Procédé de fabrication de métal ferreux à Pétat liquide La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de métal ferreux, c'est-à-dire contenant du fer, et plus particulièrement à un procédé de fabrication en continu de l'acier et de la fonte de fer et d'autres métaux ferreux, à ,l'état liquide, directement à partir d'un minerai de fer ou d'un minerai de fer concentré.
Les procédés connus de traitement des minerais de fer en vue de l'obtention d'alliages de fer de composi tion bien déterminée comprennent généralement deux opérations de traitement séparées ; premièrement un traitement de réduction, conduisant à un fer contenant des impuretés indésirables; deuxièmement, un traite ment de raffinage éliminant les impuretés indésirables du fer impur et au cours duquel les composants d'allia ges, nécessaires à l'obtention du produit désiré, sont ajoutés.
Le produit de l'opération de réduction est ordinai rement une fonte à l'état liquide, produite dans un haut fourneau ou dans un four de réduction électrique, ou du fer spongieux, produit à l'état solide par un procédé de réduction directe. La fonte contient généralement du carbone, du silicium, du manganèse, du phosphore et du soufre, et le fer spongieux contient généralement de l'oxyde de fer résiduel et des constituants de la gangue, c'est-à-dire des impuretés dont la teneur doit être abais sée à la valeur désirée par le procédé de raffinage sub séquent.
Parmi les procédés de raffinage connus, on peut citer le procédé Siemens-Martin, les divers procédés au con vertisseur, les procédés au four rotatif et le procédé au four à arc électrique direct pour la production de l'acier la fabrication de la fonte de fer au cubilot et les pro cédés au four électrique à induction, à arc direct et à arc indirect pour la fabrication de divers alliages de fer. Ces procédés sont généralement mis en #uvre en discontinu et, en plus de la fonte de fer et du fer spongieux, la charge .de départ comprend des .déchets de fonte, d'acier et d'autres alliages de fer.
La présente invention. vise un procédé dans lequel la réduction et le raffinage sont combinés en une opéra tion conduite en une succession continue de :stades, et qui soit capable de produire des alliages ferreux très divers, notamment la fonte de fer, ides alliages de fer spé ciaux et des aciers directement à partir d'un minerai ou d'un minerai concentré.
Le procédé selon l'invention comprend les opérations suivantes (a) l'on introduit, dans une zone de réaction gaz- solide, des pastilles formées, contenant de l'oxyde de fer, et des morceaux solides d'une matière réductrice,
la limite inférieure de la grosseur desdites pastilles et la limite supérieure de la grosseur desdits morceaux étant choisies l'une par rapport à l'autre de manière que da matière réductrice puisse être séparée granulométrique- ment desdites pastilles après le chauffage et la réaction dans ladite zone de réaction gaz@solide d'une charge contenant lesdites ,pastilles et lesdits morceaux;
(b) l'on fait avancer continuellement ledit mélange à travers la zone de réaction gaz-solide, afin qu'il ré agisse à une température élevée jusqu'à ce -que la majeure partie du fer contenu dans Tes pastilles ait été réduite à l'état métallique, (c) l'on retire de la zone de réaction. gaz-solide des matières fines comprenant la matière réductrice non consommée avec les petits fragments de pastilles éven tuellement produits par désintégration des pastilles;
(d) .l'on fait avancer continuellement le mélange de matières grossières retenues, y compris les pastilles, dans et à travers une zone de réaction gaz-solide-liquide con tenant un mélange de matières en traitement partielle ment fondues en contact avec des gaz chauds, en élevant la température dans ladite zone de réaction gaz-solide- liquide jusqu'à ce que les matières grossières aient fondu, formant ainsi deux phases liquides consistant en laitier et en métal en contact étroit;
(e) l'on introduit continuellement ces deux phases liquides dans une zone de réaction gaz-liquide contenant un mélange de matières liquides en traitement en con tact avec des gaz chauds<B>;</B> (f) l'on continue les réactions gaz-liquide et le chauf fage .dans la zone de réaction gaz-liquide jusqu'à l'obten tion d'un métal ferreux liquide ayant la composition et la température désirées ;
et (g) l'on fait sortir le métal ferreux liquide et le lai tier de la zone de réaction gaz-liquide, de la chaleur étant fournie directement à chacune des zones de ré action gaz-,liquide, gaz-solide-liquide et gaz-solide dans la mesure nécessaire au maintien des températures de réaction désirées dans les zones.
Le procédé selon l'invention peut être mis en aeuvre avantageusement dans une installation. à four rotatif. Une mise en oeuvre préférée du présent procédé, dans .un four rotatif unique, est décrite en détail dans la suite de cet exposé.
D'une manière générale, l'appareil utilisé con siste en un four rotatif allongé, doublé d'une matière réfractaire et auquel est incorporé un dispositif de tami sage en un point intermédiaire de :sa longueur, pour la séparation entre les matières fines et les matières gros sières, les matières fines étant conduites vers un empla cement extérieur au four et les matières grossières étant retenues dans le four en vue des traitements ultérieurs.
L'appareil comprend en outre un moyen d'alimentation pour l'introduction des matières solides à l'extrémité d'entrée du four et en des points intermédiaires de sa longueur, et des brûleurs au moyen desquels un com bustible et un gaz contenant de l'oxygène sont introduits dans le four en des points répartis de façon appropriée sur sa longueur, ce qui fournit, par combustion du com bustible, suffisamment de chaleur pour fondre les ma tières grossières retenues et les transformer en métal liquide et en laitier, et pour chauffer le métal liquide et le laitier jusqu'à l'obtention de la composition et de la température désirée pour le métal.
Le four comprend également des orifices de coulée pour le métal liquide et le laitier et un moyen @de régulation @du débit de cou lée du laitier, ainsi que des dispositifs d'obturation des différents .orifices -du four, s'opposant aux fuites exces sives de gaz.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un appareil pour une mise en oeuvre particulière du pro cédé selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma d'ensemble du procédé.
La fig. 2 est une vue en élévation schématique par tiellement en coupe, de l'appareil.
La fig. 3 est une coupe longitudinale d'un détail de l'appareil.
La fig. 4 est une coupe semblable d'une variante de ce détail.
La fig. 5 est une coupe longitudinale d'un autre détail de .l'appareil.
La fig. 6 est .une vue en bout, .partiellement en coupe, du détail représenté à la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en élévation et partiellement en coupe longitudinale d'un autre détail de l'appareil, com prenant un dispositif d'alimentation des matières solides dans l'extrémité d'entrée du four.
La fig. 8 est une coupe transversale de l'appareil, à l'emplacement de décharge du dispositif d'alimentation représenté à la fig. 7. La fig. 9 est une coupe longitudinale d'un autre détail de l'appareil.
La fi-. 10 est une vue en élévation d'un: autre détail de l'appareil.
La fig. 11 est une coupe transversale du détail re présenté à la fig. 10.
Si l'on se reporte à la fig. 1, on. peut voir que la pré paration de pastilles d'une grosseur minimum choisie est une particularité essentielle de ce procédé. La prépara tion de la matière contenant .de l'oxyde de fer se fait généralement par concassage et broyage d'un minerai de fer, puis concentration par .des procédés connus, afin, d'augmenter la teneur en oxyde de fer et diminuer celle de la gangue et des autres impuretés indésirables. Le concentré est ensuite réaggloméré en pastilles de la gra nulométrie .désirée.
Avec certains minerais riches, la phase de concentration peut être omise, ou un minerai brut tamisé peut être employé directement comme ma tière première pour de procédé, auquel cas l'expression pastilles contenant -de d'oxyde de fer telle qu'utilisée dans cet exposé s'appliquerait également à .des morceaux de minerai tamisés. Comme autre source possible de pastil les pour le présent procédé, on peut mentionner le (c tailing d'un procédé de séparation d'un quelconque autre métal ou minéral, concentré et aggloméré en pas tilles de la granulométrie désirée.
Pour éviter les volumes de laitier excessifs dans la zone de réaction gaz-liquide et pour diminuer la ten dance -des pastilles à se ramollir et à devenir collantes dans la zone de réaction gaz-solide, i1 est généralement désirable que la teneur en fer soit d'au moins 65 % en poids dans le minerai au dans le concentré avant l'ag glomération. Par un broyage fin du minerai, on peut libérer plus complètement l'oxyde de fer finement divisé de la gangue, et par conséquent obtenir un concentré de plus haute teneur en fer.
Comme un broyage fin facilite également l'agglomération du concentré en pastilles et augmente la solidité des pastilles, le minerai ou le con centré est le plus souvent broyé à une finesse telle que, par exemple, au moins 75 % des particules aient des dimensions minimums inférieures à 0,04 mm.
Les fondants destinés à l'ajustage .de la composition du laitier dans la zone de réaction gaz-liquide du pro cédé peuvent être ajoutés au concentré ou au minerai fin avant le pastillage. Ces additions, effectuées sous une forme finement divisée avant le pastillage, peuvent également agir comme liant pour les pastilles, en au- mentant leur solidité et en combattant leur tendance éventuelle à se désagréger en fines particules au cours de leur traversée de la zone de réaction gaz-solide. Parmi les fondants, on peut citer, à titre d'exemples, le cal caire, la dolomie, la chaux calcinée, la chaux éteinte et la bentonite.
