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L'affinage de fonte brute, effectué dans un convertisseur à in- sufflation par le fond à l'aide des divers agents d'affinage connus., tels que du vent normal ou du vent enrichi en oxygène, est caractérisé en ce qu'on affine les uns après les autres suivant des lois physico-chimiques, les éléments renfermés dans la fonte brute, et notamment en commencant par le silicium, le manganèse? le carbone, puis le phosphore, seulement après formation d'une scorie bien liquide. Suivant la teneur en phosphore de la fonte brute.9 il se produite après la combustion du carbone, une dé- phosphoration plus ou moins longue. La teneur finale en phosphore de l'acier détermine simultanément la teneur en fer de la scorie.
Pour l'industrie sidérurgique, il est d'un grand intérêt d'af- finer une fonte brute renfermant du phosphore, de manière que le phosphore contenu dans le fer soit partiellement ou totalement éliminé déjà avant ou pendant la période de décarburation, pour raccourcir la période de déphosphoration ou la période d'insufflation ultérieure, et pour terminer, dans le cas d'une séparation antérieure du phosphore., la totalité du pro- cessus à une teneur plus élevée en carbone. Ce mode de travail apporte des avantages du point de vue métallurgique et technologique, en ce sens que la scorification du fer ne dépend pas de la teneur en phosphore, mais alors de la teneur résiduelle en carbonée et qu'une carburation supplémentaire du bain n'est plus nécessaire pour obtenir des résistances plus élevées de l'acier.
Les essais effectués jusqu'à présent en convertisseur à insufflation par le fond ont montré qu'un déplacement préalable du phosphore n'est pratiquement pas possible, car on ne peut maintenir sans autres diverses conditions. Lorsque le bain de fonte brute est affinée avec les gaz d'affinage mentionnés connus, dans un temps très court de l'ordre de 8 à 12 minutes, il se produit une vitesse élevée de décarburation qui empêche la formation de scories renfermant du sesquioxyde de fer. La déphosphoration n'est toutefois seulement possible qu'en présence de scories basiques renfermant du protoxyde de fer.
Une déphosphoration dans la période de décarburation n'est alors possible que lorsque l'opération de fusion, dans un convertisseur à insufflation par le fonde est- exécutée de manière que la vitesse de décarburation ne dépasse pas une vitesse d'environ 0,20 à 0?25%/minute. Dans'le cas d'une teneur moyenne en carbone de l'ordre de 3,5% de la fonte brute,, la vitesse de décerburation la plus élevée doit donner lieu à une durée d'insufflation d'au moins 18 minutes.
Pour atteindre un temps d'insufflation de 18 minutes, il y a lieu de déterminer, suivant la taille du convertisseur, la section correspondante d'insufflation par le fond en fonction, des rapports de la pression d'insufflation. La déphosphoration au cours de la période de décarburation n'est toutefois possible que lorsqu'on prend soin, à coté de la vitesse minime de décarburation, de veiller à la formation, depuis le début de la fusion, d'une scorie basique, liquide, renfermant du protoxyde de fer. Pour la formation d'une scorie liquide, basique, renfermant du protoxyde de fer, du minerai est par exemple approprié. L'addition de minerai pour la formation d'une scorie basique, liquide, renfermant du protoxyde de fer, pose cependant des conditions déterminées quant à l'économie de chaleur d'une processus normal au convertisseur.
Lorsqu'on utilise du vente l'excès de chaleur est si minime qu'en ajoutant., par exemple, du minerai, on ne peut assurer la formation de scories liquides. A vrai dire, un vent fortement enrichi en oxygène améliore les conditions, mais n'est pas exploitable pratiquement par suite de la durabilité moindre du fond qui en résulte.
Pour cette raison, on a déjà proposé d'affiner la fonte brute dans un récipient en forme de pot, sans fond à tuyères, à l'aide d'un courant d'oxygène pur insufflé à l'aide d'une lance, à une vitesse supersonique. Linconvénient d'un tel mode opératoire est qu'il en résulte une vitesse de décarburation extrêmement lente et un long temps d'insufflation
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correspondante durant de 50 à 80 min.aies> pour le soufflage d'une fonte brute renfermant du phosphore.
Le procédé mis en oeuvre dans un convertisseur à insufflation par le fonde fonctionnant avec du vent normal ou avec du vent enrichi en oxygèneremédie par contre à cet inconvénient parce que les gaz insufflés
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par le fond assurent, à coté de 1"opération d'affinage un effet d'agitation dans le bain fondue effet auquel on ne saurait renoncer si l'on désire travailler économiquement.
