Procédé et dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques basculants, notamment des convertisseurs d'aciérie, comportant un trou de coulée disposé dans la paroi latérale et contenant du métal en fusion sur lequel nage de la scorie.

[0002] Lors de la coulée du métal, en particulier de l'acier, dans la poche ou dans tout autre récipient de transport ou de traitement, une certaine quantité de scorie passe généralement à travers le trou de coulée. En effet, au début de la vidange, lorsqu'on bascule le convertisseur en position de coulée, le trou se remplit d'abord de scorie avant que le bain d'acier ne recouvre celui-ci complètement. Pendant la coulée du métal il se forme au-dessus du trou de coulée un tourbillon, dit vortex, qui entraîne de la scorie vers la poche. Vers la fin de la coulée, avant que le convertisseur ne soit ramené dans sa position de départ, il s'écoule une quantité supplémentaire de scorie dans là poche. Les scories présentent un risque de rephosphoration de l'acier. D'autre part, par suite de l'activité élevée de l'oxygène dans la scorie, le traitement .métallurgique des aciers calmés et semi-calmés s'effectue alors difficilement. De plus, la désulphuration de l'acier devient critique.

[0003] Pour éviter l'entraînement de scorie au début ou à la fin de l'opération de vidange de récipients métallurgiques basculants, on a déjà proposé divers dispositifs. Les plus connus de ceux-ci sont le clapet d'obturation, la fermeture à tiroir et surtout le flotteur massif, dont la section est plus large que celle de l'orifice d'écoulement et qui nage au-dessus de l'embouchure du trou de coulée. Ces flotteurs ont une densité comprise entre celle de la scorie et celle du métal et ont pour fonction d'obturer le trou de coulée, lorsque pratiquement tout le métal s'est écoulé. Etant donné que les contours du trou de coulée varient continûment par suite de l'usure, l'emploi de flotteurs ne mène pas à des résultats probants. D'après la DE-A-26 39 712 on connaît un dispositif de fermeture du trou de coulée comportant un corps de fermeture pouvant être enfoncé dans le trou de coulée qui laisse libre une fente annulaire par rapport à la paroi du trou de coulée et qui contient une conduite de gaz sous pression. Le corps de fermeture présente une paroi extérieure qui se rétrécit vers l'orifice de la conduite de gaz sous pression. La scorie est refoulée dans le récipient sous l'effet du flux de gaz. Ce dispositif, qui est soumis à une usure importante dans les convertisseurs de grande dimension, a été amélioré (cf. EP-A-10.082) dans ce sens que la surface latérale extérieure de l'obturateur est constituée d'une surface en forme de calotte sphérique qui, du côté de l'embouchure, se transforme en une surface en forme de tronc de cône. Dans une forme d'exécution préférentielle, l'obturateur est en fonte grise. Les deux dispositifs présentent le désavantage qu'ils nécessitent des quantités de gaz importantes pour étanchéiser le trou de coulée. De plus on est confronté à des problèmes de bouchage de l'embouchure de la conduite de gaz de l'obturateur.

[0004] Pour diminuer la quantité de scorie entraînée par le tourbillon, dit vortex, qui se forme au-dessus du trou de coulée dès le début de la coulée en poche, on a déjà proposé d'insuffler à l'aide de tuyères un gaz de barbotage à l'intérieur du bain métallique au voisinage immédiat du trou de coulée. Malheureusement les tuyères nécessitent, pour éviter leur obstruction, d'importantes quantités de gaz, non seulement pendant la vidange, mais également pendant toute la campagne. Il en résulte un refroidissement prononcé du métal en fusion. D'autre part, les tuyères entrant en contact avec la scorie et le métal liquide, présentent des durées de vie nettement inférieures à celles du revêtement avoisinant du creuset. Les résultats décevants s'expliquent probablement par le fait que le bouillonnement gazeux issu des tuyères ne s'éparpille pas assez dans le tourbillon et ne parvient donc pas à contrecarrer suffisamment son action de tourbillonnement et à retenir la scorie.

[0005] La présente invention a pour but de proposer un remède aux inconvénients décrits, et d'éliminer dans de larges proportions l'entraînement de scorie lors de la vidange de récipients métallurgiques.

