modulated by a sort of pumping effect. frequency and intensity also modulated.
- the average angle of deflection of the primary jets of a given lance with respect to the vertical is chosen according to the present invention, taking into account the geometry of the converter in which the lance will be used, as well as the average distance. to which it is intended to hold the lance head relative to the surface of the bath during the refining.
- This angle of deflection is fixed so that the annular zone in which the jets are crushed on the bath is on a radius about halfway between the center of the surface of the bath, which coincides with the vertical axis of the converter, and the inner wall of the converter lining. In general this angle is between 10 ° and 30 ° relative to the vertical.
- the axes of the nozzles of conventional multi-hole lances (2 to 5 primary orifices) also deviate from the central axis of the lance. But because these conventional multi-hole lances are constantly displaced in height and that one seeks to cause only the minimum wear of the wall covering of the converter, the deflection angle remains on average more closed and usually does not exceed hardly 10 ° to 15 °. In this case the utilization rate of the oxygen injected on the surface of the bath is less good. Indeed, the optimal combination between the best oxygen flow and the right height of the lance for the inherent injection angle is only given for a short fraction of time compared to the total duration of the operation d refining.
- the lance which delivers the jets whose variable impact energy allows the improved conduct of the refining according to the present invention, remains practically at the same distance from the surface of the bath during the entire refining operation , the coating on the wall of the converter is best protected. In fact it is not exposed as so far exaggeratedly, neither to the direct action of oxygen, nor to contact with excessively oxidized and corrosive slag produced in the direct vicinity of the wall. This is a result of the fact that to regulate the ratio between the speed of decarburization and the speed of oxidation of the slag there is no longer any need to modify the height of the lance.
- a simple valve for opening and closing the oxygen supply would suffice thanks to the present invention.
- the speed of the instantaneous distribution of the primary oxygen jets is simply changed, by presenting a larger or smaller scanning surface per time unit, or by varying the pumping effect resulting from the impact energy of the jets by changing their modulation frequency, which is achieved by appropriately modifying the speed of rotation of the jets.
- This speed can be very slow and involve only a few revolutions per minute, just as it can also be very high and be ten times the slow speed.
- the high speed can easily reach up to 60 rpm and more.
- the blowing time proper is shortened accordingly. Gains of one minute to one and a half minutes on the actual blowing time, that is to say at the limit 10% on this time, are possible.
- the new refining process involving jets of primary oxygen, which undergo a real or simulated rotation, is just as suitable for refining normal loads of hematite or phosphorous cast iron as loads with high proportions of scrap.
- the flexibility of the pipe makes it possible to adapt without great difficulty to the specific conditions and variations in the composition of such loads.
- the new process can be practiced together with any of the known methods of mixed blowing, that is to say processes in which the reactions resulting from the blowing of oxygen from above are intensified and favored by bubbling. of the bath obtained by blowing a gas through injectors housed in the part forming the bottom of the converter.
- the invention is illustrated in more detail using two graphical representations, as they are known and customary in part at least in the practice of refining cast iron by blowing oxygen according to the process LD.
- FIG. 2 shows, for a completely conventional LD charge, the general appearance of the two curves relating to the total flow of oxygen and to the height of the lance.
- the scales and units are the same as those used in Figure 1.
- FIG. 2 relating to a completely normal conventional LD charge, we see that during the initial phase we blow with a higher lance a jet of oxygen which is soft enough to dissolve the lime first and to make it react. Then we increase the flow for refining the bath with a harder, more penetrating jet. The lance, which is held higher at the start of the operation to accelerate the formation of the slag, is now lowered in stages to the lowest level for decarburization, before being raised before the end of blowing to cause the formation a consistency slag suitable for scouring.
- the values appearing on the ordinate and on the abscissa are those which can be applied for a load of hematite cast iron treated in a normal manner according to the LD process in a 100-ton converter.
- FIG. 1 which illustrates the changes which have taken place in the conduct of ripening as a result of the present invention
- the total flow of oxygen is kept constant at the same value from the start to the end of ripening.
