Brevet FR2051745A1 — publié le 19710409

. 2051745 ' La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un acier de haute qualité en des charges supérieures à une tonne dans un récipient, par exemple un four à poche. Il y a lieu d'observer qu'un acier de haute qualité doit 5 satisfaire à des normes sévères quant à la pureté.du laitier. Cela signifie, par exemple, que les teneurs de phosphore, d'oxygène et de soufre de l'acier doivent être basses et que le débouchage et la coulée doivent être réalisés de manière correcte. La méthode la plus courante utilisée jusqu'à présent pour la fabrication dlm 10 acier de haute qualité consiste en la fusion dans un four à arc de mercure par un procédé à deux laitiers. La durée en charge est de la sorte subdivisée en deux périodes principales : la première couvrant la fusion, éventuellement l'affinage et la purification du phosphore, et la seconde couvrant la désoxydation et la désul-15 furation. La dernière pério'de , appelée période de réduction , englobe 30% de la durée totale en charge. Du faitdes procédés modernes de dégazage,en particulier le procédé ASEA-SKF développé en Suède, on peut fabriquer un acier ayant une très faible teneur de laitier d'oxyde sans période de réduction dans le four de fusion 20 (ASEA Journal 39 (1966): 6-7, pages 87-95}„ Cependant, dans les procédés connus de dégazage, la désulfuration est négligeable. Avec le procédé développé suivant la présente invention, réalisant la désulfuration en même temps que la désoxydation, on peut arriver à une augmentation considérable de production et, en même temps, 25 l'acier fabriqué de cette manière est d'une qualité très élevée. Une désulfuration suivant le procédé à deux laitiers dans un four à arc électrique est. une méthode longue et laborieuse, qui est par conséquent coûteuse. Le potentiel en oxygène atteint par cette méthode n'est pas non plus suffisamment bas„ Le rendement 30 obtenu des additifs prévus pour la désulfuration est, par conséquent , insatisfaisant. On a procédé à de nombreux essais pour obtenir un acier désulfuré de haute qualité à l'échelle industrielle dans des récipients se trouvant à l'extérieur du four à arc électrique . Cependant, on n'a pas réussi jusqu'à présent, ce qui est 35 probablement dû à des périodes trop courtes de traitement'sans pos-âbilité de chauffage, ainsi qu'à une agitation insuffisante . Une désulfuration à l'échelle expérimentale a été réslisée jusqu'à des teneurs très basses s en utilisant des agents de désulfuration,tels ©AD ORIGINE I 2 70 24213 2051745 que SiCa, AlCa et CaC2 par exemple. L'invention vise à réaliser une désulfuration dans un récipient se trouvant à l'extérieur du four à arc, et ce à l'échelle industrielle. Les avantages de l'invention sont que' la désulfura-5 tion peut être réalisée de façon peu coûteuse et jusqu'à des pourcentages extrêmement faibles de soufre, et que la capacité du four est accrue. Le procédé exige que certains problèmes pratiques, par exemple les problèmes concernant la teneur d'oxygène , la durabili-10 té du garnissage, la fuite d'oxygène depuis cElui-ci et depuis la surface du bain, et le contact entre llacier et l'agent de désulfuration, doivent être résolus. L'invention est caractérisée en ce que de la chaux et/ou un autre agent formateur de laitier basique sont ajoutés à une piquée d'acier se trouvant dans le récipient 15 pour obtenir un laitier très basique ,avec addition éventuelle d'autres additifs de désulfuration, par exemple du mischmétal, du calcium, du silicium-calcium et de l'aluminium-calcium, de manière que cette piquée soit bien désoxydée et soit soumise à une agitation énergique et à un chauffage durant le traitement. 