Brevet FR2158140A1 — publié le 19730615

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'élaboration de l'acier au convertisseur qui constituent l'un et l'autre une combinaison nouvelle de moyens connus. On connait d'une part les procédés et dispositifs d'affinage de l'acier par lances d'oxygène soufflant de haut en bas. Parmi ceux-ci, on peut distinguer ceux qui font appel à des fours tournants, et ceux qui utilisent un convertisseur fixe pendant le soufflage, et basculant en début et en fin d'opération. ges derniers, qui utilisent des lances verticales, traitent aussi bien les fontes hématites que les fontes phosphoreuses, moyennant, pour celles-ci, certains artifices aujourd'hui bien connus, tels que la mise en suspension de poudre de chaux dans le courant d'oxygène de la lance, par exemple. Mais l'emploi d'oxygène pur, lorsqu'il est soufflé de haut en bas dans des convertisseurs verticaux, conduit à un brassage du bain métallique exclusivement dû à la décarburation et sur-l'intensité duquel il est, par conséquent, devenu impossible d'agir autrement que par le biais de la vitesse de décarburation. Il en résulte de nombreuses conséquences, parmi lesquelles on peut citer . un déséquilibre physico-chimique entre le bain et le laitier qui le surmonte, et en particulier entre la teneur en carbone du bain et la teneur en oxyde de fer du laitier. . une vive attaque du revêtement réfractaire du convertisseur par le laitier. . une capacité intérieure du convertisseur limitée par l'épaisseur du revêtement nécessaire pour obtenir une durée de vie satisfaisante de ce dernier. . des risques de moussage et de débordement par le bec du convertisseur, qui se produisent lorsque le déséquilibre physico-chimique précité s'accentue, et qui contraignent à limiter le tonnage de fonte liquide enfournée. On connait d'autre part les procédés de soufflage d'oxygène pur de bas en haut, à travers le fond d'un convertisseur, au moyen de tuyères doubles. Avec ces procédés, le déséquilibre physico chimie entre le bain et le laitier est beaucoup moins marqué que dans les procédés par lances. De plus, la tenue du revêtement réfractaire se trouve améliorée par le dépôt de carbone issu du cracking des hydrocarbures du fluide périphérique protecteur des tuyères doubles. Par contre, la majeure partie de la déphosphoration d'une fonte chargée en phosphore, notamment d'une fonte Thomas ne peut s'effectuer qu'après la fin de la décarburation.Cette servitude est sans inconvénient pratique dans la plupart des cas, soit que l'on recherche un acier extra-doux, soit que l'on procède à une recarburation à partir d'un acier extra-doux. Mais elle peut être gênante pour des nuances particulières d'aciers demi-dures ou dures, que l'on désire élaborer avec une faible recarburation finale. Chacun des deux modes de soufflage, par le haut, ou par le bas, présentant ses avantages et ses inconvénients propres, le but de la présente invention est d'optimiser les avantages de chacun d'eux, et de minimiser leurs inconvénients, en jumelant ces deux modes de soufflage dans un même récipient métallurgique. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un procédé d'élaboration de 1' acier caractérisé par le soufflage simultané dans un récipient métallurgique, d'un gaz oxydant d ' affi- nage, qui peut être de l'oxygène pur, d'une part de haut en-bas,-au moyen d'au moins une lance, et d'autre part de bas en haut, au moyen d'au moins une tuyère traversant le fond ou la paroi réfractaire dudit récipient et comportant au moins deux alimentations séparées, l'une pour le gaz oxydant, et au moins une autre pour un fluide contenant des hydrocarbures liquides ou gazeux ou même solides, sous forme pulvérulente ou pâteuse, et de préférence pour du fuel-oil, soit domestique, soit léger, soit lourd, soit même pâteux ou solide, ou encore pour des goudrons, destinés à protéger contre l'usure par corrosion oxydante à chaud, à la fois la tuyère, et le revêtement rEfractnire du récipient métallurgique. Suivant une caractéristique particulière du procédé selon la présente invention, des matières pulvérulentes, telles que de la poudre de chaux ou de castine par exemple, sont mises en-suspension dans l'apport de gaz oxydant soufflé de haut en bas. Suivant une autre caractéristique particulière du procédé selon l2invention, la majeure partie de l'oxygène d'affinage est introduite de bas en haut par les tuyères, tandis que le complément se trouve introduit de haut en bas au moyen d'une lance soufflant un gaz oxydant, qui peut être de ltorygène pur, tenant en suspension de la poudre de chaux ou de castine, en forte concentration, représentant une partie ou la totalité de la chaux nécessaire à l'affinage. Suivant une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, le gaz oxydant, introduit de bas en haut, à travers les tuyères, contient un gaz de brassage, neutre ou oxydant, qui peut être de l'azote, de l'argon, de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, etc., et l'on peut même supprimer l'oxygène et brasser le bain et le laitier par le gaz neutre seul, Si c'est