Brevet FR2459835A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un procédé permettant de traiter des fontes liquides en augmentant en même temps la proportion de riblons dans le converEsseur. Il est connu d'ajouter à la fonte brute dans le convertisseur de 25 à 30 % en poids de riblons. La chaleur de combustion résultant de l'oxydation des éléments (carbone, manganèse, silici um et autres) contenus dans la fonte suffit pour fondre une proportion déterminé de riblons et porter la température à un niveau nécessaire à des aciers liquides. Dans certains cas il est cependant d'un grand intérêt de pouvoir accroître encore la proportion de riblons afin de rendre la capacité de production d'acier plus souple et de l'adapter aux conditions du marché et de la production. Il s'agit én particulier de permettre ainsi de mettre en oeuvre des riblons abondamment disponibles et d'un prix de revient réduit par rapport à la fonte. De plus, l'exploitation du convertinseur à soufflage d'oxygène sur la surface du bain peut de la sorte être rendue plus indépendante de l'alimentation en fonte, c'est-à-dire que l'effet de perturbations dans la marche du haut fourneau sur la fabrication de l'acier peut être atténué. La technique classique de soufflage d'oxygène d'en haut ne permet que dans des limites très étroites d'élever la température du bain dans le convertisseur.En outre, cette mesure entraîne des dépenses spécifiques importantes puisqu'il se produit de fortes pertes de fer lors du soufflage ultérieur. C'est pourquoi on cherche depuis longtemps à améliorer le bilan thermique dans le convertisseur de façon à permettre l'addition de plus fortes proportions de riblons. Il est déjà connu, pour permettre d'accroître la proportion de riblons, de mélanger l'oxygène à du gaz combustible dans des brûleurs spéciaux et d'améliorer ainsi le bilan thermique du convertisseur. 11 est également connu de fondre des métaux, comme par exemple des mélanges de riblons et de fonte, avec une lance projetant une flamme et alimentée avec des hydrocarbures, des matières solides pulvérulentes teBes que des carbures étant introduites dans la flamme pour favoriser le transfert de chaleur (brevet autrichien 15 313 942). Tous ces procédés connus jusqu'à présent ont pour trait commun qu'au jet d'oxygène est mélangé ou amené séparément, après sa sortie de la lance, à l'aide d'une buse spéciale,un combustible additionnel éventuellement chargé d'une matière solide oxydable. Pour simplifier le procédé il a déjà été proposé d'ajouter, au cours de l'opération de soufflage, du carbure de calcium sous forme de fragments à la fonte liquide. Théoriquement l'énergie calorifique produite par la combustion de 1 kg de carbure suffirait pour amener environ 6 kg de fer de la température ambiante à 1630 C. En pratique ce haut degré de mise à profit, qui est nécessaire pour que l'utilisation de carbure soit rentable, n'a cependant pas éte atteint. De plus, par suite d'un moussåge accentué de la scorie1 le déroulement de l'opération est l'objet de perturbations considérables qui contrebalancent largement les avantages éventuels. En conséquence, la présente invention a poux objet d'éviter les inconvénients de la technique antérieure et de proposer un procédé facile à mettre en oeuvre sur le plan technique et permettant de traiteur des fontes liquides avec une proportion accrue de riblons dans le convertisseur, celui-ci étant de préférence un creuset ED. Ce but est atteint suivant la présente invention par un procédé de traitement de fontes liquides permettant d'accroltre la proportion de riblons dans un convertisseur par insufflation d'un gaz de traitement contenant de l'oxygène et par addition de carbure de calcium, caractérisé en ce que de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène, chargé de carbure de calcium et éventuellement d'autres substances oxydables ou/et d'éléments d'addition ou/ et d'agents de scorification, est soufflé sur la fonte liquide ou insufflé dans celle-ci. Ti s'est en effet avéré de manière surprenante que du carbure de calcium même finement divisé et de oxygène peuvent sans danger etre mis en oeuvre ensemble jusqu a une