LU84593A1 - Procede et installation pour le traitement de l'acier en poche - Google Patents

Description

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Procédé et installation pour le traitement de l'acier en poche

Dans la demande de brevet principal LU 84.472 la demanderesse a décrit un procédé de traitement de l'acier liquide consistant essen-5 tiellement à injecter dans le métal liquide des matières combustibles telles que de l'aluminium métallique, du carbure de calcium, du calcium-silicium, du calcium-aluminium ainsi qu'éventuellement des matières scorifiantes et d'injecter parallèlement de l'oxygène au même point d'impact, tout en réglant les quantités d'ajoutes et 10 d'oxygène de manière à former au point d'impact dans la poche des laitiers ayant la composition souhaitée. Le procédé conduit simultanément à la formation d'un laitier très chaud et particulièrement réactif et à une augmentation substantielle de la température de l'acier contenu dans la poche, à condition de réaliser également une 15 convection de la chaleur créée à travers le bain.

Or il s'est avéré qu'en injectant les matières combustibles sur un bain nu, c.â d. sur un bain ne comportant pas de couche de scories, on avait souvent une pénétration de faibles quantités de matières 20 combustibles dans le bain métallique, ce qui, pour certaines nuances d'acier, n'est pas souhaitable. Il est apparu également que le contact direct de l'oxygène avec le bain métallique devait souvent être ' évité.

25 Dans la demande de brevet LU 84,472 la demanderesse décrivait déjà un moyen permettant de limiter ces inconvénients en employant un tube plongeur subdivisé en deux compartiments. La combustion des matières injectées a lieu dans le premier compartiment alors que - 2 - t 1 l'opération de chauffage et d’affinage du métal se déroule essentiellement dans le second compartiment. Malheureusement un tel tube plongeur est de construction assez complexe et d'un entretien difficile et coûteux. Dans la même demande de brevet la demanderesse pré-5 voit, pour atténuer les effets des restes de scories, de recouvrir au départ la partie métal où a lieu le traitement, d'une couche de protection consistant p.ex. en une addition de chaux ou de laitier préfabriqué exothermique ou non. Mais il est bien évident qu'au cours du soufflage un contact direct entre le bain métallique et les 10 matières combustibles respectivement l'oxygène est inévitable.

Le but de la présente invention consiste à éviter les inconvénients précédemment décrits et à étendre le mode opératoire décrit dans la demande de brevet LU 84.472 de manière â rendre ce procédé accessi-15 ble à la fabrication de toutes les nuances d'acier par la mise en oeuvre de moyens simples et peu onéreux.

Ce but est atteint grâce au procédé selon l'invention dans lequel on évite tout contact direct entre le métal liquide d'un côté et les 20 matières combustibles et l'oxygène de l'autre côté.

Dans une première variante du procédé selon l'invention on évite toute pénétration et si possible tout contact des matières combustibles et du comburant avec le bain métallique, les réactions étant 25 essentiellement réalisées dans la couche de laitier surnageant le bain métallique. On obtiendra cet effet grâce aux moyens ci-après, employés seuls ou en combinaison: - 1* Les matières combustibles en poudre ou en granules sont injectées 30 à très basse pression sur la couche de laitier, de manière à évi-/ ter tout contact entre matières combustibles et bain métallique.

2. Les matières combustibles en poudre ou en granules sont déposées sur la couche de laitier de protection en laissant les matières 35 combustibles s'écouler par gravité sur la couche de laitier au moyen d'une goulotte, tout en évitant qu'un gaz oxydant ne pénètre dans la goulotte, p.ex. en mettant celle-ci en surpression t · - 3 - par l'introduction d'un gaz neutre ou réducteur.

3. L'oxygène servant à la combustion des matières combustibles sera, de préférence, également injecté à basse pression dans la couche 5 de laitier, si possible, aux environs du point d'impact ou au

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point d'impact même des matières combustibles dans la couche de laitier.

4. Il sera donné aux matières combustibles une densité aussi faible 10 que possible, afin qu'elles surnagent la couche de laitier, la faible densité étant obtenue en employant des matières combustibles expansées ou rendues creuses selon des procédés connus.

5. Afin d'éviter un êchauffement local trop important, on aura soin 15 de distribuer les matières combustibles et l'oxygène d'une ma nière aussi régulière que possible sur la surface de la couche de laitier à traiter en utilisant p.ex. une goulotte mobile, p.ex. rotative, les moyens d'adduction d'oxygène étant synchronisés avec le mouvement de la goulotte mobile d'adduction des matières 20 combustibles. Un effet analogue peut être obtenu en mettant en mouvement la couche de laitier par rapport au point d'adduction des matières combustibles et de l'oxygène.

