LU82481A1

LU82481A1 - Procede et appareil de fabrication d'acier au carbone et d'acier faiblement allie aumoyen d'un four a oxygene basique a soufflage par le fond

Info

Publication number: LU82481A1
Application number: LU82481A
Authority: LU
Inventors: I Yamazaki; K Marukawa; M Ueda; T Kajimoto; S Masua; S Anezaki; T Hirata; Y Tozaki; N Hiroki
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 1979-05-24
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1980-10-08
Also published as: GB2054655A; IT1130459B; NL183413C; BR8003268A; DE3019899A1; NL183413B; FR2457325A1; ATA277580A; AT377007B; GB2054655B; FR2457325B1; AU2829080A; DE3019899C2; CA1153560A; AU525023B2; IT8067813A0; NL8003012A

Description

La présente invention concerne la fabrication d'aciers au carbone et d'aciers faiblement alliés au moyen d'un four à oxygène basique à soufflage par le fond. Plus i particulièrement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'acier dans lequel on injecte un jet de gaz ; dans un bain en fusion afin d'activer l'agitation de ce i ; dernier au cours du soufflage d'oxygène pur par le sommet au i | ~ moyen d'une lance.

Dans le procédé de fabrication d'acier avec s | soufflage d'oxygène par le sommet, on charge de la fonte en i ! * fusion, de la mitraille et d'autres matières de départ dans t ; un convertisseur, puis on effectue l'affinage de l'acier en | soufflant de l'oxygène pur sur la charge en fusion au moyen ! d'une lance à oxygène. Au premier stade ou au stade intermédiaire du soufflage, l'oxygène réagit vigoureusement avec le j bain en fusion ayant toujours une importante teneur en car bone, si bien que la formation d'oxyde de carbone est suffi-| santé pour agiter vigoureusement le bain en fusion.

i

Toutefois, étant donné que la quantité de carbone contenue dans le bain en fusion diminue au stade final du soufflage, la formation d'oxyde de carbone diminue rapidemenl tandis que la réaction entre l'acier en fusion et le laitier s'atténue rapidement. Par suite de cette diminution de l'efficacité de décarburation de l'oxygène, c'est-à-dire la I réduction de la proportion d'oxygène utilisée pour effectuer la décarburation vis-à-vis de la quantité totale d'oxygène soufflée dans le bain en fusion, la présence d'un excès " d'oxygène est inévitable, ce qui donne lieu à une oxydation du fer bien au-delà du niveau d'équilibre. En outre, par ’ suite d'une agitation insuffisante de l'acier en fusion et .du laitier, il s'établit, entre eux, une différence de tempé i - I rature donnant lieu à une réaction de déphosphoration se I déroulant en exerçant une influence néfaste. Cette carac- i * téristique est due au fait que le métal en fusion est moins i i agité. En conséquence, on a proposé d'équiper un convertis- \ seur à oxygène d'un agitateur électromagnétique. On a égale- ! ment proposé d'ajouter de la mitraille de fer au bain en i fusion au dernier stade du soufflage afin de créer, dans ce i bain, une turbulence due à une différence de température entre la mitraille et ce bain en fusion. Toutefois, ces propositions n'ont jamais été adoptées dans la pratique, • car elles impliquent des frais de construction élevés et l'oi | suppose qu'elle^ ne donnent pas lieu à un effet aussi impor- t tant que celui escompté.

De plus, on a proposé de faire tourner ou oscilli la lance de soufflage d'oxygène afin d'agiter davantage le métal en fusion et le laitier. Toutefois, en procédant de la sorte, on favorise 1'agitation du laitier, mais non celle de l'acier en fusion.

Afin d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, on a également proposé d'injecter un jet de gaz dans un métal en fusion par le fond, tout en soufflant de l'oxygène pur sur le bain en fusion au moyen d'une lance.

Les exemples de gaz devant être injectés dans le bain en i fusion sont limités à un gaz inerte tel que l'argon et à un ¥ gaz neutre tel que l'azote. Toutefois, étant donné que l'argon est très coûteux et que l'on doit en insuffler une quantité relativement importante dans le bain en fusion lors du soufflage par le fond afin d'agiter convenablement I. * ce bain, il en résulte inévitablement un net accroissement ‘ des frais. L'introduction d'azote pur ou d'un gaz constitué principalement d'azote, par exemple, l'air comprimé, a pour î / I / ^ 1 i- effet d’augmenter la teneur en azote du bain en fusion. Des i lors, il n'est pas non plus pratique de procéder a un soufflagi i d'azote·

Dans le brevet français 1.151*053 eb dans le ? brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3*854*932, on décrit le J ' soufflage par le fond de différents types de gaz, notamment l'argon, la vapeur d'eau, l'air, l'oxyde de carbone, etc.

!' Toutefois, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3*854*932, i ! par exemple, concerne la fabrication d'acier inoxydable, de s sorte que le but principal envisagé est la suppression de l'oxydation du chrome. Dès lors, il est nécessaire d'effectue ‘ le procédé de cette invention sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. En outre, dans ce brevet, on considère que ces gaz sont des équivalents. De plus, étant donné que le brevet français précité décrit le soufflage par le fond d'une quantité relativement importante de gaz dans le bain en fusion, le procédé décrit dans ce brevet est moins économique.

De plus, l'oxygène est soufflé dans le bain d'acier en fusion sous forme d'un jet supersonique au moyen de la lance classique. En conséquence, à la surface d'impact ; entre l'oxygène et l'acier en fusion, la température s'élève jusqu'à 2.000°C ou plus. En conséquence, les pertes de fer par évaporation (que l'on appellera ci-après "pertes en fumée") sont importantes. De plus, les problèmes que posent les projections de fines particules de fer après chauffage, J;! ' de même que les débordements de laitier et d'acier en fusion, !’ restent toujours sans solution. En conséquence, même dans ce procédé de soufflage combiné, on ne peut s'attendre à un ! sensible accroissement du rendement de coulée. En effet, !; I .

