LU82069A1 - Procede d'affinage d'un bain de metal - Google Patents

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/35—Blowing from above and through the bath

Description

Λ A 598
Demande de brevet '*de.......................................................................
Désignation de l'Inventeur -
. . . René NEYEN, Administration Centrale de l'ARBED
Case postale 1802, LUXEMBOURG
agissant en qualité ïtëi^^30S®ïf — de mandataire du déposant — ARBED S.A..............................
Avenue de la Liberté
LUXEMBOURG
(3) de l'invention concernant :
Procédé d'affinage d'un bain de métal désigne comme inventeur (s) : 1. Nom et prénoms ...............^ETZ Paul......................................................................................................................................................................
. 18 rue J.P.Brasseur, LUXEMBOURG
Adresse ............................................................................................................................................................................................................................................
2. Nom et prénoms_______________________.......................................................................................................................
Adresse _____________________________________28, rue du Comte Bertier, DUDELANGE
3. Nom et prénoms....._..........Luclen............_........................_...........................................................
Adresse 73, rue de Las au vage, DIFFERDANGE
*) .............................................................................................................................................................................................................................................
Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l'entière responsabilité.
Luxembourg |e janvier 19 80 *) 4. GOEDERT Ferdinand 31, rue Jean Jaurès, DUDELANGE 1 HENRION Romain
11 Bvd Winston Churchill ,ESCH/ALZETTE
(signature! a 68026_Le mandataire_ (') Nom, prénoms, firme, adresse.
(2j Nom, prénoms et adresse du déposant.
A 598 *
Demande de brevet > Déposant : Ά R B E D S.A.
Avenue de la Liberté Luxembourg
Procédé d'affinage d'un bain de métal
V
*·
Procédé d'affinage d'un bain de métal
La présente invention concerne un procédé d'affinage d'un bain de métal, en particulier de fonte liquide, par soufflage d'oxygène par le haut et par barbotage au gaz inerte par le fond du creuset.
5
Les procédés d'affinage de la fonte par soufflage d'oxygène permettent d'incorporer à la charge des quantités plus ou » moins importantes de mitrailles. L'importance de cette ajoute dépend de façon essentielle de la quantité d'énergie thermique 10 disponible pour assurer la fusion des mitrailles ajoutées.
L'énergie thermique dégagée au cours de l'élaboration, provient d'une part des réactions exothermiques d'oxydation des éléments oxydables contenus dans la fonte, si bien que la 15 quantité incorporable de matières refroidissantes dépend des teneurs en C, Si, P, Mn de la fonte enfournée.
D'autre part le CO dégagé au cours de la décarburation peut subir suivant les conditions de marche du convertisseur 2o une combustion plus ou moins poussée. Cette post-combustion exothermique constitue une source d'énergie supplémentaire que l'on cherche à utiliser pour augmenter le taux de consommation de mitrailles incorporées à la charge.
25 Ainsi le déposant a développé un procédé qui est décrit dans la demande de brevet LU 81.207 et qui prévoit d'affiner la fonte par soufflage d'oxygène par le haut et qui est caractérisé en ce que d'une part on provoque à proximité immédiate de la surface du bain une post-combustion du CO dégagé au courî 30 de la décarburation en répartissant de l'oxygène sur ladite surface et que d'autre part on règle l'épaisseur et la consistance de la scorie en agissant sur le déséquilibre entre celle-ci et le bain, par injection de gaz par le fond du bain.
« - 2 -
En effet, tous les efforts imaginables pour augmenter les températures près de la surface du bain dans le but de fondre un surplus de mitrailles, sont contrecarrés par la présence à la surface du bain d'une couche de scorie épaisse et mous-5 seuse qui se forme au cours de l'affinage par soufflage d'oxygène par le haut et qui agit comme un isolant thermique grâce à sa consistance mousseuse.
Suivant ledit procédé l'interface entre le métal et la scorie 10 est constamment balayé par un barbotage de gaz, si bien que la scorie est en permanence désoxydée et ne peut par conséquent prendre une consistance mousseuse. Ce balayage permet de combiner les avantages du procédé d'affinage en four a sole où les réactions se déroulent par diffusion lente avec ceux 15 des procédés LD resp. LDAC qui se distinguent par leur rapidité.
On utilise comme gaz de barbotage un gaz dont la majeure partie est inerte, p.ex. de l'azote. Ce dernier est disponible 20 . à des prix avantageux en cas de fabrication de l'oxygène de soufflage par distillation fractionnée d'air.
Tandis que l’on peut constater que le procédé d'affinage suivant la demande de brevet LU 81.207 conduit généralement 25 à des augmentations sensibles du rendement en fer et à des diminutions des teneurs en phosphore et en soufre vis-à-vis des procédés d'affinage classiques, il s'est avéré qu'il y a lieu de prendre des mesures spéciales en vue d'empêcher qu'il y ait nitruration du métal en cours de l'affinage. En effet, 30 une nitruration marquée a été observée dans le cas où 1'azote est injecté dans les régions de l'impact de l'oxygène soufflé en jet dur par le haut, c.à.d. dans les régions où règne une chaleur extrême. On put arriver à diminuer la tendance à la nitruration excessive en disposant les moyens de barbotage 35 radialement à l'écart de l'axe vertical du point d'impact du jet d'oxygène, sans toutesfois la supprimer totalement.
