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PROCEDE ET INSTALLATION POUR L'ELABORATION DE L'ACIER.
Dans le brevet belge 471.142; il est quéstion d'un procédé d'éla- boration de l'acier par conversion de fonte en fusion dans lequel on insuffle dans le bain métallique un mélange gazeux contenant notamment de l'oxygène, au moins un gaz'oxydant à décomposition endothermique et de l'azote, dans des conditions telles que le volume d'azote insufflé dans le bain pendant toute la durée du traitement soit, au maximum, égal au volume de l'ensemble des au- tres gaz.
Ce procédé a été proposé dans le but de permettre l'élaboration par conversion, l'acier ayant une teneur en azote moindre que l'acier obtenu par conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air faiblement enrichi en oxy- gèneo
Dans la mise en oeuvre de ce.procédé, on s'est heurté à des dif- ficultés provenant de ce que, contrairement à ce qui se passe dans un procé- dé de conversion à l'air ordinaire ou à l'air légèrement enrichi en oxygène, la relation entre la température du bain et l'aspect des flammes à la sortie du convertisseur (relation connue par les hommes de métier par suite de leur longue pratique du contrôle de la conversion à l'air ordinaire ou à l'air en- richi en oxygène), ne se vérifie plus du tout,
On ne dispose par conséquent pas actuellement de moyens simples pour conduire le soufflage suivant ce pro- cédé de façon à assurer la bonne température finale du bain.
La présente invention a comme objet une variante du procédé sus- dit grâce à laquelle il est possible d'obtenir à coup sûr un acier qui, au moment où il a la composition chimique désirée, se trouve également à la tem- pérature qui convient pour sa coulée.
Suivant l'invention, on utilise une charge dont l'ensemble des caractéristiques physiques et/ou chimiques est tel que, par rapport à une char- ge qui serait à utiliser pour réaliser une conversion normale par soufflage à l'air de concentration a en oxygène, elle ait apporté, en fin de conversion, une quantité de chaleur supplémentaire suffisante pour compenser le mali ca- lorifique à résulter de l'emploi, pour le soufflage, du mélange-susdit, au
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lieu de l'air de concentration a en oxygène.
Dans la phrase précédente, la notation a désigne la teneur en oxy- gène du mélange d'azote et d'oxygène utilisé pour la conversion normale.. Si on utilise l'air atmosphérique, a vaut donc 21% tandis qu'il a une valeur plus élevée mais généralement pas supérieure à 40% quand on utilise de l'air enrichi en oxygène pour effectuer la conversion normale.
En d'autres termes, au lieu de chercher à conduire le soufflage par modification de la composition du mélange gazeux, pendant la conversion d'une charge donnée analogue à une charge utilisée en conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air légèrement enrichi en oxygène, de manière à obte- nir la bonne température de coulée du bain, au moment où celui-ci a la compo- sition chimique désirée, on choisit à priori un programme de soufflage pour lequel, comme dans le brevet belge 471.142 le volume d'azote soufflé dans le bain pendanttoute la conversion est au maximum égal au volume des autres gaz introduits dans le bain pendant toute la conversion et, de préférence, au maximum égal à un tiers -du volume des autres gaz introduits dans le bain pen- dant toute la conversion,
et on adapté la température d'enfournement et la composition chimique de la charge traitée suivant l'invention de manière à obtenir avec certitude la bonne température de coulée du bain au moment où celui-ci possède la composition chimique désiréeo
Supposons qu'on soit habitué à traiter par conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air enrichi en oxygène, une charge qui contient par tonne de fonte c kilos de carbone, so kiles de silicium, Po kilos de phospho- re, m kilos de manganèse, Fo kilos de mitrailles, Lo kilos d'oxydes de fer (de composition moyenne Fe2o3) , Ko kilos de chaux (Les quantités Fo, Lo, Ko peuvent être nulles).