(l suivant le procédé classique de fabrication d'acier au moyen i * i1 i d'oxygène, on utilise, comme lan.ce, la tuyère de type '.'Laval" I et l'on iniente le -iet d'oxvp-ène à une vitesse sunersoniaue i I - (dessus sont inévitables. Afin d'éviter ces inconvénients, on a essayé de régler la vitesse de décarburation et les ] conditions du laitier au cours du soufflage. Toutefois, il est difficile de contrôler ces facteurs en cours d'opération et, en fait, les meilleurs résultats escomptés n'ont pu être obtenus.

Un progrès apporté récemment dans ce domaine est le procédé "Q-Bop" dans lequel, au lieu de souffler de l'oxygène pur par le sommet, on le souffle dans le métal en fusion par des tuyères prévues au fond du convertisseur.

Etant donné que, dans ce procédé "Q-Bop", on utilise de l'oxygène gazeux pur pour le soufflage par le fond plutôt que pour le soufflage par le sommet, il est nécessaire de souffler un autre gaz tel que le propane, afin de protéger les tuyères précitées. En conséquence, dans ce cas également on doit injecter une quantité relativement importante de gaz de soufflage dans le métal en fusion. Le "temps de mélange uniforme", qui sera décrit ci-après en détail, est d'environ 10 secondes.

I L'objet principal de la présente invention est

Ide fournir un procédé de fabrication d'acier au carbone et d'acier faiblement allié au moyen d'un four à oxygène basique Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé économique en vue d'agiter convenablement 1 un bain en fusion dans un convertisseur de fabrication d'acie au moyen d'oxygène.

| * Un autre objet encore de la présente invention Ί ‘ „ est de fournir un procédé de fabrication d'acier au carbone et d'acier faiblement allié au moyen d'un four à oxygène basique, procédé dans lequel tm gaz résiduaire évacué du four est mis en circulation et utilisé comme unique source de gaz devant être soufflé par le fond du four. . s>.

' ? Un autre objet encore de la présente invention À ί " est de fournir un procédé de fabrication d’acier au carbone et d'acier faiblement allié avec un meilleur rendement de coulée.

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La présente invention réside dans un procédé ! de fabrication d'aciers au carbone et d'aciers faiblement i alliés dans un four à oxygène basique, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on introduit, dans le métal en fusion, - un jet de gaz constitué principalement d'anhydride carbonique ;· et ce, au moyen d'au moins une tuyère prévue dans la paroi ; 1 de base ou la paroi latérale de ce four à oxygène basique w- 1 au moins partiellement au cours du laps de temps s'écoulant t; ï: entre le début du soufflage et la coulée du bain en fusion, i- le débit du gaz de soufflage par le fond étant égal à 1/200-l 9/100 de la vitesse à laquelle l'oxygène vient heurter le ï, t bain en fusion via une lance.

j | Le gaz de soufflage qui est constitué principale- ? ment d'anhydride carbonique, peut contenir ce dernier à | raison de plus de 50% en volume, y compris le gaz d'échappe- * l ment venant d'un four d'affinage de métaux tel qu'un conver- || tisseur d'acier, ainsi qu'un gaz purifié ou concentré prove- j-I nant d'un gaz de combustion d'un four de chauffage. Parmi 'J d'autres composants du gaz de soufflage, on peut mentionner ‘ l'azote, l'oxygène, etc. Plus le gaz de soufflage contient de l'azote, plus la teneur en azote du bain en fusion est élevée. Dans le cas de la fabrication des aciers non calmés

N

habituels, l'azote peut être présent dans le gaz de soufflage en une quantité inférieure a 50% en volume sans qu'il en résulte aucun inconvénient. Toutefois, il est préférable i ' ! d'utiliser un gaz contenant moins de 20$ en volume d'azote s'il est destiné à la fabrication d'un acier à faible teneur en azote. Toutefois, il est à noter que, si l'on insuffle une quantité relativement importante d'azote dans le bain en fusion, l'azote sera éliminé presque complètement jusqu’à ce que la teneur en carbone soit réduite à 0,5$· Cette caracté-! ristique est due au fait que la réaction de dénitrification a | lieu vigoureusement lorsque la teneur en carbone est supérieu à 0,5$· Dès lors, l’azote gazeux peut être insufflé dans le bain en fusion en lieu et place de l’anhydride carbonique ! . gazeux jusqu’à ce que la teneur en carbone soit réduite à | 0,5$. Après que la teneur en carbone ait été réduite à ! 0,5$ ou moins, le soufflage par le fond doit être effectué ! conformément à la présente invention.

En outre, lors de la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, il se forme parfois un dépôt en champignon d’une épaisseur d’environ 5-15 cm à l’extrémité de la tuyère par suite de la différence de température i observée entre la tuyère refroidie par le gaz soufflé et le bain en fusion qui l’entoure. On suppose que ce dépôt se forme au début de l’opération et qu’il est constitué principalement de laitier. Par suite de la formation de | ce dépôt à l'extrémité d'une tuyère, il devient difficile ; de souffler le gaz en une quantité prédéterminée. Afin ! i d’éviter cette difficulté, il est conseillé d’accroître la ! j pression ou le débit du gaz de soufflage jusqu'à une valeur i j y à laquelle ce dépôt devient poreux suite au passage du gaz { à travers la tuyère. Il est également recommandé d’incorpore j ! une petite quantité d'oxygène dans le gaz de soufflage afin ! d'exploiter son dégagement de chaleur conformément à l’équa- i j „ tion suivante : i ! 2C0 + 0„ = 2C0„ j ; .

Suivant la présente invention, le soufflage par 1 le fond est appliqué au moins partiellement pendant le laps de temps s’écoulant entre le début du soufflage d'oxygène

Au cours du procédé, on peut faire varier le débit de soufflag* par le fond, par exemple, suivant le déroulement de la réaction de fabrication d’acier dans le convertisseur. Par exemple, ±1 est préférable d'accroître le débit de soufflage à un stade final du soufflage par le sommet afin de compenser la diminution d’agitation due au ralentissement de la réaction de décarburation. En conséquence, une réaction efficace i d’affinage peut être poursuivie utilement jusqu'à son terme, donnant ainsi lieu à une sensible réduction de la quantité . de gaz utilisée.

