EP0485309B1 - Produit pour désulfuration des fontes ou aciers liquides à base de magnésium enrobé - Google Patents

Produit pour désulfuration des fontes ou aciers liquides à base de magnésium enrobé Download PDF

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EP0485309B1
EP0485309B1 EP91420388A EP91420388A EP0485309B1 EP 0485309 B1 EP0485309 B1 EP 0485309B1 EP 91420388 A EP91420388 A EP 91420388A EP 91420388 A EP91420388 A EP 91420388A EP 0485309 B1 EP0485309 B1 EP 0485309B1
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EP
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refractory
powder
organic
magnesium
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Paul Henri Galvin
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Original Assignee
Pechiney Electrometallurgie SAS
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/02Dephosphorising or desulfurising
    • C21C1/025Agents used for dephosphorising or desulfurising
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102Metallic powder coated with organic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064Dephosphorising; Desulfurising
    • C21C7/0645Agents used for dephosphorising or desulfurising

Definitions

  • the invention relates to a product for desulfurization of cast irons or liquid steels, based on coated magnesium particles.
  • magnesium powder is well known for the desulfurization of cast iron and steel.
  • magnesium presents difficulties of use which we try to overcome by coating the particles of magnesium, the diameter of which is generally less than 2 mm, a layer of fine powder mineral product consisting of grains whose diameter is generally less than 150 microns.
  • the adhesion can be carried out using organic binders which has certain advantages.
  • the organic products more particularly cited in this patent are: . starch, dextrin, molasses, which are sugars, carboxymethylcellulose, phenolic resins, urea resins, melamine resins, furan resins, epoxy resins, polyester resins, pitch and tar.
  • application EP 292 205 describes a similar coating where the magnesium is first covered with a first layer of a hydrophobic product and then with a second layer of a particulate refractory product.
  • hydrophobic products which are also organic products, are selected from aliphatic or aromatic liquid oils with a low viscosity at 25 ° C., or solid at room temperature but liquid at low temperatures (for example waxes or paraffin).
  • the refractory mineral product used is generally constituted by metal oxides, mixtures or complexes of oxides (for example: MgO, Al2O3, SiO2, TiO2, vermicullite, ...), by fluorides, by carbon. .
  • the magnesium particles can also be coated only with a varnish or a layer of carbon, by prior coating of said particles with the aid of polymerizable oils which are then heat treated and decomposed more. or less completely to finally obtain said varnish or said carbon layer;
  • the oils used can be animal fats, petroleum oils with high boiling point, fatty acids, etc.
  • Desulfurizing products based on coated magnesium, obtained using refractory products and organic binders, however, have drawbacks. First of all, they are not completely impermeable to humidity, which gives off hydrogen in the event of contact with water (liquid or vapor); this release of hydrogen obviously presents a risk which must be avoided. In addition, a slight rise in temperature can cause softening of the organic matter and thus cause deterioration of the refractory coating of the magnesium grains; this results in a risk of sticking and agglomeration of the grains between them, causing difficulties and irregularities in processing during the introduction of the desulfurizing agent into the liquid metal. These harmful temperature rises generally occur during the storage of products in exposed places, for example near ovens, sunshine ...
  • the invention is a product for desulfurization of cast irons or liquid steels based on magnesium grains coated with an organic product which is solid at room temperature and a refractory powder, characterized in that the organic product is based on saturated aliphatic acids or their esters.
  • Solid acids or esters are usually used at low temperature, preferably below 60 ° C or better of 80 ° C, the melting point not generally exceeding 110 ° C, with a clear melting, without going through a softening phase.
  • esters usually used are the glycerine triesters or their mixtures, in particular the saturated triesters obtained by hydrogenation of castor oil, which essentially leads to glycerol trihydroxystearate.
  • Hydrogenated sunflower oil, glycerol stristearate and sometimes stearic acid can also be used.
  • the solid coating products of the invention make it possible on the one hand to make a coating of Mg which is stable at high temperature, without it being necessary to carry out chemical transformations of starting materials in order to obtain it.
  • an Mg powder can withstand severe temperature storage conditions (proximity of ovens, sun, etc.) without its flowability being deteriorated.
  • the esters of the invention generally constitute most or preferably all of the organic product used for coating the magnesium.
