Brevet FR2146900A1 — publié le 19730309

La présente invention concerne l'affinage des aciers al l contenant du chrome, et plus spécialement des aciers inoxydables. On sait que la décarburation de bains d'acier contenant du chrome peut se faire sans perte notable de chrome dans la scorie, mOrne aux basses teneurs en carbone, à condition de recourir à l'un ou l'autre des deux moyens suivants a) Décarouration à température élevée b) Décarburation sous pression partielle dioxyde de carbone réduite. La température doit être 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 du four et un taux d4utilisation du four qui se trouve réduit par la fréquence des réparations. L'remploi 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 l'oxygène insufflé b) soit en soufflant dans le bain de l'oxygène dilué dans un gaz susceptible d'abaisser la pression partielle de l'oxyde de carbone issu de la réaction de décarburation. Dans cette deuxième manière, il est connu de souffler, au moyen de tuyères immergées, soit un mélange d'oxygène et d'argon dans des tuyères simples, soit, par des tuyères à double alimentation séparée, de oxygène au centre de chaque tuyère et de 11 argon en un voile périphérique. Mais ces systèmes d'injection conduisent 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, ces systèmes d'injection connus reviennent à faire jouer simultanément à l'argon deux rôles distincts : un effet de protection des tuyères, et un effet de dilution de l'oxyde de carbone 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 même sens avec la même intensité : ainsi, l'abaissement de la pression partielle d'oxyde de carbone n'est pas nécessaire audessus d'une teneur en carbone de 0,400 %, pour 18 % de chrome environ, et autour de 1.6000 C, tandis que la protection des tuyères contre l'usure exige au contraire à ces niveaux de carbone un débit d'argon déjà très notable.Il y a donc intérêt à réaliser ces deux effets différents (protection et dilution) au moyen de deux fluides distincts, sur lesquels on puisse agir indépendamment. Dans une précédente demande de brevet (nO PV.71.19463 du 28 Mai 1971), la demanderesse a décrit dans ce but un procédé 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 dtun gaz neutre, pouvant être de l'argon et à la périphérie l'écoulement dtun liquide contenant du carbone, pouvant être du fuel-oil, et séparé de l'écoulement principal. Dans une addition à la précédente demande de brevet, la demanderesse a précisé que l'agent de dilution de l'oxyde de carbone, associé à l'oxygène, n'est pas forcément un gaz neutre, mais peut Outre aussi un fluide, une émulsion, ou un aérosol, dont au moins un des produits de dissociation ou de réaction peut constituer un agent de dilution de ltoxyde de carbone, telle la vapeur d'eau, ou l'eau pulvérisée, par exemple. Ainsi, la protection des tuyères est assurée par le fluide périphérique contenant du carbone, tandis que la dilution de l'oxyde de carbone est assurée par le fluide mélangé à l'oxygène. Allant plus loin, le but de la présente invention est d'arriver au même résultat en évitant tout mélange initial de fluides, en vue d'améliorer le contre des débits de chaque fluide, et de disposer toujours dans chaque circuit d'un fluide bien homogène, et non d'un mélange hétérogène, comme par exemple un mélange d'oxy- gène et de vapeur d'eau. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'affinage des aciers alliés contenant du chrome, et plus parti culièrement des aciers inoxydables, caractérisé par le soufflage, dans le bain à affiner, de jets à triple alimentation séparée, comportant chacun au centre un écoulement primaire d'un fluide oxydant, autour de celui-ci un écoulement secondaire constitué par un fluide neutre ou par un fluide, une émulsion ou un aérosol, dont au moins un des produits de dissociation ou de réaction peut constituer un agent de dilution de l'oxyde de carbone issu de la décarburation du bain, et à la périphérie un écoulement tertiaire constitué par un fluide contenant du carbone. Suivant une caractéristique particulière de la présente invention, le gaz oxydant constituant 1' écoulement primaire est de l'oxygène techniquement pur. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le fluide neutre constituant l'écoulement secondaire est de l'argon. Suivant une autre caractéristique particulière de la préq sente invention, le fluide constituant l'écoulement secondaire est de la vapeur dteau. Suivant une autre caractéristique particulière de la pré- sente invention, le fluide constituant 11 écoulement secondaire est soit de l'eau, soit une pulvérisation de gouttelettes d'eau dans un courant gazeux, soit d'oxygène, soit d'argon, soit de tout autre gaz convenable Suivant une autre caractéristique particulière de la prd- sente invention, le fluide contenant du carbone et constituant lté- coulement tertiaire est du fuel-oil. