CA2485633A1 - Procede de traitements metallurgiques sur bain metallique - Google Patents
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Abstract
Un procédé de traitement métallurgique sur bain métallique comprend un premi er traitement impliquant la présence ou la formation d~un laitier acide en surface dudit bain métallique et un deuxième traitement impliquant la présen ce ou la formation d~un laitier basique en surface dudit bain métallique. L~on effectue les deux traitements sans décrassage intermédiare, en assurant en surface dudit bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique.
Description
2 PCT/EP03/50183 Procédé de traitements métallurgiques sur bain métallique ~cat~aï~e ~ech~~e~~re ar~gue,~ se ~aopm;~e ~'ï~ve.~~do~r La présente invention concerne de façon générale un procédé de traite-ments métallurgiques sur bain métallique. Elle concerne plus particulièrement un tel procédé qui comprend un premier traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier acide en surface d'un bain métallique et un deuxième traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier basique en surface de ce bain métallique.
~'ae ~a ecf~~ie Un procédé de ce genre est par exemple un procédé de traitement de l'acier brut en poche dans lequel on effectue un réchauffage du bain d'acier par aluminothermie avant d'effectuer un traitement de désulfuration (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en soufre) etlou de déphosphoration (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en phosphore). Lors du chauffage par aluminothermie on fait réagir de l'aluminium avec de l'oxygène, ce qui forme un laitier acide de AI203 en surface du bain d'acier. Or, le traite-ment de désulfuration, respectivement de déphosphoration, qui nécessite un laitier basique en surface du bain d'acier, est inhibé par la présence d'un laitier acide de AI2O3 en surface du bain d'acier. Par conséquent, il faut d'abord décrasser le laitier acide de AI2O3 avant de pouvoir commencer le traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration. Or, un tel décrassage intermédiaire augmente sensiblement la durée totale du traitement et n'est pas possible dans tout stand de traitement métallurgique.
Pour augmenter le rendement d'un réchauffage par aluminothermie d'un bain métallique dans une poche, il est connu est connu de réaliser ce réchauf-fage sous une cloche (c.f. par exemple US-A-4518422). Par injection d'un gaz inerte, on forme d'abord une « fenétre » dans une couche de laitier initial recouvrant le bain métallique. On descend alors la cloche au-dessus de cette fenêtre » jusqu'à ce que son bord inférieur soit immergé dans le bain métalli-que. Les réactifs de l'aluminothermie, à savoir l'aluminium et l'oxygène, sont ajoutés en dessous de cette cloche. En même temps on effectue un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte. II sera apprécié que la cloche permet d'effectuer le réchauffage par aluminothermie sous une atmosphère protégée et avec un minimum de pertes à l'environnement. Lorsque le réchauf-fage par aluminothermie est terminé, on enlève la cloche. Le laitier autour de la cloche se mélange avec le laitier AI2O3 formé en dessous de la cloche, ce qui donne un laitier dont la teneur qui inhibe un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration subséquent par sa teneur élevée en AI2O3 (>40%).
Un autre procédé du genre défini dans le préambule est un procédé dans lequel un bain de fonte brute ou un bain de ferro-alliages doit subir à la fois une désiliciation par injection d'oxygène (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en silicium) et une désulfuration et/ou déphosphoration. La désilicia-tion par injection d'oxygène produit un laitier acide de Si02 en surface du bain métallique. Or, le traitement de désulfuration subséquent requiert la présence d'un laitier basique en surface du bain d'acier et il est inhibé par une teneur en Si02 supérieure à 10%. II s'ensuit que le laitier acide formé lors de la désilicia-tion doit être décrassé avant de commencer le traitement de désulfuration.
Comme déjà expliqué, un tel décrassage intermédiaire augmente sensiblement la durée du procédé et n'est pas possible dans tout stand de traitement métal-lurgique.
~i~,~e~ c~e f'~~e~~ie~~
L'objet de la présente invention est d'optimiser le déroulement d'un procé-dé métallurgique dans lequel un premier traitement implique la présence ou la formation d'un laitier acide en surface d'un bain métallique et un deuxième traitement implique la présence ou la formation d'un laitier basique en surface de ce bain métallique.
~'ae ~a ecf~~ie Un procédé de ce genre est par exemple un procédé de traitement de l'acier brut en poche dans lequel on effectue un réchauffage du bain d'acier par aluminothermie avant d'effectuer un traitement de désulfuration (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en soufre) etlou de déphosphoration (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en phosphore). Lors du chauffage par aluminothermie on fait réagir de l'aluminium avec de l'oxygène, ce qui forme un laitier acide de AI203 en surface du bain d'acier. Or, le traite-ment de désulfuration, respectivement de déphosphoration, qui nécessite un laitier basique en surface du bain d'acier, est inhibé par la présence d'un laitier acide de AI2O3 en surface du bain d'acier. Par conséquent, il faut d'abord décrasser le laitier acide de AI2O3 avant de pouvoir commencer le traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration. Or, un tel décrassage intermédiaire augmente sensiblement la durée totale du traitement et n'est pas possible dans tout stand de traitement métallurgique.