- 3 -
Le but de la présente invention consistait donc à proposer un procédé d'affinage qui retient les avantages réalisables grâce au barbotage du bain par un gaz essentiellement inerte, tout en permettant d'empêcher une augmentation des teneurs 5 en azote dans l’acier au cours de l'affinage.
Ge but est atteint par le procédé suivant l'invention qui prévoit d'affiner la fonte par soufflage d'oxygène par le haut du creuset et qui est caractérisé en ce que l'on détermine 10 au cours de l'affinage à une cadence suffisante les paramètres indicatifs de la tendance à la nitruration du métal et que l'on réagit suivant la réponse obtenue, en réglant le débit et/ou la composition du gaz de barbotage insufflé par le fond du creuset.
15
Les paramètres indicatifs de la tendance à la nitruration d'un bain de métal mis en contact avec de l'azote sont essentiellement la température du bain et dans une certaine . mesure l'avancement des réactions d'affinage dans le temps, 20 étant donné que la température du bain monte en général au fil de la période totale du soufflage.
Il est bien entendu que ces paramètres sont déterminés de manière empirique suivant la configuration et l'envergure 25 des installations d'affinage en jeu et qu'il y a lieu de » tenir compte de facteurs spécifiques, comme p.ex. le taux du débit de l'oxygène de soufflage et la configuration du jet de la lance.
30 Une première forme d'intervention du procédé suivant l'invention prévoit de diminuer voire arrêter le débit de gaz de barbotage inerte (azote) à partir d'un seuil critique de la température du bain resp. au terme d'une période déterminée du temps de soufflage.
Selon une deuxième forme d'intervention du procédé suivant l'invention on remplace, à partir d'un seuil critique de la 35 - 4 - température du bain resp. au terme d'une période déterminée du temps de soufflage l'azote de barbotage par un gaz ou un mélange de gaz essentiellement non-solubles dans l'acier à des températures élevées. De tels gaz peuvent p.ex. être 5 l'Ar, le C02, le CO ou encore des gaz d'échappement d'installations industrielles comme le gaz de hauts-fourneaux ou les fumées de convertisseur, du moment où ces gaz ne contiennent pas de taux excessifs d'azote ou d'hydrogène.
10 Dans le cas sous revue on utilisera de préférence de l'anhy-„ dride carbonique qui est essentiellement inerte bien qu'il puisse dans une certaine mesure se réduire en monoxyde de carbone sous l'influence du carbone et de la température du bain, ce qui toutesfois ne saurait guère exercer une influ-15 ence défavorable sur les réactions de dêcarburation au cours de l'affinage.
On peut également envisager l'utilisation d'hydrocarbures tels que le gaz naturel, le propane ou le butane dans le présent 20 contexte. Il est vrai que ces hydrocarbures se décomposent du moins en partie à des températures élevées et en présence d'oxygène, en monoxyde de carbone et en hydrogène et il faut considérer que la solubilité de l'hydrogène dans l'acier augmente lorsque la température de l'acier augmente, si bien que 25 l'utilisation d'hydrocarbures comme remplaçant de l'azote de ' barbotage est envisageable sous condition qu'une certaine hydrogénation de l'acier ne s'avère pas gênante pour la nuance fabriquée.
30 Une troisième forme d'intervention du procédé suivant l'in-• vention prévoit de diluer à partir d'un seuil critique de la température du bain resp. au terme d'une période déterminée du temps de soufflage le gaz de barbotage utilisé par un gaz ou un mélange de gaz essentiellement non-solubles 35 dans l'acier à des températures élevées.
Suivant l'invention on peut également effectuer un changement - 5 - des condition^ëométriques de l'ajoute du gaz de barbotage, qu'il s'agisse d'azote pur, dilué ou d'un gaz de remplacement, dans ce sens, que l'on prévoit des moyens de barbotage logées dans le fond du creuset le long d'au moins 5 deux cercles concentriques et qu'à partir d'un seuil critique de la température du bain resp. au terme d'une période déterminée du temps de soufflage on effectue l'ajoute du gaz de barbotage préférentiellement par les moyens de barbotage situées le plus à l'écart de l'axe vertical du point d'impact 10 de l'oxygène de soufflage par le haut.
~ Soit que l'on mette en oeuvre le procédé suivant l'invention en diminuant voire arrêtant le débit du gaz de barbotage (azote), en le remplaçant par un gaz essentiellement non-solubl< 15 dans l'acier à températures élevées, en le diluant par un tel gaz ou mélange de gaz, ou encore en prévoyant un changement de la géométrie des points d'introduction, le débit du gaz de barbotage varie entre 0 et 0.3 Nm3/t. minute.
20' il est vrai que l'augmentation des teneurs en azote observées au cours de campagnes d'affinage suivant le procédé décrit dans la demande de brevet LU 81.207 se situe autour de 6-8 ppm -seulement, ce qui est toutesfois suffisant pour porter la teneur totale en azote dans l'acier à quelques 0.0030¾ N.
25 or, il existe des qualités d'acier où des teneurs en azote de cette envergure deviennent problématiques.
La mise en oeuvre du procédé suivant 1'invention permet par contre de limiter la teneur en azote dans 1'acier à 30 des valeurs de l'ordre de 0.0018 à 0.0022% N en retenant les avantages inhérant au procédé d'affinage de la fonte par soufflage d'oxygène par le haut et par barbotage au gaz essentiellement inerte par le fond du creuset, c.à.d. un taux élevé de la post-combustion du CO permettant d'augmenter sensiblement 35 les taux de matières ferrifères froides ajoutées au bain, une nette augmentation du rendement en fer ainsi qu'une diminution marquée des teneurs en phosphore et en soufre dans l'acier, vis-à-vis des procédés d'affinage conventionnels.

