Brevet FR2139642A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne l'affinage des aciers al- liés contenant du chrome et, plus spécialement, des aciers inoxydables. On sait que la décarburation de bains d'acier contenant du chrome ne peut se faire sans perte notable de chrome dans la scorie que si lton recourt à l'un ou l'autre des deux moyens suivants a) Ddárburation à température élevée. b) Décarburation sous pression partielle d'oxyde de car bone réduite. La température doit tre d'autant plus élevée, ou bien la pression partielle d'oxyde de carbone doit autre d'autant plus basse, que la teneur en carbone du bain est plus faible, et que sa teneur en chrome est plus élevée. L'emploi d'une température élevée dans le four électrique d'affinage est bien connu et très utilisé ; il présente plusieurs inconvénients, dont les principaux sont une consommation élevée des réfractaires dn four et un taux d'utilisation du four qui se trouve réduit par la fréquence des réparations. L'emploi d'une pression partielle d'oxyde de carbone rd- duite est également bien connu et cette pression réduite est, selon les procédés utilisés, réalisée de deux manières différentes a) soit en plaçant sous vide le bain à décarburer par de 1'oxygène insufflé b) soit en soufflant dans le bain de 1' oxygène dilué dans un gaz neutre, tel que de l'argon par exemple, l'argon nlentradnnnt pas, comme l'azote, pourtant moins onéreux, une nitruration du bain. Dans cette deuxième manière, il est connu de souffler, au moyen de tuyères immergées à double alimentation séparée, de l'oxygène au centre de chaque tuyère, et de l'argon en un voile périphérique. Mais ce système d'injection conduit à une tenue médiocre des tuyères, l'argon ne freinant qu'insuffisamment l'usure du nez des tuyères due à la corrosion à chaud par les oxydes de fer. De plus, ce système d'inåection connu revient à faire jouer simultanément à l'argon deux rOles distincts : un effet de protectio; des tuyères et un effet de dilution de l'oxyde de carb issu de la décarburation par l'oxygène, en vue de faire baisser sa pression partielle.Or, ces deux effets ne vont pas toujours dans le mEme sens avec la mkme intensité : ainsi l'abaissement de la pres sinon partielle d'oxyde de carbone n'est pas nécessaire au-dessus d'une teneur en carbone de ,49 pour 18 0 de chrome environ, et autour de 16000 C, tandis que la protection des tuyères contre l'u- sure exige au contraire à ces niveaux de carbone un débit d'argon déjà très notable. Il y a donc intértt à réaliser ces deux effets différents (protection et dilution) au moyen de deux fluides distincts, sur chacun desquels on puisse agir indépendamment. Le but de la présente invention est ainsi de eonserver l'effet de dilution par un gaz neutre, tel que l'argon par exemple et de réaliser la protection des tuyères de soufflage contre l'usure au moyen d'un écoulement d'un liquide contenant du carbone, par exemple du fuel-oil0 A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'affinage des aciers alliés contenant du chrome et, plus spécialement, des aciers inoxydables, caractérisé par le soufflage dans le bain à affiner, de jets à double alimentation séparée, comportant chacun au centre un écoulement principal d'un gaz oxydant constitué d'un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre, et à la périphérie un écoulement d'un liquide contenant du carbone, séparé de l'écoulement principal. Suivant une caractéristique particulière de la présente invention, le mélange gazeux de l'écoulement principal est de l'air ordinaire ou de l'air enrichi en oxygène. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, le gaz neutre mélangé à l'oxygène pour former l'écoulement principal est de l'argon. Suivant une autre caractéristique particulière de 1' in- vention, la teneur en gaz neutre mélangé à l'oxygène est variable au cours de l'affinage. Suivant une autre caractéristique particulière de 1' in- vention, la teneur en gaz neutre du mélange d'oxygène et de gaz neu-tre est nulle pendant une première phase de l'affinage, et elle est ensuite croissante jusqu'à atteindre 70, donc pour 30 % d'oxygène seulement, à la fin de l'affinage, c'est-à-dire aux basses teneurs en carbone du bain. Suivant une autre caractéristique particulière de l'in- vention, le convertisseur, ou la poche, dans lequel s'effectue l'affinage selon l'invention, est placé sous vide. Suivant une autre carateristìque particulière de l'in veation, Itecoulement périphérique de chaque jet est constitué par du fuel-oil Suivant une autre caractéristique particulière de l'in- vention, l'écoulement périphérique est constitué par une émulsion d'argon dans du fuel-oil. Suivant une autre caractéristique particulière de l'in invention, la proportion en poids de débit du fuel-oil par rapport au débit d'oxygène est comprise entre I % et 10 ffi et de préférence entre 2,5 % et 4 %. Elle peut autre constante ou variable au cours de l'aifinage. Comme on le comprend, l'un des principaux avantages du procédé, selon l'invention, est la séparation du rôle de protection des tuyères, joué par le liquide contenant du carbone, du rôle de dilution de l'oxyde de carbone issu de la décarburation du bain, joué par le gaz neutre. il en résulte, en premier lieu, que la durée en service des tuyères appliquant le procédé, selon l'invention, est plusieurs fois plus élevée que la durée des tuyères soufflant seulement de l'oxy- gène et de l'argon. En second lieu, il devient possible, gracie à l'invention, de