On connaît donc, pour cette charge, le nombre Yo de môles d'oxy- gène à insuffler dans le bain par tonne de fonte pour effectuer la conversion normale dans l'installation dont on dispose. Puisqu'on connaît la teneur en oxygène de l'air utilisé, on connaît en outre le nombre N o de môles d'azote insufflé dans le bain, par tonne de fonte, pendant cette conversion. On con- naît également les températures d'enfournement de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer introduits sous forme de pailles de laminoirs.ou de mine- rais et de la chaux.
Si ces différentes valeurs ne sont pas connues, on peut, pour les déterminer,effectuer préalablement une conversion normale de référence dans des conditions de durée, de température de la cornue et de la composition fi- nale du bain, analogues à celles qui seront réalisées dans la conversion sui- vant l'invention.
On décide alors d'effectuer la conversion au moyen d'un mélange gazeux dont la composition peut varier pendant la conversion suivant un pro- gramme prédéterminé et dont la composition globale correspond à N môles d'a zote, G môles d'anhydride caroonique et H môles d'hydrogène pour Y môles d'oxy- gène. Conformément au procédé suivant le brevet 4710142, 'On doit avoir N¹Y + G + H On tient compte en outre de ce qu'une des deux valeurs G ou H peut être nulle et de ce que le rapport @ doit être d'autant plus N + G + H faible que les revêtements du convertisseursont moins réfractaires.
On détermine ensuite les nombres de kilos, par tonne de fonte, de carbone, de silicium, de phosphore, de manganèse, de mitrailles, d'oxyde de fer et de chaux que la charge à enfourner doit contenir pour que, lorsque le soufflage qu'on s'est imposé sera terminé, on obtienne simultanément la com position désirée de l'acier et la température optimum de coulée de cet acier.
, Supposons que les nombres c kilos de carbone et m kilos de manga- nèse par tonne de fonte soient les mêmes que dans le cas de la fonte traitée en conversion normale et que les nombres de kilos de silicium,de phosphore, de mitrailles, d'oxydes de fer et de chaux, par tonne de fonte, désignés res- pectivement par s, p, F, L et K soient différents de so, Rp Fo, Lo et ko.
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Supposons encore que les températures d'enfournement respective- ment de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer et de la chaux soient dif- férentes de celles des mêmes éléments constitutifs de la charge traitée en conversion normale. Désignons par t, tF ,tL , tk les températures d'enfour- nement respectivement de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer et de la chaux de la charge traitée suivant l'invention et par to, tof, toL, toK les températures d'enfournement respectivement de-ces mêmes éléments constitutifs de la charge traitée en conversion normale.
Désignons par cF la chaleur spécifique moyenne des mitrailles en- tre 0 degré centigrade et tF degrés centigrades, et par cof la chaleur spéci- fique moyenne des mitrailles entre 0 degré centigrade et toF degrés centigra- des. De manière analogue, désignons par eL et coL, par ck et ook les chaleurs spécifiques moyennes entre 0 degré et les températures d'enfournement de tL degrés centigrades et de toL degrés centigrades pour les oxydes de fer, de tk degrés centigrades et de toK degrés centigrades pour la chaux.
La température du bain à la fin de la conversion par le procédé suivantl'invention sera la même que celle à la fin de la conversion normale d'une charge normale si la somme des bonis calorifiques est compensée par la somme des malis calorifiques.
Par tonne de fonte, les bonis calorifiques obtenus dans le procé- dé suivant l'invention peuvent s'exprimer comme suit :
1 - environ 70000 (s-so) calories provenant de la combustion d'une quantité supplémentaire de (s-so kilos de silicium.
2 - environ 6.000 (p-po) calories provenant de la combustion d'une quantité supplémentaire de (p-po) kilos de phosphoreo
3 - environ 320 (Fo-F) calories provenant de ce que la quantité de mitrailles à échauffer est réduite de (Fo-F) kilos.
4 - environ 1.200 (Lo-L) calories provenant de ce que la quanti- té d'oxydes de fer introduite dans la charge est réduite de (Lo-L) kilos.
5 - environ 340 (Ko-K) calories provenant de ce que la quantité de chaux à échauffer est réduite de (Ko-K) kilos.
