Brevet FR2128488A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne, un procédé de préparation d'acier selon le procédé d'affinage par soufflage à l'oxygène, et en particulier la préparation d'aciers d'emboutissage au chrome, doux et effervescents, à partir d'une fonte au chrome, selon lequel on ajoute des agents de 5 scorification basiques et éventuellement des fondants pour former des scories liquides réactives. La préparation d'aciers selon le. procédé.d'affinage par soufflage à l'oxygène présente des difficultés lorsqu'il s'agit d'affiner une fonte brute contenant des impuretés qui se scorifient en donnant des oxydes 10 difficilement fusible^ ce qui gêne la formation de scories liquides et réactives. Une telle fonte brute est, par exemple, une fonte brute pour acier au chrome contenant environ 4 7° de C, 0,5-0,8 % de Si, 1,4 "L de Mn, 0.2 % de P au maximum, 0,04 % de S au maximum et 0.9-1,2 % de Cr. On soumet cette fonte à un soufflage à l'oxygène pour produire des aciers d'emboutissage 15 doux, effervescents et résistant au vieillissement comportant 0,2-0,4 % de Cr (voir Rinesch R. : "Die Verhuttung chromhaltiger Eisenerze bis zur Herstellung kaltgewalzter, unberuhigter, aIterungsbestandiger Tiefziehbleche mit 0,2-0,4 % Chrom", Berg- und HUttenmSnnische Monatshefte, 112 (1967), pages 402/412). Pour le soufflage d'une fonte brute au chrome, on devait jusqu1 à présent 20 prendre en considération une durabilité réduite du convertisseur. Il est en effet nécessaire d'ajouter des fondants au début du traitement des scories qui, en raison du C^O^ formé, sont visqueuses et friables. Il se forme alors, à température élevée, des scories trop fluides qui sont très agressives et attaquent particulièrement les installations réfractaires. Un autre 25 problème, qui est de même lié à la formation retardée de scories fluides, est la formation d'un loup à l'extrémité de la lance. Tant que les scories sont "sèches", c'est-à-dire friables, le convertisseur "crache", ce qui projette à une grande hauteur et éjecte du convertisseur de petites gouttes de fer. Ces projections forment à la partie inférieure de la lance de 30 soufflage des dépôts difficiles à éliminer de métal et de scorie'ë, que l'on doit enlever après chaque charge, ce qui provoque une chute du rendement. En outre, cette formation de loup6 peut également provoquer un endommagement des lances de soufflage. On se heurte à des difficultés semblables lorsque l'on soumet au soufflage une fonte brute ayant une faible teneur en silicium 35 et/ou manganèse, par exemple une fonte contenant 4 7= de C, moins de 0,3 % de Si, moins de 0,6 % de Mn, 0,2 % de P au maximum et 0,04 % S au maximum. Avec les deux types de fonte, il se forme des scories liquides, arrêtant la projection, de façon surprenante, au bout de -8 mn environ seulement après 72 07111 2 2128488 le début du soufflage, c'est-à-dire au bout d'un temps réprésentant environ 60 % du temps de soufflage global qui est de 14 mn. On a fait de nombreux essais et on.a présenté diverses propositions pour accélérer la formation de scories fluides au cours du procédé d'affinage 5 par soufflage à l'oxygène. On peut ainsi, par exemple, augmenter la distance entre la surface du bain et la lance de soufflage et souffler "plus doucement" mais,dans ce cas, il se produit dans le convertisseur une combustion partielle du monoxyde de carbone se formant au cours de l'affinage, ce qui use plus fortement les éléments réfractaires dans la partie supérieure du convertisseur. 