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La présente invention est relative à un procédé de conversion de fonte en acier,au moyen d'au moins un mélange gazeux oxydant contenant, en volume, au moins environ 30% d'oxygène libre.
Dans le présent mémoire, l'expression "mélange gazeux oxydant" désigne uniquement, soit de l'air enrichi en oxygène, soit un mélange à ba- se d'oxygène et d'anhydride carbonique, ce dernier mélange ne contenant donc que peu ou pas de vapeur d'eau. L'expression "oxygène réactif" désigne conventionnellement l'oxygène libre dans le cas d'emploi d'air enrichi en oxygène ou l'oxygène libre augmenté de la moitié de l'oxygène combiné au carbone, dans le cas où on emploie un mélange contenant de l'oxygène et de l'anhydride carbonique.
Il est proposé d'ajouter à l'oxygène libre, la moitié de l'oxygè- ne combiné, pour tenir compte du fait qu'une partie de l'anhydride carboni- que se dissocie pendant son passage dans le bain.
L'expérience démontre que lorsqu'on utilise pour le soufflage des fontes, un mélange gazeux oxydant contenant au moins environ 30% d'oxy-d gène libre, il se produit, principalement après la période de décarburation intensive, c'est-à-dire lorsque la teneur en carbone du bain est tombée en- dessous de 1,5% environ, une quantité de fumées rousses d'oxyde de fer, beaucoup plus grande que dans les conversions effectuées à l'air atmosphé- rique. Cette quantité croit à mesure que s'achève la conversion et est d'autant plus grande que, toutes choses égales d'ailleurs, le mélange souf- flé est plus riche en oxygène. Cette surabondance de fumées rousses présen- te de multiples inconvénients. Lorsque ces fumées sont sensiblement plus intenses que dans le cas des versions habituelles, à l'air atmosphérique.
1 ) elles constituent une gêne considérable pour la population au voisinage de l'aciérie;
2 ) elles rendent fort difficile la détermination de la fin de la conversion, par l'observation de la flamme (observation visuelle ou à l'aide d'appareils optiques);
3 ) elles aggravent la perte de fer qui peut devenir très impor- tante principalement si l'on pousse loin la déphosphoration.
L'expérience a démontré que ces inconvénients ne se produisent pas, ou tout au moins qu'ils restent d'importance pratiquement négligeable, dans les conversions effectuées à l'aide d'un mélange à base d'oxygène et de vapeur d'eau et cela, quelles que soient les modalités de soufflage.
La production intense de fumées rousses est donc bien une parti- cularité propre aux mélanges gazeux riches en oxygène mais ne contenant pas (ou ne contenant que peu) de vapeur d'eau.
L'emploi d'un mélange à base d'oxygène et de vapeur d'eau présente, par contre, l'inconvénient de donner lieu à une détérioration rapide du fond du convertisseur quand celui-ci est en dolomie comme c'est nécessaire pour la conversion de fontes phosphoreuses. Pour combattre cette détérioration on a proposé de surchauffer le mélange à une température déterminée par les lois d'équilibre de la réaction.
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mais qui est pratiquement indépendante de la teneur en oxygène du mélange.
Pour diminuer les fumées rousses provenant de l'oxydation du fer, on a essayé de ralentir la conversion en diminuant la pression de souffla- ge, à la fin de la conversion, ou en utilisant pour toute la conversion, un convertisseur dont les tuyères ont une section individuelle plus faible que
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dans les convertisseurs pour la conversion à l'air atmosphérique.
L'exploitation de ces deux moyens est, en pratique, assez limitée, notamment parce qu'il y a pour chacun d'eux des valeurs minima en dessous desquelles il n'est pas permis de descendre sans compromettre la bonne te- nue du fond.
Le demandeur a trouvé que, dans le cas d'emploi d'un mélange oxy dant dont la teneur en oxygène libre est d'au moins environ 30% la cause principale de la formation des fumées rousses est le trop grand débit d'oxy- gène passant, par minute, dans chaque tuyère.
En. réduisant la pression de soufflage ou en réduisant la section des tuyères, on réduit évidemment le débit individuel en poids d'oxygène de chaque tuyère mais, comme déjà indiqué, la réduction admissible de la pression de soufflage ou de la section de chaque tuyère devient insuffisan- te lorsque la teneur en oxygène réactif du mélange est élevée.