- more oxygen is supplied here than previously. This is possible because the variable scanning speed of the jets, or the frequency of their modulation, allows much better refinement control and the result is a shorter refining time.
- the height of the lance is also kept at the same constant level. It is only in the case of the fusion of more notable quantities of scrap metal, when there is a strong risk of damaging the head of the lance on the scrap metal which exceeds the level of the bath, that an initial phase is planned at height. larger spear, as illustrated by the hatched part of the curve.
- This precautionary measure has absolutely no other effect on the process, because the higher lance height is not chosen here to influence in a specific and instantaneous way, for example the consistency or reactivity of the slag, as such is the case for all changes of the position of the lance in pure LD blowing.
- the lance height, as well as the total flow rate of the refining oxygen, remain strictly constant, while the speed of rotation can remain constant for an ideal load. If the load shows less ideal behavior, however, we can react by increasing or decreasing the speed of rotation depending on the case, which leads to corresponding variations in the impact energy on the bath. In the case of a tendency to overflow the slag, the speed of rotation is slowed down before increasing it again, as shown by way of example by the dotted part of the upper curve of FIG. 1. In the second phase from refining the jets are made harder by slowing down in stages the speed of rotation of the jets for a lance height invariably kept at the standard level.
- the blowing is rendered oxidizing to condition the slag for emptying, which is done again by changing only the speed of rotation of the jets or the modulating shutter.
- the problems often encountered during blowing such as retarded ignition, poor slag formation, tendency to splash, etc., are now controlled more easily and also more quickly by acting only on the speed of rotation. This intervention is, as already mentioned, instantaneous effect, because for speed variations there is in our case no significant delay between the command setpoint and the response to this setpoint.
- the new system which is also simpler than the traditional method of ripening, also lends itself securely to automation.
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Abstract
Procédé de régulation de l'opération d'affinage de fonte dans un convertisseur d'aciérie faisant intervenir l'insufflation par en haut d'au moins deux jets supersoniques d'oxygène primaire avec un certain débit total contre la surface du bain à affiner. Ce procédé est caractérisé en ce que le rapport voulu entre la vitesse de décarburation du métal et la vitesse d'oxydation de la scorie est obtenue par le fait que chacun des jets issus d'une lance non rotative touche la surface du bain dans la même zone annulaire avec une énergie d'impact donnée. Cette énergie varie, suivant l'état physico-chimique du bain, entre des valeurs limites supérieure et inférieure. En même temps la hauteur de la lance au-dessus de la surface du bain, ainsi que le débit total du flux principal d'oxygène d'affinage sont tenus à des niveaux substantiellement invariables. <IMAGE>
Description
- La présente invention a pour objet un procédé qui permet de régler, de façon plus aisée et plus flexible que jusqu'ici, l'opération d'affinage à l'oxygène de la fonte, que l'on obtient essentiellement par la réduction au haut fourneau de minerais de fer avec du carbone sous forme de coke et de combustibles auxiliaires.
- Cette opération d'affinage de fonte dans les aciéries est effectuée surtout en ayant recours à une injection d'oxygène sous forme gazeuse, par l'intermédiaire d'une lance métallique centrale verticale, depuis le haut vers le bas, dans l'intérieur d'un convertisseur dans lequel est contenu la fonte à transformer en acier. C'est d'après les procédés d'affinage à l'oxygène (LD, LD-AC, OLP etc) qu'est produit de loin le plus grand pourcentage du tonnage mondial annuel d'acier, obtenu par la voie de la transformation de fonte. Dans ces procédés on utilise de l'oxygène industriellement pur, qui est insufflé à l'état gazeux en un jet ou en plusieurs jets et à grande vitesse à travers la lance dans le bain se trouvant dans le convertisseur. On imagine aisément qu'on a besoin d'un débit très important d'oxygène gazeux pour affiner dans un court laps de temps, qui n'est en règle générale guère beaucoup plus long qu'un quart d'heure, une masse très importante d'un bain métallique. Ce demier peut en effet dépasser 300 tonnes, constituées par la fonte enfournée et par les ajoutes éventuelles de ferraille et/ou d'autres additions métalliques ou non métalliques.
