LU87759A1 - PROCESS FOR THE DIRECT MANUFACTURE OF STEEL AND OTHER FOUNDRY PRODUCTS - Google Patents
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Description
PROCÉDÉ POUR LA FABRICATION DIRECTE D'ACIER ET AUTRES PRODUITS DE FONDERIE DESCRIPTIONPROCESS FOR THE DIRECT MANUFACTURE OF STEEL AND OTHER FOUNDRY PRODUCTS DESCRIPTION
OBJET DE L'INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication directe d'acier et autres produits de fonderie, en partant de matériaux qui contiennent des métaux et qui présentent une surface relativement importante, comme par exemple des matériaux à grains fins ou des copeaux provenant de travaux de tournage ou de rectification qui sont mélangés à des huiles usées ou résiduelles, ou à d'autres porteurs d'énergie mélangeables ou qui sont déjà mélangés avec eux, comme par exemple les huiles normalement employées pour l'usinage de ces matières, etc. ANTECEDENTS DE L'INVENTION.The present invention relates to a process for the direct manufacture of steel and other foundry products, starting from materials which contain metals and which have a relatively large surface area, such as for example fine-grained materials or shavings coming from works of turning or grinding which are mixed with used or residual oils, or with other mixable energy carriers or which are already mixed with them, such as for example the oils normally used for the machining of these materials, etc. BACKGROUND OF THE INVENTION.
Actuellement, la fabrication de l'acier est effectuée par des procédés indirects, qui se divisent en deux phases, la première consistant à obtenir de l'oxyde de fer liquide que l'on introduit ensuite dans des convertisseurs où on l'ajoute au fer brut liquide et on effectue l'oxydation et dans lesquels ce fer brut de haute teneur en carbone et autres produits préjudiciels est soumis à une décarburation et à une régulation du contenu de soufre, phosphore, silice, magnésium, etc. L'oxyde de fer liquide est en même temps débarassé de 1'oxygène.Currently, the manufacture of steel is carried out by indirect processes, which are divided into two phases, the first consisting in obtaining liquid iron oxide which is then introduced into converters where it is added to the iron crude liquid and oxidation is carried out and in which this crude iron with a high carbon content and other prejudicial products is subjected to decarburization and to regulation of the content of sulfur, phosphorus, silica, magnesium, etc. The liquid iron oxide is at the same time rid of oxygen.
Parmi les méthodes d'oxydation ou de décarburation il convient de signaler particulièrement les procédés Bessemer et Thomas, en voie de disparition, dans lesquels le fer fondu est injecté dans un courant d'air qui brûle les impuretés de la fonte.Among the oxidation or decarburization methods, particular mention should be made of the endless Bessemer and Thomas processes, in which molten iron is injected into a stream of air which burns the impurities in the cast iron.
Il existe un autre procédé consistant à insuffler de 1'oxygène et qui permet d'eviter l'action préjudicielle du nitrogène contenu dans l'air, assurant ainsi l'obtention d' un produit de meilleure qualité.There is another method consisting in injecting oxygen and which makes it possible to avoid the prejudicial action of the nitrogen contained in the air, thus ensuring the obtaining of a product of better quality.
Finalement, et bien qu'il existe de nombreux autres procédés, nous mentionnerons particulièrement le procédé LD (LINZ-DONAWITZ) basé sur 1'insuflation d'oxygène au moyen d'une lance, ainsi que sur l'addition de chaux sur la surface du bain.Finally, and although there are many other processes, we will particularly mention the LD process (LINZ-DONAWITZ) based on the oxygen blowing by means of a lance, as well as on the addition of lime on the surface of the bath.
Tous ces procédés utilisés actuellement, comme indiqué dans ce qui précède, sont des méthodes d'obtention indirecte de l'acier, car le fer fondu doit être transféré aux convertisseurs pour sa décarburation et par conséquent ce procédé est divisé en plusieurs phases, avec les problèmes techniques que ceci comporte.All these processes currently used, as indicated in the foregoing, are methods of indirectly obtaining steel, since the molten iron must be transferred to the converters for its decarburization and therefore this process is divided into several phases, with the technical problems this entails.