nécessaire. Suivant une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, une quantité supplémentaire d'oxygène est introduite dans le récipient d'affinage, par une lance, ou par tout autre moyen tel qu'une ou plusieurs tuyères disposées dans le revêtement et soufflant au-dessus du bain, pour briller l'oxyde de carbone, issu de la décarburation du bain, en gaz carbonique, à l'intérieur même du récipient d'affinage, en vue d'améliorer le bilan thermique de la conversion. La présente invention concerne aussi un dispositif de miae en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus, constitué par un convertisseur d'aciérie, et caractérisé en ce qu'il comporte à la fois des moyens de soufflage d'oxygène de bas en hatt sous la forme de tuyères à double ou à multiple alimentation séparée, l'une étant pour l'oxygène, une ou plusieurs autres étant pour le fluide protecteur contenant des hydrocarbures, et des moyens de soufflage d' oxy- gène dehaut en bas, sous la forme d'au moins une lance. Selon une caractéristique particulière du dispositif selon la présente invention, au moins une tuyère comportant une protection par un fluide contenant des hydrocarbures est disposée au-dessus du bain, à travers le revêtement du convertisseur, et souffle un gaz oxydant, qui peut être de l'oxygène pur, destiné à brdler l'oxyde de carbone, issu de la décarburation du bain, en gaz carbonique, à l'intérieur même du convertisseur. Comme on le comprend, les principaux avantages du procédé et du dispositif selon l'invention peuvent se résumer en une très grande souplesse d'exploitation, un meilleur taux de remplissage du convertisseur, et un meilleur taux d'utilisation. En effet, grâce au soufflage par lance de haut en bas, on peut contrôler l'avance de la déphosphoration par rapport à la décarburation. Grâce à une concentration en poudre de chaux ou de castine dans le courant d'oxygène de la lance, qui peut être beaucoup plus forte que dans les procédés connus par lance seule, puisque la même quantité de poudre peut se trouver ici associée à une moindre quantité oxygène, les fumées rousses dates à la zone de surchauffe provoquée dans le bain par l'oxygène de la lance se trouvent considérablement rdduites. D'autre part, l'introduction d'un gaz oxydant de bas en haut conduit à un soufflage plus calme, et permet donc d'accroître le tonnage métallique enfourné, tandis que l'emploi de tuyères dont la protection est assurée par un fluide contenant des hydrocarbures conduit à une amélioration notable de la tenue du revêtement réfractaire, ce qui rend possible un amincissement de la paroi réfractaire, donc un accroissement du volume intérieur disponible, pour des dimensions inchangées de la cuirasse du convertisseur. Enfin, l'adjonction, à l'oxygène soufflé de bas en haut, d'un gaz neutre de brassage, soit pendant toute la durée de la conversion, soit seulement pendant les phases de celle-ci où la turbulence naturelle n'est pas suffisante, donne au procédé selon l'invention toute la souplesse d'exploitation désirable. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif selon ltinvention, constitué par un convertisseur d'aciérie. La figure unique est une coupe verticale en position de soufflage d'un tel convertisseur selon l'invention, d'une capacité de 54 T. d'acier coulé. La cuirasse i du convertisseur est gannie intérieurement d'un revêtement réfractaire 2 en dolomie goudronnée. Le convertisseur est muni à sa base d'un fond 3 en dolomie goudronnée, séparé de la base du revêtement par un joint damé ou coulé 4, également en dolomie goudronnée iKtravere le fond 4 sont disposées dix tuyères telles que 5, à double alimentation séparée soufflant de bas en haut, dans deux tubes concentriques 6 et 7, suivant la phase de la conversion considérée, tantôt de l'oxygène pur, tantôt un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre, tel que l'azote ou l'argon, tantôt le gaz neutre seul dans le conduit central - 6, et du fuel-oil domestiqut dans le conduit pdriphérique 7. Ces fluides sont sous pression. Il n'y a plus de boite à vent, comme dans les convertisseurs Bessemer ou Thomas traditionnels. Parallèlement, la lance 8 souffle de haut en bas un débit d'oxygène pur contenant une forte concentration de poudre de chaux et de castine. De plus, dans la paroi du convertisseur sont disposées quatre tuyères telles que 9, sur un demi-cercle horizontal opposé à la panse du convertisseur en position rabattue, à 600 l'une de l'autre, et inclinées vers le bas en position de soufflage. L'oxygène qu'elles soufflent par le tube central 10 est destiné à branler en gaz carbonique I'oxyde de carbone issu de la décarburation du bain. Du fuel-oil est introduit entre les tubes 10 et 11. Enfin, le convertisseur est muni d'un trou de coulée 12, qui constitue un dispositif connu. Be bain se trouve représenté statiquement en 13, et le laitier en 14. Une conversion pour obtenir 54e. d'acier liquide extradoux peut se dérouler de la manière suivante On charge 10 T. de ferrailles, puis 50 T. de fonte Thomas. Le soufflage est ensuite effectué avec les débits suivant: - Oxygène