Brevet FR2466509A1 — publié le 19810410

-1- La présente invention concerne un procédé de fabrication d'acier à partir de matières métalliques solides contenant du fer, notamment des ferrailles ou riblons, de la fonte solide, des boulettes, de l'éponge de fer ou des mélanges quelconques de ces matières, lesdites matières étant introduites dans un convertisseur à soufflage d'oxygène qui comporte en outre des dispositifs d'in- sufflation d'oxygène et des buses d'introduction, de produits combustibles broyés, contenant du carbone en dessous de la surface du bain d'acier. La production d'acier à partir de riblons, sans addition de fonte liquide, est à l'heure actuelle effectuée de préférence dans des fours à arcs électriques. Cependant la rentabilité de ce procédé dépend du prix de l'énergie électrique. Les procédés connus faisant intervenir un convertisseur dans lequel de l'oxygène est insufflé sur ou dans le bain de fusion permettent d'opérer rapide- ment et de façon rentable par comparaison aux fours à arcs élec- triques. Pour la fabrication d'acier dans un convertisseur, il est cependant nécessaire d'utiliser de la fonte liquide à laquelle on ajoute, selon sa composition, lors du processus d'affinage, des riblons servant d'agent de refroidissement. Habituellement, la fraction de riblons peut atteindre jusqu'à 30% du poids d'acier. On connaît maintenant un procédé de fabrication d'acier dans un convertisseur, qui permet d'augmenter le pourcentage de riblons en vue de la production d'acier à partir de matières so- lides contenant du fer. La chaleur nécessaire est apportée dans ce cas par préchauffage des riblons et par introduction de com- bustibles contenant du carbone dans le bain de fusion. C'est le rendement calorifique des combustibles utilisés qui détermine essentiellement la rentabilité de ce mode opératoire. On connaît déjà, d'après les brevets allemands n0 508.966 et 537.781, un procédé faisant intervenir un convertis- seur pour la fusion de minerais, procédé suivant lequel on intro- duit dans le bain de fusion de la poussière de carbone et de l'oxygène, ou bien de l'air enrichi en oxygène. L'apport de com- bustible pour fournir la chaleur nécessaire au bain de fusion s'est avéré difficile et c'est pourquoi on a proposé dans le brevet 537.781 de mettre en pratique le procédé faisant l'objet du brevet 508.966 dans un convertisseur chauffé électriquement. La demande de brevet allemand P 28 38 983 "Procédé d'apport de chaleur lors de la production d'acier dans un -2- convertisseur" décrit un mode opératoire avantageux pour augmenter à volonté la fraction de riblons dans le convertisseur et pour pro- duire un bain d'acier seulement à partir de matières solides con- tenant du fer. D'après ce procédé, les riblons sont chargés dans le convertisseur et sont soumis à un préchauffage pendant environ minutes. Pendant la phase de préchauffage, les buses d'injection d'oxygène disposées dans le fond du convertisseur fonctionnent comme des brûleurs. Après le préchauffage, on déverse de la fonte liquide dans le convertisseur ou bien on opère sans addition de 0 fonte. Aussitôt que le bain de fusion se forme dans le convertis- seur, on injecte par l'intermédiaire des buses, en dessous de la surface du bain, du combustible broyé contenant du carbone, essen- tiellement du coke ou de la poudre de coke, et de l'oxygène en formant une enveloppe à l'aide d'un agent protecteur contenant des hydrocarbures. On insuffle à peu près la même quantité d'oxygène que celle injectée en dessous de la surface du bain simultanément dans le volume libre existant dans le convertisseur au dessus de la surface du bain. Lors de l'application pratique de ce procédé, il s'est 0 avéré que, lors d'une forte réduction de la charge de fonte, dé- finie par le pourcentage de fonte rapporté au poids d'acier, et lors de l'utilisation de matières contenant du fer exclusivement solides, le temps de fusion de ces matières solides est allongé de manière surproportionnelle. La durée de la chaleur augmente en correspondance. En outre, la-consommation d'énergie pendant cette phase de fusion initiale varie et en moyenne elle augmente légèrement. Lorsqu'on ne fait pas intervenir de fonte liquide, le procédé connu ne peut par conséquent pas être mis en pratique d'une manière aussi',sûre, en ce qui concerne sa rentabilité, que 0 lorsqu'on fait intervenir une quantité minimale de fonte liquide. Il faut prendre en considération un allongement de la durée de la chaleur et il se produit des fluctuations dans l'efficacité calorifique du combustible introduit pendant le temps de fusion initiale des riblons. