LU83981A1

LU83981A1 - Procede d'affinage d'aciers a haute teneur en chrome

Info

Publication number: LU83981A1
Application number: LU83981A
Authority: LU
Inventors: S Masuda; Y Umeda; T Matsuo; M Taga; H Nakajima
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1982-07-08
Also published as: AT383615B; ATA81782A; BR8201078A; ES510070A0; BE892349A; ES8302787A1; GB2093864A; JPS57145917A; ZA82634B; DE3204632C2; FR2501236A1; FR2501236B1; AU536668B2; CA1177251A; JPS6150122B2; US4474605A; IT1149679B; NL8200748A; DE3204632A1; GB2093864B

Description

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La présente invention concerne un procédé d’affinage d’aciers à haute teneur en chrome et, plus particulièrement, un procédé de soufflage par le haut et par le bas en vue d’affiner des aciers à haute 5 teneur en chrome d’une manière hautement économique et pratique en envoyant le type de gaz à injecter dans s . l’acier en fusion par des tuyères occupant une position - inférieure au cours de l'affinage* L’affinage d'aciers à haute teneur en chrome 10 par un procédé de soufflage par le haut et par le bas est habituellement effectué en utilisant un convertisseur à soufflage par le haut et par le bas dans lequel de l'oxygène gazeux est soufflé par le haut par une lance installée au sommet, tandis qu'un gaz d'agitation 15 est injecté dans le métal en fusion par au moins'une tuyère installée au fond du convertisseur* Bien que le métal en fusion soit agité par le gaz qui y est injecté par la tuyère, l’oxygène est soufflé dans ce métal en fusion par la lance installée au sommet afin d’effec-20 tuer la décarburation de l’acier en fusion. Dans le procédé d’affinage, on ajoute, au métal en fusion, un agent contenant du Cr afin de régler la composition de l’alliage à une composition d’acier prédéterminée à haute teneur en Cr* 25 Tout comme pour l’affinage d’aciers non al liés à haute teneur en carbone, on effectue une série d’étapes métallurgiques pour fabriquer un acier à haute teneur en chrome moyennant le procédé de soufflage par le haut et par le bas ; on mentionnera notamment 30 l’étape de décarburation et de phosphoration au cours de laquelle on envisage principalement la décarburation, la déphosphoration et le chauffage de la charge, ou l’étape de chauffage au cours de laquelle on envisage la décarburation et le chauffage de la charge, cette 35 étape étant appliquée à une fonte ayant subi une dési— / liciation et une déphosphoration avant d’être chargée . Λ if s 1 * 3 •3 il : dans le convertisseur $ 1*étape de décarburation au cours de laquelle on ajoute, à 1* acier en fusion, un agent contenant du chrome, par exemple, un alliage de Fe—Cr à haute teneur en carbone, pour abaisser ensuite 5 la teneur en carbone à un niveau d’environ 0,3$> 1*étape d’oxydation au cours de laquelle la décarburation s’ac—

Icentue pour réduire la teneur en carbone à un niveau , désiré de 0,05$ ou moins, tandis qu’une partie du ] chrome ajouté est oxydé et déplacé dans le laitier$ 1 10 de même que l’étape de réduction au cours de laquelle, ij après avoir arrêté le soufflage d’oxygène par la lance I installée au sommet, on ajoute, à l’acier en fusion, un agent contenant du Si, par exemple, un alliage de -Fe-Si, etc. afin de réduire la teneur en chrome par j 15 le Si et récupérer le chrome ainsi réduit dans le métal en fusion, le chrome ayant été oxydé et déplacé dans le i laitier au cours de l’étape d’oxydation précédente.

| On effectue ces étapes métallurgiques tout en agitant le métal en fusion en y injectant un gaz d'agitation 1 20 par la tuyère précitée.

Toutefois, suivant le procédé classique, on ! prépare tout d’abord un acier en fusion en utilisant un convertisseur ou un four électrique, puis on charge l'acier en fusion obtenu (qui a subi une décarburation ;j 25 partielle lorsqu’on utilise un convertisseur) dans un four de décarburation à 1’argon/oxygène dans lequel cet acier est soumis à une décarburation et à un affi— ;j nage en soufflant un mélange d'oxygène et d’argon gazeux par une tuyère prévue dans la partie inférieure i, 30 de la paroi latérale, tandis que l’on règle la teneur I en chrome à une valeur prédéterminée.

Dès lors, suivant le procédé précité de soufflage par le haut et par le bas, il n’est pas nécessai— î re d’utiliser deux fours séparés, mais il ne faut qu’un 35 seul convertisseur à soufflage par le haut et par le / bas, ce qui offre bon nombre d’avantages remarquables 1 LT' 4 en ce qui concerne les frais de construction, 1*opération d’affinage, 1*efficacité thermique, le rendement, etc#

En conséquence, la Demanderesse a proposé un 5 nouveau procédé d’affinage d'aciers à haute teneur en if , , chrome en recourant au procédé de soufflage par le haut et par le bas (voir demande de brevet japonais publiée 4 mais non examinée n° 115914/1970). Toutefois, il est à noter que cette demande de brevet antérieure concerne 10 lIaffinage d’un acier en fusion ayant des teneurs en carbone se situant dans un faible intervalle. Cette demande de brevet ne donne aucune indication relative à l’affinage d’un acier en fusion dont la teneur en carbone se situe dans un intervalle assez élevé.