soufflé de bas en haut par les dix tuyères verticales 210 Nm3/min. - Oxygène soufflé de haut en bas par la lance : 40 Nm3/min. - Débit de poudre de chaux dans la lance : 450 Eg/min. - Débit de poudre de castine dans la lance : 100 Eg/min. - Oxygène soufflé de haut en bas par les 4 tuyères obliques : 100Xm Pendant tout le soufflage, on introduit par le bec environ deux tonnes de minerai de fer, calibré, progressivement. Après 12 minutes d'affinage environ, on rabat le convertisseur et on arrête le soufflage. Après une mesure de la température du bain et un dosage rapide de la teneur en fer de la scorie, on effectue un bref sursoufflage, en principe sans utiliser l'oxygène de la lance, ni celui des 4 tuyères obliques. On souffle uniquement au moyen des 10 tuyères du fond, soit de oxygène pur Si la charge est froide et peu poussée, soit de l'argon ou de l'azote pur si la charge est chaude et la teneur en fer de la scorie trop élevée, soit un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre en proportion convenable dans les cas intermédiaires. Bien entendu, ce sursoufflage final s'accospagne toujours du débit de fuel-oil habituel dans chacune des 10 tuyères. On peut aussi faire appel au gaz neutre de brassage insoS- fié à travers le fond en mélange avec l'oxygène d'affinage, à tout moment de la conversion, lorsqu'on s'aperçoit qu'un déséquilibre exagéré entre laitier et métal est en train de se produire. L'invention est applicable dans toutes les aciéries de conversion. Elle est tout spécialement intéressante, moyennant de faibles investissements, pour les convertisseurs existants qui possèdent déjà le soufflage d'oxygène par lance verticale, et qui n' ont plus alors qu'à adopter le soufflage de bas en haut par tuyères double, ce qui est facile à réaliser et peu onéreux. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détales, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. RBVENDICA?IONS 1) Procédé d'élaboration de l'acier, à partir de fonte liquide, caractérisé par le soufflage simultané, dans un récipient métallurgique tel qu'un convertisseur d'aciérie, d'un gaz oxydant, qui peut être de l'oxygène pur, d'une part de haut en bas, au moyen d'au moins une lance, et d'autre part de bas en haut, au moyen d'au moins une tuyère traversant le fond ou la paroi réfractaire dudit récipient, et comportant au moins deux alimentations séparées, l'une pour le gaz oxydant, et au moins une autre pour un fluide contenant des hydrocarbures, liquides ou gazeux, ou même solides, sous forme pulvérulente ou pâteuse. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide contenant des hydrocarbures est du fuel-oil, soit domestique, soit léger, soit lourd, soit même pâteux ou solide, ou encore des goudrons. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des matières pulvérulentes, par exemple de la poudre de chaux et/ou de castine, sont mises en suspension dans l'apport de gaz oxydant soufflé de haut en bas. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la majeure partie de oxygène d'affinage est introduit de bas en haut par les tuyères, tandis que le complément se trouve introduit de haut en bas au moyen d 'une lance soufflant un gaz oxydant, qui peut être de oxygène pur, tenant en suspension de la poudre de chaud et/ou de castine, en forte concentration, représentant une partie ou la totalité de la chaux nécessaire à l'affinage. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz oxydant, introduit de bas enhaut à travers les tuyères, contient un gaz de brassage, neutre ou oxydant, qui peut être de l'azote, de l'argon, de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, et en ce que, à certains moments du soufflage, on supprime l'oxygène, afin de brasser le bain par le seul gaz neutre ou oxydant. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une quantité supplémentaire d'oxygène est introduite dans le récipient d'affinage, par une lance, ou par au moins une tuyère disposée dans le revêtement du convertisseur et soufflant au-dessus du bain, afin de bruler l'oxyde de carbone, issu de la décarburation du bain métallique, en gaz carbonique, à l'intérieur même du récipient dtaffinage, en vue d'améliorer le bilan thermique de la conversion. 7- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 5, constitué par un convertisseur d'aciérie, et caractérisé en ce qu'il comporte à la fois des moyens de soufflage d'oxygène, de bas en haut, sous la forme de tuyères à double ou à multiple alimentation séparée, l'une des alimentations étant en oxygène, une ou plusieurs des autres alimentations étant en fluide protecteur contenant des hydrocarbures, et des moyens de soufflage d'oxygène de haut en bas, sous la forme d'au moins une lance 8- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une tuyère disposée au-dessus du bain, à travers le revêtement du convertisseur, du côté opposé à la panse de ce dernier en position rabattu, et soufflant un gaz oxydant, qui peut être de l'oxygène pur, destiné à brûler l'oxyde de carbone, issu de la décarburation du bain, en gaz carbonique, à l'intérieur même du convertisseur.