LU84472A1 - Procede et installation pour le traitement de l'acier en poche - Google Patents

Description

Procédé et installation pour le traitement de 1*acier en poche

La présente invention concerne un procédé pour le traitement métallurgique de l'acier en poche, ainsi qu'une installation pour la mise 5 en oeuvre de ce procédé.

Depuis plusieurs années, et notamment en raison de l'introduction de la coulée continue, de plus en plus d'aciéries procèdent à des traitements métallurgiques dans la poche destinée au transport de 10 l'acier du convertisseur ou du four électrique vers les installations de coulée.

Ces traitements sont de différentes natures. Les procédés les plus couramment employés sont: 15 1. Les procédés de dêphosporation; 2. Les procédés de désulfuration par injection au moyen d'un gaz neutre ou réducteur de matières désulfurantes sous forme métal lique telles que p. ex. le calcium-silicium, ou sous forme de 20 laitiers, tels les laitiers Perrin ou des laitiers constitués p.ex· de chaux et de spathfluor etc.; d'autres matières telles que le magnésium ou le carbure de calcium, peuvent également être utilisées; 3. Les procédés de désoxydation par addition ou par injection d'alu-25 minium, de ferro-silicium, de calcium-silicium etc.; les processus de désulfuration et de désoxydation peuvent d'ailleurs être combinés ; 4. Les procédés de réchauffage par arc électrique ou par induction; 5. Les procédés d'affinage ou de purification de l'acier, soit par - 2 - le vide, soit par simple barbotage avec ou sans ajoutes de laitier.

,' Le déposant s'occupe depuis de nombreuses années à l'élaboration re- 5 spectivement au perfectionnement de ces méthodes, si bien qu'il a acquis de profondes connaissances se rapportant notamment à la régulation des réactions métallurgiques entre les laitiers et le métal.

Le but de l'invention consiste à exploiter ces nouvelles connaissan-10 ces. Ainsi il a été trouvé que la formation, in situ, de laitiers réactifs que l'on prépare par combustion au moyen d'oxygène d'éléments métalliques, auxquels on ajoute éventuellement des éléments non-métalliques, conduit â une accélération et à une amélioration des réactions de désulfuration, de désoxydation et d'épuration, tout 15 en permettant simultanément une augmentation notable et facilement réglable de la température du bain métallique. L'opération selon l'invention peut s'effectuer dans le four d'élaboration de l'acier ou tout autre appareil, mais s'applique d'une manière particulièrement efficace dans la poche à acier.

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Le procédé suivant l'invention consiste donc à injecter dans le métal liquide et au moyen d'une lance, des matières combustibles telles que l'aluminium métallique, le carbure de calcium, le calcium-silicium, le calcium-aluminium ainsi qu'éventuellement des 25 matières scorifiantes, telles que la chaux et/ou le spath-fluor, véhiculées par un gaz porteur neutre ou réducteur, d'injecter parallèlement au même point d'impact de l'oxygène, tout en réglant les quantités des ajoutes et de l'oxygène de manière à former au point d'impact dans la poche les laitiers ayant la composition souhaitée. 30

Le procédé selon l'invention conduit simultanément à la formation d'un laitier très chaud et particulièrement réactif et â une augmentation substantielle de la température de l'acier contenu dans la poche, à condition de réaliser également une convection de la 35 chaleur créee à travers le bain· - 3 -

Il fut trouvé en effet selon l'invention que la simple insufflation telle qu'elle est décrite ci-dessus, peut donner lieu à une augmentation de la température du bain, à condition que celui-ci soit agité ou mis en mouvement par l'insufflation d'un gaz auxiliaire 5 neutre ou réducteur, insufflé soit par un ou plusieurs éléments perméables logés dans le fond de la poche, sensiblement en-dessous du point d'impact de la lance d'injection, soit par une lance auxiliaire débitant également sensiblement en-dessous de ce même point d'impact· 10

Une autre caractéristique du procédé suivant l'invention consiste dans l'utilisation simultanée de moyens en vue d'éviter le contact immédiat entre la scorie qui recouvre le métal, avec les laitiers formés au cours du processus. Ces moyens qui seront décrits plus en 15 détail par la suite, sont essentiellement un tube plongeur qui permet d'avoir accès au métal dans la poche, tout en évitant la présence dans la zone de travail des scories entraînées lors du transvasement du métal dans la poche.