Pour augmenter le rendement d'un réchauffage par aluminothermie d'un bain métallique dans une poche, il est connu est connu de réaliser ce réchauf-fage sous une cloche (c.f. par exemple US-A-4518422). Par injection d'un gaz inerte, on forme d'abord une « fenétre » dans une couche de laitier initial recouvrant le bain métallique. On descend alors la cloche au-dessus de cette fenêtre » jusqu'à ce que son bord inférieur soit immergé dans le bain métalli-que. Les réactifs de l'aluminothermie, à savoir l'aluminium et l'oxygène, sont ajoutés en dessous de cette cloche. En même temps on effectue un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte. II sera apprécié que la cloche permet d'effectuer le réchauffage par aluminothermie sous une atmosphère protégée et avec un minimum de pertes à l'environnement. Lorsque le réchauf-fage par aluminothermie est terminé, on enlève la cloche. Le laitier autour de la cloche se mélange avec le laitier AI2O3 formé en dessous de la cloche, ce qui donne un laitier dont la teneur qui inhibe un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration subséquent par sa teneur élevée en AI2O3 (>40%).
Un autre procédé du genre défini dans le préambule est un procédé dans lequel un bain de fonte brute ou un bain de ferro-alliages doit subir à la fois une désiliciation par injection d'oxygène (c'est-à-dire un traitement pour abaisser de la teneur en silicium) et une désulfuration et/ou déphosphoration. La désilicia-tion par injection d'oxygène produit un laitier acide de Si02 en surface du bain métallique. Or, le traitement de désulfuration subséquent requiert la présence d'un laitier basique en surface du bain d'acier et il est inhibé par une teneur en Si02 supérieure à 10%. II s'ensuit que le laitier acide formé lors de la désilicia-tion doit être décrassé avant de commencer le traitement de désulfuration.
Comme déjà expliqué, un tel décrassage intermédiaire augmente sensiblement la durée du procédé et n'est pas possible dans tout stand de traitement métal-lurgique.
~i~,~e~ c~e f'~~e~~ie~~
L'objet de la présente invention est d'optimiser le déroulement d'un procé-dé métallurgique dans lequel un premier traitement implique la présence ou la formation d'un laitier acide en surface d'un bain métallique et un deuxième traitement implique la présence ou la formation d'un laitier basique en surface de ce bain métallique.
3 .E.~posé de ~'i~~e~tian Conformément à l'invention, cet objectif est atteint en effectuant les deux traitements sans décrassage intermédiaire simultanément ou successivement dans deux zones séparées et en assurant en surface du bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique. Afin d'épargner un maximum de temps, les deux traitements auront de préférence lieu simultanément. Dans certains cas il peut cependant étre intéressant de clôturer ou de démarrer d'abord le premier traitement avant de commencer le deuxième traitement ou vice versa. II sera apprécié que dans tous ces cas on épargne le temps nécessaire au décrassage intermédiaire et on peut effectuer les deux traitements dans un seul stand de traitement métal-lurgique qui n'est pas nécessairement équipé pour y effectuer un décrassage de laitier (le décrassage final peut se faire ailleurs).
Dans une exécution préférentielle, un des deux traitements est effectuë
sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métallique et l'autre traitement est effectué autour de cette cloche profonde.
Cette cloche profonde assure la séparation physique entre les deux zones de laitier en surface du bain, tout en permettant d'effectuer un des deux traite-ments sous une atmosphère protégée, avec un minimum de pertes à
l'environnement. Si on ne veut pas profiter de ces avantages additionnels d'une cloche profonde, on peut cependant aussi utiliser une simple paroi de sépara-tion pour assurer en surface du bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique. Cette paroi de sépara-tion peut soit coopérer avec les bords d'un récipient métallurgique pour diviser la surface du bain métallique en deux zones juxtaposées, soit former une sorte d'anneau pour délimiter un « îlot » à l'intérieur de la surface du bain métallique.
Le premier traitement est par exemple un réchauffage chimique qui est ef-fectué sous une cloche profonde sous une atmosphère protégée et qui produit un laitier acide sous cette cloche. Par chauffage chimique on entend ici une oxydation fortement exothermique d'un élément généralement métallique, tel
Dans une exécution préférentielle, un des deux traitements est effectuë
sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métallique et l'autre traitement est effectué autour de cette cloche profonde.
Cette cloche profonde assure la séparation physique entre les deux zones de laitier en surface du bain, tout en permettant d'effectuer un des deux traite-ments sous une atmosphère protégée, avec un minimum de pertes à
l'environnement. Si on ne veut pas profiter de ces avantages additionnels d'une cloche profonde, on peut cependant aussi utiliser une simple paroi de sépara-tion pour assurer en surface du bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique. Cette paroi de sépara-tion peut soit coopérer avec les bords d'un récipient métallurgique pour diviser la surface du bain métallique en deux zones juxtaposées, soit former une sorte d'anneau pour délimiter un « îlot » à l'intérieur de la surface du bain métallique.
Le premier traitement est par exemple un réchauffage chimique qui est ef-fectué sous une cloche profonde sous une atmosphère protégée et qui produit un laitier acide sous cette cloche. Par chauffage chimique on entend ici une oxydation fortement exothermique d'un élément généralement métallique, tel
4 que par exemple l'aluminium (aluminothermie) ou le silicium (silicothermie).
Le premier traitement peut aussi être un traitement de désiliciation par in-jection d'oxygène, notamment dans le cadre d'un traitement de fontes ou de ferro-alliages (comme par exemple le ferro-nickel) à teneurs élevées de silicium. Ce traitement de désiliciation par injection d'oxygène est lui aussi avantageusement effectué sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métallique.
