Brevet FR2366365A1 — publié le 19780428

L'invention concerne un procédé de déphosphoration de la fonte liquide. Plus précisément, elle concerne un procédé visant à abaisser la teneur en phosphore, avec une faible décarburation de I , 5% en poids au maximum, en traitant la fonte liquide, à moins de 14500C, avant de l'introduire dans un four de fabrication de l'acier. Il est connu depuis longtemps que le phosphore contenu dans l'acier est une impureté nuisible car il cause une fragilité de revenu et diminue la ténacité du produit. Pour cette raison, la déphosphoration est un problème important dans la fabrication de l'acier. Il n'est pas exagéré de dire que le progrès des procédés de fabrication d'acier est directement lié au progrès du procédé de déphosphoration. Toutefois, le procédé de fabrication de l'acier a peu varié depuis l'invention du convertisseur Lins-Donawitz (in), après la deuxième guerre mondiale, qui assure une grande vitesse de déphosphoration. C'est maintenant la technique principale dans la fabrication de l'acier. Toutefois, ces dernières années, les sortes d'acier qui nécessitent une grande ténacité, comme la tôle pour emploi à de basses températures et l'acier de grande résistance à la traction, sont devenues plus importantes et ces aciers ne peuvent pas contenir plus de 0,01 à 0,015% en poids de phosphore. Il est difficile de fabriquer un tel acier pauvre en phosphore par la technique normale de fusion oxydante dans un convertisseur avec un seul laitier et ctest pourquoi on utilise une technique de fusion oxydante dans un convertisseur avec double laitier. Selon l'état des matières premières, il y a des cas où l'on utilise une fonte contenant du phosphore en quantités très supérieures à 0,1 à 0,2% en poids et, en pareil cas, on applique la technique à double laitier si lton veut obtenir un acier conforme aux normes sévères indiquées plus haut quant à la teneur en phosphore, ou même si l'on veut fabriquer un acier ordinaire contenant au maximum 0,035 en poids de phosphore. Toutefois, la technique à double laitier pose de graves problèmes dbs à des inconvénients tels que la baisse de productivité du convertisseur causée par un temps de fusion prolongé, la baisse de rendement en fer causée par l'écumage intermédiaire, etc.... Le but principal de l'invention est de fournir un procédé de déphosphoration préliminaire d'une fonte liquide avant son introduction dans un four de fabrication de l'acier. Un autre but de l'invention est d'assurer la fabrication d'acier ayant la teneur voulue en phosphore même par la technique de fusion oxydante dans un convertisseur avec un seul laitier. Ainsi, l'invention surmonte les inconvénients susdits de la technique à double laitier. Selon l'invention, (a) on ajoute des agents de déphosphoration à la fonte liquide pour régler la quantité de CaO de façon qu'elle représente de 0,2 à 2,5 fois le total des quantités de SiO2 et P205 et pour régler la quantité de T.Fe entre 15 et 50, relativement à la composition de laitier déphosphorant après traitement et, en outre, (b) on ajoute à la fonte liquide de l'oxyde de fer et/ou un gaz oxydant en une quantité correspondant au maximum à la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder la totalité du silicium, du manganèse et du phosphore et 1,5 % en poids du carbone contenu dans la fonte liquide avant le traitement, avant d'introduire la fonte dans le four de fabrication d'acier.On fait entrer les agents de déphosphoration et les oxydants en contact avec la fonte liquide en agitant, pour diminuer la teneur en phosphore avec une faible décarburation, de 1,5 X en poids au maximum. Dans la déphosphoration de la fonte liquide, on présume que le phosphore est absorbé par le laitier sous forme d'oxyde et éliminé avec lui. Toutefois, étant donné que le phosphore a moins d'affinité pour l'oxygène que le silicium et le manganèse dans la fonte liquide, il faut assurer un pouvoir oxydant suffisant pour oxyder presque complètement le silicium et le