6 - environ 11,6 (Yo-Y) calories provenant de. ce que la quantité d'oxygène à échauffer est réduite de (Y-Y) môleso
7 - environ 10 (N-N) calories provenant de ce que la quantité d'azote à échauffer est réduite de (N-N) moles.
8 environ 150(t-to) calories provenant de ce que la températu- re d'enfournement de la fonte est augmentée de t-to degrés centigrades.
9 - environ (CFFtF coFFtoF) = WF calories provenant de ce que la température d'enfournement des mitrailles est augmentée de (tF-toF) degrés centigrades.
10 -environ (cLLtL - coLLotlO) WL calories provenant de ce que la température d'enfournement des oxydes de fer est augmentée de (tL-toL) de- grés centigrades.
11 -environ (cKt - cok -= WK calories provenant de ce que la température d'enfournement de la chaux est augmentée de (tk-tok)
Le replacement de l'air atmosphérique ou de l'air enrichi en oxy- gène par un mélange, désigné ci-après sous le nom de mélange oxycarbonique, contenant, en plus d'oxygène et d'azote, au moins un gaz à décomposition en- dothermique (anhydride carbonique et/ou vapeur d'eau) donne lieu à une perte de chaleur qui peut s'exprimer par la somme des malis calorifiques suivants;
1 - environ 17,4 G calories provenant de l'échauffement des G moles d'anhydride carbonique introduites dans le bain.
2 - environ 15 H calories provenant de l'échauffement des H môles
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de vapeur d'eau introduites dans le bain.
3 - environ 68xG calories absorbées par la dissociation d'une fraction x des G môles d'anhydride carbonique introduites dans le bain.
4 - environ 57,8xH9 calories absorbées par la dissociation d'une fraction x des H môles de vapeur d'eau introduites dans le bain.
En première approximation, on peut prendre pour x la valeur 0,8.
Eventuellement,on peut déterminer plus exactement la valeur de x par une .., conversion de contrôle,de la manière qui sera indiquée plus loin.
La condition d'obtention de la même température en fin de conver- sion suivant l'invention et en fin de conversion normale d'une charge normale s'exprime donc par 7.000 (s-so) + 60000 (P-Po) + 320 (F-F) + 1.200 (L-L) + 340 (Ko-K) + 11,6 (Yo-Y) + 10 (No-N) + 150 (t-to) + WF + WL + WK [(17,4G + 15 H) + x(68 G + 57,8 H0 = 0 . 91)
Pour déterminer x au cours d'une conversion de contrôle, on choisit pour x, une valeur X quelconque (de préférence, plus grande que la valeur probable réelle, x, correspondant aux conditions de travail envisagées).
On introduit cette valeur X dans l'expression (1) et on en déduit, par la mé- thode indiquée ci-après, et eu égard à la valeur X du coefficient de dissocia- tion, la valeur des corrections à apporter à la constitution d'une charge nor- male pour conversion à l'air, en vue de réaliser une conversion correcte par le mélange utilisé suivant l'invention. On effectue alors la conversion exac- tement dans les conditions pour lesquelles on désire connaître la valeur moyenne réelle du coefficient de dissociation. Au moment où le bain métal- lique atteint la composition désirée, on arrête le soufflage et on mesure la température du bain.
Si on appelle e l'excès, en degrés centigrades, de la température ainsi mesurée sur la température optimum à réaliser en conversion normale (e est positif si la température mesurée est supérieure à la tempéra- ture optimum souhaitée et négatif dans le cas contraire), on trouve la valeur moyenne réelle x du coefficient de dissociation pour les conditions de travail envisagées, en résolvant 1'équations
EMI4.1
25 + 139xr + 36r = 25 + 139Xr + 36r - 150e 2 + xr 2 + Xr Y dans laquelle r = G + H Y
En pratique,
on peut s'écarter légèrement de la température de la conversion normale. Il est préférable d'obtenir une température finale légèrement plus élevée que celle de la conversion normale plutôt qu'une tem- pérature légèrement plus basse de sorte qu'il vaut mieux donner à cette re- lation une valeur .un peu supérieure à zéro L'expérience montre que si le nombre de calories contenues dans une tonne d'acier en plus de celles néces- saires pour amener celui-ci à la température optimum de coulée ne dépasse pas 150000, on obtient de bons résultats.