Claims (3)

1. Procédé d'affinage d'un bain de métal, en particulier de fonte liquide, par soufflage d'oxygène par le haut et par barbotage au gaz inerte par le fond du creuset, caractérisé en ce que 11 on détermine au cours de 11af-5 finage à une cadence suffisante les paramètres indica tifs de la tendance à la nitruration du métal et que l'on réagit suivant la réponse obtenue, en réglant le débit et/ou la composition du gaz de barbotage insufflé par le fond du creuset. 10 '
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres indicatifs de la tendance à la nitruration de l'acier sont constitués par la température 15 du bain respectivement par le temps écoulé depuis le début du soufflage et que l'on entame les mesures visant la suppression de la nitruration de l'acier à partir d'un seuil critique de la température du bain respectivement au terme d'une période déterminée du temps de 20 soufflage. 1 2 3 4 Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on diminue, voire arrête le débit du gaz de barbotage inerte (azote). ” 25 2 Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 11 on remplace le gaz de barbotage inerte (azote) par un gaz ou un mélange de gaz essentiellement non-solubles dans l'acier à des températures élevées. : 30 3 Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dilue le gaz de barbotage inerte (azote) par un gaz ou un mélange de gaz essentiellement non solubles dans l'acier à des températures élevées. 35 4 Procédé suivant les revendications 1 - 5, caractérisé en ce que le gaz ou mélange de gaz de remplacement tà - 2 - est de l'Ar, du C02, du CO, un hydrocarbure gazeux, du gaz de hauts-fourneaux ou des fumées de convertisseurs.
7. Procédé suivant les revendications 1-6, caractérisé en 5 ce que l'on effectue un changement des conditions géométriques de l'ajoute du gaz de barbotage dans ce sens que l'on prévoit des moyens d'injection logés dans le fond du creuset le long d'au moins deux cercles concentriques et que l'on effectue l'ajoute du gaz de barbotage préférentiellement par les moyens 10 de barbotage situées le plus à l'écart de l'axe vertical du point d'impact de l'oxygène de soufflage par le haut. 1 = , 8. Procédé suivant les revendications 1-7, caractérisé en ce que l'on varie le débit du gaz de barbotage entre 0 et 0.3 15 Nm3/t. minute.
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