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Il est connu d'accélérer considérablement des réactions Antre des bains de métaux et/ou des scories, d'une part, et des gaz d'autre part, ensoufflant le gaz considéré à travers le bain. De tels procédés de souffla- ge nécessitent des installations relativement compliquées et coûteuses. Par ailleurs, ils ne sont pas applicables dans chaque cas, par exemple dans celui de l'affinage de la fonte, avec de l'oxygène techniquement pur, car, en raison des températures de réaction élevées, les fonds des injecteurs seraient usés trop rapidement. C'est la raison pour laquelle on a proposé de souffler l'oxygène non à travers le bain en fusion, mais sur ce dernier , à partir du haut, en utilisant des lances refroidies par eau. Dans ce mode opératoire le déroulement des réactions est assez rapide, tant que le carbone brûle.
En raison de l'oxyde de carbone qui se développe pendant l'opération, on déclenche un mouvement violent du bain, mouvement qui provoque un échan- ge des masses à l'intérieur du bain. Toutefois, si la formation d'oxyde de carbone est insuffisante pour obtenir un tel effet de brassage, par exemple pendant la désilicification de la fonte Thomas, les réactions se déroulent alors très lentement.
Dans les procédés courants de soufflage par le haut, le liquide se trouve en général dans un récipient cylindrique au repos, par exemple dans une poche de fonte.'Quand on n'utilise qu'une seule lance, on souffle verti- calement sur le centre du bain. Dans le cas de deux ou de trois lances, on les dispose, quand on souffle dans la même direction, symétriquement, c'est- à-dire à égale distance du centre du bain, les lances étant également incli- nées par rapport à la surface du bain. Des essais faits sur des modèles ont montré que dans le cas d'une telle disposotiodes lances, l'énergie du gaz sous une haute tension, qui est éjecté, ne provioque qu'un faible mouvement du bain. Ceci explique les durées élevées de réaction lors de l'affinage de la fonte quand il se développe peu d'oxyde de carbone.
L'invention a pour objet un procédé pour le brassage pneumatique de liquides, plus particulièrement de bains de métaux et de scories, procédé-dans lequel l'énergie du ou des jets gazeux est mieux utilisée que jusqu'ici, pour un effet de brassage bien meilleur. Ce procédé est caractérisé par le fait que le jet gazeux est dirigé, suivant une direction inclinée, sur la surface du bain de telle manière que le liquide, en raison de la poussée produite par l'energie du ou des jets, est mis en rotation autour de son axe central.
Suivant un mode d'exécution, on obtient cet ef- fet en disposant une lance de soufflage, ou un groupe de lances agissant dans la même direction, sur un côté d'un diamètre du bain et parallèlement à ce diamètre (disposition asymétrique), ainsi que cela est représenté dans les figures 1 et 2 pour la lance "b". On peut également grouper hors du centre, deux ou plusieurs lances ou groupes de lances, de telle manière autour de l'axe vertical du bain, que chaque lance ou groupe de lances renforce l'action des autres lances ou groupes de lances. Une telle dis- position est représentée dans les figures 1 et 2 pour deux lances indivi- duelles, par les positions des lances b et c.
Les avantages du procédé de brassage conforme à l'invention ressor- tent des figures 3 à 5.
La figure 3 représente schématiquement le mouvement du bain lors du soufflage connu sur le centre du bain. Il se forme dans la section verticale du récipient cylindrique un tourbillon ovale qui, dans la direction du jet gazeux, se déplace d'abord vers le bas et ensuite vers le haut.
Par contre, dans le soufflage excentré suivant l'invention (fig. 4), le bain est mis vigoureusement en un mouvement circulaire, essentiellement horizontal. Dans ce mouvement, leliquide s'écoule, le long des parois, vers le bas où il se forme, au centre du bain, un tourillon dirigé vers le haut, transportant le liquide, au centre du bain, et suivant une trajectoire hé-
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licoidale, du fond du récipient à la surface. On provoque,de ce fait dans le liquide un échange de masses bien meilleur que celui que l'on peut obte- nir avec le soufflage connu dirigé sur le centre du bain.
La preuve que l'effet de brassage suivant l'invention est plus parfait que le brassage obtenu à ce jour pour les procédés connus, ressort de la figure 5 indiquant les résultats des essais faits sur modèles.
Un récipient cylindrique en verre d'un diamètre intérieur de 203 mm a été rempli avec de l'eau jusqu'à une hauteur de 146 mm. Sous l'eau, on a disposé une couche de 70 cm3 d'éthylène glycol coloré en rouge, qui est plus lourd que l'eau. Sans brassage du bain, la couche d'éthylène glycol ne se mélange que très lentement avec l'eau qui se trouve au-dessus.
