Brevet FR2448572A1 — publié le 19800905

Un type de conteneurs métallurgiques connu sous le nom de convertisseur à argon et oxygène comprend un conteneur pivotant, sensiblement en forme de poire, présentant une ouverture supérieure. Plusieurs tuyères, en général deux ou trois tuyères, traversent radialement la paroi latérale de ce conteneur et sont espacées les unes des autres de 40 à 60", communément dans une position horizontale, à une distance de 17 à 25 centimètres au-dessus du fond plat du conteneur. Les extrémités intérieures des tuyères sont ainsi placées au-dessous de la surface du bain dont la profondeur est en général d'un mètre. Dans un procédé classique de convertissage, le convertisseur est chargé du métal en fusion provenant d'un four électrique et contenant d'environ 0,8 à 1,5 % de carbone. Un mélange d'oxygène et d'argon, ayant des proportions d'environ 3 parties d'oxygène pour 1 partie d'argon, est insufflé au moyen de la tuyère centrale, alors que de argon et de l'air sont introduits au moyen de la tuyère extérieure de manière à constituer un fluide de refroidissement ou de protection. Pendant le cycle d'opérations de ce procédé, la proportion entre l'argon et l'oxy- gène alimentant la tuyère centrale est inversée suivant des étapes programmées. Les convertisseurs à argon et oxygène sont en général montés sur un anneau comportant des tourillons orientés radialement et supportés par des paliers. Un tourillon est également relié à un mécanisme de commande pouvant incliner le convertisseur pour procéder aux opérations de coulée, de décrassage et d'échantillonnage. Le procédé à argon et oxygène présente l'inconvénient d'un coût relativement élevé en raison de l'usure des réfractaires et des équipements et de la forte consommation d'argon. Par exemple, le réfractaire entourant les tuyères de ces convertisseurs subit une érosion relativement rapide malgré l'utilisé sation, comme fluide de refroidissement, de l'argon qui est coûteux. De plus, en raison de la forme du soufflage, les convertisseurs à argon et oxygène ont une tendance à osciller, ce qui provoque une usure des paliers de support et du mécanisme de commande. L'invention concerne donc un procédé métallurgique per fectionné, et en particulier un procédé de convertissage métallurgique à argon et oxygène permettant une économie importante par rapport aux procédés classiques à argon et oxygène. Dans le procédé de l'invention, 1' érosion du réfractaire et l'usure du mécanisme de commande sont réduites. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une élévation, avec arrachement partiel, d'un convertisseur mettant en oeuvre le procédé de l'invention, le circuit d'alimentation en gaz et autres matières de ce convertisseur étant représenté schématiquement. L'installation mettant en oeuvre le procédé selon l'in- vention peut comprendre un conteneur métallurgique 10 à soufflage par le bas et un circuit il d'alimentation de ce conteneur en gaz et autres matières de traitement. Le conteneur 10 comprend une enveloppe métallique 12 et un garnissage réfractaire 13. Une ceinture classique 14, destinée à supporter le conteneur ou la poche 10, comporte un tourillon 15 qui fait saillie sur chacun de ses côtés opposés. Les tourillons 15 sont convenablement supportés de manière bien connue par des paliers (non représentés) et ils sont reliés à un mécanisme convenable de commande (non représenté) permettant d'incliner le conteneur 10 dans plusieurs positions pouvant être demandées pendant un cycle de traitement. Une hotte 16 de captage des fumées peut être disposée au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du conteneur 10 lorsque ce dernier est orienté verticalement comme représenté sur la figure, afin d'empêcher l'émission de substances polluantes dans l'atmosphère pendant le fonctionnement du conteneur. Le conteneur ou la poche 10 peut comporter un fond réfractaire amovible 17 comprenant une plaque 19 destinée à supporter plusieurs tuyères 21 qui passent dans des trous 22 réalisés dans le fond réfractaire 17. Ces tuyères 21 sont de préférence placées dans une disposition symétrique et elles comprennent chacune un tuyau intérieur 21a et un tuyau extérieur 21b destinés à être reliés au circuit 