Brevet FR2259153A1 — publié le 19750822

L'invention concerne un procédé de fabrication d'aciers au chrome pauvres en carbone et d'alliages ferro-chromiques à partir d'alliages chromifères riches en carbone ou, pour les besoins de l'oxydation du carbone, on incorpore sous pression, dans un bain métallique recouvert d'une couche de scories, de l'oxygène pouvant être dilué dans un gaz approprié, à l'aide d'au moins une tuyère aménagée en-dessous du niveau supérieur de ce bain métallique contenu dans la cuve d'affinage. On sait que pour la fabrication d'aciers au chrome de haute qualité pauvres en carbone, on allie du fer pauvre en carbone à du ferro-chrome ou à du chrome obtenu par le procédé alumino-thermique Les aciers obtenus par ce procédé sont chers étant donné que la réduction aluminothermique de l'oxyde chromique, tout en donnant du chrome relativement pur, engendre d'autre part des coûts de production élevés. Ainsi furent tentés de nombreux essais qui consistaient à utiliser le ferro-chrome riche en carbone, mais peu cher, obtenu par la réduction de la chromite par le charbon, pour la fabrication d'aciers au chrome de haute qualité à l'aide de processus d'affinage approprié. Lors de l'affinage, on souffle de Oxygène sur un bain métallique contenant du chrome et du carbone, ce qui, parla formation de l'oxyde de carbone provoquée par l'effet d'oxydation, réduit la teneur en carbone du bain. A cette occasion, il se produit, au cours de réactions secondaires ne pouvant jamais être évitées complètement, une oxydation partielle du chrome accompagnées surtout d'une production d'oxyde chromique, qui se mélange aux scories surnageant le bain. L'oxydation fâcheuse du chrome, au cours du processus d'affinage devient d'autant plus importante que la teneur en carbone du bain devient plus faible.Des aciers au chrome, d'une teneur en carbone supérieure à 0,3 % peuvent encore être obtenus à partir des bains chrome-fer carbonifères, par un simple soufflage d'oxygène sur le bain métallique par exemple, ce qui toutefois provoque déjà une oxydation non négligeable du chrome. Des difficultés supplémentaires peuvent surgir du fait que les scories surnageant le bain métallique détruisent par leur action chimique le revêtement intérieur réfractaire de la cuve d'affinage surtout si l'on tient compte de la température élevée des scories. Aux fins d'éviter l'oxydation du chrome, ainsi que la destruction du revêtement réfractaire intérieur et pour permettre l'utilisation d'alliages chromiques carbonifères, on fait appel dans la pratique aux processus d'affinage suivants a) En soufflant de l'oxygène sur la face supérieure du bain chrome-fer carbonifère, on provoque simultanément la solidification des scories par l'adjonction de magnésie et de chromite, ce qui évite, dans une large mesure, la destruction du revêtement ré- fractaire intérieur de la cuve d'affinage et fait que le chrome ne se scorifie qu a un taux de teneur en carbone inférieur à 0,2 %. b) Dans le cas où la teneur en carbone d'un bain chrome-fer doit être intérieure, il est avantageux de procéder au soufflage de l'oxygène à pression réduite, ce qui fait que l'oxyde de carbone qui se dégage est évacué rapidement de la chambre de réaction et que l'oxydation du carbone est favorisée par rapport à celle du chrome, étant donné que dans les deux cas il s'agit de réactions d'équilibre. c) Des aciers au chrome, pauvres en carbone et de haute qualité, peuvent également etre obtenus en insufflant, à l'aide d'une tuyère spéciale, de l'oxygène additionnée d'argon en dessous du niveau supérieur d'un bain métallique carbonifère de chrome et de fer. Si la teneur en carbone du bain est faible, l'oxydation du chrome ne peut pas être évitée davantage qu'ailleurs, étant donné que l'oxydation du carbone se réalise à proximité de la tuyère à oxygène, sous une pression accrue qui est fonction de la hauteur du bain métallique. Les effets fâcheux de la pression de réaction accentuée sur l'équilibre carbone/oxyde de carbone sont annulés partiellement par l'argon du fait que ce gaz inerte abaisse la pression partielle de l'oxyde de carbone.Le