Brevet FR2273874A1 — publié le 19760102

La présente invention est relative à un procédé pour contrôler ltopération dtaffinage de la fonte dans laquelle on insuffle de ltoxygène industriellement pur au moyen d'au moins une tuyère située au-dessous de la surface du bain métallique, par exemple dans le fond du convertisseur.Cette tuyère est généralement composée de deux-conduits coaxiaux dont le conduit central est réservé au passage de lXoxygène, ltespace compris entre le conduit central et le conduit périphérique étant réservé au passage dtun fluide, de préférence à décomposition endothermique, par exemple du gaz propane, destiné à la protection de la tuyère et des matériaux réfractaires contre ltac- tion de ltoxygène pur. On a déjà préconisé un certain nombre de procédés de contrôle de 15opération dXaffinage mentionnée ci-dessus. On peut citer par exemple les procédés basés sur des bilans de matières et des bilans thermiques et mettant en oeuvre un modèle mathématique de calcul des enfournements. En principe, de tels procédés permettent obtenir régulièrement au rabattement de la cornue, la composition et la température désirées pour le métal affiné. En pratique cependant, on constate une certaine dispersion des résultats ainsi obtenus. Cette dispersion peut être due à une mauvaise connaissance des matières enfournées : composition exacte' de la fonte, des ferrailles, de la chaux, leurs poids, etc. Ainsi par exemple, une variation de 0,1 % P dans la composition de la fonte se retrouve intégralement dans le métal affiné lors du rabattement, compte tenu évidemment de la mise au mille de fonte. Pour y remédier, on effectue généralement un rabattement prématuré de la cornue, on mesure rapidement la teneur en fer de la scorie ainsi que sa température et on reprend le soufflage avec ou sans addition pendant le temps nécessaire pour obtenir la composition et la température désirées pour le métal. Les résultats ainsi obtenus se sont révélés satisfaisants et on a pu réduire sensiblement les dispersions qui sont généralement constatées lorsque lton n'effectue pas de rabattement prématuré. Certaines difficultés subsistent cependant encore pour obtenir sans incident (débordement) et à coup sûr la température et la composition désirées de l'acier en fin dtaffina- ge. Ces difficultés peuvent être dues au fait que les conditions de soufflage ne sont pas reproductibles. On conçoit, par exemple, qutune variation de ces conditions de soufflage puissent entrainer-des variations du taux de postcombustion du CO en C02o La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à tous ces inconvénients, sans devoir pratiquer un rabattement prématuré de la cornue. Le procédé, objet de la présente invention, développé pour contrôler ltopération dtaffinage de la fonte dans laquelle on insuffle dans le bain métallique de l'oxygène industriellement pur entouré dtun fluide protecteur, au moyen dtau moins une tuyère située au-dessous de la surface dudit bain métallique, est essentiellement caractérisé en ce qutil comprend les opérations suivantes a) on mesure, de façon continue, les débits dloxygène et de fluide protecteur insufflés dans le bain métallique, b) on analyse, également de façon continue, le gaz sortant du convertisseur- (une ou plusieurs des teneurs- suivantes :CO, C02, O2, H, H20) c) on calcûle à chaque instant les valeurs des grandeurs suivantes - débit du gaz sortant du convertisseur : Oc - vitesse de décarburation de la fonte : V c - poids du carbone brûlé : KCB = f V c - poids dloxygène passant dans la scorie : POSC, - teneurs en C, P, Si du bain : CB, PB, SIB d) on compare ces valeurs calculés à des valeurs de consigne prédéterminées et choisies de façon à obtenir, au moment du rabattement du-convertisseur, la composition et la température désirée-s de l'acier, e) on modifie une ou plusieurs conditions d'affinage (débit d'oxygène, additions, etc.) de façon à supprimer, à bref délai, tout écart entre les valeurs