De préférence, on effectue le soufflage d'anhy-I dride carbonique au moyen d'au moins une tuyère prévue dans ! le fond ou dans la paroi latérale du convertisseur de fabri- ! cation d’acier au moyen d'oxygène.

! Les avantages qu'offre l’utilisation d’anhydride I carbonique comme gaz de soufflage, résident non seulement j dans le fait qu'il est moins coûteux qu'un gaz inerte tel

Ique l'argon, mais qu'il augmente également deux fois de volume lorsqu'on l'ajoute au bain en fusion conformément à l'équation suivante ; C + = 2C0, provoquant ainsi une j violente agitation du bain en fusion. En d'autres mots, I comparativement à l'argon ou à l'azote, il faut moins de l I gaz pour réaliser le même effet d'agitation. Cette réduction i il · ! de la quantité de gaz utilisée signifie que l'on peut simplifie il'équipement, y compris les canalisations requises pour souffler du gaz dans l'acier en fusion conformément à la * présente invention. C'est là une caractéristique très I avantageuse du point de vue pratique.

Suivant la présente invention, le débit du gaz de soufflage par le fond est limité à moins de 9/100, de j] , préférence, à moins de 5/100 de la vitesse à laquelle l'oxy- l 1 gène vient heurter le bain en fusion au moyen d'une lance-, * .*

Si

Ice qui signifie qu'une quantité relativement faible de gaz ^ est injectée dans le bain en fusion moyennant le procédé de soufflage par le fond. Si le gaz de soufflage par le fond est injecté dans le bain en fusion en une quantité supérieure à 9/100 de la vitesse d'oxygène soufflé par une lance, l'agitation se produit d'une manière à ce point vigoureuse que le rendement de coulée est sensiblement réduit en raison du débordement important du bain en fusion. D'autre [part, si la quantité du gaz de soufflage par le fond est inférieure à 1/200 du gaz de soufflage par le sommet, on ne peut réaliser l'agitation requise du bain en fusion.

En outre, selon une caractéristique préférée, la quantité du gaz de soufflage par le fond peut être réduite en se basant sur la quantité de métal en fusion à traiter, indépendamment de la vitesse de soufflage de l'oxygène pur au moyen d'une lance. Suivant cette forme de réalisation, la quantité de gaz à injecter dans le bain en fusion est réglée avec précision de telle sorte que le temps de mélange uniforme soit de 20 secondes ou plus.

L'expression "temps de mélange uniforme" désigne le temps nécessaire pour mélanger uniformément l'acier en fusion et le laitier en fusion uniquement par le procédé de soufflage par le fond. Le temps de mélange uniforme est un facteur introduit par K. Nakanishi et al. ("Ironmaking and ; Steelmaking" (1975) 3, 193) et il est défini comme suit :

Temps de mélange uniforme ^ = 800 x £ (sec.) £= 28,5 x T x log (1 + z/148) (watts/tonne) . ' g où.

Q = débit du gaz (Nm3/minute) W = quantité d'acier en fusion (tonnes) g T = température du bain ( °K) I Z = profondeur du bain (cm). - , ........- > -^***ρ*Μ«*τί^«* * Dans une forme de réalisation préférée, le temps de mélange uniforme est supérieur à 30 secondes. Si la quantité de gaz se situe dans les limites définies ci-dessus, | on obtient alors une agitation parfaite. Si le temps de mélange uniforme est inférieur à 20 secondes, 1*agitation entre l’acier en fusion et le laitier en fusion se déroule d'une manière à ce point vigoureuse que la réduction de l’oxyde de fer contenu dans le laitier en fusion se déroule !l I de manière excessive, réduisant ainsi la teneur en oxyde de | fer qui est efficace pour la déphosphoration de l'acier en | ’ fusion. De plus, si le temps de mélange uniforme est inférieu j à 15 secondes, il se produit d'importantes fuites d'acier en I fusion par les tuyères, réduisant ainsi le rendement de coulée de l’acier.

Si le temps de mélange uniforme est supérieur à 70 secondes, c'est-à-dire si la quantité de gaz de soufflage par le fond est nettement réduite, on n'escompte aucune agitation et le procédé de soufflage est pratiquement le même que le soufflage par le sommet du procédé classique de fabrication d'acier au moyen d'oxygène. Il en résulte un net accroissement de la quantité totale de fer contenue dans le laitier en fusion, ainsi qu'une réduction du rendement de coulée. Dès lors, il est souhaitable de régler le temps de mélange uniforme à une valeur comprise entre 20 et 70 [secondes.

Sur la base des expériences qui ont été effectuées, on peut dire que, par exemple, lorsque la profondeur du bain est de 250 cm, le temps de mélange uniforme de 20 secondes correspond à un débit de soufflage par le fond de 0,5 Nm3/minute par tonne d'acier en fusion, tandis qu'un K temps de mélange uniforme de 70 secondes correspond à un I débit de soufflage par le fond de 0,02 Nm3/minute par tonne *!

Considérant le fait que l'oxygène gazeux est déchargé principalement sous forme d'oxyde de carbone gazeux ! i après l'opération de décarburation effectuée dans ce four 1 “ d'affinage à soufflage d'oxygène par le sommet, sous un de i I ses aspects, la présente invention fournit un procédé d'af- I finage d'acier dans lequel on utilise ce gaz résiduaire ; comme unique source de gaz devant être soufflé par le bas dans le bain· en fusion afin d'agiter ce dernier. De la sorte, ! le procédé fournit son propre gaz pour l'agitation de l'acier ’l en fusion.

i ; * En conséquence, la présente invention réside également de ! un procédé de fabrication d'acier dans un four à oxygène basique en soufflant de l'oxygène pur par le sommet et en soufflant, par le fond, un gaz constitué principalement | d'anhydride carbonique, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un gaz résiduaire déchargé et recueilli de ce four est | combiné avec un supplément d'oxygène et/ou de vapeur d'eau, le mélange ainsi obtenu étant ensuite soumis à une combustion tandis que le gaz de combustion ainsi obtenu et constitué i j principalement d'anhydride carbonique est utilisé au moins I partiellement comme gaz de soufflage par le fond.

