Brevet FR2123212A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne un nouveau procédé d'élaboration des aciers inoxydables, et plus généralement des aciers fortement alliés. Selon les procédés connus, l'élaboration des aciers inoxydables peut se faire de plusieurs manières bien différentes. L'élaboration traditionnelle s'effectue au four électrique, à partir de chutes à la nuance, en utilisant l'insufflation d'oxygène et les hautes tem pératures qui en résultent pour décarburer le bain tout en limitant les pertes en chrome dans la scorie, et en terminant par une réduction du chrome scorifié. D'autres modes d'élaboration, apparus plus récemment, consistent à partir d'une fonte de haut-fourneau ou de cubilot chargée en chrome et en nickel, et à décarburer cette fonte au moyen d'un soufflage d'oxygène par lance dans un convertisseur. D'autre part, on tend de plus en plus à favoriser la décarburation du bain en abaissant la pression partielle de l'oxyde de carbone qui en résulte, soit en mélangeant un gaz neutre à l'oxygène, soit en plaçant le bain métalli- que sous vide pendant la phase finale de l'insufflation d'oxygène. Le but de la présente invention est d'utiliser un procédé speciale- ment économique, ne présentant ni les inconvénients de l'élaboration préalable d'une fonte alliée, ni le coût relativement élevé d'une élaboration d'acier inoxydable au four électrique. Le procédé utilise au départ une fonte hématite usuelle non alliée. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'aciers inoxydables, et plus généralement d'aciers alliés, caractérisé par la combinaison d'un affinage d'une fonte hématite non alliée, dans un convertisseur d'aciérie recevant d'autre part des additions de ferro-alliages à base de chrome, de nickel et/ou de manganèse, carbures et/ou siliciés, liquides ou solides, avec ou sans additions de chutes d'aciers inoxydables, affinage poursuivi jusqu'à une teneur en carbone comprise entre 0,200 % et 1,5 %, et de pre- férence comprise entre 0,300 % et 1 %, avec un affinage final sous vide poursuivi jusqu'aux basses teneurs en carbone désirées, au moyen d'une insufflation d'oxygène ou d'un gaz ozydant, conjuguée avec un brassage du bain, cet affinage sous vide étant suivi d'une remise à l'air et d'une réduction du chrome de la scorie par une addition de silicium ou d'aluminium, ou de ferro-alliages en contenant. Selon une caractéristique particulière de l'invention, si la fonte hématite contient une teneur en phosphore supérieure à celle qui est admissible pour obtenir finalement la teneur en phorphore visée dans l'acier, ce qui est fréquent, l'affinage de la fonte hématite dans le convertisseur non placé sous vide est effectué en deux temps successifs : un premier temps de désiliciation, de décarburation et de déphosphoration, les additions métalliques aåoutées dans ce premier temps n' apportant qu'une teneur en chrome limitée bien calculée pour que la perte en chrome dans la scorie soit faible, car ce chrome scorifié ne pourra pas etre récupéré, et aussi parce qu'un excès de chrome gènerait la dk- phosphoration, ce premier temps d' affinage se terminant par un décrassage très soigné de la scorie chargée en phosphate de chaux ; et un deuxième temps d1af- finage au cours duquel le bain métallique reçoit les additions de ferro-alliages mentionnées au précédent paragraphe. Selon une autre earactEristique particulière de la présente invention, l'insufflation d'oxygène ou d'un gaz oxydant dans le convertisseur est réalisée au moyen d'une lance, et le courant d'oxygène ou de gaz oxydant peut porter en suspension de la chaux pulvérulente, spécialement utile dans la phase déphosphorante. Selon une autre caractéristique particulière de la présente invention, l'insufflation d'oxygène ou d'un gaz oxydant ou d'un mélange oxydant dans le convertisseur est réalisée au moyen de tuyères noyées dans le fond ou dans les parois du convertisseur. Selon une autre caractéristique particulière de la présente invention, les tuyères de soufflage d'oxygène ou d'un mélange oxydant dans le convertisseur sont des tuyères à double alimentation séparée, l'oxygène ou le gaz oxydant étant insuffle dans l'axe de chaque tuyère, et un fluide refroidissant étant insufflé autour de chaque jet d'oxygène ou de gaz oxydant. Ce fluide refroidissant est de préférence un liquide contenant du carbone, et plus particulièrement du fuel-oil, surtout si le fond du convertisseur et son revetement sont constitués d'un mélange de dolomie gouaronnée. Selon une autre caractéristique particulière de la présente invention une partie des ferro-alliages carburés et/ou siliciés, ou une partie des chutes d'aciers inoxydables, à introduire dans le convertisseur, est remplacée par une addition de minerai, avec