- Lors du soufflage d'oxygène d'affinage par le haut, en au moins un jet primaire, il est avant tout important qu'il y ait une intensité suffisante du mouvement du bain, celle-ci résultant de l'énergie d'impact du jet ou des jets d'oxygène primaire, ainsi que du dégagement des bulles de monoxyde de carbone (CO) provenant de l'oxydation du carbone de la fonte. Il est tout aussi important qu'à son point d'impact l'oxygène insufflé se trouve réparti de façon judicieuse entre le métal et la scorie, afin que tout au long de l'opération d'affinage les déséquilibres entre métal et gaz et entre métal et scorie persistent et fassent progresser les réactions d'affinage. En fait, conduire l'affinage revient à maintenir à tout moment un rapport bien déterminé entre la vitesse de décarburation de la fonte et la vitesse d'oxydation de la scorie. Pour parvenir à cela l'aciériste dispose surtout de deux paramètres d'action bien définis, à savoir la variation de la hauteur de la lance d'injection par rapport à la surface du bain dans le convertisseur et la régulation du débit d'oxygène passant à travers la lance, c.-à-d. de la quantité d'oxygène gaz insufflé par unité de temps. Il peut varier un seul des paramètres ou bien agir sur les deux paramètres à la fois afin d'opérer soit avec des jets plus ou moins durs et pénétrants soit avec des jets plus ou moins mous et oxydants pour la scorie.
- L'équipement du stand d'affinage, qui est utilisé pour l'injection contrôlée de l'oxygène, consiste essentiellement en un corps de lance mobile. Ce dernier comprend, outre des conduites d'amenée pour le gaz et des conduites d'alimentation et d'évacuation pourl'eau de refroidissement avec les appareils de contrôle et de régulation afférents, plusieurs conduits et circuits concentriques, tant pour l'oxygène gaz que pour l'eau de refroidissement. La lance se termine en bas par une tête en cuivre coulé ou usiné. Cette dernière comprend des circuits pour l'eau de refroidissement, ainsi qu'un nombre donné de tuyères d'accélération du gaz. Ce nombre correspond au nombre de jets d'oxygène primaire, et éventuellement d'oxygène secondaire, qu'on prévoit pour une aciérie donnée. Généralement les lances multitrous comportent entre 2 et 5 tuyères primaires supersoniques, avec des angles d'inclinaison de 7° à 10° par rapport à l'axe du corps de la lance, les jets étant d'autant plus durs que le nombre de tuyères est plus petit. A côté de ces tuyères primaires, des tuyères secondaires, qui débitent de l'oxygène à vitesse subsonique et sous des angles d'inclinaison plus importants, peuvent être prévues pour opérer la postcombustion de l'oxyde de carbone (CO) dégagé parle bain en cours de décarburation.
- Le corps de lance est solidaire d'un chariot mobile horizontalement et verticalement à l'extérieur et au-dessus du convertisseur, pour qu'au début de l'opération d'affinage la lance puisse non seulement être mise en position dans le bec du convertisseur, mais aussi pour que la distance de la tête de la lance par rapport à la surface du bain à affiner puisse être variée au cours du déroulement de l'affinage même. Ainsi, au cours du soufflage d'une charge, la lance est rapprochée ou éloignée de façon répétitive de la surface du bain suivant un schéma bien defini.
- De la même façon on modifie, également suivant un schéma spécifique bien défini, le débit momentané de l'oxygène pour tenir compte de l'état d'avancement des processus chimiques et physiques se déroulant à l'intérieur du convertisseur. Le temps de réponse pour modifier le débit d'oxygène par régulation du degré d'ouverture d'une vanne n'est pas notable. Les durées pour repositionner la lance par contre sont plus importantes.
- Ainsi, pour un convertisseur de l'ordre de grandeur de 200 tonnes, les débits d'oxygène varient normalement entre 400 et 700 Nm³/min et les distances extrêmes du nez de la lance, par rapport au niveau du bain dans le convertisseur, sont comprises entre 170 et 350 cm. Chacun de ces paramètres est changé au moins six fois au cours de l'affinage d'une charge.