15 En outre, même dans le cas du procédé de soufflage par le haut et par le bas, on a pensé que, pour supprimer l’oxydation du chrome et favoriser la décarburation, le gaz introduit dans l’acier en fusion par les tuyères installées dans le bas, devait être 20 inerte vis-à-vis de l’acier en fusion (par exemple, l’argon gazeux) et que ce gaz pouvait diluer l’oxyde de carbone formé par la réaction entre le carbone de l’acier et l’oxygène introduit. Dans le procédé classique de décarburation à l’argon/oxygène et dans le 25 procédé à soufflage par le haut et par le bas, on a notamment utilisé l’argon gazeux comme gaz de soufflage par le bas que l'on injecte dans l'acier en fusion au cours de toute la période de soufflage par le bas.

Dans les dessins annexés : j 30 la figure 1 est un graphique illustrant la ! relation entre la pression partielle d'oxyde de carbone ! i gazeixx et le débit du gaz de soufflage par le bas ; la figure 2 est un graphique montrant la re— . lation entre le taux de dissipation de la densité éner-35 gétique et l’efficacité de l'oxygène pour la décarbura— ! tion ; I /~\ 5 la figure 3 est un graphique montrant le i changement survenant dans la concentration en carbone j ! dans l'acier en fusion en passant d'un gaz oxygéné à l'argon gazeux comme gaz de soufflage par le bas ; 5 la figure 4 est un graphique montrant la

H

relation entre un coefficient de décarburation et un s débit d’un gaz de soufflage par le bas ; et : < la figure 5 est un graphique montrant le changement survenant dans la quantité d’oxygène requis 10 pour la décarburation lorsqu'on passe à l’argon gazeux comme gaz de soufflage par le bas,

La présente invention a pour objet de fournir un procédé en vue d'affiner des aciers à haute teneur en chrome d’une manière hautement économique et pra— 15 tique.

| Comme on le sait dans la technique, dans le procédé de soufflage par le haut et par le bas en vue d’affinér des aciers à haute teneur en chrome, la vitesse de décarburation d’un acier en fusion est réglée 20 par la concentration en carbone lorsque la teneur en carbone de cet acier se situe dans un faible intervalle, c’est-à-dire lorsque la concentration du carbone , dans l’acier en fusion est faible et, partant, lorsque la teneur en carbone est faible, un haut degré d’oxy-25 dation du chrome est inévitable par suite de la présen-i;J ce d’oxygène soufflé sur l’acier en fusion. En revan che, lorsque la concentration en carbone est élevée, la vitesse de décarburation est réglée par la quantité d'oxygène introduit dans l’acier en fusion, de sorte 30 qu’à peu près la quantité totale de l’oxygène soufflé sur l’acier en fusion est consommée pour les réactions de décarburation.

Sur la base des connaissances antérieures mentionnées ci—dessus, la Demanderesse a effectué une 35 série d’expériences dont elle a étudié les résultats pour aboutir à la présente invention.

h 6 !

Suivant les découvertes qu’a faites la Demanderesse, il n’est notamment pas nécessaire d’injecter de l’argon gazeux dans l’acier en fusion au cours de la période pendant laquelle la concentration du carbone 5 dans cet acier se situe dans un intervalle élevé. Un § gaz oxygéné doit être injecté dans l’acier en fusion afin d’en accélérer la décarburation et ce, contrairement à la technique antérieure selon laquelle on pensait que, même lorsque la concentration du carbone 10 dans l’acier en fusion se situait dans un haut intervalle, il était nécessaire d’injecter de l’argon gazeux afin de réduire la pression partielle du gaz CO et accélérer la décarburation avec l’oxygène.

De plus, suivant les découvertes faites par 15 la Demanderesse, on peut empêcher complètement l’oxydation du chrome en passant de l’oxygène à l'argon comme gaz de soufflage par le bas au moment spécifié ci-après, même si de l’oxygène gazeux est injecté dans l’acier en fusion par les tuyères installées dans le 20 bas. La Demanderesse a également découvert que le point limite précité concernant la teneur en carbone pouvait être fixé à 0,31-0,37$ de C pour les aciers contenant 18$ de Cr, et à 0,22-0,27$ de C pour les aciers contenant 13$ de Cr. A cet égard, selon la' •25 technique antérieure, on pensait que la limite entre les faibles et les hautes teneurs en carbone était d’environ 0,5$ de C, soit une valeur relativement supérieure au point limite de la présente invention. Cette caractéristique est due au fait qu’en injectant de 30 l’oxygène gazeux dans l’acier en fusion ayant une haute teneur en carbone, on peut réduire la concentration en carbone à un point aussi proche que possible du point limite théorique, tout en empêchant pratique-, ment l’oxydation du chrome suite à une forte agitation 35 de l’acier en fusion.

