Procédé d'affinage du fer dans des convertisseurs à l'oxygène avec des additions de
matières contenant du carbonate de sodium La présente invention a pour objet un procédé d'affinage du fer dans des convertisseurs à l'oxygène avec des additions de matières contenant du carbonate de sodium.
Les procédés de conversion modernes, à savoir
LD (BOF), LD-AC, KALDO etc., qui utilisent un soufflage
à l'oxygène par le dessus, tout aussi bien que ceux
au cours de la mise en oeuvre desquels on amène l'oxygène par le dessous, à savoir les procédés OBM (Q BOP), LWS, etc., comportent des limites quant à l'efficience des réactions de désulfuration et de déphosphoration.
Ces limites qui, d'une part, ne permettent seulement qu'une médiocre élimination du soufre et du phosphore du bain de métal, ne permettent pas, d'autre part, de satisfaire les exigences imposées aux aciers quant à la qualité élevée et aux propriétés mécaniques , comme la ténacité et, au surplus, la qualité de plus en plus mauvaise des matières primordiales , par-dessus tout des combustibles fossiles quant à leur teneur en soufre et
en phosphore, étant établi que, sous l'impulsion de la crise actuelle de l'énergie , il serait opportun d'utiliser ceux qui sont disponibles sans de trop nombreuses limitations.
Une tendance récente à contrebalancer ces difficultés a entraîné les industriels à introduire des traitements en amont et en aval du procédé de fabrication de l'acier dans le convertisseur, c'est-à-dire de nouveaux procédés qui viennent se greffer dans le cycle
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de qualité supérieure. Ce n'est que dans quelques cas seulement que l'on a pu utiliser de tels traitements pour tirer également bénéfice de l'emploi de combustibles fossiles de moindre valeur.
Les traitements effectués sur le fer liquide permettent en général de réduire la teneur en soufre, mais ce n'est seulement que plus récemment que l'on a pu mettre en oeuvre d'autres traitements qui permettent de réduire la teneur en phosphore. Les traitements effectués en aval, c'est-à-dire sur l'acier, ont en général d'autres buts, tels que la désoxydation, le dégazage, etc., mais peuvent également permettre à des inclusions de soufre de
se former en globules et également l'abaissement plus poussé de la teneur en soufre et quelquefois aussi de la teneur en phosphore.
Il est évident que l'augmentation du nombre des procédés fondamentaux élève également la complexité du cycle de production et, dans l'ensemble, le coût de la fabrication de l'acier.
Le procédé conforme à la présente invention permet de ne pas suivre la tendance décrite ci-dessus, mais d'utiliser d'autres éventualités ou possibilités pour la conversion à l'oxygène qui, jusqu'à présent,n'ont pas été prises en considération et n'ont pas été utilisées en raison du manque d'une manière commode de les mettre en oeuvre d'une façon convenant à des procédés industriels. Il sera montré que le procédé suivant la présente invention s'applique également, aussi bien à la partie concernée par la fabrication de l'acier dans le convertisseur, qui sera décrite en détail dans la suite du présent mémoire , qu'à des installations de refroidissement et de traitement des fumées, de traitement de l'eau et des sédiments, etc.
Afin d'illustrer de la manière la plus intense
les limites imposées par les procédés de conversion actuels, qui, ainsi qu'on le sait, sont basés sur des scories ou des laitiers contenant principalement des composés de calcium et de magnésium comme composés basiques, aussi bien que ceux qui sont formés par oxydation des
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on doit prendre en considération la relation suivante qui donne la quantité de matière ( soufre ou phosphore) enlevée par unité de volume en unité de temps.
L'indice " i " se rapporte au soufre ou au phosphore. Dans les symboles qui suivent , les parenthèses
se rapportent aux scories et les crochets se rapportent au bain métallique.
