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La présente invention est relative à l'élaboration de l'acier par affinage pneumatique de la fonte et se rapporte à un procédé qui permetde fabriquer, de façon économique, à partir d'une fonte con- tenant plus de 0,3 % de Phosphore, un acier à très faible teneur en phosphore, en soufre et en azote, présentant des qulités au moins comparables à celles de l'acier Martin.
Depuis quelques années, on s'efforce d'élaborer par affinage pneumatique, des aciers de valeur égale ou même supérieu- re à celle de l'acier obtenu par le procédé Martin.
En effet, si le procédé Martin permet de fabriquer faci- lement des aciers de grande qualité, il a cependant l'inconvénient d'exiger des installations beaucoup plus importantes et plus coûteuses tant au point de vue investissement qu'au point de vue exploitation, que
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dans le procède par affinage pneumatique. De plus, le temps de fabri- cation. au four Martin est très long et la productivité des installations est par conséquent beaucoup plus faible que dans le procédé par affi- @ nage pneumatique.
On a cherché à améliorer le procédé ordinaire d'affina- ge pneumatique utilisant des convertisseurs à fonds munis de tuyères et de trous de soufflage, en enrichissant le vent soufflé au moyen d'o- xygène, mais on s'est rendu compte qu'on était fortement limité dans cet enrichissement et qu'on ne pouvait utiliser de ltoxygène technique- ment pur comme gaz d'affinage, si ce n'est en mélange soit avec de l'air atmosphérique (air enrichi), soit avec d'autres fluides tels que la vapeur d'eau ou l'anhydride carbonique.
A cause des effets néfastes de l'oxygène pur sur le fond du convertisseur, on est obligé en pratique ' de diluer l'oxygène, et de se limiter à des teneurs de ce gaz ne dépas- sant pas 505 'à 60 % du mélange. Par ailleurs, si l'utilisation de vent enrichi en oxygène dans les limites précitées où remploi da mélanges
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spéciaux tels que lloxygène-vapeur ou 11 oxy&%ne- anhydride cé1:
rb?que a permis d'apporter de grandes amélioration, au procédé d'affinage pneumatique, elle a cependant laissé sans slution un problème qui se pose à 1'aciériste depuis longtemps, à savoir l'avancement de la déphos- phoration en même temps que ou avant la décarburation, de façon à ob- tenir un acier à bas phosphore et à teneur en carbone encore relative- ment élevée.
Un autre procédé d'affinage pneumatique connu depuis longtemps a cependant permis l'utilisation d'oxygène techniquement pur commé gaz d'affinage exclusif au convertisseur. Il s'agit du pro- cédé utilisant un convertisseur à fond plein dans lequel de l'oxygène techniquement pur est injecté sur le bain à affiner.
Malheureusement, ce procédé s'est avéré très difficile pour le traitement des fontes dont la teneur en phosphore dépasse 0,3 % et en fait, impraticable pour le traitement des fontes couramment utilis ées dans le procédé Thomas, dont la teneur en phosphore dépasse 1,5 % et atteint le plus -souvent 1,8 % à 2,5 % @
Un troisième procédé d'affinage pneumatique a été propo- sé et consiste à insuffler par le haut, sur la surface du bain, non plus de l'oxygène techniquement pur seul, mais un mélange d'oxygène tech- niquement pur et de produits déphosphorants en poudre ou en granules,
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et plus spécialement de chaux finement divisée,
Ce procédé s'est avéré particulièrement avantageux du pont ,de vue métallurgique. en permettant l'affinage pneumatique au' mouyen d'oxygène pur, de. fontes phosphoreuses à plus de 0,3 % de phosphore et 1'obtetion, à partir de -celles-ci, d'un acier à 'bas phos- phore et à carbone relativement élevé: L'application de ce procédé dans ,un convertisseur du ' type normaleemtn utilisé et d'importance industrielle dans lequel la hauteur du bain est en général supérieure à 0,40 m, entraîne cepen- dant divers inconvénients dont lé plus important -s'est avéré être le moussage de la. scorie.