Le deuxième traitement est par exemple un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration faisant intervenir un laitier basique, formé par exemple par ajout de chaux, de carbonate de soude, de magnésium etc.. Ce traitement peut ëtre effectué autour de la cloche profonde sous laquelle le premier traitement est effectué.
Dans le cadre d'un traitement de désiliciation par injection d'oxygène, le traitement de désulfuration etlou de déphosphoration comprend avantageuse-ment l'ajout de calcaire, notamment de castine, au bain métallique. II s'agit d'un agent désulfurant bon marché et très efficace, mais sa décomposition dans le bain métallique donne lieu à une réaction fortement endothermique qui a tendance à refroidir le bain métallique. Or, en combinaison avec une désilicia-tion par injection d'oxygène, cet effet refroidissant ne cause guère de problème, car la réaction de désiliciation, qui est fortement exothermique, produit de toute façon un excès de chaleur.
Lorsqu'on utilise une cloche profonde pour assurer en surface du bain mé-tallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique, on procède avantageusement comme suit : on forme d'abord, par injection d'un gaz inerte, une « fenêtre » dans une couche de laitier initiale recouvrant la surface du bain métallique; on recouvre cette « fenêtre » à
l'aide d'une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métall i-que; on effectue un des deux traitements sous la cloche profonde et l'autre autour de la cloche profonde, en effectuant simultanément un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte; et à la fin des deux traitements, on arrête le brassage, on enlève la cloche profonde et on décrasse immédiatement après les deux laitiers. L'arrêt du brassage avant l'enlèvement de la cloche profonde permet d'éviter que les deux laitiers ne se mélangent trop, ce qui pourrait ëtre nuisible au résultat du procédé.
Le premier traitement peut aussi être un traitement de désiliciation par in-jection d'oxygène, notamment dans le cadre d'un traitement de fontes ou de ferro-alliages (comme par exemple le ferro-nickel) à teneurs élevées de silicium. Ce traitement de désiliciation par injection d'oxygène est lui aussi avantageusement effectué sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métallique.
Le deuxième traitement est par exemple un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration faisant intervenir un laitier basique, formé par exemple par ajout de chaux, de carbonate de soude, de magnésium etc.. Ce traitement peut ëtre effectué autour de la cloche profonde sous laquelle le premier traitement est effectué.
Dans le cadre d'un traitement de désiliciation par injection d'oxygène, le traitement de désulfuration etlou de déphosphoration comprend avantageuse-ment l'ajout de calcaire, notamment de castine, au bain métallique. II s'agit d'un agent désulfurant bon marché et très efficace, mais sa décomposition dans le bain métallique donne lieu à une réaction fortement endothermique qui a tendance à refroidir le bain métallique. Or, en combinaison avec une désilicia-tion par injection d'oxygène, cet effet refroidissant ne cause guère de problème, car la réaction de désiliciation, qui est fortement exothermique, produit de toute façon un excès de chaleur.
Lorsqu'on utilise une cloche profonde pour assurer en surface du bain mé-tallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique, on procède avantageusement comme suit : on forme d'abord, par injection d'un gaz inerte, une « fenêtre » dans une couche de laitier initiale recouvrant la surface du bain métallique; on recouvre cette « fenêtre » à
l'aide d'une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans le bain métall i-que; on effectue un des deux traitements sous la cloche profonde et l'autre autour de la cloche profonde, en effectuant simultanément un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte; et à la fin des deux traitements, on arrête le brassage, on enlève la cloche profonde et on décrasse immédiatement après les deux laitiers. L'arrêt du brassage avant l'enlèvement de la cloche profonde permet d'éviter que les deux laitiers ne se mélangent trop, ce qui pourrait ëtre nuisible au résultat du procédé.
5 D'autres particularités et caractéristiques du procédé selon l'invention res-sortiront de quelques exemples présentés ci-dessous à titre d'illustration, en se référant aussi à la Fig. 1 ci-annexée, qui montre une illustration schématique de la mise de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention.
~esc~-iaf~a~~ e~é~ilée e ~e,~es r~~'es e ~éa~~saica~~e~.~ ~'e igiv~er~f~a~~
La Fig. 1 est utilisée pour décrire plus en détail, à titre d'illustration de la présente invention, le déroulement d'un procédé métallurgique qui comprend un traitement de désulfuration en poche d'un bain d'acier brut, précédé d'un réchauffement chimique en poche de ce bain d'acier.