manganèse en vue d'une déphosphoration efficace. Toutefois, un si grand pouvoir oxydant cause concurremment une décarburation. Dans le prétraitement de la fonte liquide, avant son introduction dans le four de fabrication d'acier, il est désirable de maintenir le taux de décarburation aussi faible que possible. En fait, il faut ramener ce taux à 1,5 % en poids au maximum, compte tenu des conditions d'équipement et aussi de la sûreté de la source de chaleur lors de l'étape suivante dans le convertisseur. On peut y parvenir en traitant la fonte en dessous de 14500C. Le traitement h une température supérieure à 14500C cause une décarburation active, mais ne permet pas d'atteindre une forte déphosphoration avec un taux de décarburation de 1,5% en poids ou en dessous. Une plus basse température de traitement, inférieure à 14500C, permet unedéphosphoration plus efficace avec une moindre décarburation. Par exemple, un traitement à 13000C permet d'atteindre une forte déphosphoration avec une faible décarburation de 0,4 à 0,7% en poids. Comme on l'a dit plus haut, dans la déphosphoration, le phosphore est absorbé par le laitier sous forme d'oxyde et éliminé avec celui-ci. En pareil cas, la basicité du laitier, représentée par le rapport Oa0/(Si02 + P205) et l'activité oxydante du laitier, représentée par T.Fe, sont des facteurs importants. Autrement dit, plus la basicité du laitier et le T.Fe sont élevés, plus forte sera la déphosphoration que l'on peut obtenir. Toutefois, si le pouvoir oxydant est assuré principalement par un gaz oxydant comme dans le procédé classique de fabrication de l'acier, la température s'élève fortement de sorte qu'un traitement en dessous de 145000 n'est pas possible et qu'il se produit une décarburation. Cela n'assure pas un T.Fe élevé, de 15 ou davantage (dû à une haute teneur en carbone). Dans le cas de l'invention, si le pouvoir oxydant est assuré principalement par de l'oxyde de fer, on peut main- tenir la température de traitement en dessous de 14504C, ce qui fait que le taux de décarburation reste faible et on peut donner au laitier un T.Fe de 15 à 50fui. En outre, le traitement à basse température est avantageux pour la déphosphoration parce que la thermodynamique permet la déphosphoration à une faible basicité qui serait inconcevable dans le procédé de fabrication d'acier. Si la température de traitement est aussi basse que 13000C, le T.Fe de 40 à 50 du laitier permet une déphosphoration de 40 à 60% même avec une basicité de 0,3. Toutefois, si la basicité devient inférieure à 0,3, on ne peut pas effectuer une déphosphoration efficace, si élevé que soit le T.Fe. Bien entendu, plus la basicité du laitier est forte, plus la déphosphoration est efficace.Si le T.Fe est de 15% ou davantage dans ce processus de traitement en dessous de 1450e C, une basicité de 2,5 permet une déphosphoration suffisante et une basicité plus élevée n'est pas nécessaire. De ce qui précède, on peut conclure que le laitier déphosphorant d'une basicité de 0,3 à 2,5 et ayant un T.Fe de 15 à 50 % convient le mieux à ce procédé. Pour la déphosphoration de la fonte avec un tel laitier déphosphorant, il est nécessaire, commué on l'a dit plus haut, de fournir suffisamment d'oxygène pour oxyder la totalité du silicium et du manganèse qui ont une plus forte affinité pour l'oxygène que le phosphore, et au plus environ 1,5 X en poids du carbone. Si lton utilise l'oxygène ou tout~autre gaz oxydant comme seule source d'oxygène, l'élévation de température due au traitement est forte. Donc, sauf si la température de la fonte liquide avant traitement est aussi basse que 1200- C environ, il est difficile de maintenir l température en dessous de 1450e C pendant le traitement.Au contraire, si l1oxy- gene est fourni par un oxyde de fer tel qu'un minerai de fer ou des battitures, la baisse de température due au traitement est forte. Aussi, à moins que la température de la fonte liquide ne soit supérieure B l450* C environ, il est difficile de maintenir sa température