Etant donné que le gaz de combustion contient parfois une quantité relativement importante d'azote gazeux, il est préférable d'éliminer ce dernier ou de recueillir ! ; l'anhydride carbonique du gaz de combustion, pour utiliser ! ensuite le gaz riche en anhydride carbonique comme gaz de soufflage par le fond. L'élimination de l'azote gazeux du gaz de combustion est effectuée, de préférence, lorsqu'on envisage la fabrication d'acier à faible teneur en azote.

Pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, on a prévu un appareil de fabrication d'acier comportant un systèn de circulation de gaz et comprenant, en combinaison, un four .1 .

'« / à oxygène basique permettant à la fois le soufflage d'oxygène par le sommet et le soufflage d'un gaz riche en anhydride I _ carbonique par le fond, un dispositif en vue de recueillir ' «Mt*·'" · le gaz résiduaire provenant du four, un dispositif en vue de brûler ce gaz avec de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau, un dispositif facultatif en vue de séparer le gaz de combustion en anhydride carbonique et en azote, ainsi qu'un système de canalisations en vue d'acheminer l'acier en fusion dans le four avec l'anhydride carbonique venant du dispositif de combustion et du dispositif de séparation précités.

La présente invention réside également dans un procédé caractérisé en ce qu'on injecte l'oxygène de soufflage par le sommet au moyen d'une lance sur le métal en fusion à une vitesse de sortie de Mach 0,8-2,0, de préférence, Mach 0,8-1,5.

Sous un autre aspect, le procédé de fabrication d'acier à soufflage d'oxygène par le sommet suivant la présente invention réside dans un procédé caractérisé en ce que, conjointement avec un jet d'oxygène de soufflage par le sommet on charge une poudre d'un agent formateur de laitier (fondant) comprenant de la chaux vive, du calcaire, de la fluorite, de I la dolomite, du minerai de fer ou leurs mélanges tandis que,

Ien même temps, on souffle de l'anhydride carbonique par le ’ dessous dans l'acier en fusion tout au long de la période du soufflage d'oxygène par le sommet ou même jusqu'au moment du début de la coulée, c'est-à-dire au moins partiellement pendant le laps de temps s'écoulant entre le début du souffla^ et la coulée du bain en fusion.

Lorsqu'on utilise le convertisseur classique à soufflage d'oxygène par le sommet, le jet d'oxygène peut être projeté avec une poudre par une lance classique de ! soufflage par le sommet. Toutefois, l'introduction d'une?· I ♦ ' V '"* I poudre dans une canalisation à oxygène sous haute pression entraîne inévitablement des frais d’équipement élevés. En conséquence, on prévoit un parcours séparé pour diriger la poudre vers un gaz support jusqu’à la pointe de la lance de soufflage d’oxygène, de même que pour mélanger la poudre avec un jet d’oxygène devant être distribué par la tuyère de la lance. En procédant de la sorte, on peut supprimer les inconvénients précités du procédé LD-AC sans provoquer une abrasion de la tuyère de soufflage d’oxygène de type "Laval”. Plus spécifiquement, dans un exemple d’un procédé de ce type et selon une forme de réalisation de l’invention (voir figure 6 et 7 auxquelles il est fait référence ci-après), on utilise une lance à trois gaines (quatre tubes coaxiaux). Le gaz support pour la poudre de fondant n’est pas spécifié et l’on peut choisir un gaz approprié suivant la composition et la granularité des particules du fondant, le diamètre intérieur de la canalisation, le type et le débit du gaz support ou le type de four utilisé. Toutefois, il est souhaitable de charger la quantité totale d’une poudre donnée de fondant I en un laps de temps correspondant à peu près aux trois quarts I de la période de soufflage et ce, afin de dissoudre le fon- ! dant au cours de la période de l’opération d’affinage et | également afin de former rapidement un laitier réactif per- | » mettant d’assurer une opération d’affinage efficace.

* | Suivant le procédé de la présente invention, on } souffle un gaz par dessous l’acier en fusion conjointement i ··{ i avec la distribution d’un fondant au moyen d’une lance et, • de préférence, le gaz de soufflage par le fond est soufflé à un débit de 0,02 à 0,5 Nm3/minute par tonne d’acier en fusion dans le cas d’un bain d’une profondeur de 250 cm.

i / 1 . .3.

1'···^Ι

Dans cet intervalle, le fer et le manganèse subissent moins d'oxydation à mesure que le débit du gaz augmente. En conséquence, en choisissant des conditions appropriées pour soufflei le fondant, de même que pour souffler le gaz par le dessous du bain en fusion, suivant le type d’acier à fabriquer, on peut obtenir un acier ayant une composition finale désirée avec une haute précision, un haut rendement et de manière très aisée.

|

Les caractéristiques de la présente invention ont été décrites en détail ci-dessus. La présente invention est particulièrement applicable à la fabrication d’acier au carbone, par exemple, l’acier non calmé, l’acier calmé, I etc, de même qu’à la fabrication d’acier faiblement allié.

j Plus particulièrement, la présente invention fournit un ! procédé satisfaisant pour la fabrication d'acier à faible teneur en carbone, par exemple, de l’acier contenant moins de 0,3% de carbone.

Le procédé de la présente invention offre les avantages décrits ci-après comparativement au procédé classique.

Etant donné que l’oxydation du fer, du manganèse, etc., est fortement inhibée, le rendement en fer est nettement amélioré et l'on peut réduire la quantité de ferro-alliages utilisés. En outre, étant donné que la différence de température entre l'acier en fusion et le laitier diminue, la déphosphoration est favorisée. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le gaz de soufflage, Î c'est-à-dire l'anhydride carbonique, existe en une quantité abondante dans une installation de fabrication d'acier et ce, à un faible prix. C'est là un aspect économique de la présente invention. Dès lors, la présente invention possède également une valeur pratique si l’on considère qu'actueblemei / ; / on cherche à économiser l'énergie et à empêcher la pollution . de 1'environnement.