souffler de l'oxygène pur, sans gaz neutre, puisque la protection du nez des tuyères est assurée par un faible débit de liquide contenant du carbone, pendant une bonne partie de l'affinage, par exemple, dans le cas de 18 % de chrome dans le bain, tant que la teneur en carbone du bain ne tombe pas au-dessous de 0,400 %. Un autre avantage de l'invention est que l'on peut utiliser à la fin de la décarburation une forte concentration en gaz neutre, tel que l'argon, et donc une faible concentration en oxygène, ce qui réduit encore davantage les pertes en chrome, et ceci sans trop nuiez au bilan thermique total de l'affinage, puisqu'il a été possible de souffler de l'oxygène pur, sans argon, pendant la première phase de l'affinage, et de préparer ainsi un bilan thermique favorable. Un autre avantage de l'invention est que la consommation d'argon est notablement réduite par rapport à celle des procédés orF nus utilisant en permanence de l'argon et de l'oxygène, mme si l'on utilise selon l'invention 70 % d'argon dans les derniers instants de l'affinage, toujours à cause d'une première phase, assez longue, à L'oxygène pur sans argon. On peut aussi intercaler une phase intermédiaire à l'air ordinaire ou mieux à l'air enrichi en oxygène, pendant un temps as sez court, néanmoins, pour que la nitruration du bain par l'azote du vent ne devienne pas prohibitive. On peut enfin, mais ce n'est pas indispensable, placer le convertisseur sous vide, ou sous pression réduite, ce qui a pour effet soit de réduire la scorification du chrome à égale consommation de gaz neutre, soit de réduire la consommation de-gaz neutre à égale scorification du chrome. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode d'affinage selon l'invention. On dispose d'un convertisseur de 20 tonnes pourvu de 2 tuères à double alimentation séparée, admettant chacune le gaz oxydant au centre et du fuel-oil à la périphérie. On charge dans ce convertisseur 20 tonnes d'acier liquide à 15400 C, issu d'un four électrique, et contenant C = 0,9 % Ni = 10,4 % Si = 0,2 % Cr = 17,7 % DE = 0,85 %0 Pendant la première période, on souffle de l'oxygène pur, et pendant les deux dernières périodes un mélange d'argon et d'oxygène dans les proportions suivantes Argon, en Nm3/min. Oxygène, en Nm3Zmin. Argon 1ère période 0 30 0 % 2ème période 15 15 50 % 3ème période 21 9 70 % La périphérie de chaque tuyère reçoit un débit de fuel-oil domestique, soigneusement contrôlé, de 1 litre/minute, soit 2 litmwS minute pour les 2 tuyères. Les durées du soufflage sont les suivantes 1ère période ......................... 6 minutes 2ème période ........................... 6 minutes 3ème période ........................... 6 minutes TOTAL 18 minutes A la fin du soufflage, le bain présente l'analysesuSuante: C = 0,015 % Ni = 10,4 % Mn = 0,055 % Cr = 16,6 % Température : 16700, obtenue grace à une addition convenable de chutes à la nuance dans le convertisseur, afin d'équilibrer le bilan thermique. Les consommations, pour 20 tonnes, sont les suivantes Oxygène : 324 Nm3, soit 16,2 Nm3jt Argon : 216 Nm3, soit 10,8 Nm3/t Puel-oil : 96 1, soit 1,8 litreft La perte en chrome dans la scorie est faible : 1,1 % en diminution de teneur, soit 6 % du chrome total contenu dans le bain. On peut en récupérer une partie par réduction par du ferro-silicium. il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de 'l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de mgme qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. RRVIOAT IONS Procédé d'affinage des aciers alliés contenant du chrome et, plus particulièrement, des aciers inoxydables, caracté- risé par le soufflage, dans le bain à affiner, de jets à double alimentation séparée, comportant chacun au centre un écoulement principal d'un gaz oxydant constitué d'un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre, et à la périphérie un écoulement d'un liquide contenant du carbone, séparé de l'écoulement principal. 2) Procédé d'affinage selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le mélange gazeux de l'écoulement principal est constitué par de l'air ordinaire ou par de l'sir enrichi en oxygène. 3) Procédé d'affinage selon la revendication 1,caractéri- sé en ce que le gaz neutre mélangé à oxygène pour former l'écou- lement principal est de l'argon. 4) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la teneur en gaz neutre du mélange d'oxygène et de gaz neutre formant l'écoulement principal est variable au cours de l'affinage. 5) Procédé affinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la teneur en gaz neutre du mélange d'oxygène et de gaz neutre formant l'écoulement principal est nulle pendant une première phase de l'affinage et elle est ensuite croissante jusqu'à atteindre 70% donc pour 30% d'oxygène seulement, à la fin de l'affinage, c'est-à-dire aux basses teneurs en carbone du bain. 6) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écoulement périphérique de chaque jet est constitué par 7) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écoulement périphérique de chaque jet est constitué par une émulsion d'argon dans du fuel-oil. 8) Procédé d'affinage selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la proportion en poids de débit du fuel-oil par rapport au débit d'oxygène est comprise entre 1 % et 10%, et de préférence entre 2,5 % et 4 %. 9) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le convertisseur, ou la poche, contenant le bain à affiner est placé sous vide ou sous pression réduite.