Des quantités déterminées de matières des tinées à former les composants de l'alliage ferreux @li- quide peuvent également être introduites dans les pas tilles. Parmi ces matières, on peut mentionner des élé ments tels que manganèse, silicium, chrome, mo,lybdène et nickel, ajoutés sous forme de métal, d'alliage, de .mi nerai ou de concentré, à l'état finement divisé.
Dans la fabrication des pastilles, qui peut être réa lisée dans un appareil classique, par exemple tambour ou disque rotatif de pastillage, la teneur en humidité doit être maintenue dans des limites bien déterminées, afin que les pastilles formées aient des dimensions et des pro priétés physiques aussi uniformes que possible. Les pas tilles humides peuvent être traitées durement dans le procédé ou elles peuvent être préalablement séchées ou grillées dans une atmosphère oxydante afin, de chasser le soufre .ou d'autres impuretés ou d'augmenter leur soli dité et d'améliorer leurs caractéristiques de stockage et de maniement.
Dans certains cas, on peut économiser de la chaleur en utilisant directement .les pastilles grillées dans le procédé, sans les refroidir.
Les pastilles, la matière carbonée et la matière ab sorbant le soufre sont introduites dans le mélange en cours de traitement qui se trouve dans la zone de ré action gaz-solide, généralement toutes ensemble à l'ex trémité d'entrée du procédé, bien que des proportions variables de la matière carbonée et de la matière absor bant le soufre puissent être introduites à un, stade ulté rieur, en des emplacements intermédiaires le long de la zone de réaction gaz-solide.
La totalité ou la presque totalité de la matière carbonée et de la matière absorbant le soufre non consommées par les réactions qui ont lieu dans la zone gaz-solide, est retirée de la zone de réaction gaz-solide avant l'entrée du mélange en traitement dans la zone de réaction gaz-solide-liquide. Il y a lieu de bien distinguer la matière carbonée et la matière absorbant le soufre des matières introduites dans le procédé princi palement dans le but de former un métal liquide et un laitier de la composition désirée dans la zone de ré action gaz-liquide.
On entend ici par < c fondants toutes les matières solides ajoutées principalement pour for mer les constituants du laitier et pour influencer les réactions chimiques, la fluidité et la composition du laitier liquide, par opposition aux matières absorbant le soufre, et on entend par matières d'alliage toutes les matières solides ajoutées principalement pour qu'elles s'allient avec le métal liquide ou pour qu'elles désoxy dent le métal.
Ainsi, les matières contenant du carbone et ajoutées principalement en vue de désoxyder le métal liquide ou d'en abaisser la teneur en carbone forment une partie des matières d'alliage, et non pas une partie de la matière carbonée. il est également entendu que les matières d'alliage et les fondants ajoutés à la matière contenant de l'oxyde de fer, en tant que constituants des pastilles, doivent être considérés comme faisant partie des matières d'alliage et des fondants introduits dans le mélange en traitement.
La matière carbonée qui est ajoutée principalement comme combustible solide pour le chauffage et pour la réduction en fer métallique de l'oxyde de fer contenu dans des pastilles, consiste généralement en charbon, charbon incomplètement brûlé ou coke. Lorsqu'elle est introduite à l'extrémité d'entrée du procédé, il est pré férable que la matière carbonée soit pauvre en matières volatiles, qu'elle ne s'agglomère pas et que la tempéra ture de ramollissement de ses cendres soit élevée.
La matière absorbant le soufre, ajoutée pour prévenir une contamination des pastilles par le soufre pendant leur passage à travers la zone de réaction gaz-solide du pro- cédé, consiste principalement en calcaire, CaCOI , ou en dolomie, CaMg(CO.i)2. La dolomie est en général pré férée au calcaire. en raison de .sa plus grande résistance à la désintégration.
Le choix et le maintien de la granulométrie appro priée des matières premières sont des caractères essen tiels du présent procédé. Les pastilles ont de préférence une grosseur comprise entre environ 5 et 15 mm. Des limites de grosseur plus larges sont admissibles, mais elles sont généralement dans l'intervalle allant de 3 à 25 mm de grosseur.
Ces -limites sont préférées, car elles permettent de combiner les avantages d'une bonne soli dité, d'une réaction rapide, de l'absence de tendance au collage et à l'agglomération aux hautes températures, d'une faible capture de gangue et d'autres impuretés par la surface -des pastilles, et de la résistance à la rupture et à la désintégration pendant le passage le long de da zone de réaction gaz-solide. Comme une séparation des pastilles par classement est effectuée à un stade intermé diaire du procédé, il est également désirable qu'une pro portion majeure et sensiblement constante des pastilles aient -une grosseur dépassant un minimum choisi.
Par exemple, la granulométrie -des pastilles pourrait être choisie et maintenue de manière que 96 % plus ou moins 2 % des pastilles .soient retenues sur un tamis
de 5 mm d'ouverture, laquelle dimension serait alors considérée comme étant la limite minimum ,choisie pour la gros seur des pastilles.
La limite supérieure de la grosseur des morceaux solides des matières carbonée et absorbant le soufre peut être basée sur la limite minimum choisie pour la grosseur des pastilles. Lorsque aucun changement sibgni- ficatif du rapport entre les dimensions des pastilles et des morceaux des matières carbonée et absorbant le soufre ne se produit à l'intérieur de la zone de réaction gaz-solide, la grosseur maximum choisie pour les mor ceaux de matière carbonée et de matière absorbante n'est pas supérieure à la grosseur minimum choisie pour les pastilles. Cependant, des changements dans les rap ports des dimensions peuvent se produire dans la zone de réaction gaz-solide.
Par exemple, la grosseur des pastilles peut augmenter de 20 % en moyenne et la gros- seur de la matière carbonée peut diminuer de 5 % en moyenne,
auquel cas les morceaux de matière carbonée plus gros que la grosseur minimum des parties seraient complètement éliminés de la zone de réaction gaz-solide par une séparation par classement. Le choix de la gra nulométrie des matières premières dépend donc égale ment dans une certaine mesure ide leur tendance d'aug menter ou de diminuer de grosseur pendant les traite ments.
Comme autre facteur ayant une influence sur le choix des granulo@métries de la matière carbonée et de la matière absorbant .le soufre, on, .peut mentionner un accroissement des pertes sous forme de poussières lors que de très fines particules sont employées, et dans le cas de la matière absorbant le soufre, la ,possibilité dune plus forte tendance des fines particules à adhérer aux pastilles, ce qui a pour conséquence de les contaminer de soufre. De préférence, les matières introduites direc tement dans le mélange en traitement ne sont pas plus fines qu'environ 0,5 mm de dimension minimum.
Comme la quantité de soufre absorbée par unité de poids de matière absorbant le soufre diminue lorsque la grosseur des morceaux augmente, la grosseur optimum des mor ceaux peut être comprise entre des limites étroites, par exemple entre 0,5 et 2 mm.
En résumé, les grosseurs préférées des pastilles sont comprises entre 5 et 15 mm, celles de la matière carbo née sont comprises entre 1 man et la limite inférieure choisie pour la grosseur des -pastilles, et ,celles de la matière absorbant .le soufre sont comprises entre 0,5 et 2 mm.
Il est particulièrement important ide faire en sorte que les pastilles ne soient pas plus petites qu'une dimen sion minimum choisie, et que les morceaux de la matière carbonée ne soient pas plus gros qu'une dimension maximum choisie de manière que la matière carbonée puisse être séparée presque complètement des pastilles par séparation granulométrique à un stade intermédiaire du procédé. Dans certains cas, il peut être désirable d'utiliser une matière carbonée et une matière absor bant le soufre plus fines qu'indiqué ci-dessus, par exem ple lorsqu'une matière plus fine coûte sensiblement moins cher.
La proportion de matière carbonée introduite est de préférence suffisante pour que, lorsque la plus grande partie du fer contenu dans les pastilles a été réduite à l'état métallique dans la zone de réaction gaz-solide,
il reste un excès de carbone solide d'au moins 10% et de préférence d'au moins 15 % du poids des pastilles dans le mélange.
Cette proportion, qui dépend du type de matière carbonée utilisée, est généralement comprise entre 40 et 80% de matière carbonée, rapportée au poids des pastilles introduites. La proportion de matière absorbant le soufre peut varier entre 0 et 10 % du poids des pastilles, et dépend de la teneur en soufre de la ma tière carbonée et des pastilles, et également de la teneur maximum en soufre admissible dans le métal liquide.