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procédé de fabrication d'acier qui permette de produire effica- cement de l'acier à partir de matières solides contenant du fer sans utiliser de fonte liquide, avec un haut rendement énergique, c'est-à-dire avec une consommation d'énergie analogue au cas de D l'utilisation d'une quantité minimale de fonte liquide, avec une -3- durée de chaleur relativement courte et par conséquent d'une manière plus rentable qu'auparavant. Ce but est atteint selon l'invention par le fait qu'on fabrique dans le convertisseur de 10 à 30% d'acier en plus de la quantité désirée pour la coulée et que, après la coulée de cette quantité désirée d'acier, on déverse la quantité additionnelle d'acier dans un récipient particulier, de préférence une poche de transport d'acier correspondante, appelée "poche auxiliaire". Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en pratique dans un convertisseur de soufflage à l'oxygène tel que décrit dans la demande de brevet allemand P 28 38 983. Ce conver- tisseur comporte des buses d'injection d'oxygène en dessous de la surface du bain d'acier, qui servent à canaliser dans le bain de fusion des produits d'affinage contenant de l'oxygène, de préfé- rence de l'oxygène normal, avec une enveloppe d'hydrocarbure pour la protection des buses. Simultanément, le convertisseur comporte des buses d'injection d'oxygène placées au dessus de la surface du bain de manière à insuffler l'oxygène sur le bain. Ces dispositifs de soufflage d'oxygène peuvent être constitués par des buses fixées dans le garnissage réfractaire situé dans la zone supérieure du con- vertisseur ou bien on peut employer des lances connues refroidies par eau. Dans le processus d'affinage, on introduit par le haut entre 20 et 80% de la quantité totale d'oxygène à l'aide d'un ou plusieurs jets de gaz dirigés vers la surface du bain et qui agissent, pendant une partie importante du processus d'affinage, sous la forme de jets libres insufflés dans un volume de gaz, conformément à la demande de brevet allemand 27 55 165. En outre, le convertisseur comporte des buses d'injection de combustibles contenant du carbone en dessous de la surface du bain. Ces buses sont utilisées comme dans le procédé faisant l'objet de la demande de brevet allemand P 29 34 333.7. Comme combustibles, on peut utiliser du coke, du coke de lignite, du graphite, des charbons de différentes qualités et des mélanges desdites substances. Les matières métalliques solides contenant du fer intro- duites notamment des riblons, de la fonte solide, des boulettes, de l'éponge de fer ou des mélanges quelconques desdites substances, sont initialement préchauffées dans le convertisseur précité. Pendant cette phase de préchauffage, on fait fonctionner les buses situées en dessous de la surface du bain d'acier comme brûleurs, conformément à la demande de brevet allemand P 28 16 543.7. -4- Comme combustibles, on utilise des hydrocarbures liquides et/ou gazeux, de préférence du gaz naturel ou de l'huile. Il s'est avéré de façon étonnante que le temps de fusion initiale, et le rendement calorifique, des combustibles utilisés pour la fusion des riblons, restent constants, lors d'une augmen- tation de la charge de matières solides contenant du fer dans un convertisseur de 30 tonnes jusqu'à un pourcentage d'environ 30% du bain de fusion, dans un convertisseur de 60 tonnes jusqu'à un pourcentage de liquide d'environ 20% et dans un convertisseur de 200 tonnes jusqu'à un poids du bain de fusion d'environ 10%. Dans le cas de charges se composant de 100% de substances solides conte- nant du fer par exemple des riblons, le temps de fusion initiale, c'est-àdire le temps s'écoulant après le préchauffage jusqu'à la fusion dans la zone des buses situées dans le fond du convertisseur, est allongé d'une façon supérieure à ce à quoi on pouvait s'atten- dre et l'utilisation de l'énergie contenue dans le combustible in- troduit varie relativement fortement pendant cette période et elle est en moyenne inférieure à ce qu'on pourrait obtenir dans un bain de fusion comparatif o interviendrait une fraction de charge li- quide. On peut expliquer cet allongement de la durée de la phase de fusion initiale et de l'augmentation partielle de la consommation d'énergie lorsqu'on opère sans charge liquide par le fait que la transition entre les riblons préchauffés et un bain liquide de volume suffisant, dans lequel les combustibles contenant des hy- drocarbures sont dissous et sont brûlés en CO en produisant de la chaleur, se déroule de façon différente pendant