On peut alors écrire la relation :
EMI4.2
0<'ïo00G(s-so)+6o000(p-po)+320(Fo F)+1a200(Lo L)+3L0(Ko-K)+11,6 (Yo-Y) +10 (No-N) +150 (t-to)+WF+WL+WK- (17,4+15r)+X(6+7,)15s000 (2) -De préférence,,on s'impose pour cette somme algébrique une valeur comprise entre 0 et 60000 calories.
Si on voulait s'imposer une température finale légèrement inférieu- re à celle obtenue en conversion normale, il suffirait de rendre négative la somme algébrique susdite.
Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on doit observer les conditions complémentaires enseignées par la pratique bien con- nue des aciéristes, à savoir :
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a) la relation entre la quantité K de chaux à utiliser et la te- neur en phosphore p de la fonte. b) les valeurs limites à ne pas dépasser pour s et p
On peut alors déterminer par des méthodes bien connues en aciérie, le nombre total Y de môles d'oxygène à introduire dans un bain hypothétique pour oxyder les éléments oxydables de la charge à traiter suivant l'invention.
Si T est ce nombre, on peut écrire qu'on a approximativement mais d'une manière suffisamment exacte pour les besoins de la pratique
Y = T - (G+H) - 6L.
2
Puisqu'on s'est préalablement fixé la composition globale du gaz, on peut déduire N, G et H quand on connaît Y pour ce bain hypothétique.
Puisqu'on connaît Yo, No, So p f Lo, Ko par la conversion normale de référence, on peut résoudre la relation (2) par approximations successives.
On commence par introduire dans cette relation des valeurs des paramètres s, p, F, L, K compatibles avec la pratique courant en conversion normale et on calcule le deuxième membre de la relation (2)
Si la valeur ainsi trouvée.n'est pas comprise entre 0 et la va- leur maximum qu'on s'est imposée (par exemple 150000), on modifie dans un sens convenable un ou plusieurs des paramètres déterminant la composition de la charge à traiter. Eventuellement, on modifie aussi la composition du mélange. Puis on recommence les calculs jusqu'à ce que la relation (2) soit satisfaite.
On cannait alors tous les paramètres qui définissent la charge et on peut déterminer la vraie valeur de T et, par conséquent, les vraies va- leurs de Y N, G et H.
On recommence le calcul du deuxième membre de la relation (2) à l'aide de ces nouvelles valeurs. Si cette relation n'est pas satisfaite, on modifie dans un sens convenable les paramètres caractéristiques de la charge et, éventuellement, du mélange. On continue ainsi par approximations succes- sives jusqu'à obtention pour le second nombre de la relation (2) d'une valeur comprise entre 0 et la valeur maximum qu'on s'est'imposée.
Si, au lieu d'utiliser un mélange gazeux de composition variable suivant un programme prédéterminé pour toute la durée de la conversion et dont on connaît la composition globale, on décide d'effectuer toute- la conversion au moyen d'un mélange oxycarbonique de composition constante pour lequel on a N<Y+G+H ou, de préférence,, N<1/3 (Y+G+H), on peut aussi avoir comme conditions avantageuses 2Y > (N+1,5G+1,3H)> 1,4Y (3)
N<0,1(G+H) avec G ou H éventuellement nul
L'emploi, pendant toute la durée du soufflage, d'un mélange oxy- carbonique de composition satisfaisant à la relation (3) (où.G ou H peut être nul), impose l'utilisation d'une charge plus chaude (chimiquement et/ou phy- siquement) que-pour une conversion par insufflation, durant toute l'opéra- tion, d'air atmosphérique,
cette conversion étant effectuée dans les mêmes conditions que la conversion suivant l'invention, notamment quant à la durée des opérations, la température de la cornue et la composition finale du bain.