• 7 * ! j

En conséquence, suivant la présente invention, 1 on passe d’un gaz oxygéné à tin gaz inerte tel que l’argon comme gaz de soufflage par le bas à un moment | ' déterminé au préalable en prenant en considération les 5 conditions du procédé d’affinage, en particulier, le g ! degré de décarburation.

En résumé, la présente invention concerne un procédé d’affinage d’aciers à haute teneur en chrome, ce procédé comprenant les étapes consistant à charger I ; ! 10 un métal en fusion dans un convertisseur à soufflage ! par le haut et par le bas, décarburer le métal en fu sion chargé en soufflant de l’oxygène pur par une lance j installée au sommet, tout en injectant un gaz oxygéné.

dans le métal en fusion par au moins une tuyère ins-15 tallée dans ce convertisseur, utiliser un gaz inerte !en lieu et place du gaz de soufflage par le bas au moment préalablement déterminé qui sera spécifié plus ' en détail ci—après et, dans une forme de réalisation préférée, réduire simultanément et progressivement la 20 quantité d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet.

| Plus spécifiquement, la présente invention i concerne un procédé d’affinage d’aciers à haute teneur en chrome, ce procédé comprenant les étapes consistant 25 à préparer une fonte dans un convertisseur à soufflage par le haut et par le bas, chauffer cette fonte à une température prédéterminée, effectuer la décarburation de la fonte ainsi préparée en soufflant de l’oxygène : gazeux par une lance installée au sommet 30 contre la surface de la fonte pour obtenir un acier j en fusion tandis que, comme gaz de soufflage par le bas, on introduit initialement un gaz oxygéné dans l’acier en fusion, puis on passe à un gaz inerte lors-_ que la teneur en carbone de cet acier en fusion est 35 réduite à une valeur prédéterminée supérieure à celle ! à laquelle le chrome commence à s’oxyder, afin de / > 8 supprimer ainsi l'oxydation du chrome, puis couler l'acier en fusion obtenu hors du convertisseur après en avoir réglé la composition.

Lorsque, comme agent d'agitation, on injecte 5 de l'oxygène par une tuyère dans l'acier en fusion, ft il réagit avec le carbone contenu dans l’acier pour former deux volumes de CO conformément à l'équation suivante : 2[C] + 02 (g) = 2CO . (1) 10 dans laquelle [C] : carbone contenu dans l’acier °2 (s) î oxygène gazeux CO (g) : oxyde de carbone gazeux.

Etant donné que le volume de CO ainsi formé 15 est égal à deux fois le volume de l'oxygène injecté, ce CO peut agiter l’acier en fusion en montant plus vigoureusement dans ce dernier que l’argon gazeux, lequel est inerte vis-à-vis de cet acier. Ce barbotage vigoureux accélère également la décarburation 20 avec l'oxygène. Dès lors, en injectant de l'oxygène gazeux dans l'acier en fusion, on peut régler la teneur en carbone avec plus de précision et plus rapidement que dans le cas de l'argon gazeux, ce qui signifie que, suivant l’invention, le moment auquel on fait 25 intervenir un gaz inerte comme gaz de soufflage par le bas, peut être fixé à une teneur en carbone aussi proche que possible de celle existant au moment auquel l'oxydation du chrome se produit.

On prendra à présent en considération la 30 limite de la concentration en carbone au-delà de laquelle l'oxydation du chrome ne se produit pas même si l'on injecte de l'oxygène gazeux dans l'acier en fusion.

En règle générale, la décarburation et l’oxy— 35 dation du chrome se déroulent conformément aux équa-/ tions suivantes : tX' ! £ $ . g I 9 J [c] + [0] = CO (g) (2) [Cr] + [0] = (CrO) (3) où [0] : oxygène contenu dans l'acier [Cr]: chrome contenu dans l'acier 5 (CrO): CrO contenu dans le laitier.

Le CO formé par la réaction de l’oxygène avec le carbone de l'acier s'élève jusqu'à la surface du bain en fusion et est envoyé dans l’atmosphère.

Le CrO formé par la réaction de l'oxygène avec le 110 chrome de l'acier est absorbé dans le laitier. Pour autant que les équations (2) et (3) soient dans un état d’équilibre, on peut en dériver l’équation suivante puisqu’aussi bien l'oxygène est commun aux deux réactions : •15 [C] + (CrO) = [Cr] + CO (g) (4)

Les constantes d’équilibre de l’équation (4) peuvent être illustrées par l'équation suivante : a[Cr]'PC0 K = ---- (5) 20 W (Cr°> dans laquelle, a[Cr] : du Cr dans l'acier en fusion aj-c] : activité du C dans l'acier en fusion 25 (CrO) : activité du CrO dans le laitier : pression partielle du CO gazeux dans l’atmosphère.