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Par conséquent, la quantité de soufre et de phosphore que l'on enlève dépend, ainsi qu'il ressort de la formule (1) , de trois facteurs :
1 - L'écart des conditions réelles qui règnent dans le bain des conditions d'équilibre avec les scories ou le laitier, mesuré selon la formule :
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2 - La surface spécifique à travers laquelle la masse est transportée : A/m
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contact entre les phases scorie - bain métallique par l'intermédiaire d'une intensification de l'agitation , de façon à utiliser plus spécialement les capacités de
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Comme exemples des nouveaux procédés concernés, on peut citer les procédés LBE, LD-OB , LDKG, LD-STB, LD-CL et celui appelé '$soufflage de manière discontinue ou non immuable " décrit dans le brevet belge No. 804 420;
en général, ces procédés d'amélioration du degré d'achèvement des réactions avec la scorie au cours du soufflage, agissent de préférence en accord avec l'équation de transport qui représente la surface échangeuse, c'est-àdire : A/m.
Ces procédés permettent d'obtenir simultanément, tant le bénéfice d'une plus forte élimination du soufre et du phosphore du bain qu'une réduction de la quantité de fer oxydé. En raison de cette caractéristique, les mêmes mécanismes opératoires permettent, avec un degré élevé de mélange, une réduction de l'oxydation du fer dans la phase finale. Néanmoins, dans tous les procédés considérés, la désulfuration et la déphosphatation s'effectuent en même temps que d'autres réactions suivant l'oxydation du silicium et du manganèse, à l'aide de scories ou laitiers contenant des oxydes basiques tels
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pierre calcaire, garniture de magnésium, dolomie calcinée, etc. D'autres composés ou d'autres matières peuvent également être présents à titre d'impuretés ou peuvent provenir de scories ou laitiers synthétiques.
Il doit être observé qu'au cours de la mise en oeuvre ou pratique industrielle courante antérieure à la présente invention, les capacités de désulfuration et de déphosphoration de composés du sodium ,tels que le carbonate de sodium, étaient totalement ignorées. Ce
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obtient par la décomposition du carbonate précité,possède des capacités de désulfuration et de déphosphoration élevées ; ces deux composés conviennent à l'emploi dans des environnements oxydants. Lorsqu'on le considère comme
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phosphore entre la scorie et le bain métallique dépend des composés qui constituent la scorie , par l'inter-
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indique un constituant basique de la scorie.
Ceci est obtenu à partir de l'expression suivante qui s'applique à la désulfuration :
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désulfuration de l'ion sodium est 1070 fois supérieur.
Un premier objectif du procédé suivant l'invention consiste à opérer la conversion à l'oxygène en présence de laitiers ou scories contenant également des composés de sodium, tels que Na20 et, à cette fin, le procédé suivant l'invention se caractérise en ce que l'on introduit dans le convertisseur des additions de matières contenant également des composés du sodium, en particulier du carbonate de sodium, seul ou en mélange à d'autres matières, dans des conditions appropriées.
En prenant en considération la relation (1), le procédé selon l'invention permet d'agir de manière prédominante sur le terme \1 ' c'est-à-dire ce que l'on appelle le coefficient de partage à l'équilibre.
Etant donné que les composés de sodium utilisés apparaissent comme Na20 sous la forme oxydée, résultant de la décomposition du carbonate selon la réaction suivante :
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il n'y a pas de raisons d'interdire leur emploi dans les conditions d'oxydation physiques qui prévalent dans les convertisseurs auxquels on s'est référé dans l'introduction, c'est-à-dire au moins du point de vue thermodynamique.
Au cours du déroulement du procédé de conversion, les températures sont telles qu'elles favorisent l'évapo- <EMI ID=16.1>
plutôt que leur maintien sous forme de composants de la scorie ou du laitier. Le procédé suivant la présente invention pallie à cette difficulté. En fait, la tempé-
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(TB)du Na20 précité sont respectivement les suivantes:
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La figure 1 montre le progrès de la température et du laitier ou de la scorie, elle montre également le progrès de la composition du bain, à quelle fin il peut être utile de comparer les deux figures.