20 Pour des raisons pratiques, le procédé de désulfuration devrait être réalisé dans le four à poche utilisé pour le dégazage de l'acier, mais on peut le mettre en oeuvre également dans.un autre récipient,, Le procédé de désulfuration est basé sur la réaction avec la phase de laitier fondu, qui doit être fortement basi-25 que,, et éventuellement sur des additions d'un agent de réaction solide. Des fours en acier conçus pour une opération sous vide sont habituellement garnis de briques neutres qui sont toutefois attaquées par des laitiers basiques. Les fours dans lesquels la désulfuration est féalisée suivant les procédés classiques sont habi-30 tuellement garnis d'une matière basique. De tels garnissages ne sont pas sûrs lorsqu'on agit sous vide et sont également sensibles à de trop fortes fluctuations de température, de sorte qu'ils ne conviennent pas pour une utilisation dans des récipients et des fours du type envisagé. 35 Un acier fabriqué de cette manière est d'une qualité très élevée et sa fabrication peut être réalisée à grande échelle à un coût faible. L'acier obtenu peut être coulé de façon continue ou par fournées. SAQ ORIGINAL 3 70 24213 Le procédé tel que défini ci-dessus peut être utilisé par exemple dans un four du type employé pour le procédé ASEA-SKF. Une piquée d'acier peut être coulée dans un récipient ou poche , pourvu d'un couvercle traversé par des électrodes , -et la piquée 5 est ainsi chauffée jusqu'à une certaine température grâce à des arcs électriques produits sous le couvercle. Entre temps, on ajoute de la chaux qui fond avec formation d'un laitièr basique. Une agitation est réalisée pendant l'entièreté du traitement par des dispositifs d'agitation électromagnétiques polyphasés. Le récipient 10 est ensuite pourvu d'un couvercle à vide comportant des moyens de mise sous vide et un dégazage est réalisé pour léduire le pourcentage d'oxygène et d'autres gaz nocifs. Lorsqu'on a atteint le degré désiré de dégazage, le vide est supprimé et on ajoute de l'aluminium et ensuite du mischmétal (par exemple la moitié de la quantité 15 totale de mischmétal), la piquée est encore agitée, par exemple pendant environ 15 minutes, puis on ajoute de l'aluminium , s'il faut en ajouter, et une partie de la quantité restante du mischmétal, tandis que la piquée est agitée pendant 15 minutes supplémentaires. On ajoute alors de l'aluminium et le restant du mischmétal, 20 et on agite la piquée pendant environ la même période de temps. On peut ajoutër le mischmétal en une seule étape ou en plusieurs, comme dans l'exemple ci-dessus. Si le procédé est utilisé dans un récipient sans traitement sous vide, celui-ci est remplacé par une désoxydation par précipitation avec un désoxydant puissant, par 25 exemple de l'aluminium. La piquée obtenue de cette manière est d'une qualité élevée avec de basses teneurs de soufre et d'oxygène. qu'elle est coulée dans le récipient, on peut appliquer le vide directement ,à la suite de quoi le laitier fortement basique est 30 produit, et on ajoute l'aluminium et le mischmétal durant le chauffage et l'agitation. Le traitement sous vide est réalisé jusqu'à-ce qu'on atteigne la faible teneur désirée de gaz. une agitation grâce à une insufflation de gaz ou par une agitation 35 mécanique (agitateur mécanique ou poche vibrante), et le chauffage peut également être réalisé par d'autres moyens que des arcs électriques. Le but de l'agitation est que toutes les parties de la piquée soient atteintes par l'effet de dégazage et aussi d'assurer Si la piquée a une température suffisamment élevée lors- L'agitation électromagnétique peut être remplacée par 70 24213 2051745 un contact satisfaisant entre le laitier en cours de désulfuration et tout agent de désulfuration ajouté, et la piquée d'acier. On empêche une fuite d'oxygène depuis le garnissage vers la piquée en utilisant un garnissage basique ou un garnissage de 5 haute qualité en briques neutres contenant du Al^O^. A la limite