refroidissement de la zone de réaction par l'argon a des répercussions défavorables dans ce sens que l'abaissement de la température favorise la scorification du chrome. Par contre, le refroidissement des tuyères spéciales provoqué par ce même argon est salutaire du fait que ce refroidissement a pour effet de prolonger la durée de vie des tuyères visées. Dans l'ensemble des procédés appliqués dans la pratique, le chrome peut être récupéré des scories produites au cours du processus, par la réduction à l'aide de produits appropriés, tels le ferrosilicium, ce qui génère des scories liquides qui, vu leur haute teneur en dioxyde de silicium attaquent fortement le revetement réfractaire intérieur de la cuve d'affinage. Il incombe à l'invention de réaliser la fabrication d'aciers au chrome de haute qualité et d'une teneur en carbone infé- rieure à 0,05 %, à partir de bains métalliques contenant du chrome et riches en carbone, par l'affinage à l'oxygène de manière à ce que les difficultés qui se présentent aux méthodes connues, telles la scorification fâcheuse du chrome et la destruction du revstement réfractaire intérieur de la cuve d'affinage, soient amplement évitées. Le problème sur lequel se base l'invention est résolu par le fait que pour réduire la scorification du chrome on insuffle, à l'aide d'une ou plusieurs tuyères, associées à chacune des tuyères conduisant oxygène, des porteurs de carbone solides et pulvérulents, en dessous du niveau supérieur du bain métallique, de ma nlère à ce que le flux d'oxygène se trouve enrobé des porteurs de carbone à grain fin. Par l'adjonction reporteurs de carbone solides et par leur combustion ultérieure dans le flux d'oxygène, on provoque l'augmentation de-la température du bain.Du fait que les températures élevées ont pour effet de favoriser, pour des raisons d'ordre thermodynamiques, l'oxydation du- carbone par rapport à l'oxydation du chrome, il résulte que l'oxygène non utilisé pour la combustion quantitative des porteurs de carbone solides est utilisé presque exclusivement pour la combustion du carbone contenu dans le bain métallique, ce qui évite dans une large mesure la scorification du chrome. L'enveloppement du flux d'oxygène par les porteurs de car boneksolides est réalisé à laide d'une tuyère à revêtement. Les gaz de combustion mélangent le bain métallique et répartissent rapidement la chaleur de combustion dans l'ensemble du bain. Pour une bonne réalisation du procédé, il importe que la profondeur du bain soit maintenue à un niveau aussi faible que possible. La profondeur de 0,5 m ne devrait pas être dépassée. Un autre avantage réside dans le fait que les porteurs de carbone se trouvent en suspension dans un gaz porteur approprié. Il incombe à ce gaz porteur, d'une part d'améliorer la précision du dosage des porteurs de carbone et de leur répartition à ltinté rieur du bain, et d'autre part de contribuer au bon mélange du bain métallique. Il est particulièrement opportun d'utiliser l'oxyde de carbone cotme gaz appelé à véhiculer les porteurs de carbone solides et pulvérulents. L'oxyde de carbone peut être fourni, à des couts très favorables, par les gaz d'échappement du processus d'affinage. Vers la fin de ce processus d'affinage, dès que le bain n' accuse plus qu'une faible teneur en carbone, l'oxyde de carbone utilisé comme gaz porteur peut être avantageusement remplace par de l'argon. Il s'avère particulièrement opportun d'utiliser la poussière de charbon comme porteur de carbone solide et pulvérulent. Lorsque, pendant l'affinage, la teneur en carbone du bain diminue, le volume d'oxygène, subsistant après la combustion des porteurs de carbone solides et nécessaires à la réaction d'affinage proprement dite, doit diminuer également. A cet effet, le procédé sur lequel se base l'invention est conduit de manière à ce que l'abaissement de 0,2 % à 0,05 % de la teneur en carbone du bain, entralne un accroissement de 1 : 0,1 à 1 : 0,9 du rapport moléculaire entre oxygène amené et le carbone amené par les porteurs de carbone solides.Vers la fin du processus d'affinage, il y a lieu de maintenir, par une amenée