Procédé de traitement d'un métal en bain fondu

Description

[0001] L'invention concerne les procédés de traitement de métaux en bains fondus qui impliquent une injection d'oxygène à travers le fond d'une cuve contenant le métal en fusion. Ce genre de procédé est appliqué en particulier dans l'affinage de métaux à partir de minerais concentrés pour la fabrication d'acier par affinage de la fonte.

[0002] On connaît des dispositifs conçus pour permettre l'injection simultanée de plusieurs jets de gaz au fond d'un bain métallique en fusion. Ainsi, le convertisseur d'affinage de la fonte décrit dans le brevet américain No. 3 706 549 permet de combiner l'injection d'oxygène avec une injection concentrique d'un gaz protecteur. L'injection d'oxygène est alors effectuée dans le bain de métal en fusion en dessous de la surface de celui-ci, par des tuyères qui traversent le garnissage réfractaire du fond du convertisseur. Chaque tuyère comporte en fait deux buses concentriques qui terminent deux tubes coaxiaux. L'oxygène gazeux est injecté par le tube interne, tandis que l'espace annulaire compris entre le tube interne et le tube externe est utilisé pour l'admission d'un gaz de protection. Celui-ci est en général constitué par un hydrocarbure. Il forme une gaine protectrice autour du jet d'oxygène dans la zone de contact entre la paroi réfractaire et le métal en fusion, et grâce à cette protection la réaction vive qui se produit avec le métal en fusion se trouve éloignée de la paroi réfractaire. Le retard ainsi imposé à la réaction exothermique de l'oxygène et du métal fondi est suffisant pour conserver intact le garnissage réfractaire.

[0003] Il est d'autre part connu, dans la fabrication de l'acier par affinage de la fonte, d'introduire un flux dans le jet d'oxygène d'une manière qui permette d'amener le flux, le métal en fusion et l'oxygène gazeux en contact intime, assurant ainsi l'efficacité du flux et un bon affinage de la fonte en fusion. Les flux couramment utilisés dans l'affinage de la fonte sont notamment la chaux, le spath et la dolomite, c'est à dire des matériaux qui sont peu réactifs pour l'oxygène gazeux, et l'on peut donc valablement prévoir d'assurer un transfert pneumatique du flux dans le jet d'oxygène gazeux. Dans le cas de flux ayant tendance à réagir avec l'oxygène, cette solution devient dangereuse et il convient de l'éviter.

[0004] Dans un domaine d'application différent, concernant la fusion directe des concentrés de sulfure de plomb, le brevet américain 3 281 237 a proposé, avec ou sans addition d'un flux, de véhiculer du sulfure de plomb pulvérisé par de l'air qui est introduit dans un bain de plomb fondu, la proportion d'oxygène dans l'air étant telle qu'elle entretienne la réaction. Mais en pratique, les exigences de sécurité interdisent un tel entraînement d'un concentré de sulfure de plomb pulvérisé dans un jet d'oxygène, en raison de la nature très explosive de ce genre de mélange.

[0005] Pour éviter ces inconvénients des techniques connues, la présente invention propose un procédé de traitement d'un métal en bain fondu suivant lequel on introduit pneumatiquement un produit réactif avec l'oxygène dans un bain de métal fondu en même temps que l'on injecte de l'oxygène dans ce bain, qui consiste en ce que l'injection d'oxygène s'effectue sous la forme d'un jet adjacent à un jet de gaz protecteur, tandis que le produit réactif est véhiculé dans le métal fondu sous forme pulvérisée dans ledit jet de gaz protecteur.

[0006] Le procédé selon l'invention peut s'appliquer sous cette forme à toutes sortes de traitements de métaux en bains fondus, qu'il s'agisse notamment de l'affinage de la fonte ou du traitement de minerais tels que le sulfure de plomb.

[0007] Les jets adjacents peuvent en particulier se trouver en contact l'un avec l'autre sur leur longueur, l'un des jets étant par exemple entouré par l'autre. Le produit pulvérisé introduit dans le bain fondu peut être notamment un produit qui s'oxyde en présence de l'oxygène, sauf à être dilué dans un gaz inerte tel que l'azote, ou qui forme un mélange explosif avec tout gaz essentiellement constitué d'oxygène. Ce produit peut être notamment un flux utile à une réaction d'affinage ou un autre produit participant à la réaction souhaitée, comme les concentrés de minerais métalliques. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le flux ou le minerai et l'oxygène sont véhiculés directement dans la zone de réaction avec l'oxygène à l'intérieur du métal en fusion, de sorte que la réaction peut s'effectuer d'une manière efficace et sûre sans érosion notable du garnissage réfractaire contenant le bain de métal en fusion.

[0008] Dans les deux jets concentriques, le jet d'oxygène peut être entouré par le jet de gaz protecteur ou le jet de gaz protecteur peut être entouré par le jet d'oxygène. Dans le second cas, il est avantageux que le jet d'oxygène soit en outre entouré par un second jet de gaz protecteur, de manière à éviter la détérioration du garnissage réfractaire.