- C'est-à-dire que les aciéristes modulent l'un sur l'autre la position de la lance et le débit momentané d'oxygène en suivant des schémas de soufflage bien connus, ce qui leur permet de conduire l'opération d'affinage et de faire progresser les réactions dans la direction désirée. Bien sûr, les aciéristes cherchent à éviter le plus possible tous les mouvements de la lance. En effet, à cause de la grande inertie du chariot de translation avec le corps de lance parcouru par l'eau de refroidissement, le temps de réponse pour ce paramètre est assez long.
- D'un autre côté, en abaissant trop bas la lance - en vue d'un jet dur - on risque un endommagement de la tête de la lance sur de la ferraille non fondue surnageant le bain, alors que si on réduit trop le débit d'oxygène - en vue d'un jet mou - l'autoprotection de la tête de la lance contre la projection de métal et de laitier par l'écran de gaz devient moins efficace.
- Malgré des efforts qui ont été entrepris dans cette direction, on n'a pas jusqu'ici réussi à se passer du déplacement répété de la lance au cours de l'affinage ou de le réduire simplement à un degré vraiment insignifiant, ce qui simplifierait d'autant la conduite de l'affinage.
- Aussi le but de la présente invention est-il justement de prévoir une conduite simplifiée de l'opération d'affinage, cette conduite permettant de tenir la lance pratiquement immobile à un niveau prédéterminé et de réduire au minimum la cadence de changement du flux gazeux, sans pour autant rendre plus mauvaise la répartition de l'oxygène primaire d'affinage dans le convertisseur alors que l'énergie de brassage mécanique transmise au bain par l'impact du gaz est encore mieux contrôlée.
- A cet effet le procédé d'affinage suivant la présente invention prévoit d'insuffler paren haut, dans un convertisseur d'aciérie contenant un bain à affiner, contre la surface de celui-ci, au moins deux jets individuels supersoniques d'oxygène primaire à un certain débit et il est essentiellement caractérisé en ce que chacun des jets issus obliquerment d'une lance non rotative touche la surface du bain à l'intérieur d'une même zone annulaire avec une énergie d'impact donnée, qui varie suivant l'état physico-chimique du bain entre des limites inférieure et supérieure, alors qu'en même temps la hauteur de la lance au dessus de la surface du bain, de même que le débit total du flux d'oxygène alimentant le bain, sont tenus à des niveaux pratiquement invariables.
- Pour conduire l'opération d'affinage en conformité avec la présente invention on a donc recours à au moins deux jets individuels séparés d'oxygène d'affinage primaire. Ces jets doivent dévier d'un angle donné de l'axe de la lance pour entrer en contact avec le bain à l'intérieur de la zone annulaire prévue. Suivant une forme d'exécution possible de l'invention, les jets tournent librement autour dudit axe de la lance à une vitesse de rotation variable, réglable à volonté. La conception et la configuration d'une lance d'affinage capable de subdiviser dans son intérieur un flux d'oxygène primaire en au moins deux jets distincts, qui quittent la lance à une vitesse supersonique et auxquels on peut imprimer une rotation de vitesse variable voulue autour de l'axe de la lance, ne font pas l'objet de la présente demande de brevet. Une telle lance est décrite dans la demande de brevet luxembourgeois numéro 87855. Suivant une autre forme d'exécution de l'invention les sections de passage libres des tuyères, qui divisent à l'intérieur de la lance le flux principal de gaz en une pluralité de jets d'oxygène primaire déviés obliquement, sont alternativement obturées en partie par un rotor tournant dans la lance, ce qui fait que les débits momentanés de divers jets sont modulés individuellement suivant un schéma périodique préétabli. Corrélativement il se produit en permanence une variation de l'énergie d'impact des différents jets qui touchent chacun un endroit déterminé du bain, ce bain étant remué et mélangé du fait de l'impact des jets modulés par une sorte d'effet de pompage à fréquence et intensité modulées elles aussi.