température d'environ 2000C sans que le carbure se décompose par oxydation et se trouve ainsi influencé au point de vue de son activité. De ce fait une réaction complète et régulière est assurée. Grâce à des perfectionnements apportés encore ces dernières années au transport pneumatique de composants réactifs en poudre et à leur introduction par voie pneumatique dans des fontes liqui des,on on a réussi à présent à insuffler du carbure de calcium fine- ment divisé ou en grains, seul ou conjointement avec d'autres con stituants, au moyen d'oxygène de manière contrôlée à des intervalles de temps donnés ou en quantités déterminées par unité de temps dans des fontes liquides à l'aide d'une lance soit d'en haut, soit par des buses connues en soi à travers le fond du convertisseur. Etant donné que les lances de soufflage d'oxygène utilisées sur des convertisseurs à soufflage sur la surface du bain sont refroidies par eau, l'oxygène présente en général jusqu'à l'ouverture de sortie une température d'environ 100C. Par suite de la forme de la buse le courant d'oxygène subit, en sortant de la lance, une détente et se trouve ainsi encore refroidi davantage. En cas de marche sans incident le mélange gaz-matière solide ne risque pas du tout d'être chauffé à une température à laquelle une réaction pourrait se produire entre l'oxygène- et le carbure de calcium. La combustion se réalise sur le trajet à parcourir entre l'embouchure de la lance et la surface du bain métallique. L'allumage est provoqué par la température régnant au point d'impact, c'est-à-dire à la surface de la fonte ou du bain d'acier par exemple.A partir du carbure de calcium se forme un oxyde de calcium très réactif qui permet à des réactions métallurgiques indispensables (désulfuration, déphosphoration) de se dérouler de manière accélérée. Ce processus permet de réduire considérablement la quantité de chaux ajoutée de sorte que le processus de dissolution de la chaux se trouve raccourci. En ce qui concerne le procédé d'insufflation à travers le fond d'un convertisseur, il est connu, en vue de la désulfuration et de la desoxydation de fontesliquidoe, d'insuffler du carbure et des désoxydants portés ensemble par un gaz inerte formant véhicule (demande de brevet allemand publiée nO 2 602 536). Cela ne permet ni d'accroltre l'apport de chaleur ni d'obtenir du CaO réactif à l'état naissant, comme c'est le cas pour le procédé suivant l'in- vention. Afin d'obtenir une conversion complète il convient de travailler de préférence avec un excès d'oxygène. En tant que carbure de calcium est insufflé de préférence du carbure de calcium technique présenté sous une forme finement brqyée ou en menus fragments et contenant environ 75 à 83 % de CaO2. La granulométrie du carbure de calcium à insuffler ainsi que des métaux ou oxydes métalliques éventuellement ajoutés en supplément peut varier dans de larges limites et se situer dans l'intervalle de 0,001 à 20 mm. Il convient cependant de préférence de respecter un intervalle de 0,01 à environ 1 mm. Outre l'utilisation du carbure technique, il peut également s' avérer avantageux d'utiliser du carbure eutectique , c'est-à-dire un carbure présentant une plus forte teneur en oxyde de calcium. Cela permet, moyennant une action de chauffage réduite, de disposer d'une proportion accrue de chaux (CaO) métallurgiquement active. La quantité du carbure de calcium à insuffler est fonction, d'une part, de la quantité de riblons ajoutés et de la température de la fonte liquide et, d'autre part,de la composition du carbure insufflé. En général il convient d'insuffler par tonne de fonte liquide à traiter de 5 à 125 kg , de préférence 30 à 60 kg, de carbure de calcium. Ces quantités permettent, même en cas d'adjonction de fortes quantités de riblons, de régler la température de la fonte liquide de manière adéquate. En outre, la teneur en oxygène de la fonte liquide peut également être réglée par l'intermédiaire de la quantité de carbure de calcium ajouté à l'oxygène, permettant ainsi de régler la teneur en oxygène de la fonte dans des limites plus étroites que dans le procédé habituel.Grave à l'adjonction contrôlée de carbure de calcium,il