11 d'alimentation en gaz. Le tuyau intérieur 21a constitue un premier conduit et le tuyau 21b est plus gros que le tuyau 21a et espacé de ce dernier de manière à constituer un second conduit. Un distributeur 22 de chaux est également fixé à la plaque 19 de fond et relié à un tuyau 23 d'arrivée d'oxygène et, par une tubulure 24, aux tuyaux intérieurs 21a des tuyères.Tous les tuyaux extérieurs 21b des tuyères sont reliés de la même manière par une tubulure 25 à un tuyau 26 d'arrivée de fluide de protection. Le circuit 11 d'alimentation en matières et gaz comprend deux récipients 27 et 28 dans lesquels des matières telles que de la chaux vive, de la castine, de l'oxyde de fer et du carbone, du spath fluor ou d'autres agents de désulfuration peuvent être emmagasinées. Seuls deux récipients 27 et 28 sont représentés. I1 est évident que le circuit peut comporter autant de récipients que de types de matières en poudre à injecter dans le métal en fusion contenu dans le convertisseur 10. Il est évidemment nécessaire de mélanger les matières en poudre provenant des récipients 27 et 28 avec le gaz d'en trainement, suivant une proportion déterminée. A cet effet, le fond de chacun des récipients 27 et 28 comporte un mélangeur 29 de type bien connu et qui ne sera donc pas décrit en détail. Par exemple, le mélangeur 29 peut être d'un type prélevant la matière en poudre du récipient associé et l'injectant dans le courant gazeux. Chaque mélangeur 29 peut être commandé par un élément moteur 30 comprenant un régulateur 31 actionné par des signaux d'entrée provenant d'une centrale de commande (non représentée) et représentée symboliquement par des flèches 32. Les mélangeurs 29 sont reliés à autant de sources de gaz qu'il existe de gaz pouvant être entrainés. Par exemple, des agents de déphosphoration peuvent être stockés dans le récipient 24 afin d'être entraînés dans le courant d'oxygène, alors que des agents de désulfuration peuvent être disposés dans le récipient 26 afin d'être entrainés dans le courant d'argon ou d'azote. La sortie de la chambre 29 de mélange associée au récipient 27 est reliée par un tuyau 34 et une valve 36 au tuyau 23 d'entrée de la chambre 22 de mélange et la sortie de la chambre 29 du récipient 27 sous pression est reliée de la meme manière au tuyau 23 d'entrée de la chambre 22 de mélange par un tuyau 38 et une valve 40. L'oxygène peut être conduit d'une source 02 directement au tuyau 23 d'entrée par des tuyaux 41 et 42, des valves 44 et 46 et un régulateur 48 de débit.De même, un tuyau 50 et des valves 52 et 54 relient la source XmCn de fluide hydrocarboné de protection au tuyau 26 d'entrée. L'azote provenant d'une source N2 peut être conduit au tuyau 23 d'entrée par des tuyaux 56, 58, 60, 62 et 42 et par des valves 64, 66 et 46. L'argon provenant de la source à air peut également être conduit au tuyau 23 par des tuyaux 42, 58, 60, 62 et 68, par un régulateur 70 de débit et par des valves 46, 66 et 72. Les sources d'argon et d'azote peuvent également être reliées à un réservoir 27 par un conduit 73 et une valve 74, et au récipient 28 par une valve 75 et un tuyau 76. Le premier régulateur 48 de débit comporte tout dispositif convenable permettant de régler le débit d'écoulement d'un gaz, par exemple un débitmètre 78 monté sur le tuyau 40 et relié à un régulateur 80 qui agit sur une valve 82 de réglage de débit égalementmontée sur le tuyau 40. Le débitrnètre 78 peut être de tout type bien connu produisant un signal électrique qui correspond au débit d'écoulement dans le tuyau 40. Le régulateur 80 est relié électriquement au débitmètre 78 et il transmet un signal de commande à la valve 82 de réglage en fonction du signal qu'il reçoit, et ce signal de commande agit sur la valve 82 afin qu'elle règle le débit d'écoulement du gaz dans le tuyau 40 en fonction du signal reçu. L'ensemble 70 de régulation du débit d'écoulement d'argon comprend également un débitmètre 84, un régulateur 86 et une valve 87 de réglage d'écoulement reliés les uns aux autres et fonctionnant comme décrit ci-dessus pour l'ensemble 75. Par conséquent, l'ensemble 70 ne sera pas décrit plus en détail. Les régulateurs 80 et 86 peuvent être réglés en fonction d'un signal reçu, afin qu'il soit