FR2501236A1 - Procede d'affinage d'aciers a forte teneur en chrome - Google Patents
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Abstract
PROCEDE D'AFFINAGE DES ACIERS A HAUTE TENEUR EN CHROME. IL CONSISTE A PREPARER DE LA FONTE FONDUE DANS UN CONVERTISSEUR A SOUFFLAGE PAR LE FOND ET LE SOMMET, A CHAUFFER LA FONTE FONDUE A UNE TEMPERATURE DETERMINEE A L'AVANCE, A DECARBURER LA FONTE FONDUE AINSI PREPAREE EN SOUFFLANT DE L'OXYGENE PAR UNE LANCE SUPERIEURE CONTRE LA SURFACE DE LA FONTE FONDUE POUR OBTENIR DE L'ACIER FONDU, TANDIS QUE L'ON INTRODUIT INITIALEMENT, DANS L'ACIER, COMME GAZ SOUFFLE PAR LE FOND, UN GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE, QUE L'ON REMPLACE ENSUITE PAR UN GAZ INERTE LORSQUE LA TENEUR EN CARBONE DE CET ACIER FONDU EST REDUITE A UNE VALEUR DETERMINEE A L'AVANCE (DE FACON A SUPPRIMER L'OXYDATION DU CHROME) ET A SOUTIRER L'ACIER FONDU OBTENU APRES AVOIR AJUSTE SA COMPOSITION.
Description
La présente invention concerne un procédé d'af-
finage d'aciers à forte teneur en Cr, et polus particulièrement un procédé de soufflage par le fond et par le sommet pour l'affinage d'aciers à forte teneur en Cr d'une manière extrêmement économique et pratique en changeant le type de gaz in- jecté dans l'acier fondu par les tuyères de fond au
cours de l'affinage.
L'affinage d'aciers à forte teneur en Cr par un
procédé de soufflage par le fond et par le sommet s'ef-
fectue habituellement en utilisant un convertisseur à soufflage par le fond et par le sommet dans lequel de l'oxygène gazeux est soufflé par le sommet par une lance
supérieure et un gaz d'agitation est injecté, dans le mé-
tal fondu par au moins une tuyère disposée dans le fond.
Tandis que le métal fondu est agité par le gaz d'agita-
tion injecté dans le métal fondu par la tuyère, de l'oxy-
gène est soufflé dans le métal fondu par la lance supé-
rieure pour effectuer la décarburation de l'acier fondu.
Au cours de l'affinage, on ajoute au métal fondu un agent contenant du Cr pour ajuster la composition de l'alliage
à une teneur en chrome élevée déterminée à l'avance.
Comme pour l'affinage des aciers au carbone non
alliés, une série d'opérations métallurgiques sont ap-
pliquées pour préparer un acier à forte teneur en Cr par le procédé de soufflage par le fond et par le sommet
comprenant l'opération de décarburation et de phosphora-
tion destinée principalement à effectuer la décarbura-
tion, la déphosphoration et le chauffage de la charge,
ou l'opération de chauffage destinée à réaliser la dé-
carburation et le chauffage de la charge, cette opéra-
tion étant appliquée à une fonte fondue qui a été sou-
mise à une désiliciation et à une déphosphoration avant son introduction dans le convertisseur; l'opération de décarburation dans laquelle un agent contenant du Cr, par exemple un alliage Fe-Cr à haute teneur en carbone, est ajouté à l'acier fondu et la teneur en carbone est abaissée à une valeur d'environ 0,3 %; l'opération
d'oxydation dans laquelle la décarburation est poursui-
vie pour réduire la teneur en carbone au taux désiré de
0,05 % ou moins et une partie du chrome ajouté est oxy-
dée et transformée en laitier; et l'opération de réduc-
tion dans laquelle, après avoir fait cesser le soufflage d'oxygène par la lance supérieure, on ajoute à l'acier fondu un agent contenant du Si tel qu'un alliage Fe-Si, etc, pour effectuer la réduction du chrome par le Si et
la récupération du chrome ainsi réduit par le métal fon-
du, le chrome ayant été oxydé et transformé en laitier
au cours de l'opération d'oxydation précédente. Ces opé-
rations métallurgiques sont effectuées tout en agitant le métal fondu par injection d'un gaz d'agitation dans
le métal fondu par la tuyère.
Conformément au procédé classique, cependant, on commence par préparer un acier fondu en utilisant un four électrique ou un convertisseur, puis on introduit l'acier fondu obtenu, qui a été partiellement décarburé lorsqu'on utilise le convertisseur, dans un four de décarburation argonoxygène (AOD) dans lequel l'acier fondu est soumis à une décarburation et à un affinage par soufflage d'un mélange d'oxygène et d'argon gazeux par une tuyère placée à la partie inférieure de la paroi
latérale et on ajuste la teneur en Cr à une valeur déter-
minée à l'avance.
Ainsi, conformément au procédé de soufflage par le fond et le sommet mentionné ci-dessus, il n'est pas nécessaire d'utiliser deux fours séparés, il suffit d'un seul convertisseur à soufflage par le fond et le sommet, ce qui apporte de nombreux avantages en ce qui concerne
le coût de construction, l'opération d'affinage, le ren-
dement thermique, le rendement, etc.