[0006] Ce but est atteint selon l'invention par un procédé et un dispositif tels qu'exposés dans les revendications 1- et 4 respectivement. Des mises en oeuvre et réalisations préférentielles sont décrites dans les sous-revendications.

[0007] Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en ce que l'on réalise une séparation poussée du métal et de la scorie, aussi bien au début qu'au cours ainsi que vers la fin de la vidange du creuset. Du côté creuset, on fait dans le cas d'une marche à deux phases avec décrassage intermédiaire et récupération de la scorie de la deuxième phase de soufflage, des économies de chaux par suite d'une réduction de la perte de scorie. Du côté récipient on constate une nette diminution de la rephosphoration du métal ; le rendement des ferro-alliages introduits après la vidange augmente de manière sensible. De plus on observe une augmentation de la tenue du réfractaire du récipient d'environ 10 %.

[0008] L'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins, qui montrent, de manière non-limitative, une forme d'exécution possible.

La figure 1 montre une coupe schématique à travers un dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques.

La figure 2 montre une coupe à travers une forme d'exécution du bouchon qui sert à fermer le trou_' de coulée ainsi que de son support.

La figure 3 montre, vus de l'intérieur du convertisseur, des détails de l'abord du trou de coulée.

[0009] On distingue sur la Fig. une partie d'un creuset d'affinage 1 dont le trou de coulée 2 est obturé par un bouchon 3. Le bouchon 3 est monté sur un bras 4, qui pivote autour d'un axe 5. fixé sur la paroi du trou de coulée. Le bras 4 est muni d'une butée 6. (La contre-butée montée sur la paroi du convertisseur n'est pas représentée). Un vérin hydraulique 7, actionnable dans les deux sens, agit par l'intermédiaire d'une tige 8 et d'une fourche 9 sur le bras 4. Le vérin 7 peut pivoter autour d'un axe solidaire de la paroi du convertisseur. Le bouchon 3 présente la forme d'un cône tronqué, légèrement chanfreiné. La grande base du cône tronqué possède un évidement cylindrique 14 dans lequel vient se loger un ergot monté sur le bras 4 (voir aussi Fig. 2). Le bouchon qui est maintenu sur l'ergot par frottement est de préférence constitué par un matériau bon marché, facilement usinable et relativement mou tel que du bois, de préférence du sapin. Pour améliorer sa tenue en haute température, la surface du bouchon est avantageusement recouverte d'une couche de matériau réfractaire. Deux éléments 10 perméables à un agent de barbotage sont situés de part et d'autre du trou de coulée 2 (voir Fig. 3). L'endroit optimal où on place ces éléments est de préférence déterminé expérimentalement pour chaque convertisseur. En les positionnant à quelque 0,5 m de l'axe du trou de coulée, nous avons obtenu le résultat escompté pour notre convertisseur de 150 tonnes. Des éléments perméables convenant à la mise en oeuvre de l'invention ont été décrits dans les brevets LU 82.552, LU 82.553, LU 82.554. Ils sont constitués par plusieurs segments allongés avoisinants, de section rectangulaire, entourés par un caisson métallique. Du côté froid de l'élément perméable 10, une chambre de distribution 11 est soudée aux parois du caisson. Des conduits 12 relient cette chambre 11 à une source 13 d'agent de barbotage. Le passage du fluide de barbotage se fait à l'interface des différents segments. Il s'ensuit que les éléments perméables 10 créent un flot bien distribué de fluide.

[0010] Au lieu d'utiliser un montage rigide de l'ergot sur le bras 4, tel que représenté sur la Fig. 1, on peut avantageusement opter pour un montage orientable (voir Fig. 2). Dans cette forme d'exécution de l'invention, on fixe un tube 20, sur lequel se trouve soudée une embase 16, sur le bras 4. Un boulon 18 vissé dans une rotule 15 munie de l'ergot porte-bouchon assure, par l'intermédiaire du ressort 17 et de la rondelle 19, l'appui de la rotule 15 sur l'embase 16. Ce montage orientable du bouchon 3 sur le bras 4 garantit un centrage automatique du bouchon sur l'embouchure du trou de coulée dont les contours varient par suite de l'usure.