du laitier, le garnissage devrait être basique pour empêcher une forte attaque de celui-ci par le laitier fortement basique. L'acier à traiter devrait être bien désoxydé pour le procédé de désulfuration. Ceci est réalisé grâce au traitement sous 10 vide avec un couvercle à vide appliqué sur le récipient , ou avec un réservoir à vide entourant le récipient , et/ou par l'addition d'un désoxydant puissant à la piquée, par exemple de l'aluminium, et agitation de la piquée grâce à des dispositifs d'agitation électromagnétiques, de basse fréquence, ou par insufflation d'un gaz, 15 ou encore par des moyens mécaniques. Durant la désulfuration, la piquée devrait être recouverte par un laitier fortement basique, de préférence préparé à partir de cha.ux, réduit avec de l'aluminium , et avec addition éventuelle d'un agent fondant. On peut ajouter du spath fluor à la coulée afin 20 d'empêcher le laitier de se solidifier. La chaux devrait être bien séchée pour éviter une teneur accrue d'hydrogène dans la piquée. Le laitier" fortement basique empêche une fuite perturbatrice d'oxygène depuis la surface du bain et il a également un effet partiel de désulfuration. Dans de nombreux cas, la désulfuration obtenue 25 de cette manière est très suffisante. La chaux devrait être ajoutée en des quantités de 0,2 à 2,0% en poids, en particulier de 0,3 à 1,5% en poids , mais de préférence de 0,5 à 1,0% en poids du poids total de la charge. On ajoute du mischmétal dans le procédé de désulfuration en une quan-30 tité allant jusqu'à 1% du poids de la charge, en particulier jusqu'à 0,3%) mais de préférence de 0,1 à 0,2%. On peut également ajouter du calcium pour le procédé de désulfuration, de préférence sous la forme d'alliages de calcium donnant une teneur de calcium allant jusqu'à environ 0,5% en poids 35 par rapport au poids de la charge, la quantité préférée étant de 0,2 à 0,3%, ou bien on peut ajouter du magnésium dans le même but, de préférence sous la forme d'alliages de magnésium , que l'on a-joute en une quantité similaire. On peut également prévoir des 70 24213 • 2051745 combinaisons du calcium et du magnésium. Dans des expériences utilisant un poids de charge de 5q tonnes .réalisées pour la désulfuration dans une poche à vide, celle-ci a été pourvue d'un garnissage basique à la limite du lai-5 tier , et à part cela d'un garnissage neutre habituel. Dans toutes les expériences , on a ajouté de la chaux en des quantités telles que données par la suite. Après un dégazage normal sous un couvercle à vide (voir ASEA Journal mentionné précédemment), on a ajouté 100 gr de Al/ton-10 ne. Dans une expérience (1), on n'a ajouté aucun-autre agent de -désulfuration que la chaux à la piquée, tandis que, dans les autres expériences ( 2^5 ) , on a également ajouté du mishcmétal en différentes quantités. On a ajouté ce mischmétal par immersion dans le bain en trois étapes (voir précédemment) à des intervalles d'environ 15 15 minutes entre les étapes'. On ajoute toujours de l'aluminium avant le mischmétal afin de maintenir basse l'activité d'oxygène. Comme mentionné, la quantité de l'aluminium ajouté d'abord est de 100 gr/ tonne et, par la suite, de 50 gr/tonne lors de chaque addition. On a obtenu les résultats suivants pour les 5 charges 20 envisagées . Charge Qualité Additifs Teneur en soufre n° d'acier Chaux, % Mischmétal, % Avant débouchage Coulée 1 SIS 1650 0,5 - 0,037 0,016 2 SIS 1650 O CD 0,2 0,034 0,001 3 SIS 1650 CO O 0,05 0,038 0,016 4 SIS 2225 0,8 0,1 0,025 0,005 5 SIS 2511 co o 0,2 0,032 0,002 Comme on peut le voir, le degré de désulfuration est 30 très élevé lorsqu'on ajoute également du mischmétal (charges 2-5), mais même avec uniquement l'addition de chaux (laitier basique), on est arrivé à une désulfuration satisfaisante, (charge 1). Au cours d'expériences utilisant un poids de