La demanderesse a donc proposé un nouveau pro-
cédé d'affinage des aciers à haute teneur en Cr par un procédé de soufflage par le fond et le sommet (voir * demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sous le no 115914/1970). Il est à noter cependant que cette demande de brevet de la technique antérieure est destinée à l'affinage des aciers fondus ayant un faible intervalle de teneurs en carbone. Il n'enseigne ni ne révèle rien sur l'affinage d'un acier fondu ayant une teneur en carbone dans un intervalle assez élevé.
En outre, même dans le cas du procédé de souf-
flage par le fond et le sommet, on pensait que pour supprimer l'oxydation du chrome et pour favoriser la décarburation, le gaz introduit dans l'acier fondu par les tuyères de fond devait être un gaz inerte vis-à-vis
de l'acier fondu, par exemple de l'argon, celui-ci pou-
vant diluer l'oxyde de carbone formé par la réaction entre le carbone de l'acier et l'oxygène introduit. Tant dans le procédé AOD classique que dans le procédé de soufflage Dar le fond et le sommet, on a utilisé de l'argon comme gaz de soufflage par le fond injecté dans l'acier fondu pendant toute la période de soufflage par
les tuyères de fond.
La figure 1 est un graphe montrant les relations
existant entre la pression partielle de l'oxyde de car-
bone gazeux et le débit du gaz de soufflage par le fond.
La figure 2 est un graphe montrant les relations entre la vitesse de dissipation de la densité d'énergie
et le rendement de l'oxygène pour la décarburation.
La figure 3 est un graphe montrant la variation de la concentration du carbone dans l'acier fondu après passage d'un gaz contenant de l'oxygène à l'argon pour
le gaz de soufflage par le fond.
La figure 4 est un graphe montrant les relations entre le coefficient de décarburation et le débit du
gaz de soufflage par le fond.
La figure 5 est un graphe montrant la variation
de la quantité d'oxygène nécessaire pour la décarbura-
tion après passage à l'argon pour le gaz de soufflage
par le fond.
Le but de l'invention est de fournir un procédé d'affinage des aciers à haute teneur en Cr d'une manière
économique et pratique.
comme il est connu dans la technique dans le
procédé de soufflage Dar le fond et le sommet pour l'af-
finage d'aciers à haute teneur en Cr, la vitesse de dé-
carburation d'un acier fondu est réglée par la concentra- tion en carbone lorsque l'acier fondu a une faible teneur en carbone, c'est-à-dire lorsque la concentration du
carbone dans l'acier fondu est faible et que par consé-
quent la teneur en carbone est faible, un degré élevé
d'oxydation du Cr est inévitable en raison de la présen-
ce d'oxygène insufflé dans l'acier fondu. Au contraire,
lorsque la concentration du carbone est élevée, la vi-
tesse de décarburation est réglée par la quantité d'oxy-
gène introduite dans l'acier fondu, de sorte que presque tout l'oxygène fourni à l'acier fondu est consommé dans
des réactions de décarburation.
Sur la base de la technique antérieure indiquée
ci-dessus, la demanderesse a effectué une série d'expé-
riences et étudié leurs résultats pour aboutir à la pré-
sente invention.
Conformément à l'invention, il n'est pas néces-
saire d'injecter de l'argon dans l'acier fondu au cours
de la période pendant laquelle la concentration du car-
bone dans l'acier fondu est élevée. Un gaz contenant de l'oxygène doit être injecté dans l'acier fondu pour favoriser sa décarburation. Ceci est contraire à la technique antérieure, dans laquelle on pensait que, même lorsque la concentration du carbone dans l'acier
fondu est élevée, il est nécessaire d'injecter de l'ar-
gon pour réduire la pression partielle de Co et pour
favoriser la décarburation par l'oxygène.
En outre, conformément aux découvertes de la demanderesse, il est possible d'éviter complètement l'oxydation du chrome en remplaçant l'oxygène par de l'argon pour le gaz de soufflage par le fond au moment spécifié ci-après, même si de l'oxygène est injecté
dans l'acier fondu par les tuyères de fond. La deman-
deresse a trouvé également que le moment limite men-
tionné ci-dessus en ce qui concerne la teneur en carbone peut être fixé à 0,31-0,37 % de C cour des aciers à 18 X
de Cr et à 0,22-0,27 % de C pour des aciers à 13 % de-Cr.
A cet égard, on pensait dans la technique antérieure que
la limite entre l'intervalle des faibles teneurs en car-
bone et celui des hautes teneurs en carbone était d'envi-
ron 0,5 % de C, c'est-à-dire relativement plus haut que le point limite de l'invention. Ceci provient de ce qu'en injectant de l'oxygène dans l'acier fondu à un taux de
carbone élevé, il est possible de réduire la concentra-
tion en carbone à un point aussi proche que possible du point limite théorique, tout en empêchant dans une large mesure l'oxydation du chrome résultant d'une agitation
poussée de l'acier fondu.