Le procédé actuel d'obtention de l'acier par réduction dans des hauts fourneaux, conduit à un produit intermédiaire, appelé "fer brut" parce que la réduction de l'oxygène du minerai de fer donne lieu inévitablement à la carburation du fer, ce qui exige une opération ultérieure d'oxydation pour libérer le carbone du fer et les autres éléments perjudiciels qui l'accompagnent D'autre part, les procédés habituellement employés actuellement pour la fabrication de l'acier exigent le magasinage intermédiaire dans des décharges, des énormes quantités de matériaux résiduels provenant de la fabrication, ce qui donne lieu à une nette contamination de 1'environnement.The current process for obtaining steel by reduction in blast furnaces leads to an intermediate product, called "raw iron" because the reduction of oxygen in the iron ore inevitably gives rise to the carburation of iron, which which requires a subsequent oxidation operation to release the carbon from the iron and the other harmful elements which accompany it. On the other hand, the processes usually used today for the manufacture of steel require intermediate storage in landfills, enormous quantities of residual materials from manufacturing, which gives rise to a clear contamination of the environment.
Finalement, il convient d'ajouter que les essais connus réalisés à niveau mondial pour éviter ces matériaux résiduels, conduisent uniquement à la solution qui consiste à les détruire dans des installations de combustion, ce qui implique évidemment la formation de nouveaux emplacements de magasinage ou de décharge de matériaux résiduels solides, en attendant leur combustion, ce qui conduit de nouveau à la contamination de l'environnement.Finally, it should be added that the known tests carried out worldwide to avoid these residual materials only lead to the solution which consists in destroying them in combustion plants, which obviously implies the formation of new storage or storage locations. discharge of solid residual materials, pending their combustion, which again leads to contamination of the environment.
DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Grâce à la présente invention on obtient de l'acier par une méthode directe en faisant non seulement que les matériaux résiduels soient liquéfiés, mais encore en effectuant un apport d'oxydes ferriques huileux (mimerai de fer finement divisé), ce qui permet de réaliser la fabrication directe de l'acier en partant d'oxydes ferriques, de telle façon que cette fusion de l'oxyde ferrique implique sa transformation directe en acier. L'expression "fabrication directe de l'acier" veut dire que les oxydes ferriques sont débarassés de l'oxygène par des opérations de réduction, et sont transformés directement en acier sans qu'il soit nécessaire d'obtenir des produits intermédiaires.Thanks to the present invention, steel is obtained by a direct method by making not only that the residual materials are liquefied, but also by carrying out a supply of oily ferric oxides (finely divided iron mimerai), which makes it possible to produce the direct manufacture of steel starting from ferric oxides, so that this fusion of ferric oxide involves its direct transformation into steel. The expression "direct manufacture of steel" means that the ferric oxides are rid of oxygen by reduction operations, and are transformed directly into steel without it being necessary to obtain intermediate products.
Dans la procédé de fabrication directe selon l'invention, 1'oxygène de l'oxyde ferrique réagit immédiatement avec le carbone du fer brut ou fer liquide dans le convertisseur, en raison du fait que l'on ajoute l'oxyde ferrique en question sous forme liquide, de façon que la réduction soit presque immédiate, 1'oxygène de l'oxyde ferrique se combinant avec le carbone du fer liquide, ce qui donne lieu à la fabrication immédiate de l'acier, sans génération d'un produit intermédiaire quelconque.In the direct manufacturing process according to the invention, the oxygen of the ferric oxide reacts immediately with the carbon of the raw iron or liquid iron in the converter, due to the fact that the ferric oxide in question is added under liquid form, so that the reduction is almost immediate, the oxygen of the ferric oxide combining with the carbon of the liquid iron, which gives rise to the immediate manufacture of the steel, without generation of any intermediate product .