- Dans tous les cas l'angle moyen de déflexion des jets primaires d'une lance donnée par rapport à la verticale est choisi suivant la présente invention en tenant compte de la géométrie du convertisseur dans lequel la lance sera utilisée, ainsi que de la distance moyenne à laquelle on envisage de tenir la tête de lance par rapport à la surface du bain au cours de l'affinage. Cet angle de déflexion est fixé de telle sorte que la zone annulaire dans laquelle les jets viennent s'écraser sur le bain se trouve sur un rayon à environ mi chemin entre le centre de la surface du bain, qui coincide avec l'axe vertical du convertisseur, et la paroi interne du revêtement du convertisseur. En général cet angle est compris entre 10° et 30° par rapport à la verticale. Les axes des tuyères des lances multitrous ( 2 à 5 orifices primaires) classiques dévient eux aussi par rapport à l'axe central de la lance. Mais du fait que ces lances multitrous classiques sont déplacées constamment en hauteur et que l'on cherche à ne provoquer que le minimum d'usure du revêtement mural du convertisseur, l'angle de déflexion reste en moyenne plus fermé et ne dépasse d'ordinaire guère 10° à 15°. Dans ce cas le taux d'utilisation de l'oxygène injecté sur la surface du bain est moins bon. En effet, la combinaison optimale entre le meilleur débit d'oxygène et la bonne hauteur de la lance pour l'angle d'injection inhérent n'est donnée que pour une courte fraction de temps par rapport à la durée totale de l'opération d'affinage.
- Comme la lance, qui débite les jets dont l'énergie d'impact variable permet la conduite améliorée de l'affinage suivant la présente invention, reste pratiquement à la même distance de la surface du bain au cours de toute l'opération d'affinage, le revêtement de la paroi du convertisseur est protégé au mieux. En fait il n'est pas exposé comme jusqu'ici de façon exagérée, ni à l'action directe de l'oxygène, ni au contact avec de la scorie trop oxydée et corrosive produite dans le voisinage direct de la paroi. Ceci est un résultat du fait que pour régler le rapport entre la vitesse de la décarburation et la vitesse d'oxydation de la scorie on n'a plus besoin de modifier la hauteur de la lance.
- Le grand avantage du procédé suivant l'invention et les nouveaux effets qui en découlent, résultent avant tout du fait qu'au lieu du couple de paramètres de régulation classiques, que sont la hauteur de lance et le débit d'oxygène, on ne fait plus intervenir qu'un seul paramètre unique et inédit. Celui-ci consiste dans l'energie avec laquelle les différents jets individuels touchent la surface du bain à l'intérieur d'une zone annulaire, les variations d'énergie résultant ou bien de changements de la vitesse de balayage circulaire de jets rotatifs sur la trajectoire annulaire ou bien d'une modulation cyclique des débits individuels des jets subdivisés, le débit total du flux d'alimentation principal non divisé n'étant varié dans aucun de ces deux cas. En effet, par ce nouveau paramètre on peut maintenant aisément régler, - en fonction de l'état d'avancement de l'affinage ou d'autres exigences, comme le moussage de la scorie ou le degré de postcombustion convoité -, tant la répartition de l'oxygène sur la surface du bain, que l'énergie de brassage mécanique transmise au bain, soit en faisant varier la vitesse de balayage rotatif des jets, soit en modulant le débit des jets. C'est-à-dire qu'on parvient maintenant à obtenir, grâce à des moyens différents, l'équivalent de ce qu'il était convenu jusqu'ici d'appeler en affinage classique LD des jets d'oxygène durs ou mous. Il est vrai qu'on a bien déjà essayé d'augmenter la surface de balayage d'une lance donnée en faisant tourner la lance verticale décentrée toute entière sur une trajectoire circulaire. Alternativement on pourrait mettre en rotation autour de son propre axe une simple lance axiale dont l'extrémité libre serait coudée. Dans les deux cas on est confronté au problème de la neutralisation des forces centrifuge et de répulsion respectivement, agissant à l'extrémité libre du corps de lance, qui a une extension de 20 m et plus et pèse des tonnes. Par ailleurs la vitesse de la rotation mécanique d'une lance giratoire quelconque reste toujours