  • said organic product may contain other organic products than the esters of the invention, in particular unprocessed residues of the products used to obtain said esters.
  • They are particularly suitable for coating magnesium on which they adhere remarkably thanks to their non-zero but low acidity which makes it possible to react very superficially with the Mg particles.
  • hydrogenated castor oil has an acid number of 4 (which represents the weight of KOH in mg to neutralize 1 g of product) and melts at 86 ° C.
  • any infusible metal oxides or other powdered refractories known from the prior art can be used, but also desulfurizing agents such as C2Ca, CO3Ca, CaO ... or other minerals such as carbons ... or their mixtures.
  • the refractory product is sensitive to humidity, such as for example C2Ca
  • the magnesium particles are usually less than 2 mm in size, preferably between approximately 300 and 800 ⁇ m and the refractory product powder has a grain size between approximately 0 and 80 ⁇ m.
  • ester according to the invention 0.5 to 1.5 parts by weight of ester according to the invention are used (for example hydrogenated castor oil) per 5 parts by weight of refractory protection product, most often about 1 part of ester for 5 parts of protective slag.
  • the proportion of coating product relative to the desulphurizing agent can range from 2% to 25% (weight).
  • the coated magnesium desulfurizing product according to the invention can be mixed with other desulfurizing agents, in particular with calcium carbide, or with other mixtures based on calcium carbide (for example mixture of the carbonate type of calcium + calcium carbide + carbon), with or without lime. It can also be mixed with inert products.
  • the magnesium particles and the ester according to the invention in the solid state are introduced simultaneously into a heated mixer so as to initially produce particles uniformly covered with ester; the refractory product powder is then introduced and particles coated with slag are then obtained which are removed from the mixer and then cooled.
  • the invention makes it possible to obtain desulfurizing products which are inert to water and humidity, giving no release of hydrogen and not even agglomerating, under severe conditions of storage or use. These products have improved safety in use.
  • coated magnesium was prepared according to Example 1 of EP 292 205; 25 g were immersed in water at pH 7 and 19 ° C, and a regular evolution of 50 cm3 of hydrogen was observed per hour.
  • a desulfurizing product was prepared containing 20% of product No. 1 and 80% of a pulverulent mixture of composition (% by weight):
  • Such a product according to the invention is particularly suitable for use in admixture with a powder also of calcium carbide. It has great storage security in hot environments, on the other hand, it is sensitive to water due to the presence of calcium carbide on the surface.
  • This product was injected in the same liquid iron as in Example 1 with the same proportion of 0.1%. The final sulfur content obtained is 0.005%.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne un produit pour désulfuration des fontes ou aciers liquides, à base de particules de magnésium enrobées.
  • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • L'emploi du magnésium en poudre est bien connu pour la désulfuration de la fonte et de l'acier. Toutefois, de par sa tension de vapeur élevée à la température des bains de fonte ou d'acier liquides, le magnésium présente des difficultés d'emploi que l'on tente de surmonter en enrobant les particules de magnésium, dont le diamètre est en général inférieur à 2 mm, d'une couche de produit minéral en poudre fine constituée de grains dont le diamètre est en général inférieur à 150 microns.
  • Différents moyens ont été proposés pour faire adhérer les grains du produit minéral sur les particules de magnésium. Par exemple l'adhérence peut être effectuée à l'aide de liants organiques ce qui présente certains avantages.
  • Ainsi dans le brevet FR 2 331 618 (AIKOH) le magnésium est d'abord mouillé par un liant organique, la poudre minérale est ensuite ajoutée pour obtenir finalement des grains de Mg entourés d'une pellicule organique elle-même recouverte d'une couche de produit minéral qui adhère donc au magnésium par l'intermédiaire de ladite pellicule organique.
  • Les produits organiques plus particulièrement cités dans ce brevet sont:
       . l'amidon, la dextrine, les mélasses, qui sont des sucres, la carboxyméthylcellulose, les résines phénoliques, les résines à base d'urée, les résines mélamine, les résines furanne, les résines epoxy, les résines polyester, la poix et le goudron.