Une deuxième variante du procédé selon l'invention permettant d'évi-25 ter le contact entre le bain métallique, d'une part, et les matières combustibles ainsi que de l'oxygène, d'autre part, réside en un plateau ou cuvette, disposé au point d'impact respectivement de chute des matières combustibles et l'oxygène; il est disposé d'une manière - telle que les réactions entre les matières combustibles et l'oxygène 30 aient lieu sur le plateau respectivement dans cette cuvette et que , le laitier formé déborde de ce plateau respectivement de cette cu vette, et entre en contact avec le bain métallique, grâce à la mise . en mouvement du bain métallique par l'insufflation du gaz auxiliaire neutre ou réducteur, insufflé soit par un ou plusieurs éléments per-35 mêables logés dans le fond de la poche, soit par une lance auxili aire débitant également sensiblement en dessous de ce même point d'impact.

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Le plateau respectivement la cuvette sera soit suspendu à la lance respectivement à la goulotte d'addition des matières combustibles respectivement d'oxygène ou flottera simplement dans la scorie respectivement dans le bain métallique en cours de traitement. Dans ce 5 dernier cas, le plateau ou la cuvette auront des pièces d'écartement * permettant de les centrer dans la poche respectivement dans le tube plongeur. La cuvette respectivement le plateau, qui viennent d'être décrits, seront de préférence prolongés vers le bas par un cône dont la pointe sera dirigée vers le bas, de manière à obtenir un mouve-10 ment de bain propice, grâce au gaz insufflé par le bas.

Il fut constaté par ailleurs lors de nombreux essais et lors de la recherche d'une augmentation notable de la température du bain ou d'une durée importante de l'opération que le tube plongeur était 15 soumis à une usure relativement importante. Il fut trouvé que cette usure pouvait être notablement diminuée respectivement éliminée en protégeant au moins la partie intérieure du tube plongeur d'un revê- tement en matière dégageant, soit sous l'action de la température élevée, soit par réaction avec le bain métallique respectivement les 20 laitiers et/ou avec l'oxygène de combustion des matières combustibles un dégagement gazeux qui éliminera ou diminuera le contact entre le tube plongeur, d'une part, et le laitier respectivement le métal à réchauffer, d'autre part. Ce revêtement protecteur pourra être simplement un dépôt de carbonate de calcium, de magnésium, de 25 soude, etc., mélangé à des liants, qui sera projeté selon des méthodes connues sur la suface intérieure et/ou extérieure du tube plongeur. Ces matières, au contact de la chaleur des réactions respectivement du bain métallique ou des scories, dégageront leur C02> tout * en provoquant une réaction endothermique qui contrarie l'effet cor- 30 rosif des hautes températures engendrées par la réaction. Le revête-ment protecteur pourra également être constitué de matières combustibles telles que le bois, des agglomérés de bois et/ou de carton, > qui seront fixées au moins dans la partie intérieure du tube plon geur. Ce tube plongeur comportera de préférence une surface intéri-35 eure conique, de manière telle que le revêtement protecteur combustible soit automatiquement maintenu en place par la force ascensionnelle du métal respectivement des laitiers.

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On peut également constituer des revêtements protecteurs au moyen d'un mélange des matières combustibles et de carbonates en employant p.ex. du bols aggloméré respectivement des cartons additionnés et/ou Imprégnés de carbonates de préférence basiques.

5 L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement deux modes d'exécution.

La figure 1 représente schématiquement une coupe à travers une in-10 stallation conforme à la présente invention.

La figure 2 représente schématiquement une coupe partielle à travers une autre variante d'exécution de la présente invention.

15 En figure 1, on distingue la poche 1 munie d'une couche de réfractaire (non-représentée); dans le fond de la poche est logé un élément perméable 2 servant â injecter le gaz de barbotage inerte ou réducteur GI. On a représenté un seul élément 2 pour des raisons de commodité. On distingue également le couvercle 4 qui recouvre la 20 poche pour éviter les pertes thermiques et pour empêcher l'entrée de l'air ambiant et qui sertit le tube plongeur 5; ce dernier représente à sa base un capuchon 5e en tôle fine, destiné à traverser la couche de scories qui nage sur l'acier 3 dans la poche pour éviter que ces scories pénètrent dans le tube 5. Après l'enfoncement du 25 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 dans bien des cas d'éviter l'utilisation du capuchon 5e en créant une zone libre de scories dans la région du tube 5. Le 30 tube 5 est muni d'un revêtement réfractaire intérieur 51 et extéri-• eur 52; il est également muni d'un couvercle 5c qui présente des échappements pour gaz 5d. Ce couvercle sertit une goulotte 6 servant " à l'introduction de matières solides et gazeuses. Le tube 5 sera de préférence muni dans sa partie intérieure par un revêtement protec-35 teur 5f en bois imprégné de magnésie de 2 cm d'épaisseur. Un plateau 7, sur lequel les matières combustibles réagissent avec l'oxygène, est suspendu à la goulotte 6.

