CA1087859A - Procede d'elaboration d'aciers allies au four a arcs, avec chargement continu - Google Patents

Abstract

Procédé d'élaboration d'aciers alliés dans des fours électriques à arcs munis d'un dispositif de chargement continu de produits solides et de moyens d'introduction de fluides caractérisé en ce qu'il comporte les trois phases suivantes: une première phase consistant à fondre un premier chargement afin de constituer un pied de bain, une deuxième phase qui consiste à fondre des matières chargées d'une manière continue et à affiner simultanément le métal fondu en suivant une évolution optimale de la teneur en carbone du bain, une troisième étape qui consiste à oxyder le carbone résiduel de la deuxième phase et à ajuster les divers éléments de l'acier jusqu'à l'obtention de sa composition finale. Les réactions chimiques d'affinage produisant en permanence de la chaleur, partiellement utilisée à la fusion des matières solides, ce procédé permet d'accroître la productivité du four tout en réduisant la consommation électrique.

Description

~785~
La présente invention concerne l'elaboration des aciers -- allies dans des fours electriques a arcs munis d'un dispositif de chargement continu de produits solides et aussi de moyens d'in-troduction de fluides.
Il est bien connu d'introduire par la voute d'un four à arcs cles produits solides granules ou des boulettes, de les faire d'abord fondre par la chaleur des arcs electriques, et ensuite de proceder à un traitement d'affinage. Ce mode opératoi- -~re présente deux principaux inconvénients: une durée d'operation assez longue puisque, après la phase de fusion, il faut e~fectuer une phase d'affinage; une consommation d'énergie électrique assez elevee. ~;
Le but du procede selon la presente invention, qui se passe dans un four électrique à arcs recevant un chargement con-tinu de matières solides, granul8es ou en boulettes, ou sous toute autre forme solide fragmentée, composées essentiellement de ferro-alliages, carburés ou non, avec ou sans addition de fontes, ou ~e produits préréduits, est de réaliser simultanément l'enfour- ; ;
, nement, la fusion et l'affinage continus de ces mati~res pendant 20 la majeure partie de la durée d'une opération discontinue, en vue d'élaborer soit un m~tal intermédiaire dont l'affinage sera ensuite -~ parachevé dans un traitement en poche, éventuellement sous vide, ou dans un convertisseur, soit directement dans ce même four élec-trique la nuance d'acier que l'on cherche à obtenir Einalement.
Ainsi, on a la possibilité d'utiliser un éventail très étendu de matières solides de toutes natures élargissant de ce fait le domaine des mati~res traditionnelles d'enfournement au four élec-trique.
A cet effet, la présente invention a pour objet un pro-cédé d'élaboration d'aciers alliés dans des fours électriques àarcs munis d'un dispositif de chargement continu de produits so-lides et de moyens d'introduction de fluides caractérisé en ce . ~ ,.

~ 7~S~
.
qu'il comporte les trois phases suivantes:
: - une premiere phase consistant à fondre un premier . chargement afin de constituer un pied de bain; ~ .
- une deuxi~me phase qui consiste à fondre des matières . chargées d'une manière continue et à affiner simultanément le .-metal fondu en suivant une évolution opti.male de la teneur en carbone du bain; :.
- une troisieme étape qui consiste à oxyder le car- .
. bone residuel de la deuxième phase et à ajuster les divers ele-: 10 ments de l'acier jusqu'à l'obtention de sa composition finale.
~. Plus precisement, la presente invention prevoi~ un pro- :.
:. cede d'elaboration des aciers allies, notamment des aciers au . chrome, et des aciers au manganèse, en particulier des aciers .inoxydables, à partir de ferro-.alliages granules, carbures ou non, .; tels que des ferro-chromes ou des ferro-manganèses ou des ferro- `.
~ nickels, avec ou sans addition de fonte ou de produits préreduits, ;: granules ou en boulettes, dans un four electrique à arcs muni d'une part d'un dispositif de chargement continu de matières solides-, .: granulees ou en boulettes, ou de toute autre forme solide de peti- : :.
20 te dimension, d'autre part de moyens d'injections de `fluides d'af- ~.:
finage, tels que de l'oxygene, ou de l'air, enrichi ou non, avec ou sans poudre de chaux, de la vapeur d'eau, des ga~ neutres in-troduits par lances ou par tuyères, ce procéda étant caracterisé
en ce qu'il comprend trois phases successives. Dans une première phase, on constitue un pied de bain preEondu, allie ou non, puis . on procede dans une deuxieme phase au chargement continu de ferro- .
alliages carbures, ou non, tels que des ferro-chromes ou des ferro-mallganases ou des ferro-nickels avec ou sans autres matières solides fragmentées, granulées ou en boulette~s, tout en insufflant : 30 simultanement dans le bain liquide les fluides d'affinage, dont la nature et les debits sont reglés de telle manière que, compte .