Conformément à l'invention, on remplace par un
gaz inerte tel que Ar le gaz contenant de l'oxygène souf-
flé par le fond à un moment déterminé au préalable comp-
te tenu du processus d'affinage, en particulier du de-
gré de décarburation.
En résumé, la présente invention réside dans un procédé d'affinage d'aciers à haute teneur en Cr qui
consiste à introduire un métal fondu dans un convertis-
seur à soufflage par le fond et le sommet, à décarburer le métal fondu introduit en soufflant de l'oxygène pur par une lance supérieure, tandis que l'on injecte un
gaz contenant de l'oxygène dans le métal fondu à tra-
vers au moins une tuyère prévue dans ce convertisseur, à remplacer le gaz soufflé par le fond par un gaz inerte à un moment déterminé au préalable, qui sera précisé ci-après et, dans un mode de réalisation préféré, à
réduire en même temps de manière progressive la quan-
tité d'oxygène insufflée par la lance supérieure.
Plus précisément, l'invention consiste en un
procédé d'affinage d'aciers à haute teneur en Cr, con-
sistant à préparer de la fonte fondue dans un convertis-
seur à soufflage par le fond et le sommet, à chauffer la fonte fondue à une température déterminée à l'avance, à effectuer la décarburation de la fonte fondue ainsi
préparée en soufflant de l'oxygène par une lance supé-
rieure contre la surface de la fonte fondue pour obtenir un acier fondu, tandis qu'on introduit initialement dans l'acier fondu, comme gaz soufflé par le fond, un gaz contenant de l'oxygène que l'on remplace ensuite par un gaz inerte lorsque la teneur en carbone de cet acier fondu est réduite à une valeur déterminée à l'avance, plus élevée que celle à laquelle le chrome commence à s'oxyder, de façon à supprimer l'oxydation du chrome, et à soutirer l'acier obtenu du convertisseur après
avoir ajusté la composition de l'acier.
Lorsque de l'oxygène est injecté par une tuyère dans l'acier fondu comme agent d'agitation, il réagit avec le carbone de l'acier en formant deux volumes de CO conformément à l'équation 2[C] + 2 (g) =200 <1) dans laquelle [C] est le carbone de l'acier 02 (g) est l'oxygène CO (g) est l'oxyde de carbone Comme le volume du CO ainsi formé est double
du volume de l'oxygène injecté, le CO peut agiter l'a-
cier fondu en montant dans l'acier fondu plus énergi-
quement que l'argon, qui est inerte vis-à-vis de l'acier
fondu. Ce barbotage énergique favorise aussi la décar-
buration par l'oxygène. Ainsi, en injectant de l'oxy-
gène dans 1'acier fondu, il est possible de régler le taux de carbone de manière plus précise et plus rapide
que dans le cas de l'argon. Ceci signifie que confor-
mément à l'invention, le moment auquel le gaz soufflé par le fond est remplacé par un gaz inerte peut être fixé à un taux de carbone aussi proche que possible
du point auquel l'oxydation du chrome se produit.
On étudiera à présent la limite de concentration en carbone au-dessus de laquelle l'oxydation du Cr ne se produit pas même si de l'oxygène est injecté dans
l'acier fondu.
D'une manière générale, la décarburation et l'o-
xydation du chrome s'effectuent conformément aux équa- tions suivantes: ZC] + [o = CO (g) (2) ZCr7 + /O] = (CrO) (3) dans lesquelles: /0O est l'oxygène ae l'acier iCri est le chrome de l'acier fCrO1 est le CrO du laitier Le CO formé par la réaction de l'oxygène avec le carbone de l'acier monte vers la surface de la masse fondue et se dégage dans l'atmosphère. Le CrO formé par
la réaction de l'oxygène avec le Cr de l'acier est ab-
sorbé par le laitier. Pourvu que les équations (2) et (3) soient dans un état d'équilibre, on peut en déduire l'équation suivante, puisque l'oxygène est commun aux deux réactions: [C] + (CrO) = /Cr] + CO (g) (4) Les constantes d'équilibre de l'équation (4) sont données par l'équation suivante: K = a/cr. Pco (5) a2C. a(CrO) dans laquelle: afCri est l'activité du Cr dans l'acier fondu arci est l'activité de C dans l'acier fondu a(CrO) est l'activité de CrO dans le laitier PCo est la pression partielle de CO dans l'atmosphère Dans l'équation (5), a(CrO) peut être considérée comme pratiquement égale à 1 et l'équation (5) devient, compte tenu des résultats expérimentaux: Z-%cr7 O [%Cr'PCo 13800 log /%c] - - T + 4,2i%Ni] + 8,76 (6) dans laquelle T est la température de l'acier fondu (0K) Pco est la pression partielle du CO gaz (atm) [%Ni] est la concentration du Ni dans l'acier fondu (%) [%C] est la concentration de C dans l'acier fondu (X) [%Crl est la concentration de Cr dans l'acier fondu <%) Tout en soufflant une quantité prédéterminée d'oxygène par une lance supérieure, on soumet un acier à haute teneur en Cr à un affinage en injectant diverses quantités d'oxygène dans l'acier fondu par la tuyère de fond pour déterminer le moment auquel débute l'oxydation du chrome. Les données obtenues en ce qui concerne les
teneurs en carbone, en chrome et en nickel et la tempé-
rature du métal fondu en ce point sont substituées aux
symboles correspondants dans l'équation (6) et on cal-
cule la PCo au moment o débute l'oxydation de Cr. On porte les résultats ainsi obtenus pour PCo en fonction du débit du gaz soufflé par le fond (figure 1). Le débit de l'oxygène par la lance supérieure est de 1,5-3,0 Nm 3/
min. par tonne d'acier fondu. Comme le montrent les gra-
phes de cette figure, tant que le débit du gaz soufflé par le fond est de 0,1 Nm 3/min. ou davantage par tonne
d'acier fondu, la PCo à l'équilibre est'de 1,0 à 1,5 atm.