Ce phénomène, qui est inhérent au procédé utilis:ant l'injection d'oxygène et tendant à déphosphorer avant ou pen- dant la décarburation, se déclenche rapidement et, si on n'y prend garde, peut entraîber un débordement désagréable ët dangereux de la scorie.
D'autre part, l'application du procédé en question doit se faire dans des conditions bien déterminées et suivant un processus bien défini pour arriver facilement et sûrement au résultat cherché.
La présente invention a pour objet de révéler et de défi- nir un procédé qui permet d'abord de maîtriser le phénomène de mous.: sage de la scorie, c'est-à-dire non seulement de le déclencher et de l'arrêter au moment désiré, mais également de se servir de ce phé- nomène, apparemment désagréable et à éviter, en vue de faciliter l'opération de conversion, d'en augmenter le rendement et de protéger en même temps le revêtement du convertisseur et la lance d'injection.
La présente invention a en outre pbur objet de révéler et de définir les conditions dans lesquelles le procédé en question doit être conduit pour arriver facilement, sûrement et économiquement au résultat cherché, à savoir la fabrication dlun acier à basse teneur en phosphore, en azote et en soufre, présentant des qualités comparables si pas meilleures que celles de l'acier Martin.
Le procédé suivant l'invention est très avantageusement réalisé dans des convertisseurs à revêtement basique dont le fond est plein. Il n'exclut cependant pas l'emploi de convertisseurs à fond muni de tuyères et/ou de trous de soufflage, au travers duquel un gaz ou un
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mélange gazeux, de préférence en faible quantité, est insufflé. La capa- cité des convertisseurs utilisés est sans importance, et le procédé sui- vant l'invention s'applique aussi bien aux convertisseurs de 10 tonnes qu'aux gros appareils de 50 tonnes.
-Le procédé suivant l'invention est essentiellement carac- térisé en ce que, pendant les premières minutes de l'opération, on soumet la charge enfournée comprenant principalement la fonte et une partie des matières scorifiantes nécessaires à l'opération, à une injec- tion p'ar le haut sur la surface du bain de métal, dloxygéne technique- ment pur, au moyen d'une lance munie d'une tuyère à long col, en ce qu'on poursuit ensuite l'opération en injectant par le haut de l'oxygène techniquement pur tenant en suspension de la chaux finement divisée et en rapprochant progressivement la lance d'injection de la surface du bain et en ce que, après un décrassage du laitier formé,
on termine l'opération en continuant pendant quelques minutes l'injection d'oxygène techniquement pur tenant en suspension de la chaux finement divisée.
Au début de l'opération, on enfourne la charge de fonte et une quantité de mitrailles qui dépend, comme dans les procédés d'affinage pneumatique, de la composition de la fonte utilisée. Pour préciser les idées, on peut par exemple ajouter une quantité de mi- trailles correspondant à 15 à 25 % en poids de la charge de fonte.
On enfourne également une partie de la quantité de chaux nécessaire à l'opération, et cette partie correspond avantageusement à 20 à 40 Kg de chaux par tonne de fonte.
On peut en outre compléter avantageusement cet enfour- nement de fonte, de mitrailles et de chaux en ajoutant également de 5 à 10 Kg de fondants par tonne de fonte, par exemple de la bauxite, et de 20 à 25 Kg de minerai par tonne de fonte.
On peut éventuellement remplacer les mitrailles enfour- nées par une quantité thermiquement équivalente de minerais et rem.. placer une partie de la chaux par d'autres agents basiques scorifiants.
. La première phase de l'opération consiste à injecter pen.. dant quelques minutes, sur la surface du bain de métal, de l'oxygène techniquement pur. Il n'est pas nécessaire et généralement, il n'est pas utile d'injecter de la chaux en suspension dans l'oxygène pendant cette première-phase. Cependant, il ne sort pas du cadre de la présente
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invention dlajouter un peu de chaux dans l'oxygène ou de mélanger à celui-ci un faible pourcentage de vapeur d'eau destiné à agir comme agent refroidissant ou à éviter la formation de fumées rousses.