Comme on l'a mentionné ci-dessus, le procédé de la présente invention peut être aisément mis en oeuvre dans i le procédé traditionnel de fabrication d'acier en installant au moins une tuyère dans le four classique à oxygène basique. Bien entendu, l'application de la présente invention n'est pas limitée aux convertisseurs existants à oxygène. Pour autant qu'il soit possible de combiner le soufflage par le sommet et le soufflage par le fond, la présente invention j j , est applicable à n'importe quel type de four d'affinage de j métaux.

] Dans les dessins annexés : | la figure 1 est une vue latérale en élévation I illustrant schématiquement le four à oxygène basique à soufflage par le fond utilisé suivant la présente invention ; la figure 2 est un graphique montrant les diagrammes de soufflage suivant la présente invention ; la figure 3 est un schéma illustrant le système de l'appareil de fabrication d'acier suivant la présente | invention ; | les figures 4 et 5 sont des graphiques montrant | l'effet exercé par la présente invention ; i | . la figure 6 est une vue par le bas de la lance I à trois gaines devant être utilisée dans une forme de réali- λ sation de la présente invention, et | . la figure 7 est une coupe transversale longitu- \ ' j = dinale de cette lance, cette coupe étant prise suivant la

-I

ligne a-a de la figure 6.

a ' * § Suivant la présente invention, on charge de la I * fonte, de la mitraille de fer et d.' autres matières de départ ! dans un four à oxygène basique à soufflage par le fond,-a- \ ri f • c'est-à-dire le convertisseur 1 illustré en figure 1. Au fond de ce convertisseur à oxygène, on prévoit deux à dix tuyères concentriques 2. Au cours du fonctionnement de ce convertisseur, une lance 4 projette de l'oxygène pur sur la surface ou dans le métal en fusion 3j tandis que le gaz de soufflage par le fond, constitué principalement cPanhydride carbonique, est soufflé dans ce métal en fusion au moyen des tuyères 2. Dans cet exemple, les tuyères sont disposées en deux rangées. Toutefois, il est à noter que la structure, la disposition et le nombre de tuyères ne sont pas particulièrement limités.

Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, un jet de gaz constitué principalement d'anhydride carbonique et distribué par des conduites 5 est introduit dans le métal en fusion 3 par des tuyères concentriques 2 prévues au fond du four à oxygène basique et ce, au moins partiellement au cours de la période allant du début du soufflage à la coulée du bain en fusion, le débit de ce gaz de soufflage par le fond étant inférieur à 9/100 du débit d'oxygène soufflé sur le bain en fusion par la lance Dans une forme de réalisation de la présente | invention, le temps de mélange uniforme est réglé à 20 | secondes ou plus.

! * On décrira à présent une autre forme de réalisa- ! tion de l'invention en se référant à la figure 3 l un four i | 31 de fabrication d'acier au moyen d'oxygène comporte une i ! . lance 32 de soufflage d'oxygène par le sommet et une série

S

S de tuyères 33 de soufflage de gaz par le fond. De l'oxygène i | gazeux est soufflé dans le four 31 par la lance 32 de souffla^ par le sommet afin d'effectuer une décarburation, cet oxygène gazeux étant ensuite évacué principalement sous forme d'oxyde s .j.

T

de carbone gazeux. Un gaz constitué principalement d’anhydride carbonique est projeté, par les tuyères 33 de soufflage par le fond, dans le four 31 où il se décompose selon la réaction C + C02 —> 2C0, pour être ensuite évacué du four.

Ces deux alimentations d’oxyde de carbone gazeux sont captées dans une hotte 34 prévue au sommet du four 31 · Elles contiennent moins de 20$ en volume d’azote gazeux car elles viennent se substituer à l’atmosphère lorsqu'elles sont captées dans la hotte.

Le gaz capté dans la hotte 34 est tout d’abord débarrassé des poussières par un collecteur de poussières 35}

Ipuis il est transféré dans un gazomètre 36, où il est conservé momentanément avant de subir les traitements ultérieurs. Le gaz contenu dans le gazomètre 36 est mélangé avec de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau avant de pénétrer dans un brûleur 37· Le gaz contenu dans le gazomètre 36 peut être brûlé avec de l'oxygène venant d'un réservoir 4* prévu pour alimenter en oxygène la lance de soufflage par le sommet 32, ce gaz étant éventuellement déshumidifié avant d'être transféré dans un réservoir d'anhydride carbonique 39 ou encore, après combus-

Ition, le gaz peut être soumis à une dénitrification dans un séparateur de C02/N2 38 afin d'accroître la teneur en C02 avant le transfert de ce gaz dans le réservoir d'anhydride ^ carbonique 39.

I L'anhydride carbonique transféré dans son réservoi: Ü 39 est amené, par le régulateur de débit 40, à la tuyère 33 ! ' I de soufflage de gaz par le fond. En variante, cet anhydride ; carbonique peut être combiné avec du gaz non traité venant i du gazomètre 36 avant d’être acheminé à la tuyère 33· ‘ Le gaz projeté dans le bain par la tuyère 33 de soufflage par le fond est à nouveau capté dans la hotte 34 avec l’oxyde de carbone provenant de la décarburation.. Dès I lors, chaque alimentation d'oxyde de carbone et d'anhydride . carbonique gazeux maintient un recyclage dans le parcours décrit ci-dessus.