  • De même la demande EP 292 205 décrit un enrobage similaire où le magnésium est d'abord recouvert d'une première couche d'un produit hydrophobe puis d'une deuxième couche d'un produit réfractaire particulaire. Ces produits hydrophobes qui sont également des produits organiques, sont sélectionnés parmi les huiles liquides aliphatiques ou aromatiques avec une basse viscosité à 25°C, ou solides à température ambiante mais liquides à des températures peu élevées (par exemple cires ou paraffine).
  • Le produit minéral réfractaire utilisé est en général constitué par les oxydes métalliques, des mélanges ou des complexes d'oxydes (par exemple: MgO, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, vermicullite,...), par des fluorures, par du carbone...
  • Mais selon le brevet US 4 533 572 on peut également enrober les particules de magnésium uniquement d'un vernis ou d'une couche de carbone, par enrobage préalable desdites particules à l'aide d'huiles polymérisables qui sont ensuite traitées et décomposées thermiquement plus ou moins totalement pour obtenir finalement ledit vernis ou ladite couche de carbone ; les huiles utilisées peuvent être les graisses animales, les huiles de pétrole à haut point d'ébullition, les acides gras, etc ...
  • Les produits désulfurants, à base de magnésium enrobé, obtenus à l'aide de produits réfractaires et de liants organiques présentent cependant des inconvénients.
    Tout d'abord ils ne sont pas totalement étanches à l'humidité ce qui provoque un dégagement d'hydrogène en cas de contact avec de l'eau (liquide ou vapeur); ce dégagement d'hydrogène présente évidemment un risque qui doit être évité.
    De plus une faible élévation de température peut provoquer le ramollissement de la matière organique et entraîner ainsi une détérioration du revêtement réfractaire des grains de magnésium; il en résulte un risque de collage et d'agglomération des grains entre eux entraînant des difficultés et irrégularités de mise en oeuvre lors de l'introduction de l'agent désulfurant dans le métal liquide. Ces élévations de température néfastes se produisent généralement lors du stockage des produits dans des lieux exposés, par exemple proximité de fours, rayonnement du soleil...
  • Compte tenu de ces inconvénients, la demanderesse a recherché un produit organique suffisamment résistant à la température, tout en étant de mise en oeuvre facile et garantissant une parfaite protection contre l'humidité.
  • DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • L'invention est un produit pour désulfuration des fontes ou aciers liquides à base de grains de magnésium enrobés à l'aide d'un produit organique solide à température ambiante et d'une poudre réfractaire caractérisé en ce que le produit organique est à base d'acides aliphatiques saturés ou de leurs esters.
  • On utilise habituellement des acides ou esters solides à basse température, de préférence en-dessous de 60°C ou mieux de 80°C, le point de fusion n' excédant pas généralement 110°C, avec une fusion franche, sans passer par une phase de ramollissement.
  • Les esters habituellement utilisés sont les triesters de la glycérine ou leurs mélanges, en particulier les triesters saturés obtenus par hydrogénération de l'huile de ricin, qui conduit essentiellement à du trihydroxystéarate de glycérol. L'huile de tournesol hydrogénée, le stristéarate de glycérol et parfois l'acide stéarique sont également utilisables.
  • Ces produits ont un poids moléculaire élevé, avec un nombre d'atome de C en général égal ou supérieur à 16 pour les acides, à 51 pour leurs triesters.
  • On voit que les produits d'enrobage solides de l'invention permettent d'une part de confectionner un revêtement de Mg stable à température élevée, sans qu'il soit nécessaire de procéder à des transformations chimiques de produits de départ pour l'obtenir. On peut rappeler d'autre part qu'avec ce revêtement stable une poudre de Mg peut supporter des conditions de stockage sévères en température (proximité de fours, soleil...) sans que sa coulabilité soit détériorée.
  • Les esters de l'invention constituent généralement la majeure partie ou de préférence la totalité du produit organique servant à l'enrobage du magnésium. Ainsi ledit produit organique peut contenir d'autres produits organiques que les esters de l'invention, en particulier des résidus non transformés des produits ayant servi à l'obtention desdits esters.
    Ils conviennent particulièrement à l'enrobage du magnésium sur lequel ils adhèrent remarquablement grâce à leur acidité non nulle, mais faible qui permet de réagir très superficiellement avec les particules de Mg. Par exemple l'huile de ricin hydrogénée a un indice d'acidité de 4 (qui représente le poids de KOH en mg pour neutraliser 1 g de produit) et fond à 86°C.