L'opération d'affinage est effectuée sous la pression
atmosphérique.
Ainsi, pour la détermination du moment initial de l'oxydation du Cr d'un acier à 18 % de Cr à 17000C, on porte les valeurs de Pc0 = 1,0-1,5, [%Cr_] 18, T = 1700 + 273 et /%Ni] dans l'équation (6); on trouve ensuite par le calcul que la teneur en carbone (%C) est comprise entre 0,31 et 0,37. Ceci signifie que lorsque la teneur en carbone est réduite à 0,31-0,37 % à une température de 17000C, l'oxydation de Cr commence dans les aciers à 18 % de Cr. Par le même procédé, on trouve que la teneur en carbone au moment initial est de 0,22 à 0,27 % dans le cas des aciers à 13 % de Cr. Tant que la teneur en carbone est à l'extérieur des intervalles
2 50 1236
ci-dessus, 0,31 à 0,37 % pour les aciers à 18 % de Cr et 0,22 à 0,27 % pour les aciers à 13 % de Cr, l'oxydation du chrome ne se produit pas même si de l'oxygène est
injecté par les tuyères de fond dans l'acier fondu.
L'intervalle critique de teneurs en carbone pour des
aciers à forte teneur en Cr de divers types peut aisé-
ment être calculé conformément à l'équation (6> de la
même manière que ci-dessus.
Les relations entre le débit du gaz soufflé par le fond et Pco, illustrées par le graphe de la figure 1,
peuvent être modifiées dans une certaine mesure en fonc-
tion de la taille ou de la capacité du convertisseur
utilisé. Il est donc recommandé de déterminer expérimen-
talement ces relations avant d'opérer avec le convertis-
seur qui sera utilisé.
Il est à noter que la caractéristique la plus importante de l'invention est le remplacement pour le gaz soufflé par le fond du gaz contenant de l'oxygène
par un gaz inerte, à un moment limite déterminé à l'a-
vance. Le moment limite, exprimé en concentration de carbone, peut être fixé à une valeur aussi faible que
possible conformément à l'invention en raison de l'uti-
lisation d'un gaz contenant de l'oxygène comme gaz souf-
flé par le fond.
Ainsi, conformément à l'invention, lorsque la composition de l'acier fondu est au-dessus du point d'oxydation commençant mentionné précédemment, on peut utiliser de l'oxygène comme gaz soufflé par le fond
sans qu'il en résulte une oxydation notable du chrome.
Comme l'oxygène est moins coûteux que l'argon, le pro-
cédé d'affinage de l'invention est extrêmement économi-
que. En outre, l'oxygène injecté dans l'acier fondu est transformé en CO dont le volume est deux fois supérieur
à celui de l'oxygène introduit. Il en résulte une agita-
tion plus énergique qu'avec l'argon. Conformément à l'équation (1), l'oxygène injecté dans l'acier fondu est également efficace pour la décarburation de l'acier fondu. Ainsi, conformément à l'invention, l'affinage des
aciers au Cr peut être effectué-d'une manière très effi-
cace. Lorsqu'on utilise de l'oxygène pur comme gaz de soufflage par le fond, la chaleur de combustion produite conformément à l'équation (1) au voisinage de la tuyère
par la réaction de l'oxygène introduit et de l'acier fon-
du entourant la tuyère a pour effet de fondre la tuyère.
Il est donc recommandé d'utiliser comme gaz de soufflage
par le fond un mélange d'oxygène et d'un gaz de refroi-
dissement.-Des gaz hydrocarbonés, de l'azote et du gaz carbonique ont été utilisés comme gaz de refroidissement
dans l'affinage des aciers au carbone non alliés classi-
ques. Cependant, lorsqu'on utilise des gaz hydrocarbonés, l'acier fondu est souillé par de l'hydrogène. Si du Cr est présent dans l'acier, comme dans le cas des aciers
à haute teneur en Cr, le Cr empêche parfois l'élimina-
tion de l'hydrogène de l'acier. Lorsqu'on utilise de
l'azote, la teneur en azote de l'acier est inévitable-
ment augmentée.