ou sans chrome. Selon une autre caractéristique particulière de la présente invention, le dernier temps de soufflage, qui s'effectue sous vide, est réalisé directement dans le convertisseur placé lui-meme sous vide. Au contraire, selon une autre caractéristique particulière de la présente invention, le bain métallique contenant entre 0,200 % et 1,5 % de carbone est coulé dans une poche spéciale qui est ensuite mise sous vide tout en recevant une insufflation d'oxygène ou de mélange oxydant. Selon une autre caractéristique particulière de la présente invention, pendant la phase sous vide, si l'oxygène ou ie mélange oxydant est insufflé par lance, on produit simultanément un brassage du bain, soit par insufflation d'un gaz neutre à travers un bouchon poreux placé au fond du récipient, soit par induction, soit par tout autre moyen convenable. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, si le récipient placé sous vide est une poche de coulée, et non pas le convertisseur, ladite poche est dépourvue de quenouille et est munie d'un autre moyen de vidange connu. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, l'acier inoxydable est désulfuré par addition d'un produit désulfurant, soit dans le récipient, convertisseur ou poche, a-ant subi la mise sous vide, après remise à l'air, par brassage intensif du laitier et du bain par l'un des moyens sus-mentionnes, soit par transvasement du bain métallique depuis ce recipient jusque dans une poche de coulée. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, la fonte hématite est fortement désulfurée en poche avant d'être enfournée dans le convertisseur. Commue on le comprend, le procédé selon l'invention comprend, en principe trois temps de soufflage, le premier temps n'étant nécessaire que si la fonte contient plus de phosphore que la quantité admissible, compte-tenu du phosphore à obtenir dans l'acier, ce qui est d'ailleurs le cas le plus frequeft Dans ce cas, après avoir versé dans un convertisseur à soufflage par le bas ou par le haut la fonte hématite non alliée, la chaux, les additions nickelifères et les additions refroidissantes convenables, ces dernières n'ap- portant qu'une teneur en chrome limitée, calculée pour que la perte en chrome dans la scorie soit faible, on procède au premier temps de soufflage, désiliciant, décarburant et déphosphorant, qui est suivi d'un décrassage très soi gne de la scorie phosphatée.On s'efforce de terminer le soufflage à la teneur en carbone du bain la moins basse possible compte-tenu de la basse teneur en phosphore à obtenir dans l'acier. Le deuxième temps de soufflage (qui peut être le premier si la fonte contient suffisamment peu de phosphore) consiste à ajouter au bain métallique provenant du premier temps de soufflage ou à la fonte, en une ou plusieurs fois, des ferro-alliages tels que du ferro-nickel carburé, et/ou silicié, (en complément éventuel du ferro-nickel déjà introduit en première phase) du silico-chrome carburé, du ferro-chrome carburé, avec ou sans chutes d'aciers inoxydables, et à oxyder par soufflage le silicium et le carbone du bain métallique chargé de ces additions. L'enfournement est naturellement calculé de façon à ce que la ehaleur dégagée par l'oxydation du silicium et du carbone permette d'équilibrer le bilan thermique de la conversion, et de terminer sans excès de température, donc autour de 1 5800 C à 1 620 C > par exemple. Le soufflage est arrêté à une teneur en carbone de préférence voisine de 0,300 % à 1 %, afin que la perte en chrome dans la scorie reste très faible. Pour le troisième temps de soufflage, qui a lieu sous vide, on peut, suivant les installations dont on dispose, soit placer le convertisseur lui meme sous vide, soit transvaser le métal liquide dans une poche spéciale à placer ensuite sous vide. Le récipient ainsi placé sous vide doit aussi etre pourvu d'un moyen de brassage, soit par barbotage d'un gaz soufflé à travers un bouchon placé au fond dudit récipient, soit par induction, soit par tout autre moyen, dans le cas où l'oxygène (ou le gaz oxydant) est introduit au moyen d'une lance. Dans le cas où cet oxygène (ou ce gaz oxydant) est introduit par des tuyères noyées dans le fond ou dans le revêtement du récipient, le brassage naturel dû au soufflage et aux bulles d'oxyde de carbone qui en résultent peut suffire, sans qu'il soit toujours nécessaire de faire appel à un moyen de brassage supplémentaire. La décarburation sous vide étant achevée, et la scorification du chrome limitée gracie au vide et au brassage simultané, on procède à la remise à l'air, puis à une réduction du chrome scorifié, au moyen d'une addition de silicium, ou d'aluminium, ou de ferro-alliages en contenant, toujours en s'ai dant du brassage. Eventuellement, on