très réduite. En travaillant suivant les enseignements de la présente invention on peut parcontre facilement obtenir des jets très mous ou des jets très durs en variant simplement la vitesse d'éléments mécaniques mobiles à l'intérieur d'une lance non rotative. Comme on dispose ainsi d'une latitude de régulation très large alors que les temps de réponse sont très courts on peut se passer d'une variation du débit total de l'oxygène pour des raisons de régulation du processus d'affinage. A la limite une simple vanne d'ouverture et de fermeture de l'amenée de l'oxygène suffirait grâce à la présente invention. En effet, au lieu de faire varier le débit intrinsèque du flux principal de gaz, on change tout simplement la vitesse de la répartition instantanée des jets d'oxygène primaire, en leur présentant parunité de temps une surface de balayage plus grande ou plus petite, ou en variant l'effet de pompage résultant de l'énergie d'impact des jets en changeant leur fréquence de modulation, ce que l'on réalise en modifiant de façon appropriée la vitesse de rotation des jets. Cela revient en fin de compte à réduire la conduite de l'affinage à une simple régulation d'une vitesse, la régulation ayant un effet immédiat sur les jets orientés vers l'intérieur d'une zone annulaire du bain située à une distance donnée du centre du convertisseur. Cette vitesse peut être très lente et ne comporter que quelques tours à la minute, tout comme elle peut aussi être très élevée et être un décuple de la vitesse lente. La vitesse élevée peut atteindre sans problème jusqu'à 60 tours/minute et plus. En pratique on s'accomodera en général de vitesses entre 0 et 10 tours/minute pour les jets rotatifs tournant librement et pour l'obturateur causant la variation cyclique de l'énergie d'impact des différents jets. Comme on peut opérer ainsi à débit d'oxygène maximal touten ayant un taux d'utilisation élevé, le temps de soufflage proprement dit est raccourci d'autant. Des gains de une minute à une minute et demie sur le temps du soufflage réel, c'est-à-dire à la limite 10 % sur ce temps, sont possibles.
- Le nouveau procédé d'affinage faisant intervenir des jets d'oxygène primaire, qui subissent une rotation réelle ou simulée, convient tout aussi bien pour l'affinage de charges normales de fonte hématite ou de fonte phosphoreuse que de charges à proportions élevées de ferraille. La flexibilité de la conduite permet de s'adapter sans grande peine aux conditions spécifiques et aux variations de composition de telles charges. Dans le cas surtout d'une augmentation très substantielle de la mise de mitraille on a avantage à se servir, en plus de la conduite de l'affinage suivant l'invention, également de la pratique de la postcombustion. A cet effet on injecte de façon connue dans la cornue, à des pressions et à des débits plus réduits que pour l'oxygène primaire, de l'oxygène secondaire servant à brûler le monoxyde de carbone issu de la décarburation du bain et à conférer au bain un supplément de chaleur pour fondre la mitraille. Mais même sans cet artifice de la postcombustion, la capacité de fusion de mitraille du procédé suivant l'invention est meilleure qu'en LD simple, parce qu'il n'y a pas seulement un jet central d'oxygène unique qui frappe la surface du bain, mais plusieurs jets qui agitent vigoureusement le bain et répartissent l'oxygène sur une plus grande surface annulaire. Ces jets primaires, qui sont déviéslatéralement, sont au moins au nombre de deux. Ils se suivent à plus ou moins 180° s'ils sont deuxet à plus ou moins 90° s'ils sont quatre, ce qui est plus souvent le cas.
- De la même façon on peut pratiquer le nouveau procédé ensemble avec un quelconque des procédés connus de soufflage mixte, c'est-à-dire des procédés dans lesquels les réactions résultant du soufflage d'oxygène par le haut sont intensifiées et favorisées par un barbotage du bain obtenu par une insufflation d'un gaz à travers des injecteurs logés dans la partie formant le fond du convertisseur.
- L'invention est illustrée plus en détail à l'aide de deux représentations graphiques, telles qu'elles sont connues et usuelles en partie du moins dans la pratique de l'affinage de la fonte par soufflage de l'oxygène d'après le procédé LD.