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le procédé comporte d'abord un premier temps d'affinage au cours duquel l'écoulement primaire et l'écoulement secondaire sont constitués tous deux d'oxygène pur à des débits qui peuvent être pratiquement constants, puis un ou plusieurs autres temps d'affinage au cours desouels l'écoulement primaire est constitué d'oxygène pur à débit décroissant, tandis que l'écoulement secondaire est constamment de l'argon ou de la vapeur d'eau, mais à débit croissant, l'écoulement tertiaire étant toujours constitué par un débit de Puel-oil qui peut Outre pratiquement constant, sauf incident dans la tenue de la tuyère. Suivant une caractéristique préférentielle de la présente invention, l'écoulement primaire est constamment de l'oxygène pur, i débit constant pendant un premier temps de soufflage, et décroissans pendant un 2e temps ; l'écoulement secondaire est de oxygène pur pendant un premier temps de soufflage, par exemple jusqu'à 0,400 % de carbone pout une température voisine de 1.6000C et pour une teneur en chrome du bain voisine de 18 ?,o, puiS l'écoulement secondaire devient de l'argon, ou de la vapeur d'eau, au-dessous de 0,400 5o de carbone et jusqu'aux très basses teneurs en carbone, le débit secondaire allant croissant, tandis que l'écoulement tertiaire demeure constamment constitué par du fuel-oil. Comme on le comprend, l'un des principaux avantages du procédé selon l'invention est de disposer d'un circuit spécial pour chacun des trois fluides, le fluide oxydant, le fluide diluant, et le fluide protecteur. Il en résulte une très grande facilité d'exploitation du procédé et de contrôle des débits de chaque fluide à chaque instant. Naturellement, pendant la 1ère phase, aux hautes teneurs en carbone, lorsque la présence d'un fluide diluant n'est pas nécessaire, l'écoulement secondaire est constitué d'oxygène ou de gaz oxydant, comme le circuit primaire. Pour aborder ensuite la 2e phase, aux plus basses teneurs en carbone, on remplace dans le circuit secondaire 11 oxygène ou le gaz oxydant par le fluide diluant. Puis, au fur et à mesure que l'on se rapproche des basses teneurs en carbone du bain, le débit d'oxygène ou de gaz oxydant est diminué dans le circuit primaire, tandis que le débit de fluide diluant est augmenté dans le circuit secondaire, sans toutefois qu'en aucun cas aucun débit ne tombe au-dessous du minimum nécessaire pour éviter le bouchage de l'orifice de sortie par le bain métallique. Un autre avantage de l'invention est que chaque fluide est bien homogène, puisqu'il n'y a plus aucun confluent d'un fluide dans un autre. Un autre avantage de l'invention est que l'on peut partir dtun bain métallique à carbone élevé, et même d'une fonte, sans consommer une forte quantité de fluide diluant, puisque toute la première phase, qui peut aller jusqutà 0,400 '%, ou même 0,300 % de carbone, n'en consomme pas. Afin de bien faire comprendre l'invention on va décrire ci-après, à titre d'exemples non lizitatifs, deux modes d'affinage selon l'invention0 1er mode - En partant d'un métal à 0,9 ,0 de carbone. On dispose d'un convertisseur de 20 tonnes pourvu de deux tuyères à triple alimentation séparée, admettant a) Àu centre, dans le circuit primaire, de oxygène pur. b) snnulairement, dans le circuit secondaire, au choix soit de l'oxygène pur, soit de l'argon c) A la périphérie, dans le circuit tertiaire, du fuel oilO 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 % Mn = 0,85 /o' L'affinage comprend trois périodes successives. Pendant la première période, on souffle de l'oxygène pur dans les deux circuits primaire et secondaire, et pendant les deux dernières périodes, on souffle de l'oxygène dans le circuit primaire, et de l'argon dans le circuit secondaire, selon le tableau de débits suivants Argon 0xygène Argon % en Nm3/min. en Nm3/min. Argon + Oxygène Circuit Circuit Circuit secondaire primaire secondaire 1 àre période 0 15 15 o % 2 ème période 15 15 0 50 c/o 3 ème période 14 6 0 70 % La périphérie de chaque tuyère reçoit un débit de fueloil domestique, soigneusement contrôlé, de 1 litre/minute, soit 2 litres/minute pour les deux tuyères. les durées de soufflage sont les suivantes 1 ère période : ............... 6 minutes 2 ème période : ...... 8 minutes 3 ème période : ................ 