La présente invention a pour but d'améliorer ce procédé, de manière à pouvoir, en le mettant en oeuvre.,, fabriquer d'une façon économique à partir de fontes brutes renfermant du phosphorée des acider de haute qualité.
L'invention propose un procédé pour fabriquer., dans un convertisseur normal à insufflation par le fond, fonctionnant avec du vent normal ou avec du vent enrichi en oxygène., des aciers de haute qualité à partir de fontes brutes renfermant du phosphore., ledit procédé étant caractérisé en ce que tout en ajoutant au bain de temps à autre;, suivant le besoin, sous des pressions et vitesses minimes, des gaz enrichis en oxygène,on assure pendant la période de décarburation une déphosphoration anticipée, partielle ou totale., en amenant au bainq en continu ou par intermittence;
dépuis le début de la fusion des porteurs d'oxygène exerçant une action de refroidissement ce qui donne lieu à la formation rapide de scories
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liquidés> basiques., renfermant du protoxyde de fer, en même temps que la vitesse de décarburation se trouve réduite et est de l'ordre de 0,20 à 0.,25%/minute.
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Il s "est avéré particulièrement avantageux., pour la mise en oeuvre du procédés d'amener en continus à la masse fondue, déjà au début de 15'opération d$affinage, en tant que porteur d'oxygène exergant une ac- tion de refroidissement.,et en vue de donner lieu à la formation rapide de scories liquides, basiques.,renfermant du protoxyde de fer, du minerai, tandis que les formateurs de scories par exemple de la chaux., sont ajoutés d'un coup au début ou bien par petites portions,, soit en continu, soit par intermittence, au cours de l'opération d'insufflation.
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De plus., il s9est avéré particulièrement avantageux, que les gaz riches en oxygène insufflés supplémentairement au bain de temps à autre, suivant le besoin, par exemple à l'aide d'une lancée pour donner lieu à la formation d'une scorie liquide.9 basique, renfermant du protoxyde de fer,
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soient constitués par un mélange d'oxygène et de vapeur d'eauo Avec ce mélanges on oxyde fortement la surface du bain et en même temps on la re- froidit, ce qui favorise la déphosphoration et provoque la décarburation anticipée
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Il va de soi que les porteurs d9oxygène provoquant la formation de la scorie liquide, basique renfermant du protoxyde de fer, peuvent être mélangés dans des proportions quelconques.,
satisfaisant toutefois aux con- ditions posées pour adapter le bain à l'économie de chaleur nécessaire. Une
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caractéristique de 19invention qui favorise avantageusement l'adaptation du procédé à divers rapports de fonctionnement, réside, par suite, dans le fait que pour la formation de scories liquidesbasiques., renfermant du protoxyde de fer, on utilise des porteurs d'oxygène quelconques dans des rapports de mélange dépendant les uns des autres.
Il s'est avéré qu'une réduction de la section d'insufflation du fond à tuyères était avantageuse pour obtenir la vitesse minime de décarburation nécessaire suivant l'invention, c'est-à-dire pour prolonger volon-
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tairement le temps d-'insufflation. Une caractéristique de l'invention consiste donc, pour obtenir une vitesse moindre de décarburation et pour prolonger volontairement le temps d'insufflation9 à réduire la section d'insuf- flation du fond à tuyères.
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Il s'est avéré avantageux, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention de maintenir lors de l'insufflation de gaz riches en oxygène, la vitesse d'insufflation et la pression d'insufflation suf- fisamment basses pour que de l'oxygène ne pénètre pas dans le bain, mais provoque à la surface du bain une oxydation du fer en vue de liquéfier la scorie.
Le gaz este par exemple insufflé sous une pression de 3 à 5 at- mosphères au-dessus de la pression atmosphérique. On empêche ainsi, outre le but de la formation rapide d'une scorie liquide, basique,, renfermant du protoxyde de fers une combustion supplémentaire des gaz brûlés? Il y a lieu de veiller à ce que le temps d'insufflation du courant de gaz insufflé supplémentairement dans le bain ne dure pas plus longtemps qu'il n'est nécessaire pour qu'il soit formé une scorie riche en fer suffisante pour une déphosphoration totale et qu'on ait atteint une large déphosphoration. Dans ce cas la concentration en oxygène doit être déterminée pour que le temps d'insufflation ne soit pas inférieur à 18 minutes, c'est-à- dire que la vitesse de décarburation ne dépasse pas 0,20 à 0,25% par minute.