calculées et les valeurs de consigne. En ce qui concerne les additions, on dispose des possibilités d'action suivantes - type des additions : par exemple chaux, dolomie, spath, etc. - débit des additions, - moment où lton utilise les additions. Suivant une modalité opératoire particulièrement intéressante de ltinvention, on détermine à chaque instant les valeurs du couple (POSC - KCB) et on compare ces valeurs à des valeurs de consigne, choisies non seulement pour définir une évolution correcte du processus dtaffinage, mais aussi pour éviter des déséquilibres dangereux avec risque de débordement, suite à des réactions violentes entre le métal et la scorie. En ces qui concerne le débit (Qc) du gaz sortant du convertisseur, on a fait la constatation que le gaz utilisé comme protection des tuyères pouvait être considéré en quelque sorte comme un traceur du débit des fumées et permettait le calcul du débit du gaz sortant du convertisseur à l'adie dun simple bilan matières du type Qc x (H2 + H2O) = Qgp x K' 100 où H2, H20 = teneurs en H2 et H20, exprimées en pourcents, ob tenues par analyse du gaz au bec du convertisseur. Qgp = débit du fluide protecteur passant dans ltespace compris entre le conduit central et le conduit périphérique des tuyères de soufflage. K' = = coefficient de craquage du fluide protecteur, repré senté par -le nombre de m3 de H2 produit par le craquage dlun m3 de fluide protecteur. Suivant l'invention, on détermine la vitesse (Vc) de décarburation du bain métallique par ltapplication d'une formule, valable quel que soit le coefficient d'excès d'air dans la hotte utilisée, du type 0c Vc = # (@@ @ @@2) @ @@ 100 1,8678 où Qc = débit du gaz sortant du convertisseur, CO, C02 = teneurs en pourcents en CO et C02 du gaz sor tant du convertisseur, obtenues par analyse du gaz au bec du convertisseur. 1 = facteur de conversion de m3 de CO et de CO en 1,8678 kg de carb-one. En ce qui concerne le poids d'oxygène passant dans la scorie, on détermine sa valeur (POSC) au moyen des deux for mules suivantes Qc Qc QOSC = QO2 - # ( CO + CO2) - # ( 1 H2O) 100 100 32 POSC = QOSC x 22,4 Ces formules sont basées sur le fait que-la quantité oxygène passant dans la scorie est égale à la différence entre la quantité d'oxygène insufflée par les tuyères et la somme des quantités droxygène se fixant respectivement sur le carbone et l'hydrogène. Pour pouvoir suivre l'évolution du carbone dans le bain métallique, on doit connaitre l'évolution du poids du bain et donc la loi de dissolution des mitrailles. Suivant ltinvention, on détermine la teneur en carbone du bain métallique (CB) au moyen de la formule suivante: WB . = CB = WF . CF + Qgp . K" - KCB 100 100 où WF = poids de la fonte enfournée CF = teneur en carbone de la fonte enfournée (en %) K" = = coefficient de craquage du fluide protecteur, repré senté par le nombre de kg de carbone produit par le craquage d'un m3 de fluide protecteur WB = poids du bain métallique à instant considéré. En effet, à chaque instant, la quantité de carbone ne restant dans le bain est déterminée par la différence en tre - rapport de carbone, c'est-à-dire la somme de la quantité de carbone apportée par la fonte et de la quantité de carbone provenant à instant considéré, du craquage du fluide protecteur entourant le jet dtoxygène. - la quantité de carbone brulé (KCB), mesurée par voie gazeuse te calcul de l'évolution du phosphore et du silicium du bain repose sur les deux bases suivantes - la loi de dissolution des mitrailles, - ltexistence d'une relation univoque entre le poids droxygè ne passant dans la scorie (POSC) d'une part et la composition du bain d'autre part ; cette composition a été constatée et vérifiée expérimentalement par les auteurs de la présente invention. Egalement suivant l'invention, on détermine les teneurs en silicium (SIB) et en phosphore (PB) du bain métalli que au moyen des deux formules suivantes5 dans le cas où SIB > O SIB . WB = SIF . WF - (1 - f(POSC)) . Q02R . 