Le temps "t" nécessaire pour le mélange de l'eau avec l'éthylène glycol, jusqu'à l'homogénéité complète, est d'autant plus faible que le bain est brassé intensivement. Il est, en conséquence , une mesure pour l'effet de brassage pneumatique.
Sur la surface libre de l'eau, on a soufflé, à l'aide de deux lances parallèles entre elles et distantes l'une de l'autre de 35,5 mm, de l'air sous une pression de 60 mm demercure, à travers d'injecteurs ayant chacun un diamètre intérieur de 1 mm. Les essais ont été'effectués d'une part, avec une disposition symétrique des lances, et, d'autre part, avec une disposition unilatérale, excentrée (asymétrique) des .lances de soufflage dont les inclinaisons ont été modifiées dans une plage comprise entre 25 et 85 .
La figure 5,dans laquelle l'angle d'inclinaison a des jets gazeux- sur la surface du bain est porté en abscisse et les temps t pour l'obten- tion du mélange sont portés en ordonnées, permet de voir que les durées né- cessaires pour--le mélange sont bien plus courtes dans le cas du soufflage unilatéral excentré (asymétrique comme en B, A représentant la disposition symétrique).
Pour une inclinaison de 50 , la durée pour le mélange était de 21,5 minutes dans le cas de soufflage symétrique, et de 4,5 minutes seule- ment dans le cas du soufflage -asymétrique. L'efficacité du brassage était donc multipliépar le facteur de 4,8.
Ainsi, que cela a été prouvé par des essais poussés, on peut obte- nir, dans le liquide, un échange de masses particulièrement dans le cas du soufflage excentré (asymétrique), quand on respecte les conditions suivan- tes :
1 La poussée fournie au liquide par le ou les jets gazeux doit être aussi grande que possible. La poussée croit avec la pression du gaz et avec la section efficace de l'injecteur, et elle est d'autant plus grande que les injecteurs se rapprochent de la surface du bain. L'énergie nécessai- re pour la poussée dépend de la hauteur et du diamètre du bain, ainsi que de la densité et de la viscosité du liquide.
2 La distance entre une lance ou entre l'axe médian d'un groupe de lances et le diamètre d du bain , parallèle aux lances (diamètre mesuré en plan), doit être avantageusement égal à 0,1 à 0,2 d, et
3 L'angle d'inclinaison des lances doit être compris entre 25 et 60 .
4 Le brassage complet du bain augmente quand on utilise deux ou plusieurs lances situées d'une même côté dudit diamètre parallèle du bain, si la poussée augmente du centre vers la paroi.
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Le procédé suivant l'invention peut également être exécuté dans un récipient ayant une section ovale ou analogue. Dans ce cas on souffle avantageusement sur un côté du grand axe de l'ovale. L'invention englobe également le cas du brassage pneumatique de liquides par des jets gazeux ob- tenus par des lances plongeant dans le bain et dirigées de la manière décrite.
Le procédé suivant l'invention a prouvé son efficacité dans des essais industriels, par exemple dans la désilicification de fontes de Thomas. Il peut être appliqué à tous les cas où l'on doit accélérer des réactions entre liquides et gaz, ou mélanger pneumatiquement des liquides.
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It is known to considerably accelerate reactions of baths of metals and / or slag, on the one hand, and of gases, on the other hand, blowing the gas in question through the bath. Such blowing processes require relatively complicated and expensive installations. Furthermore, they are not applicable in every case, for example in that of refining cast iron, with technically pure oxygen, because, due to the high reaction temperatures, the injector heads would be worn out too quickly. . This is the reason why it has been proposed to blow oxygen not through the molten bath, but onto the latter, from the top, using water-cooled lances. In this procedure, the course of the reactions is quite rapid, as long as the carbon is burning.
Because of the carbon monoxide which develops during the operation, a violent movement of the bath is triggered, a movement which causes an exchange of masses inside the bath. However, if the formation of carbon monoxide is insufficient to obtain such a stirring effect, for example during the desilicification of Thomas iron, then the reactions proceed very slowly.
In current top blowing processes, the liquid is usually found in a cylindrical vessel at rest, for example in a cast iron ladle. When only one lance is used, one blows vertically on the nozzle. center of the bath. In the case of two or three lances, they are placed, when blowing in the same direction, symmetrically, that is to say at an equal distance from the center of the bath, the lances being equally inclined with respect to the bath surface. Tests carried out on models have shown that in the case of such a lance device, the energy of the gas at a high voltage, which is ejected, causes only a small movement of the bath. This explains the high reaction times during the refining of the pig iron when little carbon monoxide develops.