Sur la Fig. 1 on voit une poche métallurgique 10 dans un stand de traite-ment métallurgique lors de la mise en oeuvre du procédé susmentionné. A l'état initial, cette poche 10 renfermait un bain d'acier 12 brut provenant du convertis-seur ou du four électrique, ainsi qu'une couche de laitier résiduel basique recouvrant le bain d'acier. Dans le stand de traitement métallurgique on a d'abord formé, par injection d'un gaz inerte, une fenêtre 14 dans la couche de laitier résiduel, c'est-à-dire qu'on a libéré une zone de la surface du bain d'acier 12 au moins partiellement du laitier résiduel qui la recouvrait. Au-dessus de cette fenêtre 14, on a alors positionné une cloche profonde 16, de façon à ce que son bord inférieur 18 soit immergé dans le bain métallique 12 d'au moins 20 cm (plus le barbotage du bain métallique 12 est important, plus la profondeur d'immersion du bord inférieur de la cloche 16 devra être importante). Reste à
noter qu'une exécution possible d'une telle cloche profonde 16 est par exemple décrite dans la demande de brevet WO 98/31841, en précisant toutefois que la cloche utilisée dans le présent procédé ne doit pas nécessairement être une
~esc~-iaf~a~~ e~é~ilée e ~e,~es r~~'es e ~éa~~saica~~e~.~ ~'e igiv~er~f~a~~
La Fig. 1 est utilisée pour décrire plus en détail, à titre d'illustration de la présente invention, le déroulement d'un procédé métallurgique qui comprend un traitement de désulfuration en poche d'un bain d'acier brut, précédé d'un réchauffement chimique en poche de ce bain d'acier.
Sur la Fig. 1 on voit une poche métallurgique 10 dans un stand de traite-ment métallurgique lors de la mise en oeuvre du procédé susmentionné. A l'état initial, cette poche 10 renfermait un bain d'acier 12 brut provenant du convertis-seur ou du four électrique, ainsi qu'une couche de laitier résiduel basique recouvrant le bain d'acier. Dans le stand de traitement métallurgique on a d'abord formé, par injection d'un gaz inerte, une fenêtre 14 dans la couche de laitier résiduel, c'est-à-dire qu'on a libéré une zone de la surface du bain d'acier 12 au moins partiellement du laitier résiduel qui la recouvrait. Au-dessus de cette fenêtre 14, on a alors positionné une cloche profonde 16, de façon à ce que son bord inférieur 18 soit immergé dans le bain métallique 12 d'au moins 20 cm (plus le barbotage du bain métallique 12 est important, plus la profondeur d'immersion du bord inférieur de la cloche 16 devra être importante). Reste à
noter qu'une exécution possible d'une telle cloche profonde 16 est par exemple décrite dans la demande de brevet WO 98/31841, en précisant toutefois que la cloche utilisée dans le présent procédé ne doit pas nécessairement être une
6 cloche tournante.
En dessous de la cloche 16 on effectue un réchauffage du bain d'acier par aluminothermie. A cette fin on ajoute de l'aluminium et on souffle de l'oxygène sous la cloche 16, tel qu'indiqué schématiquement par les flèches 18 et 20.
Simultanément on effectue un brassage du bain métallique 12 à l'aide d'un gaz inerte, qui est injecté, de préférence à l'aide d'une lance latérale 22, dans le bain métallique 12. L'aluminium réagit dans une réaction fortement exothermi que avec l'oxygène. Cette réaction résulte dans la formation d'un laitier acide de AI203 en dessous de la cloche 16. Sur la Fig. 1 ce laitier acide de AI203 est repéré par la référence 24.
Selon l'état de la technique, on remontait la cloche 16 à la fin du réchauf-fage chimique pour effectuer un décrassage du laitier résiduel fortement contaminé avec le laitier AI203 formé sous la cloche 16. Ensuite on effectuait le traitement de désulfuration sur le bain d'acier libéré de laitier. En effet, il est connu que pour pouvoir effectuer un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration à l'aide d'un laitier basique, il faut que la teneur en AI203 de ce laitier soit inférieure à 40%.
Selon la présente invention, on effectue le traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration autour de la cloche 16 sans effectuer un décrassage intermédiaire de laitier. A cette fin on injecte à l'aide d'une lance 26 un agent de formation d'un laitier basique 28 dans le bain métallique 12 autour de la cloche 16. Cet agent de formation d'un laitier basique 28 peut par exemple être de la chaux, du calcaire, de la castine, du carbonate de soude, du magnésium etc..
La cloche 16 évite que le laitier acide de AI203 formé sous la cloche 16 ne se mélange avec le laitier basique entourant la poche 16, ce qui permet d'effectuer les deux traitements simultanément ou successivement sans décrassage intermédiaire. De préférence on démarre d'abord le réchauffage par alumino-thermie et on commence le traitement de désulfuration et/ou de déphosphora-tion dès que le bain d'acier a atteint une température suffisante.
A la fin du traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration, on arréte
En dessous de la cloche 16 on effectue un réchauffage du bain d'acier par aluminothermie. A cette fin on ajoute de l'aluminium et on souffle de l'oxygène sous la cloche 16, tel qu'indiqué schématiquement par les flèches 18 et 20.
Simultanément on effectue un brassage du bain métallique 12 à l'aide d'un gaz inerte, qui est injecté, de préférence à l'aide d'une lance latérale 22, dans le bain métallique 12. L'aluminium réagit dans une réaction fortement exothermi que avec l'oxygène. Cette réaction résulte dans la formation d'un laitier acide de AI203 en dessous de la cloche 16. Sur la Fig. 1 ce laitier acide de AI203 est repéré par la référence 24.
Selon l'état de la technique, on remontait la cloche 16 à la fin du réchauf-fage chimique pour effectuer un décrassage du laitier résiduel fortement contaminé avec le laitier AI203 formé sous la cloche 16. Ensuite on effectuait le traitement de désulfuration sur le bain d'acier libéré de laitier. En effet, il est connu que pour pouvoir effectuer un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration à l'aide d'un laitier basique, il faut que la teneur en AI203 de ce laitier soit inférieure à 40%.