La présente invention a comme objet un procédé dans lequel, grâ- ce à d'autres moyens, on abaisse le poids d'oxygène passant,par minute, dans chaque tuyère, à une valeur telle que malgré l'emploi, pour le souf- flage d'un mélange contenant plus de 30% d'oxygène libre, la production de fumées rousses ne soit pas sensiblement plus importante que dans les conver- sions habituelles à l'air atmosphérique.
Dans le procédé selon l'invention, on préchauffe le mélange de soufflage, tout au moins lorsque la teneur en carbone du bain est tombée à moins de 1,5% environ, à une température telle que, dans le cas d'emploi d'air enrichi en oxygène,le:poids d'oxygène réactif passant, par minute, dans chaque tuyère ne dépasse pas 1 kilo, tandis que, dans le cas d'emploi d'un mélange à base d'oxygène et d'anhydride carbonique, le poids d'oxygène réactif passant, par minute, dans chaque tuyère ne dépasse pas 1,4 kilo.
On peut évidemment chauffer, soit le mélange gazeux oxydant déjà formé, soit seulement un de ses constituants, et cela de telle manière que la densité du mélange à son entrée dans la boite à vent du convertisseur soit suffisamment faible pour que le débit maximum d'oxygène réactif susdit soit respecté.
Pour réduire à une quantité pratiquement acceptable la formation de fumées rousses, il suffit que le procédé suivant l'invention soit appli- qué à partir du moment où la'décarburation rapide est achevée c'est-à-dire quand la teneur en carbone du bain est tombée à moins de 1,5% environ.
On comprend toutefois que si, lorsque la teneur en carbone du bain est encore bien supérieure à 1,5% on utilise déjà un mélange gazeux oxydant chaud tel que celui qu'on doit utiliser quand la teneur en carbone est inférieure à environ 1,5% on n'a rien modifié au principe du procéda selon l'invention. Si on opère de cette façon, on allonge inutilement la durée de la conversion et on dépense inutilement de la chaleur pour chauffer trop tôt le mélange gazeux oxydant mais le résultat n'est pas moindre en ce qui concerne la formation de fumées que si on n'emploie le mélange chaud qu'après que la teneur en carbone du bain est tombée en dessous de 1,5% en- viron.
Il est à noter que le préchauffage du mélange gazeux dépuis le début de la conversion n'est pas l'équivalent d'une réduction de pression effectuée pendant tout le soufflage parce que dès qu'il pénètre dans le bain, le mélange gazeux oxydant forme des bulles qui prennent la pression du'bain, quelle que soit la pression sous laquelle le mélange est amené dans le bain.
Dans le cas connu où, pour effectuer la conversion de la fonte
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en acier, on utilise un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée, la surchauffe de la vapeur entrant dans le convertisseur doit nécessairement avoir lieu depuis le début du soufflage à l'aide du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau. Mais on n'a jamais proposé de limiter le débit en poids d'oxygène par minute pour chaque tuyère à une valeur maximum de 1,4 kilo.
Jusqu'à présent, dans tous les procédés où on utilise un mélange gazeux oxydant plus riche en oxygène libre que l'air atmosphère, on cher- che précisément à accélérer la conversion par l'augmentation de la riches- se en oxygène et, à ce point de vue, il peut sembler contre-indiqué de proposer un chauffage du mélange gazeux puisque cela a comme effet de ra- lentir la conversion.
Il peut même sembler absurde d'essayer de réduire les fumées rousses provenant de l'oxydation du fer, en augmentant la température du mélange gazeux oxydant qui provoque précisément cette oxydation.
Cependant, l'expérience démontre que la réduction du poids d'oxy- gène débité par minute, individuellement par chaque tuyère, a bien comme ef- fet de réduire les fumées rousses. Il est vrai que ce résultat avantageux n'est obtenu qu'en allongeant,toutes choses égales d'ailleurs,la durée de la conversion, mais on peut réduire cet inconvénient par une augmentation appropriée du nombre de tuyère du fond du convertisseur.