- La figure 1, qui se rapporte à la présente invention, présente la configuration générale de trois courbes. Celles-ci concement:
- la première, les variations de la vitesse giratoire réelle des jets d'oxygène primaire ou de la vitesse de rotation de l'obturateur masquant partiellement les sections des tuyères génératrices des jets individuels modulés, vitesses exprimées en "nombre de tours à la minute",
- la deuxième, le débit total du flux principal d'oxygène d'affinage exprimé "en Nm³ parminute", et
- la dernière, la hauteur de la lance en "cm au dessus du niveau du bain". Toutes ces grandeurs sont représentées en fonction du temps de soufflage en minutes.
- La figure 2 montre, pour une charge LD tout à fait classique, l'allure générale des deux courbes relatives au débit total de l'oxygène et à la hauteur de la lance. Les échelles et les unités sont les mêmes que celles utilisées dans la figure 1.
- Dans la figure 2, relative à une charge LD classique tout à fait normale, on voit qu'au cours de la phase initiale on souffle à lance plus haute un jet d'oxygène assez mou pour dissoudre d'abord la chaux et pour la faire réagir. Ensuite on augmente le débit en vue de l'affinage du bain avec un jet plus duret plus pénétrant. La lance, qui est tenue plus élevée au début de l'opération pour accélérer la formation de la scorie, est maintenant abaissée par étapes au niveau le plus bas pour la décarburation, avant d'être remontée avant la fin du soufflage pour provoquer la formation d'une scorie de consistance appropriée pour le décrassage. Les valeurs figurant en ordonnée et en abscisse sont celles qui peuvent être d'application pour une charge de fonte hématite traitée de façon normale d'après le procédé LD dans un convertisseur de 100 tonnes.
- Dans la figure 1, qui illustre les changements intervenus dans la conduite de l'affinage à la suite de la présente invention, on voit que le débit total d'oxygène est tenu constant à la même valeur du début à la fin de l'affinage. On débite ici toutefois plus d'oxygène que précédemment. Ceci est posssible parce que la vitesse de balayage variable des jets, ou la fréquence de leur modulation, permet un bien meilleur contrôle de l'affinage et le résultat en est un temps d'affinage plus court.
- La hauteur de la lance est elle aussi tenue à un même niveau constant. Ce n'est que dans le cas de la fusion de quantités plus notables de ferraille, lorsqu'on risquerait fort d'abîmer la tête de la lance sur la ferraille qui dépasse le niveau du bain, qu'on prévoit une phase initiale à hauteur de lance plus importante, comme illustré parla partie hachurée de la courbe. Cette mesure de précaution n'a absolument aucune autre incidence sur le processus, parce que la hauteur de lance plus importante n'est pas choisie ici pour influencer de façon spécifique et instantanée, par exemple la consistance ou la réactivité de la scorie, comme tel est le cas pour tous les changements de la position de la lance en soufflage LD pur.
- Sur le diagramme supérieur on voit qu'au début du soufflage on a choisi une vitesse de rotation des jets très faible, justement parce que la lance à été tenue ici bien plus haute que le niveau standard à cause de la ferraille. Or, si la distance entre le nez de lance et le bain est élevée et si la rotation des jets est lente, on obtient sur le bain un impact relativement plus dur conduisant à l'amorçage des réactions. Cette manière d'amorcer le processus peut également être pratiquée en LD pur, où l'on ajoute moins ou presque pas de mitrailles. Dans ce dernier cas les valeurs pour la hauteur de lance et la vitesse de rotation seront alors toutefois moins extrêmes que précédemment.