Cependant, l'utilisation de gaz carbonique ne présente pas cet inconvénient. Au contraire, elle est avantageuse, car, comme dans le cas de l'oxygène, si ce gaz est injecté dans l'acier fondu, son volume double par rapport au volume initial conformément à l'équation suivante: [C] + C (g) = 2 CO (g) (7)
dans laquelle Co2 (g) = gaz carbonique sous forme ga-
zeuse.
On peut ainsi obtenir non seulement le refroi-
dissement des tuyères, mais encore un; agitation plus énergique du métal fondu en injectant du gaz carbonique
dans le métal fondu.
Pour cette raison, il est recommandé d'utiliser un mélange d'oxygène et de gaz carbonique comme gaz soufflé par le fond, lorsque la teneur en carbone de
l'acier fondu est supérieure à la valeur initiale pré-
cédemment définie. La proportion de chaque gaz, c'est-
à-dire le rapport en volume du gaz carbonique à l'oxy-
gène est fixé en fonction de la température de l'acier fondu, de la teneur en carbone, etc. Mais il est à noter qu'après le moment d'oxydation initiale du chrome, on doit ajouter un gaz inerte tel que l'argon à la place du gaz contenant de l'oxygène pour éviter l'oxydation du chrome. A cet égard, il est à noter que conformément à l'invention, le moment auquel le gaz soufflé par le fond est remplacé par un gaz inerte peut être exprimé en termes de teneur en carbone de l'acier fondu et peut être fixé au préalable à une valeur aussi proche que possible du point d'oxydation initiale du chrome, lequel
peut aussi être exprimé en termes de teneur en carbone.
Le débit sous lequel le mélange d'oxygène et de gaz carbonique est injecté dans l'acier fondu, dont la concentration en carbone est supérieure au point initial, est de préférence de 0,05 Nm3/min. ou davantage, et mieux
de 0,1 Nm3/min. ou davantage par tonne d'acier fondu.
La figure 2 est un graphe indiquant les relations entre le taux de dissipation de la densité d'énergie (e) et le rendement en oxygène pour la décarburation (n<) d'un acier fondu à haute teneur en carbone, c'est-àdire après désilicification mais avant que le point initial soit atteint. Cette relation a été obtenue en utilisant
un convertisseur réel à soufflage par le fond et le som-
met et un four AOD. Le taux de dissipation de l'énergie est défini par l'équation (8) ci-après. Habituellement,
cette sorte de paramètre est utilisée comme facteur in-
diquant l'intensité de l'agitation de l'acier fondu
dans un four d'affinage.
e = 28,5 QT.log (1+H/1,48) (8) Dans cette équation ú est le taux de dissipation de la densité d'énergie par tonne d'acier fondu (Watt/T) Q est le débit du gas soufflé par le fond par tonne d'acier fondu (Nm 3/min. T) H est la hauteur d'acier fondu dans le convertisseur (m)
En outre, le rendement en oxygène pour la décar-
buration (n) peut être défini comme le rapport de la c 1 réduction de la concentration en carbone à la quantité
d'oxygène soufflée dans l'acier fondu par la lance supé-
rieure. Comme il ressort des données de la figure 2, tant que le taux de dissipation de la densité d'énergie
(-) est dans l'intervalle de 2000-5000 watt/t ou davan-
tage, on peut obtenir un rendement de l'oxygène pour la
décarburation du même ordre que celui des procédés clas-
siques AOD ou à soufflage par le fond et le sommet.
Ainsi, lorsque la hauteur d'acier fondu est de 1,7 m et que le poids d'acier fondu à traiter est de tonnes, ces valeurs correspondant aux conditions habituelles d'affinage, on peut calculer que le débit optimum de gaz est de 0,05 Nm3/min. ou davantage Dar tonne d'acier fondu, conformément à l'équation (8) parce
que, comme le montrent les équations (1) et (7), le vo-
lume du gaz introduit dans l'acier fondu s'élève à deux
fois le volume initial. Par conséquent, dans les condi-
tions habituelles, il est recommandé d'introduire le mélange d'oxygène et de gaz carbonique sous un débit de
0,05 Nm3/min. ou davantage par tonne d'acier fondu.
En pratique, le mélange d'oxygène et de gaz carbonique est injecté dans l'acier fondu à un débit
de 0,1 Nm3/min. ou plus, habituellement de 0,17 Nm3/min.
ou plus par tonne d'acier liquide.