Cette réaction s'effectue de façon endothermique, c'est à dire qu'elle absorbe de l'énergie, en consommant une partie de la chaleaur du procédé, ce qui peut être compensé par une augmentation du contenu de silice dans le fer brut liquide, si on désire obtenir un acier de plus ou moins bonne qualité, ou au moyen de l'addition d'une moindre quantité de ferraille de refroidissement, ou encore au moyen du procédé du convertisseur LD (LINZ-DONAWITZ).This reaction takes place endothermically, i.e. it absorbs energy, consuming part of the heat of the process, which can be offset by an increase in the content of silica in the liquid crude iron. , if one wishes to obtain a steel of more or less good quality, or by means of the addition of a lesser amount of cooling scrap, or even by means of the LD converter process (LINZ-DONAWITZ).
Le procédé selon l'invention dans lequel l'opération est réalisée en continu s'effectue de la façon suivante :The process according to the invention in which the operation is carried out continuously is carried out as follows:
En premier lieu, on effectue la préparation des oxydes ferriques, moyennant l'utilisation de copeaux provenant de travaux de tournage, de rectification, etc.,qui sont imprégnés de l'huile de coupe employée au cours de l'usinage. On peut employer aussi des oxydes ferriques non huileux auxquels on ajoute ou avec lesquels on mélange des huiles usées ou des huiles résiduelles comme apport ou support énergétique pour le processus de mélange avec le fer liquide, en assurant ainsi la réalisation du procédé en régime continu.First of all, the ferric oxides are prepared, by the use of shavings from turning, grinding, etc., which are impregnated with the cutting oil used during the machining. Non-oily ferric oxides can also be used to which used oils or residual oils are added or with which they are mixed as an energy supply or support for the mixing process with liquid iron, thus ensuring the carrying out of the process in continuous regime.
Ensuite, ces oxydes ferriques qui contiennent de l'huile ou auxquels on a ajouté des huiles usées ou des huiles résiduelles sont soumis à un préchauffage à 400°C environ ou à des températures ion peu supérieures, en les chauffant indirectement dans un four à cuve bien connu, ces oxydes ferriques étant introduits dans la zone de combustion par le moyen d'un ou plusieurs dispositifs sous la forme de tubes d'alimentation du four,la pénétration des oxydes dans le four s'effectuant de la partie supérieure à la partie inférieure.Then, these ferric oxides which contain oil or to which waste oils or residual oils have been added are subjected to preheating at approximately 400 ° C. or at slightly higher temperatures, by heating them indirectly in a shaft furnace. well known, these ferric oxides being introduced into the combustion zone by means of one or more devices in the form of furnace supply tubes, the penetration of the oxides into the furnace taking place from the upper part to the part lower.
Les liquides huileux adhérés aux matériaux résiduels donnent lieu à la formation d'une pression à laquelle est soumis le mélange de vapeur et de gaz, que l'on met à profit dans les dispositifs d'alimentation pour exercer une pression orientée vers le bas sur la zone de combustion des matériaux introduits, c'est à dire sur les matériaux résiduels mentionnés plus haut, car les dispositifs d'alimentation sont fermés vers le haut et vers l'extérieur, de la façon habituelle bien connue pour l'alimentation des hauts fourneaux.The oily liquids adhered to the residual materials give rise to the formation of a pressure to which the mixture of vapor and gas is subjected, which is used in the supply devices to exert a pressure directed downwards on the combustion zone of the materials introduced, that is to say on the residual materials mentioned above, since the feed devices are closed upwards and outwards, in the usual way well known for feeding the tops stoves.