10 On a également proposé d'envoyer en continu sur le bain, avec le courant de soufflage, des additifs finement pulvérisés tels que de la chaux modérément calcinée, comme il est par exemple décrit dans le brevet autrichien n° 208.373. Mais il est nécessaire, pour introduire les matières solides, de disposer d'un appareillage coûteux, qui est également sensible aux 15 perturbations. En outre, ces installations d'introduction de matières solide î 'exigent en partie un matériau en poudre extraordinairement fine dont la préparation est coûteuse. L'introduction de chaux en poudre pour la formation rapide des scories n'est, par conséquent, justifiée que pour l'affinage de fontes brutes ayant une haute teneur en phosphore, car on peut ainsi éviter 20 avant tout les difficultés métallurgiques concernant la déphosphoration, tandis qu'au contraire le problème de la formation de loups à l'extrémité de la lance de soufflage ne se pose pas dans ce cas. D'après le brevet autrichien n° 208.373, on sait également que, pour l'affinage de- fontes Thomas qui a lieu en deux phases, les scories â haute teneur en étant 25 soutirées entre temps, les scories finales sont conservées dans le convertisseur et sont utilisées pour la charge suivante. Ces scories finales fluides ont, de façon surprenante, une teneur en CaO très élevée, de sorte que leur utilisation pour la charge suivante permet également d'éviter l'utilisation de chaux. Mais ce procédé selon lequel on retient les scories finales, ou une 30 partie de celles-ci, présente des difficultés lorsque la fonte brute liquide de la charge suivante est introduite dans le convertisseur, car il se produit des réactions vives et parfois explosives entre le carbone contenu t dans la fonte brute et l'oxyde de fer des scories. Un autre inconvénient est que le poids et la composition des scories finales ne restent pas constants, 35 ce qui peut donner lieu à des perturbations pendant le déroulement du traitement de la charge suivante et à des analyses erronées. De même, la température des scories finales et leur viscosité peuvent être très différentes au début du soufflage de la charge suivante, de sorte qu'il peut y avoir 72 07111 3 2128488 des retards importants en ce qui concerne le moment exact de la formation des scories réactives. En dehors de ces difficultés opératoires, il est impossible d'utiliser le procédé selon lequel on réutilise les scories finales pour la charge suivante pour l'affinage de fontes brutes contenant 5 environ 1 % de chrome, car ces fontes sont affinées selon un procédé en une étape, de sorte que les scories finales contiennent la quantité totale de chrome scorifié sous forme de Cr^O^ et, par conséquent, ne peuvent être réutilisées. Pour surmonter les difficultés ou accélérer la formation de scories dans des convertisseurs d'affinage par soufflage à l'oxygène, 10 on a proposé, selon la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DOS n° 1.608.310, d'introduire des agents de scorification "synthétiques" à la place de la chaux ou du carbonate de calcium en poudre ou en morceaux, ces agents de scorification doivent être préparés à partir d'un mélange d'un oxyde de calcium avec un minerai de fer en poudre, partiellement ou 15 totalement fritté. La préparation de scories synthétiques exige certàines matières premières et est coûteuse, car son utilisation ne s'est pas encore justifiée à l'échelle de la grande industrie. Selon une- autre proposition non publiée - demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne P 2000 735.6 ( Battelle Institut, Frankfurt) - on peut introduire, dans 20 un convertisseur d'affinage par soufflage à l'oxygène, des scories synthétiques préparées à partir de la "boue rouge"*provenant de l'industrie de l'aluminium, de dolomite, chaux et bauxite, pour permettre, par une formation rapide de scories liquides, d'améliorer la durabilité des éléments réfracta ires. 25 On peut enfin mentionner sous ce rapport la propostion contenue dans la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DAS n° 1.783.013 concernant un procédé de préparation d'aciers ayant des teneurs en carbone comprises entre 0,3 et 1,0 % comme charges dans un procédé d'affinage par soufflage à l'oxygène, selon lequel, pour obtenir des