Ainsi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un mélange d'oxygène et de gaz carbonique est injecté dans l'acier fondu par la tuyère de fond à un débit de 0,05 Nm 3/min. ou davantage, de préférence de 0,1 Nm3/min. ou davantage par tonne d'acier fondu de façon à agiter l'acier fondu et en même temps a
effectuer la décarburation de l'acier fondu Dar l'oxy-
gène soufflé par la lance supérieure jusqu'à ce que la teneur en carbone de l'acier à affiner soit ramenée au
point initial d'oxydation du chrome, qui peut être déter-
minée à l'avance par l'équation (6) et les données de la figure 1. Lorsque la teneur en carbone de l'acier fondu atteint le point initial, auquel s'amorce l'oxydation du chrome, le gaz injecté dans les tuyères de fond, doit être chanqé du mélange d'oxygène et de gaz carbonique, pour un gaz inerte tel que l'argon. Après ce point, le débit de l'oxygène insufflé dans la lance supérieure peut être réduit progressivement à une vitesse indiquée
par la demande de brevet de la technique antérieure pré-
citée. Selon cette demande de brevet, la vitesse de dé-
carburation pendant la période durant laquelle la teneur en carbone de l'acier fondu a été abaissée au-delà du point initial est donnée par la formule suivante [%Crj x W x 10 2 dZXC7 x dC= _" K x Mc dt(9) dt_ Zc + - 9 dt - - N d- d%cl W x îo2 NAr dt Mc dans laquelle a est le coefficient de vitesse de réaction W est le poids de l'acier fondu Mc est la masse atomique du carbone NAr est le nombre de moles de gaz inerte A partir de la relation entre d/%C]/dt et {%C], on peut obtenir une vitesse de décarburation pour une valeur déterminée à l'avance de [%C]. Puis, en utilisant
la vitesse de décarburation ainsi obtenue, on peut cal-
culer la quantité d'oxygène nécessaire. En outre, suivant la quantité d'oxygène nécessaire, le débit d'oxygène soufflé par la lance supérieure peut être réduit au fur et à mesure que la teneur en carbone de l'acier fondu diminue, de sorte que l'oxydation du chrome peut être
réduite dans la mesure du possible.
Pour démontrer la fiabilité de la formule (9), on a effectué une série d'expériences, dont les résultats sont résumés à la figure 3; sur cette figure, le temps (min.) est en abscisses et la concentration en carbone dans l'acier fondu (C%) est en ordonnées. Les valeurs mesurées de la concentration en carbone sont indiquées par le symbole "0". La ligne en trait plein représente la variation théorique de la concentration en carbone calculée conformément à la formule (9). Comme
il ressort de la figure 3, la variation de la concentra-
tion en carbone calculée à partir de la formule est pra-
tiquement la même que celle indiquée par les résultats expérimentaux.
La relation entre le coefficient de décarbura-
tion et le débit d'argon est indiquée à la figure 4.
La figure 5 montre la variation de la quantité d'oxygène nécessaire pour la décarburation. La courbe I indique une variation continue de la quantité d'oxygène nécessaire, qui est calculée à partir de l'équation (9) ci-dessus. La courbe Il correspond à une modification par paliers. Après le point initial de l'invention, la quantité d'oxygène insufflée par la lance supérieure peut être abaissée conformément à la courbe I ou à la
courbe II.
Comme de l'oxyde de carbone se forme au cours de la décarburation et est évacué de l'acier fondu, il est recommandé d'effectuer la combustion de l'oxyde de carbone ainsi formé avec de l'oxygène fourni Dar la
lance ou sous-lance supérieure. En utilisant la cha-
leur de combustion de l'oxyde de carbone, l'abaissement de la température de l'acier fondu peut être compensé pour maintenir sa température à une valeur déterminée
à l'avance. Au cours de la période de réduction (pé-
riode s'écoulant après la fin de la décarburation), on poursuit le barbotage d'argon et on ajoute une matière contenant du silicium, par exemple un alliage Fe-Si, etc, à l'acier fondu pour réduire l'oxyde de chrome du
laitier. Le chrome ainsi réduit passe ensuite dans l'a-
*cier fondu.
250 123f Les exemples non limitatifs suivants sont donnés
à titre d'illustration de l'invention.
ExemDle. On prépare un acier à 16,5 % de Cr conformément à l'invention en utilisant un convertisseur de 150 ton-
nes à soufflage par le fond et le sommet. Dans cet exem-
ple, le point initial est calculé à partir de l'équation (6), précédemment indiqué (PCo = 1,0-1,5) comme étant compris entre 0,35 et 0,38 % de C. C'est-à-dire que lors-
que la teneur en carbone atteint 0,38 X de C, on remplace l'oxygène additionné de gaz carbonique par de l'argon
comme gaz soufflé.
Les conditions expérimentales, comprenant le dé-
bit de gaz soufflé par le fond et le débit de l'oxygène soufflé par la lance supérieure, sont résumées dans le tableau 1 ci-dessous. Le procédé d'affinage décrit est
divisé en deux parties désignées par Période I et Pé-
riode Il. Conformément à l'invention, un mélange oxygène + gaz carbonique est injecté dans l'acier fondu pendant la Période I par la tuyère de fond, puis, pendant la période II, à la place du gaz contenant de l'oxygène, on introduit de l'argon dans l'acier fondu par la tuyère de fond. On réduit en même temps par paliers la quantité d'oxygène soufflée par la lance supérieure, comme le
montre la courbe II de la figure 5.
A titre de comparaison, dans l'exemple compara-
tif 1, de l'argon est injecté dans l'acier fondu par la tuyère de fond sur toute la période de fonctionnement, et dans l'exemple comparatif 2, le mélange oxygène + gaz carbonique utilisé pour le soufflage par le fond est remplacé par de l'argon lorsque la teneur en carbone est légèrement plus faible que le point initial de l'invention. C'est-à-dire que dans la Période II, le gaz soufflé par le fond est remplacé par de l'argon lorsque la teneur en carbone s'est abaissée à 0,20 %, valeur
significativement plus faible que les 0,38 X de la pré-
sente invention. En outre, dans les exemples comparatifs 1 et 2, la quantité d'oxygène soufflé par le sommet est
modifiée comme le montre le tableau 1.
