Brevet FR2322202A1 — publié le 19770325

La présente invention se situe dans le domaine de l'affinage de la fonte en acier par soufflage d'oxygène pur. Actuellement, ce domaine est domine par deux grandes catégories de procedes, les procédes d'affinage à la lance verticale dans lesquels l'oxyqene est souffle verticalement de haut en bas à la surface du bain et les procédés d'affinage par le fond dans lesquels l'oxygène est insuffle par le fond du récipient d'affinage, de bas en haut, par des tuyères placées dans le fond, conjointement avec un fluide de protection de la tuyère, généralement un hydrocarbure gazeux ou liquide. Chacune de ces categories de procédes a ses avantages et ses inconvénients. Le soufflage par le haut permet plus de souplesse en jouant sur les desiquilibres thermodynamiques mais exige souvent des laitiers tres basiques et très riches en oxyde de fer, tandis que le soufflage par le fond dans lequel on peut se rapprocher nettement des équilibres thermodynamiques, ne permet que tres difficilement de modifier l'ordre des réactions et d'aboutir à des nuances d'acier diverses. La présente invention se propose de combiner les avantages de ces deux catégories de procédés et de procurer de nouvelles possibilités et une nouvelle souplesse dans l'élaboration de l'acier A cet effet, elle a pour objet un procédé d'élaboration d'acier par soufflage d'oxygène techniquement our de haut en bas par une lance sur la surface d'un bain liquide contenant le métal à affiner et un laitier, ou tout au moins des éléments scorifiants destinés à former le laitier, dans lequel on effectue un brassage complémentaire laitiermétal en insufflant un gaz de brassage en quantité suffisante par le fond à travers le bain. Dans un mode de mise en oeuvre, le procédé est caractérise par le fait qu'on effectue un affinage à la lance, par soufflage d'oxygène techniquement pur sur la surface du bain, à la façon classique, puis, après arrêt du soufflage d'oxygène, on effectue une phase de brassage par insufflation d'un gaz neutre par le fond et à travers le bain, pour rapprocher les composants du bain de l'équilibre thermodynamique. Dans un autre mode de mise en oeuvre, le brassage par insufflation de gaz neutre par le fond est effectué simultanément à l'affinage à l'oxygène par le haut, pendant une partie de la durée de ce dernier ou même, éventuellement, pendant toute sa durée. Le brassage peut également se poursuivre pendant quelques minutes après la fin de l'affinage. Dans une variante de cette mise en oeuvre, le gaz de brassage peut contenir de l'oxygène, qui participe aux réactions d'affinage, ou même être constitue d'oxygène techniquement pur pendant la durée de l'affinage. Si le brassage se poursuit au-del de la durée de l'affinage, il est effectué avec un gaz neutre de preference. La mise en oeuvre de l'invention peut être réalisée par tout moyen connu d'introduction de gaz par le fond à travers un bain métallique, notamment par des éléments réfractaires poreux disposes dans le fond du garnissage réfractaire du récipient d'affinage ou convertisseur, lorsque la teneur en oxygène du gaz de brassage n'est pas trop élevée, ou par des tuyères refroidies adéquates telles que celles qui ont déjà fait leurs preuves dans d'autres procédés à soufflage d'oxygène par le fond, lorsque la teneur en oxygène est élevée ou même lorsqu'il s'agit d'oxygène techniquement pur. On sait que, sur le plan métallurgique, les procédés d'affinage à l'oxygène à lance verticale se signalent essentiellement par la possibilité, grâce à la lance, d'agir sur la répartition de l'oxygène entre les diverses phases présentes dans le convertisseur (bain métallique, laitier, gaz) et de controler les déséquilibres thermodynamiques qui se produisent pendant l'affinage et qui dif fèrent selon les réactions.Le contrôle de ces déséquilibres permet de favoriser dans une.certaine mesure certaines réactions par rapport à d'autres, par exemple d'avancer la déphosphoration par rapport à la décarburation, et d'élaborer ainsi des nuances d'acier très variées ayant des compositions satisfaisantes dès la fin du soufflage.- En contrepartie, on est generalement conduit à former des laitiers plus riches en oxyde de fer et plus basiques que ce qui serait nécessaire à l'équilibre thermodynamique, ce qui entrain des pertes de matières sensibles. En soufflage par le fond, au contraire, on sait qu'il est très difficile de modifier l'ordre des réactions, même en utilisant des methodes de soufflage sophistiquées, avec insufflation de chaux ou-de fondant en poudre, addition de fondants par le haut, etc. Un laitier fluide déphosphorant et désulfurant n peut se former qu'en fin d'affinage et une déphosphoration poussée ne peut être obtenue qu'après l'oxydation complète du carbone, avec tous les inconvenients que cela entrain : faible teneur en carbone de l'acier obtenu, oxygène dissous tres élevé, notamment. Mais le-brassage provoqué par le gaz insufflé à travers le bain permet de se tenir assez proche des équilibres thermodynamiques. On comprend donc que la presente invention vise, sur le plan metallurgique, à cumuler les avantages de chacun de ces groupes de procédés en assurant la maltrise de la répartition de l'oxygène propre aux procédés à la lance et l'influence favorable du brassage propre aux procédés à soufflage par le fond. Les avantages procures par la mise en oeuvre de l'invention sont importants. Dans une première variante, on effectue un affinage classique par soufflage à la lance d'oxygene dans un