[0011] Le fonctionnement du dispositif est le suivant : pendant le soufflage, le vérin 7 peut être maintenu en position sortie, telle que représentée en Fig. 1, pour garantir le maintien du bouchon 3 dans l'embouchure du trou de coulée 2. - Notons au passage que le trou de coulée est de préférence toujours fermé, excepté lors de l'opération de coulée. Ceci limite les déperditions de chaleur et évite des sorties de flamme et de scorie lors du soufflage. - Avant de basculer le convertisseur, le vérin 7 retire le bras 4 jusqu'à la butée. Le bouchon 3 reste collé dans le trou de coulée 2. La masse liquide vient lors du basculement en contact avec le bouchon et le détruit en quelques secondes. A ce moment le convertisseur est dans une position telle, que du métal seul se trouve à proximité immédiate du trou de coulée. Par suite du bouillonnement intense et continu, provoqué par la remontée du flot des gaz de barbotage sortant des éléments perméables, il se crée une plage circulaire au-dessus du trou de coulée. Cette plage est dénuée de scorie et ne présente pratiquement pas de vortex, de sorte que l'acier peut s'écouler sans entraîner des quantités notables de scories. Un nouveau bouchon 3 est positionné sur l'ergot du bras 4. Vers la fin de la coulée, dès qu'on observe, ou qu'on repère à l'aide de capteurs optiques, magnétiques etc., les premiers morceaux de scorie, le vérin 7 est mis sous pression et le bouchon est enfoncé dans le trou de coulée. Le bouchon a une masse réduite, la fermeture est par conséquent rapide. Comme le bouchon est relativement mou_; il est à même de s'adapter aux contours du trou de coulée. Pour garantir une fermeture hermétique, la position de l'obturateur est de préférence ajustable sur l'axe du trou de coulée. On remarque également qu'étant donné que le bouchon reste collé respectivement maintenu dans le trou de coulée entre deux opérations de vidange, l'usage d'un deuxième bouchon est superflu.

[0012] L'agent de barbotage est utilement un gaz neutre comme de l'argon, de l'azote ou éventuellement de l'anhydride carbonique. Pendant la campagne, un débit de gaz de 2-3 Nm³/heure assure la perméabilité des éléments réfractaires. Au moment du rabattement, le débit de gaz est augmenté pour atteindre 5-10 Nm³/heure. Notons ici que des débits plus élevés provoquent des projections, qui se mêlent à la scorie et qui sont ensuite entraînées avec celle-ci vers le trou de coulée. En réglant les débits de gaz de barbotage, on a observé pour des aciers semi-calmés, une amélioration du rendement du ferro-manganèse allant de 3 à 7 %, ce qui équivaut en moyenne à une économie de 0,35 kg/t acier. Pareillement, le nombre de coulées présentant une rephosphorisation élevée, de l'ordre de 0,025 % P, a diminué de plus de la moitié, alors que celles qui présentaient une rephosphorisation faible, de l'ordre de 0,002 % P, a facilement doublé.

[0013] Il est bien évident que le nombre d'éléments perméables ne doit pas être pris forcément égal à deux et que les gaz de barbotage convenant à la mise en oeuvre de l'invention ne sont pas uniquement l'argon, l'azote ou l'anhydride carbonique.

Revendications

1. Procédé pour vidanger des récipients métallurgiques basculants (1), notamment des convertisseurs d'aciérie, comportant un trou de coulée (2) disposé dans une paroi latérale et contenant du métal en fusion sur lequel nage une couche de scorie, où on ferme le trou de coulée à l'aide d'un bouchon (3) dès qu'on repère les premières scories et où on met en oeuvre un soufflage de gaz aux abords du trou de coulée, caractérisé en ce qu'on assure au plus tard après la fin des opérations métallurgiques et avant le basculement du récipient (1) la fermeture étanche du trou de coulée (2) à l'aide d'un bouchon (3) susceptible d'être attaqué par la masse en fusion, en ce qu'on bascule le récipient, en ce qu'on introduit un gaz de barbotage à côté du trou de coulée dans le récipient à travers des éléments perméables (10), en ce qu'on ferme le trou de coulée (2) à l'aide d'un bouchon neuf dès qu'on repère les premiers éléments de scorie et en ce qu'on bascule le récipient (1) dans la position de départ.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le bouchon (3) dans le trou de coulée (2) à l'aide d'un bras (4) pivotant, de préférence actionné par un vérin hydraulique (7), qu'on assure le maintien du bouchon (3) dans le trou de coulée au cours des opérations métallurgiques à l'aide dudit bras (4) et qu'on retire le bras (4) juste avant l'opération de vidange.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on souffle en permanence une quantité déterminée de gaz, de' préférence 1-3 Nm³/heure, à travers chaque élément ^perméa- ble (10) et qu'on augmente ce débit, de préférence à 5-10 Nm³/heure, lors de la coulée du métal hors du récipient (1).