On décrira à présent une autre forme de réalisation de l'invention en se référant aux figures 6 et 7 · Le | fond d'un convertisseur de 2 tonnes à soufflage d'oxygène pur par le sommet comporte deux tuyères (diamètre intérieur : 8 mm) par lesquelles un gaz doit être soufflé par le dessous du bain en fusion. La lance utilisée pour le soufflage d'oxygène par le sommet est une lance à trois gaines (quatre tubes coaxiaux) 61, comme représenté dans la vue par le bas et la coupe transversale longitudinale des figures 6 et 7 J le centre du disque 63 de l'extrémité 62 de cette lance comporte une seule ouverture de tuyère 65 d'un diamètre de 10 mm faisant office de passage 64 pour la distribution d’une poudre de fondant, cette ouverture étant entourée de trois ouvertures de tuyères 67 ayant chacune un diamètre de 4*2 mm et faisant office de passage 66pour la distribution de l'oxygène. Cette lance permet de souffler la poudre contre la surface du bain en fusion 68 lorsqu'elle est mélangée avec l'oxygène devant ] être projeté par les trois points périphériques.

I La présente invention sera décrite plus en détail j par les exemples de mise en oeuvre ci-après.

j , Exemple 1

Pour la mise en oeuvre de la présente invention, on utilise un convertisseur classique à oxygène d'une capacité j ; de 25Ο tonnes. Au fond de ce convertisseur, on installe j quatre tuyères d'un diamètre de 10 mm. Dans ce convertisseur, j comme matières premières principales, on charge 215 tonnes de fonte, 35 tonnes de mitraille de fer et, comme autre matière de départ, 3 tonnes de chaux vive. La composition de la fonte est la suivante (en % en poids) : 4*63% de C,* 19 - i ί 0,48$ de Si, 0,45$ de Mn, 0,123$ de P, 0,00l8$ de S, 0,0038$ de N, le reste étant du fer avec des impuretés accidentelles. La température de cette fonte est de 1.385°C.

On effectue le soufflage de gaz par le sommet et par le fond comme décrit ci-après.

On effectue le soufflage de l'oxygène par le sommet à un débit de 40.000 Nm3/h suivant le diagramme de la figure 2. On effectue également le soufflage par le fond suivant le diagramme de cette figure 2. Comme représenté en figure 2, on amorce le soufflage par le fond à un débit de 50 Nm3/h que l'on porte à 100 Nm3/h lorsqu'on entame le soufflage d'oxygène par le sommet. Au stade final du soufflage, on porte le débit du soufflage par le fond à 200 Nm3/h, puis on le réduit à 50 Nm3/h au terme du soufflage par le sommet.

Le gaz du soufflage par le fond est un gaz d'échappement venant d'un convertisseur à oxygène et il comprend, en pourcent en poids, 18$ de C0, 63$ de CC^j 16$ de ^ et 3$ de A titre de comparaison, on effectue également j un procédé classique de fabrication d'acier à l'oxygène en ί utilisant le même convertisseur à oxygène. La composition de la matière de départ chargée dans le convertisseur et le mode de soufflage par le sommet sont identiques à ceux décrits ci-dessus. Toutefois, dans ce cas, on n'applique pas le soufflage par le fond. L'acier que l'on envisage de fabriquer^ est un acier non calmé à faible teneur en carbone. Le tableau 1 ci-après résume la composition finale de l'acier en fusion.

/ v - 20 - ! ' Tableau 1

Composition (% en poids) Tem- Teneur Rende- ___ péra- en Fe ment I~~r I » Z Ö Z ture dans de C ^ P S N (oc) le lai- coulée tier (%) ____ {%) _

Présente 0,063 0,16 0,017 0,012 0,0025 1.625 13,8 96,3 ; invention

Procédé 0,065 0,12 0,021 0,015 0,0011 1.618 19,5 95,8 classique ! Comme on le constate d’après les chiffres du tableau 1 ci-dessus, l’acier obtenu par le procédé de la présente· invention possède une composition rentrant dans le cadre de celle de l’acier non calmé à faible teneur en car-

Ibone ; on observe également une déphosphoration remarquablement efficace, ainsi qu’un excellent rendement de coulée. Exemple 2

Dans cet exemple, on répète l’exemple 1, avec cette exception que l’on utilise différents types de gaz S comme gaz de soufflage par le fond.

Ainsi qu’on l’a mentionné ci-dessus, le gaz de I soufflage par le fond suivant la présente invention peut être î

Iun gaz d’échappement venant d’une installation de fabrication de fonte ou d’une installation de fabrication d’acier. En conséquence, dans cet exemple, on utilise ce type de gaz „ d’échappement comme gaz de soufflage par le fond. Le gaz n° 1 provient d’un gaz d’échappement d’un convertisseur à -3 I oxygène et il est enrichi d’anhydride carbonique. Le gaz n° 2 provient d’un gaz d’échappement venant d’un four chaud et il est enrichi d’anhydride carbonique.

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Le tableau 2 ci-après résume la composition t finale de l’acier en fusion lors de chaque essai.

Tableau 2

Composition du gaz ($ en volume)

Gaz n° C02 CO N2 H2 02 1 95 0 5 0 0 2 52,6 0 43 3,2 1,2

Tableau 3 1^ Composition finale ($ en Teneur Tempé- poids) en Fe rature

Gaz n° -,- ?anf.le J __C N__{%)__ i 0,058 0,15 0,0019 14,2 1.632 2 0,063 0,15 0,0085 14,5 1.619

Suivant la présente invention, on peut utiliser un gaz d’échappement provenant d’un convertisseur à oxygène comme gaz-de soufflage par le fond. Si la teneur en azote de ce gaz d'échappement est inférieure à 50$ en volume, la : vteneur en azote de l’acier obtenu sera acceptable. En outre, suivant la présente invention, on agite vigoureusement le ] , bain en fusion, assurant ainsi la décarburation et la dé- i J phosphoration à un degré suffisant pour que le procédé de ! . l'invention soit d’une réalisation pratique.

Exemple 3 j I On charge les matières de départ ci-après dans

» K

un convertisseur à oxygène du type représenté en figure 1.

; La caoacité de ce convertisseur est de 250 tonnes et la S - 22 - profondeur du bain est de 250 cm. Au fond du convertisseur, on prévoit deux tuyères concentriques (la tuyère Interieure a un diamètre intérieur de 12,7 mm et un diamètre extérieur

Ide 15,4 mm, la largeur de la fente est de 1,15 mm, tandis que la tuyère extérieure a un diamètre intérieur de 17j7 mm | et un diamètre extérieur de 19>1 mm).

