Brevet FR2260621A1 — publié le 19750905

Le procédé Bessemer est le premier procéda connu pour la production en masse d'acier raffiné, dans un convertisseur où le bain de métal en fusion est raffiné par soufflage d'air a travers le fond. Ce procédé donne de l'acier ayant des proportions d'azote trop élevées pour des applications nécessitant une grande ductilité. On a essayé de remédier d cette inclusion d' azote dans le bain, par soufflage d'oxygène commercialement pur, h travers le fond. Jusqu'l ces derniers temps, ces essais ont été infructueux du fait de la corrosion importante de la garniture réfractaire du convertisseur.On a minimisé cet inconvénient d'érosion en utilisant une tuyère à deux tubes concentriques, pour l'in- jection de gaz dans le bain, de l'oxygène par la tuyère centrale et un fluide de protection dans l'espace annulaire des deux tubes. Cette protection ou enveloppe de fluide constitue en réfrigérant, et de ce faits les tuyères ne sont brûlées par retour, que jusqu'au garnissage réfractaire. Le fluide d'enveloppe peut être choisi entre plusieurs matières, telles que hydrocarbures comprenant les butane, propane et gaz naturels, ainsi que d'autres gaz, tel Argon, l'anhydride carbonique et gaz ana Longues. On préfère utiliser à cet usage les hydrocarbures1 du fait de leurs caractéristiques plus élevées de refroidissement.A l'heure actuelle, l'acier peut être raffiné rapidement en utilisant ce mode de soufflage par le fond et les proportions d'azote inclus dans l'acier, ainsi produites, sont beaucoup plus faibles que dans le cas du processus Bessemer. Cependant, lorsqu'un hydrocarbure est utilisé comme fluide protecteur, les aciers obtenus ont des proportions d'hydrogène plus élevées qu'il n'est nécessaire. Dans le processus courant de soufflage par le fond d'une charge d'acier,on effectue le chargement de l'acier dans le convertisseur, on insuffle de I'oxygene dans la charge, à travers une enveloppe de gaz, on incline le convertisseur pour prélever l'échantillon et on perce la charge. L'essai de l'échantillon détermine s'il est nécessaire de poursuivre le soufflage de la charge,pour corriger la composition ou la température de celle-ci. I1 est éventuellement nécessaire d'incliner à nouveau le convertisseur pour prélever un second échantillon. Le soufflage oxygène est interrompu lorsque le convertisseur est incliné et un gaz différent est soufflé à travers la partie centrale de la tuyère, ce gaz étant habituellement un gaz inerte, tel l'azote ou l'argon. Si la proportion d'hydrogène contenue dans le produit d'acier est trop élevée, et que les sections dans celui-ci ne sont pas refroidies assez lentement, des tfauts de rupture dit tapures appa ravissent dans les produits b grande section, tels que les rails et billettes. Par ailleurs, des lingots poreux sont produits dans le cas d'aciers a haute teneur en hydrogène, cette porosité résultant du dégagement dthydro- gène > en cours de solidification. Bien que la proportion d'azote dans acier du convertisseur à soufflage par le fond, dit Q30P,soit comparable & celle de l'acier soufflé par le dessus, la proportion d'azote peut strie accrtte ct atteindre 30 vz, ou davantage, la poursuite du soufflage. Toute augmentation des proportions d'azote de l'acier est nuisible pour les applications 'écessitant des dSfor- mations élevées. La proportion d'oxygène dans l'acier soufflé par le fond est également comparable a celle de l'acier souffle par le haut. Il est cependant avantageux, dans le cas d'acier calmé, d'avoir une proportion initiale d'oxygène plus faible avant la désoxydationdans la poche de transfert afin d'améliorer l'affinage. L'invention a donc pour objet essentiel un procédé de réglage des proportions de gaz dissous dans un acier ordinaire, en cours de soufflage. Ce procédé permet de réduire, dans des conditions prévues, les proportions d'hydrogène dans cet acier, à des niveaux acceptables, à la cou,e,ainsi que de réduire l'inclusion d'azote à la reprise du soufflage et de plus d'améliorer l'affinage de l'acier Q-BOP par élimination de l'oxygène dissous avant la percée. Ces objets ainsi que d'autres de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre, et du dessin annexé, dont la figure unique est une coupe longitudinale d'un convertisseur à soufflage à travers le fond, convenant à la mise en oeuvre de l'invention. Ce convertisseur 10 est monté sur des tourillons 12, permettant le pivotement nécessaire aux opérations,tel'es que charge, pré lèvement par inclinaison, addition, coulées du laitier et de l'acier traité. Le fond 14 de ce convertisseur comporte des tuyères 16 constituées par deux tubes concentriques 18 et 20, délimitant un passage central 22 et le passage annulaire 24. Ce convertisseur comporte une coque ou enveloppe d'acier 26, et une garniture réfractaire 28 pour contenir le bain 30 de métal en fusion. Ce convertisseur est ouvert à la partie supérieure par l'embouchure 32. Pour réduire la proportion