The invention relates to a method for the pneumatic mixing of liquids, more particularly of metal and slag baths, in which the energy of the gas jet (s) is better used than hitherto, for a stirring effect. much better. This process is characterized by the fact that the gas jet is directed, in an inclined direction, on the surface of the bath in such a way that the liquid, due to the thrust produced by the energy of the jet or jets, is rotated. around its central axis.
According to one embodiment, this effect is obtained by placing a blowing lance, or a group of lances acting in the same direction, on one side of a diameter of the bath and parallel to this diameter (asymmetric arrangement), as shown in Figures 1 and 2 for lance "b". It is also possible to group out of the center, two or more lances or groups of lances, in such a way around the vertical axis of the bath, that each lance or group of lances reinforces the action of the other lances or groups of lances. Such an arrangement is shown in Figures 1 and 2 for two individual lances, by the positions of the lances b and c.
The advantages of the brewing process according to the invention appear from FIGS. 3 to 5.
FIG. 3 schematically represents the movement of the bath during the known blowing on the center of the bath. In the vertical section of the cylindrical vessel an oval vortex is formed, which in the direction of the gas jet moves first downwards and then upwards.
On the other hand, in the eccentric blowing according to the invention (FIG. 4), the bath is set vigorously in a circular, essentially horizontal movement. In this movement, the liquid flows, along the walls, towards the bottom where it forms, in the center of the bath, a journal directed upwards, transporting the liquid, in the center of the bath, and following a he-
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licoidale, from the bottom of the container to the surface. This causes a much better mass exchange in the liquid than that which can be obtained with the known blowing directed at the center of the bath.
The proof that the stirring effect according to the invention is more perfect than the stirring obtained to date for the known methods, emerges from FIG. 5 indicating the results of the tests carried out on models.
A cylindrical glass vessel with an internal diameter of 203 mm was filled with water to a height of 146 mm. Under water, a layer of 70 cm3 of red colored ethylene glycol was placed, which is heavier than water. Without stirring the bath, the ethylene glycol layer mixes very slowly with the water above it.
The time "t" necessary for mixing the water with the ethylene glycol, until complete homogeneity, is all the less as the bath is stirred intensively. It is, therefore, a measure for the pneumatic stirring effect.
On the free surface of the water, using two lances parallel to each other and 35.5 mm apart from each other, air was blown under a pressure of 60 mm of mercury, through injectors each having an internal diameter of 1 mm. The tests were carried out on the one hand, with a symmetrical arrangement of the lances, and, on the other hand, with a unilateral, eccentric (asymmetrical) arrangement of the blowing lances whose inclinations were modified within a range between 25 and 85.
Figure 5, in which the angle of inclination of the gas jets on the surface of the bath is plotted on the abscissa and the times t for obtaining the mixture are plotted on the ordinate, allows to see that the times born - required for - mixing are much shorter in the case of unilateral eccentric blowing (asymmetric as in B, A representing the symmetrical arrangement).
For an inclination of 50, the mixing time was 21.5 minutes in the case of symmetrical blowing, and 4.5 minutes only in the case of -asymmetric blowing. The brewing efficiency was therefore multiplied by a factor of 4.8.
Thus, as it has been proved by extensive tests, one can obtain, in the liquid, an exchange of masses particularly in the case of the eccentric blowing (asymmetric), when one respects the following conditions:
1 The thrust supplied to the liquid by the gas jet (s) must be as great as possible. The thrust increases with the pressure of the gas and with the effective section of the injector, and it is all the greater as the injectors approach the surface of the bath. The energy required for thrust depends on the height and diameter of the bath, as well as the density and viscosity of the liquid.
2 The distance between a lance or between the median axis of a group of lances and the diameter d of the bath, parallel to the lances (diameter measured in plan), should advantageously be equal to 0.1 to 0.2 d, and
3 The angle of inclination of the lances must be between 25 and 60.
4 The complete mixing of the bath increases when two or more lances located on the same side of said parallel diameter of the bath are used, if the thrust increases from the center towards the wall.
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The method according to the invention can also be carried out in a container having an oval section or the like. In this case one blows advantageously on one side of the long axis of the oval. The invention also encompasses the case of the pneumatic stirring of liquids by gas jets obtained by lances immersed in the bath and directed in the manner described.
The process according to the invention has proved its effectiveness in industrial tests, for example in the desilicification of Thomas' cast irons. It can be applied to all cases where it is necessary to accelerate reactions between liquids and gases, or to mix liquids pneumatically.