Dans l'équation (5), on peut considérer que a(CrO) es^ a Peu Pr®s a 1 et l’équation (5) peut 30 être démontrée expérimentalement comme indiqué ci-après :

[$Cr].PC0 I38OO

log- = _ - + 8,76 (6) [*C] T + 4,2[$Ni] 35 où T : température de l’acier en fusion (°K) f Pc0 : pression partielle de CO gazeux (atmosphères) 10 [$Ni] : concentration en Ni dans 1*acier en fusion (*) [%C\ : concentration en C dans 1*acier en fusion {%).

[$Cr] ï concentration en Cr dans l’acier en fusion S . (*).

Tandis que l’on souffle une quantité prédéterminée d’oxygène par une lance installée au sommet, un acier à haute teneur en chrome est soumis à l’affinage par injection de quantités différentes d’oxygène 10 dans l’acier en fusion via la tuyère installée dans le bas,afin de déterminer le moment où l’oxydation du chrome commence à se produire. A ce moment, on substitue les données obtenues concernant les teneurs en carbone, en chrome et en nickel, ainsi que la tempéra-15 ture du métal en fusion aux termes correspondants de l’équation (6) et l’on calcule la pression partielle de CO (I*£q) au moment où commence l’oxydation du chrome. On trace un diagramme des données ainsi' obtenues concernant Pçq vis-à-vis du débit du gaz de soufflage par le 20 bas comme représenté en figure 1. Le débit d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet est de 1,5-3 Nm3/minute par tonne d’acier en fusion. Comme on le constate d’après les graphiques annexés, aussi longtemps que le débit du gaz de soufflage par le bas est 25 de 0,1 Nm3/minute ou plus par tonne d’acier en fusion, la pression partielle d’équilibre de CO (Pqq) se situe dans l’intervalle de 1 à 1,5 atmosphère. On effectue le procédé d’affinage sous pression atmosphérique.

Dès lors, pour déterminer le point initial 30 de l’oxydation du chrome dans un acier contenant 181 de Cr à 1.700°C, on adopte les valeurs suivantes dans l’équation (6) : PCQ = 1-1,5 l [%Cr] = 18 5 T = 1.700 + 273 [$Ni] ; ensuite, par calcul, on trouve que la teneur en carbone [£C] au point initial se situe dans 35 l’intervalle allant de 0,31 à 0,37* ce qui signifie que, lorsque la teneur en carbone est réduite à un / * 11 intervalle se situant entre 0,31 et 0,37$ à une température de 1,700°C, l'oxydation du chrome est amorcée dans les aciers contenant 18% de chrome. Par le même procédé, on constate que la teneur en carbone au point j 5 initial se situe dans l'intervalle allant de 0,22 à 0,275g dans le cas d'aciers contenant 13$ de Cr. Aussi longtemps que la teneur en carbone se situe en dehors des intervalles spécifiés ci-dessus (0,31-0,37$ pour ; les aciers contenant 18% de Cr et 0,22-0,27$ pour les 10 aciers contenant 13$ de Cr), l'oxydation du chrome ne se produit pas même si l'on injecte de l'oxygène dans l'acier en fusion par les tuyères installées dans le bas. L'intervalle critique de la teneur en carbone pour les aciers à haute teneur en chrome de typesdiffé-15 rents peut être aisément calculé corfbrmément à l'équation (6) et de la même manière que celle indiquée ci-dessus ·

La relation entre le débit du gaz de soufflage par le bas et PCQ (qui est illustrée par le graphi-20 que de la figure 1) peut être modifiée dans une certaine mesure suivant les dimensions ou la capacité du convertisseur utilisé. Dès lors, il est conseillé de déterminer expérimentalement cette relation avant l'opération en utilisant le convertisseur prévu.

25 II est à noter que la caractéristique la plus importante de la présente invention consiste à ; passer d'un gaz oxygéné à un gaz inerte comme gaz de soufflage par le bas à un point limite prédéterminé.

Ce point limite exprimé en termes de la concentration 30 en carbone, peut être fixé à un niveau aussi bas que possible suivant l'invention du fait que l'on emploie un gaz oxygéné comme gaz de soufflage par le bas.

Dès lors, suivant la présente invention, alors que la composition de l'acier en fusion est à 35 un niveau se situant au-delà du point d'oxydation initial mentionné ci—dessus, on peut utiliser de

L

! I t 12 l’oxygène gazeux comme gaz de soufflage par le bas sans qu’il en résulte une importante oxydation du chrome. Etant donné que l'oxygène gazeux est moins coûteux que ' l'argon gazeux, la mise en oeuvre du procédé d’affinage 5 de la présente invention est hautement économique. De plus, l’oxygène injecté dans l’acier en fusion se transforme en CO dont le volume est égal à deux fois celui de l'oxygène introduit $ il en résulte une agitation plus vigoureuse qu'avec l’argon gazeux conformément à 10 l’équation (l),sans compter que l’oxygène gazeux injecté dans l’acier en fusion est également efficace pour la décarburation de ce dernier. Dès lors, suivant la présente invention, l’affinage d'aciers au chrome peut être effectué d'une manière hautement efficace.