Dans ce casl'opération d'affinage proprement dite a lieu à la manière usuelle à l'aide du gaz insufflé par le fond à tuyères du convertisseur.
Un autre avantage de l'insufflation d'un vent enrichi en oxygène ou de mélanges constitués par de l'oxygène et de la vapeur d'eau réside dans le ait qu'on empêche un développement supplémentaire de fumée brune qui a été constaté dans le procédé connu d'insufflation d'oxygène puro
On a déjà proposée il est vrai.. d'obtenir la séparation préalable du phosphore en utilisant, pendant toute l'opération d'affinage dans le convertisseur, des gaz oxygénés pour brûler intérieurement les gaz brûlés provenant du processus d'affinage au convertisseur, pour obtenir$ grâce à la chaleur supplémentaire ainsi formée., une liquéfaction supplémentaire de la scorie et ainsi une séparation du phosphore.
Le résultat est toutefois coûteux parce que la chaleur supplémentaire obtenue ne peut être mise à profit pour la scorie que dans une mesure minime et parce qu'en outree, sans FeO comme fondant, une liquéfaction de la scorie et une réaction de déphosphoration sont impensables. Cela veut dire que justement par suite de la température élevée., une déphosphoration supplémentaire ne se produit pas parce qu'une formation supplémentaire de sesquioxyde de fer est toujours associée à une vitesse élevée de décarburation.
La séparation antérieure du phosphore n'est donc possible, suivant la proposition conforme à l'invention, qu'en ajoutant constamment des porteurs d'oxygène exerçant une actionrde refroidissement, par exemple du minerai, tout en maintenant une vitesse de décarburation minime, tandis que par exemple l'addition du mineraià côté d'une amenée supplémentaire d'oxygène,, provoque en même temps un refroidissement du bain et de la scorie pour raccourcir la déphosphoration. Toutefois, l'insufflation d'oxygène sous l'une ou l'autre forme ne doit avoir lieu que pendant le temps nécessaire pour qu'il ne se produise pas d'élévation supplémentaire de la température du bain, car autrement, la température augmentant, la déphosphoration est liée à une décarburation renforcée.
Pour le procédé, il est essentiel d'ajouter des formateurs de scories, par exemple de la chaux, en une fois au début de l'opération d'insufflation ou par petites portions, en continu ou par intermittence pendant l'opération d'insufflation.
L'invention rompt maintenant avec les constatations faites jusqu'à présent d'après lesquelles il n'est pas possible., à la fois., de réaliser une séparation anticipée du phosphore et de terminer sans carburation la totalité du processus d'obtention d'un acier ayant une valeur plus élevée en carbone,, pour obtenir les avantages métallurgiques et technologiques mentionnés au début, tandis qu'on ouvre pour la première fois la
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voie à suivredans le cas d'un convertisseur à insufflation par le fond, pour obtenir le déclenchement anticipé de la déphosphorationo
Les exemples suivants illustrent 1$invention sans la limiter pour autant
EXEMPLE l.
On met en jeu 1,9 tonnes de fonte brute de la composition suivante :
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3,78 de C 0932i de Si 0 84% de Yen 1,62% de P
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<tb>
<tb> o,oo6% <SEP> de <SEP> N <SEP>
<tb>
On charge dans un convertisseur la fonte brute et 110 kg de
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chaux, puis soumet à 1-'insufflati n. La section d'insufflation du fond comporte 6 trous de 10mm = 4s75om Par le fonde on envoie du vent sous une pression de 1,8 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique.
Au bout de 30 secondes, on souffle sur la surface du bain de l'oxygène pur, à 1?aide d'une lance de 2cm de section et distante de 500 mm de la surface du bain. La pression est de 3 atmosphères au-dessus de la pression atmosphériqueAu bout de 3 minutes; on ajoute 110 autres kg de chaux et 100 kg de minerai. Au bout de 17 minutes., on enlève la lance et prélève dans le convertisseur incliné une prise d'essai qui renferme :
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064% de 0
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<tb>
<tb> Des <SEP> traces <SEP> de <SEP> Si
<tb>
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0 35 de Im 007% de P OeO25% de S 0,007% de N
Finalement pour continuer à décarburer l'acier, on n'a plus besoin de la lancée et on termine l'insufflation de la masse fondue, par
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le fond, avec un vent enrichi en oxygène (30% de 02). L'opération d'af finage est terminée au bout de 20 minutes.