au-dessus de l250e C après traitement. Pour déphosphorer une fonte liquide ne répondant pas aux conditions de température ci-dessus, il faut utiliser con- iointerent, comme source d'oxygèae, un oxyde de fer tel qu'un minerai ou des battitures et un gaz oxydant tel que l'oxygène. Les agents de déphosphoration pour la formation de fonte déphosphorée doivent comprendre du CaO et de l'oxyde de fer comme mentionné plus haut. Lorsqu'on peut obtenir une déphosphoration suffisante à la basicité relativement faible prévue par le procédé de l'invention, le laitier de convertisseur LD peut servir en partie de source de CaO et d'oxyde de fer. En outre, si l'on utilise du;calcaire comme source de CaO, il se convertit en CaO à la température de traitement.Bien entendu, on peut utiliser de la chaux vive elle-mEme. D'après ce qui procède, les agents de déphosphoration peuvent autre : (1) du laitier de convertisseur LD et de l'oxyde de fer, par exemple des minerais de fer ou des battitures, (2) du calcaire et de l'oxyde de fer, par exemple des minerais de fer ou des battitures, et (3) de la chaux vive et de l'oxyde de fer, par exemple des minerais de fer ou des battitures. Quand on utilise pour la déphosphoration ces agents de déphosphoration et ces oxydants, la scorification de ces additifs est très importante. Si le mélange pose des difficultés de scorification, l'addition de fluorine et/ou de carbonate de sodium favorise la scorification. On a trouvé par des expériences que dans la mise en oeuvre de l'invention, il est efficace d'ajouter 6 à 150 kg de laitier de convertisseur et/ou de chaux, une quantité d'oxyde de fer et/ou de gaz oxydant correspondant à 10 à 40 kg d'oxygène, et au maximum 15 kg de fluorine et/ou de carbonate de sodium, par tonne de fonte liquide. Quand on les utilise pour la déphosphoration, il est important d'agiter la fonte liquide et les agents de déphosphoration ou le laitier déphosphorant pour obtenir une réaction suffisante et raccourcir le temps de traitement. Comme moyen d'agitation, un rotor est le plus efficace mais on peut aussi assurer l'agitation en faisant barboter un gaz inerte tel que l'azote, l'argon, etc , ou de l'air. Quand on amène du gaz oxydant à la fonte liquide, si la couche de laitier déphosphorant est épaisse, on peut amener ce gaz par un tube immergé, mais si la couche de laitier est relativement mince, on peut l'injecter dans la fonte à travers le laitier en utilisant une lance refroidie à l'eau. Ce traitement de déphosphoration de la fonte liquide peut s'effectuer dans une poche servant à introduire de la fonte liquide dans un convertisseur et ce procedé est avantageux pour l'écumage du laitier après le traitement et pour l'introduction dans le convertisseur. Le traitement de la fonte liquide dans une nacelle en forme de torpille peut aussi être efficace. On donne ci-après des exemples de l'invention. EXEMPLE 1 A 45 tonnes de fonte liquide dans une poche, on ajoute comme agents de déphosphoration 30 kg/t de laitier de convertisseur et 40 kg/t de battitures, on ajoute en outre 35 kg/t de battitures comme oxydant. Tout en soufflant dans la fonte liquide 7,2 Nm3/t de gaz oxydant, au moyen d'un tube immergé, on agite le mélange au moyen d'un rotor tournant à 100 tours/mn. On obtient les résultats indiqués au Tableau 1. TABLEAU l Température de la fonte liquide avant traitement 1 320 C Température de la fonte liquide après traitement 1 2750 C Constituants de la fonte liquide avant traitement en en poids) 4,06 0,82 0,50 0,112 0,027 Constituants de la fonte C S M P S liquide après traitement en en poids) 3,53 traces traces 0,023 0,027 Constituants du laitier CaO/(SiO2 + P205) = 0,37 déphosphorant 2 2 = 0,37 T.Fe = 41,1 % Temps de traitement 35 mn Comme indiqué plus haut, le traitement entre 1275 et 13200 C permet une déphosphoration poussée, soit 79 %, avec une faible décarburation de 0,53 % en poids. EXEMPLE Il A 45 tonnes de fonte liquide dans une poche, on ajoute comme agents de déphosphoration 30 kg/t de