Le préchauffage indirect est réglable au moyen de dispositifs de réglage de l'alimentation, de façon à obtenir, d'une part une pression suffisante du mélange de vapeur et de gaz et, d'autre part, qu'il reste encore assez d'éléments de suppport ou d'apport d'énergie pour le traitement, sur les surfaces des matériaux de combustion dans la zone de combustion du four à cuve, ce qui fait que les matériaux résiduels se mélangent rapidement avec le métal fonduIndirect preheating is adjustable by means of feed adjustment devices, so as to obtain, on the one hand, a sufficient pressure of the mixture of steam and gas and, on the other hand, that there is still enough elements for supporting or providing energy for the treatment, on the surfaces of the combustion materials in the combustion zone of the shaft furnace, so that the residual materials mix quickly with the molten metal
Les avantages principaux obtenus avec le procédé selon l'invention seraient les suivants:The main advantages obtained with the process according to the invention would be the following:
Tous les supports d'énergie pour le traitement, comme, par exemple, les huuiles ajoutées aux oxydes ferriques, qui peuvent être des huiles usées ou résiduelles, ainsi que des huiles provenant d'usinage ou autres, en général des supports d'énergie, sont brûlés de façon optimale à une température supérieure à 1.500°C qui est une température proche de celle de fusion de l'acier (1.600°C), cette combustion s'effectuant sur des surfaces relativement importantes. Ces huiles ou ces supports d'énergie sont détruits de façon plus sûre que de la façon habituelle, avec, en cas de nécessité, la possibilité d'insuffler de 1'oxygène pour activer la combustion.All energy carriers for processing, such as, for example, oils added to ferric oxides, which may be used or residual oils, as well as oils from machining or the like, generally energy carriers, are burned optimally at a temperature above 1,500 ° C which is a temperature close to that of steel melting (1,600 ° C), this combustion taking place on relatively large surfaces. These oils or these energy carriers are destroyed more securely than in the usual way, with, if necessary, the possibility of blowing oxygen to activate combustion.
Un deuxième avantage à faire ressortir consiste en ce que la chambre du four à cuve dans laquelle pénètre le dispositif d'alimentation jusqu'à parvenir à la zone de combustion inférieure du four à cuve, entoure ce dispositif au moyen d'une chambre de four libre, relativement haute et de volume important dans son ensemble, ce qui permet ainsi d'obtenir une combustion supérieure optimale et sûre moyennant un apport d'air secondaire ou d'oxygène pur.A second advantage to be highlighted consists in that the chamber furnace chamber into which the feed device penetrates until it reaches the lower combustion zone of the comb furnace, surrounds this device by means of an furnace chamber free, relatively high and of large volume as a whole, which thus allows an optimal and safe superior combustion to be obtained by means of a supply of secondary air or pure oxygen.
Cette possibilité comporte spécialement l'avantage de permettre que les huiles usées ou résiduelles (contenant du PBC) soient détruites avec une plus grande sécurité qu'avec les méthodes traditionnelles.This possibility especially has the advantage of allowing used or residual oils (containing PBC) to be destroyed with greater safety than with traditional methods.
En troisième lieu, et au moyen de la combustion spontanée et intensive, assurée par les grandes surfaces de combustion, on obtient une transformation rapide des matériaux résiduels, qui se mélangent avec le métal fondu, ce qui fait que l'oxydation se maintient à un niveau très bas, ce qui est spécialement important pour l'utilisation de copeaux provenant de travaux de tournage ou autres travaux d'usinage.Thirdly, and by means of spontaneous and intensive combustion, ensured by the large combustion surfaces, a rapid transformation of the residual materials is obtained, which mix with the molten metal, so that the oxidation is maintained at a very low level, which is especially important when using chips from turning or other machining jobs.
En quatrième lieu, dans le foyer du four à cuve où sont reçus les produits de fonderie, on peut fabriquer directement de l'acier, moyennant un traitement métallurgique de réduction en partant de l'oxyde ferrique fondu, avec la possibilité d'utiliser aussi d'autres éléments en plus du fer brut ou fer liquide.Fourth, in the hearth of the shaft furnace where the foundry products are received, steel can be manufactured directly, by means of a metallurgical reduction treatment starting with molten ferric oxide, with the possibility of also using other elements in addition to raw iron or liquid iron.
Le procédé décrit permet, pour la première fois, la fabrication directe d'acier, de façon continue, en partant de l'oxyde ferrique, ce qui n'avait pu être obtenu auparavant avec aucun autre procédé, cette transformaton de l'oxyde ferrique pouvant être effectuée, d'une part dans le foyer du four et, d'autre part, par le procédé mentionné plus haut de fabrication de l'acier dans un convertisseur.The process described allows, for the first time, the direct manufacture of steel, continuously, starting from ferric oxide, which could not have been obtained before with any other process, this transformation of ferric oxide. which can be carried out, on the one hand in the furnace hearth and, on the other hand, by the method mentioned above of manufacturing steel in a converter.
Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.Of course various modifications can be made by those skilled in the art to the devices or methods which have just been described solely by way of non-limiting example without departing from the scope of the invention.
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