Dans la zone de réaction gaz-solide du procédé, l'hu midité est vaporisée et les matières volatiles se dégagent de la matière carbonée, tandis que la température du mélange augmente grâce à la chaleur fournie .par les gaz chauds. Au cours du chauffage subséquent, l'oxyde de fer contenu dans les pastilles est réduit successivement de l'état de Fe.03 à l'état de Fe304, puis à l'état de FeO et finalement à l'état de Fe métallique, essentiellement par réaction avec l'oxyde de carbone,
l'hydrogène et des autres gaz réducteurs formés principalement dans la zone de réaction gaz-solide. De l'anhydride carbonique ga zeux, CO., est généralement libéré de la matière absor bant le soufre, ce qui laisse les oxydes de calcium et de magnésium solides, CaO et Mg0, qui peuvent alors réagir et se combiner avec le soufre libéré par la gazéifi cation de la matière carbonée solide.
Pour que les ré actions gaz-solide se poursuivent jusqu'à la réduction à l'état métallique du fer contenu dans les pastilles, on chauffe le mélange jusqu'à une température comprise entre 870 et 1260 C, de préférence entre 982 et 1204,1 C. En général, on maintient cette température à peu près constante pendant un laps d e temps de plus de 10 mn et pouvant atteindre plusieurs heures, le temps et la tempé rature du traitement dépendant principalement de la réactivité de la matière carbonée, de la constitution phy sique et chimique des pastilles et de leur teneur en fer métallique désirée.
On fait avancer continuellement le mélange le long d'une zone de réaction gaz-solide allongée, de manière à réaliser un mouvement relatif continuel entre les pas tilles et :les morceaux de matière carbonée, ce qui com bat toute tendance des particules formant ,le mélange de coller les unes aux autres et @de s'agglomérer. Une frac tion substantielle de la chaleur nécessaire au chauffage du mélange et à son maintien à la température de ré action est fournie par l'introduction d'un gaz contenant de l'oxygène, en générai de l'air,
en des points espacés le long de la zone de réaction gaz@solide. Cet air produit de la chaleur par réaction avec la matière carbonée pré sente dans le mélange, et également avec le gaz com bustible dégagé par le lit de mélange, ce gaz combusti ble et les produits de combustion s'écoulant en général à contre-courant par rapport à la direction d'avance de la charge. Un supplément de chaleur peut être fourni par un préchauffage de l'air ainsi introduit, par la cha leur récupérée des fumées sortant par d'extrémité d'en trée du procédé, au moyen d'un échangeur de chaleur.
Les gaz chauds émis par .la zone de réaction gaz-solide- liquide et s'écoulant à contre-courant par rapport à la direction d'avance des matières, constituent également une source de chaleur pour la zone de réaction gaz- solide. Un chauffage supplémentaire éventuellement né cessaire peut être assuré par une source extérieure, en des points espacés le long de la zone de réaction gaz- solide, par exemple en admettant en ces points un com bustible gazeux ou liquide avec une quantité -d'un gaz contenant de l'oxygène suffisante pour la combustion du combustible.
Le charbon, le charbon incomplètement brûlé ou le coke de cokéfaction à basse température, qui contient une forte proportion de matières volatiles et qui, en de nombreuses régions, est meilleur marché et plus facile à obtenir que les combustibles pauvres en matières volati les, peuvent être utilisés le plus efficacement ,lorsqu'ils sont introduits dans le mélange en un ou plusieurs points intermédiaires le long de la zone de réaction gaz-solide. Les matières volatiles se dégagent à l'état gazeux au cours du chauffage et brûlent avec le gaz contenant de l'oxygène tout en s'écoulant en .direction de l'ex trémité d'entrée du procédé, la chaleur ainsi produite étant utilisée pour le chauffage et pour le maintien de la température de réaction.
Cette manière de procéder a pour autre avantage qu'une quantité relativement faible d'une matière hautement réactive accélère les réactions productrices de fer, -diminuant ainsi le temps nécessaire à haute température et augmentant la productivité maxi mum réalisable dans une installation donnée. Au cas où la teneur en soufre des pastilles ou de la matière carbo née est élevée, il peut aussi être avantageux d'ajouter un supplément de matière absorbant le soufre en même temps que la matière carbonée introduite tardivement, les particules de ces matières étant toutes pratiquement dans les limites de grosseur définies précédemment pour la matière carbonée et pour la matière absorbant le soufre.
De même que la matière carbonée et la matière ab sorbant le soufre, les matières d'alliage et les fondants sont généralement introduits dans le mélange le long de la zone de réaction gaz-soli@de, dans le but d'influencer les propriétés chimiques du laitier et du métal dans la zone de réaction subséquente gaz-liquide du procédé.
On peut ainsi ajouter des morceaux de ferromanganèse, de ferrosilicium, de ferrochrome, de nickel métallique, de calcaire, de dolomie et de carbone sous forme d'alliage de carbone, de carbone cuit ou de graphite. Evidem- ment, au cas où elles sont ajoutées avant la séparation des matières fines, ces matières ajoutées doivent être sous forme de fragments d'une grosseur au moins égale à la limite inférieure :de .la grosseur des matières grossiè res, afin qu'elles ne soient pas éliminées.
Ces additions peuvent également être effectuées après l'élimination des matière fines, à un stade ultérieur du procédé, auquel cas la limite inférieure de la grosseur des particules de la matière ajoutée a moins d'importance. Cependant, d'après la description ci-après d'un appareil pour la mise en oeuvre du présent procédé, on verra que .l'addition de grandes quantités de matières au procédé après l'élimi nation des matières fines serait difficile à réaliser en pratique.
Lorsque l'oxyde de fer contenu dans les pastilles a été en grande partie réduit à l'état métallique, les matiè res fines sont retirées de .la zone de réaction gaz-solide. Ces matières retirées comprennent la majeure partie ou la totalité de la matière carbonée et de la matière absor- bant le soufre non consommées, avec les petits fragments de pastilles éventuellement produits par désintégration des pastilles.
Après avoir été retirées, ces matières fines sont généralement refroidies sous une atmosphère non oxydante ou trempées à l'eau, et le charbon incomplète ment brûlé et les fragments de :pastilles sont récupérés par tamisage humide et séparation magnétique. Le char bon incomplètement brûlé est ordinairement renvoyé dans la zone de réaction gaz-solide, de préférence après séparation des particules très fines par tamisage, et forme une proportion essentielle de la matière carbonée pré sente dans le mélange en traitement.
Les fragments de pastilles peuvent être rebroyés et ajoutés au minerai ou au concentré avant le pastillage, et être ainsi réintroduits dans le produit sous forme de partie des pastilles ; ou peuvent être utilisés tels quels ou après briquetage, comme matière première pour d'autres fours de fabri cation de l'acier ou de la fonte ; ou ils peuvent encore être utilisés pour d'autres opérations métallurgiques, par exemple la cémentation du cuivre.
Les particules de matière absorbant 'le soufre, qui consistent en général en chaux ou en dolomie hydratée très fine, sont géné ralement abandonnées, car elles contiennent beaucoup de soufre et n'ont pas grande valeur.
Les matières grossières, comprenant les pastilles, les matières d'alliage et les fondants ajoutés avant l'élimi nation des matières fines, sont retenues :pour la suite du procédé, au cours de laquelle elles sont chauffées et atteignent urne zone de réaction gaz-sodide-liquide, con tenant un mélange partiellement fondu en contact avec des gaz chauds, et dans laquelle ce mélange est chauffé jusqu'à ce que la fusion soit complète, ce qui donne naissance à deux phases liquides en contact étroit, une couche supérieure de laitier et une couche inférieure de métal ferreux liquide, ces deux phases liquides étant ensuite introduites .dans une zone :
de réaction gaz-liquide. La chaleur nécessaire à la fusion est de préférence four nie en partie par les gaz chauds émis par .la zone de réaction gaz-liquide et s'écoulant à contre-courant par rapport à l'avance de la matière partiellement fondue, et en partie par la combustion entre un combustible et un gaz contenant de l'oxygène, introduits directement dans la zone de réaction gaz-solide-liquide. Il serait éga lement possible d'introduire de la chaleur au moyen de sources placées en des points espacés le long de la zone de réaction gaz-solide-liquide mais,
comme cela ressor tira de la description d'un appareil pour la mise en oeu- vre du présent procédé, :la haute température du métal liquide rend une telle disposition :difficile à réaliser en pratique. Les matières d'alliage et les fondants pour raient également être ajoutés directement dans la zone de réaction gaz-solide-liquide, mais il est plus facile de les ajouter dans la zone @de réaction gaz-solide.
Il doit être compris que l'expression zone de ré action gaz-:liquide implique l'existence à l'intérieur de cette zone de réactions liquide-liquide et gaz-gaz, ainsi que de réactions gaz-liquide. De même, des réactions auxquelles .ne participent que des solides et que des gaz ont .lieu dans 7a zone de réaction gaz-salide. L'exDres- sion gaz-.solide implique donc seulement que l'état physique des phases principales présentes ales matières en traitement est solide ou gazeux,
et l'expression gaz- liquide qu'il est liquide ou gazeux. Dans la zone de transition où la fusion a lieu, des gaz, des liquides et des solides sont simultanément présents.
La nature des réactions gaz-liquide et la composition du métal produit sont :principalement déterminées par la quantité et la composition des matières retenues qui, après fusion, forment les constituants du métal liquide et du laitier.