chaux vive et 25 kgt de minerai de fer et comme adjuvant de scorification 10 kg/t de fluorine, plus 20 kg/t de minerai de fer comme oxydant. Tout en soufflant 10,2 Nm3/t d'oxygène par un tube immergé, on effectue un barbotage de N2, en vue d'agiter, au moyen d'un autre tube immergé. On obtient les résultats indiqués au tableau 2. TABLEAU 2 Température de la fonte liquide avant traitement 13500 C Température de la fonte liquide après traitement 13700 C Constituants de la fonte C Si Mn P S liquide avant traitement (% en poids) 4,07 0,6 0,59 0,113 0,012 Constituants de la fonte C Si Mn P S liquide après traitement (% en poids) 3,54 traces 0,13 0,015 0,013 Constituant du laitier CaO/(SiO2 + P205) = 1,79 déphosphorant T.Fe = 15,8 % Temps de traitement 40 minutes Comme indiqué plus haut, le traitement entre 1350 et 13700 C permet une déphosphoration poussée, soit 87 %, avec une faible décarburation de 0,53 % en poids. EXEMPLE III A 41,5 tonnes de fonte liquide dans une poche, on ajoute comme agents de déphosphoration 30 kg/t de calcaire et 32 kg/t de minerai de fer et, en outre, comme oxydant, 20 kg/t de minerai de fer. On souffle dans la fonte, au moyen d'une lance refroidie par eau, 11,5 Xm3/t d'oxygène, en agitant le mélange au moyen d'un rotor tournant i 100 tours/mn. On obtient les résultats indiqués au tableau 3. TABLEAU 3 Température de la fonte liquide avant traitement 1370 C Température de la fonte liquide après traitement 1345 C Constituants de la fonte C Si Mn P S liquide avant traitement (% en poids) 4,18 0,72 0,48 0,121 0,032 Constituants de la fonte C Si Mn P S liquide après traitement (% en poids) 3,56 traces 0,07 0,021 0,030 Constituants du laitier CaO/(SiO2 + P205) = 0,92 déphosphorant T.Fe 5 36,2 % Temps de traitement 37 minutes Comme indiqué ci-dessus, le traitement entre 1370 et 1345- C permet une déphosphoration poussée, soit 82,6 % avec une faible décarbùration de ,62 X en poids. REVEEDICADIONS 1. Procédé de déphosphoration de fonte liquide, caractérisé en ce que lton ajoute à celle-ci : (a) un agent de déphosphoration qui peut être la chaux, un laitier de convertisseur ou un mélange de ceux-ci, et (b) un oxydant qui est tel que 1' on obtienne un laitier contenant une quantité de CaO qui représente de 0,3 à 2,5 fois la somme des quantités de SiO2 et P205 et qui a un T.Pe de 15 à 50xi. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute les constituants (a) et (b) à la fonte lorsqu'elle est à une température inférieure à 14500C. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en plus des constituants (a) et (b), on ajoute à la fonte liquide au moins un adjuvant de scorification (c). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'adjuvant de scorification est de la fluorite ou du carbonate de sodium. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajoute l'adjuvant de scorification à la fonte en une quantité allant jusqu'à 15 kg/t. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 oxydant est de l'oxyde de fer, de l'oxygène ou un mélange de ceux-ci. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute le constituant (a) à la fonte à raison de 6 à 150 kg/t, et on ajoute le constituant (b) à raison de 10 à 40 kg/t. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute le constituant (b) en une quantité oxydant tout le silicium et le manganèse contenus dans la fonte mais pas plus de 1,5% en poids du carbone. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant (b) est un gaz oxydant que l'on ajoute à la fonte par un tube immergé. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant (b) est un gaz oxydant que l'on ajoute à la fonte en le soufflant sur la surface de celle-ci au moyen d'une lance. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on ajoute les constituants (a) et (b) à la fonte tout en l'agitant par barbotage d'un gaz inerte. 12. Procédé selnn la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute les constituants (a) et (b) à la fonte pendant qu'elle est agitée par un rotor.