Selon la présente invention, on effectue le traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration autour de la cloche 16 sans effectuer un décrassage intermédiaire de laitier. A cette fin on injecte à l'aide d'une lance 26 un agent de formation d'un laitier basique 28 dans le bain métallique 12 autour de la cloche 16. Cet agent de formation d'un laitier basique 28 peut par exemple être de la chaux, du calcaire, de la castine, du carbonate de soude, du magnésium etc..
La cloche 16 évite que le laitier acide de AI203 formé sous la cloche 16 ne se mélange avec le laitier basique entourant la poche 16, ce qui permet d'effectuer les deux traitements simultanément ou successivement sans décrassage intermédiaire. De préférence on démarre d'abord le réchauffage par alumino-thermie et on commence le traitement de désulfuration et/ou de déphosphora-tion dès que le bain d'acier a atteint une température suffisante.
A la fin du traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration, on arréte
7 tout brassage du bain métallique 12 avant de remonter la cloche 16. Ensuite on décrasse les deux laitiers ensemble.
II faut noter que le traitement effectué sous la cloche pourrait par exemple aussi être un traitement de désiliciation de fonte ou de ferro-alliages, notam-ment de ferro-nickel, par injection d'oxygène. Dans ce cas le silicium réagit avec l'oxygène soufflé en dessous de la cloche pour former un laitier acide de Si02 en dessous de la cloche. Autour de la cloche on peut alors effectuer un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration tel que décrit plus haut.
La cloche évite que le laitier acide de Si02 formé sous la cloche 16 ne se mélange avec le laitier basique entourant la poche 16, ce qui permet d'effectuer les deux traitements simultanément ou successivement sans décrassage intermédiaire. En effet, pour un traitement de désulfuration et/ou de déphospho-ration efficace, il faut que la teneur en Si02 du laitier basique ne soit pas supérieure à 10%.
Exemple 1 Cet exemple concerne un traitement en poche de l'acier brut de convertis-seur avec comme objectif une désulfuration à 80% de cet acier.
Etat initial : Une poche métallurgique contient 160 t d'acier brut de conver-tisseur et 600 kg de laitier résiduel d'affinage. Les résultats d'analyse sont comme suit : 0,04% C, 600 ppm O, 0,010% S. La température du bain d'acier est de 1600°C. A la coulée on a ajouté 200 kg de AI de désoxydation et 600 kg de CaO.
Réchauffage par aluminothermie : Le premier traitement est un réchauf-fage par aluminothermie qui s'effectue, tel que décrit en rapport avec la Fig.
1, sous une cloche profonde positionnée au-dessus d'une zone du bain d'acier préalablement libéré de sa couche de laitier résiduel. On obtient un accroisse-ment de température du bain d'acier d'environ 90°C par injection de 530 kg d'aluminium et de 350 m3 d'oxygène en 7 mn (débit de 50 m3/mn de 02). Le brassage en dessous de la cloche s'effectue par injection d'argon à l'aide d'une lance latérale avec un débit de 0,2 m3/mn.
II faut noter que le traitement effectué sous la cloche pourrait par exemple aussi être un traitement de désiliciation de fonte ou de ferro-alliages, notam-ment de ferro-nickel, par injection d'oxygène. Dans ce cas le silicium réagit avec l'oxygène soufflé en dessous de la cloche pour former un laitier acide de Si02 en dessous de la cloche. Autour de la cloche on peut alors effectuer un traitement de désulfuration et/ou de déphosphoration tel que décrit plus haut.
La cloche évite que le laitier acide de Si02 formé sous la cloche 16 ne se mélange avec le laitier basique entourant la poche 16, ce qui permet d'effectuer les deux traitements simultanément ou successivement sans décrassage intermédiaire. En effet, pour un traitement de désulfuration et/ou de déphospho-ration efficace, il faut que la teneur en Si02 du laitier basique ne soit pas supérieure à 10%.
Exemple 1 Cet exemple concerne un traitement en poche de l'acier brut de convertis-seur avec comme objectif une désulfuration à 80% de cet acier.
Etat initial : Une poche métallurgique contient 160 t d'acier brut de conver-tisseur et 600 kg de laitier résiduel d'affinage. Les résultats d'analyse sont comme suit : 0,04% C, 600 ppm O, 0,010% S. La température du bain d'acier est de 1600°C. A la coulée on a ajouté 200 kg de AI de désoxydation et 600 kg de CaO.
Réchauffage par aluminothermie : Le premier traitement est un réchauf-fage par aluminothermie qui s'effectue, tel que décrit en rapport avec la Fig.
1, sous une cloche profonde positionnée au-dessus d'une zone du bain d'acier préalablement libéré de sa couche de laitier résiduel. On obtient un accroisse-ment de température du bain d'acier d'environ 90°C par injection de 530 kg d'aluminium et de 350 m3 d'oxygène en 7 mn (débit de 50 m3/mn de 02). Le brassage en dessous de la cloche s'effectue par injection d'argon à l'aide d'une lance latérale avec un débit de 0,2 m3/mn.
8 Désulfuration : Le deuxième traitement est une désulfuration poussée à
80% qui a lieu autour de la cloche. Comme agent désulfurant on utilise une poudre composé de 60% de Ca0 et de 35% de AI203, le restant étant des impuretés. L'ajout de AI203 a comme but de régler la fluidité du laitier obtenu.
