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PRO CEDE DE SOUFFLAGE DE IA FONTE
L'invention concerne un procédé pour le soufflage de la fonte au convertisseur ou dans tout autre bassin approprié, avec soufflage d'oxygène ou d'un autre gaz ou mélange de gaz oxydante d'en haut,,contre la surfacé(du bain, la quantité de chaleur requise pour le procédé étant produite par la réaction des gaz avec le bain daciero Les procédés de ce genressont connus en soi et permettent d'exécuter le soufflage même là où le procédé Bessemer ou Thomas habituel est inapplicable faute de conditions propices, c'est-à- dire là où le soufflage he peut pas se faire d'en bas à travers la fonte, au moyen d'un fond perforée Tous les procédés connus,
dans lesquels de l'oxy- gène ou d'autresgaz ou mélanges de gaz oxydants sont soufflés d'en haut con- tre la surface du bain visent à réaliser un mélange aussi intime que possible de 1?oxygène avec le bain, afin de réaliser le processus de production d'a- cier en un temps minimum., A cette fin, on a déjà proposé de diriger le jet de soufflage contre la surface du bain avec une énergie telle que ce jet pé- nètre profondément dans le bain à la manière d'un corps solideo Par consé- quent, dans ces procédés connus, où le jet de soufflage est dirigé contre la surface du bain, il se produit, en raison de l'excès d'oxygène, une suroxy- dation du bain, laquelle détermine des défauts en ce qui concerne la qualité de 1'acier produit,
défauts qui ne peuvent être éliminés que par des mesures supplémentaires.
L'invention vise à éviter un tel excès d'oxygène par une limita- tion voulue de l'énergie du jet frappant la surface du bain; elle consiste essentiellement en ce que la pression spécifique du jet de soufflage, sexer- gant sur une surface dont-la distance de la tuyère correspond à la distance entre celle-ci et la surface du bain, est inférieureà 0,75 kg/cm2, de pré- férence inférieure à 0,5 kg/cm2.
L'invention part de la constatation que, pour assurer une marche parfaite de la réaction, il n'est nullement nécessai- re de diriger le jet dessoufflage contre le bain avec une énergie cinétique telle qu'il pénètre dans le bain, mais que, pour permettre la réaction de l'oxygène avec le métal, il suffit de faire agir le jet sur la surface nue
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du métal du baino Lorsque il est nécessaire cue la couche de scories recou- vrant la surface du métal soit écartée de la zone de réaction par le jet lui-même, l'accomplissement de cette fonction détermine la limite inférieu- re de l'énergie du jet d'oxygène.
La limite supérieuredle cette énergie est d'autre part déterminée par le fait que le jet ne doit pas pénétrer dans le bain de métal, ou du moins pas à une profondeur appréciable, car les essais récents ont démontré qu'une pénétration du jet de soufflage dans le bain in- fluence défavorablement la qualité de l'acier produit vu l'excès d'oxygène.
Par conséquent et selon l'invention, la vitesse du rayon frappant la surface du bain sera déterminée approximativement en fonction de la ra- pidité avec laquelle l'oxygène réagit avec le bain, de sorte que la réaction disposera de toute la quantité d'oxygène requise, tout en évitant un excès d'oxygène. On a constaté que ces conditions sont réalisées lorsque la pres- sion spécifique du jet de soufflage, s'exerçant sur la surface du bain, est inférieure à 0,75 kg/cm2, mais de préférence inférieure à 0,5 kg/cm2. La conduite de l'opération de soufflage selon l'invention rend généralement su- perflu un traitement ultérieur du bain en vue de l'amélioration de la quali- té, d'où économie de dépenses et de temps.
L'action du jet sur la surface du bain est déterminée par la forme de ce jet, la distance entre la tuyère et la surface du bain et la vitesse de sortie de ce jet de la tuyère. En donnant à la tuyère de soufflage la forme d'une tuyère de détente, on peut augmenter la vitesse du jet notablement au-delà de la vitesse du son ; dant, ceci n'est nullement nécessaire, ni même désirable, pour le procédé selon l'invention. D'ailleurs, on atteint le plus souvent la vitesse du son sans donner une forme particulière à la tuyère.
Selon l'invention, le jet peut être dirigé contre la surface du bain sous la forme d'un cône dont le diamètre, au niveau de la surface du bain au repos représente au moins le triple, mais avantageusement au moins le quintuple, du diamètre libre de la tuyère.
Lorsque les diamètres sont dans un tel rapport entr'eux, on réa- lise la condition, à savoir, que le jet de soufflage réagit avec le bain, sans pénétrer notablement dans celui-ci.