  • Comme produit réfractaire de revêtement, on peut utiliser tous oxydes métalliques infusibles ou autres réfractaires en poudre connus de l'art antérieur, mais également des agents désulfurants comme C₂Ca, CO₃Ca, CaO... ou d'autres minéraux comme les carbones... ou leurs mélanges.
  • Dans le cas où le produit réfractaire est sensible à l'humidité, comme par exemple C₂Ca, il est avantageux de l'enrober préalablement par un produit organique, de préférence ceux déjà cités, avant d'en revêtir Mg selon l'invention.
  • Mais la demanderesse a trouvé qu'il était avantageux d'utiliser comme produit réfractaire, servant donc à revêtir les grains d'agents magnésium à l'aide des esters selon l'invention, un laitier sous forme de grains ayant la composition suivante (en % poids):
  • CaO
    54 à 60%
    MgO
    3 à 7%
    SiO₂
    24 à 30%
    Al₂O₃
    9 à 13%
  • Un tel laitier électrofondu en poudre présente les avantages suivants:
    • . à la température des bains de fonte ou d'acier en fusion, il est à peu près en équilibre thermodynamique avec le magnésium avec lequel il ne réagit donc pratiquement pas; on évite ainsi une consommation parasite de magnésium;
    • . si on le fabrique par fusion, il donne lieu, après coulée, à une transformation allotropique qui, au cours du refroidissement, le transforme naturellement en une poudre fine constituée de grains de diamètre moyen 40 µm environ.
    • . il a une conductibilité thermique d'environ 0,5 Wm⁻¹K⁻¹ significativement plus faible que celle des oxydes habituels dans les mêmes conditions et donc favorise un effet retard dans l'action du magnésium dont les réactions sont jugées trop rapides et trop violentes.
  • Les particules de magnésium ont une taille habituellement inférieure à 2 mm, de préférence comprise entre 300 et 800 µm environ et la poudre de produit réfractaire une taille de grains comprise entre 0 et 80 µm environ.
  • On utilise en général 0,5 à 1,5 parties en poids d'ester selon l'invention (par exemple d'huile de ricin hydrogénée) pour 5 parties en poids de produit réfractaire de protection, le plus souvent environ 1 partie d'ester pour 5 parties de laitier de protection. La proportion de produit d'enrobage par rapport à l'agent désulfurant peut aller de 2% à 25% (poids).
  • Le produit désulfurant à base de magnésium enrobé selon l'invention peut être mélangé avec d'autres agents désulfurants, en particulier avec le carbure de calcium, ou avec d'autres mélanges à base de carbure de calcium (par exemple mélange du type carbonate de calcium + carbure de calcium + carbone), avec ou sans chaux. Il peut également être mélangé avec des produits inertes.
  • Pour obtenir le produit désulfurant selon l'invention on peut procéder de la façon suivante:
    on introduit simultanément dans un mélangeur chauffé les particules de magnésium et l'ester selon l'invention à l'état solide de façon à produire dans un premier temps des particules uniformément recouvertes d'ester; on introduit alors la poudre de produit réfractaire et on obtient alors des particules recouvertes de laitier que l'on sort du mélangeur puis refroidit.
  • Ainsi l'invention permet d'obtenir des produits désulfurants inertes à l'eau et à l'humidité, ne donnant aucun dégagement d'hydrogène et ne s'agglomérant pas même, dans des conditions sévères de stockage ou d'utilisation. Ces produits présentent une sûreté d'emploi améliorée.
  • EXEMPLE 1
  • On a préparé selon le procédé décrit ci-dessus différents produits pour désulfuration à base de magnésium, d'huile de ricin hydrogénée et de poudre de laitier comprise entre 0 et 80 µm, également décrits ci-dessus.
  • Ces produits ont été injectés à une dose de 0,1% dans une fonte liquide à désulfurer à 1350°C contenant 0,05% de soufre. Les caractéristiques et les résultats sont donnés dans le tableau suivant :
    Figure imgb0001
  • Tous ces produits sont inertes à l'eau, c'est-à-dire que quand on les immerge dans l'eau à pH7 on ne constate aucun dégagement d'hydrogène, résultat confirmé après 2 heures d'immersion.