Cette première phase de l'opération a principalement pour objet de former aussi rapidement que. possible une scorie recou- vrant la surface du bain de métal et, à cet effet, il a été trouvé que l'extrémité de la lance devait être à une distance suffisante de la sur- face du bain. A titre d'exemple non limitatif, si la vitesse du fluide injecté est de 40'0 m par seconde à la sortie de la tuyère, la distance de l'extrémité de la lance à la surface du bain doit être de préférence supérieure à 1,50 m:
Il doit être bien. entendu -que lors qu'on' parle dans le pré- sent brevet de distance de la lance ou de ltextrémité de la lance à la surface du bain, on veut signifier la distance entre l'extrémité de la lance et la surface du bain métallique supposé en repos.
Les avantages d'une lance munie d'une tuyère ou conver.. gent-divergent à long col, c'est-à-dire dont le convergent est séparé du divergent par une partie cylindrique dont la longueur est égale à plus de deux fois et de préférence comprise entre 3 et 5 fois son dia- mètre intérieur, ont déjà été décrits dans un brevet antérieur. Cette forme de tuyère permet notamment d'obtenir un jet fin et concentré.de fluide injecté, spécialement lorsque celui-ci contient des matières soli- des en suspension.
L'utilisation de cette tuyère à long col est par conséquent surtout importante dans la suite de l'opération au moment où on injecte la chaux en poudre dans l'oxygène.
Si on veut obtenir un acier à basse teneur en azote, 1'oxy- gène utilisé dans le procédé suivant l'invention doit être le plus pur pos- sible dans les limites de la technique actuelle et on doit de préférence utiliser de l'oxygène à plus de 96 % de pureté.
Pendant la première phase de l'opération, le débit d'oxy- gène est avantageusement plus élevé que pendant le reste de l'opération.
Il a notamment été trouvé intéressant de porter ce débit à plus de 3,5 Nm3 par minute et par tonne de fonte enfournée et par exemple à 4 Nm3 par minute et par tonne de fonte enfournée;
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Le but de ces débits importants est de raccourcir le plus possible la durée d'opération.
La durée de cette première phase doit être suffisante pour , fluidiffer convenablement les agents scorifiants enfournés et elle dépend évidemment de la quantité de fonte traitée. Il a été trouvé que cette durée était avantageusement comprise entre 20 % et 35 % de la durée totale du soufflage. Par exemple, pour un enfournement de 25 tonnes de fonte, la durée de la première phase peut avantageusement être de 3 à 7 minutes.
Immédiatement après cette première phase et sans qu'il soit nécessaire d'arrêter l'opération, on commence la deuxième phase du procédé suivant ltinvention en injectant de l'oxygène tenant en sus- pension de la chaux finement divisée et en rapprochant progressivement de la surface du bain la lance d'injection munie de la tuyère à long col susdite.
Pendant cette deuxième phase, le débit d'oxygène est avantageusement de 2, 5 Nm3 à 3 , 5 Nm3par minute et par tonne de fonte enfournée. La quantité de chaux finement divisée en suspension dans le mélange peut avantageusement être de 1 à 1,6 Kg par Nm3 d'oxygène.
L'injection d'oxygène sur la scorie qui se forme en première phase, au moyen d'une lance dont l'extrémité se trouve à une distance suffisante de la surface du bain, permet d'obtenir rapidement un laitier mousseux, surtout si l'oxygène soufflé en pre.. mière phase ne contient pas ou contient peu de chaux.
C'est essentiellement l'utilisation d'une lance d'injec- tion munie d'une tuyère à long col, combinéeavec l'injection de chaux en poudre, qui permet de maîtriser et de régler à volonté le phéno- mène de moussage qu'on a déclenché à dessein.
Dès que le laitier mousseux a atteint l'extrémité de la lance - qui, au début de la deuxième phase se trouve normalement à plus de 1,50 m de la surface du bain - , il suffit d'abaisser progres- sivement 1.'extrémité de cette lance jusqu'à une distance du bain). qui né doit cependant pas être inférieure à 0,40 m, pour rester maître du'laitier mousseux sans risque de débordement hors de l'appareil de coversion
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Le mouvement d'abaissement progressif de la lance peut se faire avantageusement à raison de 0, 05 m à 0,10 m à chaque minute de la deuxième phase. On peut également abaisser et remonter la lance de telle sorte que le mouvement résultant rapproche la lance du bain.