suffisante de porteurs de carbone, une température suffisamment élevée à l'intérieur du bain pour que l'oxygène, subsistant après la combustion des porteurs de carbone, puisse presque exclusivement être utilisé pour le processus d'affinage aux fins d'éviter ainsi la scorification du chrome. Pour la suite du procédé défini par l'invention il est prévu d'ajouter de la chromite et de la magnésite (MgO) à grain fin, aux porteurs de carbone solides et pulvérulents. Il incombe à la chromite de refroidir les tuyères à revetement et leur environnement immédiat, d'accélérer le dégazage du bain par une offre de germes facilitant la formation de soufflures et d'agir comme oxydant sur le carbone non encore oxydé. Pour le réglage de la température, l'invention prévoit une utilisation de 3 à 100 litres de gaz par kg de porteur de carbone et de chromite. Par ailleurs, il est avantageux de produire le chrome à partir des scories chromifères par la réduction au ferrosilicium en dehors de la cuve d'affinage. A cet effet, on ajoute, pendant ou après le processus d'affinage, aux scories qui surnagent le bain et qui se composent essentiellement d'oxydes de chrome et de fer, de chromite non réduite et de dioxyde de silicium contenu dans les cendres des porteurs de carbone, la quantité de magnésie nécessaire pour que, sous l'effet du dioxyde de silicium, produit par la réduction au ferrosilicium, le point de fusion des scories se trouve sensiblement abaissé.Avant l'addition du ferrosilicium, le point de fusion des scories se situe, selon leur composition, entre 1800 et 2100 C et s'abaisse pour se situer entre 1400 et 15000C après l'addition d'une dose correspondante denagnésie, étant donné que la magnésie et le dioxyde de silicium réagissent entre eux. Les scories peuvent hêtre réduites dans une poche de coulée. La quantité de magnésie ajoutée avant et, le cas échéant, pendant la réduction est à déterminer de manière à ce que, sous l'effet du dioxyde de silicium produit, les scories soient maintenues à l'état liquide dans la poche pour que le chrome métallique puisse facilement s'extraire des scories. Le procédé défini par l'invention est caractérisé en ce que, à la fin du processus d'affinage, on incorpore un produit de désulfuration dans le bain et que la désulfuration est réalisée à une température se situant entre 18000 et 21000 C. Comme produit de désulfuration, on peut utiliser soit du carbone de calcium, soit de l'oxyde de calcium. L'avantage acquis par l'invention, par rapport au niveau de la technique actuellement connu, réside essentiellement dans le fait que les alliages chromifères, riches en carbone, sont transformés, avec de faibles moyens financiers, en aciers au chrome pauvres en carbone de haute qualité et que les- pertes en chrome sont inférieures à celles consenties par les procédés connus. Un exemple de réalisation de l'invention représenté dans le dessin annexé sera commenté plus amplement ci-après. Une cuve d'affinage 1 ayant l'aspect d'un convertisseur et comportant un revêtement intérieur en magnésie goudronnée réfractaire, est équipée d'un couvercle 2 imperméable agaz. Lors du processus d'affinage, I'oxygèneet les porteurs de carbone pulvérulents qui se trouvent en suspensions dans un gaz hautement inerte, sont dirigés dans la cuve d'affinage là l'aide d'une ou plusieurs tuyère(s) à revê- tement 3 aménagées en -dessous du niveau supérieur du bain. Comme porteur de carbone on utilise de préférence de la poussière de charbon sèche qui provient d'un réservoir de stockage 4 et dont la grosseur du grain ne dépasse pas 0,2 mm.La poussière de charbon est réalisée par broyage du charbon dans le broyeur 5 et le séchage ultérieur dans le séchoir 6. Au bain 18 on ajoute 3 à 50 kg de chromite finement moulue et sèche, qui provient d'un réservoir de stockage 7 et dont la grosseur du grain ne dépasse pas 0,3 mm. Les corps solides sont mélangés à un gaz porteur, comprimé à la pression d'exploitation nécessaire et dirigés, au travers de la lance extérieure de la tuyère à revêtement 3, dans la cuve d'affinage l. L'oxygène qui est fourni par un réservoir 8 et qui, dans une