FR2554461A1 - Process for the production of liquid steel by oxidising melting of scrap iron or of prereduced material in a reactor with oxidising gas blasting - Google Patents

Process for the production of liquid steel by oxidising melting of scrap iron or of prereduced material in a reactor with oxidising gas blasting Download PDF

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Abstract

According to this process, applicable especially in a steelworks converter with pure oxygen blasting, the charge contains practically exclusively scrap iron which, on reacting with the oxidising gas, produces the energy needed for its own melting. The reaction is initiated at the beginning of the process by providing a bath stock of liquid steel or of liquid casting iron in the converter or else by providing an initial charge of scrap iron heated to more than 1000 DEG C.

Description

PROCEDE D'ELABORATION D'ACIER LIQUIDE PAR FUSION OXYDANTE DE
FERRAILLES OU DE PREREDUIT DANS UN REACTEUR A SOUFFLAGE DE GAZ
OXYDANT.PROCESS FOR THE PREPARATION OF LIQUID STEEL BY OXIDIZING FUSION OF
SCRAP OR PRE-REDUCED IN A GAS BLOWING REACTOR
OXIDIZING.

L'invention concerne un procédé pour produire de l'acier liquide dans un réacteur à soufflage de gaz oxydant. On entend par réacteur tout contenant susceptible de résister au fer et à l'oxyde de fer fondus. Il s'agit notamment des convertisseurs à l'oxygène pur, des fours à sole et des fours à cuve, par exemple de hauts fourneaux aménagés. The invention relates to a method for producing liquid steel in an oxidizing gas blast reactor. By reactor is meant any container capable of resisting molten iron and iron oxide. These include in particular pure oxygen converters, hearth furnaces and tank furnaces, for example fitted blast furnaces.

Les procédés traditionnels d'élaboration d'acier liquide dans ces convertisseurs font appel à des charges constituées essentiellement de fonte. Il est connu d'ajouter à ces charges une certaine quantité de ferrailles, souvent limitée à environ 30 %, comme source de fer et Jouant le rôle d'une addition refroidissante. The traditional processes for producing liquid steel in these converters use feeds consisting essentially of cast iron. It is known to add to these charges a certain amount of scrap, often limited to around 30%, as a source of iron and playing the role of a cooling addition.

L'invention a pour but de proposer un procédé d'élaboration d'acier liquide fondé sur une optique complètement différente. The object of the invention is to propose a method for producing liquid steel based on a completely different lens.

Selon le procédé de l'invention, la charge introduite dans le réacteur contient pratiquement exclusivement des ferrailles. According to the process of the invention, the feed introduced into the reactor contains almost exclusively scrap.

Bien qu'il puisse parattre surprenant de n'utiliser dans une charge destinée à produire de l'acier liquide, que des éléments employés selon l'art antérieur pour refroidir les bains, l'invention repose sur l'idée qu'on peut utiliser les fer des ferrailles comme combustible pour fondre celles-ci. Although it may seem surprising to use in a feed intended for producing liquid steel only elements used according to the prior art to cool the baths, the invention is based on the idea that one can use scrap iron as fuel to melt it.

En effet, on s'est aperçu selon l'invention que les ferrailles, par réaction avec l'oxygène soufflé, produisent l'énergie nécessaire à leur propre fusion. In fact, it has been found according to the invention that the scrap metal, by reaction with the blown oxygen, produces the energy necessary for their own fusion.

L'oxyde de fer formé (de la magnétite et de wüstite) est valorisé directement au haut-fourneau comme aggloméré de minerai de fer riche ou dans un four de préréduction. The iron oxide formed (magnetite and wüstite) is recovered directly in the blast furnace as agglomerate of rich iron ore or in a pre-reduction furnace.

On amorce la réaction au début du procédé en prévoyant un pied de bain d'acier ou de fonte liquide, ou en portant la première charge à plus de 10000C.  The reaction is started at the start of the process by providing a steel or liquid iron bath bottom, or by bringing the first charge to more than 10000 C.

On procéde soit à des chargements fractionnés de la charge totale du réacteur, chaque chargement étant suivi du soufflage d'oxygène puis du décrassage de l'oxyde defer formé soit à un chargement continu, le décrassage de l'oxyde de fer se faisant de; la même façon. One proceeds either with fractional loadings of the total load of the reactor, each loading being followed by the blowing of oxygen then with the cleaning of the iron oxide formed or with a continuous loading, the cleaning of iron oxide being done; the same way.

On va maintenant expliquer plus en détail la réaction à la base de l'invention et les Conditions d'élaboration de l'acier liquide. We will now explain in more detail the reaction on which the invention is based and the conditions for producing liquid steel.

Le fer des ferrailles réagit avec l'oxygène selon les équations suivantes

Figure img00020001

où les énergies Q1 et Q2 des réactions valent respectivement 3,56 MJ par kilogramme de FeO formé à 1600 C, et 4,29 MJ par kilogramme de Fie3O4 formé à 16000C.Scrap iron reacts with oxygen according to the following equations
Figure img00020001

where the energies Q1 and Q2 of the reactions are respectively 3.56 MJ per kilogram of FeO formed at 1600 C, and 4.29 MJ per kilogram of Fie3O4 formed at 16000C.