D'autres agents de laitier peuvent également étre ajoutés.
L'agent désulfurant est injecté à l'aide d'une lance à tête immergée, en uti-lisant de l'argon comme gaz porteur. Avant de commencer l'injection de l'agent désulfurant, on utilise la lance d'injection pour effectuer un brassage préalable du bain d'acier. A cette fin la lance d'injection est alimentée pendant 5 mn avec un débit d'environ 0,5 m3lri~n d'argon, l'alimentation de l'agent désulfurant étant coupée. Ce brassage préliminaire permet notamment d'homogénéiser la température du bain d'acier avant sa désulfuration. Ensuite on injecte dans un intervalle de temps d'environ 12 mn, 960 kg de l'agent désulfurant susmention-né (débit solide environ 80 kg/mn) avec un débit d'environ 1 m3/mn d'argon comme gaz porteur. On termine le traitement en effectuant avec la méme lance pendant 5 mn un brassage intense avec un débit d'environ 1 m3/mn d'argon, l'alimentation en agent désulfurant étant de nouveau coupée. Ensuite on arrête tout brassage et on remonte la cloche.
Etat final Acier : 0,04% C, 0,002% S, température environ : 1600°C.
Laitier : environ 1000 kg de AI203 formé sous la cloche, plus environ 2500 kg de laitier de désulfuration autour de la cloche.
Remaraue Si on veut obtenir seulement une désulfuration modérée de l'acier, on n'a éventuellement pas besoin d'injecter un agent désulfurant dans le bain à
l'aide d'une lance. En effet, le laitier résiduel, qui se retrouve autour de la cloche, peut déjà contenir une quantité suffisante d'agents désulfurants pour obtenir une désulfuration modérée de l'acier. II suffit alors de brasser le bain d'acier autour de la cloche pour le faire réagir avec le laitier résiduel flottant sur sa surface et d'ajouter, le cas échéant, encore des agents de laitier pour régler notamment la
80% qui a lieu autour de la cloche. Comme agent désulfurant on utilise une poudre composé de 60% de Ca0 et de 35% de AI203, le restant étant des impuretés. L'ajout de AI203 a comme but de régler la fluidité du laitier obtenu.
D'autres agents de laitier peuvent également étre ajoutés.
L'agent désulfurant est injecté à l'aide d'une lance à tête immergée, en uti-lisant de l'argon comme gaz porteur. Avant de commencer l'injection de l'agent désulfurant, on utilise la lance d'injection pour effectuer un brassage préalable du bain d'acier. A cette fin la lance d'injection est alimentée pendant 5 mn avec un débit d'environ 0,5 m3lri~n d'argon, l'alimentation de l'agent désulfurant étant coupée. Ce brassage préliminaire permet notamment d'homogénéiser la température du bain d'acier avant sa désulfuration. Ensuite on injecte dans un intervalle de temps d'environ 12 mn, 960 kg de l'agent désulfurant susmention-né (débit solide environ 80 kg/mn) avec un débit d'environ 1 m3/mn d'argon comme gaz porteur. On termine le traitement en effectuant avec la méme lance pendant 5 mn un brassage intense avec un débit d'environ 1 m3/mn d'argon, l'alimentation en agent désulfurant étant de nouveau coupée. Ensuite on arrête tout brassage et on remonte la cloche.
Etat final Acier : 0,04% C, 0,002% S, température environ : 1600°C.
Laitier : environ 1000 kg de AI203 formé sous la cloche, plus environ 2500 kg de laitier de désulfuration autour de la cloche.
Remaraue Si on veut obtenir seulement une désulfuration modérée de l'acier, on n'a éventuellement pas besoin d'injecter un agent désulfurant dans le bain à
l'aide d'une lance. En effet, le laitier résiduel, qui se retrouve autour de la cloche, peut déjà contenir une quantité suffisante d'agents désulfurants pour obtenir une désulfuration modérée de l'acier. II suffit alors de brasser le bain d'acier autour de la cloche pour le faire réagir avec le laitier résiduel flottant sur sa surface et d'ajouter, le cas échéant, encore des agents de laitier pour régler notamment la
9 consistance du laitier.
Exemple 2 Cet exemple concerne un traitement en poche de fonte brute avec comme objectif une désiliciation et une désulfuration de la fonte.
Etat initial : Une poche métallurgique contient 100 t de fonte brute dont les résultats d'analyse sont comme suit : 4,5% C, 0,8% Si, 0,10% S. La tempéra-ture du bain fonte est de 1350°C. La fonte est recouverte d'une couche de laitier résiduel à caractère basique.
Traitement de désiliciation : Un traitement de désiliciation par injection d'oxygène est effectué, tel que décrit plus haut, sous une cloche profonde positionnée au-dessus d'une zone du bain préalablement libéré de sa couche de laitier résiduel. On injecte sous la cloche 450 m3 d'oxygène en 10 mn (débit 45 m3/mn de 02). Le brassage en dessous de la cloche s'effectue par injection d'argon à l'aide d'une lance latérale avec un débit de 0,2 m3/mn.
Désulfuration : La désulfuration a lieu autour de la cloche. Comme agent désulfurant on utilise une poudre composée de 70% de CaC03 et de 30% de Na2C03. D'autres agents de laitier peuvent également étre ajoutés.
