Procédé de fabrication d'acier par 1' utilisation de mitraille et installation pour sa mise en oeuvre La présente invention concerne un procédé de fabrication d'acier par l'utilisation de ferrailles, de riblons ou de mitrailles que l'on appellera mitraille dans la suite du présent mémoire.
La présente invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention.
On sait que l'on peut fabriquer de l'acier dans des fours de divers types, comme des fours électriques et non électriques. Appartiennent aux premiers, par exemple les fours à arc, les fours à induction ou les fours à résistance. Appartiennent au second type, entre autres les fours à chauffage au gaz externe (fours Siemens-Martin, fours à plasma), ou les fours dans lesquels l'énergie gazeuse nécessaire est produite dans l'enceinte du four par des réactions exothermiques, comme, par exemple la combustion de carbone à l'aide d'oxygène dans et audessus du bain (four à optimalisation d'énergie FOE).
Tous les fours ont en commun que l'acier est aussi bien fondu qu'affiné ou raffiné avec chaque fois le même genre d'énergie, qu'elle soit électrique ou non électrique. Tous les fours comportent, en outre, un volume de four déterminé qu'il est nécessaire de toujours exploiter à plein volume pour des raisons économiques. Si le raffinage se produit en dehors du four utilisé pour la fusion, comme c'est, par exemple le cas de la métallurgie
à poches de coulée, ce second volume de four correspond au premier. Dans chaque cas qu'il y ait précipitation ou non, on fait fondre autant de mitraille par charge que cela est possible pour une utilisation généralement totale du volume du four.
Dans le cas de la production massive d'acier, les fours électriques à arc se sont pratiquement exclusivement imposés aux mini-aciéries (environ 50 000 tonnes à
1 000 000 de tonnes par an) selon que les exigences économiques imposant des cycles de four de plus en plus courts peuvent également être satisfaites du point de vue technique par les transformateurs de plus en plus performants. Dans le cas de ce que l'on appelle les fours à ultra-
haut rendement les durées de fusion pour une charge se situent à environ 70 minutes et à complémentairement environ 20 minutes pour le raffinage. Etant donné que ce
type de four est agencé comme four de fusion et non comme four de maintien de la chaleur pour la période de raffinage, on a encore pu davantage accroître la rentabilité
de ces fours par la mise en oeuvre du processus de raffinage dans une poche dans laquelle on peut réaliser ce
que l'on appelle la métallurgie secondaire avec seulement
10 à 15 % d'énergie installée comparativement au four de fusion.
Si l'on utilise à présent également 2 récipients différents (four de fusion-four à poche), le type d'énergie et le mode de production discontinu demeurent cependant les mêmes.
Aussi imposé que s'est et aussi économique que se révèle être le four de fusion proprement dit à l'heure actuelle dans les meilleures circonstances, aussi désavantageux devient-il avec l'élévation du prix de l'éner-
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teuse en raison de la forte demande de pointe et de la cherté du kilowatt-heure.
Ceci d'autant plus que le bilan thermique du four, c'est-à-dire la relation qui existe entre énergie utilisée et introduite dans le four ne peut être optimale. Une fraction relativement importante de la chaleur est notamment perdue inutilement pour le processus de fusion par les gaz résiduaires.
Ces derniers temps, il n'a pas manqué d'essais pilotes qui utilisent la chaleur résiduaire provenant du processus de fusion, au moins indirectement, en vue du préchauffage de la mitraille en dehors du four de fusion. Même si l'on a constaté de ce fait un gain de consommation électrique d'environ 10 %, c'est-à-dire 50 kWh par tonne d'acier, ces nouvelles améliorations du bilan thermique ne suffisent pas pour que ce procédé parvienne à percer.
Il n'est non seulement sensé de séparer les fours pour la fusion et le raffinage, mais également d'utiliser des sortes d'énergie différentes pour les deux processus. Une séparation locale impose également la condition préa-
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alliage et de raffinage non plus seulement de manière discontinue, mais bien plutôt avant tout de manière continue.
L'objectif sur lequel se fonde la présente invention était tout d'abord de perfectionner le procédé esquissé dans le préambule de la revendication 1 dans une mesure
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plus économique.
Un autre objectif sur lequel se fonde la présente invention était également de mettre au point une installation avantageuse de mise en oeuvre du procédé précité.