Ces deux réactions se font dans des proportions variables en fonction du type de soufflage d'oxygène. These two reactions take place in variable proportions depending on the type of oxygen blowing.

Les bilans globaux obtenus à partir des bilans matière et thermique, en tenant compte des pertes thermiques du réacteur,- sont les suivants 1kgFe(25 C)+0,1kgO2(25 C;70l)- > 0,65kgFeliq(1600 C)+0,45kgFeO1ig < 1600 C) ikgFe(250C)+0,1kg02(25 C;70#)- > 0,74kgFeliq(1600 C)+0,36kgFe3041iq (1600 C)
Autrement dit, la production se répartit pour environ 2/3 d'acier liquide et 1/3 d'oxyde de fer dirigé vers le haut fourneau ou le four de préréduction. L'acier liquide obtenu directement représente un peu moins des 3/4 du fer enfourné au réacteur sous forme de ferrailles.The overall balances obtained from the material and thermal balances, taking into account the thermal losses of the reactor, - are as follows 1kgFe (25 C) + 0.1kgO2 (25 C; 70l) -> 0.65kgFeliq (1600 C) + 0.45kgFeO1ig <1600 C) ikgFe (250C) + 0.1kg02 (25 C; 70 #) -> 0.74kgFeliq (1600 C) + 0.36kgFe3041iq (1600 C)
In other words, the production is distributed for about 2/3 of liquid steel and 1/3 of iron oxide directed towards the blast furnace or the pre-reduction furnace. The liquid steel obtained directly represents slightly less than 3/4 of the iron fed to the reactor in the form of scrap.

Cette opération d'oxydation peut être effectuée dans un réacteur à soufflage d'oxygène par le fond, par le haut, par le côté, ou par une combinaison de ces modes de soufflage. Lorsque le réacteur est un haut fourneau aménagé, la production d'acier est faite en continu. Les revêtements magnésiens sont les plus indiqués eu égard à l'attaque par les oxydes de fer ; en effet, la magnésie se recouvre en surface d'une couche de solution solide magnesieoxyde de fer qui empêche l'attaque en profondeur et sert de ce fait de couche protectrice vis-à-vis de tout laitier agressif. This oxidation operation can be carried out in an oxygen blowing reactor from the bottom, from the top, from the side, or by a combination of these blowing modes. When the reactor is a built blast furnace, steel production is done continuously. Magnesium coatings are the most suitable for attack by iron oxides; in fact, the magnesia is covered on the surface with a layer of solid iron magnesium oxide solution which prevents deep attack and therefore serves as a protective layer against any aggressive slag.

Dans le cas d'un convertisseur ou d'un four à sole, pour amorcer facilement la réaction, un pied de bain d'acier liquide ou de fonte de quelques dizaines de tonnes est nécessaire, ce métal liquide étant introduit spécialement dans.le réacteur ou provenant de la charge précédente. Un amorçage sur des ferrailles portées à plus de 1000 est aussi possible en particulier lorsque le réacteur est un haut-fourneau aménagé. In the case of a converter or a hearth furnace, to easily initiate the reaction, a foot of liquid steel or cast iron of a few tens of tonnes is necessary, this liquid metal being specially introduced into the reactor. or from the previous charge. Priming on scrap metal raised to more than 1000 is also possible, in particular when the reactor is a fitted blast furnace.

A titre d'exemple, lors d'une élaboration dans un convertisseur, pour une coulée d'environ 220 t, un premier chargement de ferrailles correspondant par exemple à un auget de 80 tonnes est enfourné avant le soufflage d'oxygène. Après le soufflage d'oxygène, l'oxyde de fer formé est décrassé et recueilli pour être enfourné dans un haut fourneau ou un four de préréduction. Un second, puis un troisième et un quatrième auget de ferrailles sont enfournés ; avant chaque nouvel enfournement, l'oxyde de fer formé est décrassé. A la fin, la coulée d'acier liquide est d'environ 220 tonnes et la quantité totale d'oxyde formé voisine de 130 tonnes. La quantité de gangue varie en fonction de la qualité des ferrailles et des additions faStes en çours de traitement.L'acier liquide ainsi obtenu peut être directement désoxydé dans le convertisseur après décrassage complet ou en poche. La mise à nuance est faite en poche de coulée ou en seconde poche si l'on dispose d'un four poche. For example, during a preparation in a converter, for a casting of approximately 220 t, a first loading of scrap corresponding for example to a bucket of 80 tonnes is charged before the oxygen blowing. After the oxygen blowing, the iron oxide formed is descaled and collected to be placed in a blast furnace or a pre-reduction oven. A second, then a third and a fourth scrap bucket are placed in the oven; before each new charging, the iron oxide formed is cleaned. At the end, the casting of liquid steel is approximately 220 tonnes and the total amount of oxide formed is close to 130 tonnes. The quantity of gangue varies according to the quality of the scrap and the additions made during treatment. The liquid steel thus obtained can be directly deoxidized in the converter after complete scrubbing or in a ladle. The shading is done in a ladle or in a second ladle if you have a ladle furnace.