L'agent désulfurant est injecté à l'aide d'une lance immergée, en utilisant de l'argon comme gaz porteur. On injecte dans un intervalle de temps d'environ 20 mn environ 1000 kg de l'agent désulfurant susmentionné (débit solide environ 50 kg/mn) avec environ 1 m3/mn d'argon comme gaz porteur. Après avoir arrété tout brassage on peut remonter la cloche et décrasser les deux laitiers ensemble.
Etat final Fonte prétraitée : 4,3% C, 0,4% Si, 0,02% S, température environ 1400°C.
Laitier : environ 860 kg de Si02 formé sous la cloche, plus environ 700 kg de laitier de désulfuration autour de la cloche.
Remarque au sujet du traitement de la fonte Dans la désulfuration classique de la fonte en une seule étape, on utilise . le plus souvent comme désulfurant un mélange Mg-CaC2 ou Mg-CaO. II s'agit de désulfurants très efficaces, mais également très chers. Ils sont surtout 5 utilisés parce qu'ils produisent un refroidissement limité du bain métallique. Or, la combinaison de la désulfuration avec une désiliciation fortement exothermi-que permet d'utiliser un agent désulfurant plus refroidissant mais meilleur marché, tel que par exemple le calcaire (CaC03) ou la castine. La décomposi-tion du CaC03 ou du Na2C03 dans le bain d'acier génère par ailleurs aussi de
Exemple 2 Cet exemple concerne un traitement en poche de fonte brute avec comme objectif une désiliciation et une désulfuration de la fonte.
Etat initial : Une poche métallurgique contient 100 t de fonte brute dont les résultats d'analyse sont comme suit : 4,5% C, 0,8% Si, 0,10% S. La tempéra-ture du bain fonte est de 1350°C. La fonte est recouverte d'une couche de laitier résiduel à caractère basique.
Traitement de désiliciation : Un traitement de désiliciation par injection d'oxygène est effectué, tel que décrit plus haut, sous une cloche profonde positionnée au-dessus d'une zone du bain préalablement libéré de sa couche de laitier résiduel. On injecte sous la cloche 450 m3 d'oxygène en 10 mn (débit 45 m3/mn de 02). Le brassage en dessous de la cloche s'effectue par injection d'argon à l'aide d'une lance latérale avec un débit de 0,2 m3/mn.
Désulfuration : La désulfuration a lieu autour de la cloche. Comme agent désulfurant on utilise une poudre composée de 70% de CaC03 et de 30% de Na2C03. D'autres agents de laitier peuvent également étre ajoutés.
L'agent désulfurant est injecté à l'aide d'une lance immergée, en utilisant de l'argon comme gaz porteur. On injecte dans un intervalle de temps d'environ 20 mn environ 1000 kg de l'agent désulfurant susmentionné (débit solide environ 50 kg/mn) avec environ 1 m3/mn d'argon comme gaz porteur. Après avoir arrété tout brassage on peut remonter la cloche et décrasser les deux laitiers ensemble.
Etat final Fonte prétraitée : 4,3% C, 0,4% Si, 0,02% S, température environ 1400°C.
Laitier : environ 860 kg de Si02 formé sous la cloche, plus environ 700 kg de laitier de désulfuration autour de la cloche.
Remarque au sujet du traitement de la fonte Dans la désulfuration classique de la fonte en une seule étape, on utilise . le plus souvent comme désulfurant un mélange Mg-CaC2 ou Mg-CaO. II s'agit de désulfurants très efficaces, mais également très chers. Ils sont surtout 5 utilisés parce qu'ils produisent un refroidissement limité du bain métallique. Or, la combinaison de la désulfuration avec une désiliciation fortement exothermi-que permet d'utiliser un agent désulfurant plus refroidissant mais meilleur marché, tel que par exemple le calcaire (CaC03) ou la castine. La décomposi-tion du CaC03 ou du Na2C03 dans le bain d'acier génère par ailleurs aussi de
10 l'oxygène, qui contribue à la désiliciation de la fonte (1 kg CaC03 ou Na2C03 réduit le besoin d'oxygène de désiliciation d'environ 0,1 m3). Par ailleurs il est préférable d'utiliser un mélange CaC03 + Na2C03 afin d'obtenir un laitier plus fluide et de limiter ainsi les pertes par entrainement de fer lors du décrassage.
Néanmoins, l'utilisation de Na2C03 exige aussi de limiter la température à
1400°C afin d'éviter une perte de Na2C03 par vaporisation.
Remargues au sujet d'un traitement de ferro-alliages II sera apprécié qu'un bain de ferro-alliages, notamment un bain de ferro-nickel, peut également faire l'objet d'un traitement combiné de désiliciation et de désulfuration, tel que présenté dans l'exemple 2 pour la fonte.
Cependant, dans le cas du ferro-nickel, pris à titre d'exemple, on cherche généralement à réaliser une désiliciation beaucoup plus importante (baisse de la teneur Si de plus de 1 %). En désiliciant par un jet d'oxygène gazeux, on obtiendrait en l'absence d'un refroidissant efficace, un échauffement de l'ordre de 300°C, voire davantage.