De préférence, dans le cas où on utilise de l'air enrichi en oxygène contenant, en volume, au moins 30% d'oxygène réactif, on chauffe cet air à une température telle que, pendant tout le temps où la teneur en car- bone du bain est comprise entre environ 1,5% et environ 0,5%, le poids d'oxy- gène passant, par minute, dans chaque tuyère, soit au maximum d'environ 0,8 kilo tandis que, tout au moins pendant la majeure partie de la suite de la conversion, on chauffe cet air à une température suffisante pour que le poids d'oxygène passant, par minute, dans chaque tuyère, soit au maximum d'environ 0,7 kilo.
De même, dans le cas où on utilise un mélange gazeux oxydant à ba- se d'oxygène et d'anhydride carbonique, on chauffe de préférence ce mélange gazeux oxydant à une température telle que, pendant tout le temps où la te- neur en carbone du bain est comprise entre environ 1,5% et environ 0,5%, le poids d'oxygène réactif passant, par minute, dans chaque tuyère, soit au maximum d'environ 1,2 kilo tandis que, tout au moins pendant la majeure par- tie de la suite de la conversion, on chauffe ce mélange à une température suffisante pour que le poids d'oxygène réactif passant, par minute, dans chaque tuyère, soit au maximum d'environ 1 kilo.
La température à laquelle le mélange oxydant doit être porté à son entrée dans la botte à vent pour obtenir le résultat recherché doit, toutes choses égales d'ailleurs, être d'autant plus élevée que la concentra- tion en oxygène réactif du mélange utilisé est plus grande et que la pres- sion de soufflage est, elle aussi, plus grande.
Il est à noter que bien qu'en principe on puisse, quelle que soit la teneur en oxygène réactif du mélange gazeux oxydant contenant au moins 30% d'oxygène libre, chauffer dans tous les cas à une température beaucoup plus élevée que celle qui est nécessaire pour ne pas dépasser le débit d'oxy- gène indiqué, il est préférable de ne pas porter le mélange à une températu- re très supérieure à celle suffisante pour maintenir dans les limites accep- tables, la formation de fumées rousses, parce qu'on aurait notamment l'incon- vénient de prolonger inutilement la'durée de la conversion, ce qui doit être évité du point de vue économique.
Lorsque la teneur en oxygène du mélange gazeux oxydant utilisé
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est élevée, et qu'il y a lieu de chauffer celui-ci fortement afin que le dé- bit en poids d'oxygène, par minute et par tuyère, ne dépasse pas la plus petite valeur qui a été indiquée comme débit maximum, il n'est pas indispen- sable de chauffer aussi fort à partir du moment où la teneur en carbone du bain atteint 1,5% Il suffit de chauffer de cette façon à partir du mo- ment où la teneur en carbone du bain tombe à 1% environ.
Lorsque la teneur en oxygène libre du mélange gazeux oxydant est supérieure à 30% il est nécessaire de chauffer le mélange à une températu- re d'au moins 130 c à partir du moment où la teneur en carbone du bain est tombée à 1,5% environ et cela, au moins pendant presque tout le reste du soufflage.
Dans le cas d'emploi d'air enrichi en oxygène contenant au moins 35% d'oxygène libre, on chauffe le mélange, au moins en fin de soufflage, de façon que sa température à proximité du convertisseur soit supérieure à 200 0..
Si le mélange soufflé contient plus de 45% d'oxygène réactif, le mélange doit 8tre chauffé,tout au moins en fin de conversion, à une tempé- rature comprise entre 200 C et 450 C.
Ces hautes températures doivent être maintenues au moins pendant la majeure partie de la déphosphoration.
Pour déterminer à quelle température il faut chauffer le mélange afin que le débit en poids d'oxygène, par minute et par tuyère, ne dépasse pas les valeurs indiquées ci-dessus, on mesure, en cours de soufflage, par exemple à l'aide d'un débit-mètre monté sur la conduite de soufflage, le vo- lume soufflé, par minute. Connaissant la composition du gaz oxydant utili- sé et le nombre de tuyères, on en déduit le poids d'oxygène soufflé par mi- nute et par tuyère. On peut alors facilement calculer la température à la- quelle il faut chauffer ce mélange pour ne pas dépasser le débit maximum à respecter, Il suffit d'appliquer l'équation caractéristique des gaz bien connue selon laquelle le poids spécifique d'un gaz est proportionnel à sa pression et inversement proportionnel à sa température absolue.