~ tenu de la puissance des arcs électriques, le bain métallique : - 2 -: ' ' ~' ~ ~ , 78~9 conserve à chaque instant une teneu~ en carbone optimale, que le bain metalli~ue reste en permanence sensiblement a la même tem-perature pendant toute la duree du chargement continu, que le chrome oxyde passant dans la scorie soit en relation directe avec cette teneur en carbone optimale et avec cette même tempé-rature. On termine par une phase finale, après la fin du chalge-- ment continu, qui consiste d'abord en cas de besoin, a decarburer le bain metallique jusqu'à la teneur finale en carbone recher-- chee, puis à reduire l'oxyde de chrome de la scorie par du ferro-silicium, ou par tout autre agent réducteur, en présence de chaux, et avec un brassage par gaz neutre souffle par les tuyères ou par les lances. ~;
Dans le proc~de selon l'invention, la troisième phase peut utilement ~tre mise à profit pour introduire par les tuyères ;
ou par les lances, en suspension dans un gaz porteur convènable, de preference neutre ou reducteur, des matières pulverulentes, telles que: carbone, nickel, elements d'alliages, eventuellement sous forme d'oxydes aisement reductibles, etc..., ces matières pulverulentes participant à la mise a la nuance de l'acier.
Comme on le comprend, un avantage important de la pre-sente in~ention consiste à effectuer simultanement une fusion en continu et un affinage en continu des mati~res chargées d'une manière continue, e-t tout spécialement des ferro-alliages, en sui-vant une évolution optimale de la teneur en carbone du bain, pro-gramm~e d'avance, et en s'écartant le moins possible d'une tempé-rature bien choisie. Tout cela est réalisé dans la deuxième phase du procédé selon l'invention.
Ce procédé reste néanmoins un procédé discontinu, par ~ `
sa premiere et par sa troisieme phase, puisque la première phase consiste a fondre un premier chargement, afin de constituer un pied de bain, tandis que la troisieme et derniere phase consiste a oxyder le carbone résiduel de la deuxieme phase, et à ajuster :

9~o~78~9 les divers éléments de l'acier, jusqu'a obtenir la composition finale visée dans l'acier pour sa coul~e en poche.
Dans la deuxieme phase, la simultaneite de la fusion et de l'affinage, par effets simultanes des arcs electriques et des fluides injectes, tous continus comme le chargement, permet de ` bien maitriser la teneur en carbone moyenne du bain, par exemple de la maintenir à une valeur optimale à chaque instant, teneur optimale qui peut être constante pendant une periode plus ou moins longue, mais qui peut aussi suivre une courbe prédéterminée, et l'invention permet aussi de bien maitriser la température moyenne ' du bain que l'on peut ainsi maintenir pratiquement constante pen- ;
dant toute la deuxième phase, puisque l'opérateur est maitre a la fois du débit de matières solides, de la nature et du débit des fluides d'affinage, et de la puissance électrique des arcs.
Un autre avantage de l'invention est que, grâce aux ~ techniques de chargement continu d'une part, d'injection de flui-;; des d'affinage d'autre part, les zones de fusion et d'affinage peu-vent être distinctes, les zones de fusion se situant au contact du tas de matieres solides et du pied de bain, tandis que les zones d'affinage se situent dans le bain en face des lances ou des tuyères d'a~finage.
C'est ainsi que la teneur en chrome du bain dans les zones d'affinage reste longtemps très inférieure à la teneur fi-nale recherchée, et la décarburation s'effectue ainsi progres-sivement en présence d'une teneur en chrome qui, bien que CI'Ol.~- ;
sante avec le temps, est inférieure à la teneur finale visée.
C'est là le résultat d'une dilution progressive des mati~res fon-dues chargées en chrome et en carbone dans un bain moins carburé
. ':
et beaucoup moins chargé en chrome, sauf dans les derniers ins-tants de la deuxi~me phase.