Bien que de l'oxyde -de fer pourrait encore être réduit en fer métallique après l'élimination de la matière carbonée, soit à l'état solide au moyen d'une atmosphère réductrice, soit à l'état liquide au moyen d'un laitier réducteur, une action précise sur la compo sition du métal fini est facilitée par un haut degré de métallisation du fer contenu dans .les pastilles. Il con vient que le pourcentage de fer à l'état métallique soit aussi constant que possible, et de préférence :supérieur à 95%.
La quantité et le type des fondants présents déterminent la basicité et la fluidité du laitier; la quan tité et le type des matières d'alliage déterminent la com position de l'alliage et le degré d'oxydation du laitier et du .métal. Un ajustage final de la composition du métal peut être effectué par introduction supplémen taire de matières d'alliage et de fondants directement dans le laitier et le métal liquide, ordinairement sous forme finement divisée et près :de l'extrémité de sortie de la zone de réaction gaz-liquide, ou après la sortie.
Dans la mise en oeuvre préférée du présent :procédé, les zones de réaction gaz-solide-liquide et gaz-liquide sont très longues relativement à .leur section transver sale. Les matières retenues sont soumises à une agitation continuelle tandis qu'elles avancent continuellement le long de ces zones.
Par cette agitation, la transmission de chaleur et les .réactions chimiques sont accélérées, une ségrégation et un manque -d'uniformité @du mouvement du mélange le long de ces zones .sont .évités. Grâce au maintien d'un écoulement continuel .des matières .le long de ces zones, plusieurs stades du .procédé sont conduits simultanément, ce qui évite les opérations d'accumulation ou de conservation nécessitant :
des récipients et un appa reillage de transfert utilisés pendant de brèves .périodes à des capacités dépassant considérablement la produc tion moyenne du procédé.
De préférence, une grande partie de la chaleur né cessaire à la zone de réaction gaz-liquide est fournie par une source de cha.cur à haute température, placée près du point de sortie du métal et du laitier.
La haute tem pérature .peut être obtenue par :combustion d'un com bustible avec de l'air :préchauffé, éventuellement enrichi en oxygène, ou grâce à des moyens électriques d'éléva tion de la température de la flamme. Les produits de combustion s'écoulent à contre-courant par rapport à la direction. d'avance du métal liquide et du laitier, à tra vers la zone de réaction gaz-liquide et jusque dans la zone de réaction gaz-solide-liquide. Un supplément :
de chaleur pourrait être fourni en des points espacés le long de la zone de réaction gaz-liquide, mais il est évi dent qu'un tel chauffage .est difficile à réaliser concur- remment à l'action de mélange et à d'agitation.
Le métal liquide et le laitier sont généralement chauf fés à une température comprise entre 1260 et 17050 C avant la coulée, la température !dépendant de la nature du métal et de son utilisation ultérieure. Il est préférable que le métal soit coulé continuellement.
La coulée du laitier peut être limitée au moyen d'une barrière régla ble obstruant l'orifice de coulée du laitier, ce qui permet d'agir sur l'épaisseur de la couche de laitier ,liquide en contact avec le métal à l'intérieur de la zone de réaction gaz-liquide. Le métal liquide et le laitier peuvent être coulés ensemble et séparés après la coulée; ou le métal peut être soutiré séparément par siphonage, ou retiré séparément de la zone de réaction gaz-liquide à inter- vadles réguliers.
Le métal peut être moulé directement après la séparation du laitier, ou il peut être coulé dans un four ou une lingotière pour être coulé ultérieurement dans des moules, ou il peut être moulé en continu.
La fig. 2 représente un four rotatif pour la mise en aeuvre du procédé décrit précédemment. Le corps de ce four est formé d'une enveloppe cylindrique en acier qui, à l'exception d'une zone relativement petite, à l'empla cement de la section de tamisage 13, est doublé d'une matière réfractaire 5.
Cette doublure réfractaire peut consister en plusieurs couches, par exemple une couche interne d'une matière robuste et résistant bien à la cha leur, à l'abrasion et à Vattaque chimique, et une couche externe, adjacente au cylindre 1, consistant en une ma tière isolante, s'opposant à la fuite @de chaleur de l'inté rieur .du four vers-la paroi extérieure, et par suite dans l'atmosphère.
Le four est entièrement supporté par des couronnes 3, reposant sur des tourillons de four rotatif de genre usuel, montés sur des supports 2, et est entraîné en rotation à un nombre déterminé de tours par minute, par un mo teur et un train d'engrenages réducteur, dont le dernier engrène avec une couronne dentée 7, fixée à l'enveloppe du four. Ce dernier est généralement incliné sur l'hori zontale, afin que les matières traitées s'écoulent par gra vité de l'extrémité d'entrée vers l'extrémité de coulée pendant la rotation du four.
Seules -des matières solides 9 .sont contenues dans la zone de réaction gaz-solide, qui s'étend entre un dispo sitif d'alimentation 6, à l'extrémité d'entrée, et un point situé sur le côté aval d'un étranglement 18, où .débute la zone de réaction gaz-solide-liquide, qui contient des matières en traitement solides et liquides 12. La zone de réaction gaz-liquide, qui s'étend jusqu'à l'orifice de cou lée 19, ne contient que des matières en traitement liqui des 15. Le laitier et le métal .peuvent être séparés l'un de l'autre après la coulée par un -dispositif 20 de sépa ration du laitier.
Pratiquement, seules les matières gros sières sont retenues .dans la zone de réaction gaz-solide et progressent jusqu'à la zone de réaction gaz-solide- liquide, alors que les matières fines sont évacuées à tra vers le dispositif de tamisage 13 et sont .recueillies dans un récipient 14.
Un dispositif d'alimentation 11, pour la matière car bonée et la matière absorbant le soufre, et un dispositif d'alimentation 16, pour les matières d'alliage et les fon dants, sont .prévus pour l'introduction des matières soli des dans le mélange en traitement, en -des points inter médiaires le long de la zone de réaction gaz-solide. Le combustible et le gaz contenant .de l'oxygène, nécessaires au maintien :
des températures voulues et de la compo sition voulue du gaz à l'intérieur des zones, sont iniec- tés .dans la zone de réaction gaz-liquide par un brûleur 22 d'extrémité de coulée, dans la zone de réaction gaz- solide-liquide par un brûleur 17, et en des points espacés le long de la zone de réaction gaz=solide par des brû leurs 10.
Les gaz de combustion sont évacués, à travers la tête 8 du four, supportée par un câble 4, dans un canal d'évacuation approprié, sous aspiration comman dée par des moyens usuels, par exemple un ventilateur de tirage forcé et des persiennes de réglage du débit, non représentés. Un trou de coulée 21, pour l'évacuation du métal et du laitier contenus dans la zone de réaction gaz liquide, est également prévu.
Bien que le four puisse être de longueur et ide dia mètre variables, les longueurs de 60 à 120 m et les dia mètres de l'enveloppe de 3 à 5 m peuvent être indiqués à titre d'exemple pour une installation industrielle. Le diamètre peut également varier le long du four, par exemple le diamètre de la zone de réaction gaz-liquide pourrait être plus petit que le diamètre .de la zone de réaction gaz-solide, afin de diminuer la quantité de métal contenu à l'état liquide et diminuer le temps de séjour du métal liquide dans le four. Le corps du four peut être en une seule pièce, ou il peut être formé par assem- blage de deux ou plusieurs sections séparées.
Le revêtement réfractaire le long de la zone de ré action gaz-liquide est en une matière connue en sidérur gie pour sa résistance au métal liquide et au laitier. Des écrans ou des cloisons de brassage, ancrés à l'intérieur de la zone de réaction gaz-solide, peuvent êrte employés pour accélérer la transmission de chaleur entre les gaz et les matières solides, comme c'est le cas dans certains fours et séchoirs rotatifs connus.
Ces chicanes peuvent également servir à maintenir un mélange intime entre les différents fragments des matières formant le mélange en traitement ou à aider l'avance -du mélange @solide le long de la zone de réaction gaz-solide.
L'angle d'inclinaison de l'axe du four sur l'horizon tale le plus satisfaisant est probablement compris entre 1 et 20, bien qu'un four comportant des écrans destinés à faire avancer la charge le .long de la zone .de réaction gaz-soliide pourrait être horizontal. La vitesse de rota tion est généralement comprise entre 0,25 et 2 t/mn, et est de préférence de 1 t/mn.
Le mélange des matières premières est introduit dans le four au moyen du @dispositif d'alimentation 6, et avance continuellement, sous l'influence de la gravité et de la rotation du four, le long de la zone de réaction gaz- solide, dans laquelle il est chauffé, et il réagit à l'état solide. Le mouvement rotatif des parois du four assure également un mélange et un mouvement continu entre les morceaux à l'intérieur du lit, ce qui combat toute tendance des morceaux à coller les uns aux autres et à s'agglomérer,
et contribue à l'uniformité de la trans mission :de chaleur et des réactions chimiques entre les gaz et la charge. Des quantités déterminées d'un gaz contenant de l'oxygène, généralement -de l'air préchauffé, et d'un combustible fluide sont introduites si néces saire dans le four en des points espacés le long de la zone de réaction gaz-solide, au moyen des brûleurs 10.