4. Dispositif pour vidanger des récipients métallurgiques basculants (1), notamment des convertisseurs d'aciérie, munis d'un trou de coulée (2) disposé dans une paroi latérale, un bouchon (3) pour fermer le trou de coulée (2) ainsi que des moyens pour souffler du gaz aux abords du trou de coulée (2), caractérisé en ce que des éléments perméables au gaz (10), comportant au moins un segmet allongé, ayant de préférence une section rectangulaire et munis du côté froid d'une chambre (11) de distribution de gaz reliée par l'intermédiaire d'un conduit (12) à une source (13) d'agent de barbotage, sont disposés à côté du trou de coulée (2), en ce que le bouchon (3) est en bois, de préférence en bois de sapin et en ce qu'il est fixé transitoirement sur un bras (4) pivotant, actionné par un vérin (7).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fixation transitoire est constituée par un ergot qui retient le bouchon (3), muni d'un évidement (14) approprié, par frottement.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ergot porte-bouchon est monté de manière orientable sur le bras pivotant (4).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une rotule (15), munie de l'ergot porte-bouchon, est appliquée de manière orientable à l'aide d'un ressort (17) contre une embase (16) solidaire du bras pivotant (4).

8. Dispositif selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le bouchon (3) a la forme d'un cône tronqué dont la petite base est légèrement chanfreinée et dont la grande base comporte ledit évidement (14).

.9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bouchon (3) est partiellement recouvert par une couche de matière réfractaire.

10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments perméables (10), situés de part et d'autre du trou de coulée (2), de préférence à une distance de quelque 0,5 m de l'axe du trou de coulée.

Claims

1. Method to empty tiltable metallurgical vessels (1), in particular steel converters, provided with a tap hole (2) in the side wall and containing molten metal on which floats a layer of slag. where the taphole is closed with a plug (3) at incipient slag outflow and where gas blowing is implemented in the vicinity of the tap hole. characterised in that a tight closure of the tap hole (2) is ensured at the latest after the end of the metallurgical operations and before the tilting of the vessel (1), by means of a plug (3) prone to being attacked by the molten mass, in that the vessel is tilted, in that a bubbling gas is introduced beside the tap hole into the vessel through gas permeable elements (10), in that the tap hole (2) is closed by means of a new plug at incipient slag outflow and in that the vessel (1) is tilted back into the starting position.

2. Method according to claim 1, characterised in that the plug (3) is introduced into the tap hole (2) by means of a pivoting arm (4), preferably actuated by a hydraulic jack (7), in that the holding of the plug (3) in the tap hole during the metallurgical operations is ensured by means of the said arm (4) and that the arm is withdrawn just before the emptying operation.

3. Method according to claim 1, characterised in that a set quantity of gas is permanently blown, preferably 1-3 Nm³/hour, through each gas permeable element (10) and that this flow is increased, preferably to 5-10 Nm³/hour, during the tapping of the metal from the vessel (1).

4. Device to empty tiltable metallurgical vessels (1), in particular steelmaking converters, having a tap hole (2) in a side wall, a plug (3) to close the tap hole (2) as well as means to blow gas in the vicinity of the tap hole (2), characterised in that the elements permeable to the gas (10), comprising at least one elongated segment having preferably a rectangular section and fitted on the cold side with a gas distribution chamber (10) linked through a conduit (12) to a source (13) of bubbling gas, are located near the tap hole (2), that the plug (3) is made of wood, preferably fir wood and that it is fixed transiently on a pivoting arm (4) actuated by a jack (7).

5. Device according to claim 4, characterised in that the transient securing is constituted by a lug which holds the plug (3), provided with a suitable recess (14), by friction.

6. Device according to claim 5, characterised in that the plug-holding lug is mounted in a swivelling manner on the pivoting arm (4).

7. Device according to claim 6, characterised in that a ball socket (15), provided with the plug holding lug is pushed in a swivelling manner by a spring (17) against a basis (16) secured on the arm (4).