possible de régler la proportion d'argon et d'oxygène pouvant être dirigée vers le tuyau 24 d'entrée. Les régulateurs 80 et 86 sont également reliés auxdébitmètres correspondants 78 et 84 de manière à recevoir des signaux qui indiquent les débits réels d'écoulement. Les régulateurs 80 et 86 interviennent alors en produisant des signaux de correction afin que les proportions souhaitées entre les débits d'écoulement des gaz soient atteintes. Un régulateur d'écoulement pouvant être utilisé à cet effet est le type "53-EL-3311BElB" pro duit par la firme Fisher Porter Control Corporation. Un mélangeur 89 est relié électriquement aux régulateurs 80 et 86 de manière à en recevoir des signaux qui correspondent au débit d'oxygène et au débit d'argon. Ce mélangeur produit des signaux de correction en fonction dtun programme préalablement établi ou en fonction de réglages manuels pouvant être effectués par un opérateur. Ainsi, il est possible de régler la proportion entre l'argon et l'oxygène fournis au tuyau 26 d'arrivée. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le convertisseur 10 reçoit initialement une charge de métal. Cette charge dépend évidemment de l'équilibre chimique du produit fini souhaité et de la disponibilité en matériaux. Par exemple, une charge solide constituée, par exemple,de ferrailles, de déchets d'acier, de fonte liquide, d'oxyde de fer ou d'autres matériaux ferriféres sous forme solide, peut être introduite dans le convertisseur. Une charge de fonte liquide est ensuite ajoutée. En variante, il est possible de n'utiliser qu'une charge liquide. Avant l'introduction de cette dernière, la charge solide peut être chauffée par refoulement d'un combustible tel que du propane, du gaz naturel ou une huile légère dans les tuyaux extérieurs 21b des tuyères, et par refoulement d'oxygène dans les tuyaux intérieurs 21a des tuyères.Un gaz nou oxydant tel que dey'azote ou de l'argon peut être introduit dans les deux groupes de tuyaux des tuyères à la fin du préchauffage et pendant l'introduction de la charge de métal en fusion. I1 convient de noter que le convertisseur est normalement incliné de manière à recevoir les diverses charges métalliqueset qu'il est ramené dans sa position droite et au-dessous de la hotte 16 de captage des gaz avant l'introduction d'oxygène. Pendant les périodes de basculement vers le haut et vers le bas du convertisseur, un gaz non oxydant tel que de ltazote ou de l'argon est mis en circulation dans les tuyères afin d'empêcher le refoulement du métal en fusion dans ces dernières. Lorsque le chargement est achevé, la charge de métal liquide reçoit des fondants par soufflage. Pour procéder à une déphosphoration, ces fondants comprennent normalement de la chaux entrainée dans le courant d'oxygène et introduite au moyen du tuyau intérieur de tuyère alors qu'un fluide hydrocarboné de protection est introduit au moyen du tuyau extérieur. Par ailleurs, si une désulfuration est nécessaire, la chaux est entraînée dans de l'argon ou de l'oxygène et introduite par le tuyau central de la tuyère, alors que le même gaz est introduit dans la charge par le tuyau extérieur de la tuyère.Lorsque la désulfuration ou la déphosphoration est achevée, le soufflage principal d'oxygène commence, pendant lequel de l'oxygène ou un mélange d'oxygène et d'argon est refoulé dans le boyau central de la tuyère alors qu'un fluide hydrocarboné de protection est refoulé dans le tuyau extérieur de la tuyère. Pour la production d'acier inoxydable, la charge comprend généralement du chrome, soit sous forme de déchets contenant du chrome, soit sous forme de fonte contenant du chrome. Pour éviter l'oxydation du chrome, l'argon est normalement mélangé avec de l'oxygène pendant le soufflage principal à l'oxygène et la proportion entre l'argon et l'oxygène est augmentée pendant le soufflage principal. Par exemple, la proportion initiale entre l'oxygène et l'argon est d'environ 3 à 1 et elle est augmentée pas à pas au moyen du mélangeur 89 qui commande les régulateurs 48 et 70 de manière que la proportion finale entre l'argon et l'oxygène soit d'environ 3 à 1. I1 est évident à l'homme de l'art que l'oxydation du chrome est empêchée par la réduction de la pression partielle