Brevet FR2438090A1 — publié le 19800430

La présenté invention a trait à un procédé pour accro & tre la longévité du garnissage à teneur en magnésite de fours à arc électrique dans lesquels des charges solides sont fondues puis affinées sous scorie à teneur en chaux et en oxyde de magnésium. Dans les fours à arc électrique habituels l'usure de garnissage est particulièrement-grande au niveau de la ligne de scorie. Ceci est dû au fait que le garnissage réfrao taire et la scorie forint nt un système qui, aux températures élevées du four, tend vers un état d'équilibre. Entant donné que centrairement aux garnissages de four qui contiennent généralement de la magné site les scories basiques génerale- ment employées ont une teneur élevée en chaux et une très faible teneur en oxyde de magnésium, mais contiennent de plus aussi, dans une grande mesure, des oxydes métalliqies, notamment de l'oxyde ferreux, qui usent le garnissage parce qu'ils agissent comme flux, certains composants du garnissage notamment l'oxyde de magnésium, passent dans la scorie.Il en résulte une usure prématurée qui requiert de temps à autre l'arrêt du four et de considérables travaux de réfection. Abstraction faite des dépenses de main-d'oeuvre et de matière que ces travaux etratnent, ceux-ci nuisent au rendement du four et par conséquent à l'économie du procédé. L'usure prématurée dans le champ de la ligne de scorie est particulièrement désavantageuse dans les fours à arc dont la paroi se compose, dans la zone des deux tiers supérieurs du four, d'éléments refroidissants, par exemple de plaques refroidies à l'eau, ou est munie de caissons refroidisseurs. Crache . cette disposition on peut certes refroidir jusqu'à 7C % 1 la paroi du four, et améliorer considérablement (doubler, voire tripler) la longévité du garnissage dans le champ du -efroidisssant à l'eau, mais il n'ex reste pas moins que l'usure du garnissage au niveau de la ligne de scorie ne s'en trouve pas réduite, car le refroidissement du four est limité à la partie de la paroi de celui-ci qui se trouve à bonne distance au-dessus du lit de scorie. On co-uprend alors pcurquoi la longévité du garnissage dans le tiers inférieur du four n'atteint pas 1 ; de celle des deux tiers supérieurs de celui-ci. k cela s'ajoute le fait que dans la zone d'influence de la scorie le garnissage du four est soumis à une sollicitation supplémentaire par la direction de la température de paroi du four qui, naturellement, diminue en direction des éléments refroidisseurs. Le gradient de température qui s'établit dans la zone de paroi soumise à l'influence du refroidissemunt conduit à des contraintes internes dont les conséquences peuvent être des fissuros et une accélération de l'usure de toute façon déjà rapide dans le champ de la scorie. Les avantages d'un refroidissement des fours à arc ne sont onc pas pleinement exploités à cause de la faible durée de service du garnissage le long de la ligne de scorie. Un refroidissement de la paroi du four s'étendant jusque dans le champ de la ligne de scorie, voire dans celui du btin, n'étant pas possible, du moins jusqu'à présent, des essais furent effectués en vue d'adapter la composition de la scorie à celle du garnissage du four afin que la composition de la scorie soit aussi peu éloignée que possible de l'état d'équilibre par rapport à celle du garnissage. Cette solution a des limites, mais on est quand même ainsi parvenu à réduire l'usure du garnissage avec des sco- ries dans lesquelles la chaux est partiellement remplacée par de la dolomite.Le ralentissement de 1 usure du garnis sage que cette solution permet d'assurer est notable ; il est cependant insufiant, surtout parcs que des limites étroites sont imposées à l'accroissement de la teneur en oxyde de magnésium de la scorie pour tenir compta de la déphosphoration et de la désulfuration du bain.Acela s'ajoute le fait que, de toute façon, un accroissement de la teneur en oxyde do magnésium de la scorie n'a d'effct positif que sur la partie de usure du garnissage au droit de la ligne de sec vie qui est QÜ au déséquilibre entre le garnissage réfractaire et la scorie Cet accroissement de la teneur en oxyde de magnésium n'a par contre d'effet ni sur l'usure supphémentaire du garnissage causée par les céments de refroidissement voisins de la ligne de scorie et par le rayonnement de l'arc5 ni sur la tenue en service de ces éléments.En effet le rayonne ment de l'arc favorise l'usure de ces éléments, car ceux-ci ne sont recouverts