20 II est également prévu, suivant l'invention, de ne démarrer le processus qu'après avoir déposé au point d'impact, en-dessous de la tête de lance, une quantité suffisante de laitier de départ. En effet il n'est pas à recommander de démarrer une réaction du type proposé sur une surface de métal nue, mais de prévoir un coussin de 25 laitier qui peut être p. ex. de la chaux, du laitier préfabriqué solide ou liquide, ou un autofondant comme de la poudre exothermique.

La scorie qui recouvre le métal après coulée en poche est enlevée dans la mesure du possible. Pour atténuer les effets des restes de 30 scories, on recouvre la surface du bain avec une couche protectrice qui est de préférence de la chaux. Ensuite on abaisse sur les re bords de la poche un couvercle qui fait partie de l'installation suivant l'invention et on démarre le processus de traitement, éventuellement après avoir protégé la partie de la surface du bain qui 35 est exempte du mélange scorie/chaux, par du laitier de départ, comme décrit plus haut.

- 4- L'installation suivant l'invention consiste en une poche métallurgique qui est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour délimiter une zone de travail dans le bain, les dits moyens coopérant avec des moyens pour injecter dans la dite zone des matières solides 5 et gazeuses et qu'il est prévu des moyens pour introduire dans le bain un courant ascendant de gaz de barbotage, dirigé sur la dite zone.

Les moyens délimitant la zone de travail consistent essentiellement 10 en un tube plongeur, connu en soi, qui est muni éventuellement d'un capuchon en vue de permettre une pénétration à travers la couche de scories et la mise à nu d'une zone du bain. Ce tube plongeur peut être soit un tube 5 à compartiment unique, soit un tube 50 subdivisé en plusieurs compartiments.

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Les moyens d'injection des matières solides et gazeuses sont une ou plusieures lances 6 verticales débitant par le haut, tandis que les moyens destinés à fournir le gaz de barbotage sont constitués par des éléments perméables 2 logés dans le fond de la poche et/ou par 20 une lance submergée 10; les moyens 2 et 10 étant positionnés de manière à diriger le courant de gaz de barbotage dans la zone de travail.

D'autres caractéristiques et avantages du procédé et de l'installa-25 tion suivant l'invention ressortiront de la description des dessins schématisés qui représentent de manière non-limitative des formes d'exécution possibles de l'installation.

La fig.l montre une coupe à travers une forme d'exécution de l'in-30 stallation, mettant en oeuvre un tube plongeur à compartiment unique, tandis que la fig.2 montre une coupe à travers un tube plongeur à deux compartiments.

En fig.l on distingue la poche 1 munie d'une couche de réfractaire 35 non repésenté; dans le fond de la poche est logé un élément perméable 2 servant à injecter le gaz de barbotage inerte ou réducteur GI. On a représenté un seul élément 2 pour des raisons de commodité.

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On distingue également le couvercle 4 qui recouvre la poche pour éviter les pertes thermiques et pour empêcher l'entrée de l'air ambiant et qui sertit le tube plongeur 5; ce dernier présente à sa base un capuchon 5e en tôle fine, destiné à traverser la couche de 5 scories qui nage sur l'acier 3 dans la poche pour éviter que ces scories pénètrent dans le tube 5. Après l'enfoncement du tube 5 dans le bain 3, c.à d. après la pose du couvercle 4 sur la poche 1, le capuchon 5e ayant traversé la couche de scories, fond dans le métal liquide. Le barbotage obtenu par un gaz injecté par le bas, permet 10 dans bien des cas d'éviter l'utilisation du capuchon 5e en créant une zone libre de scorie dans la région du tube 5 resp. 50.