Comme on le fait dans certains procédés de désiliciation de fontes, on peut utiliser comme refroidissant du minerai ou un oxyde de fer obtenu comme co-produit dans la fabrication de l'acier. Cependant, avec le procédé proposé
qui combine la désiliciation et la désulfuration, il est particulièrement indiqué
d'utiliser la castine (CaC03) et/ou le carbonate de soude (Na2C03) comme agent désulfurant, puisque ces derniers sont à la fois très refroidissants et
Néanmoins, l'utilisation de Na2C03 exige aussi de limiter la température à
1400°C afin d'éviter une perte de Na2C03 par vaporisation.
Remargues au sujet d'un traitement de ferro-alliages II sera apprécié qu'un bain de ferro-alliages, notamment un bain de ferro-nickel, peut également faire l'objet d'un traitement combiné de désiliciation et de désulfuration, tel que présenté dans l'exemple 2 pour la fonte.
Cependant, dans le cas du ferro-nickel, pris à titre d'exemple, on cherche généralement à réaliser une désiliciation beaucoup plus importante (baisse de la teneur Si de plus de 1 %). En désiliciant par un jet d'oxygène gazeux, on obtiendrait en l'absence d'un refroidissant efficace, un échauffement de l'ordre de 300°C, voire davantage.
Comme on le fait dans certains procédés de désiliciation de fontes, on peut utiliser comme refroidissant du minerai ou un oxyde de fer obtenu comme co-produit dans la fabrication de l'acier. Cependant, avec le procédé proposé
qui combine la désiliciation et la désulfuration, il est particulièrement indiqué
d'utiliser la castine (CaC03) et/ou le carbonate de soude (Na2C03) comme agent désulfurant, puisque ces derniers sont à la fois très refroidissants et
11 désulfurent efficacement à condition de ne pas étre dilués par un apport de silice (Si02).
Mis à part l'aspect quantitatif (baisse de Si de 1 à 2% au lieu de 0,2 à
0,4% pour les fontes de haut fourneau), le procédé proposé pour la fonte s'applique de manière similaire aux ferro-alliages, en ajustant comme il se doit les proportions d'oxygène et de refroidissant/désulfurant.
Mis à part l'aspect quantitatif (baisse de Si de 1 à 2% au lieu de 0,2 à
0,4% pour les fontes de haut fourneau), le procédé proposé pour la fonte s'applique de manière similaire aux ferro-alliages, en ajustant comme il se doit les proportions d'oxygène et de refroidissant/désulfurant.
Claims (10)
1. Procédé de traitement métallurgique sur bain métallique comprenant:
un premier traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier acide en surface dudit bain métallique; et un deuxième traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier basique en surface dudit bain métallique;
caractérisé en ce que l'on effectue les deux traitements sans décrassage intermédiaire simultanément ou successivement dans deux zones séparées et en assurant en surface dudit bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique.
un premier traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier acide en surface dudit bain métallique; et un deuxième traitement impliquant la présence ou la formation d'un laitier basique en surface dudit bain métallique;
caractérisé en ce que l'on effectue les deux traitements sans décrassage intermédiaire simultanément ou successivement dans deux zones séparées et en assurant en surface dudit bain métallique une séparation physique entre une zone de laitier acide et une zone de laitier basique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un des deux traitements est effectué sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans ledit bain métallique et l'autre traitement est effectué autour de ladite cloche profonde.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit premier traitement est un traitement de chauffage chimique qui est effectué sous ladite cloche pro-fonde.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit traitement de chauffage chimique est un traitement d'aluminothermie ou de silicothermie.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit deuxième traitement est un traitement de désulfuration et/ou de déphospho-ration à base d'un laitier basique.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit premier traitement est un traitement de désiliciation de fonte ou de ferro-alliages, notamment de ferro-nickel, par injection d'oxygène.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit traitement de désiliciation par injection d'oxygène est effectué sous une cloche profonde dont le bord inférieur est immergé dans ledit bain métallique et ledit deuxième traitement est un traitement de désulfuration et/ou déphosphoration effectué autour de ladite cloche profonde.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel ledit deuxième traitement est un traitement de désulfuration et/ou déphosphora-tion à base de chaux.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit deuxième traitement comprend l'ajout de calcaire, notamment de castine, audit bain métallique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel:
au début dudit procédé, la surface dudit bain métallique est recouverte d'une couche de laitier résiduel;
on forme une fenêtre dans ladite couche de laitier résiduel par injection d'un gaz inerte;
on recouvre ladite fenêtre à l'aide d'une cloche profonde dont le bord infé-rieur est immergé dans ledit bain métallique;
on effectue un des deux traitements sous ladite cloche profonde et l'autre autour de ladite cloche profonde, en effectuant simultanément un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte ; et à la fin des deux traitements, on arrête ledit brassage, on enlève ladite clo-che profonde et on décrasse immédiatement après les deux laitiers.
au début dudit procédé, la surface dudit bain métallique est recouverte d'une couche de laitier résiduel;
on forme une fenêtre dans ladite couche de laitier résiduel par injection d'un gaz inerte;
on recouvre ladite fenêtre à l'aide d'une cloche profonde dont le bord infé-rieur est immergé dans ledit bain métallique;
on effectue un des deux traitements sous ladite cloche profonde et l'autre autour de ladite cloche profonde, en effectuant simultanément un brassage du bain métallique par injection d'un gaz inerte ; et à la fin des deux traitements, on arrête ledit brassage, on enlève ladite clo-che profonde et on décrasse immédiatement après les deux laitiers.
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