que par une couche relativement mince de projections de scorie et de métal formée c & é feu pendant la marche du four. Cette couche et les éléments de refroidissement qu'elle recouvre sont exposEs relativement sans protection au rayonnement de l'arc et, pour cela, ont une longévité raccourcie en conséquence. L7 invention a angors pour but de reduire encore davantage l'usure du gars suage de fours à arc dans le champ de la ligne de scorie e au-dessus, et, de cette façon, de ré duire les travaux de remise en état et d'accroître dans son ensemble la longévité du garnissage. Pour atteindre ce but l'invention prévoit d'ajouter à la charge du four, au début de la fusion et de l'affinage, ou pendant ces opérations, de la chaux de dolomite. Oette chaux remplace au moins une partie la chaux éteinte habituelle requise pour la formation de la scorie e notamment aussi pour la dSphospho- ration. On n'est pas encore parvenu à expliquer scientifiquement pourquoi l'utilisation de chaux de dolomite à la place d'au soins une partis de la chaux habituelle, par comparaison à l'emploi de dolomite à la place de la chaux, conduit à une meilleure tenue du garnissage et à un ralentissement de son usure dans le champ d la ligne de scorie. On peut cependant supposer que 11 oxyde de magnésium lié dans la chaux de dolomite agit su le- scories non seulement chimiquement, qualitativement et Qantitativement, mais aussi physiquement. Un irdice confirmant cette hypothèse est la viscosité relativement grande des scories à te en chaux de dolomite et la formation qui enresulte d'une scorie moussante. Cette viscosité relativement élevée s en effet 3a propriété de re- tenir l'oxyde de carbone qui s'échappe du bain. La scorie moussante qui en résulte non seulement oc.cup3 un volume assez grand mais apparemment présente en outre une conductibilité thermique plus faible qu'une scorie moins r-tche en gaz, c'est à-dire uno scorie non moussante. Ces deux particularités exercent un effet favorable sur la bonne tenue du garnissage, car d'une part le plus grand volume de la scorie conduit à un enrobage au moins partiel de l'arc, de sorte que la scorie sert en m9me temps à protéger la paroi du four contre le rayonnement, notamment dans le champ de la ligne de scorie qui est la partie du garnissage la plus en danger, et d'autre part la transmission do chaleur de la scorie moussante au garnissage du four est moindre, de sorte que dans 1 'ensemble l'usure de celui-ci se trouve considérablement ralentie. Enfin, la scorie moussante recouvre également la zone de transition aux éléments de reiroidissemant et opère ainsi une compensation thermique. Le risque de fissuration s'en trouve rdRuit, sans parler du fait qu'à cause de sa viscosité relativemDnt élevée la scorie ne peut pénétrer dans d'éven- tuellss fissures. La faible teneur en gaz carbonique (par exemple 2 S) de la chaux de dolomite cpntribue à la formation d'une scorie moussante. Ceci est particulièrement le cas lorsque cette chaux est ajoutée dans ou sur la scorie déjà liquide, ce qui peut être effectué par exemple en répandant à la surface de la scorie, à l'aide d'une lance mobile, de la chaux de dolomite sous forme pulvérulente. L'addition de chaux de dolomite est de préférence de 25 à 20 kg par tonne d'acier et remplace ainsi la même quantité de chaux d'une scorie habituelle. Une teneur de 5 à 15 g de dolomite dans la score a des répercussions particulièrement favorables sur la tenue du garnissage, avec une désulfuration encore suffisante du ban. Selon la om- position de ce dernier et sa teneur on soufre, on peut cependant prdvoir dans la scorie une proportion de dolomite considérablement plus grande.C'est ainsi que pour une chargedu four composée de plus de @@ j de ferrailles, d'lément de fer et de boulettes préréduites la scorie peut être composée de chaux de dolomite dans une proportion oui peut attei-;idre 50 %. La chaux de dolomite se compose de préférence dc 35 a 4C @ d'oxyde de magnésium, le reste, y compris les impuretées, tnt constitué par de l'oxyde de calcium ; par exemp 39 , d'oxyde de magnésium, 60 ;. d'oxyde de calcium et 1 d'impuretés. Particulièrement favorable est une chaux de dolomite calcinée à cour, par exemple avec au moins 39 % d'oxyde de magnésium, I % d'acide silicique, 0,5 99 d'oxyde de fer et une teneur très faible en soufre, de l'ordre de 0,006 à 0,01 f; seulement. Si l'effet de désulfuration de la chaux de dolomite n'est pas suffisant, on peut, vers la fin de l'affinage, par exemple