Le procédé d'affinage de l'invention comprend les stades de chauffage, décarburation dans la Période I, décarburation dans la Période II et réduction. Comme le
montre le tableau 2, de nombreux types de matières pre-
mières ont été ajoutés à chacun de ces stades. Au début de l'opération, on introduit de la fonte liquide dans
le convertisseur et on fait démarrer le soufflage d'oxy-
gène par la lance supérieure. Lorsque le chauffage est terminé, on introduit la charge de chrome, un alliage Fe-Mn à haute teneur en carbone et une partie de la chaux vive dans le convertisseur tout en effectuant le soufflage d'oxygène par le sommet. Au stade de réduction qui fait suite au stade de décarburation, on introduit également dans le convertisseur le reste de la chaux vive, un alliage Fe-Si et de la fluorite. L'analyse -chimique et la température du métal fondu à chacun des stades ci-dessus sont données respectivement dans les tableaux 3, 4 et 5, pour l'exemple de l'invention et
les exemples comparatifs 1 et 2.
T A B LEAU 1
de carbone Débit de soufflage Gaz soufflé par le Gaz soufflé par le à la fin de d'oxygène par le fond pendant la fond pendant la la période I sommet (Nm3/h) Période I Période II Période I Période II Type de Débit Type de Débit gaz (Nm3/h) gaz (Nm3/h) Présente inven- 0,38 24000 Fig.5 02/CO2 2620/650 Ar 6500 tion
Exemple
compa- 0,46 24000 4500 Ar 3270 Ar 3270 ratif 1
Exemple
compa- 0,20 24000 380041900 02/CO2 2620/650 Ar 3300 ratif 2 a
TABLEAU '2
Présente invention Exemple comparatif 1 Exemple comparatif 2 Poids Moment auquel Poids Moment auquel Poids Moment auquel (tonnes) s'effectue (tonnes) s'effectue (tonnes) s'effectue l'addition l'addition l'addition Fonte Fondue 129 au début 120 au début 121 au début fondue Charge 45,5 45, 0 de Cr apres aprrs après Alliage Fe-Mn le le le Fe -Mn a forte 1,3 stade 1,3 stade 1,25 stade teneur de de de en C chauffage chauffage chauffage
11,0 16,0 10,0
Chaux vive...
,0 au cours - au cours 17,0 au cours Alliage du stade du stade du stade Fe-Si. 4,8 de de ' de Fluorite 3 rédutio réduction 3,8 réduction O0 "3 La i o^ 0%
T A B L E A U
(% en poids)
Présente invention C Si Mn P S Cr Temp.
( c) Fonte fondue 4,47 Tr. 0,14 0,001 0,002 - 1230 Après la fin du chauffage 0,40 Tr. 0,09 0,014 0,013 - 1650 chauffage A la fin de la période I 0,38 0,03 0,54 0,019 0,018 16,39 1725 A la fin de la période I 0,02 0,01 0,37 0,020 0,016 14,90 1700 periode II_ A la fin du stade de 0, 05 0,54 0,57 0,021 0,001 16,47 1630 réduction 1-
Tr.: Traces.
U-. r/ Liq ré
TABLEAU 4
(% en poids).
Exemple comparatif 1 C Si. Mn P S Cr Temp.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (O c) Fonte fondue 4,35 Tr. 0,18 0,001 0,004 - 1205
_......,,,,,.......
Après la fin du chauffage 0,37 Tr. 0,10 0,012 0,016 - 1640 A la fin de la période I 0,46 0,03 0,46 0,018 0,020 16,08 1710 A la fin de la période Il 0,01 0,02 0,51 0,020 0,014 13,85 1720 A la fin du stade de 0,03 0,30 0,67 0,022 O 002. 16,79 1640 réduction
Tr.: Traces.
o O c> % D
T AB LE A U
% en poids)
Exemple comparatif 2 C Si Mn P S Cr Temp.
( c) Fonte fondue 4,44 Tr. 0,13 0,002 0,005 - 1220 Après la fin du 4 chauffage 0,39 Tr. 0,08 0,011 0,018 - 1635 A la fin de la période I 0,20 0,02 0,38 0,019 0,023 14,85 1785 A la fin de la mériode II 0,02 O,O01 0, 32 0,021 0,024 13,08 1770 A la fin du stade de 0,05 0,32 0,55 0,023 0,005 16,53 1700 réduction MO
Tr.: Traces.
r1é on ré) mA o > Comme le montrent les résultats de ces tableaux, dans l'exemple comparatif 1, lorsque le gaz soufflé par
le fond était de l'argon, le degré d'agitation était fai-
ble bien que la quantité de gaz soufflé par le fond ait été la même que dans l'exemple de l'invention. Par consé-
quent, le degré d'oxydation du chrome dans l'exemple com-
paratif 1 était plus élevé aue dans l'invention. En outre, le rendement de l'oxygène pour la décarburation au cours de la période I après le stade de la désiliciation n'était
que de 90 %.