Si l'on diminue le diamètre des tuyères du fond du convertisseur, on peut porter le mélange à une température moins élevée. Par contre, si l'on augmente la pression de soufflage, il faut élever davantage la tempéra- ture du mélange.
L'invention a également comme objet un autre procédé ayant pour but d'éviter en fin de conversion la formation d'intenses fumées rousses, dans le cas de la conversion de fonte phosphoreuse en acier à faible teneur en phosphore .(acier contenant, par exemple, moins de 0,05% de phosphore).
Lorsque la teneur en phosphore est faible, par exemple, quand élis est tombée au-dessous de 0,1%, la déphosphoration devient relativement len- te. Il en résulte que, pendant cette dernière phase de la déphosphoration, la quantité de fumées rousses provenant de l'oxydation du fer devient rela- tivement importante et d'autant plus importante que:l'on pousse plus loin la déphosphoration.
Pour réduire cette oxydation, on prévoit, suivant l'invention, d'utiliser pendant cette dernière phase, un mélange dont le pouvoir oxydant est rendu inférieur à celui de l'air atmosphérique par la présence d'un com- bustible gazeux qui, au contact du bain, est réducteur ou neutre. En outre, la proportion d'oxygène libre dans ce mélange est* maintenue inférieure à 15%.
Ce mélange peut être obtenu, en mêlant à de l'air enrichi en oxy-
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gène ou à de l'oxygène, ou à un mélange d'oxygène et d'anhydride carbonique, un ou plusieurs gaz combustibles diluants qui, en présence du bain, se com- portent comme des gaz réducteurs ou des gaz neutres. Les gaz combustibles qui peuvent être utilisés dans ces conditions sont l'oxyde de carbone, l'hy- drogène ou des hydrocarbures.
La proposition d'introduire un gaz combustible dans un mélange de soufflage oxydant peut paraître surprenante parce que cette introduction doit faire craindre des explosions dans la conduite de soufflage. C'est pour éviter cet inconvénient qu'il est prévu de maintenir la teneur en oxy- gène libre en dessous de 15%.
De préférence, par mesure de sécurité, la richesse en oxygène libre du mélange de-soufflage final est maintenue en dessous de 10%
Il est à noter que ces richesses en oxygène libre peuvent être réalisées dans des mélanges dont le pouvoir oxydant, bien qu'inférieur à celui de l'air atmosphérique, est cependant supérieur à 15%Il suffit pour cela que le mélange contienne suffisamment d'anhydride carbonique qui con- tribue à augmenter le pouvoir oxydant par décomposition partielle sans in- troduire d'oxygène libre dans le mélange qui circule dans la conduite de soufflage.
Dans le cas d'ajoute de gaz réducteurs, une partie de l'oxygène contenu dans les constituants du mélange est fixée par les constituants réducteurs et ce, dans une proportion régie par les lois physico-chimiques relatives aux réactions du mélange en présence du bain. Le surplus d'oxy- gène réactif se combine avec les éléments oxydables du métal, principalement avec le fer et le phosphore.
Par ce moyen, on peut aisément, en faisant varier la composition du mélange, réduire, à volonté la quantité d'oxygène apportée au métal par unité de temps et souffler néanmoins un volume suffisant de gaz pour assurer le brassage efficace du bain.
Il va de soi que ce procédé peut être appliqué pour terminer une conversion qui a été commencée par l'autre procédé suivant l'invention, qui limite le poids maximum d'oxygène soufflé par minute et par tuyère lorsque la teneur en carbone du bain est tombée en dessous d'environ 1,5%.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de conversion de fonte en acier, au moyen d'au moins un mélange gazeux oxydant contenant au moins environ 30% d'oxygène libre, caractérisé en ce qu'on préchauffe le mélange de soufflage, tout au moins pendant la majeure partie de la conversion effectuée quand la teneur en car- bone du bain est tombée à moins de 1,5% environ, à une température'telle que, dans le cas d'emploi d'air enrichi en oxygène, le eposins d'oxygène réac- tif passant, par minute, dans chaque tuyère, ne dépasse pas 1 kilo tandis que, dans le cas d'emploi d'un mélange à base d'oxygène et d'anhydride car- bonique, le poids d'oxygène réactif passant, par minute, dans chaque tuyère, ne dépasse pas 1,4 kilo.