Un autre avantage, très général, de l'invention, est que les réactions chimiques d'affinage produisent en permanence _ 4 _ . .
, . , '' ', 7~

de la chaleur, partiellement utilisee à la fusion des matières solides, ce qui permet de reduire fortement la consommation élec-trique et d'accroftre notablement la productivite du four.
Afin de bien ~aire comprendre l'invention, on va decrire ;
ci-apr~s, à titre d'exemple non limitatif, un mode de realisation du procédé selon l'invention, relatif ~ l'élaboration d'aciers inoxydables austénitiques.
On dispose d'un four électrique à arcs, de 90 tonnes de ; capacite, muni au centre de sa voûte d'un orifice de passage et , au-dessus de cet orifice, d'un dispositif de chargement continu de matières solides. Ce four comporte lateralement, un peu au- ~;
dessus de la sole, trois tuyeres d'affinage, à deux tubes concen-triques, protegees par du fuel-oil.
La premiere phase du procede consiste à operer un char-gement par panier de 22 tonnes de ~errailles non alliees ek de 1800 kilogrammes de ferro-manganèse carbure à 75~ de manganese ; et à 7,5~ de carbone, et à fondre ce chargement avec les arcs eleckriques de facon à obtenir une temperature de 1.580C dans le pied de bain ainsi forme La deuxième phase, carackeristique essentielle du pro-cede selon l'invention, comporte un chargement continu par l'ori-; fice central de la voûte du four, de ferro-chrome carbure à
52~ de chrome, 7,5% de carbone, ~,5~ de silicium, à raison de ~70 Kg/min, et de ferro-nickel carbure à 23% de nickel, 1,8% de carbone, 2,7~ de silicium, 1,8~ de chrome, ~ raison de 530' ~g~min, pendant une duree de 34 mn.
Simultanement, dans les trois tuyères protegees par du fuel-oil, on injecke de l'oxygene pur, à raison de 70 Nm3/min pour les 3 tuyères, tenant en suspension de la po~dre de chaux, ~ rai-son de 84 Kg/min, soit une concentration de 1,2 Kg de poudre de chaux par mètre cube normal d'oxygene, tandis que le debit de fuel-oil prokecteur est de 0,8 litre par minute et par tuyère.
': . .' ; - 5 - ~

,, ~
., " , .
:: ,. ..

La puissance électrique est reglee de maniere à mainte-. nir en permanence la temperature du bain metallique aux alentours de 1580 C, compte tenu d'une part de la chaleur de fusion des . additions solides, et dlautre part, de la chaleur dégagée par les : -reactions d'affinage.
La teneur en carbone du bain znetallique est re(31ee :. autour de 0200% au début de la phase de chargement continu, c'est-à-dire pour une teneur moyenne en chrome du bain tres faible, et . .
cette teneur en carbone est réglée ensuite à une valeur croissante, :
: 10 jusqu'à atteindre 0,800%, pour une teneur en chrome de 18,2%.
On arrete alors le chargement continu de matières solides.
. La troisieme et dernière phase comporte d'abord une breve décarburation, par insufflation d'oxygène et de vapeur d'eau - par les tuyeres, jusqu'a une teneur en carbone du bain de 0,550%, ;. et une teneur en chrome de 17,3%, avec une teneur en nickel de 9,7~, pour une température du b~ain de 1.610C et une teneur en Cr2O3 du laitier de 19%. Pour terminer cette troisieme et der-niere phase, on réduit l'oxyde de chrome du laitier par une addi- .. .
tion de ferro-silicium, accompagnée de chaux, avec brassage par ` 20 soufflage de gaz neutre à travers les tuyères.
` La teneur en chrome du bain remonte ainsi à 19,5%, les autres éléments restant inchangés.
~e mécal ainsi affiné est alors coulé en poche, en vue d'un traitement Einal soit en poche avec soufflage d'oxyyene par . lance et sous vide, soit dans un convertisseur à soufflage par le ;~
fond, avec un gaz de dilution de l'oxyde de carbone, de manière à obtenir moins de 0,03~ de carbone, autour de 19~ de chrome et ~ de 9,5% de nickel, dans le présent exemple. Il est également ~ possible d'achever tout l'affinage dans le fQur, et la coulée en : 30 poche ne comporte pas nécessairement de mise sous vide.
D'une facon genérale, le procéde selon l'invention s'applique specialement bien à l'élaboration des aciers au chrome, férritiques et austenitiques, et des aciers au man~anese, donc en particulier à l'ensemble des aciers inoxydables.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perEectionnements de détails, de même qu'envisager l'emplci de moyens équivalents.
: ' ~ '~