Fonte : 220 tonnes.

[Mn] = environ 0,40$ et [P] = environ 0,150$ dans la fonte.

Mitraille de fer : 30 tonnes.

Autres matières : chaux vive 9 tonnes minerai de fer 4>5 tonnes dolomite légère 3 tonnes fluorite 0,2 tonne laitier de convertisseur 1,8 tonne.

Suivant le procédé de la présente invention, on injecte différents types de gaz de soufflage par le fond dans le bain en fusion, tout en soufflant de l'oxygène pur par le sommet au moyen d'une lance. Le tableau 4 ci-après résume les conditions de soufflage et le temps de mélange uniforme obtenu.

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Exemple 4

Dans cet exemple, on utilise un convertisseur à soufflage d’oxygène par le sommet d’une capacité de 2 tonnes. Au fond de ce convertisseur, on prévoit deux tuyèr« d’un diamètre de 6 mm.

Par ces tuyères, on injecte de l’anhydride carbc nique gazeux dans le métal en fusion. L’oxygène nécessaire ? * pour le soufflage par le sommet est chargé par les tuyères de type rectiligne et les tuyères de type ”Laval".

| Dans une série d’expériences, on fait varier i | · le débit de l’anhydride carbonique utilisé pour le soufflag» par le fond. Dans une autre série d’expériences, on fait 1 varier la vitesse de sortie de l’oxygène du soufflage par le sommet.

Parmi les autres conditions expérimentales, on mentionnera :

Fonte : 2.000 kg, 1.380°C,

4,20$ de C, 0,52$ de Si, 0,61$ de Mn, 0,121$ de P, 0,020$ de S

Mitraille : 360 kg I Débit d’oxygène : 6 Nm3/minute.

Pression de l’oxygène avant son passage idans la lance : 5 kg/mm2

Distance entre 11 extrémité de la lance et la surface du bain : 300 mm.

* Débit d’anhydride carbonique : 0,1-2,3 Nm3/minu i l a · tonne J Vitesse du jet d’oxygène : Mach 0,3-2,3 j| Période de soufflage : 18,6 minutes.

I // - 25 -

Dans ces conditions, on détermine le rendement de la coulée et 1*effet de l'oxygène. Les résultats obtenus sont résumés dans les figures 4 et 5. La figure 4 montre les résultats obtenus lorsqu’on fait varier le débit d’anhydride carbonique comme indiqué avec une vitesse de sortie d’oxygène de Mach 1. La figure 5 montre les résultats I ’ obtenus lorsqu'on fait varier la vitesse de sortie de l'oxy gène comme indiqué à un débit d’anhydride carbonique de 1 Nm minute tonne.

Les résultats repris sous forme de courbes dans les figures 4 et 5 sont indiqués en comparaison avec ceux obtenus dans le procédé classique de soufflage d’oxygène par le sommet et sans adopter un soufflage par le fond.

D’après les résultats indiqués en figure 4} il est à noter que l’on obtient un meilleur rendement de coulée (graphique A) et un meilleur effet d’oxygène (graphique B) comparativement à ceux du procédé classique lorsqu’on adopte un débit d'anhydride carbonique de 0,3-2 Nm3/minute tonne à une vitesse de sortie d'oxygène de Mach 1. D’après la I figure 5* ü est également à noter que l'on obtient un i ! meilleur rendement de coulée (graphique A) et un meilleur effet d’oxygène (graphique B) comparativement à ceux obtenus dans le procédé classique lorsqu’on adopte une vitesse de sortie d’oxygène de Mach 0,8-2, de préférence, de Mach 0,8-1 à un débit d'anhydride carbonique de 1 Nm3/minute tonne.

I 5 Exemple 5 jj jj L’appareil de fabrication d'acier comprend un convertisseur à soufflage d’oxygène par le sommet de 250 tonnes muni de quatre tuyères de soufflage par le fond et i. du système de circulation de gaz comportant les éléments décrits ci-dessus en se référant à la. figure 3· Les condi- I - - 26 - i ε j; ' tions de l'affinage sont les suivantes : la fonte est constituée de 4,63$ de C, de 0,51$ de Si, de 0,43$ de Mn, de 0,115$ de P, de 0,023$ de S , le reste étant du Fe 5 la température du bain en fusion est de 1.358°C, le taux de métal chaud est de 87$ et l'on charge 3*5 tonnes de minerai de fer conjointement avec des matières auxiliaires constituées de 11 tonnes de chaux, vive et de 8 tonnes de dolomite Le débit d'alimentation de l'oxygène soufflé par le sommet est de 40*000 Nm3/h. On brûle le gaz résiduaire récupéré par le système de mise en circulation ci-dessus, on le soumet à une dénitrification et on le charge à un débit de 1.500 Nm3/h comme gaz de soufflage par le fond constitué de 98,5$ j en volume de C02 et de 1,5$ en volume de N2· Le système j d'affinage est adapté à la fabrication d'acier non calmé ! à faible teneur en carbone : on souffle de l'oxygène de la même manière que dans le procédé classique, tandis que le gaz de soufflage par le fond est chargé à un débit constant jusqu'au début de la coulée.