installation appropriée 9, est porté à la pression d'exploitation nécessaire, est dirigé ensuite dans la cuve d'affinage 1 au travers de la lance intérieure 3. Le rapport moléculaire entre 1'oxygène engagé et le carbone engagé qui, au début du processus d'affinage, est de 1 : 0,1, staccrolt vers la fin de la réaction pour atteindre 1 : 0,9. Le rapport oxygène/carbone varie au début de la réaction en fonction de la composition des matières -premières. Vers la fin du processus d'affinage, on peut mélanger à l'oxygène de l'argon, fourni par le réservoir 11.Le gaz porteur et les gaz diluants, recueillis sur le couvercle 2 sont dirigés au travers d'une installation d'aspiration 12 dans un dépoussiéreur 13 et un échangeur de chaleur 14, d'où ils sont canalisés vers un réservoir de stockage 15. Une partie des gaz d'échappement est mise en circuit, alors que le reliquat est, selon les possibilités du moment, soit utilisé, soit brûlé. Au cours du processus d'affinage, on introduit dans la cuve d'affinage 1, par l'installation de dosage 16, de la magnésite, essentiellement composée de magnésie à raison de 5 à 60 kg par tonne de métal en fusion. La quantité ajoutée est fonction de la teneur en dioxyde de silicium des scories, teneur qui devrait être aussi faible que possible. Après le déroulement du processus d'affinage, l'acier au chrome s'écoulant par l'ouverture d'évacuation 17 est recueilli dans la poche 19, alors que les scories parviennent par cette même ouverture dans la cuve à laitier 10. On ajoute alors du ferrosilicium et, le cas échéant, un supplément de magnésie dans cette cuve à laitier 10. Le chrome recueilli est mélangé à la charge d'acier suivante-. La coulée de métal est désulfurée dans la poche 19 par l'adjonction de chaux ou de carbure de calcium. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'aciers au chrome pauvres en carbone et d'alliages ferro-chromiques à partir d'alliages chro misères riches en carbone où, pour les besoins de l'oxydation du carbone, on incorpore sous pression, dans un bain métallique recouvert d'une couche de scories, de l'oxygène pouvant être dilué dans un gaz approprié, à l'aide d'au moins une tuyère aménagée en-dessous du niveau supérieur de ce bain métallique contenu dans la cuve d'affinage, caractérisé en ce que pour réduire la scorification du chrome on insuffle, à l'aide d'une ou plusieurs tuyères associées à chacune des tuyères d'alimentation en oxygène, des porteurs de carbone solides et pulvérulents en-dessous du niveau supérieur du bain métallique de manière telle que le flux d'oxygène se trouve enrobé des porteurs de carbone à grain fin 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les porteurs de carbone solides et pulvérulents se trouvent en suspension dans un gaz porteur rapproprié. 3. Procédé selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que l'on utilise de l'oxyde de carbone comme gaz porteur pour les porteurs de carbone solides et pulvérulents. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 > caractérisé en ce que l'on utilise de la poussière de charbon comme porteur de carbone solide et pulvérulent. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que 11 abaissement de 0,2 à 0,05 ffi de la teneur en carbone du bain entralne un accroissement de 1 : 0,1 à l : 0,9 du rapport entre l'oxygène amené et le carbone amené par les porteurs de carbone solides. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'on ajoute de la chromite et de la magnésite (MgO) à grain fin aux porteurs de carbone solides et pulvérulents. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on utilise de 3 à 100 litres de gaz par kg de porteurs de carbone et de chromite. 8. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le chrome est produit à partir des scories chromifères par la réduction au ferrosilicium en dehors de la cuve d'affinage. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la fin du processus d'affinage on incorpore un produit de désulfuration dans le bain. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la désulfuration est réalisée à une température se situant entre 1800 et 210000.