''' ', ,~'~
' ' ' '`, .'''~ ' .
', ~'` .

"

:~'' .: .
'' ' ' ~ '' .~ ''. ',''

Claims (5)

Les réalisations de l'invention au sujet désquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé d'élaboration d'aciers alliés dans des fours électriques à arcs munis d'un dispositif de chargement continu de produits solides et de moyens d'introduction de fluides caractérisé
en ce qu'il comporte les trois phases suivantes:
- une première phase consistant à fondre un premier char-gement afin de constituer un pied de bain;
- une deuxième phase qui consiste à fondre des matières chargées d'une manière continu et à affiner simultanément le mé-tal fondu en suivant une évolution optimale de la teneur en car-bone du bain;
- une troisième étape qui consiste à oxyder le carbone résiduel de la deuxième phase et à ajuster les divers éléments de l'acier jusqu'à l'obtention de sa composition finale.

2. Procédé d'élaboration d'aciers alliés au chrome, à
partir de ferro-alliages granulés, carburés ou non, avec ou sans addition de fonte ou de produits préréduits, granulés ou en bou-lettes, dans un four électrique à arcs muni d'une part d'un dis-positif de chargement continu de matières solides, sous toute forme de petite dimension, d'autre part de moyens d'injections de fluides d'affinage, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend trois phases successives:
- une première phase dans laquelle on constitue un pied de bain préfondu, allié ou non, - une deuxième phase dans laquelle on procède au char-gement continu des ferro-alliages carburés ou non, avec ou sans autres matières solides fragmentées, tout en insufflant simul-tanément dans le bain liquide les fluides d'affinage, dont la nature et les débits sont réglés de telle manière que, compte tenu de la puissance des arcs électriques, le bain conserve à

chaque instant une teneur en carbone optimale, que le bain métal-lique reste en permanence sensiblement à la même température pen-dant toute la durée du chargement continu, que le chrome oxydé
passant à chaque instant dans la scorie soit en relation directe avec cette teneur en carbone optimale et avec cette température, - une phase finale, après la fin du chargement continu, consistant d'abord, en cas de besoin, à décarburer le bain métal-lique jusqu'à la teneur finale en carbone recherchée, puis à ré-duire l'oxyde de chrome de la scorie par du ferro-silicium, ou tout autre agent réducteur en présence de chaux, et avec un bras-sage par gaz neutre.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ferro-alliages sont choisis parmi les ferro-chromes, les ferro-manganèses et les ferro-nickels.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, carac-térisé en ce que les fluides d'affinage sont choisis parmi l'oxy-gène, l'air enrichi ou non, avec ou sans poudre de chaux, la vapeur d'eau et des gaz neutres et sont introduits par lance ou par tuyère.

5. Procédé d'élaboration d'aciers alliés dans un four électrique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que, pendant la troisième phase, on introduit par des tu-yères ou par des lances, en suspension dans un gaz porteur conve-nable, de préférence neutre ou réducteur, des matières pulvéru-lentes choisies parmi: le carbone, le nickel, des éléments d'al-liages, et des éléments d'alliage sous forme d'oxydes aisément réductibles, ces matières pulvérulentes participant à la mise à

la nuance de l'acier.