Par contre, dans l'exemple comparatif 2, l'injec-
tion de gaz contenant de l'oxygène était poursuivie jus-
qu'à ce que la concentration du carbone dans l'acier soit réduite à 0,20 % seulement et comne la quantité d'oxygène
soufflée par la lance supérieure était relativement éle-
vée, la concentration du chrome dans cet exemple à la fin de la période I était de 14,85 %, valeur considérée comme
extrêmement basse. Ceci signifie que dans l'exemple compa-
ratif 2, le degré d'oxydation du chrome était beaucoup plus élevé que dans les deux autres exemples. Il était donc nécessaire d'ajouter une forte quantité d'alliage
Fe-Si pour réduire le chrome ainsi oxydé, ce qui condui-
sait à une élévation de la température à-17000C, valeur
relativement élevée, à la fin du stade de réduction.
Au contraire, conformément à l'invention, comme le gaz soufflé par le fond était un mélange oxygène + gaz
carbonique au cours de la Période I, une agitation éner-
gique de l'acier fondu était réalisée. En outre, ce mé-
lange était remplacé par de l'argon juste avant 0,38WC, point o s'amorce l'oxydation du chrome. Par conséquent, dans le procédé de l'invention, l'oxydation du chrome était négligeable par comparaison avec ce qu'elle était
dans les deux autres exemples.
Il est à noter également que les améliorations réalisées par l'invention étaient obtenues en utilisant un gaz.contenant de l'oxygène, par exemple un mélange oxygène + gaz carbonique, qui est moins coûteux que ?1 F l'argon. En outre, comme le volume de gaz injecté dans l'acier fondu par le fond s'élève à deux fois son volume initial, conduisant à une agitation vigoureuse de l'acier fondu, il est possible de réduire de façon marquée le coût d'exécution dans l'affinage des aciers à haute. teneur en chrome. Il est ainsi possible, conformément à l'invention, d'affiner un acier à forte teneur en Cr
d'une manière extrêmement économique et pratique.
Claims (10)
1. Procédé d'affinage d'un acier à haute teneur en Cr, caractérisé en ce qu'on prépare de la fonte fondue
dans un convertisseur à soufflage par le fond et le som-
met, en ce qu'on chauffe la fonte fondue à une tempéra-
ture déterminée à l'avance, en ce qu'on effectue la dé-
carburation de la fonte fondue ainsi préparée en soufflant de l'oxygène par une lance supérieure contre la surface de la fonte fondue pour obtenir de l'acier fondu, tout en introduisant initialement dans l'acier fondu, comme gaz de soufflage par le fond, un gaz contenant de l'oxygène, puis en le remplaçant par un gaz inerte lorsque la teneur en carbone de cet acier fondu est réduite à une valeur
déterminée à l'avance, plus élevée que la valeur à la-
quelle débute l'oxydation du chrome, de façon à supprimer
l'oxydation du chrome, et en ce qu'on soutire du conver-
tisseur l'acier fondu obtenu aDrès avoir ajusté la compo-
sition de l'acier.
2. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que le gaz contenant de l'oxygène est un mé-
lange d'oxygène et de gaz carbonique.
3. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que le taux de carbone pour lequel commence l'oxydation du chrome est un point limite pour lequel les réactions de décarburation et d'oxydation du chrome
sont dans un état d'équilibre.
4. Procédé suivant la revendication 3, caracté-
risé en ce que le taux de carbone pour lequel commence
l'oxydation du chrome est déterminé en utilisant l'équa-
tion suivante, dans laquelle la pression partielle de CO
à l'état d'équilibre est déterminée au préalable expéri-
mentalement:
_____7P__ 13800
log Z C] - - T + 4,20SNi.7 + 8,76 Dans cette équation T = température de l'acier fondu (0K) PCo = pression partielle du CO (atm) 4rNi7 = concentration de Ni dans l'acier fondu (%) [XC] = concentration du carbone dans l'acier fondu (% /4Cr7 = concentration du Cr dans l'acier fondu (%
5. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que l'acier fondu est maintenu sous la pres-
sion atmosphérique dans le convertisseur à soufflage par
le fond et le sommet pendant l'opération.
6. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que ce gaz inerte est de l'argon.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendi-
cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'après avoir remplacé le gaz soufflé par le fond par un gaz inerte, on réduit progressivement la auantité d'oxygène soufflée par la
lance supérieure.
8. Procédé suivant la revendication 7, caracté-
risé en ce qu'on réduit la quantité d'oxygène soufflée
par la lance supérieure d'une manière continue.
9. Procédé suivant la revendication 7, caracté-
risé en ce qu'on réduit la quantité d'oxygène soufflée
par la lance supérieure par paliers.
10. Procédé suivant l'une quelconque des reven-
dications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on poursuit le soufflage Dar le fond du gaz inerte jusqu'à ce que l'acier
fondu obtenu soit soutiré du convertisseur.
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|---|---|---|---|
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