14 minutes TOTAL 28 minutes A la fin du soufflage, le bain présente l'analyse suivante: C = 0,015 % Ni = 10,4 % Ma = 0,055 % Cr = 16,6 fO Température : 16700 C, obtenue grâce à une addition convenable de chutes à la nuance dans le convertisseur, afin d'équilibrer le bilan thermique. Les consommations de fluides, pour 20- tonnes de métal, sont les suivantes Oxygène : 384 Nm3, soit 19,2 Nm3/t Argon : 316 Nm3, soit 15,8 1Xm3jt Fuel-oil : 56 litres, soit 2,8 litres/t. La perte en chrome dans la scorie est faible : 1,1 fin en diminution de teneur, soit 6 O/o' seulement du chrome total contenu dans le bain. On peut en récupérer une partie par réduction par du ferro-silicium. 2e mode - En partant d'une fonte. Dans un convertisseur de 20 tonnes pourvu de 4 tuyères à triple alimentation séparée, alimentées par les mêmes fluides que dans le 1er exemple, on charge à 11 état liquide une fonte présentant l'analyse suivante C = 6 ,% Ni = 10 % Si = 0,75 % Cr = 20 % En = 0,7 % Température : 16600C grace à ltaddi- tion de chutes à la nuance. Argon Oxygène Temps (Circuit (Circuit (Circuit (en min.) secondaire) primaire) secondaire) 1 ère période 0 30 30 20 2 ème période 30 30- 0 4 3 ème période 28 12 0 7 le débit de fuel-oil est constamment égal à 1 1/min. par tuyère, soit 4 1/min. pour les 4 tuyères. À la fin du soufflage, la perte en chrome est de 3 fi0 en diminution de teneur, et l'analyse du métal en fin d'affinage est la suivante C = 0,015 % Ni = 11,2 % Mn = 0,055 % Cr = 17 % les consommations de fluides, pour 20 tonnes de métal, sont les suivantes 02 = 1404 Nm3 = 72 Nm3/t Argon = 316 Nm3 = 15,8 Nm3/t Fuel = 124 litres = 6,2 l/t. On voit nettement ici l'avantage économique obtenu grace à la séparation des agents diluant et refroidissant. L'argon n'est introduit que pendant 7 minutes, sur une durée totale d'affinage de 31 minutes. il est bien entendu aue l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de meme qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 10) Procédé d'affinage des fontes et des aciers alliés contenant du chrome, et plus particulièrement des aciers inoxydables, caractérisé par le soufflage, dans le bain à affiner, de jets à triple alimentation séparée, comportant chacun au centre un éoou- lement primaire d'un fluide oxydant, autour de celui-ci un écoulement secondaire constitué par un fluide neutre, ou par un fluide, une émulsion ou un aérosol, dont au moins un des produits de dissociation ou de réaction peut constituer un agent de dilution de l'oxyde de carbone issu de la décarburation du bain, et à la péri- périe un écoulement tertiaire constitué par un fluide contenant du carbone. 20) Procédé d'affinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide oxydant constituant l'écoulement primaire est de l'oxygène techniquement pur. 3 ) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide neutre constituant l'écoulement secondaire est de l'argon. 40) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le fluide constituant l'é- coulement secondaire est de la vapeur d'eau, 50) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide constituant lIé- coulement secondaire est de Liteau. 60) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide constituant l'é- coulement secondaire est une pulvérisation de gouttelettes d'eau dans un courant gazeux porteur. 70) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fluide contenant du carbone et constituant l'écoulement tertiaire est du flel-oil. 80) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications t à 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs temps d'affinage, le premier temps consistant à constituer d'oxygène tech- niquement pur l'écoulement primaire et l'écoulement secondaire, le ou les temps suivants consistant à constituer lSécoulement primaire d'oxygène techniquement pur, et à constituer l'écoulement secondaire d'un fluide diluant ou d'un fluide générateur d'un agent diluant, ltécoulement tertiaire étant toujours constitué par un débit de fluide contenant du carbone. 90) Procédé d'affinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que, pour les temps d'affinage autres que le premier l'oxygène constituant l'écoulement primaire est à débit constant ou décroissant, le fluide constituant l'écoulement secondaire est à débit constant ou croissant, et le fluide contenant du carbone constituant 1' écoulement tertiaire est à débit pratiquement constant, sauf incident dans la tenue de la tuyère. 100) Procédé d'affinage selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la teneur en carbone à la fin du 1er temps d'affinage est comprise entre 0,150 % et 0,600 %-, et est de préférence voisine de 0,400 %, pour une température voisine de 16O00C et une teneur en chrome du bain voisine de 18 %.