15 Lorsqu’on utilise de l'oxygène gazeux pur comme gaz de soufflage par le bas, la tuyère fond sous l'effet de la chaleur de combustion engendrée conformément à l'équation (l) au voisinage de cette tuyère par suite de la réaction entre l’oxygène introduit par 20 cette dernière et l'acier en fusion qui entoure la tuyère. En conséquence, comme gaz de soufflage par le bas, il est conseillé d'utiliser·un gaz mixte constitué d'oxygène et d’un gaz réfrigérant. Comme gaz réfrigérant lors de l'affinage d’aciers classiques non 25 alliés à haute teneur en carbone, oh a utilisé des gaz hydrocarbonés, de l'azote gazeux et de l'anhydride carbonique gazeux. Toutefois, lorsqu'on utilise des gaz hydrocarbonés, l'acier en fusion est contaminé par l'hydrogène. Si du chrome est présent dans l'acier, 30 comme c'est le cas pour les aciers à haute teneur en chrome, ce dernier empêche parfois l'élimination de l'hydrogène hors de l'acier. En conséquence, lorsqu'on utilise de l'azote gazeux, la teneur de ce dernier dans l'acier augmente inévitablement.

35 Toutefois, l'utilisation d’anhydride carbo- / nique gazeux ne donne pas lieu à cet inconvénient.

L··—'

Au contraire, il est avantageux d’utiliser de l’anhy-; dride carbonique gazeux car, au même titre que l’oxy- j gène gazeux, lorsqu’il est injecté dans l’acier en fusion, son volume atteint deux fois le volume initial 5 conformément à l’équation suivante : [C] + co2 (g) = 2CO (g) (7) où CO^ (g) : anhydride carbonique sous forme gazeuse.

Dès lors, on peut assurer non seulement le refroidissement des tuyères, mais également une agi— 10 tation plus vigoureuse du métal en fusion en injectant de l’anhydride carbonique gazeux dans ce dernier.

Pour cette raison, il est conseillé d'utili- !ser un gaz mixte constitué d’oxygène et d’anhydride carbonique comme gaz de soufflage par le bas, alors que 15 la teneur en carbone de l’acier en fusion est à un ni- î] veau supérieur au point initial, défini ci-dessus. On il % détermine la proportion de chaque gaz, c’est-à-dire le j rapport volumétrique entre l'anhydride carbonique et i l'oxygène en prenant en considération la température j 20 de l’acier en fusion, la teneur en carbone, etc. Toute- [ fois, il est à noter qu’après le point d'oxydation j. initial du chrome', il convient d' injecter un gaz | inerte tel que l’argon gazeux en lieu et place du gaz oxygéné afin d’empêcher l’oxydation du chrome. A cet 25 égard, il est à noter que, suivant la présente invention, le point auquel on passe à un gaz inerte comme gaz de soufflage par le bas, peut être déterminé en termes de la teneur en carbone de l'acier en fusion, tandis qu'il peut être préalablement fixé à un niveau aussi proche 30 que possible du point d'oxydation initial du chrome, lequel peut également être établi en termes de la teneur en carbone.

1 Le débit auquel un mélange d'oxygène et d'an hydride carbonique gazeux est injecté dans l’acier en 35 fusion dont la concentration en carbone est à un niveau I supérieur au point initial, est de préférence, de 0,05 /

! I

ψ 14 ί

Nm3/minute ou plus, mieux encore, de 0,1 Nm3/minufce ou plus par tonne d’acier en fusion.

La figure 2 est un graphique indiquant la relation entre le taux de dissipation de la densité 5 énergétique (Θ et l’efficacité de l’oxygène pour la décarburation d’un acier en fusion dont la teneur en carbone se situe dans un haut intervalle, c’est-à-dire avant la désiliciation, mais avant d'atteindre le point initial. On obtient cette relation en utilisant 10 un convertisseur réel à soufflage par le haut et par le bas, ainsi qu’un four de décarburation à l'argon/oxy-gène. Le taux de dissipation de la densité énergétique est défini par 1*équation (8) ci—après. Habituel- · lement, on utilise ce type de paramètre comme facteur 15 indiquant l'intensité d’agitation du métal en fusion dans un four d'affinage.

E= 28,5 QT.log (1+H/l,48) (8) où £ : taux de dissipation de la densité énergétique par tonne d'acier en fusion (watts/ï) 20 Q i débit du gaz de soufflage par le bas par tonne d'acier en fusion (Nm3/min. T) . H : hauteur d'acier, en fusion dans le convertisseur U).

En outre, Inefficacité de l’oxygène pour la 25 décarburation (0fjc) peut être définie par le rapport entre la réduction de la concentration en carbone et la quantité d'oxygène soufflé dans l'acier en fusion par la lance installée au sommet.

Comme on le constate d'après les données 30 indiquées en figure 2, aussi longtemps que le taux de dissipation de la densité énergétique (€) se situe dans l'intervalle de 2.000-5.000 watts/T ou plus, on peut atteindre le même niveau d'efficacité d'oxygène pour la décarburation que dans le procédé classique 35 de décarburation à l'srgon/oxygène ou de soufflage ^ par le haut et par le bas.