L'objectif en question est résolu par les caractéristiques présentées dans la revendication 1.
L'idée conforme à la présente invention réside, eu égard au type ou sorte d'énergie, dans l'utilisation de sortes d'énergies différentes pour la fusion de la limaille ou l'alliage et le raffinage de l'acier liquide, lesquelles sortes d'énergies sont mieux adaptées aux exigences des processus concernés. De cette manière, on peut renoncer à des compromis, étant donné que la fusion électrique économique exige une énergie installée toujours plus grande mais que, cependant, la consommation d'énergie par tonne d'acier pour le raffinage demeure toujours aussi faible par suite des moindres durées imposées métallurgiquement pour l'addition d'alliage jusqu'à ce que le produit soit prêt à la coulée.
La nature et la façon de produire l'énergie non électrique peut être choisie selon les relations écono- miques et n'ont par conséquent pas d'importance pour l'invation. A titre de modèle, on fera cependant remarquer
la réaction exothermique qui se produit lors de la combustion de carbone à l'aide d'oxygène dans le bain de fer ou également en dehors du bain de fer, cette réaction se présentant comme suit :
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Pour appuyer ou soutenir le besoin thermique, on peut naturellement co-utiliser toute sorte de chaleur résiduelle qu'elle soit propre à l'installation en provenant, par exemple, du processus de raffinage ou qu'elle ait une origine étrangère.
La séparation locale pour le raffinage présente également un avantage en technique opératoire, étant donné que l'on peut alors renoncer à l'harmonisation des volumes des fours pour la fusion et le raffinage. Ce volume
de fusion ne doit plus être inconditionnellement identique au volume de raffinage. Bien plus, lors du mode opératoire localement séparé, s'offre la possibilité de procéder à l'incorporation par fusion du fer liquide indépendamment du volume de raffinage. Au surplus, on obtient également la condition préalable d'un processus de fusion continu , étant donné que comme dans une installation de chauffage à passage continu, le fer liquide peut être fabriqué et déchargé pour le raffinage, tout comme cela se passe pour le déchargement, par exemple de Coca-Cola.
Ce mode opératoire nouveau et continu pour le processus de fusion et le mode de travail discontinu pour le raffinage présentent à présent aussi la possibilité de passer à la production conditionnée par le besoin du marché et non plus conditionnée par la capacité, par le recours à des volumes de poches différents. Lorsque selon le mode opératoire usuel on disposait d'un four de 100 tonnes, il était nécessaire, pour des raisons économiques, de préparer environ 100 tonnes de masse en fusion malgré un besoin du marché réduit.
Grâce au mode opératoire conforme à la présente invention, on peut chaque fois apprêter la quantité fabriquée en conformité avec la commande, par l'utilisation
de poches plus petites que la poche de 100 tonnes pour la métallurgie en poche.
Si l'on résume les avantages de la présente invention, on voit que des avantages énergétiques et de mise en oeuvre industrielle se présentent. Tout d'abord, l'énergie propore produite, par exemple à base de la combustion de charbon est toujours plus favorable du point de vue du coût que le courant fourni par une installation étrangère. En second lieu, la fusion d'acier continue à l'échelle opératoire industrielle suivant la fusion à passage conti-nu offre également des avantages tout particuliers.
La présente invention a pour objet de réaliser dans les installations existantes, plus particulièrement des mini-aciéries, une installation de chauffage à passage continu alimentée au gaz, pour la fabrication d'acier liquide, qui améliore économiquement et industriellement la fabrication globale de l'acier.
Pour cette production industrielle s'offre un four statique en une, deux ou plus de deux parties qui ne doit cependant posséder, pour l'exploitation du principe du passage continu, qu'un volume relativement faible pour la prise intermédiaire du fer liquide. La partie supérieure du four doit cependant être de grand volume dans les deux cas et ceci, en raison de la faible densité de tassement de la mitraille d'une part et en raison de l'important volume de gaz d'autre part.