La composition de l'acier obtenu est la suivante :
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0sii# de 0 O28% de Mn
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<tb>
<tb> 0,045% <SEP> de <SEP> P
<tb> 0,028% <SEP> de <SEP> S
<tb> 0,008% <SEP> de <SEP> N <SEP>
<tb>
L'acier n'a pas besoin d'être désoxydéo
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Comme gaz d5affinagee on délivre au convertisseur : Par le fond @ 175m3 normaux de vent = 36,6m3 normaux de 02 = 92m3 normaux par tonne de fonte brute et 88m3 normaux de 02 = 4,6m3 normaux par tonne de fonte brute.
Par la lance 79m3 normaux de 02 = 41,5m3 normaux par tonne de fonte brute.
EXEMPLE 2.
On met en jeu 2,05 tonnes de fonte brute de la composition suivante
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<tb>
<tb> 3,66% <SEP> de <SEP> C
<tb> 0,395 <SEP> de <SEP> Si
<tb>
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09% de yin
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<tb>
<tb> 1,7% <SEP> de <SEP> P <SEP>
<tb>
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0 1. de S
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<tb>
<tb> 0,0075 <SEP> de <SEP> N
<tb>
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Avant le début de l'insufflation; on charge 110 kg de chaux.
Par le fond du convertisseur redressé et présentant une section du fond de 4,75m2, on insuffle du vent sous une pression de 1,8 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique. Au bout de 30 secondes, on met la lance en action et soufflée sur la surface du bain, sous une pression de 3 atmosphères au-dessus de la pression atmosphériques un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée dans une porportion de 1:1 oLa distance de la tuyère à la surface du bain est de 400 millimètres environ. Au bout de 4 minutes, on ajoute 55 autres kg de chaux et 50 kg de minerai. Au bout de 8 minutes, on ajoute encore 50 autres kg de chaux.
A partir de la huitième minute, on insuffle par le fond un vent enrichi en oxygène (30% de 02) Au bout de 21 minutes, on enlève la lance et prélève dans le convertisseur incliné une prise d'essai de la composition suivante :
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<tb>
<tb> 0,22% <SEP> de <SEP> C
<tb> Des <SEP> tra- <SEP> de <SEP> Si
<tb> ces
<tb> 0,27% <SEP> de <SEP> Mn
<tb> 0,061% <SEP> de. <SEP> P <SEP>
<tb> 0,024% <SEP> de <SEP> S
<tb> 0,006% <SEP> de <SEP> N <SEP>
<tb>
Etant donné que,, pour le but envisagé, la masse fondue renferme encore trop de carbone, on termine l'insufflation par le fond jusqu'à avoir la composition suivante :
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<tb>
<tb> 0,05% <SEP> de <SEP> C
<tb> 0,024% <SEP> de <SEP> Mn
<tb> ),04% <SEP> de <SEP> P
<tb> 0,025% <SEP> de <SEP> S
<tb> 0,007% <SEP> de <SEP> N <SEP>
<tb>
Comme gaz d'affinages on délivre :
Par le fond : De la lère à la 8ième minute 66m3 normaux de vent = 32m3 normaux par ton- ne de fonte brute,\) de la Sème à la 22ème minute 114m3 normaux de vent = 55m3 normaux par tonne de fonte brute et 25m3 normaux de 02 = 12m3 normaux par tonne de fonte brute.
Par la lance : De la 30ème seconde à la 2lème minute 55m3 normaux de 02 = 27m3 normaux par tonne de fonte brute et 55m3 normaux de H20 = 27m3 normaux par tonne de fonte brute.
REVENDICATIONS
1 - Procédé de fabrication, dans un convertisseur normal à insufflation par le fond et fonctionnant à la manière usuelle avec du vent normal ou du vent enrichi en oxygène, d'aciers de haute qualité, à partir de fontes brutes renfermant du phosphore, caractérisé en ce que tout en ajoutant au bain, de temps à autre, suivant le besoin., sous des pressions et vitesses minimes, des gaz enrichis en oxygène,on assure pendant la période de décarburation une déphosphoration anticipée, par- tielle ou totale,en amenant au bain, en continu ou par intermittence, depuis le début de la fusion, des porteurs d'oxygène exerçant une action de refroidissement., ce qui donne lieu à la formation rapide de scories liquides,\) basiques,
renfermant du protoxyde de fers en même temps que la vitesse de décarburation se trouve réduite et est de l'ordre de 0,20 à 0,25% par minute.