Brevet FR2179579A1 — publié le 19731123

La présente invention concerne l'introduction de produits solides riches en fer, notamment des ferrailles, dans le processus d'affinage de la fonte en acier. L'introduction de produits solides riches en fer - que lton désignera globalement par le terme de ferrailles dans la suite du texte - est déjà une pratique largement répendue. En général, on introduit ces ferrailles en une seule charge ou par charges fractionnées dans le récipient métallurgique contenant le métal liquide. Cette façon de faire nécessite la manutention de grosses masses de ferrailles, corne c'est le cas pour le chargement des convertisseurs où elles peuvent atteindre ou dépasser 50 tonnes. En outre, pour des raisons métallurgiques, on ne peut dépasser certaines limites de ferrailles en raison des capacités et vitesse de fusion dans le métal liquide.Pour accroître la quantité de ferrailles chargée, il est nécessaire d'envisager d1 autres techniques que le chargement direct dans le récipient d'affinage. Le but de la présente invention est de fournir une méthode permettant d'augmenter la charge de ferrailles au cours de l'affinage de la fonte en acier. A Cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour incorporer des produits solides riches en fer dans la fonte liquide et, éventuellement, de la préaffiner, consistant à préchauffer les produits solides dans un récipient métallurgique en conditions oxydantes, à verser la fonte liquide sur les produits préchauffés oxydés, puis à effectuer des additions fluidifiantes pour former, avec la silice produite par oxydation du silicium, un laitier dé- cassable que l'on élimine. Les conditions oxydantes du préchauffage peuvent être obtenues au moyen d'un bradeur réalisant une combustion complète du comburant.Selon une autre particularité du procédé, on règle l'addiction des matitres fluidifiantes, c f est à dire chaux, alumine, magnésie en mélange ou non, de manière à obtenir un indice de basicité voisin de 1. Comme on le comprend, l'invention consiste à introduire les ferrailles, non plus exclusivement dans le récipient de réaction, mais à un autre stade des opérations, c'est à dire au niveau de la fonte qui constitue le produit à affiner. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grive à la description et aux exemples qui suivent, donnés en regard de la planche de dessin sur laquelle - la figure unique représente un diagramme d'explication du principe d'ad- dition de ferrailles. Avant de décrire l'aspect de principe de l'invention, on rappellera que les fontes d'affinage sont généralement hypereutectiques, notamment les fontes hématies, c'est à dire quelles ont une teneur en carbone supérieure à 4,25 %. On a représenté en A sur la figure unique, le point figuratif d'une fonte de cette gamme, teneur en carbone équivalant 5 %, température 14500C, utilisée pour alimenter une installation dtaffinage. Pour tracer les branches 1 et 2 du liquidus et placer le point A par rapport à celles ci, on a tenu compte du décalage dd à la présence dans la fonte d1 autres éléments que le carbone. Pour effectuer cette correction, on convertit les teneurs en silicium, manganèse et phosphore en pourcentage de carbone équivalent.Si 1 t on introduit des ferrailles froides, par exemple 250C, dans la fonte représentée par le point A, on obtiendra deux effets - une dilution du carbone, que Il on peut calculer connaissant la quantité de ferrailles introduite et leur teneur moyenne en carbone ; - une diminution de température que l'on peut déterminer en faisant le bilan thermique. Sur la figure, on représente en B les ferrailles à 250C. L'ordonnée négative de ce point représente la chaleur de fusion des ferrailles, soit environ ferrailles 70 thermies par tonne. Le rapport MAB est égal au rapport fonte Lorsque l'on ajoute des ferrailles à 250C à la fonte figurée en A, le point représentatif de la nouvelle fonte obtenue se trouve par exemple en t après avoir décrit un segment de la droite AB. On constate que, meme pour une addition de ferrailles froides, le point figuratif reste dans la zone du liquide et s1éloi- gne de la droite de liquidus 2 tant que la masse des ferrailles n1 est pas trop élevée.Si l'on souhaite conserver un excédent de 300C, par exemple, par rapport à la température de solidification Ms, on devra s'arter au point M' qui fixe la quantité maximale de ferrailles à fondre pour la fonte considérée. La droite AB1 représente la mCme évolution dans le cas où l'on introduit des ferrailles chauffées à 6000C sans oxydation. Il est évident que dans ce cas la quantité de ferrailles que lJon peut introduire s'élève comme le montre le rapport MIA tout en conservant un excès de température de 30in. Cpendant, si le pré chauffage est effectué dans des conditions oxydantes selon la caractéristique de l'invention, on obtient un effet supplémentaire dA à la réaction chimique des oxydes de fer sur le silicium présent dans la fonte. Le produit de cette réaction est de la silice pâteuse qu'il faut ireu- traliser. On ajoute donc après cette réaction des additions fluidifiantes constituées par de la chaux, de l'alumine, de la magnésie, afin de former un laitier liquide que lton puisse éliminer. Les essais entrepris par le demandeur ont montré que l'on obtenait une bonne élimination de la silice avec un indice de basicité voisin de 1, alors que la mEme élimination du silicium au cours de l'affinage nécessite un indice de basicité voisin de 3.Il en résulte que l'on réalise une économie notable de produits