Après l'amorçage des réactions les conditions opératoires sont celles d'une première phase de soufflage. Au cours de cette phase la hauteur de lance, ainsi que le débit total de l'oxygène d'affinage restent rigoureusement constants, alors que la vitesse de rotation peut rester constante pour une charge idéale. Si la charge montre toutefois un comportement moins idéal, on peut réagir en augmentant ou en diminuant suivant les cas la vitesse de rotation, ce qui entraîne des variations correspondantes de l'énergie d'impact sur le bain. Dans le cas d'une tendance au débordement de la scorie on ralentit la vitesse de rotation avant de l'augmenter de nouveau, comme montré à titre d'exemple par la partie pointillée de la courbe supérieure de la figure 1. Dans la deuxième phase de l'affinage les jets sont rendus plus durs en ralentissant par étapes la vitesse de rotation des jets pour une hauteur de lance gardée invariablement au niveau standard. Tout à la fin de l'affinage on rend le soufflage oxydant pour conditionner la scorie en vue de la vidange, ce qui se fait de nouveau en ne changeant que la seule vitesse de rotation des jets ou de l'obturateur modulateur. Les problèmes souvent rencontrés lors du soufflage, comme retard à l'ignition, mauvaise formation de scorie, tendance à la projection etc, sont maintenant contrôlés plus facilement et aussi plus rapidement en n'intervenant que sur la seule vitesse de rotation. Cette intervention est, comme déjà mentionné, à effet instantané, parce que pour des variations de vitesse il n'y a dans notre cas aucun retard notable entre la consigne de commande et la réponse à cette consigne. Le nouveau système, par ailleurs aussi plus simple que la conduite traditionnelle de l'affinage, se prète en surplus à merveille à une automatisation.
Claims (9)
- Procédé de régulation de l'opération d'affinage de fonte dans un convertissseur d'aciérie faisant intervenir l'insufflation par en haut d'au moins deux jets supersoniques d'oxygène primaire avec un certain débit total contre la surface du bain à affiner, caractérisé en ce que le rapport voulu entre la vitesse de décarburation du métal et la vitesse d'oxydation de la scorie est obtenue par le fait que chacun des jets issus d'une lance non rotative touche la surface du bain dans la même zone annulaire avec une énergie d'impact donnée et que cette énergie varie, suivant l'état physico-chimique du bain, entre des valeurs limites supérieure et inférieure, alors qu'en même temps la hauteur de la lance au dessus de la surface du bain, ainsi que le débit total du flux principal d'oxygène d'affinage sont tenus à des niveaux substantiellement invariables.
- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les jets libres individuels d'oxygène d'affinage primaire tournent en continu autour de l'axe central de la lance à une vitesse contrôlable et variable et en ce que, par suite de l'énergie d'impact des jets balayant la surface du bain, l'efficacité du brassage du bain est réglée par l'intermédiaire de ladite vitesse de rotation des jets.
- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les débits des différents jets individuels d'oxygène d'affinage primaire quittant la lance sont modulés pour une vitesse du rotor d'obturation partielle donnée suivant un schéma périodique déterminé et en ce que l'intensité de brassage globale du bain, résultant de la variation cyclique de l'énergie d'impact d'un jet donné au même point d'impact, est ajustée instantanément en variant ladite vitesse de rotation.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les jets individuels d'oxygène primaire dévient d'un angle compris entre 10° et 30° de l'axe central de la lance, qui est tenue de façon fixe au-dessus de la surace du bain à une distance telle que le centre de la zone d'impact de chaque jet individuel se trouve sur un rayon à environ mi-chemin entre l'axe vertical du convertisseur et l'intérieur de la paroi du revêtement.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en opération la vitesse de rotation des jets ou du rotor d'obturation partielle est variée, suivant les besoins physico-chimiques des réactions de l'affinage, entre 1 et 60 tours à la minute.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au début de l'opération un débit donné est choisi pour l'oxygène d'affinage et en ce que ce débit est maintenu invariable jusqu'à la fin du soufflage, le débit total étant plus élevé que le débit usuel pour l'affinage à l'oxygène suivant le procédé LD.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il n'est dévié de la hauteur standard normale de la lance qu'au tout début de l'affinage.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'à part les jets d'oxygène d'affinage primaire avec leur énergie d'impact contrôlable, on injecte latéralement par rapport à ce derniers une pluralité de jets d'oxygène secondaire de postcombustion.
- Procédé suivant une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mouvement induit dans le bain par les jets primaires est soutenu par au moins un courant de gaz de barbotage insufflé à travers le revêtement réfractaire du fond du convertisseur.
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