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Les matières combustibles et les fondants sont stockés dans des réservoirs 8, munis â leur base de doseurs vibrants 9 débitant dans une goulotte vibrante 9a, cette opération pouvant également se faire en chute naturelle par un guidage 9a débitant par l'intermédiaire 5 d'un sas (non représenté) dans la goulotte 6, qui sera de préférence refroidie à l'eau; un gaz neutre ou réducteur GI empêchera les pénétrations de gaz, de laitier ou de métal dans la goulotte 6. Cette goulotte 6 pourra être entourée de canaux d'adduction d'oxygène amené par la conduite 11.

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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 respectivement le compléter dans le cas où le débit du ou des éléments perméables 2 s'avérait insuffisant pour distribuer la chaleur 15 créée par voie chimique â travers le bain et pour effectuer une épuration valable du bain par un contact étendu entre le métal et les laitiers épurants créés in situ. Enfin, la poche 1 est munie d'un système de trou de coulée 20.

20 Dans la variante d’exécution représentée en figure 2 on introduit l'oxygène dans le tube plongeur 5 au moyen de deux lances lia, éventuellement refroidies â l'eau. Les lances lia, qui sont reliées à la conduite d’oxygène 11, ainsi que la goulotte 6 servant dans ce cas uniquement à l'introduction des matières solides, aboutissent en 25 regard d'une cuvette 13 flottant dans la couche de laitier 12. On évite ainsi de manière sûre tout contact entre métal liquide et matières combustibles et oxygène, tout en garantissant une augmentation de la température et l'obtention de l'effet épurateur du laitier formé in situ.

30 > Ci-après deux exemples d'application chiffrés destinés à illustrer le procédé:

Premier exemple: 35

La poche 1 contient 100 tonnes d'acier provenant d'un convertisseur où l'acier avait, dans le convertisseur, une température de 1.610°C, - 7 - le métal contenu dans la poche a reçu les additions de ferromanga-nèse, d'aluminium, de silicium etc. nécessaires à l'obtention de son analyse finale et a été décrassé de la majeure partie de la scorie provenant du convertisseur. La température dans la poche est en ce 5 moment de 1.575°C. La poche est ensuite recouverte d'une couche de ft chaux en poudre qui neutralise le reste du laitier surnageant la poche. On procède ensuite à un barbotage en introduisant un gaz neutre GI par le bouchon poreux 2 et/ou la lance de barbotage 10. On obtient de cette manière une zone exempte de scories et de chaux au 10 milieu de la poche et on introduit le tube plongeur 5 muni intérieurement et extérieurement de réfractaires. Une couche de 50 kg de laitier préfabriqué est ensuite introduite dans le tube 5 et on commence l'addition d'un mélange de carbure de calcium et de bauxite à haute teneur en A^O^ et titrant environ 70% d'A^O^ préalablement 15 calciné dans une proportion de 1 kg de carbure de calcium pour 1,25 kg de bauxite, de manière à obtenir un laitier titrant environ 50% de CaO et 50% d'Al203, sans tenir compte des impuretés. On introduit parallèlement de l'oxygène par les lances lia dans le jet des produits combustibles et scorifiants. La température finalement 20 atteinte devra être de 1»605°C, alors que les pertes thermiques au cours de l'opération sont de 1,3°C par minute. Le mélange injecté avec l’oxygène permet une augmentation de la température de 8°C par kg de CaC2 par tonne d'acier et on recherchera une augmentation effective de la température de 3°C par minute. On injectera donc au 25 total 6,25 kg par tonne d'acier de CaC2 et 7,8 kg/t de bauxite ainsi que 3,75 mJ d'oxygène par tonne d'acier et on formera, grâce au brassage obtenu par le gaz neutre GI, un effet épurateur remarquable et l'augmentation de la température souhaitée.

30 Deuxième exemple:

Lors de la fabrication de nombreuses nuances d'acier, il ne sera d'ailleurs pas nécessaire ou même utile d'employer des laitiers cal-cico-alumineux, un laitier calcique seul conduisant déjà à une dé-35 sulfuration et à une désoxydation remarquable du métal sans entraîner l'introduction de traces d'aluminium dans le bain métallique dont l'effet sur certaines nuances d'acier peut être perturbateur.