Il est bien connu, au cours de l'emploi de carbonate de sodium comme désulfurant de scorie qu'afin d'obtenir un bon résultat, il est nécessaire d'injecter le composé à grande profondeur. Ceci a pour but de permettre un contact.avec le fer avant que les conditions qui existent également dans ce procédé ne provoquent l'évapora- tion du désulfurant dans l'atmosphère. Il est également connu qu'une technique analogue est adoptée pour le magnésium dans des opérations de désulfuration, étant donné que cet élément possède un point d'ébullition inférieur
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On connaît également une autre technique d'emploi du magnésium, consistant à utiliser des matières imprégnées de magnésium en calibres convenables, matières
à partir desquelles le magnésium lui-même est graduellement libéré et peut exercer son action désulfurante avant de s'évaporer dans l'atmosphère supérieure. Malheureusement, il n'était pas possible d'également appliquer ces techniques appliquées aux composés du magnésium avec une certaine ampleur , aux composés du sodium. Par conséquent, une caractéristique particulière de l'invention réside dans l'indication de la manière d'addition des composés du sodium à la scorie ou au laitier, dans les conditions physiques existant dans les convertisseurs, en dépit de son point d'ébullition relativement faible.
On parvient à l'objectif visé par la présente invention tout en insufflant de l'oxygène dans le bain liquide , par l'introduction par le dessus dans le cas des convertisseurs du type LD , de matières contenant du carbonate de sodium sous la forme de briquettes de calibre approprié , qui, par suite de leur entrée en solution graduelle dans la scorie ou le laitier, apportent leur contribution aux réactions de désulfuration et de déphosphoration.
Dans le procédé conforme à l'invention, les réactions susmentionnées sont réalisées, conformément à ce qui est considéré connu à présent, par le composé du
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les matières des additions.
Les réactions qui s'opèrent sont les suivantes , en plus de la réaction (2) :
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Le composé du type silice se combine de nouveau
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Cela se traduit par la formation d'une scorie ri-
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de désulfuration et de déphosphoration , selon les réactions suivantes :
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Au cours de l'addition des matières susmentionnées dans le convertisseur, il arrive que les particules solides soient entraînées vers le haut par le courant de gaz ou de fumées , étant donné que ces gaz ou fumées atteignent des vitesses importantes en raison du soufflage. Cet effet négatif s'ajoute à celui provoqué par l'évaporation qui suit la décomposition du carbonate de sodium aux températures élevées.
En tenant compte de ce phénomène, on trouve qu'un autre objectif du procédé suivant la présente invention réside dans l'empêchement de l'entraînement des fines. Pour cette raison, on ajoute au cours de l'insufflation de l'oxygène, par le dessus dans le cas des convertisseurs du type LD, des mélanges de différentes matières et
du carbonate de sodium dans des briquettes de dimensions moyennes appropriées, mais telles que la fraction de celles possédant des dimensions moyennes inférieures à
10 mm soit très limitée. Il est connu que les réactions de désulfuration et de déphosphoration dans les convertisseurs lorsque le soufflage s'effectue par le dessus, se produisent soit dans la zone d'impact, plus particulièrement vers la surface latérale des zones où des mou-vements sont engendrés qui entraînent la scorie, véhi- culant cette dernière jusqu'à la faire entrer en contact avec le métal liquide, soit dans l'émulsion scorie - métal gaz émergeant du bain, où se forment et demeurent pendant un certain intervalle de temps, des particules de métal liquide engendrées et mues par les jets d'oxygène ; dans les deux cas, l'échange de matière s'opère à partir
de ou vers des particules de petites dimensions.
