Brevet FR2128619A1 — publié le 19721020

La présente invention est relative à la fabrication d'acier par oxydation et concerne plus particulièrement le contrôle de la teneur en carbone de l'acier en fusion à la fin du processus d'affinage. Le contrôle de la teneur en carbone à la fin du soufflage de l'oxygène dans les procédés de production d'acier par oxydation a posé un problème pendant de nombreuses années. Différents procédés sont bien connus dans la technique pour tenter de prévoir le point final ou la teneur finale en carbone, et ainsi commander la teneur en carbone à la fois pendant et, en particulier, à la fin du soufflage de l'oxygène. Ces procédés comprennent l'examen de la flamme sortant de l'orifice du convertisseur en ce qui concerne son change*-ment de la couleur, l'analyse des gaz dégagés, la mesure de la température de l'acier en fusion et l'analyse acoustique du métal dans le convertisseur, tous ces éléments indiquant les changements de composition et en particulier les changements de la teneur en carbone de l'acier en fusion. Ces procédés présentent tous cependant l'inconvénient commun que bien qu'ils permèttent de contrôler la teneur en carbone au moment de la mesure, une évaluation de la vitesse de changement de la teneur en carbone ou encore une prévision du point final, c'est-à-dire de la teneur en carbone de l'acier chaud fini est extrêmement difficile. Les procédés de la technique antérieure sont également relativement imprécis et l'un des buts de l'invention est de fournir un procédé perfectionné pour régler la teneur finale én carbone de ltacier. L'invention est basée sur la découverte qu'une prévision précise et rapide de la teneur finale en carbone peut être faite par la technique consistant à contrôler de façon continue le poids de la charge dV récipient du convertisseur ou du four pendant le soufflage d'affinage jusqu'à un point de poids minimum, et au-delà de ce point. On a constaté qu'après le passage au point de poids minimum, la perte en carbone du métal en fusion est fonction de la quantité d'oxygène injectée dans l'enceinte du convertisseur ou du four. Lorsque cette relation a été déterminée par un essai d'étalonnage classique effectué pour un récipient particulier de convertisseur ou de four, la teneur finale en carbone peut 'être prévue avec précision et contrôlée par l'injection de la quantité calculée d'oxygène dans le métal en fusion après le passage au point l"s terme convertisseur est utilisé dans la présenBAD ORIGINAL}' 72 07556 2 2128619 te description pour désigner toute installation dans laquelle* de l'acier est affiné par un processus quelconque impliquant l'injection d'oxygène, y compris les procédés dans lesquels d'autres matériaux tels que des combustibles sont injectés dans le récipient. L'invention a pour objet un procédé de réglage de la teneur finale en carbone dans un processus de fabrication d'acier comprenant une injection d'oxygène, selon lequel on détecte un état de poids minimal de la charge d'acier produite à la suite de l'injection d'oxygène et on continue l'injection après le passage par cet 10 état, pendant une période qui permet l'injection d'une quantité d'oxygène qui est déterminée d'après un rapport préalablement établi et qui est suffisant pour diminuer la teneur en carbone jusqu'à la valeur désirée à partir de celle existant à l'état de poids mi-nima1. De préférence, le poids minimal de charge est détecté en contrôlant le poids de la cuve dans laquelle se trouve la charge. Le poids de la cuve chargée est contrôlé de façon commode au moyen d'une ou de plusieurs cellules de charge, bien connues dans la technique, qui peuvent soit être disposées sur la cuve elle-même, PO soit de façon plus appropriée être accouplées au bâti de support de la cuve. L'invention a également pour objet un appareil pour régler la teneur en carbone d'un acier dans tin processus de fabrication d'acier par injection d'oxygène, caractérisé en ce qu'il comprend ^ un bâti de support de la cuve dans laquelle l'acier doit être affiné, ainsi que des dispositifs accouplés à ce bâti de support et sensibles aux changements de poids de là charge d'acier en fusion à l'intérieur de la cuve, qui permettent de détecter l'étèt de poids minimal de la charge et injecter après le passage par cet état, une quantité déterminée d'oxygène efficace agissant selon une relation préalablement établie, de façon à réduire la teneur en carbone à la valeur désirée. Le poids de la cuve chargée est contrôlé de façon commode au moyen d'une ou de plusieurs cellules de charge, bien connues 35 dans la technique, qui peuvent soit être disposées sur la cuve elle-même, soi# de façon plus appropriée, être accouplées au bâti de support de la cuve. Dans l'e cas où la cuve est