est possible de limiter l'oxydation d'éléments alliés, de régler de manière sûre la quantité d'éléments alliés actifs obtenue lors de la coulée, comme par exemple également de l'aluminium et du silicium, ou encore de régler l'oxygène de façon à obtenir lors de la coulée sans faute des qualités d'acier déterminées comme par exemple des nuances non calmées ou semi-calmées. De préférence, d'autres composés inorganiques oxydables sont encore ajoutés au carbure de calcium et insufflés simultanément en tant qu'éléments d'addition. Parmi ces composés figure notamment le carbure de silicium. Outre ces composés apportant exclusivement de l'énergie calorifique, on peut encore mélanger au carbure de calcium,suivant le procédé de l'invention, des composés, en particulier des oxydes métalliques, qui provoquent dans le bain d'acier par l'intermédiaire de processus de réduction un effet de formation d'alliage. A cet égard il est recommandé d'utiliser de préférence de l'oxyde de nickel, du pentoxyde de vanadium, du trioxyde de chrome ou d'autres oxydes ou minerais selon la nuance d'acier désirée. Suivant la présente invention les oxydes métalliques servant à la formation d'alliages peuvent être introduits dans le bain d'acier conjointement avec les composés inorganiques oxydables et le carbure de calcium. Ils peuvent cependant également être simplement mélangés au carbure de calcium ou être ajoutés seuls au courant d'oxygène. La proportion de tels composés et/ou minerais peut atteindre jusqu'à 50 % en poids du carbure de calcium utilisé et doit être choisie essentiellement en fonction de la qualité d'acier voulue et de facteurs d'ordre économique. Enfin, des agents de scorification métallurgiquement actifs peuvent encore etre ajoutés au carbure de calcium. Parmi ces derniers figurent en particulier le fluorure de calcium, des borates, l'alumine, la chaux et des mélanges de ceux-ci. La formation d'une scorie appropriée revêt une certaine importance dans la mesure où la teneur en fer, c'est-à-dire la proportion d'oxyde sensiblement ferreux dans la scorie, doit être aussi réduite que possible puisque le FeO attaque le garnissage du convertisseur et a pour effet de réduire le rendement en ce qui concerne le fer. D'autre part, la scorie doit être telle qu'au niveau du jet de soufflage puisse se former une zone sensiblement libre à travers laquelle les gaz produits par les réactions peuvent s'échapper. On évite ainsi que des gaz ne soient retenus dans la scorie qui pourrait commencer à former de la mousse sous l'affet de ces derniers, comme cela se produit par exemple en cas d'adjonction du carbure de calcium ou du carbure de silicium sous forme de fragments. Dans bien des cas il peut être avantageux de ne permettre aux constituants solides de se mélanger au courant d'oxygène qu'au niveau de l'ouverture de sortie de la lance de soufflage ou de la buse de transport. Dans ce cas le transport du carbure de calcium ou du mélange avec les autres additifs solides peut s'effectuer avec du gaz carbonique ou avec de l'oxyde de carbone et le mélange avec le courant d'oxygène ne s'effectue alors qu'au niveau de l'ouverture de sortie de la lance de soufflage ou de la buse. En fonction de l'évolution du processus de fusion ou de la réaction d'affinage et de la teneur des fontes liquides en impuretés, comme par exemple du soufre, le gaz de traitement est chargé avec plus ou moins de carbure de calcium et éventuellement d'agent de scorification (chargement graduel) . Cette adjonction du carbure de calcium peut augmenter ou diminuer de manière continue mais elle peut également s'effectuer d'une manière constante pendant toute la durée de traitement. Enfin, l'importance de la proportion de riblons ajoutés influe sur la température de la fonte liquide. Un supplément de carbure de calcium et éventuellen:ent de composés métalliques comme par exemple le carbure de silicium peut à cet égard rapidement produire un effet régulateur. Au cas où la température de la fonte serait devenue trop basse on peut la faire remonter rapidement et à coup sur par adjonction intermittente de quantités dosées de carbure de calcium ou de mélanges de carbure de