La fié. 3 représente un brûleur monté dans l'enve loppe, destiné à l'introduction d'un combustible et d'un gaz contenant de l'oxygène dans le four. L'alimentation en air se fait par des tuyaux 23 et l'alimentation en com bustible gazeux par des tuyaux 24, munis de vannes de commande individuelles pour chaque brûleur et qui sont fixés à l'enveloppe du four et tournent avec elle. Le tube externe 27 du brûleur, formé d'un alliage réfractaire, passe par une ouverture 26 ménagée dans l'enveloppe métallique et le revêtement réfractaire du four.
La cham bre externe 33 du brûleur est fixée à l'enveloppe du four par son extrémité à bride 25, au moyen de boulons ou de vis, qui ont également pour fonction de maintenir le tube externe 27 du brûleur solidement en place. Pour permettre un démontage facile du brûleur lorsqu'une réparation ou un remplacement est nécessaire, la section 31 d'éjection d'air est fixée au tube externe 27 par des brides 34, comportant des boulons ou des vis. Le tube interne 32 et la tubulure d'éjection de gaz 30 sont cen trés à l'intérieur du tube 27 et de l'ajutage à air 31, au moyen de bagues de centrage 28 et 36, respectivement.
Pour éviter -un colmatage par les matières en traite ment, pour assurer une distribution uniforme de 1a flamme sur la périphérie du four et pour éviter un im- pact direct de la flamme sur les parois du four, les aju- tages des brûleurs sont de préférence situés au voisinage de l'axe du four et sont dirigés le long de cet axe. Le brûleur représenté à la fig. 3 projette une flamme dans les deux sens, à contre-courant et à co-courant, par rap port à la direction générale des gaz à l'intérieur du four.
Parmi les avantages de la flamme bidirectionnelle, on peut citer une moins grande vitesse de la flamme, qui réduit les possibilités d'un impact direct de la flamme sur les parois du four, et un accroissement de la turbu lence des gaz à l'intérieur du four, qui a pour effet d'ac célérer les réactions gaz-solide.
Une variante de brûleur avec ajutage unidirectionnel est représentée à la fig. 4. Cette variante est semblable par ailleurs au brûleur représenté à la fig. 3 et peut être orientée dans l'un ou l'autre des sens de l'axe. Un brû leur consommant un combustible liquide serait sembla ble, sauf qu'il comprendrait un ajutage d'atomisation du combustible du même genre que ceux utilisés dans les brûleurs à huile connus.
Le four doit pouvoir permettre un réglage précis des températures. Les températures sont mesurées au moyen de thermocouples qui traversent des ouvertures prati quées dans le four, ces thermocouples étant connectés à des enregistreurs de température par l'intermédiaire de bagues collectrices rotatives, qui sont en contact avec des brosses fixes. Ces dispositifs étant bien connus, ils n'ont pas été représentés. Les vannes individuelles de réglage des débits du combustible et d'air dans les brû leurs, non représentées, sont réglées en fonction .des lec tures de température.
La fig. 7 représente la tête .du four, avec les dispo sitifs d'alimentation. Un combustible fluide, par exem ple du gaz naturel, provenant d'une source extérieure par l'intermédiaire d'un tuyau flexible fixe 37, traverse un distributeur annulaire, coaxial au four, comprenant un ou plusieurs conduits 45, une partie fixe 38, solidaire de la tête fixe 41 du four, et un conduit distributeur an nulaire 46, coaxial au four et situé dans une partie rota tive 39. A la sortie du conduit 46, le combustible tra verse des raccords rotatifs 40 pour pénétrer dans des tuyaux 24 d'alimentation des brûleurs en combustible, qui tournent également avec le four.
Un joint, entre les faces fixe et tournante, qui empêche une fuite de com bustible fluide hors du distributeur, est réalisé par deux surfaces de joint coaxiales, une surface de joint interne 42 et une surface de joint externe 43, ces surfaces étant rainurées et recevant continuellement une graisse d'étan- chéification. Une pression uniforme peut être maintenue entre ces surfaces de joint au moyen de câbles 4, fixés à la tête 41 du four et à des contrepoids, et passant sur un système de poulies non représenté. Ces faces de joint graissées sont refroidies par un manchon à eau 44, mé nagé à l'intérieur de la partie fixe de la tête.
Le gaz contenant de l'oxygène, par exemple l'air, est de préférence préchauffé par passage à travers un échangeur de chaleur, ce qui permet de transférer à l'air jusqu'à 75 % de la chaleur contenue dans les gaz sortant du four. L'air préchauffé est amené par l'inter médiaire d'un tuyau fixe flexible 47. dans une partie fixe 48, puis traverse une partie rotative 49, raccordée à un tubs axial rotatif 50 qui traverse une ouverture 55 de la tête du four sans entrer en contact avec elle. et qui aboutit dans un conduit annulaire rotatif 68 de distribu tion de l'air, monté sur la surface externe de l'enveloppe du four et tournant avec ce dernier, l'air sortant de ce conduit pénètre dans des tuyaux à air rotatifs 23.
L'étan- chéité entre la partie fixe et la partie rotative est réalisée au moyen de surfaces rainurées et lubrifiées 51, refroi dies par un manchon à eau 52, ou par des moyens d'étanchéité équivalents connus.
Pour assurer le main tien de la pression de contact uniforme requise entre ces surfaces d'étanchéité, la partie fixe 48 peut être suspen due par un système de câbles et de contrepoids sem blable au système employé pour la tête du four, ou elle peut être montée sur des galets qui roulent sur des voies parallèles à l'axe du four, la pression nécessaire à l'étanchéité du joint .étant créée par des poulies et des contrepoids ou par des ressorts. Le tube axial 50 est maintenu dans :sa position centrale à l'intérieur du four au moyen d'une barre de support 53, et à .l'extérieur de la tête du four au moyen de rouleaux 54 réglables en position.
Une fuite éventuelle de gaz ou d'air à travers l'ouverture 55 de la tête du four est empêchée .par un rideau d'obturation 56 d'air ou d'un autre gaz à grande vitesse. Ce rideau de gaz est émis par un tuyau distribu teur annulaire 57, alimenté en air ou en un autre gaz sous pression par l'intermédiaire .d'un tuyau d'alimenta tion de gaz comprimé 72. Le distributeur annulaire 57 entoure le tube rotatif axial 50 et .est percé d'une fente continue 58 de largeur réglable, qui pourrait être rem placée par une multiplicité d'ajutages rapprochés, et qui est dirigée vers l'intérieur et contre la surface extérieure du tube axial 50.
Comme les gaz de combustion qui se trouvent à l'intérieur de la tête du four circulent à une vitesse appréciable dans une direction tendant à les faire sortir par l'ouverture 55, une fuite éventuelle se pro duirait vers l'extérieur. Par conséquent, le gaz d'obtura tion à grande vitesse, tout en étant dirigé vers l'inté rieur, contre l'axe du four, est également dirigé vers l'ex trémité de coulée du four, suivant un angle aigu par rapport à l'axe du four. En plus de l'air préchauffé admis au moyen du dispositif susdécrit, il peut être dési rable dans certains cas d'introduire :de l'air dans le four au moyen de ventilateurs montés sur l'enveloppe du four et tournant avec celle-:ci.
Un écoulement non turbulent des gaz de combustion sortant du four peut être maintenu grâce à une section conique 59 en matière réfractaire et une bague de rete nue 60, fixée à l'extrémité de l'enveloppe du four. Pour éviter des pertes de chaleur excessives par la tête du four, cette dernière est de -préférence :doublée d'un revê tement réfractaire isolant 61. Lorsque de l'air préchauffé est employé, le conduit 68 de distribution d'air -et les tuyaux à air 23 qui s'étendent le long @de l'enveloppe du four devraient également être isolés.
Une liaison étanche entre la tête .du four 41, suspendue librement, et le con duit fixe 62 d'évacuation des gaz, est assurée au moyen d'un joint d'eau 63.
Lorsque les pastilles sont introduites dans le four à l'état humide ou séchées après le pastillage, sans dur cissement intermédiaire par grillage, elles sont très sen sibles au choc. Un maniement de ces pastilles sans pré caution avant et pendant le chargement peut entraîner un bris ou un affaiblissement des pastilles, ce qui pro voque leur désintégration en fines pendant leur traver sée de la zone de réaction gaz-solide et a pour consé quence qu'elles traversent .le dispositif de tamisage avec la matière carbonée et la matière absorbant le soufre en excès et sont ainsi éliminées.
Une telle désintégration peut être combattue en limitant la hauteur maximum de chute des pastilles aux points de transfert, pendant leur transport et leur introduction dans le four, de préférence à une valeur maximum d'environ 15 cm, et certainement inférieure à 30 cm.