8. Device according to one of the claims 4 or 5, characterised in that the plug (3) has the shape of a truncated cone, the small base of which is slightly chamfered and the large base of which comprises the said recess (14).

9. Device according to claim 4, characterised in that the plug (3) is partially covered by a layer of refractory material.

10. Device according to claim 4, characterised in that it comprises two gas permeable elements (10), situated on either side of the tap hole (2), preferably at a distance of some 0.5 m from the axis of the tap hole.

Ansprüche

1. Verfahrènzum Entleeren von schwenkbaren metallurgischen Gefässen (1), insbesondere von Stahlwerkskonvertern, welche ein Stichloch (2) in einer Seitenwand besitzen und feuerflüssiges Metal auf dem eine Schlackenschicht schwimmt enthalten, wobei das Stichloch mit Hilfe eines Stopfens (3) geschlossen wird, sobald die ersten Schlacken geortet werden und wobei ein Gasblasen in Stichlochnähe vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens nach den metallurgischen Arbeitsgängen und vor dem Schwenken des Gefässes (1) das dichte Verschliessen des Stichloches (2) mit einem Stopfen (3), welcher durch die feuerflüssige Masse angegriffen werden kann, sichergestellt wird, dass das Gefäss geschwenkt wird, dass mittels gasdurchlässigen Körpern (10) neben dem Stichloch Spülgas in das Gefäss eingeblasen wird, dass das Stichloch mit Hilfe eines neuen Stopfens (2) verschlossen wird sobald die ersten Teilchen Schlacke geortet werden und, dass das Gefäss (1) in die Ausgangslage geschwenkt wird.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (3) mit Hilfe eines Schwenkhebels (4) in das Stichloch (2) eingeführt wird, wobei dieser vorzugsweise über einen hydraulischen Kraftzylinder (7) bewegt wird, dass während den metallurgischen Arbeitsgängen die Lage des Stopfens (3) im Stichloch mit Hilfe des Schwenkhebels (4) sichergestellt wird und dass der Schwenkhebel (4) kurz vor dem Entleeren zurückgefahren wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durchgehend eine vorbestimmte Menge Gas. vorzugsweise 1-3 Nm³/Stunde, durch jeden gasdurchlässigen Körper (10) geblasen wird, und dass der Durchsatz während dem Abstich erhöht wird. vorzugsweise auf 5-10 Nm³/Stunde.

4. Vorrichtung zum Entleeren von schwenkbaren metallurgischen Gefässen (1), insbesondere Stahlwerkskonvertern, welche mit einem Stichloch (2) in einer Seitenwand, einem Stopfen (3) um das Stichloch (2) zu schliessen sowie Mitteln um Gas in Stichlochnähe zu blasen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass gasdurchlässige Baukörper (10), welche mindestens ein längliches Segment mit vorzugsweise rechteckigen Schnitt umfassen und zur kalten Seite mit einer Gasverteilungskammer (11) versehen sind die mit Hilfe einer Leitung (12) an eine Quelle (13) mit Spülgas angeschlossen ist, neben dem Stichloch (2) angeordnet sind, dass der Stopfen (3) aus Holz, vorzugsweise aus Tannenholz ist und, dass er vorübergehend an einem mittels Kraftzylinder (7) bewegten Schwenkarm (4) befestigt ist.

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorübergehende Befestigung aus einem Bolzen besteht, der den mit geeigneter Aushöhlung (14) versehenen Stopfens (3) durch Reibung festhält.

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den Stopfen festhaltende Bolzen schwenkbar auf dem Arm (4) befestigt ist.

7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugelkopf (15) auf dem der den Stopfen festhaltende Bolzen befestigt ist, mittels einer Feder (17) schwenkbar gegen einen auf dem Schwenkhebel (4) befestigten Sitz (16) gedrückt wird.

8. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (3) die Form eines Kegelstumpfes besitzt, dessen kleine Basis leicht abgeschrägt ist und dessen grosse Basis besagte Aushöhung (14) besitzt.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (3) teilweise mit feuerfestem Material beschichtet ist.

10. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei gasdurchlässige Körper (10) besitzt, welche beidseitig vom Stichloch (2), vorzugsweise auf einer Distanz von etwa 0,5 m von der Stichlochachse. angeordnet sind.

Dessins