d'anhydride carbonique dans le métal en fusion sous l'effet de la dilution de l'argon. Dans le cas d'acier à basse teneur en carbone ou d'aciers de fours électriques, alliés avec du silicium, un accroissement rapide de 1 (oxydation du fer se produit normalement,à mesure que le carbone est oxydé pendant le soufflage principal à l'oxygène. L'oxydation du fer est cependant minimisée par l'introduction progressive d'argon à partir d'un point où le niveau de carbone descend à environ 0,02 %. En particulier, la proportion d'argon est augmentée progressivement d'environ 0 à 50 % en poids jusqutà la fin du soufflage principal d'oxygène. Pendant cette période, aussi bien dans le cas d'acier inoxydable que d'aciers au carbone, le tube extérieur des tuyères est alimenté en fluide hydrocarboné de protection alors que le tube intérieur des tuyères est alimenté en oxygène et/ou en mélange d'oxygène et d'argon. A la fin du soufflage principal d'oxygène, le bain peut être purgé des gaz dissous, par exemple de l'hydrogène et de l'oxygène, au cours à'une purge à l'argon pendant laquelle de l'argon est introduit au moyen des conduits intérieurs et extérieurs des tuyères. Etant donné que le fluide hydrocarboné de protection est utilisé comme refroidisseur pendant les périodes de soufflage d'oxygène et de mélange d'argon et d'oxygène, le procédé est sensiblement moins coûteux que le procédé à l'argon et à l'oxygène dans lequel l-'argon est utilisé comme refroidisseur. De plus, la durée de vie des tuyères et du réfractaire est sen- siblement accrue en raison de l'utilisation d'un tluide hydrocarboné de protection et non de l'argon comme refroidisseur. En outre, en injectant les gaz de traitement vers le haut et d'une manière symétrique, la tendance du convertisseur à osciller est réduite, ce qui prolonge la durée de vie des paliers et du mécanisme de commande. Dans un exemple typique de convertisseur de 30 tonnes muni de 6 tuyères de 12,5 mm de diamètre, la charge peut être constituée de fonte de four électrique contenant d'environ 0,8 à 1,5 % de carbone et environ 8 % de chrome alors que les spécifications demandent pour le produit fini une teneur en carbone de 0,025 % et une teneur en chrome de 18,8 %. De l'oxygène est introduit à un débit d'environ 67 m normaux (Nm ) par tonne d'acier au moyen de la tuyère centrale, un tel débit étant classique. Lorsque la teneur en carbone diminue, l'argon est introduit dans le courant d'oxygène à un débit croissant, alors que le débit total d'écoulement reste sensiblement le même jusqu'à ce qu'unie proportion, en volume, de 3 à 1 soit obtenue entre l'argon et l'oxygène. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'un métal ferreux en fusion afin de produire de l'acier à basse teneur en carbone, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le métal dans un conteneur métallurgique, à introduire de l'oxygène verticalement et vers le haut dans le métal, à travers le fond du conteneur, pendant uné période initiale, afin de réduire la teneur du métal en carbone et, simultanément, à introduire un fluide hydrocarboné de protection dans le métal, autour du courant d'oxygène, le procédé consistant également à poursuivre la réduction du carbone jusqu'à ce que la teneur en ce dernier descende jusqu'à une valeur prédéterminée, puis à mélanger de l'argon avec l'oxygène dans des proportions croissant progressivement, pendant une seconde période, à régler les débits d'écoulement d'argon et d'oxygène afin que la plus grande partie du mélange gazeux alimentant initialement les tuyères traversant bafond du conteneur, pendant la seconde période, soit constituée par de l'oxygène et que la plus petite partie soit constituée par de l'argon, à augmenter la proportion d'argon et diminuer celle d'oxygène dans le mélange au fur et à mesure que le pourcentage de carbone dans le métal ferreux diminue, jusqu'à ce que la proportion d'argon soit au moins à peu près égale à celle d'oxygène. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur prédéterminée en carbone est d'environ 0,02 %. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste également à introduire de la chaux et un gaz inerte dans le métal en fusion avant le début de ladite période initiale.