Toutefois, la limitation de l'énergie du jet frappant la surface du bain peut aussi être obtenue en augmentant la distance entre la tuyère et cette surface. Selon l'invention, la tuyère peut être disposée de telle fa- çon que son débouché soit distant de la surface du bain au repos d'au moins 150 mm.., mais de préférence de plus de 250 mm. Cette disposition permet de souffler avec une plus grande vitesse ,,sans dépasser la pression spécifique sur la surface du bain, limitée à 0,75 kg./cm2 ou à 0,5 kg/cm2. Par consé- quent, on peut, tout en maintenant le même débit par unité deetmps, réduite la section de passage de la tuyère, de sorte que le refroidissement de la @ tuyère pourra se faire avec des quantités d'eau moindres.
On obtient ainsi d'une part un refroidissement plus facile de la tuyère grâce à la réduction de la quantité d'eau requise, et d'autre part, et vu la distance accrue entre la tuyère et¯la surface du bain, une réduction de la puissance frigorifique nécessaire, cependant que l'usure de la tuyère est notablement réduite en : raison de son plus grand éloignement de la surface du bain.
Les essais ont permis de constater que, çontrairement à ce que l'on supposait à ce jour, le garnissage du convertisseur ne subit pas une détérioration excessive au-des- sus de la surface du bain, même lorsque la tuyère est ainsi placée à une dis- tance plus élevée de cette surface, cependant qu'une action parfaitement suf- fisante du jet de soufflage sur la surface du bain apparaît comme certaine, sans que l'on doive compter avec des pertes importantes de gaz oxydant.
Comme l'oxygène a une très grande affinité pour le fer, l'entrée en contact de l'oxygène avec le bain détermine une combinaison rapide de l'oxygène avec le fer et ses éléments d'accompagnement, de façon à former des oxydes, d'où échauffement intense du bain. Le FeO ainsi formé réagit avec le carbone, en donnant lieu à la formation de CO, laquelle amène un bouillon- nement énergique du bain, de sorte que, dans la suite, le courant d'oxygène rencontre une émulsion de constituants du bain et des scories, de telle façon que les réactidns serépartissent sur une grande superficie de fer et s'effec-
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tue donc rapidement.
Vu la grande surface qu'elle représente, cette émulsion permet une marche rapide du procédé, bien que le jet de soufflage ne pénètre pas dans le bain de métalo
En raison de la grande affinité de l'oxygène pour le fer et ses substances d'accompagnement, contenus dans la fonte, le jet de soufflage orienté selon l'invention se trouve consommé, avant de pouvoir pénétrer dans le bain de métal, par le fait qu'il accomplit son travail d'oxydation, cepen- dant que la formation d'oxydes donne lieu à un développement de températures locales extrêmements élevées. Les réactions qui se produisent à ces tempéra- tures élevées n'ont pas encore été complètement éclaircies d'une manière scientifique.
Les essais ont démontré aucune combustion du fer,avec forma- tion de FeO, a lieu au début du soufflage.
L9émulsion ne se forme pas au début du soufflage, ce qui peut être démontré par le fait que le niveau du bain ne s'élève pas au débuto Cette émulsion ne se forme que lorsque la combustion du carbone s9amorce avec l'élévation de la température et que, de ce fait, l'ensemble du proces- sus commence seulement à prendre son allure rapide et foudroyante.
Il en ressort qu'un excès d'oxygène ne produit principalement un effet nuisible que dans la suite et dans les phases finales de l'opération de soufflage, étant donné que, d'une part, c'est alors seulement que la surface du bain s'offrant à l'action de l'oxygène s'agrandit par la formation de l'émulsion et que, d'autre part, une suroxydation, qui n'aura été qu'initiale, du bain, peut être compensée dans la plus grande mesure possible, au cours de la mar- che ultérieure du soufflageo Par conséquence, et suivant l'invention, la réaction entre 1?oxygène du jet de soufflage et le bain peut, le cas échéant, être amorcée d'une façon intense, 1?énergie du ou des jets de soufflage étant seulement réduite dans la suite, cela de telle manière que la pression spé- cifique exercée par le jet sur la surface du bain soit inférieure à 0,
75 kg/ cm2 ou inférieure à 0,5 kg/cm2.
Toutefois, et outjours suivant linvention, un amorçage aussi intense de la réaction peut être réalisé d'une manière plus simple et plus efficace par 1?insufflation dans le bain, au début de 1?opération, de gaz, notamment de gaz oxydant, tels que 1?oxygène par exemple, à travers un ori- fice débouchant au-desous de la surface du bain, avantageusement à travers un tube d'acier plongeant dans le bain.