1,249 100 100 FB e WB = PB . WF - f (POSC) . QO2R # 0 1,106 100 100 où SIF = teneur en silicium de la fonte enfournée (en ) PF = teneur en phosphore de la fonte enfournée (en%) QO2R = différence entre la quantité dtoxygène soufflée par les tuyères et la somme des quantités d'oxy- gène se combinant avec le carbone, l'hydroène, le fer et le manganèse, f (POSC) = relation expérimentale représentant la fraction de Q02R se fixant sur le phosphore. 1,249 = nombre de kg de Si oxydé par m3 d'oxygène 1,106 = nombre de kg de P oxydé par m3 dtoxygène. Dans le cas où la teneur en silicium (SIB) est nulle, on détermine la teneur en phosphore (PB) du bain métalli que au moyen de la formule suivante PB PF # WB = # WF - QO2R # 1,106 100 100 Les deux figures ci-annexées sont données à titre exemple non limitatif, pour bien faire comprendre l'objet de la présente invention. La figure 1 est relative à la détermination des zones d'oxydation conduisant à des débordements, au moyen des valeurs successives du couple poids d'oxygène passant dans la scorie (POSC) - teneur en carbone du métal (% C). Les figures 2a et 2b sont relatives à des schémas de principe de modifications d'additions de chaux en cours de soufflage pour supprimer tout écart entre les valeurs calcul lées et les valeurs de consigne des grandeurs caractéristiques de l'opération d'affinage. Sur le diagramme de la figure 1, ltaxe des abscisses représente la quantité de m3 dtoxygènè soufflé au cours de ltaffinage (Nm3 02) et ltaxe des ordonnées représente soit la teneur en carbone du métal (% C), soit le poids dtoxygène passant dans la scorie (POSC). L'es deux droites AB@ et AD sont relatives à la teneur en carbone du métal à deux moments différents et les deux droites EF et EG sont relatives au poids d'oxygène passant dans la scorie aux deux mêmes moments. La droite LM représente les valeurs de consigne de % C et de POSC au-dessus desquelles il y a risque de débordement et en-dessous desquelles il n'existe pas un tel risque.On a pu constater que le point H représentait un état donnant lieu à débordement, tandis que le point K est un point correct de fonctionnement sans débordement. Sur le diagramme des figures 2a et 2b, l'axe des abscisses représente le pourcentage d'oxygène soufflé au cours de ltaffinage et ltaxe des ordonnées représente le débit dtoxy- gène (002 en Nm3/min.). La figure 2a est relative au cas où ltenfournement de chaux dans le convertisseur a lieu au moyen dSune trémie. Le tronçon PQ représente la partie de la conversion pour la quelle on enfourne 80 % de la quantité totale de chaux , Le tron çon RS représente la partie de la conversion pour laquelle on enfourne les 20 % restant de la chaux totale. La ligne en trait plein représente le débit d'oxygène et la ligne en traits pointillés représente le débit de chaux. La figure 2b est relative au cas où de chaux dans le convertisseur a lieu au moyen des tuyères. La ligne en trait plein représente le débit dtoxygène et la ligne en traits pointillés représente le débit de chaux. On a dû augmenter le débit de chaux au cours de la seconde moitié de ltopération de corversion. REVENDICATIONS 1 / Procédé pour contrôler l'opération d'affinage de la fonte avec insufflation d'oxygène entouré d'un fluide protecteur au moyen d'au moins une tuyère située au-dessous de la surface du bain métallique, c a r a c t é r i s é en ce qutil comprend les opérations suivantes a) on mesure, de façon continue, les débits d'oxygène et de fluide protecteur insufflés dans le bain métallique, b) on analyse, de façon continue, le gaz sortant du convertisseur et notamment une ou plusieurs des teneurs suivantes: CO, CO25 O2, H2, H20, c) on calcule, à chaque instant, les valeurs des grandeurs suivantes - débit du gaz sortant du convertisseur : 0c - vitesse de décarburation de la fonte : V c - poids du carbone brûlé :KCB = #Vc - poids d'oxygène passant dans la scorie : POSC, - teneurs en C, P, Si du bain : CB, PB, SIB. d) on compare ces valeurs calcules à des valeurs de consigne prédéterminées et choisies de façon à obtenir, au moment du rabattement du convertisseur, la composition et la température désirées de ltacier, e) on modifie une ou plusieurs conditions d'affinage (débit d'oxygène, additions, etc.), de façon à supprimer, à bref délai, tout écart entre les valeurs calculées et les valeurs de consigne. 