Une introduction sans heurt des matières premières, notamment des pastilles, est obtenue grâce à un tube d'alimentation rotatif 64. Ce tube d'alimentation est maintenu à frottement dur desserrable dans un man chon 65, monté à rotation dans un palier 69 à rouleaux 66, de manière à empêcher un mouvement radial et axial du tuyau d'alimentation pendant le fonctionnement. Le palier 69 est monté sur une console 67, fixée à la tête du four.
Le tube d'alimentation 64 est entraîné en rota tion, de préférence à une vitesse variable et réglable, :par un moteur 70, relié à des engrenages 73 ou à une autre liaison d'entraînement appropriée. Le tube d'alimentation traverse la paroi de la tête du four par une ouverture pourvue d'un dispositif 71 d'obturation à rideau de gaz ou d'air, semblable au dispositif d'obturation 56, 57, 58 et 72 destiné à obturer l'ouverture de passage du tuyau d'alimentation d'air du four. Les matières premières sont introduites dans le tube d'alimentation 64 au moyen d'un couloir conique (non représenté) incliné d'un angle un peu plus grand que l'angle de frottement ou angle de repos des matières.
Pour éviter un déséquilibre de l'en semble de la tête .du four, qui entraînerait un défaut d'égalité des pressions autour de la circonférence des faces de joint 43 et 44, le centre de gravité du dispositif susdécrit est de préférence aligné verticalement sur l'axe longitudinal du four.
Ce dispositif d'alimentation a pour particularité es sentielle de permettre une limitation précise de la vitesse d'avance de la charge le long du tube, ce qui empêche un choc brusque causé par une vitesse trop grande au point de décharge 74.
L'angle d'inclinaison du tube d'alimentation 64 sur l'horizontale ne doit dépasser ni l'angle de repos des matières, ni l'angle de frottement du tube avec les matières, et est en général inférieur à 30o. Le débit d'alimentation peut alors être réglé dans un large intervalle par variation .de la vitesse de rota tion du tube. La hauteur de chute après décharge peut être strictement limitée par 4e choix approprié de l'em placement de l'extrémité de sortie 74 du tube.
Comme représenté à la fig. 8, cette extrémité de décharge 74 est située à proximité de la paroi interne, sur le côté du four qui est opposé au côté contenant la plus grande partie de la charge 125, ce qui permet de limiter la hau teur de chute maximum en limitant la distance entre l'extrémité de décharge et la paroi. Dans ces conditions, la charge ne tombe que d'une faible hauteur, -et elle ren contre la paroi descendante du four sous un angle obli que,
en sorte que les pastilles ne subissent pas de choc brusque. Le point 1e plus proche de la circonférence interne du tube d'alimentation à son extrémité de dé charge est de préférence distant de moins de 30 cm de la paroi du four, ce qui évite des chutes importantes.
La hauteur de chute .peut être encore diminuée en faisant tourner le tube en sens contraire du sens de rotation du four, comme indiqué par les flèches 76 et 94 respective- ment, ce qui a pour effet de faire sortir les matières du tube principalement par le quadrant de ce :dernier qui est le plus proche de la paroi du four. Le dispositif ci-dessus permet de régler la hauteur de chute indépendamment du degré de remplissage du four par la charge, tout danger d'obstruction du tube :
d'alimentation parla charge est écarté, et le tube peut être nettoyé, retiré ou rem placé facilement en cours d'opération.
La fig. 9 représente en détail un dispositif de char gement 11, visible sur la fig. 2, pour l'introduction dans la zone de réaction gaz-solide d'un supplément de ma tière carbonée et de matière absorbant le soufre, et un dispositif de chargement 16 pour .les matières d'alliage et les fondants ajoutés dans la zone de réaction gaz-liquide. Ces matières peuvent être introduites dans une trémie à cuiller 75,
qui ramasse la matière dans un tas ou dans une trémie disposée sous le four, ou elle peut "être intro duite par gravité à partir d'une trémie externe, confor mément aux moyens connus d'alimentation des fours rotatifs.
Au moment où la trémie 75 s'approche du som met de son parcours, une vanne obturatrice 77 est ou verte vers l'intérieur par un levier de connexion 79 et un galet 80, qui est poussé en position d'ouverture, proche de l'enveloppe du four, par son contact avec une surface de came fixe 81, ce qui permet à la matière de tomber dans le four à travers un tuyau d'alimentation interne 82.
Pendant le reste, ou da majeure partie, @de la rotation du four, la vanne d'obturation est maintenue en position de fermeture par une charnière à ressort 78, ce qui em pêche pratiquement l'échange des gaz entre l'intérieur du four et l'atmo:sphère ambiante. De préférence, le tuyau d'alimentation interne 82 s'étend jusqu'aux environs de l'axe du four, afin qu'il ne soit pas recouvert par le lit des matières en traitement pendant une fraction de la rotation du four.
Avant la sortie des matières en traitement de la zone de réaction gaz-solide, la matière carbonée en excès et la matière absorbant le soufre sont éliminées au moyen du dispositif de tamisage 13, représenté en :détail dans les fig. 5 et 6. Dans cette section, la circonférence du four est formée de plusieurs segments 83 de support de tamis, qui sont fixés, .par des boulons ou d'autres orga nes de fixation démontables, à des brides 84 de l'enve loppe du four.
Ces segments sont fermés aux deux extré mités par :des plaques radiales terminales 85, destinées à empêcher un libre passage des gaz circulairement entre les cavités fermées 90 des segments 83 de support de tamis, et à conférer au four la frigidité nécessaire dans la ,section de tamisage comprise entre les brides 84 de l'enveloppe. Des segments de tamis 86, à travers lesquels les matières fines sont évacuées -du four, sont montés sur des brides 87 des supports de tamis, le long du rayon intérieur des segments 83 -de support de tamis, et sont fixés au moyen d'organes de fixation démontables.
Le long du .rayon extérieur sont montées des plaques de cou verture amovibles 88 et des portes d'évacuation 89 qui, en position de fermeture, empêchent le libre passage des gaz entre la cavité 90 du segment de support et l'atmo sphère ambiante. Les portes d'évacuation 89 sont main tenues en position. de fermeture par des charnières à ressort 91, dont la partie tournante présente un prolon gement auquel sont fixées des biellettes de connexion 92 et des galets 93.
Tandis que le four tourne dans la direction de la flè che 94, les segments de tamis 86 passent sous, -et -en contact avec, .le lit de matières en traitement, qui s'élève jusqu'au niveau de la ligne en pointillé 95. Les matières plus fines que les ouvertures du tamis peuvent .passer dans les cavités 90 des segments 83 de support de tamis.
Lorsqu'un segment de tamis 86 est entièrement .recouvert par les matières en traitement, la porte d'évacuation 89 est amenée en position d'ouverture par la coopération entre le galet 93 et une surface de came, éventuellement montée .sur un ressort, ce qui permet aux matières fines de sortir par la porte pour tomber, par exemple, dans une cuve d'eau de refroidissement.
Pendant que l'extré- mité avant 97 du segment de tamis 86 est encore recou- verte par les matières en traitement, la porte est libérée, en sorte qu'elle peut se former sous l'action de la char nière à ressort 91.
Ainsi, le dit des matières en traite ment empêche un libre passage -des gaz entre le four et l'atmosphère ambiante pendant la partie du tour où les parties fines :sont évacuées, grâce à quoi tout risque de perte .de gaz combustible, ide réoxydation -du fer métal lique en oxyde de fer ou d'un mauvais réglage de la composition de l'atmosphère du four est écarté.
Les segments de tamis 86 consistent généralement en un treillis fin supporté par des fils de raidissement sous- jacents de plus forte section, ou en uneplaque à perfo rations, lisse sur ;sa surface interne, et dont les perfo rations ont des bords vifs à angle aigu pour prévenir un colmatage des ouvertures du tamis.
Un dispositif m6ca- nique de décrassage du tamis, par exemple des vibra teurs électromagnétiques ou pneumatiques fixés aux seg ments de tamis, ou des jets de gaz à grande vitesse diri gés contre la surface externe des segments de tamis en des points espacés, peuvent aussi être employés si né cessaire. Tout l'ensemble est de préférence construit en un alliage métallique réfractaire, par exemple en acier inoxydable 310, afin qu'il puisse supporter les hautes températures.
Lorsque les matières fines ont été extraites du four, le reste des matières solides en traitement, consistant en pastilles et, ordinairement, en matières d'alliage et en fondants, passe par-dessus le bord 98 de l'étranglement 18, sur le côté aval duquel débute la zone de réaction gaz-solide-liquide, contenant le mélange des matières en partie .solides et en partie liquides. Afin d'éviter un ra mollissement et un collage des pastilles pendant leur passage par-dessus le bord 98 de l'étranglement 18, ce bord 98 est étroit, en sorte que les matières retenues dans le four le franchissent rapidement.