On a constaté que la réaction pro- voquée par un jet de soufflage qui frappe la surface du bain avec une énergie peu élevée, peut être influencée défavorablement ou retardée au début de l'o- pération par une couche encore insuffisamment liquide de scorifiants, tels que par exemple la chaux, les battitures, des fondants, etc..,, ¯'Lorsque dans ce cas, on insuffle des gaz au-dessous de la surface du bain au début de l'o- pération, il en résulte que, d9une part, la couche de scories sé trouve rom- pue d'en bas mécaniquement par le courant de gaz et que, d9autre part, et lorsque il est fait usage de gaz oxydant, le bain s'échauffe.
Selon l'inven- tion, l'insufflation des gaz dans le bain .peut être poursuivie au moins jus- qu'à la rupture de la couche de scories et la mise à jour de portions de la surface du baino Pour obtenir-ce résultat; il n'est pas absolument nécessai- re d'insuffler des gaz oxydants au-dessous de la surface du bain, la rupture mécanique de la couche de scories pouvant s'effectuer. aussi à l'aide de gaz qui ne réagissent pas avec le bain. Toutefois, il sera avantageux d'insuf- fler dans le bain, sous la surface de celui-ci, des gaz oxydants qui amorcent dès le début une réaction intense de l'oxygène avec le bain et de poursuivre le soufflage jusqu'à ce que les scories se soient liquéfiées au point que le jet de soufflage dirigé contre le bain d'en haut puisse atteindre la@surface métallique du bain.
Comme, dans ce cas, ces gaz oxydants ne sont insufflés dans le bain, sous la surface de celui-ci, qu9au début de 1?opération, une suroxydation du bain qui se produirait éventuellement à ce moment, n'aurait pas un effet défavorable dans la suiteo Une telle suroxydation initiale peut être largement compensée au cours de la marche ultérieure du procédé. Grâce à la rupture mécanique de la couche de scories, rupture qui assure le début de la réaction et, plus spécialement, grâce à un amorçage intense et non en- travé par la viscosité élevée des scories de cette réaction, on peut réduire la durée de l'opération, en diminuant ainsi la consommation d'oxygène, ce
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qui rend le procédé plus économique.
Dans ce cas, on paît, au début de l'o- pération, supprimer le soufflage par en haut et ne faire intervenir que les gaz oxydants insufflés au-dessous de la surface du bain ou bien, l'action du jet de gaz soufflé sur la surface du bain dès le début de l'opération peut être soutenue par l'insufflation des gaz oxydants dans le bain. Dans ce cas, et dès que la couche de scories a atteint la fluidité requise, au point qu'el- le ne gêne plus la réaction entre le jet soufflé d'en haut et le bain, on in- interrompt l'Insufflation dans la masse de toute façon. L'amorçage de la réac- tion et l'importance de celle-ci sont alors signalés par la fumée qui s'en dégage.
Il suffit d'amorcer la réaction pendant quelques minutes seulement, au début de la conversion, par l'insufflation des gaz oxydants, dans le bain et de ne travailler ensuite qu'avec le jet de gaz soufflé d'en haut sur la surface du bain. On a constaté qu'il était avantageux d'insuffler les gaz oxydants dans le bain pendant le premier tiers environ seulement, voire, de préférence, pendant le premier cinquième seulement, de la durée totale de la conversion.
Lorsque les gaz oxydants sont insufflés au début de l'opération à l'aide d'un tube d'acier plongeant dans le bain d'en haut, on retire ce tu- be du bain à la fin de l'insufflation, c'est à dire aussitôt qu'un contact direct peut s'établir entre le jet de gaz soufflé d'en haut et la bain.
L'inconvénient qui accompagne généralement l'emploi de tels tubes plongeants et qui réside dans une destruction des tubes par la chaleur élevée du bain en fusion, ainsi que dans la perte de temps que constitue le remplacement du tube brûlé, n'entre pas ici en ligne de compte, vu que le tube n'est plon- gé dans le bain que pendant un temps très court. Par contre, un tel tube plongeant offre des avantages considérables du point de vue de la construc- tion, étant donné qu'il peut être employé indépendamment de la forme du con- vertisseur ou de tout autre bassin.
REVENDICATIONS.
1..,- Procédé de soufflage de la fonte, dans lequel de l'oxygène ou d'autres gaz qu mélanges de gaz oxydants sont soufflés d'en haut sur la surface du bain, caractérisé en ce que la pression spécifique du jet de soufflage, s'exerçant sur une surface dont la distance de la tuyère de souf- flage correspond à la distance entre celle-ci et la surface du bain, est main- tenue inférieure à 0,75 kg/cm2, de préférence inférieure à 0,5 kg/cm2.