au début du dernier tiers de la phase d'affinage, ajouter un complément de chaux sous forme de poudre ou de granulés pour augmenter l'effet de désulfuration et, de plus, l'effet de déphosphoration de la scorie. Dans ce cas la granulométrie de la chaux est comprise entre environ 1 mm et 5 mm ; sinon elle est de préférence comprise entre environ 10 mm et 4o mm. L'augmentation de la proportion de chaux dans la scorie résulte certes en une nouvelle accélération de l'usure du garnissage, mais cette accélération rente limite à un temps relativement court, égal par exemple au tiers du temps de traitoment habituel. I1 est toutefois possible de n'ajouter le supplément de chaux qu'après avoir retiré au moins une partie de la scorie contonant la chaux de dolomite, ceci pour que la désulfuration s'effectue dans des conditions particulièrement bonnes et rapides. Une autre possibilité, ou une possibilité suppldmen- taire, d'élaborer un acier à faible teneur en soufre malgré des teneurs initiales élévées consiste à opérer une postdésulfuration hors du four à arc, par exemple dans une poche de coulée avec une scorie de chaux contenant par exemple 20 à 30 % de spath fluor et d'agents désoxydants, notamment jusqu'à 1 ss d'aluminium et de silicium. Au cours de deux séries d'essais on mit en fusion des charges composées de 30 % de ferrailles et de 70 go d'é ponge de fer Dans la première série d'essais 79 scorie était composée de @@ d de dolomite ; dans la seconde elle était composte de 30 % ce chaux en morceauxet de 70 % de chaux de dolomite. Les fusions eurent lieu dans un four à arc dont les deux tiers superiecrs de la hauteur étaient munis d éléments de refroidissement en forme de plaques. Lors de la première série d'essais (avec la scorie de chaux et de dolomite) il fallut réparer le garnissage réfractaire en moyenne toutes les.deux ou trois fusions, dans le champ de la ligne de scorie,alors que lors de la seconde série d'essais (avec la scorie de chaux de dolomite et de ne chaux), des roparationspurent necessaires que toutes les vingt fusions en moyenne. Ceci est à attribuer, entre autres choses, à la formation d'une scorie moussante qui fut observée. La teneur on oxyde de magnésium des scories de chaux et d3 dolomito s'éleva dans les charges fondues et affinées, passant de 5 So on moyenne à 10 ;0 . Dans le cas des fusions et a finages sous scories de chaux de dolomite et de chaux, la teneur en oxyde de magnésium do la scorie est restée sensiblemont constante, égale en moyenne à 10 . Les deux séries d'essais ci-dessus montrent que la seule présence d'oxyde de magnésium n'est pas déterminante, mais qu'il importe plutbt de considérer sous quelle forme cet oxyde est amené dans la scorie. Apparemment, il se produit entre l'oxyde de magnésium et l'oxyde de calcium d'une chaux de dolomite une action synergétique en ce qui ncerne l'amélioration de la longévité du garnissage du four à arc. N REVENDICATIONS 1. Procédé pour accroître la longévité du garnissage à teneur en magnésite de fours à arc électrique dans lesquels des charges solides sont mises en fusion puis affinées sous scorie à teneur en chaux et en oxyde de magnésium, ce procédé étant remarquable en ce qu'à la charge du four on ajoute de la chaux de dolomite. 2. Procédé selon la revendication 1, remarquable en ce l'adjonction de chaux de dolomite est de 25 à 30 kg par tonne d'acier. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, remarquable en ce que la teneur en dolomite de la scorie est ré gilde sur 5 à 15 %. 4. Procédé selon l'une quelconque.des revendications précédentes, remarquable en ce qu'il fait usage d'une chaux de dolomite contenant 35 à 40 % d' oxyde de magr.é- sium, le reste, y compris les impuretés, étant de 1' oxyde de calcium. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que la chaux de dolomite pulvérulente est répandue sur la scorie à l'aide d'une lance mobile. 6. procédé selon l'une quelconque dee revendications précédentes, remarquable en ce que de la chaux en morceaux est ajoutée en appoint. 7. Procédé selon la revendication 6, remarquable en ce qu'avant dtajouter les morceaux de chaux on opère une évacuation au moins partielle de la scorie. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que l'on met en fusion et affine une charge composée de ferrailles et/ou d' éponge de fer. 9. Procédé selon la revendication 8, remarquable en ce que lorsque la charge contient plus de 50% de ferrailles la scorie contient Jusqu'à 50 % de chaux de dolomite.