effectue une désulfuration finale en poche par addition d'un produit désulfurant. L'avantage principal du procédé selon l'invention est son bas prix de revient. On part d'une fonte hématite usuelle, donc qui ne nécessite pas une marche spéciale du haut-fourneau ou du cubilot, et qui peut être utilisée ailleurs pour élaborer des aciers non alliés. Ainsi l'engin producteur de fonte n'est pas spécialisé. On utilise la chaleur dégagée par le carbone et le silicium de ferrç- alliages vendus pour leur poids de nickel et de chrome, le carbone et le silicium contenus étant gratuits ou très bon marché. Le nickel est conservé ints- gralement dans la phase liquide. Le chrome n'est que légèrement scorifie, car d'une part, au cours du soufflage à la pression atmosphérique, la téneur en carbone du bain reste assez élevée, en principe supérieure à 0,200 1, et meme 0,300 %, et d'autre part, au cours du soufflage sous vide jusqu'à de basse teneurs en carbone, la faible pression partielle d'oxyde de carbone favorise la décarburation par rapport à l'oxydation du chrome.De plus, la majeure partie du chrome scorifié est récupérée au cours de la phase finale de reduction. Cette récupération est efficace et économique car précisément, la quantité de chrome scorifie est très faible. Un autre avantage de l'invention est que la quasi-totalité des ferroalliages utilisés, apportant en particulier du nickel et du chrome, est cons tituée par des ferro-alliages carbures et/ou siliciés, donc intermédiaires entre les minerais de chrome ou de nickel et les ferro-alliages affinés, et que le nickel et le chrome en provenance de ferro-alliages carburés et/ou siliciés sont meilleur marché que s'ils proviennent de ferro-alliages affinés ou suraffinés. l'économie ainsi réalisée dans l'invention par rapport aux procédés traditionnels est importante. Les frais de transformation sont modérés, puisqu'on utilise un convertisseur au lieu d'un four électrique. Enfin, le procédé présente la cadence rapide du convertisseur d'acier érie, un peu ralentie toutefois par la phase de mise sous vide. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du procédé selon l'in vention, pour obtenir un acier inoxydable austénitique à 18 % de chrome et 10 % de nickel. Dans un convertisseur LD chaud, on charge d'abord 9 000 kg de fonte au nickel solide, sous forme de gueusets et dont la composition est la suivante C = 1,7 % - Si = 3 % - S = 0,200 % - Ni = 26 % - Cr = 1,7 % Sur cette fonte au Ni, on charge 21 550 kg de fonte non alliée liquide, dont la température est 1 420 C, et la composition chimique C = 3,9 % - P = 0,3 % - Si = 0,9 % - Mn = 0,3 % - S = 0,030 % On procède alors à la première phase de l'opération d'affinage dans le but de déphosphorer. Pendant le soufflage à l'oxygène, on ajoute 3 460 kg de chaux vive en morceaux. Au cours du soufflage de cette lere phase, on ajoute encore 9 000 kg de fonte au nickel solide. A la fin de ce premier soufflage, on procède à un décrassage très soi gné du bain dans la cornue. La température du bain est alors de 1 5600 C et la composition chimique C = 0,4 % - Mn = 0,33 % - P = 0,030 % - S = 0,055 % - Ni = 13,15 % Cr = 0,82 % On procède alors à la deuxième phase de l'affinage qui consiste à ajouter en 3 fois alternées avec des soufflages d'oxygène - 13 000 kg de Fe/Si/Cr solide de composition chimique :: C = 5,2% - Si.= 12,1 % - Cr = 63,3 % - Fe = 19,4 % - 17 100 kg de chutes de refroidissement de composition C = 0,09 % - Mn = 1,7 % - Ni = 10,1 % - Cr = 18,7 % - 3 240 kg de CaO en morceaux. En fin de la deuxième phase, on procède à un décrassage de la scorie, la température du bain atteint alors 7 5900 C et sa composition chimique est la suivante C = 0,340 % - Mn = o,46 % - P = 0,024 % - S = 0,037 - Ni = 10,5 % Cr = 18,7 % La troisième phase consiste en une décarburation sous vide par injection d'oxygène gazeux sous vide, concomitant avec un brassage énergique du bain maintenu sous vide à l'aide d'Argon insufflé à travers un bouchon poreux placé au fond du récipient d'affinage sous vide. Environ 35 minutes après le démarrage de l'installation d'aspiration, la pression se stabilise à 0,7 torrs environ. On remet le bain sous pression atmosphérique et un nouveau prélèvement est fait pour analyse. On obtient alors la composition suivante C = 0,013 % - Mn = 0,44 % - P = 0,023 % - S = 0,038 % - Ni = 10,6 % Cr = 18,2 % La température du bain à ce moment-là est de 1 5800 C. On procède alors à la phase finale de réduction et désulfUration ; pour cela, on ajoute au convertisseur 10 Kg/t d'un laitier réducteur pluvéru- lent composé de 60 % CaO - 25 % de Spath fluor - 15 % d'aluminium en grenaille. Après brassage du laitier et du métal au convertisseur par soufflage d'Argon à travers le bouchon