La mitraille elle-même peut être chargéede manière discontinue, sans gêner le déroulement continu souhaité ou nécessaire de la fusion et de la coulée. En aval de la fusion à passage continu peut s'effectuer une répartition correspondante dans les poches prêtes. Les poches remplies de fer liquide peuvent à présent servir de moyen de transport vers le four de fusion antérieurement de toute manière présent pour le raffinage, ou même fonctionner comme four de raffinage avec alimentation en courant appropriée. Ici, l'endroit où se trouve la centrale électrique commande, bien évidemment, le lieu où va s'effectuer le raffinage. Le mode opératoire décrit n'exclut pas une mise en oeuvre discontinue.
De même, on peut encore toujours fondre de la mitraille dans des fours de fusion électriques classiques, si bien qu'avec la réalisation complémentaire d'une installation de fusion à passage continu, on abaisse les coûts de production et on multiplie les variantes de fabrication.
Lors du mode opératoire en tandem, on peut parvenir à un rendement très élevé pour la fusion étant donné que ce sont uniquement les composants introduits, à savoir carbone et oxygène, avec leur énergie de réaction qui déterminent la quantité de fusion par unité de temps.
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énergie électrique installée comme aussi le volume des fours déterminent la capacité du four.
Au contraire, dans le cas chimique, une telle restriction est en grande partie éliminée, étant donné que même dans des récipients relativement petits, on peut toujours faire varier la quantité théorique ou prévue par unité de temps lors d'un mode de travail continu et de chaleurs de réaction élevées. Une limite pour la vitesse de fusion ne serait imposée, par exemple, uniquement que par l'évacuation insuffisante des gaz de réaction. Lorsque de ce fait un four chimique de ce genre peut faire passer une quantité double ou triple, alors, par exemple, 3 fours à arc avec un exemple de temps correspondant au notre cité, peuvent raffiner au moins 3 charges avec une durée de 20 à 25 minutes par raffinage, si bien que l'on ne doit disposer que de 75 minutes de la durée de 90 minutes prise-à-prise originelle dans le cas de ce mode opératoire combiné.
On n'a plus besoin dans ce cas de 2 fours électriques.
Par four à arc, on a pu réduire le personnel de 4 équipes d'environ 25 % par rapport au nombre de personnes qui y travaillaient à l'origine, une circonstance réduisant immédiatement les frais dus au personnel. L'avantage financier auquel on parvient ainsi représente approximativement 5 DM par tonne.
Les frais représentés par les revêtements réfractaires sont, en essence, des dépenses à répartir sur le nombre de tonnes produites pour des périodes de production constantes.
Lorsque, dans le même temps, on produit 2 ou 3 fois plus, ces dépenses se réduisent également dans une même mesure (5 DM par tonne). Les frais représentés par les électrodes dépendent du temps et de la puissance. Etant donné que le temps pour l'utilisation au cours du processus de raffinage est réduit d'environ 25 % et que la charge de pointe diminue d'environ 80 %, les dépenses correspondantes se réduisent également d'environ 4 DM
par tonne d'acier.
Par "divers" on entend désigner de plus petits postes, comme des frais fixes de capital ou différentiels, des difficultés techniques au cours de la mise en oeuvre du procédé, que l'on peut également considérer comme étant réduits de 10 DM par tonne.
Si l'on rassemble toutes le valeurs précitées, sans
y attacher la notion de précision absolue, on peut énumérer les réductions de frais suivantes par tonne :
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Du point de vue de la pollution de l'environnement, l'invention apporte des avantages par l'élimination de 1' incommodation sonore des travailleurs et l'émission par à-coups de fumée et de poussière est plus faible et plus uniforme .
Les revendications 2 à 6 décrivent d'autres procédés avantageux conformes à l'invention.
L'objectif de l'invention concernant l'installation reçoit sa solution par la revendication 7.
Par la réalisation d'une installation suivant les revendications, on peut en revenir en partie à l'utilisa-tion des installations et dispositifs déjà présents, si bien que les frais d'investissement sont relativement faibles.
Les revendications 8 et 9 décrivent d'autres installations avantageuses suivant l'invention.
Les dessins illustrent l'invention, en partie schématiquement, à l'aide d'exemples de mise en oeuvre. Sur ces dessins :
-la figure 1 a 3 représentent des installations pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, en partie en coupe, où
-la figure 1 représente un exemple de mise en oeuvre d'un mode opératoire discontinu et la figure 2 représente un exemple de mise en oeuvre d'un mode opératoire continu pour la technique de production conforme à l'invention, on utilise un four statique 1, à une, deux ou plus de deux parties, qui ne doit cependant comporter, pour l'application du principe du passage continu - ce que représente la forme de réalisation montrée sur la figure 2 - qu'un volume relativement petit seulement pour la prise intermédiaire du fer liquide.