Les résultats de 11 affinage sont les suivants : du four, on peut récupérer une quantité de 108.000 Nm3/h d’un gaz résiduaire constitué de 71,1$ en volume de CO, de 15,2$ en volume de CO^, de 10,5$ en volume de N2 et de 3,2$ en volume de H^O. L'acier ainsi obtenu donne l'analyse finale suivante : 0,0058$ de C, 0,01$ de Si, 0,11$ de Mn, 0,018$ de P, 0,020$ de S, 0,0011$ de N, le reste étant du Fe, tandis que sa température est de 1.628°C, ce qui indique que des opérations d'affinage telles que la décarburation » et la dénitrification étaient adéquates pour la fabrication de l'acier désiré.

i - 27 - * Exemple 6

On fait fonctionner un convertisseur muni d'un système de ce type selon quatre procédés différents, à savoir le procédé de la présente invention (I), le procédé LD-AC (il) , le procédé dans lequel on souffle de l'oxygène par le dessus et un gaz par le dessous en chargeant un fondant sous forme • d'une masse (ill), de même que le procédé classique de souf- ' flage d'oxygène par le sommet (IV). Dans chaque cas, on adopte les conditions ci-après et l'on obtient les résultats . indiqués dans le tableau 5· Composition de la fonte : 4,3$

de C, 0,50$ de Si, 0,58$ de Mn, 0,125$ de P et 0,023$ de S. Température : 1.380°C

Charge : 2.000 kg de fonte et 370 kg de mitraille Débit de l'oxygène soufflé par le sommet : ! 6 Nm3/minute tonne

Gaz support de la poudre : argon gazeux à un débit de 1 Nm3/minute

Gaz de soufflage par le fond : anhydride carbonique gazeux à un débit de 1 Nm3/minute Distance (h) entre la lance et la surface du ; . métal en fusion : 300 mm | Période de soufflage : 17,3 minutes.

; ! Tableau 5 ! 3 ___ i Analyse chimique ($) Tempé- Débor- Teneur Ren- j rature dement en Fe de- ij ----- (°C) dans le ment i . : C Si Mn P S laitier ($) ί ($)

Ji________—-- j ' I 0,38 - 0,30 0,012 0,019 1.680 néant 6,3 +0,5 à î II 0,39 - 0,15 0,013 0,021 1.685 impor- 21,8 -0,7 j tant ^ III 0,38 - 0,27 0,035 0,021 1.680 néant 6,5 +0,4 i IV 0,41 - 0,14 0,044 0,025 1.690 néant 7,3 0

Comme on le constate d’après le tableau ci—dessus le procédé de la présente invention est très pratique étant i i i - 28 - * » I donné que l’on peut utiliser le convertisseur existant à oxygène en installant simplement une tuyère au fond ou dans Λ la paroi latérale. En outre, le gaz devant être utilisé pour le soufflage par le fond peut être un gaz d'échappement venant du convertisseur, avec ou sans le traitement complémentaire d’accroissement de la concentration d'anhydride I carbonique. Dès lors, le procédé de la présente invention est aisément applicable au convertisseur existant à oxygène et il offre des avantages pratiques.

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Claims

1. Procédé de fabrication d’acier au carbone et d’acier faiblement allié dans un four à oxygène basique, ce procédé consistant à préparer un métal en fusion approprié pour la fabrication de l’acier dans ce four à oxygène basique, effectuer le soufflage par le sommet et le soufflage par le fond, puis couler l’acier en fusion obtenu, caractérisé en ce qu’on introduit un jet du gaz de soufflage par le fond constitué principalement d'anhydride carbonique dans le métal en fusion par au moins une tuyère prévue dans le fond ou la paroi latérale du four à oxygène basique et ce, au moins partiellement au cours du laps de temps s'écoulant entre le début du soufflage et la coulée du bain en fusion, le débit du gaz de soufflage par le fond étant de 1/200-9/100 de la vitesse à laquelle l’oxygène projeté par une lance viem heurter le bain en fusion.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en azote du gaz de soufflage par le fond est limitée à 20$ en volume maximum.

3. Procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz de soufflage par le fond contient une faible quantité d’oxygène.

4· Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on règle la quantité du gaz de soufflage par le fond de telle sorte que le temps de mélange uniforme soit supérieur à 20 secondes.

5- Procédé suivant la revendication 4λ caracté-= risé en ce que le temps de mélange uniforme est compris entre 20 et 70 secondes.

16. Procédé suivant l’une quelconque des reven-. dications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend également les étapes consistant à recueillir un gaz résiduaire évacué du four à oxygène basique, combiner ce gaz résiduaire avec , de l’oxygène et/ou de la vapeur d’eau, brûler le mélange ainsi obtenu, puis récupérer le gaz de combustion formé pour le souffler dans le métal en fusion au moins comme partie i du gaz de soufflage par le fond.

7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu’on récupère l’anhydride carbonique du gaz. de combustion pour le souffler dans le métal en fusion au moins i comme partie du gaz de soufflage par le fond. «

8. Procédé suivant l'une quelconque des reven-! dications 1 à 7, caractérisé en ce que le gaz de soufflage r ! par le sommet vient heurter le métal en fusion à une vitesse de sortie de Mach 0,8—2. 9» Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le gaz de soufflage par le sommet vient heurter le métal en fusion à une vitesse de sortie de Mach 0,8-1,5·

10. Procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 à 9j caractérisé en ce qu'on introduit une poudre d’un agent formateur de laitier dans le métal en fusion conjointement avec le jet d'oxygène de soufflage par le sommet

11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'agent formateur de laitier est au moins | - une des substances suivantes : la chaux vive, le calcaire, >! J la fluorite, la dolomite, le minerai de fer et leurs mélanges.

12. Appareil de fabrication d'acier comportant !| un système de mise en circulation de gaz, caractérisé en ce , qu’il comprend, en combinaison, un four permettant à la fois le soufflage d'oxygène pur par le sommet et le soufflage d’un gaz constitué principalement d'anhydride carbonique^· :.- - 31 - / “ \ I par le fond, un élément en vue de recueillir le gaz rési- ! duaire évacué du four, un élément en vue de mélanger ce gaz résiduaire avec de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau, un élément en vue de brûler le mélange ainsi obtenu, ainsi qu'un élément destiné à faire passer le gaz de combustion ; formé à travers un système de canalisations afin de l'injec ter dans le métal en fusion contenu dans ce four.

13· Appareil de fabrication d'acier suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend également un élément destiné à séparer l'anhydride carbonique du gaz de combustion, l'anhydrique carbonique ainsi séparé étant injecté dans le métal en fusion au moins comme partie du gaz de soufflage par le fond.