/ 15 j C’est ainsi que, lorsque la hauteur de l’acier en fusion est de 1,7 m et que le poids de : l’acier en fusion à traiter est de 170 tonnes (soit ! des conditions habituelles d’affinage), un débit de 5 gaz préféré peut être calculé à 0,05 Nm3/minute ou * - plus par tonne d’acier en fusion conformément à l’équa-L ^ tion (8) car, comme indiqué dans les équations (l) et j - (7), le volume du gaz introduit dans l’acier en fusion \ augmente jusqu’à deux fois son volume initial. En j 10 conséquence, dans les conditions habituelles, il est conseillé d’introduire l’oxygène et l’anhydride carbonique gazeux combinés à un débit de 0,05 Nm3/minute ou ; plus par tonne d’acier en fusion. Du point de vue I pratique, on injecte l’oxygène et l’anhydride carbo- 15 nique gazeux combinés dans l’acier en fusion à un débit de 0,1 Nm3/minute ou plus, habituellement de 0,17 Nm3/ minute ou plus par tonne d’acier en fusion.

C’est ainsi que, dans une forme de réalisation préférée de l’invention, on injecte un gaz com-i 20 biné constitué d’oxygène et d’anhydride carbonique dans l’acier en fusion par la tuyère installée dans : le fond à un débit de 0,05 Nm3/minute ou plus, de pré- i férence, de 0,1 Nm3/minute ou plus par tonne d’acier i en fusion afin d’agiter ce dernier et effectuer simul- i j 25 tanément la décarburation de l’acier en fusion par I l’oxygène gazeux soufflé par la lance installée au i sommet jusqu’à ce que la teneur en carbone de l’acier ; en fusion à affiner soit réduite au point initial de l’oxydation du chrome, lequel peut être prédéterminé 30 par l’équation (6) et suivant les données reprises en ! figure 1. Lorsque la teneur en carbone de l’acier en fusion atteint le point initial auquel l’oxydation du I chrome commence, il convient de passer du gaz combiné constitué d’oxygène et d’anhydride carbonique à un 35 gaz inerte, par exemple, l’argon gazeux que l’on injec— p te par les tuyères installées dans le bas. Ensuite, r 16 on peut réduire progressivement le débit d'oxygène soufflé par la lance installée au sommet à un rythme spécifié dans la demande de brevet précitée de la tech-· nique antérieure# Suivant la description donnée dans 5 cette dernière, la vitesse de décarburation au cours de la période pendant laquelle la teneur en carbone de l'acier en fusion a été abaissée au-delà du point initial, peut être indiquée par la formule suivante : |— [ICr] x W x 10“2 d[JÈC] - d[$C] K x Mç dt —dt = “ α + d[%C] W x 10“2 - NAr ~ ~dt X Mq~ - où. a : coefficient de la vitesse réactionnelle ^5 W î poids de l’acier en fusion d = décarburation : poids atomique du carbone dt = durée de décarbura-N, : nombre de moles du gaz inerte tion.

' Sur la base de la relation entre d[$C]/dt et [JÈC], on peut obtenir une vitesse de décarburation à 20 un niveau prédéterminé de [%C]· Ensuite, en utilisant la vitesse de décarburation ainsi obtenue, on peut calculer en conséquence la quantité requise d'oxygène.

De plus, suivant la .quantité requise d’oxygène, on peut réduire le débit d'oxygène soufflé par la lance ins-25 tallée au sommet à mesure que la teneur en carbone de l’acier en fusion diminue de telle sorte que l'on - . puisse réduire le plus possible l’oxydation du chrome.

Afin de prouver la fiabilité de la formule (9)j on a effectué une série d’expériences dont les 30 résultats sont résumés en figure 3 dans laquelle la durée (minutes) est portée en abscisse, tandis que la concentration en carbone dans l’acier en fusion (C%) est portée en ordonnée# Les valeurs mesurées concernant la concentration en carbone sont indiquées par 35 le symbole "O”· La ligne en trait plein indique le y changement théorique survenant dans la concentration 7> ff I ' 17 I en carbone calculée conformément à la formule (9)· I Comme on le constate d’après la figure 3> Ie change- 9 \ ment survenant dans la concentration en carbone cal culée d’après cette formule est pratiquement le même 5 que celui indiqué par les résultats expérimentaux,

La figure 4 illustre la relation entre un ! · coefficient de décarburation et le débit d’argon ga- i j zeux, 1 La figure 5 illustre le changement surve- 10 nant dans la quantité d’oxygène requise pour la décar— buration, La courbe I indique un changement continu survenant dans la quantité requise d’oxygène que l’on calcule sur la base de l’équation (9) ci-dessus, La I courbe II indique une modification graduelle. Après 15 le point initial suivant la présente invention, la

quantité d’oxygène soufflé par la lance installée au I sommet peut être réduite conformément à la courbe I

ou II,

Etant donné qu’il se forme de l’oxyde de h , ; 20 carbone gazeux au cours de la decarburation et que cet |J oxyde de carbone est évacué hors de l’acier en fusion, ij ; il est conseillé d’effectuer la combustion de l’oxyde j; de carbone gazeux ainsi engendré avec de l’oxygène Γ * chargé par la lance installée au sommet ou une lance 25 inférieure. En utilisant la chaleur de combustion de l’oxyde de carbone, la réduction de température de l’acier en fusion peut être compensée pour en maintenir la température à une valeur prédéterminée. Au cours de la période de réduction (période qui suit la 30 fin de la décarburation), on poursuit le barbotage avec de l’argon gazeux et on ajoute une matière contenant du silicium, par exemple, un alliage de Fe-Si, etc., à l’acier en fusion afin de réduire l’oxyde de chrome · dans le laitier. Ensuite, on déplace le chrome ainsi 35 réduit dans l’acier en fusion, /