On peut par exemple abaisser la lance de; 0,10 m puis une demi minute plus tard, la relever de 0, 05 m, de telle façon qu'il en résulte à chaque minute un mouvement d'abaissement de 0 , 05 m. L'obtention d'un laitier mousseux d'une épaisseur suffisamment grande présente de grands avantages. Le laitier protège .notamment l'extrémité de la .lance contre les projections de fonte liquide. En diminuant';les mouve- ments du bain, le laitier mousseux protège également le revêtement contre l'érosion et les radiations thermiques spécialement importantes lors du soufflage à 1=oxygène pur.
De plus, le laitier mousseux cons-) titue un excellent moyen de filtration des fumées rousses; on constate.) en effet qu'au moment où ce laitier mousseux est formé sur le bain de métal, rémission des.dites fumées rousses, pratiquement inévi- tables lorsqu'on injecte de l'oxygène pur sur un bain de fonte, diminue fortement.
La durée de cette deuxième phase de l'opération dépend de la quantité de fonte traitée et de la teneur en carbone qu'on désire obtenir à la fin de cette deuxième phase. Il a été trouvé que cette durée était avantageusement comprise entre 30 et 60 % de la durée totale de soufflage. Par exemple, si on a enfourné 25 tonnes de fonte et si on désire obtenir une teneur en carbone de 0,8% à la fin de la deuxième phase, celle-ci aura avantageusement une durée de
6 à 10 minutes.
A la fin de la deuxième phase de l'opération, on obtient facilement d'une part un acier dont la teneur en carbone peut varier à volonté de 0,5 à 1,5% et dont la teneur en phosphore est inférieure à 0,4 % et d'autre part, un laitier se -présentant sous la forme d'une mousse bien fluide se décrassant facilement. D'autre part, la tempé- rature est normalement supérieure à 1570 C.
Après décrassage de ce laitier, on mesure la température du métal et suivant celle-ci et suivant la teneur en carbone, on ajoute normalement la quantité d'agents refroidissants éventuellement néces- saires pour atteindre en fin d'opération la température désirée, puis on reprend pendant quelques minutes l'injection par le haut dloxygène et de chaux.
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Comme agents refroidissants, on peut ajouter des riblons, mais il peut être avantageux de les remplacer en tout ou en partie par des oxydes métalliques ou minerais auxquels on peut éventuellement ajouter des fondanta.
La durée de cette troisième phase dépend également de la quantité de fonte enfournée et de la teneur en carbone, obtenue en fin de la deuxième phase. Il a été trouvé que cette durée était avantageux sement comprise entre 10 et 40 % de la durée totale de soufflage. Par exemple, si on a enfourné 25 tonnes de fonte et si on a terminé la deuxiè- me phase avec une teneur en carbone de 0,8 %, la troisième phase an avantageusement une durée de 2 à 5 minutes.
Il ne sort pas du cadre de la présente invention de prévoir un décrassage supplémentaire au cours de la troisième phase de 1'opé ration.
Pendant cette troisième phase, le débit d'oxygène peut varier dans les limites indiquées pour la deuxième phase de 1'opération à savoir 2,5 Nm 3 à 3,5 Nm3 par minute et par tonne de fonte enfournée, Cependant, à la fin de la troisième phase, pendant la ou les dernières minutes de celle-ci, il peut être avantageux de réduire le débit d'oxy. gène et/ou d'augmenter la distance de la lance à la .surface du bain.
Pendant cette troisième phase de l'opération, le débit de chaux reste avantageusement compris entre 1 et 1,6 Kg par Nm3 d'oxygène.
La dernière scorie obtenue peut être retenue dans le con- vertisseur pour servir dans l'opération suivante.