En conséquence, si l'on effectuait cette conversion par l'air, la températu- re finale du bain dépasserait la température atteinte dans la conversion ef- fectuée suivant l'inventiono
Si on effectue la conversion en deux phases, à savoir, d'abord un soufflage à l'air enrichi en oxygène, d'une valeur b en oxygène comprenant Ya môles d'oxygène pour N1 môles d'azote avec b = Y1 avantageusement com- Y1+N1 pris entre 0,3 et 0,4 et ensuite.
un soufflage au moyen d'un mélange oxycarbo-
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nique contenant Y2 = Y=y1 môles d'oxygène, N2 = N-Nl môles d'azote pour G môles d'anhydride carbonique et/ou H môles de vapeur d'eau, on s'arrange é- galement pour avoir
EMI6.1
(Nl+N2) (Yl+Y2)+G+H et, de préférence, (N i+N2) <1 [(.YlY2) +G+H)j
En outre, on peut aussi avoir comme conditions avantageuses
2Y2> (N+1,5G+1,3H) 1,4Y2 (4)
N2<0,1(G+H) avec G ou H éventuellement nul.
L'emploi, pendant la seconde phase du soufflage, d'un mélange oxy- carbonique de composition satisfaisant à la condition (4) (où G ou H peut être nul) impose l'emploi d'une charge plus chaude (chimiquement et/ou physiquement) que pour une conversion par insufflation, durant toute l'opération, d'air de concentration-b en oxygène-, cette conversion étant effectuée dans les mêmes conditions que la conversion suivant l'invention, notamment quant à la durée des opérations, la température de la coppue et la composition finale du bain. En conséquence, si l'on effectuait cette conversion par l'air de con- centration b en oxygène, la température finale du bain dépasserait la tem- pérature atteinte dans la conversion suivant l'invention.
Pour ne pas détériorer le revêtement du convertisseur ou ne pas figer le bain, il faut évidemment éviter d'effectuer des variations de la composition du mélange oxycarbonique telles que pendant certaines périodes le mélange soit très riche en oxygène et très pauvre en anhydride carbonique et/ou en vapeur d'eau et inversément. Il est avantageux de ne pas s'écarter de la composition moyenne du mélange oxycarbonique à insuffler, dans une pro- portion telle que l'effet thermogène s'écarte de plus de 25 %de sa valeur moyenne.
Cet effet thermogène est caractérisé par le rapport n +1,5g+1,3h y dans lequel n, g, h et y désignent les nombres de môles respectivement d'a- zote, d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau et d'oxygène qui seraient ih troduites dans le bain pendant une même fraction (au minimum de l'ordre de 2 minutes) de la durée de la partie de la conversion à l'aide du mélange oxy carbonique et sa valeur moyenne se trouvant réalisée dans le cas où les quan- tités N, G, H, Y respectivement d'azote, d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau et d'oxygène à introduire dans le bain pour l'ensemble de la dite par- tie de la conversion y pénétreraient sous forme d'un mélange de composition constante.
En d'autres termes, on ne cherche pas à s'écarter du programme de soufflage qu'on a choisi, pour tenir compte de facteurs qui, d'après ce qu'on pourrait croire, manifesteraient leurs effets au cours du soufflage en dehors des prévisions faites avant celui-ci. On se contente donc de subir éventuellement les variations de soufflage auxquelles les imperfections de l'installation de soufflage peuvent donner lieu, en dehors de celles prévues par le programme de soufflage.
Dans un but de simplification de l'exposé, nous avons supposé plus haut que ;La teneur c en carbone et la teneur m en manganèse étaient les mê- mes dans la charge normale de référence et dans la charge traitée par le pro- cédé suivant l'invention. Il est à noter que cette simplification est par- faitement admissible parce que, en pratique, les variations de c et de m qui se présentent d'une fonte à l'autre ne donnent lieu qu'à de faibles varia- tions des quantités de chaleur développées dans le bain.
REVENDICATIONS.
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