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La présente invention sera décrite ci-après plus en détail par des exemples de mise en oeuvre. Exemple

On prépare un acier contenant 16,5$ de Cr 5 conformément à la présente invention en utilisant un convertisseur de 150 tonnes à soufflage par le haut * et par le bas. Dans cet exemple, on calcule le point initial d’après l’équation (6) ci—dessus (Pc0 1 **5) entre 0,35 et 0,38$ de C. En d’autres mots, lorsque 10 la teneur en carbone atteint 0,38$ de C, on passe du gaz mixte constitué d’oxygène et d’anhydride carbonique gazeux à l'argon gazeux comme gaz de soufflage par le bas.

Le tableau 1 ci—après résume les conditions 15 expérimentales, notamment le débit du gaz de soufflage par le bas et le débit d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet. Le procédé d'affinage décrit ici ’ est divisé en deux parties appelées "période I" et "période IX". Suivant la présente invention, au cours 20 de la période I, on injecte un gaz constitué d'oxygène et d'anhydride carbonique dans l’acier en fusion par la tuyère installée dans le bas, puis au cours de la période II, au lieu de ce gaz oxygéné, on introduit de l’argon gazeux dans l’acier en fiision et également 25 par la tuyère installée dans le bas. En même temps, on réduit progressivement la quantité d’oxygène gazeux . . soufflé par la lance installée au sommet, comme indi qué par la courbe II en figure 5.

A titre de comparaison, dans un exemple com— 30 paratif 1, on injecte de l'argon gazeux dans l’acier en fusion par la tuyère installée dans le bas tout au long de la durée de l’opération et, dans l'exemple comparatif 2, on passe du gaz constitué d'oxygène et d'anhydride carbonique à l'argon gazeux comme gaz de 35 soufflage par le bas lorsque la teneur en carbone est à un point légèrement inférieur au point initial sui- » i 19 vant la présente invention. En d’autres mots, au cours de la période II, on passe à l’argon gazeux comme gaz de soufflage par le bas lorsque la teneur en carbone est abaissée à 0,2$* soit mie valeur nettement infé-5 rieure à la valeur de 0,38$ suivant la présente inven tion. En outre, dans les exemples comparatifs 1 et 2, on modifie la quantité d’oxygène gazeux comme gaz de soufflage par le bas comme indiqué dans le tableau 1·

Le procédé d’affinage de la présente inven- i 10 tion comprend les étapes suivantes : 'chauffage, décar— buration au cours de la période I, décarburation au cours de la période XI et réduction. Comme indiqué dans le tableau 2, au cours de chacune de ces étapes, · on ajoute de nombreux types de matières premières. Au 15 début des opérations, on charge de la fonte dans le convertisseur et l’on entame le soufflage d’oxygène par la lance installée au sommet. Au terme du chauffage, tout en effectuant le soufflage d’oxygène par le sommet, on charge, dans le convertisseur, du chrome, un alliage 20 de Fe-Mn à haute teneur en carbone et une partie de chaux calcinée. Au cours de l’étape de réduction qui suit l’étape de décarburation, on charge également,·dans le convertisseur, la partie restante de la chaux cal— i cinée, un alliage de Fe-Si et de la fluorite, L’analy- |( , j 25 se chimique et la température du métal en fusion lors de chacune des étapes ci-dessus sont indiquées dans les tableaux 3? 4 et 5 respectivement pour l’exemple de mise en oeuvre de la présente invention, l’exemple ! comparatif 1 et l’exemple comparatif 2.

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Comme le démontrent les données de ces tableaux, dans l’exemple comparatif 1, lorsque le gaz de soufflage par le bas au cours de la période I est l’argon gazeux, le degré d’agitation est faible encore . 5 que la quantité du gaz de soufflage par le bas soit la même que dans l’exemple de mise en oeuvre de la présente invention. En conséquence, dans l’exemple comparatif 1, le degré d’oxydation du chrome est supérieur à celui de la présente invention. En outre, 10 l’efficacité de l’oxygène pour la décarburation au I cours de la période I après l’étape de désiliciation est aussi faible que 90$.