Le procédé suivant l'invention peut être avantageusement réalisé dans un convertisseur à fond plein, qui, en position abaissée, peut tourner autour de son axe longitudinal à la manière d'un four rotatif, ce qui permet d'activer les réactions entre le métal et la scorie avant le décrassage final et surtout avant le décrassage inter- médiair e.
Le procédé suivant l'invention présente de grands avantages.
Il permet d'abord de traiter sans difficulté par le procédé d'affinage utilisant de l'oxygène pur comme gaz exclusif d'affinage, des fontes phosphoreuses à teneur en phosphore élevée.
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Il permet en outre d'obtenir facilement et sûrement des aciers à très bas phosphore et à bas azote ayant encore.une teneur re- lativement élevée en carbone. De plus, par rapport aux autre's procédés d'affinage pneumatique, il entraine une désulfuration nettement plus importante de la fonte enfournée. On a constaté que 'cette désulfuration dépassait normalement 70 %, c'est-à-dire que d'une fonte enfournée tenant par exemple 0,100 % de soufre, on obtient un acier dont la teneur en soufre est inférieure à 0,030 %
Le rendement de l'opération conduite suivant le procédé objet de l'invention, est en outre supérieur au rendement des procédés connus d'affinage pneumatique.
On obtient par ailleurs, en fin d'opération, un acier moins oxydé que dans les procédés connus d'affinage pneumatique. , ce qui per- met une économie de matières désoxydantes dans la suite du traitement de l'acier.
Le procédé objet de l'invention a encore l'avantage de supprimer les projections, dans une très large mesure.
Enfin, un avantage très important'de ce procédé est qu'il permet de réaliser une importante économie de chaux, d'environ 20 %, par rapport aux méthodes classiques. Ceci entraîne une diminution des quantités de laitier et spécialement dans le cas des scories Thomas, un enrichissement de celles-ci en anhydride phosphorique.
Le cas d'application suivant du procédé objet de l'invention est donné à titre exemplatif et nullement limitatif.
Dans un convertisseur à fond plein, on a enfourné 24,4 ton- nes de fonte contenant 3,59 % de carbone, 0,35 % de silicium, 0,35 % de manganèse, 1, 87 % de phosphore et 0, 048 % de soufre. On a enfour- né en même temps 4 tonnes de riblons et 800 Kgs de chaux, 200 Kgs de bauxite et 500 Kgs de minerais de Suède.
L'opération d'affinage a commencé par l'injection par le haut sur la surface du bain, au moyen d'une lance munie d'une tuyère à long col et dont l'extrémité setrouvait à 1, 6 0 m de la surface du métal, d'oxygène à 97% de pureté. Cette injection s'est poursuivie pendant 4 minutes avec un débit d'oxygène de 90 Nm3 par minute.
Au début de la cinquième minute, on a réduit le débit d'oxygène à 68Nm
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par minute en y mettant en suspension 1, 3 Kg de chaux par Nm3 d'oxy- gène et on a rapproché progressivement l'extrémité de la lance d'injec- tion de la surface du métal pour ramener à 1,20 m de celle-ci.
Cette injection de chaux en suspension dans de l'oxygène a duré 9 minutes. Après cette deuxième phase de l'opération, on a obtenu un acier contenant 0,57 % de carbone, 0,078 % de phosphore, 0,0305 de soufre et 0,0040 5 d'azote. Le laitier formé avait une teneur en fer de 8,4 % et une teneur en P205 total de 27,3 %
Après décrassage de ce laitier, on a ajouté 1.200 Kgs de mitrailles, 100 Kgs de minerai et 50 Kgs de bauxite et on a repris l'opération d'injection de chaux en suspension dàns de l'oxygène con- tenant 1,3 Kgs de chaux par Nm3 d'oxygène,à raison de 70 Nm3 par minute pendant 1 minute, puis de 40 Nm3 pendant 2 minutes. Après ces 3 minutes, 'on a arrêté l'opération et on a obtenu un acier conte- nant 0, 065 % de carbone, 0,020 % de phosphore, 0,013% de soufre et 0,0037 % d'azote.
REVENDICATIONS.
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