basiques pour obtenir un résultat équivalent, c'est à dire l'élimination du silicium. Ltoxydation de ferrailles au cours du préchauffage est obtenue très aisément au moyen de brûleur réalisant une combustion complète du comburant. A titre exemple, on donnera d'ailleurs ci dessous les résultats obtenus dans le cas de l'introduction de ferrailles préchauffées à diverses températures, dans une fonte de composition Température : 1.39O0C Composition : C % 4,4 si % 1 Mn% 1 P % 0,03 S % 0,03 Dans ces essais, on a conservé un excès de température de 30 0C par rapport à la température de liquidus correspondant.Les résultats des essais ont été groupés dans le tableau ci dessous : Température de préchauffage C 25 600 800 Quantité de ferrailles kg/t 90 150 200 Caractéristiques du métal obtenu Poids de métal obtenu à partir de l tonne de fonte (kg/t) 1.090 1.149 1.196 Température ( C ) I.lgo 1.210 1.230 Composition : % C 4,04 3,82 3,68 % Si 0,92 0,76 0,59 k Mn 0,92 0,87 0,84 % P, % S 0,027 0,026 0,025 Poids de Si02 produit par oxydation (kg/t) 0 1,7 6,2 Préchauffage Fer oxydé (kg/t) 0 3,2 4,3 Consommation de fuel (kg/t) 0 2,1 11,6 Il ressort de l'examen de ce tableau que l'on peut ajouter d'autant plus de ferrailles que celles ci sont préchauffées à une température plus élevée, ce qui n'est pas pour surprendre, mais surtout que la teneur en silicium de la fonte diminue notablement lorsque la température de pré chauffage atteint 1000 Oc. Ce résultat est une conséquence directe du degré d'oxydation des ferrailles qui passe de 3,2 kg/t à 6000C à 4,3 kg/t pour 800 C. On peut donc dire que conjointement à l'introduction des ferrailles on réalise un véritable préaffinage de la fonte. Les autres éléments, C, Si, Mn, P, S, ne varient que peu car l'oxyde de fer réagit d'abord sélectivement avec le silicium. La légère diminution constatée de ces éléments est due à 11 effet de dilution.Dans l'exemple cité, on peut dire que le préchauffage à 8000C permet d'ajouter 200 kg de fer dans la fonte tout en maintenant sa température à 3000 au dessus du liquide dus et d'abaisser d'environ 30 ffi la teneur en silicium. Ces résultats sont obtenus moyennant une faible consommation de fuel et des produits d'addition basique. On conquit que cette technique d'addition de ferrailles est d'une utilisation très générale et s'adresse aussi bien aux procédés discontinus comme l'affinage au convertisseur, qu'aux procédés continus dans lesquels on introduit continument de la fonte dans un récipient de réaction d'où l'on évacue l'acier formé. En effet, les installations de ce type, formées généralement d'un récipient de réaction et d'un décanteur adjacent, sont alimentées à partir de la fonte produite par un haut fourneau, au moyen de récipients de transfert de grande capacité, que ce soit des poches normales ou des poches tonneaux.Par ailleurs, on introduit également et directement dans un réacteur des ferrailles qui, du fait de la taille limitée de ce récipient, doivent être préalablement triées, la quantité de ferrailles introduites étant quant à elle directement liée au débit de l'installation et, de ce fait, limitée. Par contre, rien ntempêche dans ces installations d'utiliser la méthode objet de l'invention, d'une part pour accrortre la quantité de ferrailles introduites et, d'autre part, pour utiliser des ferrailles de plus grande dimension qui ne peuvent autre introduites directement dans le réacteur. La mise en oeuvre en est aisée, puisque l'on dispose des poches de transfert de la fonte pour charger et préchauffer des ferrailles avant de les remplir de fonte.Il suffit, pour assurer l'alimentation continue de l'installation, de prévoir un poste de préchauffage de plusieurs poches et un poste pour la préparation et le décrassage du laitier. En procédant ainsi, on peut constamment avoir une poche pleine de fonte préaffinée pour l'alimentation de l'installation d'affinage. Les avantages qui découlent de l'intégration de cette méthode résedent dans un préaffinage éco- nomique du silicium en raison du faible indice de basicité nécessaire pour son élimination, augmentation de la quantité de ferrailles utilisée, et accrois sement du rendement thermique dû aux calories fournies au métal au cours du préchauffage. De plus, dans le cadre des installations d'affinage continu, on peut jouer sur les quantités introduites respectivement dans la fonte et dans le décanteur afin de réaliser à tout moment la marche de l'installation la plus favorable. En conclusion, on peut dire que la méthode objet de l'invention est applicable à toutes les techniques d'affinage de ltacier et quelle présente un intér8t technique et économique certain, d'une part en raison du gain sur la quantité de ferrailles introduite, et d'autre part en raison du préaffinage du silicium qu'elle permet d'obtenir0 REVENDICATIONS l - Procédé pour incorporer des produits solides riches en fer dans de la fonte et éventuellement préaffiner celle ci, caractérisé en ce que l'on préchauffe ces produits dans un récipient métallurgique dans des conditions oxydantes, l'on verse la fonte liquide sur les produits préchauffés et oxydés, puis l'on procède à des additions fluidifiantes pour former avec la silice un laitier décrassable que l'on élimine. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute des additions fluidifiantes en quantité suffisante pour obtenir un indice de basicité voisin de 1. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les additions fluidifiantes sont de la chaux, de l'alumine, de la magnésie.