La partie supérieure 2 du four 1 doit cependant être de grand volume dans les deux cas et, cela, en raison de la faible densité de tassement de la mitraille non représentée d'une part et en raison de l'important volume de gaz d'autre part. La mitraille elle-même peut être chargea de manière discontinue, sans gêner en aucune façon le déroulement continu souhaité ou nécessaire de la fusion et de la coulée.
En-dessous du four peut s'opérer une répartition en poches prêtes 3 (figure 2) avec raccordement intermédiaire d'une installation collectrice 6. Ces poches 3 remplies de fer liquide peuvent à présent fonctionner comme moyen de transport vers le four de fusion 4 antérieurement de toute façon présent, pour le raffinage, ou même de four de raffinage même 4 avec alimentation électrique corres-pondante. Dans ce cas, l'endroit où se trouve la centrale électrique conditionne également le lieu du raffinage.
Les fours statiques décrits, tout comme les exemples d'énergie exothermique susmentionnés, ne sont simplement à considérer uniquement que comme des formes de réalisation. Il est bien évident que l'objet de l'invention ne s'y limite en aucune manière.
En ce qui concerne une meilleure utilisation de la chaleur, on peut préconiser un four rotatif, par exemple un four statique 1 . Un four rotatif de ce genre 5 est illustré comme forme de réalisation ou exemple de mise en oeuvre possible sur la figure 3. Outre la mitraille elle-même, le revêtement intérieur participe aussi à la prise de l'énergie gazeuse pour la transférer au bain de fer liquide au cours de la rotation. Cette forme de réalisation également permet un mode de travail continu par la réalisation de trous de décharge ou de sortie à la périphérie de ce récipient, qui passent tous régulièrement sous le niveau du bain et qui y entreprennent la coulée de fer liquide, indépendamment du fait que l'on peut aussi retenir un récipient rotatif pour la coulée particulièrement rapide avec un trou plus grand.
On peut pratiquer des ouvertures latérales de même effet aussi bien dans le four statique 1 que dans le rotor 5, cas dans lequel un axe de rotor incliné est également avantageux.
Ce mode opératoire en tandem offre des avantages économiques dans le domaine des frais proportionnels et fixes comme aussi dans le domaine de la protection de 1' environnement.
Ici se fait directement ressentir la différence entre l'énergie chimique et l'énergie électrique d'environ 0,02 DM.par kWh fois 500 kWh/tonne = 10,0 DM par tonne.
La réduction du besoin en pointe de courant d'environ 80 %, comme aussi l'élimination des frais de pointe de courant à un même pourcentage de diminution du prix de pointe de courant se fait ressentir aussi bien dans
le domaine des frais proportionnels que dans celui des frais fixes et doit également être chiffré à environ 0,02 DM/kWh x 500 kWh = 10,- DM par tonne.
En outre, chaque réduction de production due au risque du dépassement de la pointe de courant ouvrable annuel disparaît, ce qui représente un avantage financier qui n'est seulement que très difficilement chiffrable. Les coûts salariaux proportionnels par tonne d'acier sont également réduits en raison du rendement supérieur par unité de temps.
Par la notation de référence 6, on désigne une installation collectrice du fer liquide et la notation de référence 7 représente une poche à l'aide de laquelle le fer liquide peut être transporté jusqu'au four 8 à alimentation électrique.
Dans toutes les formes de réalisation, la notation de référence 9 représente une cheminée d'évacuation des gaz.
Les caractéristiques décrites dans les revendications, comme aussi dans le présent mémoire descriptif et représentées sur les dessins peuvent être présentes aussi bien individuellement qu'en n'importe quelles combinaisons pour la réalisation de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'acier par l'utilisation de mitraille, caractérisé en ce que a) pour la fusion de la mitraille et b) pour l'alliage et le raffinage de l'acier liquide, on utilise des sortes d'énergie chaque fois adaptées aux exigences techniques et/ou économiques des étapes opératoires concernées.