calcium et d'autres additifs générateurs de chaleur. Be procédé suivant l'invention permettant de traiter des fontes liquides en utilisant une proportion accrue de riblons dans un convertisseur et en introduisant dans la fonte du carbure de calcium et éventuellement d'autres composants oxydables avec le gaz de traitement contenant de l'oxygène est également applicable dans le cas de convertisseurs à insufflation par le fond. Te fait que dans ce procédé le carbure de calcium introduit et les produits de réaction formés dans le gaz de traitement parcourent toute la hauter du bain assure un haut degré de conversion. La décomposition d'éléments indésirables dans l'acier s'opère rapidement jusqu'à ce que des valeurs proches de l'équilibre de réaction soient atteintes Le transfert de chaleur à partir de la zone de réaction à la fonte se réalise avec un rendement de près de 100 %. Te procédé suivant l'invention facilite le réglage du processus de soufflage notamment en ce qui concerne l'apport de chaleur, permet de réduire l'addition de chaux, évite la formation de mousse, réduit la teneur en FeO de la scorie ainsi que l'oxydation d'éléments alliés et prolonge la durée de service du garnissage des convertisseurs. Il peut etre mis en oeuvre de façon particulièrement simple et n'entraine pas de dépenses spéciales en matière d'appareillage. le procédé suivant l'invention est expliqué plus en détail ci-dessous à l'aide de quelques exemples. EXEMPlE 1 Be procédé de l'invention est mis à l'épreuve pour une série de onze fontes liquides. Toutes les valeurs numériques indiquées sont des valeurs moyennes. a) Exemple de référence Procédé classique Fonte brute 78,5 t Riblons 15 t Chaux 4,5 t Matière liquide obtenue 85,5 t Teneur finale en soufre 0,021 % Teneur finale en phosphore 0,014 ip Rendement (fer) 91,5 % b) Procédé suivant l'invention Fonte brute 78,5 t Riblons 31 t Chaux 2,1 t Carbure 2,8 t Matière liquide obtenue env. 102,5 t Teneur finale en soufre 0,014 % Teneur finale en phosphore 0,007 % Rendement (fer) 95,5 % EXB.ePLE 2 L'influence exercée sur les teneurs en oxyde ferreux de la scorie et sur la teneur en oxygène dissous de l'acier par l'adjonction de carbure de calcium au jet d'oxygène est examinée pour une série de quatre tains. Des charges comportant chacune environ 100 t acier liquide contenant 0,07 % de carbone, 0,02 % de soufre et 0,015 % de phosphore sont traitées respectivewnt comme suit a) 41 t de riblons sont ajoutées et 4 t de carbure de calcium sont soufflées sur la bain b) 21 t de riblons sont ajoutées et de l'oxygène est soufflé sans lui adioindre du carbure de calcium. Résultat la teneur en oxyde ferreux de la scorie est de 11 à 14 % de FeO pour les bains traités avec du carbure de calcium et de 18 à 23 % de FeO pour les bains traités seulement avec de l'oxygène. On constate une influence analogue sur les teneurs en oxygène des bains d'acier avant la coulée. L'acier liquide traité avec du carbure de calcium présente une teneur en oxygène de 400 à 600 ppm contre 800 à 1200 ppm pour les autres bains. EXïP'lE 3 'l'effet obtenu par l'application de la présente invention est examiné pour une série de dix bains traités dans un convertisseur dlune capacité de 110 t fonctionnant suivant le procédé LD. En moyenne, 85 t de fonte contenant environ 3,6- % de carbone, 0,030 % de soufre et 1,6 % de phosphore sont utilisées et 28 t de riblons y sont ajoutées. Après une opération de soufflage usuelle (oxygène chargé de 4 % d'oxyde de calcium) d'environ 15 minutes, on fait basculer le convertisseur, procède à un décrassage partiel et ajoute un supplément d'environ 29 t de riblons. La quantité additionnelle de chaux à ajouter est ramenée à environ 1 %. La chaux est remplacée par du carbure de calcium technique et en moyenne sont soufflées au total 5 t de carbure de calcium avec un débit de 400 kg/mn. Au bout.de 13 à 16 minutes desouff)age la teneur en carbone est de 0,32 à 0,36 %, la teneur en soufre de 0,011 % et la teneur en phosphore de 0,008 %. Par rapport au procédé normal la durée de chargement ne se trouve augmentée que de 3 à 5 minutes. Be rendement horaire se trouve cependant porté de 146 à 170 t/h, ce