teneurs en phosphore 30 plus faibles, on ajoute une partie de la quantité de chaux nécessaire sous forme d'un mélange chaux-oxyde de fer, également d'origine synthétique, à un moment compris entre le début du soufflage et la moitié du temps de soufflage ; on doit préparer et utiliser des boulettes de chaux et de "boue rouge" ou de chaux et de boue de poussières de soufflage, ce qui est égalemement 35 coûteux. L'invention a pour objet un procédé économique simple à mettre en oeuvre permettant de diminuer la formation de loups à l'extrémité des lances de soufflage et d'éviter les pertes de rendement par projection du métal La "boue rouge" est un résidu provenant de la préparation d'aluminium à partir de la bauxite par le procédé Bayer. 72 07111 4 2128488 au début du soufflage, ce qui permet également d'améliorer la durabilité des éléments réfractaires du convertisseur. L'invention concerne par conséquent un procédé tel que défini précédemment, selon lequel on ajoute à la fonte brute, avant le soufflage 5 ou au début de celui-ci, par tonne de charge métallique, 5 à 50 kg , de préférence 20 à 30 kg de scories solides ne comportant pas d'oxyde de chrome et contenant 10 à 20 % de Fe, 8 à 15 7. de Si02, 4 à 10 7, de Mn, 45 à 55 7» de CaO, 1 à 5 °L de MgO, 1 à 5 % de Al^ et 1 à 3 7. de P^, dont la taille des particules est comprise entre 3 et 20 mm et, de préférence, 10 entre 3 et 8 mm, et on Introduit aussitôt dans le convertisseur, sous forme de chaux calcinée, entre Le moment correspondant à 5 %'du temps de soufflage global et le moment correspondant à 20% de ce même temps, la quantité de (SO nécessaire pour permettre la scorification des impuretés de la fonte brute et l'obtention de scories ayant la basicité souhaitée. 15 On utilise de préférence des scories dont la température de ramollis sement, déterminée par la méthode des cônes pyrométriques, est comprise entre 1300 et 1370cC et dont le point de fusion est inférieur à 1380°C. On donne dans ce qui suit les compositions de scories utilisées dans des charges opératoires, dont les températures de ramollissement déterminées 20 par la méthode des cônes pyrométriques sont comprises entre 1340 et 1350°C et dont les points de fusion sont de 1360°C. 25 30 35 Scorie 1 Scorie 2 % Fe . 15,0 14 jo 7o Si02 11, 6 11, 6 7o Mn 7,2 ' 7,1 % OaO 49,2 50,0 % MgO 4,4 4,2 * AI2O3 3,5 4,7 % P2O5 1,35 1,35 Ces scories se forment au cours de l'affinage de fontes brutes pour aciers ne comportant pas de chrome et ayant la composition usuelle ; comme on peut disposer de ces scories à bon marché, seuls les frais de broyage sont à prendre en considération lorsqu'on les utilise selon l'invention. On dispose ainsi d'un produit sidérurgique déjà présent, dont on n'a donc pas à faire la syjj^hèse, dont la fonction principale dans le cadre du procédé de l'invention est de former une couche protectrice de scories diminuant les projections au moment du début du soufflage, de sorte que 72 07111. 5 2128488 les lances de soufflage sont protégées. Gomme dans ces scories d'aciéries le CaO est en majeurè partie Hé aux oxydes usuels et la fraction libre de chaux participant aux réactions métallurgiques est insignifiante,; ces scories n'agissent essentiellement que comme couches de protection contre 5 les projections du convertisseur, avant que les scories métàllurgiques mêmes soient formées. On peut également ajouter les scories d'aciéries solides, sans oxyde de chrome, déjà dans la poche de chargement en fonte brute, de sorte que ces scories sont déjà chauffées au moment du début du soufflage et sont liquéfiées encore plus rapidement. Ce n'est qu'après le début du 10 soufflage, c'est-à-dire entre le moment correspondant à 5 % du temps de soufflage global.et le moment correspondant à 20 % de ce même temps, que l'on ajoute, éventuellement ai préœnce de fondants, la chaux nécessaire aux réactions métallurgiques (déphosphration et désulfuration). Lorsque l'on calcule la quantité de chaux à ajouter, on doit naturellement tenir compte de la quantité 15 de CaO libre contenue dans les scories solides ajoutées. En opérant ainsir le temps nécessaire à la formation de scories liquides réactives est diminué d'au moins 2 mn pour le soufflage des fontes brutes au chrome ; la formation des scories peut ainsi être terminée au bout d'un temps représentant environ 40 % du temps de soufflage global. On peut 20 en outre supprimer les additions de minerai usuelles au début du soufflage, qui doivent permettre une liquéfaction plus rapide des scories, ce qui conduit à une augmentation de la quantité de ferrailles ajoutées et, par conséquent, à un abaissement du prix de revient des charges. On peut également, en utilisant des scories solides, éviter d'ajouter des fondants 25 qui sont toujours nuisibles pour les éléments réfractaires. Enfin, l'abaissement du temps nécessaire à l'élimination des loups formés au bout des lances permet d'améliorer la productivité. De même, les quantités de ferro-manganèse, ajoutées dans la poche de coulée pour la production d'aciers d'emboutissage effervescents contenant 0,2 à 0,4 % de chrome, peuvent être 30 diminuées car l'utilisation de scories solides pour la formation d'une couche protectrice pour le bain de fonte brute permet d'éviter dans une large mesure les projections de métal et de gouttelettes de scories qui, au début du procédé, ont une teneur en manganèse élevée ; la teneur en manganèse de l'acier est par conséquent avant l'extraction légèrement supérieure à celle 35 des aciers que l'on a produits selon un procédé usuel. On donne dans le tableau ci-après des résultats opératoires .permettant de constater les avantages du procédé selon l'invention. 72 07111 6 Nombre de charges (poids de la charge 30 t) Période d'attente globale due à la formation de loups sur les lances de soufflage Nombre de charges par jour Rendement en lingots d'acier brut de bonne qualité Quantités introduites par tonne d'acier en lingots Fontes brutes liquides Ferrailles Fer provenant de minerai Cha ux Fluorine Scories solides (taille des particules 3 à 8 mm) Additions en poche par tonne d'acier en lingots Ferromanganèse Sans addition de scories solides 243 455 mn 42,8 . 88,34 % 944,37 kg 206,47 kg 13,83 kg 50,60 kg 4,48 kg 0 kg 2,35 kg 2128488 Avec addition de scories solides 267 60 mn 48,8 88,69 % 892,02 kg 260,37 kg 0 kg 43,37 kg 2,70 kg 28,36 kg 1,82 kg 72 07111 7 2128488 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'acier selon le procédé d'affinage par soufflage à l'oxygène, en particulier pour la production d'aciers d'emboutissage au chrome doux et effervescents à partir d'une fonte brute au chrome, selon lequel on ajoute des agents de scorification basiques et éventuellement des fondants pour former des scories liquides et réactives, caractérisé en ce qu'on ajoute à la fonte brute, avant le soufflage ou au début de celui-ci, par tonne de charge métallique, 5 à 50 kg et , de préférence, 20 à 30 kg de scories solides ne comportant pas d'oxyde de chrome et contenant 10 à 20 % de Fe, 8 à 15 % de Si02, 4 à 10 % de Mn, 45 à 55 % de CaO, 1 à 5 % de MgO, 1 à 5 % de Al^O^ et 1 à 3 % de ^ont les particules ont une taille de 3 à 20 mm et, de préférence, de 3 à 8 mm et on introduit ensuite dans le convertisseur dans l'intervalle de temps allant de 5 à 20 % du temps de soufflage global, par rapport au début du soufflage, sous forme de chaux calciné, la quantité de CaO nécessaire à la scorification des impuretés de la fonte brute et à l'obtention de scories ayant le degré de basicité souhaité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise des scories dont la température de ramolliffiement déterminée par la méthode des cônes pyrométriques est comprise entre 1300 et 1370°C et dont le point de fusion est inférieur à 1380°C.