soutenue de façon classique sur des colonnes de support, les cellules de chargecsont, de façon commode disposées au-dessous de ces colonnes. En variante la cuve peut être soutenue sur les colonnes de support par l'inter-^ 72 07556 3 2128619 médiaire de tourillons et les cellules de charge peuvent être disposées au-dessous de ces tourillons. D'une façon idéale, l'injection d'oxygène est effectuée au moyen d'une lance disposée au-dessus de la charge en fusion, 5 bien que d'autres procédés d'injection tels, par exemple , que le soufflage par le fond de la cuve puissent être employés. D'une façon appropriée, la vitesse d'injection de l'oxygène est maintenue constante lorsque l'état de point minimal a été atteint, mais la hauteur de la lance et le débit de l'injection d'oxygène peuvent tous les deux être modifiés çi on le désire, avant que soit atteint cet état de poids minimal de sorte que la vitesse d'affinage et les conditions de cet affinage, par exem- " pie la vitesse de formation du laitier et la vitesse d'oxydation peuvent varier. Une telle suite d'opération, comme on l'a indiqué, !5 facilite le contrôle de la teneur finale en carbone avec une grande précision. Les signaux de sortie produits par les cellules de charge, qui indiquent le poids de la charge de la cuve, sont contrôlés de façon commode au moyen d'un circuit électrique en pont qui est 20 sensible aux changements de sortie des cellules de charge, changements provoqués par les variations correspondantes du poids de la cuve. Cependant, on peut utiliser d'autres procédés pour mesurer la sortie des cellules de charge. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au 25 cours de la description qui va suivre, faite en se référant -aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels : la Pig. 1 est une vue de face d'un dispositif de pesage suivant un mocte de réalisation de l'invention ; 30 la Fig. 2 est une vue latérale de l'un des deux ensembles de pesage nécessaires dans un autre mode de réalisation de l'invention ; la Fig. 3 est une vue en plan de l'ensemble de pesage représenté à la Fig. 2 ; 35 la Fig. 4 montre les changements de composition se pro duisant dans la charge d'acier au cours de l'affinage ; la Fig. 5 montre le changement caractéristique de poids qui se produit dans la cuve du convertisseur pendant la dernière moitié du processus d'affinage dans la fabrication d'acier à l'aide 40 d'oxygène. la Fig. 6 est une courbe caractéristique montrant la rela 72 07556 4 2128619 tion entre la quantité d'oxygène injectée dans la cuve du convertisseur et la teneur finale en carbone obtenue grâce à cette injection. La Fig. 1 montre un ensemble convertisseur caractéristique comprenant une cuve 10 ayant des tourillons 11 supportés par des paliers 12 d'un bâti de support désignés dans son ensemble par la référence ljj. La cuve 10 comporte un orifice supérieur afin de recevoir le métal fondu provenant par exemple d'un haut-fourneau et, si on le désire, des copeaux de fer ou d'acier peuvent également être ajoutés à la charge de métal fondu. La charge est affinée par injection d'oxygène au moyen d'une lance (non représentée) introduite de haut en bas dans l'orifice supérieur et se terminant à peu de distance de la surface de la cuve, dans èe mode de réalisation. Après l'affinage, l'acier fondu est versé dans un moule approprié en faisant basculer la cuve 10 autour des tourillons 11. Dans un agencement commode de l'invention, des cellules de charge 14 sont disposées au-dessous des colonnes voisines supportant la cuve 10, comme représenté à la Fig. 1. Chaque cellule de charge 14 est essentiellement constituée par une biHette d'acier, de précision, à laquelle est étroitement liée une jauge de contrainte constituée par une bande mince de métal, sensible à la charge en tension ou en compression produite par le poids de la cuve 10. En connectant ces bandes dans un circuit en ppnt de Wheat-stone voisin ( non représenté) une corrélation électrique peut être obtenne entre la sortie du pont et la charge appliquée suivant les changements de poids se produisant dans le convertisseur pendant le processus d'affinage. Les colonnes 13 de support du convertisseur présentent une forme en équerre dans un but de stabilité et sont constitués par des poutres 15 à peu près verticales et des poutres 16 à peu près horizontales qui sont entretoisées, pour renforcer la rigidité, dans les angles internes 17 au sommet desquels sont réunies les poutres. Ces colonnes 13 sont mobiles autour d'axes de pivotement 18 auxquels les poutres 16 sont fixées à leur extrémité et qui sont ancrés dans le sol 19. Deux cellules de charge 14 sont disposées séparément au-dessous de chacune des poutres horizontales 16 des supports 13 du convertisseur, aux coins