qui représente un accroissement de 16,4 % avec des teneurs en phosphore et en soufre améliorées en comparaison du procédé normal. EXEMPLE 4 L'élévation de température obtenue en procédant suivant l'invention est examinée pour quatre bains traités par le procédé LDAC et présentant un poids de coulée de 110 t. En utilisant le procédé habituel, on trouve une température (158000) inférieure en moyenne de 250C à celle nécessaire à la qualité d'acier à traiter contenant environ 0,35%: de carbone Pour corriger la température le jet d'oxygène -est chargé de carbure de calcium technique immédiatement après la dernière mesure de température. lia vitesse de soufflage est de 40 à 50 kg de carbure de calcium/mn ; après 5 minutes 2,5 à 3 kg de carbure de calcium se trouvent insufflés par tonne d'acier. la température du bain s lève durant cet intervalle de temps en moyenne de 28,5 C. Simultanément la teneur en oxyde ferreux de la scorie se trouve réduite en moyenne de 4,5 % et, par suite, le rendement du fer est amélioré en conséquence. EXEi.PlE 5 Pour une série de six bains présentant un poids de coulée de 110 t, traités par le procédé TD, la proportion de chaux est ramenée de 4,5 à environ 1 % du poids de l'acier. Be jet d'oxygène est chargé d'un mélange à grains fins de carbure de calcium, de dolomie et de fluorine dans le rapport 100 : 15 : 10 ; le débit du jet de soufflage est de 250 kg de mélange/mn. La proportion de riblons peut être augmentée de 15 t et portée à 44 t. Le degré de désulfuration se trouve ainsi porté en moyenne de 23 à 59 %. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de fontes liquides permettant d'ac- croitre la proportion de riblons dans un convertisseur par insufflation d'un gaz de traitement contenant de l'oxygène et par addition de carbure de calcium, caractérisé en ce que de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène, chargé de carbure de calcium et éventuellement d'autres substances oxydables et/ou d'éléments d'addition et/ou d'agents de scorification, est soufflé sur la fonte liquide ou insufflé dans celle-ci. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz contenant de l'oxygène et chargé de carbure de calcium et éventuellement d'autres substances est insufflé par des buses prévues dans le fond du convertisseur. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ee que le carbure de calcium utilisé est du carbure de calcium technique. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le carbure de calcium utilisé est du carbure de calcium eutectique. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carbure de calcium est insufflé à raison de 5 à 125 kg par tonne de fonte liquide à traiter. 6 - Procédé suivant la revendication 5,. caractérisé en ce que le carbure de calcium est insufflé à raison de 30 à 60 kg par tonne de fonte liquide. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fait varier la proportion de substances oxydables lors du traitement entre 0,001 et 50 % en poids rappor-- tés au carbure de calcium. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la grosseur de grain des matières solides à insuffler est comprise entre 0,001 et 20 mm. 9 - Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite grosseur de grain est comprise entre 0,01 et 1,0 mm. 10 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ltadjonetion du carbure de calcium ou du mélange de carbure de calcium et d'autres substances s'effectue progressivement ou de manière variable en fonction de la progression de la réaction d'affinage. 11 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'adjonction du carbure de calcium ou du mélange de carbure de calcium et d'autres substances s'effectue par intermittence en fonction de la température du bain. 12 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérasé en ce que le carbure de calcium ou le mélange de carbure de calcium est transporté avec du gaz carbonique ou de l'o- xyde de carbone par voie pneumatique jusqu'à la pointe de la lance et est mélangé au niveau de celle-ci avec un jet d'oxygène. 13 - Utilisation du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour régler la température de fontes liquides.