D’autre part, dans l’exemple comparatif 2, on poursuit l’injection du gaz oxygéné jusqu’à ce que 15 la concentration en carbone de l’acier soit réduite à une valeur aussi faible que 0,2$ et, étant donné que i la quantité d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet est relativement importante, dans cet exemple, ' la concentration du chrome au terme de la période I est 20 de 14,85$, soit une valeur que l’on estime être extrêmement faible. Ceci signifie que, dans l’exemple comparatif 2, le degré d’oxydation du chrome est de loin supérieur à celui atteint dans les deux autres exemples. Dès lors, il est nécessaire d’ajouter une im-25 portante quantité d’alliage de Fe-Si pour réduire le chrome ainsi oxydé, ce qui a pour effet d’élever la température à 1.700°C (température relativement élevée) au terme de l’étape de réduction.

En revanche, suivant la présente invention, 30 étant donné que le gaz de soufflage par le bas est un gaz constitué d’oxygène et d’anhydride carbonique au cours de la période X, on crée une agitation vigoureuse dans l’acier en fusion. En outre, on passe du gaz mixte ci-dessus à l’argon gazeux comme gaz de soufflage 35 par le bas juste avant d’atteindre la valeur de 0,38$ de C, soit le point initial auquel l’oxydation du i chrome commence. En conséquence, dans le procédé de * t 26 la présente invention, 1*oxydation du chrome est négligeable comparativement à celle observée dans les deux autres exemples, L’efficacité de 1*oxygène pour la décarburation se situe à un niveau de 97%s soit une ^ 5 valeur également supérieure à celle obtenue dans les = deux exemples comparatifs· • De même, il est à noter que les améliorations assurées par la présente invention sont obtenues en utilisant un gaz oxygéné, par exemple, un gaz cons-10 titué d’oxygène et d’anhydride carbonique, ce gaz étant moins coûteux que l’argon gazeux. En outre, étant donné que le volume du gaz de soufflage par le bas injecté dans l’acier en fusion augmente à deux fois son volume initial, donnant ainsi lieu à une 15 agitation vigoureuse de l’acier en fusion, on peut réduire nettement les frais opératoires lors de l’affinage d’aciers à haute teneur en chrome. Dès lors, suivant l’invention, on peut affiner un acier à haute teneur en chrome d’une manière hautement économique 20 et pratique· h

Claims

27

1· Procédé d’affinage d’aciers à haute teneur en chrome, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes qui consistent à préparer une fonte dans .5 un convertisseur à soufflage par le haut et par le | ; bas, chauffer cette fonte à une température prédé- i terminée, effectuer la décarburation de la fonte ainsi préparée en soufflant de l’oxygène gazeux par une lance installée au sommet contre la surface de la fonte pour 10 obtenir un acier en fusion,tout en introduisant initialement, dans ce dernier, un gaz oxygéné comme gaz ' de soufflage par le bas, puis passer à un gaz inerte lorsque la teneur en carbone de l’acier en fusion est réduite à un niveau prédéterminé supérieur à celui 15 auquel l’oxydation du chrome commence à se produire, supprimant ainsi l’oxydation du chrome, puis, après réglage de la composition de l’acier en fusion obtenu, couler ce dernier hors du convertisseur.

2. Procédé suivant la revendication 1, carac-20 térisé en ce que le gaz oxygéné est un mélange d’oxygène et d’anhydride carbonique gazeux.

3· Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en carbone à laquelle l’oxydation du chrome commence, est un point limite auquel 25 les réactions de décarburation et d’oxydation du chrome i | sont dans un état d’équilibre.

| - · 4· Procédé suivant la revendication 3, carac— i , . j terise en ce que la teneur en carbone à laquelle l’oxy— ;; · dation du chrome commence, est déterminée en utilisant I 30 l’équation suivante dans laquelle la pression partiel le de CO gazeux dans un état d’équilibre est préalablement déterminée par des expériences : [%Cr]PC0 13800 l0g - = - T + 4,2pÎNÏ] + 8>76 35 L· !(T\ * 28 » m où T : température de l’acier en fusion (°K) P : pression partielle de CO gazeux (atmosphères) uU [$Ni] : concentration de Ni dans l’acier en fusion (*) 5 [$C] : concentration de carbone dans l’acier en =. fusion (%) [$Cr] : concentration de Cr dans l’acier en fusion {%).

5· Procédé suivant la revendication 1, ca-10 ractérisé en ce que l’acier en fusion est maintenu sous la pression atmosphérique dans le convertisseur à soufflage par le haut et par le bas au cours de l’opération.

6. Procédé suivant la revendication 1, ca-15 ractérisé en ce que le gaz inerte est l’argon gazeux.

7· Procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6; caractérisé en ce que, après être passé au gaz inerte comme gaz de soufflage par le bas, on réduit progressivement la quantité d’oxy-20 gène soufflé par la lance installée au sommet.

8. Procédé suivant la revendication 7? caractérisé en ce qu’on réduit continuellement la quantité d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet. 25

9· Procédé suivant la revendication 7j ca ractérisé en ce qu’on réduit graduellement la quantité d’oxygène soufflé par la lance installée au sommet.

10. Procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7} caractérisé en ce qu’on poursuit 30 le soufflage du gaz inerte par le bas jusqu’à ce que l’acier en fusion obtenu soit coulé hors du convertis-