cette phase du processus à cause des conditions opératoires qui sont sujettes à des fluctuations relativement fortes. Ces conditions opératoires variables peuvent être provoquées par exemple par différentes qualités de riblons, par leur mode d'introduction dans le conver- tisseur, par le degré d'oxydation obtenu lors du préchauffage des substances solides contenant du fer et par les modifications ré- sultantes lors du transfert de chaleur. En outre, il faut s'at- tendre à des variations se produisant en cours de fusion et dans la position initiale du bain dans le convertisseur, notamment par rapport à la position des buses. Conformément à la présente invention, on produit dans le convertisseur précité de 10 à 30% en plus d'acier que pour la coulée, c'est-à-dire pour l'utilisation ultérieure dans l'aciérie. Par exemple, dans un convertisseur de 100 tonnes, on assure l'af- -5 - finage d'environ 120 tonnes d'acier à partir desquelles on coule tonnes pour l'utilisation ultérieure dans l'aciérie. Selon l'invention, la quantité additionnelle d'acier d'environ 10 à 30%, après coulée de la quantité nécessaire d'acier, est vidée dans un récipient de conservation, par exemple dans une poche correspondante, appelée dans la suite une poche auxiliaire. Dans cette poche auxiliaire, l'acier résiduel est initialement stocké et il est réintroduit dans le bain de fusion suivant après le préchauffage des riblons. Il est important, aussi bien pour la réalisation pratique que pour l'application économique du nouveau procédé, que la quan- tité d'acier liquide à recycler dans le bain suivant soit sortie du convertisseur pour être ensuite réintroduite dans ce dernier, après le chargement et le préchauffage des riblons correspondant à la charge suivante. Une quantité résiduelle d'acier qui subsis- terait dans le convertisseur créerait deux inconvénients impor- tants. Lorsqu'une quantité d'acier liquide reste dans le conver- tisseur, il n'est pas possible de préchauffer les riblons à l'aide des brûleurs disposés dans le fond du convertisseur. Cependant il faut alors que la quantité d'acier liquide nécessaire soit au moins égale au moins au double de la quantité intervenant dans le mode opératoire avec préchauffage des riblons. En outre il est toujours problématique de charger des riblons dans un bain d'acier en fusion, en particulier pour une grande quantité d'acier liquide, car habi- tuellement le déchargement des riblons est associé à des manipula- tions du convertisseur et en outre il peut se produire des réactions additionnelles entre les riblons et le bain liquide. Conformément à la présente invention, il s'est avéré avantageux de carburer l'acier résiduel à réutiliser, c'est-à-dire de la quantité additionnelle d'acier de 10 à 30%, jusqu'à une teneur en carbone supérieure à 1%, de préférence comprise entre 2 et 3%. Par cette carburation, il se produit évidemment un re- froidissement de la quantité d'acier se trouvant dans la poche auxiliaire, mais du fait de la diminution de la température de solidification du bain plus riche en carbone, on diminue le risque de solidification partielle de la charge d'acier se trouvant dans la poche auxiliaire aussitôt qu'elle entre en contact avec les riblons dans le processus de chargement. Enfin, par insufflation d'oxygène, on produit, par combustion du carbone contenu dans le bain de fusion, de l'énergie qui contribue à engendrer un échauf- -6- 2466509 fement rapide désiré du bain de métal se trouvant dans le conver- tisseur et à augmenter la fraction de liquide située dans le con- vertisseur. Pour obtenir, lors du préchauffage des substances métal- liques solides contenant du fer chargées dans le convertisseur, par exemple des riblons, un rendement calorifique aussi favorable que possible, on s'efforce de ne laisser subsister aucun résidu d'acier dans le convertisseur. Lors d'un vidage complet du bain d'acier hors du convertisseur, il est cependant inévitable qu'une fraction de laitier liquide soit entraînée. Il peut se produire dans la poche auxiliaire, entre ce laitier riche en oxyde de fer et le bain d'acier dont la teneur en carbone a été augmentée, des réactions indésirables. Selon l'invention, on ajoute pour cette raison des agents de désoxydation, par exemple du silicium jus- qu'à des teneurs comprises entre 0,1 et 1,5%, au résidu d'acier. Il est ainsi possible d'empêcher dans une large mesure les réac- tions précitées entre le laitier et l'acier résiduel. Conformément à l'invention, il s'est avéré particulière- ment rentable d'ajouter le carbone en totalité ou en partie déjà dans le résidu d'acier