charge d'environ une tonne sans traitement sous vide, on a obtenu les résul-35 tats suivants. Durant les expériences, la partie inférieure du récipient a été garnie de manière neutre s tandis que sa partie supérieure a été garnie de manière basique. Durant les expériences, on a réalisé les additions suivantes ; 70 24213 6 2051745 Charge Qualité Agent de Quantité, Teneur de soufre, % n° d'acier désulfuration % Avant Après traitement Traitement 1 SIS 1572 SiCa 0,3 X 0,035 0,004 2 SIS 1572 SiCa 0,3 X 0,026 0,003 3 SIS 2225 SiCa 0,3 X 0,021 0,003 4 SIS 1572 AICa 0,9 X 0,040 0,002 5 SIS 1572 mischmétal 0,2 0,050 0,004 6 SIS 1572 mischmétal 0,3 0,039 0,005 7 SIS 2225 mischmétal 0,3 0,028 0,007 8 SIS 1572 CaC2 0,6 X 0,036 0,008 9 SIS 1572 CaC2 s o X 0,035 0,012 ÎO SIS 1572 CaO, SiCa o H ;0,03X 0,036 0,004 11 ' SIS 1572 CaO 1,0 0,033 0,012 15 x = calculée sur Ca dans le's alliages Un laitier fortement basique se trouve à la surface du bain, ce laitier constituant jusqu'à 1,0% du poids de la charge dans les expériences 1-9, et jusqusà 0,3% du poids de la charge dans les expériences 10-11. 70 24213 ■ 7 2051745 REVENDICATIONS 1. Procédé dedésulfuration d'un acier en des charges supérieures à une tonne dans un récipient, par exemple un four à poche, caractérisé en ce que ce récipient est pourvu d'un garnissage 5 basique à l'endroit du laitier ,et ailleurs d'un garnissage empêchant l'oxygène de fuir depuis ce garnissage, et en ce que de la chaux et/ou un autre agent formateur de laitier basique sont ajoutés à une piquée d'acier se trouvant dans le récipient pour obtenir un laitier fortement basique, avec addition éventuelle d'autres 10 additifs de désulfuration, par exemple du mischmétal , du calcium, du silicium-calcium et de l'aluminium-calcium, de manière que la piquée soit bien désoxydée grâce à un dégazage sous vide et/ou une désoxydation par précipitation, la piquée étant soumise à une agitation énergique et à un chauffage durant le traitement. 15 2. Procédé suivaht la revendication 1, caractérisé en ce que la désoxydation est réalisée par application d'un vide à la surface de la piquée, par exemple en utilisant un récipient pourvu d'un couvercle.à vide ou en prévoyant un réservoir à vide, et en agitant la piquée, par exemple grâce à des dispositifs d'agitation 20 électromagnétiques à basse fréquence ou grâce à une insufflation de gaz , ou encore par une agitation mécanique. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute de la chaux en une quantité de 0,2 à 2,0% en poids par rapport au poids total de la charge, en 25 particulier une.quantité de 0,3 à 1,5%, de préférence de 0,5 à 1,0%. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute le mischmétal en une quan-titéjallant jusqu'à 1% du poids de la charge, en particulier jusqu'à 0,3%, de préférence de 0,1 à 0,2%. 30 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute du calcium ou des alliages en contenant en une quantité allant jusqu'à environ 5% en poids par rapport au poids de la charge, de préférence d'environ 0,2 à 0,3%. 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 35 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute du magnésium ou des alliages en contenant en une quantité allant jusqu'à 0,5% en poids par rapport au poids de la charge, de préférence de 0,2 à 0,3% . 7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 8 24213 . 2051745 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise pour le garnissage des briques basiques ou des briques neutres contenant du Al O . 2 3 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laitier est admis à flotter facilement grâce à l'addition d'aluminium et éventuellement d'un agent fondant, tel que du spath fluor (CaF2), de manière à empêcher la fuite d'oxygène depuis le laitier vers la piquée par l'action réductrice de l'aluminium.