Pour éviter qu'il se forme dans le four une zone .dans laquelle le mélange n'a fondu que jusqu'au point de devenir collant, ce qui le ferait s'agglomérer et coller aux parois, l'angle d'inclinaison du four, la hauteur de d'ori fice de coulée 19 au-dessus du fond du four et la dis tance entre l'étranglement 18 et l'orifice de coulée 19 sont de préférence choisis de manière à maintenir une profondeur appréciable :de métal liquide contre le côté aval 99 de l'étranglement 18.
Ainsi, les matières solides en cours de fusion sont immergées dans un bain lubri fiant de métal liquide, ce qui prévient toute tendance de ces matières à adhérer aux parois du four en renouve lant leur revêtement de métal liquide et de laitier pen dant que le mélange solide-liquide est brassé par le mou vement de rotation de la paroi.
Le four comporte un brûleur 17 de construction spé ciale, destiné à fournir la chaleur nécessaire à la fusion et .à ajuster la composition du gaz au voisinage de la transition entre la zone de réaction gaz-solide et la zone de réaction gaz-solide-liquide. Ce brûleur peut être d'un type semblable à celui des autres brûleurs montés dans l'enveloppe, mais il comporte en plus un ou plusieurs conduits d'admission de combustible supplémentaires pour l'introduction d'un excès de combustible par rap port à celui nécessaire au chauffage,
afin de créer une atmosphère non oxydante au voisinage de la .section de tamisage et de refroidir, si nécessaire, les gaz chauds qui passent de la zone gaz-solide-liquide à la zone gaz solide. Les fig. 5 et 6 représentent en détail ce brûleur 17, monté à l'emplacement de la section :de tamisage et dirigé en partie vers la zone de réaction gaz-solide- liquide pour fournir le supplément de chaleur nécessaire à la fusion.
La chambre externe 33 du brûleur est fixée, au moyen d'une plaque de raccordement 105, à la cir conférence externe de l'un des segments de support de tamis 83. La cavité 106, comprise entre la surface interne du segment de support de tamis et le tube externe du brûleur, est de préférence remplie d'une matière réfrac taire.
Le combustible supplémentaire est amené par une conduite d'alimentation 100 commandée par une vanne, traverse le tube interne 101 du brûleur et est :dirigé, par un orifice d'éjection 102, contre une plaque déflectrice circulaire 103, de forme plate ou bombée, fixée au brû leur par des barres de fixation 104.
Le combustible est dirigé en direction approximativement radiale et est dis tribué presque uniformément .sur la circonférence du four, interceptant les gaz passant de la zone de réaction gaz-sodide-liquide à la zone de réaction gaz,solide, et réagissant avec ces gaz.
Ainsi, les gaz presque neutres ou faiblement réducteurs, et très chauds, provenant de la zone de réaction gaz-solide-liquide, réagissent en for mant les gaz plus fortement réducteurs et plus froids qui sont nécessaires dans .la .zone de réaction gaz-solide.
En plus de la chaleur fournie à la zone de réaction gaz-solide-@liquide par le brûleur 17 .pour aider à la fu sion, la source principale de chaleur pour les zones de réaction gaz-liquide et gaz-solide-liqui.de est fournie par le brûleur 22 (fig. 2), placé à l'extrémité de coulée du four dans l'orifice principal de coulée .du métal et dirigé vers l'intérieur du four et au-dessus de la surface du lai tier. Ce brûleur est visible en détail dans les fig. 10 et 11, représentant l'extrémité de sortie du four.
Comme ,le métal et le laitier se trouvent à une haute température, de l'ordre, par exemple, de 1650 C, et pour obtenir des taux de transmission de chaleur suffisamment élevés et un bon rendement d'utilisation du combustible dans la zone de réaction gaz-liquide, il est désirable que la tem pérature de la flamme d e ce brûleur soit élevée, de pré férence supérieure à 22000 C.
Pour élever la tempéra ture de la flamme, l'air de combustion peut être pré chauffé dans un échangeur :de chaleur séparé, ou il'peut être enrichi en oxygène. Les méthodes faisant appel à l'énergie électrique peuvent aussi être employées mais, comme ces méthodes sont très coûteuses, elles ne sont probablement pas désirables économiquement dans la plupart des régions.
Le combustible est un fluide, de pré férence liquide ou gazeux, et ;peut consister en gaz natu- rel, en gaz de four à coke ou en huile ide chauffage, ou encore en une matière carbonée finement divisée, entraî née et injectée.
L'air préchauffé ou enrichi en oxygène et le combustible sont amenés dans la chambre externe 111 du brûleur par un tuyau flexible 110 d'alimentation d'air et par un tuyau 115 d'alimentation de combustible. Le combustible et l'air sont maintenus séparés jusqu'au voisinage de l'orifice du brûleur, et le mélange et la combustion se produisent dans une zone de flamme al longée<B>116,</B> en avant de l'orifice -d'éjection du brûleur.
Pendant que le métal liquide et de laitier se' forment et avancent le long de la zone ide réaction !gaz-liquide, la paroi réfractaire en rotation @ exerce une action de mé lange continue augmentant ainsi les taux de transmission de chaleur des produits de combustion gazeux chauds au métal, augmentant les vitesses des réactions chimiques entre le métal et le laitier,
et combattant la séparation des constituants contenus dans le métal et dans le bain de laitier. Dans un tel four, duquel le liquide s'échappe en débordant par-dessus une ouverture resserrée, le lai- tier tendrait à traverser la zone :de réaction gaz-liquide plus rapidement que le métal, en sorte que la profondeur du-laitier serait insuffisante pour des réactions de raffi nage correctes.
Si, par exemple, .le niveau 107 du laitier et le niveau 108 du métal sont tels que représentés à la fig. 10, le débit du laitier à travers l'ouverture de cou lée 19, et par conséquent la quantité de laitier dans le courant de liquide coulé 109, peut être limité au moyen d'un barrage à laitier 119, réglable en position, qui res serre le passage limitateur de débit 120. Par ce moyen, on peut aussi éviter toute perte de fondant en augmen tant le temps de séjour moyen des constituants du lai tier dans la zone de réaction gaz-liquide.
Le barrage à laitier 119 peut consister en une matière réfractaire ou en une enveloppe de matière résistant à la chaleur refroidie par l'eau, et est réglable par dépla cement del'ensemble du brûleur. A cet effet, ,le brûleur est monté sur un chariot 139, comportant des roues 141 circulant sur des voies 138.
Pour régler la position axiale du brûleur, on modifie la distance entre un galet 142 et le chariot 139 par mouvement de patins 143 sur une voie 144, et en direction verticale par une rotation limi tée autour d'un pivot 128, ces mouvements étant effec tués au moyen de cylindres hydrauliques 140 ou d'un moyen mécanique équivalent. Le contact entre le galet 142 et le four peut être maintenu au moyen de contre poids fixés au chariot par un câble passant .sur des @ pou lies. Cette disposition permet également de retirer facile ment le brûleur du four, pour les réparations ou pour accéder à l'intérieur du four.
Pour empêcher le libre passage des gaz à- travers l'ou verture resserrée 19, un rideau d'obturation d'air ou de gaz, semblable en principe aux dispositifs 56, @57, 58 et 72, peut être utilisé. Un tuyau distributeur annulaire 122, alimenté en air ou en un autre gaz sous pression par un tuyau d'alimentation 126, est fixé à l'enveloppe externe du manchon à eau par un diaphragme annulaire.
Comme la zone de réaction gaz-liquide fonctionne normalement sous une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique, la fente annulaire 121 est dirigée suivant un angle aigu contre les parois internes de l'orifice de coulée, et les rencontre en -direction opposée à celle du courant d'air ambiant vers l'intérieur du four qui se pro duirait en l'absence de ce dispositif.
Si nécessaire, la surface interne de l'orifice de cou lée 19 peut être chauffée, pour prévenir toute tendance du laitier ou du métal à se solidifier et à adhérer à .la matière réfractaire, en dirigeant des brûleurs contre cette surface interne. De préférence, ces brûleurs sont placés de manière à chauffer un segment :
de l'orifice 19 qui est adjacent au courant -de métal 109, afin de chauffer la surface de la matière réfractaire juste avant son contact avec le métal liquide.
A titre de variante, la surface de l'orifice de coulée peut être chauffée au moyen de résis tances électriques noyées dans la matière réfractaire. Le tungstène, le molybdène et .le carbure de silicium sont des exemples de matériaux appropriés pour ces corps de chauffe, et la magnésie et l'alumine très pures pour la matière réfractaire -de l'orifice, dans laquelle :ces corps de chauffe sont noyés. Ces derniers peuvent être alimen tés en énergie électrique de manière connue, au moyen.
de brosses fixes en contact avec des bagues collectrices fixées à l'enveloppe du four et tournant avec celle-ci.
L1 peut aussi être désirable d'injecter des matières d'alliage et des fondants finement divisés, par exemple carbone, aluminium, carbure de calcium et ferrosilicium, sur la surface du laitier ou dans le bain de métal, pouf agir sur la composition du métal liquide. A cet effet, on peut utiliser une ou plusieurs lances d'injection 124, de construction connue et généralement refroidies par l'eau.