d'hydrogène dans un acier devant etre coule à partir d'un convertisseur à oxygène soufflée par le fondu on effectue la reprise du soufflage de la charge, après inclinaison, à l'aide d'un gaz non hydrogéné. On charge ce convertisseur 10 avec des ferrellles,du métal chaud, et d'autres matériaux habituels pour les convertisseurs à soufflage par le fond. Le soufflage d'oxygène est envoyé à travers le passage central 22 des tuyères 16, étant entouré par un fluide protecteur qui est injecté dans le passage 24 de tuyères. Ce fluide protecteur est un hydrocarbure, tel que gaz naturel, propane, butane, méthane et analogues.Lorsque le bain 30 a atteint la composition métallique convenable et une température suffisante pour la percée, un gaz non hydrogéné est injecté à la fois dans les deux passages 22 et 24 de tuyères 16,pendant au moins cinq secondes, et de préférence davantage. Ce gaz peut Btre de l'argon, azote ou tout gaz analogue non hydrogéné, qui ne peuvent entratner la corrosion ou une combustion en retour. Les variations de proportion d'hydrogène contenues dans le bain sont données par 1 R2 dV Cl) dH = W expression dans laquelle H est la proportion d' ppm (parties par million) W la masse du bain V de gaz non hydrogéné K1 est donné par expression dans laquelle est la masse moléculaire de l'hydrogène 2 v est le volume dtune molécule de gaz K2 est la constante de Sievert(CtO de solubilité de u telle que spécifiée dans 'tPhysical Chemistry of Netals" Ec GRAW HIU 1953) La proportion finale d'hydrogène du bain, ou à la coulée a pour expression R étant la proportion initiale d'hydrogène. A partir de l'expression (1), la proportion dthydro- gène dans la poche peut être indiquée par expression dans laquelle R i est la proportion d'hydrogène dans le bain K la proportion dthydrogène acquise de la percée de coulée vers la poche.Si elle est négligeable -H f (5) I1 a été constaté que K n'excédait jamais 20 7 de et rarement plus de 10 %. Des exemples d'essais sont donnés ci-après Exemple 1 Une charge (n 311) est soufflée selon le processus habituel, la proportion d'hydrogène de l'acier du bain étant à l'inclinaison 3,16 par million (ppm). Le poids de cette charge est de 30 tonnes 2 et on la souffle pendant une minute à l'azote sous un débit de 57 m mn. Le convertisseur est de nouveau incliné et un nouvel échantillon est prélevé, dans lequel on a mesuré une proportion de 1,53 ppm. La proportion d'hydrogène calculée selon 11 équation (3) était 1,57 ppm. Exemple 2 Une charge (nO 321) d'environ 20 tonnes contenait 3,44 ppm d'hydrogène à l'inclinaison. Cette charge est alors soumise au 2 soufflage par de l'argon sous un débit de 57 m mn pendant 0,75 mn. La proportion d'hydrogène calculée était de 1,88 ppm, à comparer avec une proportion effective de 2,03 ppm obtenue. Exemple 3 Une charge (n 322) pesant environ 33 tonnes, essayée à l'inclinaison,a été trouvée contenir 3,98 ppm d'hydrogène. Cette charge 2 est alors soufflée à l'argon, sous un débit de 57 m mn, pendant 1,13 mn. La proportion contenue dthydrogène est trouvée égale à 2,18 ppm, à comparer avec la proportion calculée de 2,08 ppm. Exemple 4 Une charge (nO 323) d'environ 20 tonnes l'échantillon prélevé à l'inclinaison contient 3,67 ppm d'hydrogène, Après soufflage à 2 l'argon pendant 1,50 mn sous un débit de 57 m mn la proportion mesurée est de 1,60 ppm à comparer avec la valeur calculée de 1,33. Ce soufflage à 1'argon peut être effectué avec une durée de 5 secondes à 5 minutes, de préférence entre 20 secondes et 3 minutes. L'hydrogène peut être réduit à une proportion plus faible,en reprenant le soufflage de gaz non hydrogéne à travers les tuyères pendant l'inclinaison du couvertisseur pour percer la charge. On a constaté qu'il était possible d'éviter l'augmentation de la proportion d'azote dans acier, à la reprise du soufflage, en poursuivant le soufflage d'oxygène à travers les tuyères pendant le basculement. La proportion d'azote est ainsi amenée à celle constatée dans le bain au premier basculage. L'expérience a montré que la proportion d'azote contenue dans l'acier, au premier basculement,est indépendante du gaz soufflé à travers les tuyères au premier basculement. Cependant, la reprise du soufflage peut entraîner une augmentation de proportion d'azote, jusqu'8 50 X (par exemple de 0,002 à 0,003 %} si de l'azote est utilisé comme gaz de soufflage par les tuyères afin d'y empêcherl'entrée d'acier en fusion ou de laitier.Cette augmentation importante de proportion est évitée en maintenant l'insufflation d'oxygène pendant le basculement du convertisseur. L'inclusion d'azote pendant la reprise du soufflage de charges, branché sur l'oxygène,n'était que de 0,0003 %, c'est-à-dire de 0,002 à 0,0023 7. On a également constaté qu'il était possible de déplacer l'oxygène dissous dans l'acier fabriqué par le procédé de soufflage d'oxygène par le fond. Cette opération est réalisée par soufflage d'un gaz inerte, tel l'argon, après achèvement du soufflage à l'oxygène. Pour