2 / Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu l'on détermine à chaque instant les valeurs du couple (POSC - KCB) et en ce que lton compare ces valeurs à des valeurs de consigne choisies non seulement pour définir une évolution correcte du processus dtaffinage, mais aussi pour éviter des déséquilibres dangereux avec risque de débordement, suite à des réactions violentes entre le métal et la scorie. 3 / Procédé suivant lXune ou l'autre des revendications 1 et 2, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine le débit (Qc) du gaz sortant du convertisseur par ltapplica- tion de la formule suivante Qc x (H2 + H2O) = Qgp x Kt 100 où H2, H2O = teneurs en H2 et H20 (exprimées en %) du gaz sortant du convertisseur, obtenues par analyse du gaz au bec du convertisseur, 'Qgp = débit du fluide protecteur passant dans ltes pace compris entre le conduit central et le conduit périphérique des tuyères de soufflage, K' = = coefficient de craquage du fluide protecteur, représenté par le nombre de m3 de H2 produit par le craquage dXun m3 de fluide protecteur. 40/ Procédé suivant l'une ou l-autre des revendications 1 s 2, et 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine la vitesse (Vc) de décarburation du bain métallique par ltapplication de la formule suivante: Qc 1 Vc = # (CO + CO2) # 100 1,8678 où Qc = débit du gaz sortant du convertisseur CO, C02 = teneurs en CO et C02 (exprimées en %) du gaz sor tant du convertisseur, obtenues par analyse du gaz au bec du convertisseur. 1 1,8678 = facteur de conversion de @@ de CO et de @@2 en kg de carbone. 5 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 3 et 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine le poids d'oxygène passant dans la scorie (POSC), au moyen des deux formules suivantes Qc Qc QOSC = QO2 - ( CO + CO2) - ( H2O) 100 100 32 POSC = QOSC x 22,4 où QOSC = débit d'oxygène passant dans la scorie, QO2 = débit d'oxygène soufflé par les tuyères. 60/ Procédé suivant l'une ou ltautre des revendications 1, 2, 3, 4, et 5, prise isolément, ca r a c t é r i s é en ce que l'on détermine la teneur en carbone du bain mé tallique (CB) au moyen de la formule suivante CB CF WB # = WF # + Qgp # K' - KOB 100 100 où WF = poids de la fonte enfournée CF = teneur en carbone de la fonte enfournée (en %) Ke = coefficient de craquage du fluide protecteur repré senté par le nombre de kg de carbone produit par le craquage d'un m3 de fluide protecteur. WB = poids du bain métallique à instant considéré. 7 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 3, 4, 5, et 6, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine les teneurs en silicium (SIB) et en phosphore (FB) du bain métallique, au moyen des deux for mules suivantes, dans le cas où SIB > O SIB SIF # WB = # WF - (1 - f (POSC))# QO2R # 1,249 100 100 PB PF # WB = # WF - f (POSC) # QO2R # 1,106 100 100 ou SIF = teneur en silicium de la fonte enfournée (en ) PF = teneur en phosphore de la fonte enfournée (en %) QO2R = différence entre la quantité dtoxygène soufflée par les tuyères et la somme des quantités d'oxygè ne se combinant avec le carbone, l'hydrogène, le fer et la-manganèse, f(POSC)= relation expérimentale représentant la fraction de Q02R se fixant sur le phosphore, 1,249 = nombré de kg de Si oxydé par m3 dtoxygène, 1,106 = nombre de kg de P oxydé par m3 d'oxygène. 8 / Procédé suivant l'une ou L'autre des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine la teneur en phosphore (PB) du bain métallique au moyen de la formule suivante dans le cas où SIB = O # WB = # WF - QO2R # 1,106 100 100