[0009] Le gaz protecteur peut être par exemple constitué par un hydrocarbure, et notamment un hydrocarbure gazeux tel que le propane, par un autre gaz tel que l'anhydride sulfureux, l'oxyde de carbone, le gaz carbonique, l'azote, la vapeur d'eau ou l'argon, ou par tout autre fluide se comportant de manière sensiblement inerte dans la réaction d'oxydation et n'intervenant pas dans le processus d'affinage du métal.

[0010] Le procédé selon l'invention s'applique d'une manière tout particulièrement avantageuse à la production de métaux tels que le plomb, le cobalt et le cuivre à partir des concentrés des sulfures correspondants, mais il peut aussi être utilisé pour le traitement d'autres minerais métalliques donnant lieu à une réaction trop vive dans un jet d'oxygène.

[0011] Si l'on utilise l'oxygène sous la forme d'oxygène dilué dans l'air, ceci a l'inconvénient d'exiger de la chaleur supplémentaire à consommer par la réaction d'affinage, et donc de nuire à la rentabilité économique de l'opération. Ainsi, notamment, pour un concentré de sulfure de plomb contenant en constituants principaux les éléments suivants dans les proportions pondérales indiquées : plomb 72 %, soufre 15 %, cuivre 1 %, fer 3 %, C0₂ 3 %, la réaction demande 0,16 m³ d'oxygène pour 1 kg de concentré pour que l'opération soit complète. Quand on conduit la réaction d'affinage par la technique d'injection submergée, le concentré est véhiculé par voie pneumatique jusqu'à une zone de réaction avec l'oxygène située au sein même du bain de plomb liquide. Conformément à l'invention, le concentré est entraîné par le gaz protecteur dans le jet annulaire qui entoure le jet d'oxygène. La quantité de gaz protecteur nécessaire pour entraîner ainsi 1 kg de concentré est avantageusement de l'ordre de 0,001 à 0,05 m . Ce volume de gaz protecteur peut varier dans de très larges limites et la proportion utilisée peut en fait être choisie de manière à maintenir le bilan thermique souhaité tout en restant dans la gamme convenant au transport pneumatique.

[0012] Dans une autre forme de réalisation suivant l'invention, les tuyères d'injection comportent trois tubes concentriques ménageant entre eux deux intervalles annulaires autour du jet central. Le tube interne sert à véhiculer le jet de flux ou de minerai métallique dans un gaz inerte, notamment dans un fluide protecteur tel que décrit ci-dessus. L'espace annulaire entre le tube interne et le tube intermédiaire est utilisé pour l'oxygène gazeux assurant la réaction d'affinage et l'espace annulaire entre le tube intermédiaire et le tube externe est utilisé pour conduire un gaz protecteur qui empêche l'attaque de la paroi de matériau réfractaire constituant le garnissage interne du convertisseur.

[0013] Le gaz protecteur de la couronne extérieure peut naturellement être de même nature que celui du jet central. Il évite que la réaction provoquée par l'oxygène au contact du bain se produise dès la sortie des tuyères.

[0014] Pour être admis dans le jet central, et comme dans le cas du jet annulaire du mode de mise en oeuvre précédent, le concentré de minerai métallique doit être réduit sous forme de poudre, avec des dimensions de particules généralement inférieures à 1 mm, alors que dans les techniques antérieures il était utilisé sour forme plus grossière pour être introduit au-dessus du bain.

[0015] Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux applications particulières envisagées à titre d'exemples. Et l'on comprend que le procédé selon l'invention peut être appliqué avec avantage dans tous les cas où il est utile d'admettre un produit solide réactif en même temps que de l'oxygène dans un bain métallique en fusion.

Revendications

1. Procédé de traitement d'un métal en bain fondu, caractérisé en ce que l'on injecte de l'oxygène dans ce bain sous la forme d'un jet adjacent à un jet de gaz protecteur et en ce que l'on y admet également un produit réactif véhiculé jusqu'au bain sous forme pulvérisée dans ledit jet de gaz protecteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal est du plomb et le produit réactif pulvérisé est du sulfure de plomb.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal est du cuivre, du cobalt, ou du nickel, et le produit réactif pulvérisé est constitué par le sulfure correspondant d'un concentré de minerai.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit produit est constitué d'une poudre ayant tendance à réagir vivement avec l'oxygène.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le jet protecteur est constitué par un hydrocarbure.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications l'à 4, caractérisé en ce que le gaz protecteur est constitué d'azote, d'argon, de gaz carbonique, d'eau, d'oxyde de carbone ou d'anhydride sulfureux.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le jet de gaz protecteur est formé annulairement autour d'un jet central d'oxygène.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on injecte dans ledit bain trois jets concentriques comprenant un jet annulaire d'oxygène entre un jet central de gaz protecteur et un jet annulaire extérieur de gaz protecteur.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le produit pulvérisé est entraîné par un gaz inerte constituant le gaz protecteur du jet central.