Le tube 5 est muni d'un revêtement réfractaire intérieur 51 et extérieur 52; il est également muni d'un couvercle 5c qui présente des 15 échappements pour gaz 5d. Ce couvercle sertit une lance 6 servant à l'introduction de matières solides et gazeuses.

On peut utiliser soit une seule lance, comme représenté dans le dessin, laquelle lance 6 devra donc être un engin multiflux, capable de 20 débiter par des canaux séparés des matières solides et gazeuses éventuellement non-compatibles et dont le contact avant la sortie de la lance doit être évité. En effet on peut facilement imaginer qu'il faut éviter que la poudre d'aluminium métallique et l'oxygène n'entrent en contact dans la lance d'insufflation elle même. Pour éviter 25 la mise en oeuvre d'une lance complexe on peut facilement prévoir * deux lances, dirigées vers un même point d'impact et dont l'une ser vira à injecter les matières combustibles véhiculées par du gaz inerte et l'autre à fournir l'oxygène.

30 En fig.1 il est représenté une seule lance 6 multiflux, approvisionnée en oxygène par une conduite 11 et en matières combustibles par une conduite 7. Ces matières sont stockées dans des réservoirs 8 munis de doseurs alvéolaires 9; la conduite 7 est raccordée à une source de gaz inerte GI qui peut être un gaz neutre ou réducteur.

Il est également représenté une lance 10 destinée à fournir du gaz de barbotage GI et qui peut se substituer à l'élément perméable 2 35 - 6 - resp. le compléter dans le cas où le débit du ou des éléments perméables 2 s'avérait insuffisant pour distribuer la chaleur créee par voie chimique à travers le bain et pour effectuer une épuration valable du bain par un contact étendu entre le métal et les laitiers » 5 épurants crées in situ.

Enfin la poche 1 est munie d'un système de trou de coulée 20.

La fig.2 représente un tube plongeur 50 dont la principale particu-10 laritê consiste en ce qu'il est subdivisé en deux compartiments 5a et 5b. Le compartiment 5a délimite la zone de travail dans laquelle il est introduit par l'intermédiaire de la lance 6 des matières solides et de l'oxygène. Quant au compartiment 5b il communique avec le compartiment 5a par l'ouverture 0 qui est pratiquée dans la cloi-15 son de séparation entre les deux compartiments.

Le compartiment 5a.est muni à sa base d'un fond 12 qui présente une ouverture 12a de faible envergure, tandis que le compartiment 5b est ouvert vers le bas.

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Le but de la forme d’exécution représentée en fig.2 est d'obtenir une combustion aussi complète que possible des matières injectées, grâce à l'oxygène, dans le compartiment 5a, l'opération de chauffage et d'affinage du métal ayant lieu essentiellement dans le comparti-25 ment 5b qui ne contient que le laitier chauffant et affinant à très - faible teneur en matières désoxydantes. Ce double tube est utilisé lorsqu'on veut fabriquer des aciers à très basse teneur en matières désoxydantes. Dans ce cas, on veillera à ce que les éléments perméables 2 respectivement la lance 10 se trouvent en dessous du compar-30 timent 5b, dans lequel a lieu l'opération d'affinage ainsi que la transmission calorifique. Ainsi le laitier formé en 5a déborde dans la partie 5b où il se fait un barbotage intense entre le métal et le laitier chaud.

35 Dans le cas de l'emploi du double tube, il n'est par ailleurs pas nécessaire d'injecter le mélange chauffant et affinant au moyen d'une lance et d'un gaz porteur dans la zone 5a; en effet il suffit - 7 - en principe de laisser s'écouler ce mélange, p. ex. en chute libre dans la zone 5a et d'injecter l'oxygène nécessaire à la combustion des éléments thermogènes dans cette zone, en veillant à y créer une turbulence suffisante.

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Ci-après quelques exemples destinés à illustrer le procédé suivant l'invention: 120 tonnes d'acier se trouvent dans une poche. Après décrassage soi-10 gneux on remplace la scorie par de la chaux en poudre. La température du métal est de 1610 °C; la teneur en soufre est de 0,015 %. On veut abaisser cette teneur et chauffer le métal à 1670 °C pour pouvoir couler le métal en continu pendant 50 minutes.