poreux, on effectue la coulée en poche. On obtient en poche l'analyse suivante c = 0,017 % - Ma = 0,6 - P = 0,22 % - S = 0,018 % - Ni = 10,54 % - Cr = 18,65 % La température est à ce moment-là 1 5500 C. Le métal est enfin coulé en lingotière suivant la méthode classique. il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails, de meme qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. Revendications 1. Procédé d'élaboration d'aciers allies, et plus specialement d'aciers inoxydables, caractérisé par la combinaison d'un affinage d'une fonte hématite non alliée, dans un convertisseur d'aciérie soufflant de l'oxygène ou un gaz oxydant et recevant d'autre part des additions de ferro-alliages à base de chrome, de nickel et/ou de manganèse, carburés et/ou siliciés, liquides ou solides, avec ou sans addition de chutes d'aciers inoxydables, affinage poursuivi jusqu a une teneur en carbone comprise entre 0,200 % et 1,5 % > et de pré- férence comprise entre 0,300 % et 1 %, avec un affinage final sous vide poursuivi jusqu'aux basses teneurs en carbone visées dans l'agier, au moyen d'une insufflation d'oxygène ou d'un gaz oxydant, conjuguée avec un brassage du bain, cet affinage sous vide étant suivi d'une remise à l'air et d'une réduction du chrome de la scorie par une addition de silicium ou d'aluminium, ou de ferroalliages en contenant. 2. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon la revendication 1, spécialement valable si l'on dispose d'une fonte hématite contenant un peu trop de phosphore, caractérisé en ce que la combinaison des deux temps d'affinage décrite dans ladite revendication 1 est précédée d'un premier temps d'affinage comportant une déphosphoration sans oxydation notable du chrome, suivi d'un décrassage très soigné de la scorie phosphatée. 3. Procédé d'élaboration d'aciers allies selon l'une ou autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que oxygène ou le gaz oxydant est insufflé au moyen d'une lance. 4. Procédé ltélaboration d'aciers alliés selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'oxygène ou le gaz oxydant insufflé par une lance contient en suspension de la chaux pulvérulente. 5. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'oxygène ou le gaz oxydant est in sufflé au moyen de tuyères noyées dans le fond et/ou dans le revêtement du convertisseur d'aciérie. 6. Procédé d'élaberation d'aciers alliés selon la revendication 5 est ractérisé en ce que les tuyères de soufflage d'oxygène ou d'un gaz oxydant sont des tuyères à double alimentation séparée, l'oxygène ou le gaz oxydant étant n- sufflé dans l'axe de chaque tuyère, et un fluide refroidissement entant insufflé autour de chaque jet d'oxygène ou de gaz oxydant. 7. Procédé d'élaboration d'aciers allies selon la revendication 6, ca ractérisé en ce -;ie la fluide refroidissant est un liquide contenant du carbone, et plus particulièrement du tEel-ail. 8. Procédé d'élaboration d'aciers selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 7, caractérisé par l'introduction de minerais, avec ou sans chrome, dans le convertisseur d'affinage. 9. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour le dernier temps de soufflage, c'est le convertisseur lui-meme qui est placé sous vide. 10. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour le dernier temps de soufflage, le bain métallique est coulé dans une poche spéciale, qui est ensuite mise sous vide, tout en recevant une insufflation d'oxygène ou de gaz oxydant. 11. Procédé d'élaboration d'aciers allies selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que, pendant le der nier temps de soufflage avec mise sous vide, on produit un brassage du bain soit par insufflation d'un gaz neutre à travers un bouchon poreux placé au fond du récipient, soit par induction, soit par tout autre moyen. 12. Procédé d'élaboration d'aciers allies selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 et 11, caractérisé en ce que la poche placée sous vide est dépourvu de quenouille et est munie d'un autre moyen de vidange connu. 13. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 et 12, caractérisé en ce que, après le dernier temps de soufflage sous vide, et après remise à l'air et réduction du chrome scorifié, l'acier est désulfuré par addition d'un produit d - sulfurant, soit dans le récipient, convertisseur ou poche, ayant subi la mise sous vide, par brassage intensif du laitier et du bain par l'un des moyens mentionnés à la revendication 11, soit par transvasement du bain métallique depuis ce récipient jusque dans une poche de coulée. 14. Procédé d'élaboration d'aciers alliés selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la fonte hématie est dl5sulfurée en poche avant son enfournement dans le convertisseur.