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Ci-après, un exemple d'application lors de l'utilisation de carbure de calcium, seul ou avec l'addition éventuelle de faibles quantités de spathfluor, en vue d'améliorer la fluidité du laitier obtenu.

5 L'exemple s'appliquera â un acier de nuance â haut carbone, mais on aura soin d'éviter l'additon d'aluminium, étant donné qu'on veut fabriquer un acier, p.ex. pour étirage ultra fin, dans laquelle toute addition d'aluminium sera prohibée.

10 La température des 100 tonnes d'acier dans le convertisseur sera, comme dans l'exemple précédent, de 1.610°C et de 1.535°C dans la poche décrassée, mise à nuance et recarburation comprises; on procédera exactement comme dans l'exemple précédent, la couche de laitier préfabriqué étant remplacée par un mélange de 60 kg de chaux et de 15 10 kg de spathfluor introduit dans le tube 5 et on commence l'addi tion du carbure de calcium, en grains de 2-4 mm, auquel on ajoutera 10% de spathfluor. On introduit parallèlement de l'oxygène par la lance lia dans le jet du carbure de calcium, en ayant soin de ne pas brûler totalement le carbure de calcium dans le laitier finalement 20 formé, de façon à maintenir â ce laitier un effet dêsoxydant et dê- sulfurant.

La température finalement atteinte devra être de 1,565°C.

25 Le carbure de calcium injecté avec son addition de spathfluor et l'oxygène, injecté de manière à obtenir un laitier réducteur, entraîne une augmentation de la température de 7°C par kg de CaC2 par tonne d'acier. L'augmentation des 50°C recherchée (dont 30°C pour rechauffage effectif et 20°C pour compenser les pertes thermiques 30 encourues par la durée de l'opération, environ 1,3°C/minute) . nécessitera l'addition de 7 kg de CaC2 et de 3,64 m^/02 par tonne d'acier et on formera, grâce au brassage obtenu par le gaz neutre GI, un effet épurateur important sans traces d'Al dans l'acier et l'augmentation de la température souhaitée.

Claims (12)

1. Procédé pour le traitement de l'acier en poche par l'intermédiaire de laitiers, dans lequel on forme dans la poche-même des t 5 laitiers réactifs d'une composition donnée par combustion au moyen d'oxygène de matières combustibles, en proportions correspondant à la composition désirée desdits laitiers, et dans lequel on effectue simultanément un brassage du bain, caractérisé en ce qu'on évite tout contact direct entre l'acier liquide d'un côté 10 et les matières combustibles et l'oxygène de l'autre côté.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les réactions entre les matières combustibles et l'oxygène sur ou dans la couche de laitier surnageant le bain métallique. 15

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on dépose les matières combustibles sur le laitier de protection et qu'on injecte l'oxygène à basse pression dans la couche de laitier.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on provoque les réactions entre les matières combustibles et l'oxygène sur un plateau ou une cuvette suspendue au-dessus du bain ou nageant dans celui-ci.

5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon une des re vendication 1 à 4 comportant une poche métallurgique (1) munie de moyens d'adduction d'oxygène et de brassage du bain ainsi que d'un tube plongeur (5), serti dans un couvercle (4) qui recouvre la poche (1), dans lequel tube plongeur est sertie une goulotte 30 (6), caractérisée en ce que la goulotte (6) est reliée au moins à une goulotte vibrante (9a) dans laquelle débitent des doseurs (9) montés sur des réservoirs (8) de matières combustibles et en ce que le ou les moyens débitant l'oxygène dans le tube plongeur(5) sont reliés à des sources d'oxygène de faible pression. 35

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la goulotte vibrante (9a) débite par l'intermédiaire d'un sas dans - 2 - la goulotte (6) qui est reliée à une source de gaz neutre ou réducteur.

7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce 5 qu'elle comporte à l’intérieur du tube plongeur (5) un plateau & (7) ou une cuvette (13).

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la cuvette (13), flottant dans le . bain de métal, est munie de 10 pièces d’écartement et est prolongée vers le bas par un cône.

9. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le plateau (7) est fixé à la goulotte (6).

10. Installât ion selon une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que la goulotte (6) est munie d’au moins deux canaux d’adduc tion d’oxygène.

11. Installation selon une des revendications 5 â 9, caractérisée en 20 ce que la goulotte (6) est avoisinée d’au moins une lance à oxy gène (lia) éventuellement refroidie à eau.

12. Installation selon une des revendications 5, 7, 8, 9, 11, caractérisée en ce que la goulotte (6) est munie de moyens lui fai- 25 sant décrire un mouvement de préférence circulaire et en ce que les moyens d’adduction d’oxygène sont munis de moyens leur per-' mettant de suivre le mouvement décrit par la goulotte.