15 L'élément thermogène insufflé sera de l'aluminium sous forme de poudre ou de granules, mélangé à du carbure de calcium, également en poudre ou en granules, dans une proportion de 1,6 kg de CaC2 à 0,74 kg d'Al, ainsi qu'éventuellement 3 à 10 % de CaF2 destiné à améliorer la fluidité de la scorie· 20

Il fut trouvé qu'en injectant par tonne d'acier 1 kg de ce mélange avec 0,7 à 0,9 m3 d'oxygène, on augmente la température du bain métallique de 18°.

. 25 Pour aboutir â l'augmentation de la température de 60 °C, il faut injecter 3,3 kg de mélange par tonne d'acier, soit 400 kg de mélange Al CaC2, sans tenir compte des 20 kg de fluorure de calcium destinés à régler la viscosité de la scorie. Les 400 kg sont injectés en 20 minutes, ce qui correspond â une augmentation de température de 3 °C 30 par minute. Pendant toute la durée de l'opération, un intense courant d'argon est injecté par l'élément perméable 2 et/ou par la lance 10. L'injection d'argon est poursuivie pendant 5 minutes après l'injection. Après cette opération la température visée de 1670 °C était atteinte et le métal ne contenait plus que 0,004 % de soufre, 35 tout en ayant une excellente pureté micrographique.

Les proportions ainsi que les quantités à ajouter sont évidemment - 8 - fonction des matières à injecter.

Ainsi, pour fabriquer suivant l'invention un laitier Perrin, in situ en vue d'une épuration et d'un chauffage simultané, on peut ajouter 5 un mélange de 35 % d'Al et de 65 % CaO. La température augmente d'environ 20 °C par kg d'aluminium ajouté par tonne d'acier. Il faut prévoir 0,6-0,7 Nm3 d'oxygène par kg d'aluminium ajouté.

On peut également prévoir suivant l'invention que les moyens d'in-10 jection des matières par le haut comportent un tube de guidage par lequel est véhiculé un fil fourré constitué des matières solides à introduire, ainsi qu'une lance débitant de l'oxygène sur la zone de pénétration du fil dans le bain. Dans ce cas on utilisera un fil à gaine en aluminium, rempli de poudre d'aluminium et de chaux.

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On peut également mettre en oeuvre un alliage Ca-Al pour fabriquer un laitier épurant et rechauffer simultanément l'acier. Dans ce cas, il faut prévoir l'addition d'un mélange titrant sensiblement 50 % de Ca-Al et 50 % de CaO, avec une addition de 5 â 10 % de spath fluor 20 comme fluidifiant.

Ce mélange fournira une augmentation de 16 à 20 °C par kg de Ca-Al ajouté par tonne d'acier, tout en donnant lieu â un acier titrant moins de 0,004 % de S et ayant une grande pureté micrographique.

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Claims (16)

1. Procédé pour le traitement de l'acier en poche, par l'intermédiaire de laitiers, caractérisé en ce que l'on forme dans la poche- 5 même des laitiers réactifs d'une composition donnée, par combu stion au moyen d'oxygène d'éléments métalliques et éventuellement non-métalliques, en proportions correspondant à la composition désirée des dits laitiers, et que l'on effectue simultanément un brassage du bain en vue d'y répartir la chaleur créee par la dite 10 combustion

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute dans le bain par le haut des matières combustibles telles que l'aluminium métallique, le carbure de calcium, le calcium-si- 15 licium, le calcium-aluminium, ainsi qu'éventuellement des matiè res scorifiantes, telles que la chaux et/ou le spath-fluor et que l'on ajoute au même point d'impact de l'oxygène, tout en réglant les quantités des matières ajoutées de manière à former au point d'impact dans la poche les laitiers ayant la composition dêsi- 20 rée.

3. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage du bain en injectant un gaz neutre ou réducteur par des éléments perméables logés dans le fond de la 25 poche, sensiblement au-dessous du point d'impact des matières ajoutées par le haut.

4. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage du bain en injectant un gaz neutre ou 30 réducteur par une lance plongeant dans le bain et débitant au-dessous du point d'impact des matières ajoutées par le haut. 1 Procédé suivant les revendications 1-4, caractérisé en ce que avant de démarrer l'ajoute des matières solides et gazeuses on 35 décrasse le bain et on le recouvre d'une couche de chaux en poudre. - 2 -

6. Procédé suivant les revendications 1-5, caractérisé en ce que l’on délimite sur la surface du bain une zone de travail où le métal est mis à nu, en vue d’éviter un contact entre la scorie qui recouvre le bain avec les laitiers formés au cours du pro- 5 cessus.

7. Procédé suivant les revendications 1-6, caractérisé en ce que avant de démarrer l'ajoute des matières solides et gazeuses, on dépose au point d'impact un coussin de laitier de départ qui est 10 p. ex. un laitier préfabriqué, de la chaux ou un autofondant con-stituté de poudres exothermiques.

8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1-7, caractérisée en ce qu'une poche métallurgique com- 15 porte des moyens pour délimiter une zone de travail dans le bain, les dits moyens coopérant avec des moyens pour injecter dans la dite zone des matières solides et gazeuses et qu'il est prévu des moyens pour introduire dans le bain un courant ascendant de gaz de barbotage, dirigé sur la dite zone. 20

9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens délimitant la zone de travail consistent essentiellement en un tube plongeur (5,50) muni d'un capuchon (5e) qui est destiné à traverser les scories pour fondre ensuite dans le métal - 25 liquide et pour mettre à nu la dite zone, lequel tube (5,50) est serti dans un couvercle (4) qui recouvre la poche (1).

10. Installation suivant les revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le tube plongeur est un tube (5) à compartiment unique. 30

11. Installation suivant les revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le tube plongeur est un tube (50) subdivisé en plusieurs compartiments.

12. Installation suivant les revendications 8-11, caractérisée en ce que les moyens d'injection des matières solides et gazeuses sont au moins une lance (6) verticale débitant par le haut, laquelle - 3 - lance est sertie dans le couvercle (5c) du tube (5,50).

13. Installation suivant les revendications 8-12, caractérisée en ce que les moyens destinés à fournir le gaz de barbotage sont con-5 stitués par des éléments perméables 2 logés dans le fond de la poche et/ou par une lance submergée 10; les moyens 2 et 10 étant positionnés de manière à diriger le courant de gaz de barbotage vers la zone de travail.

14. Installation suivant les revendications 8-9 et 11-13, caractéri sée en ce que le tube (50) est subdivisé en un compartiment (5a) dans lequel aboutit la lance (6) et en un compartiment (5b) qui communique avec le compartiment (5a) par une ouverture (0) pratiquée dans la cloison de séparation; le compartiment (5b) étant 15 ouvert vers le bas et les moyens (2,10) destinés à fournir le courant ascendant de gaz neutre ou réducteur (GI) étant disposés en-dessous du compartiment (5b).

15. Installation suivant les revendications 8-14, caractérisée en ce 20 que les moyens d'injection des matières par le haut sont une lance (6) multiflux, approvisionnée en oxygène par une conduite (11) et en matières solides par une conduite (7), ces matières étant stockées dans des réservoirs (8) munis de doseurs alvéolaires (9) et que la conduite (7) est raccordée â une source de 25 gaz porteur neutre ou réducteur (GI).

16. Installation suivant les revendications 8-14, caractérisée en ce que les moyens d'injection des matières par le haut comportent une première lance véhiculant les matières solides par l'inter- 30 médiaire d'un gaz porteur (GI) et une deuxième lance débitant l'oxygène, les 2 lances débitant sur un point d'impact commun.

17. Installation suivant les revendications 8-14, caractérisée en ce que les moyens d'injection des matières par le haut comportent 35 un tube de guidage par lequel est véhiculé un fil fourré con stitué des matières solides à introduire, ainsi qu'une lance débitant de l'oxygène sur la zone de pénétration du fil dans le bain.