externes ou au voisinage de ceux-ci., les tourillons 11 de la cuve du convertisseur étant placés dans des paliers 12 qui sont situés au voisinage de la partie supérieure des poutres verticales 15 desdits supports 13. La 72 07556 5 2128619 cuve 10 du convertisseur ainsi que sa charge et les colonnes de support 13 peuvent ainsi "flotter" sur les cellules de charge 14 afin de réaliser un transfert efficace du poids de la charge. Dans une variante représentée aux Fig. 2 et 3j les cellules de charge 20 sont disposées au-dessous des tourillons 21 auxquels la cuve du convertisseur (non représentée) est fixée. Dans cet agencement, la partie supérieure de l'une des deux colonnes 22 de support des tourillons du convertisseur comporte une échancrure 23 de forme rectangulaire usinée avec précision qui est délimitée par une base horizontale 24 et deux parois verticales 25. L'échancrure 23 est ouverte sur l'extérieur et traverse la colonne de support 22, depuis sa paroi latérale 26 jusqu'à sa paroi latérale 27, la -. paroi latérale 27 étant la plus proche de la cuve du convertisseur. Quatre cellules de charge 20 sont disposées dans la partie inférieure 24 de l'échancrure 23 et un bâti ou cage 28 de support de tourillons ayant une forme cubique,est introduit dans l'échancrure 23 afin de reposer sur les cellules de charge 20. La cage 28 a une section transversale plus petite que la distance entre les parois verticales 25 de l'échancrure 23 et comporte quatre galets 2gt cylindriques, en acier trempé, réalisés avec précision qui sont disposés dans des cavités de la cage 28. Deux des galets 29 sont logés dans chacune des parois 30 de la cage 28 et peuvent tourner en roulant sur les parois 25, ce qui permet à la cage 28 de se déplacer verticalement dans l'échancrure 23. Un palier J1 pour un tourillon est introduit dans un trou cylindrique qui traverse la partie centrale des parois opposées 32 de la cage 28 et enferment le tourillon 21 soutenant la cuve du convertisseur. Un ensemble -analogue à celui décrit est prévu à la partie supérieure de la colonne voisina de support du convertisseur. Les variations du signal fourni par les cellules de charge, provoquées par la variation du poids de la cuve sont surveilléeset utilisées pour déterminer le point de poids mjnimal. "endant l'affinage à l'oxygène, un certain nombre de changements de composition se produisent dans l'acier, comme on le voit sur 1e Fig. 4. Du carbone est extrait en continu pendant le EjV.ffl? d'r-ffinage et sort du convertisseur. soit sous forme d'oxy-ds de carbone soit sous forme d'acide carbonique de sorte qu'il se pro^ui1: "jne perte de poids de la charge équivalente à la perte do carbone D'autres éléments, principalement du manganèse, du n-: 1 •: m"■■ >.T' eu phosphore, migrent âe la partie métallique du bad original 72 07556 6 2128619 bain dans le laitier et apparaissent principalement sous la forme d'oxydes. Un gain de poids de la charge résulte de l'oxydation de ces éléments. Cependant, la seule contribution très importante à toute augmentation du poids de la charge est celle de l'oxydation 5 du fer dans le laitier, et c'est la différence entre la vitesse de cette oxydation et celle de l'extraction du carbone qui détermine le point final, suivant l'invention. La Fig. 5 montre une variation caractéristique du poids de la charge pendant la dernière moitié du processus d'affinage, 10 moment où l'extraction du silicium et sa migration dans le laitier est à peu près achevée. Sur la figure, la partie de courbe AB représente la période pendant laquelle les oxydes de fer dans le laitier ont été réduits à un minimum par l'action chimique du carbone contenu dans le bain en fusion, et commencent à augmenter 15 de nouveau lorsque la teneur en carbone, qui est décroissante, ne peut pas réduire l'oxyde de fer. La partie de courbe BC représente la nouvelle réduction de carbone. La partie de courbe CD représente les phases finales du processus d'affinage, lorsque la formation droxyde de fer est supérieure à la vitesse d'extrac-20 tion du carbone, de sorte que le poids de la charge augmente. Le point C représente le point de poids minimal qui est atteint ensuite par une teneur en carbone de la charge d'environ 0,29$ en poids si l'on suit une méthode à lance stable. Ce point peut être déterminé en contrôlant de façon continue le poids de la 25 cuve chargée du convertisseur pendant l'affinage, mais peut varier d'une cuve à une autre et avec différents procédés d'affinage. Suivant l'invention, le point final de la teneur en carbone désiré peut être prévu ou choisi en se référant à une 30 courbe étalon telle que celle représentée à la Pig. 6 dans laquelle l'oxygène portée en ordonnée est rapporté au point final en carbone porté en abscisse. Cette