convertisseur suivi, après arrêt du soufflage d'oxygene, par un brassage par un gaz neutre injecté par le fond. Le soufflage d'oxygène à la lance, par exemple par le procédé bien connu LD, permet d'obtenir rapidement un laitier fluide basique qui réagit avec le bain métallique pendant le soufflage même, ce qui permet d'aboutir à un acier ayant en fin d'affinage une composition convenable pour des teneurs en carbone qui peuvent être très variées. Il existe cependant un déséquilibre thermodynamique entre le metal et le laitier, notamment pour les réactions de décarburation, de déphosphoration et de désulfuration.Un brassage par un gaz inerte mettant en contact plus intime le laitier et le métal à la fin de l'affinage entraîne un rapprochement de l'équilibre, surtout pour la désulfuration et la déphosphoration, plus rapide que la décarburation. On obtient donc une amélioration de la qualité finale grâce à une faible décarburation, une désulfuration notable, une forte dephosphoration et une baisse importante de la teneur en oxygène dissous du métal. On obtient également une amélioration du bilan matières. En effet, du fait que le brassage final permet d'approcher davantage les équilibres, on peut éla- borer des laitiers moins basiques et moins riches en oxyde de fer, d'ou il résulte un gain sur les consommations de chaux, d'oxygène et de fer oxydé. Accessoirement, il en résulte également un léger gain de temps de soufflage d'oxygène. Un autre avantage important réside dans l'amélioration de la précision de la mise à la nuance de l'acier en poche, provenant tant de l'homogénéisation du bain par le brassage, dont il résulte que les échantillons prélevés et les mesures de température sont plus représentatifs, que de sa teneur plus faible en oxygène dissous qui conduit à un meilleur rendement des additions en poche ; ainsi le calcul de ces additions est plus précis. En outre, un tel brassage peut conduire à un épaississement relativement aisé du laitier, qui a moins tendance à perturber la coulée et la mise à la nuance. On peut également profiter de l'effet de brassage pour ajouter dans le convertisseur, avant ou pendant la phase de brassage, par exemple par insufflation en suspension dans le gaz de brassage, soit des produits dêsulfurants ou déphosphorants après un décrassage eventuel, soit des additions ou des élé- ments d'alliage dont la dissolution est ainsi accélérée et homogénéisée. Dans une deuxième variante du procédé de l'invention, le brassage par un gaz neutre insufflé par le fond est effectué pendant le soufflage d'oxygène à la lance lui-même, ce qui permet d'ameliorer la régularité de l'affinage grâce à l'homogénéisation du bain qui en résulte, ainsi que d'accélérer et régulariser la fusion des ferrailles en favorisant en particulier le renouvellement des couches froides de métal liquide au voisinage des blocs de ferrailles. I7 en résulte que les mesures nécessaires à l'automatisation de l'affinage, comme l'analyse et la température du bain, l'analyse des fumées, etc., sont plus précises et que les résultats en sont améliorés. Bien entendu, les deux variantes peuvent être conjuguées en poursuivant le brassage au-del de l'arrêt du soufflage, afin de cumuler leurs avantages. Dans une autre variante avantageuse, le gaz de brassage soufflé par le fond pendant l'affinage à la lance peut contenir lui-meme de l'oxygène ou même, au moins pendant une partie de l'affinage, être de l'oxygène techniquement pur. En soufflant de l'oxygène a la fois par une lance et par le fond on améliore encore la maîtrise de sa répartition entre les diverses phases et les diverses réactions, notamment pour la déphosphoration. On obtient ainsi une plus grande souplesse et une plus grande facilite de conduite et de contrle de l'affinage, conjointement avec les avantages procurés spécifiquement par l'effet de brassage et expliqués plus haut, et ce, quelles que soient les nuances d'acier visées en fin d'élaboration. REVENDICATIONS 1. Procéde d'élaboration d'acier dans lequel de l'oxygène techniquement pur est soufflé de haut en bas par une lance sur la surface d'un bain liquide contenant le métal à affiner et un laitier caractérisé en ce qu'un brassage com plémentaire du métal et du laitier est effectué par insufflation d'un gaz Dar le fond à travers le bain. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'affinage par le haut est effectué de façon classique et suivi, après arrêt du soufflage d'oxygène par le haut, par une phase de brassage par insufflation d'un gaz neutre par le fond à travers le bain. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un brassage est effectué simultanément a l'affinage par le haut, par insufflation de gaz de brassage par le fond à travers le bain. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le gaz de brassage insufflé par le fond est un gaz neutre. 5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le gaz de brassage insufflé par le fond contient de l'oxygène qui participe à l'affinage. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le gaz de brassage insufflé par le fond est de l'oxygène techniquement pur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérise en ce que le gaz de brassage est insufflé dans le bain par un élement réfractaire poreux inséré dans le fond du garnissage refractaire du récipient d'affinaqe. 8. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le gaz de brassage est introduit dans le bain par au moins une tuyère refroidie de type connu en soi, disposé dans le fond du récipient d'affinage