Pour cette raison, un autre objectif important de
la présente invention réside dans la dispersion de l'agent de désulfuration et de déphosphoration qu'est le carbonate de calcium, ce qui s'effectue en répartissant ou distribuant ce dernier sous la forme de mélanges solides avec d'autres substances. En tenant compte des modes de fabrication normalement mis en oeuvre et des matières
dont l'emploi est le plus courant, ces autres substances
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des scories ou laitiers que l'on obtient par la conversion , etc. Il est évident que l'emploi de ces types de mélanges, aussi bien que l'emploi d'un composé qui est fortement volatil aux températures de la phase Intermédiaire de conversion, possèdent l'avantage d'augmenter le nombre de centres de réaction. De cette façon, on réussit à influencer les réactions 6) et 7) , accroissant leur efficience eu égard au second des facteurs révélés par la relation 1) , c'est-à-dire la surface d'échange spécifique. Ceci s'obtient par le dimensionnement précis des briquettes précitées.
Considérant le procédé de formation du laitier
ou de la scorie, il est également connu par de multiples études qui ont été réalisées que la dissolution
de la chaux dans la scorie ou le laitier peut être rendue difficile par la formation d'orthosilicate et de méta� silicate de calcium que les surfaces des particules de chaux en contact avec le laitier ou la scorie. La barrière des silicates qui sont des composés possédant un point de fusion élevé, rend difficile la dissolution finale de la chaux. Pour réduire cet effet lors de la réalisation de conversions courantes, on ajoute des substances comme du CaF2 ou d'autres substances qui possèdent des propriétés similaires, ou on confie au FeO la tâche de former des composés qui se trouvent à l'état liquide à la température opératoire.
Grâce au procédé suivant la présente invention, il est possible d'éviter l'emploi de ces matières , d'utiliser la propriété des composés du sodium qui sont déjà présents et qui possèdent un faible point de fusion , ainsi que cela ressort du tableau qui suit :
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La présence de carbonate de sodium sous la forme spécifiée, c'est-à-dire sous forme d'une dispersion solide-solide avec d'autres composés, rend ceci possible et constitue une autre caractéristique de la présente
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utiliser une période de soufflage prédéterminée qui est mieux adaptée à l'obtention d'une efficience élevée des réactions de désulfuration et de déphosphoration.
Il est en fait connu qu'au cours de la phase initiale du soufflage, pendant laquelle s'opère préférentiellement la combustion du silicium présent dans le. fer (voir figure 2) dont l'axe des abscisses indique
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phase au cours de laquelle se forme une scorie ou un laitier actif qui entraîne un abaissement du pourcentage de phosphore et du pourcentage de soufre.Après cette phase, lorsque la plus grande vitesse de décarburation est atteinte, l'état du laitier ou de la scorie , que
ce soit en raison de son oxydation réduite ,ou du délai de dissolution de la chaux dû aux causes susmentionnées, ne permet pas de progrès appréciable des réactions métallaitier ou scorie.
Etant donné les caractéristiques physiques du système, c'est-à-dire la composition du laitier ou de la scorie et du bain (figure 2) et de la température de ceux-ci (figure 1 où l'axe des abscisses représente la durée de chauffage en pourcent , la courbe en tirets
et points se rapporte à la température du laitier ou de la scorie et la courbe en trait plein se rapporte à
la température du bain) et étant donné l'état physique particulier, c'est-à-dire la dispersion, les calibres des particules, comme aussi les températures lorsque l'on passe par les divers états, déjà mentionnés, c'est juste au cours de cette période que les réactions indiquées 6) et 7) peuvent se produire. Il faut encore noter qu'au cours de cette seconde phase de soufflage, l'apport probablement négatif de la réaction avec la silice ne peut pas se produire. Le procédé suivant l'invention permet probablement d'atteindre une phase intermédiaire au cours de laquelle sont actives les réactions laitierou scorie - métal et, plus spécifiquement, les réactions de désulfuration et de déphosphoration qui sont réalisées de manière prépondérante par les composés du sodium
(Na20) provenant ces mélanges contenant du carbonate
de sodium.