des charges dans lesquelles les proportions d'azote imposées ne sont pas étroitement déterminées, l'azote peut être utilisé. Le tableau I ci-dessous donne les résultats obtenus par soufflage d'argon la réduction des proportions d'oxygène dissoutes dans un acier. TABLEAU I Charge Oxygène dissous, ppm Argon utilisé, Avant Après m3/t | % 322 630 240 1,70 0,031 323 88 22 2,57 0,32 324 122 95 2,60 0,17 325 285 174 1,70 0,09 Ces proportions réduites d'oxygène sont particulièrement avantageuses dans la fabrication des aciers calmés. De moindre quan tité de désoxydant sont nécessaires pour être ajoutées à l'acier dans la poche ou le moule ce dont résulte moins d' inclusions et donc un acier mieux affiné et de qualité supérieure. Il apparat donc de ce qui précède que le nouveau procédé permet le réglage effectif des proportions des gaz dissous dans les aciers ordinaires, dans le procédé de réalisation d'acier par soufflage d'oxygène au fond du bain. REVENDICATIONS I. Procédé de production d'aciers dans un processus de soufflage d'oxygène par le fond, lesquels contiennent une proportion déterminée, nécessaire et faible d'hydrogbue dans le poche de transfert, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes ; injection,sous la surface d'un bain å base de fer contenant du carbone å raffiner dans un four, d'ai moins un courant d'oxygène entouré par un fluide protecteur contenant un hydrocarbure, soufflage dans le bain d'oxygène ainsi protégé, jusqu'à ce que la proportion de carbone soit réduite au niveau final nécessaire, substitution au fluide protecteur et à l'oxygène d'au moins un courant de gaz non hydrogéné, soufflage dans le bain de ce gaz pendant un temps suffisant pour réaliser un bain ayant une proportion d'hydrogène, en parties par million du bain, égale à expression dans laquelle, R i est la proportion initiale d'hydrogène V le volume de gaz non hydrogéné W la masse du bain et K1 expression dans laquelle, est la masse moléculaire de l'hydrogène v 2 est le volume d'une molécule de gaz est la constante de Sievert 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le four est un convertisseur qui est incliné pour la percée, en méme temps que le soufflage du gaz est maintenu dans le bain affiné. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la proportion finale de carbone dans l'acier affiné est supérieure à environ 0,1 X. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel l'acier affiné a une composition d'acier cal6 ou semi-calmé. 5. Procédé de réglage de l'azote inclus pendant la production d'acier dans un processus de soufflage d'oxygène par le fond, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes, injection sous la surface d'un bain à base de fer contenant du carbone, devant titre affiné, dans un four, d'au moins un courant d'oxygène entouré par un fluide protecteur å base d'hydrocarbures, soufflage du bain avec l'oxygène protégé par le fluide Jusqu'à ce que la proportion de carbone du bain soit reduite à un niveau final recherché, puis soufflage dans le bain d'un gaz ne contenant pas d'azote, protégé par fluide, et perçage du bain ainsi affiné 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le gaz ne contenant pas d'azote est l'oxygène. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le gaz ne contenant pas d'azote est l'argon. 8. Procédé de réglage de la proportion d'oxygène dans les aciers par un processus de soufflage d'oxygène par le fond, caractérisé en ce qui il comporte les opérations suivantes, injection sous la surface d'un bain à base de fer contenant du carbone à raffiner, dans un four, d'au moins un courant d'oxygène entouré par un fluide protecteur a base d'hydrocarbure, soufflage dans le bain de cet oxygène protégé par fluide jusqu'à ce que la proportion de carbone dans le bain soit réduiteau niveau recherché final, ensuite substitution à l'oxygène protégé par fluide d'au moins un courant de gaz ne contenant pas d'oxygène, soufflage du bain avec ce gaz, puis perçage du bain affiné. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le gaz ne contenant pas d'oxygène est l'argon. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le gaz ne contenant pas d'oxygène est l'azote. 11. Procédé de réglage des proportions d'oxygène, d'azote et d'hydrogène dans des aciers, selon un processus de soufflage d'oxygène par le fond, ce procédé étant caractérisé par les opérations suivantes, injection sous la surface d'un bain à base de fer contenant du carbone,a raffiner dans un four, d'au moins un courant d'oxygène entouré par un fluide protecteur à base dthydrocarbures,soufflage du bain avec cet oxygène jusqu'à ce que la proportion de carbone du bain soit réduite au niveau final recherché, ensuite substitution d'argon à l'oxygène et au fluide protecteur, soufflage avec cet argon entre 5 s-et 5 mn, puis perçage du bain affiné. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le bain reçoit le soufflage d'argon pendant une période de 20 s a 3 mn.