liquide se trouvant dans le convertisseur, avant qu'il soit déversé dans la poche auxiliaire. La carburation est réalisée d'une. manière simple à l'aide des combustibles broyés contenant du carbone, par exemple du coke, qu'on insuffle par l'in- termédiaire des buses d'injection prévues dans le fond du conver- tisseur. La carburation réalisée conformément à l'invention, du résidu d'acier se trouvant dans le convertisseur présente des avantages particuliers lorsque l'acier a été affiné suivant ce qu'on appelle le procédé à deux laitiers. Dans la technique à deux laitiers, on évacue le premier laitier aussi complètement que possible après la période d'affinage principal. Ce laitier contient les fractions essentielles d'éléments à enlever dans le processus d'affinage, comme le phosphore et le soufre. Dans ce qu'on appelle le post-soufflage ou le soufflage final, il se forme dans le convertisseur un second laitier dont la teneur en oxydes de fer est normalement comprise entre 15 et 20%. Lorsque du car- bone est injecté dans le résidu d'acier à recycler dans le con- vertisseur, on diminue simultanément la teneur en oxyde de fer de ce second laitier qui se trouve encore dans le convertisseur. j0 Le laitier devient ainsi visqueux à grumeleux et il peut, dans -7- cet état, être plus facilement retenu dans le convertisseur lors- que le résidu d'acier est déversé dans la poche auxiliaire. Ce laitier sert de support de chaux pour le bain de fusion suivant formé dans le convertisseur. De cette manière, on réduit la con- sommation de chaux et on améliore simultanément le rendement thermique car on a moins de chaux à chauffer. En outre il s'est avéré que ce laitier en partie grumeleux améliore le rendement calorifique lors du préchauffage par comparaison à un laitier liquide. Cela s'explique vraisemblablement par le fait que le laitier liquide se solidifie plus facilement sur la charge métal- lique, par exemple des riblons, et rend plus difficile le trans- fert de chaleur. Comme indiqué ci-dessus, il est en outre diffi- cile de décharger complètement le résidu d'acier du convertisseur tant que le laitier se trouve à l'état fluide. Un résidu d'acier subsistant dans le convertisseur se traduit cependant, lors du préchauffage, par une diminution importante du pouvoir calorifique des combustibles introduits dans l'appareil. La caractéristique essentielle de la présente invention, à savoir le recyclage d'une quantité résiduelle d'acier dans la charge suivante, permet l'adaptation des conditions de service aux différentes aciéries. A cet égard, on peut faire varier aussi bien les quantités résiduelles d'acier, l'instant de chargement, les composants d'alliages, notamment le carbone et le silicium, dans de larges limites, tout en observant le principe essentiel de la présente invention, c'est-à-dire la production d'acier sans fonte liquide. -8- 246e 5 C REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'acier à partir de matières métalliques solides contenant du fer, notamment des riblons, de la fonte solide, des boulettes, de l'éponge de fer ou des mélanges quelconques de ces matières, lesdites matières étant introduites dans un convertisseur de soufflage à oxygène qui comporte en outre, des dispositifs d'insufflation d'oxygène et des buses d'introduc- tion de produits combustibles broyés, contenant du carbone en dessous de la surface du bain d'acier, caractérisé par le fait qu'on fabrique dans le convertisseur de 10 à 30% d'acier en plus de la quantité désirée pour la coulée et que, après la coulée de cette quantité désirée d'acier, on déverse la quantité additionnelle d'acier dans un récipient particulier, de préférence une poche de transport d'acier, appelée poche auxiliaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité additionnelle d'acier est chargée dans le convertisseur, avec ou sans additions d'alliages lors de l'opéra- tion de chargement suivante et après un préchauffage des matières métalliques solides contenant du fer introduites dans le conver- tisseur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé par le fait que, après la coulée de la quantité d'acier désirée, on carbure la quantité additionnelle d'acier subsistant dans le convertisseur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, après la phase d'affinage principal, on enlève en majeure partie le laitier du convertisseur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le résidu d'acier à recycler (quan- tité additionnelle d'acier) reçoit des agents d'alliages contenant du silicium de façon à obtenir une teneur en silicium comprise entre 0,1 et 1,5%.