Le système qui est soumis à la conversion dans
ses conditions physiques propres comprend une phase métallique qui occupe en grande partie la zone inférieure du convertisseur , laquelle phase possède un poids spécifique élevé, la phase métallique étant également en partie dispersée sous la forme de gouttes dans la zone susmentionnée, occupée de manière prépondérante par la phase liquide-solide-gaz émulsionnée que l'on appelle
de manière générique laitier ou scorie . Cette zone est pénétrée par la phase gazeuse , c'est-à-dire l'oxygène. Tant la chaux qui n'est pas encore dissoute que les briquettes de carbonate de sodium , que l'on utilise conformément au procédé suivant l'invention, sont présentes dans la scorie ou le laitier. Cette scorie ou ce laitier , comme on l'a décrit plus haut, entre en contact avec le métal lorsqu'il parvient à atteindre les parois latérales des jets d'oxygène qui l'entraînent dans le bain.
Une autre possibilité importante de contact entre les phases se manifeste par l'intermédiaire des particules de métal produites par le choc dé l'oxygène et qui atteignent l'émulsion. La partie non dissoute de la chaux et des briquettes de carbonate de sodium n'est pas active aux fins des réactions avec le bain métallique. Dans le cas des secondes, existe également l'éventualité qu'une partie des produits de la dissociation, c'est-à-dire Na20 et sodium , s'évapore, s'éliminant d'elle-même du système, avant d'exercer son action.
Il faut également noter que le degré de conversion à la fin du soufflage au cours des réactions de désulfuration et de déphosphoration, est déterminé par l'inté- grale définie par la relation (1) étendue depuis le début jusqu'à la fin du soufflage. Le degré de conversion en question détermine l'efficience du procédé et affecte par conséquent le coût de la conversion. Les procédés de conversion les plus récents ont été mis en oeuvre avec divers dispositifs , tous destinés à améliorer le mélange des phases présentes, à accroître le degré de converssion des réactions. Ce degré de conversion peut également être défini comme étant le degré auquel on parvient à l'équilibre thermodynamique entre les scories ou laitiers et le bain pour les diverses réactions.
Le procédé inti- tulé " soufflage de manière discontinue ou non immuable" de l'oxygène fait partie de ces procédés récemment connus. Il est basé sur la variation cyclique de la capacité de pénétration des jets individuels d'une tuyère ou lance
à jets multiples. Les mouvements supplémentaires qui sont engendrés dans le laitier ou la scorie lors de la mise
en oeuvre de ce procédé au cours duquel l'oxygène est fourni d'une manière pulsée, sont tels qu'ils améliorent notablement l'échange de matières entre les phases.
Par conséquent, le dernier objectif du nouveau procédé proposé est constitué par la combinaison du procédé conforme à la présente invention et du procédé susmentionné de 'soufflage de manière discontinue ou non immuable". Les avantages que l'on obtient d'une telle combinaison résultent de l'amélioration simultanée de tous les facteurs qui déterminent l'efficience du transport de masse.
En plus de l'amélioration déjà illustrée plus haut du terme K , que l'on obtient par la contribution apportée par les composés de sodium présents dans la scorie, on obtient également une élévation des surfaces
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compte de l'hétérogénéité notable du laitier ou de la scorie (une caractéristique des plus évidentes même à
la fin du soufflage lors de la mise en oeuvre de procédés de conversion normaux), le mélange amélioré du procédé mixte permet également d'obtenir une amélioration du
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localement et dans les divers moments de la conversion et également des termes globaux , comme une réduction
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REVENDICATIONS
1.- Procédé d'affinage du fer dans des convertisseurs à l'oxygène, caractérisé en ce que, pour la désulfuration et la déphosphoration du bain métallique, on
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bonate de sodium , ledit carbonate de sodium étant ajouté sous forme d'un composant de la charge du convertisseur.