courbe est le résultat d'un certain nombre d'essais expérimentaux au cours desquels différentes quantités connues d'oxygène ont été injectées dans la charge 35 en fusion après qu'ait été atteint le poids minimal de la charge. Lorsque cette courbe est valable, elle peut être utilisée par extrapolation ou par interpolation pour déterminer la quantité d'oxygène nécessaire pour atteindre la teneur finale en carbone désirée et par conséquent commander cette teneur finale en car-40 bone en injectant cette, quantité d'oxygène dans la charge avant 72 07556 7 2128619 le renversement. La quantité d'oxygène injectée dans la charge peut être déterminée par une mesure directe du débit de gaz par des moyens classiques, ou par contrôle du temps d'écoulement d'un courant de gaz ayant un débit constant et connu. En variante, la quantité d'oxygène injectée dans la charge peut être déterminée en contrôlant le poids de la charge, comme indiqué plus haut, le rapport entre la variation du poids et la quantité d'oxygène injecté étant connu. V 72 07556 8 2128619 REVENDICATIONS 1. Procédé pour régler la teneur finale en carbone dans un processus de fabrication d'acier par injection d'oxygène, caractérisé en ce que l'on détecte le point de poids minimal de la charge d'acier produite à la suite de l'injection d'oxygène et 5 que l'on continue l'injection d'oxygène après que ce point ait . été atteint, pendant une période permettant l'injection d'une quantité d'oxygène qui est choisie en fonction d'une relation préalablement établie et qui est suffisante pour diminuer la teneur en carbone jusqu'à la valeur désirée, à partir de celle 10 existant au point de poids minimal. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la relation établie utilisée à partir de l'état de poids minimal est une relation entre l'oxygène ajouté pour un poids de charge donné et la réduction correspondante delà teneur 15 en carbone. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'oxygène est injecté au moyen d'une lance disposée au-dessus de l'acier en fusion. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé 20 en ce que le débit d'injection de l'oxygène est maintenu constant après le passage au point de poids minimal. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 et k, caractérisé en ce que la hauteur de la lance et le débit d'injection d'oxygène sont modifiés avant que le poids-minimal 25 ait été atteint. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'état de poids minimal est détecté en contrôlant le poids de la cuve dans laquelle la charge est contenue. 30 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le poids de la cuve chargée est contrôlé au moyen d'une ou de plusieurs cellules de charge. 8. Procédé suivant*la revendication Y, caractérisé en ce que les cellules de charge sont reliées à une structure de 35 support de la cuve. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la structure de support de lacuve comprend des coloniE s de support et que les cellules de charge sont disposées au-dessous de ces colonnes. BAD ORIGINAL 72 07556 9 2128619 10. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le support de la cuve comprend des colonnes sur lesquelles la cuve est soutenue au moyen de tourillons qui reposent sur les cellules de charge . 5 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, carcatérisé en ce que les signaux de sortie des cellules charge sont contrôlés au moyen d'un circuit électrique en pont. 12. Appareil pour régler la teneur en carbone de l'acier dans un processus d'affinage d'acier par injection d'oxygène, 10 du type comprenant une cuve pour contenir l'acier en fusion et un bâti de support de la cuve, caractérisé en ce que des dispositifs sensibles au poids de la charge sont accouplés au bâti de support et fournissent une indication des variations du poids de la charge dans la cuve. 15 13. Appareil suivant la revendication, 12, caractérisé en ce que les dispositifs sensibles au poids sont constitués par plusieurs cellules de charge. 14. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les cellules de charge sont reliées à un circuit élec- 20 trique en pont de contrôle des signaux de sortie provenant desdites cellules de charge et produits par des variations correspondantes du poids de la cuve. 15. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le bâti de support de la 25 cuve comprend des colonnes. 16. Appareil suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les cellules de charge sont disposées au-dessous des colonnes(13) ^ 17. Appareil suivant la revendication 15, caractérisé 30 en ce que la cuve est supportée par les colonnes (13) au moyen , de tourillons et que les cellules de charge sont disposées au-dessous de ces tourillons. BAD ORIGINAL?