La matière à injecter est entraînée et injectée sous pres sion de manière connue au moyen de la lance à injec tion 124, pourvue d'un orifice d'éjection 125 qui peut être dirigé sur la surface du laitier ou être immergé dans le bain, à travers le laitier. Des additions par injection peuvent également être effectuées au métal liquide, après la coulée et avant le moulage.
La construction du brûleur est représentée en détail à la fig. 11, qui est une coupe transversale du brûleur 22 passant par le plan du barrage à laitier 119. Le com bustible fluide est amené à l'orifice du brûleur par un tube interne à combustible 112, et le gaz contenant de l'oxygène est amené le long d'un manchon à air 113 délimité par un tube à air 114. Afin de pouvoir être alimenté en air chaud, le brûleur comporte un espace annulaire isolant 117, qui s'oppose aux pertes de cha leur causées par l'eau de refroidissement circulant dans un manchon à eau 118.
L'eau fraîche est amenée à l'ori fice du brûleur par quatre tuyaux à eau 123, et elle re tourne par le manchon à eau 118. Le barrage à laitier 119 est fixé au tube externe du brûleur par :des pattes de fixation 129, et il est refroidi par de l'eau, amenée par un tuyau 132 (fig. 10) jusqu'à un orifice d'admis sion d'eau 137 et qui circule dans la partie tubulaire 131 du barrage jusqu'à un orifice de sortie d'eau 136.
L'ou verture 130 entre le barrage et le brûleur permet le pas sage de la lance d'injection 124, également refroidie par de l'eau circulant dans le manchon délimité par un tube extérieur 133 et un tube d'injection interne 134, l'eau fraîche étant amenée jusqu'à l'orifice de la lance par un tuyau 135.
Le métal liquide et le laitier peuvent être coulés en semble par débordement à travers l'orifice de coulée 119, et être séparés après la coulée dans un dispositif 20 de séparation du laitier (fig. 2) dont il existe plusieurs types connus. Le métal peut, d'autre part, être extrait du four par siphonage au moyen d'un tube de matière ré fractaire passant par le passage 130 et immergé dans le bain de métal. Dans ce cas, il peut être désirable de cou ler le laitier par intermittence et non pas continuellement. Le métal est transféré dans un récipient fermé par aspi ration sous un vide contrôlé, ou est siphonné .dans un récipient contenant du métal à un niveau inférieur à celui du bain 108.
<I>Exemple</I> L'exemple ci-:après illustre une mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour la production continue d'un acier. C 1020.
Le procédé est conduit dans un four rotatif d'une longueur de 100 m, dont une section de 30 m forme les zones de réaction gaz-liquide et gaz-liquide-solide et une section de 70 m forme la zone de réaction gaz-solide, y compris 1,5 m pour la section de tamisage. Le diamètre interne du revêtement réfractaire est d'environ 3 m et les dimensions -des ouvertures du tamis sont 4 X 20 mm. Le four est incliné de 1,5,1 sur l'horizontale et sa vitesse de rotation, réglable, est de 1 t/mn.
La composition approximative et partielle des matiè res premières, en pourcentage des matières sèches, est la suivante
EMI0011.0001
Matières
<tb> Fe <SEP> Mn <SEP> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> S <SEP> C <SEP> volatiles
<tb> Concentré <SEP> <B>.........................................................</B> <SEP> 67 <SEP> 0,5 <SEP> 2 <SEP> 0,5 <SEP> 0,3 <SEP> 0,2 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> Chaux <SEP> hydratée.... <SEP> ............. <SEP> ..... <SEP> <B>.. <SEP> - <SEP> ......</B> <SEP> ... <SEP> . <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 72 <SEP> 0,5 <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> Anthracite <SEP> <B>..... <SEP> ----- <SEP> _ <SEP> -------- <SEP> - <SEP> - <SEP> ---- <SEP> -----</B> <SEP> - <SEP> - <SEP> 7 <SEP> 4 <SEP> 0,2 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 82 <SEP> 4
<tb> Lignite <SEP> carbonisé....... <SEP> .. <SEP> .
<SEP> ... <SEP> _. <SEP> . <SEP> ... <SEP> .. <SEP> ..... <SEP> ........ <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP> 68 <SEP> 15
<tb> Dolomie <SEP> <B>...................... <SEP> ....</B> <SEP> .<B>.............. <SEP> .....</B> <SEP> ... <SEP> ..... <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 0,2 <SEP> - <SEP> Chaux <SEP> calcinée.<B>..........................</B> <SEP> ..<B>-------</B> <SEP> ......._. <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 95 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> Ferromanganèse <SEP> <B>..........</B> <SEP> .<B>.....</B> <SEP> __<B>------</B> <SEP> ___<B>----</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 13 <SEP> 80 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 7 <SEP> Carbone <SEP> .. <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> ................................... <SEP> <B>- <SEP> ... <SEP> - <SEP> ------</B> <SEP> ......
<SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 100 En plus des matières ci-dessus, des fragments de pastilles et d es résidus de charbon imbrûlé, séparés des matières fines, sont recyclés avec la matière :première. Les fines tombent directement dans une cuve d'eau de refroidissement, ce qui hydrate la dolomie en fines par ticules, puis elles sont soumises à une opération de sépa ration magnétique humide, pour la récupération des fragments de pastilles.
Les matières non magnétiques sont ensuite passées à l'état humide à travers un tamis de 0,5 mm d'ouverture, et les matières traversant ce tamis, consistant en dolomie hydratée, cendres et environ 10% du carbone résiduel, sont abandonnées. Le refus, consistant essentiellement en charbon résiduel imbrûlé, est réintroduit dans le four.
Les fragments de pastilles sont broyés et la matière broyée, avec du concentré frais, de la chaux éteinte et la matière magnétique contenue dans les poussières des gaz de combustion, sont pastillées dans un circuit de pastillage à tambour comprenant des tamis de 5 mm. On obtient ainsi des pastilles d'une gros seur comprise entre 5 et environ 15 mm.
Ces pastilles, l'anthracite et le charbon récupéré sont introduits directement dans l'extrémité .d'entrée du four, et le lignite carbonisé, la dolomie, la chaux calcinée, le ferromanganèse et le carbone sont introduits par des dis positifs d'alimentation à cuiller, :placés de long de l'enve- lop#pe du four.
La granulométrie et le débit d'alimentation des ma tières premières sont approximativement les suivants
EMI0011.0031
Granulométrie <SEP> Débit <SEP> d'alimentation <SEP> en <SEP> tonnes
<tb> Matière <SEP> en <SEP> mm <SEP> par <SEP> jour
<tb> Pastilles <SEP> . <SEP> .. <SEP> <B><I>5-15</I></B> <SEP> (a) <SEP> 500 <SEP> t <SEP> de <SEP> concentré
<tb> (b) <SEP> 36 <SEP> t <SEP> de <SEP> fragments <SEP> récupérés
<tb> (c) <SEP> 2,5 <SEP> t <SEP> de <SEP> chaux <SEP> hydratée
<tb> Anthracite <SEP> ................. <SEP> . <SEP> ......... <SEP> .. <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 80
<tb> Lignite <SEP> carbonisé <SEP> <B>---------</B> <SEP> .. <SEP> ....... <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 27
<tb> Charbon <SEP> récupéré.,,.-- <SEP> ......... <SEP> . <SEP> ....
<SEP> <B>0,5-</B> <SEP> 4 <SEP> 112
<tb> Dolomie <SEP> <B>....... <SEP> ...................</B> <SEP> .... <SEP> . <SEP> <B>----- <SEP> 0,5-</B> <SEP> 2 <SEP> 20
<tb> Chaux <SEP> calcinée.... <SEP> .. <SEP> <B>__ <SEP> ----</B> <SEP> .... <SEP> . <SEP> .. <SEP> .... <SEP> 10-40 <SEP> 28
<tb> Ferremanganèse <SEP> ...... <SEP> ........... <SEP> ... <SEP> 10-40 <SEP> 3
<tb> Carbone <SEP> ............. <SEP> ...........<B>........</B> <SEP> ..<B>-------</B> <SEP> 10-40 <SEP> 3 Le four est chauffé avec environ 60 000,m3 de gaz naturel et 850-880 000 m3 (pression et température -nor males) d'air par jour.
L'air est préchauffé à 5000 C dans un échangeur de chaleur métallique, au moyen de la cha leur contenue dans les gaz de combustion. La tempéra ture maximum des solides dans la zone de réaction gaz- solide est de l100 C et la température de l'acier liquide coulé est d'environ 16501, C.
L'acier liquide est partiellement désoxydé par injec tion dans le four, au moyen d'une lance traversant l'ori fice de coulée, de 1,5 kg/t de ferrosilicium finement di visé entraîné dans de l'argon. La désoxydation finale est effectuée au moyen -de fil d'aluminium introduit à raison de 0,15 kg/t dans la coulée de métal.
La production est d'environ 330 t d'acier et 50 t de laitier par jour, l'acier ayant la composition suivante 0,20 % de carbone, 0,52 % de manganèse, 0,03 % de soufre, 0,008 % de phosphore et 0,
14 % de silicium.