L'acier liquide obtenu en fin d'élaboration, avant calmage (environ 3/4 du fer enfourné) est saturé en oxygène (près de 0,2 % à 16000C) car il est en équilibre avec de l'oxyde de fer pratiquement pur. Compte tenu de la quantité importante de laitier qui se forme et du potentiel d'oxygène très élevé du métal liquide, le carbone et le manganèse sont complètement brulés et le peu de phosphore contenu dans les ferrailles est presque totalement éliminé pour peu que l'on rajoute un peu de chaux pour neutraliser le P205 formé. Quant au soufre, une bonne partie est éliminée par voie gazeuse et le reste par le laitier décrassé ; la teneur finale est basse, mais fonction du type de ferrailles enfourné.Les métaux résiduels1 tels que : le cuivre, le nickel et l'étain ne sont pas scorifiés et leur teneur est fonction du type de ferrailles enfournées ; le chrome, par contre, est complètement scorifié. The liquid steel obtained at the end of production, before calming (about 3/4 of the iron in the oven) is saturated with oxygen (almost 0.2% at 16000C) because it is in equilibrium with practically pure iron oxide . Given the large amount of slag that forms and the very high oxygen potential of the liquid metal, the carbon and manganese are completely burned and the little phosphorus contained in the scrap is almost completely eliminated as long as we add a little lime to neutralize the P205 formed. As for sulfur, a large part is eliminated by gas and the rest by slag slag; the final content is low, but depends on the type of scrap iron. Residual metals1 such as: copper, nickel and tin are not scorified and their content depends on the type of scrap iron; chromium, on the other hand, is completely slagged.

Le rendement métallique de l'élaboration d'acier liquide obtenu directement au convertisseur est plus élevé que celui d'une élaboration classique utilisant de la fonte et des ferrailles (il y a moins de pertes par fumées et le fer scarifié est récupéré). The metallic yield of the production of liquid steel obtained directly at the converter is higher than that of a conventional production using cast iron and scrap (there is less loss by smoke and the scarified iron is recovered).

Le métal obtenu par réduction au haut-fourneau de l'oxyde de fer et ensuite par affinage au convertisseur est identique à un acier élaboré à partir de fonte hématite (aussi. The metal obtained by reduction in the blast furnace of iron oxide and then by refining with the converter is identical to a steel produced from hematite cast iron (also.

bien en ce qui concerne sa qualité que son prix). both in terms of quality and price).

I1 va sans dire que, sans s'écarter de l'invention, on peut combiner le procédé décrit avec les procédés d'élaboration connus utilisant de la fonte.  It goes without saying that, without departing from the invention, the process described can be combined with the known production processes using cast iron.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration d'acier liquide dans un réacteur à soufflage de gaz oxydant caractérisé en ce que la charge contient pratiquement exclusivement des ferrailles, qui par réaction avec le gaz oxydant, produisent l'énergie nécessaire à leur propre fusion. 1. Process for the production of liquid steel in an oxidizing gas blowing reactor characterized in that the feed contains almost exclusively scrap, which by reaction with the oxidizing gas, produce the energy necessary for their own fusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par un soufflage à l'oxygène pur et la formation d'oxyde de fer à la suite de la réaction de l'oxygène sur les ferrailles. 2. Method according to claim 1, characterized by blowing with pure oxygen and the formation of iron oxide following the reaction of oxygen on the scrap. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un convertisseur à revêtement magnésien qui stautoprotège.  3. Method according to claim 2, characterized in that a converter with magnesium coating which stautoprotects is used. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on amorce la réaction au début du procédé en prévoyant un pied de bain d'acier liquide ou de fonte liquide dans le réacteur. 4. Method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the reaction is initiated at the start of the process by providing a foot of liquid steel bath or liquid iron in the reactor. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on amorce la réaction au début du procédé en prévoyant une première charge de ferrailles portées à plus de 10000C.  5. Method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the reaction is initiated at the start of the process by providing a first charge of scrap brought to more than 10000C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on procède à des chargements fractionnés de la charge totale de ferrailles du réacteur, chaque chargement étant suivi du soufflage d'oxygène. 6. Method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that one proceeds to fractional loadings of the total load of scrap from the reactor, each load being followed by the blowing of oxygen. 7. Procédé selon l'une quelconque-des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on procéde de façon continue au-chargemant de la charge totale de ferrailles du réacteur. 7. Method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that one proceeds continuously au-loading the total load of scrap from the reactor. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'oxyde de fer formé est recyclé au hautfourneau ou dans un four de préréduction.  8. Method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the iron oxide formed is recycled to the blast furnace or in a pre-reduction oven.
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