    On note que l'effet retard augmente avec la quantité de produit réfractaire et tend à améliorer la qualité de la fonte obtenue, jusqu'à une certaine limite.
  • En comparaison, le même essai d'immersion pendant 2 h a été effectué avec des particules de magnésium revêtues selon l'art antérieur.
    Ainsi, on a préparé du magnésium enrobé selon l'exemple 1 de la demande EP 292 205; on en a immergé 25 g dans de l'eau à pH 7 et 19°C, et on a observé un dégagement régulier de 50 cm³ d'hydrogène à l'heure.
  • Un dégagement d'hydrogène similaire a été observé dans les mêmes conditions avec du magnésium revêtu par une résine phénolique et de la magnésie selon l'enseignement du brevet FR 2331618.
  • EXEMPLE 2
  • On a préparé un produit désulfurant contenant 20% du produit N° 1 et 80% d'un mélange pulvérulent de composition (% poids):
    Figure imgb0002
  • Ce produit a été injecté dans la même fonte liquide que dans l'Exemple 1, à une dose de 0,25%. La teneur finale en soufre obtenue a été de 0,012%.
  • EXEMPLE 3
  • On a préparé selon le procédé décrit ci-dessus un mélange à base de magnésium, d'huile de ricin hydrogénée et de carbure de calcium micronisé, de composition:
  • Mg (300-800 µm)
    80%
    Huile de ricin hydrogénée
    3%
    C₂Ca (inférieur à 100 µm)
    17%
  • Un tel produit selon l'invention est particulièrement adapté pour être utilisé en mélange avec une poudre également de carbure de calcium. Il présente une grande sécurité de stockage en milieu chaud, par contre, il est sensible à l'eau du fait de la présence de carbure de calcium en surface.
    Ce produit a été injecté dans la même fonte liquide que dans l'exemple 1 avec une même proportion de 0,1%. La teneur finale en soufre obtenue est de 0,005%.
  • L'inconvénient ci-dessus a été évité, dans un essai complémentaire, sans altérer la sécurité du stockage en milieu chaud, en enrobant C₂Ca à l'aide de 1% (par rapport à C₂Ca) d'huile de ricin hydrogénée avant de l'introduire dans le mélangeur contenant Mg enrobé.

Claims (10)

  1. Produit pour désulfuration des fontes ou aciers liquides à base de grains de magnésium enrobés à l'aide d'un produit organique solide à température ambiante et d'une poudre réfractaire caractérisé en ce que le produit organique est à base d'acides aliphatiques saturés ou de leurs esters, présentant une fusion franche sans phase de ramollissement.
  2. Produit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le produit organique à base d'acides aliphatiques saturés ou de leurs esters a un point de fusion supérieur à 60°C.
  3. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le produit organique à base d'esters est choisi parmi les triesters de la glycérine ou leurs mélanges.
  4. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le produit organique à base d'esters est choisi parmi l'huile de ricin hydrogénée, l'huile de tournesol hydrogénée, le trihydroxystéarate de glycérol, le tristéarate de glycérol ou l'acide stéarique.
  5. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le produit réfractaire est une poudre d'agent désulfurant comme C₂Ca, CO₃Ca, CaO, ou d'un autre minéral comme les carbones ou de leurs mélanges.
  6. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre réfractaire est une poudre de laitier électrofondu ayant la composition pondérale suivante:
    CaO   54 à 60%
    MgO   3 à 7%
    SiO₂   24 à 30%
    Al₂O₃   9 à 13%
  7. Produit selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que le produit réfractaire est préalablement enrobé d'un produit organique.
  8. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le magnésium a une taille inférieure à 2 mm, et la poudre réfractaire une taille inférieure à 80 µm.
  9. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on utilise 0,5 à 1,5 parties (poids) dudit produit organique à base d'ester pour 1 à 5 parties de poudre de produit réfractaire, et que cet ensemble de produit d'enrobage représente 2 à 25% du poids de magnésium.
  10. Procédé pour obtenir le produit de l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on produit d'abord des particules sphériques d'agent désulfurant et dudit produit organique à base d'acides aliphatiques ou de leurs esters, et qu'on les recouvre ensuite par la poudre de produit réfractaire.
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