Brevet FR2471414A1 — publié le 19810619

L'invention concerne un procédé pour la production de l'acier dans lequel de l'énergie est fournie au moyen de substances contenant du carbone, audessous de la surface du bain, pendant la période d'affinage d'un bain de fer en fusion dans le convertisseur, équipé de dispositifs de soufflage et d'insufflation d'oxygène, en vue d'obtenir un acier ayant une plus faible teneur en azote. On sait insuffler des matières contenant du carbone dans un bain de fer en fusion. L'introduction de carbone dans un bain de fer en fusion sert essentiellement à amélio- rer le bilan thermique et à augmenter la capacité de fusion des riblons. C'est ainsi, par exemple, que la demande de brevet allemand publiée après examen 23 16 768 décrit un procédé consistant à introduire un porteur solide de carbone d'une granulation supérieure à 200 p en même temps qu'un gaz porteur et en même temps que l'oxygène dans un bain de fusion de fonte brute à l'intérieur du récipient d'affinage. La suspension de support solide de carbone et de gaz porteur a également pour but de protéger les tuyères introductrices d'oxygène. Ce procédé a, entre autres, l'inconvénient de nécessiter l'introduction des porteurs de carbone dans le bain de fusion pratiquement pendant toute la période d'affi- nage, puisqu'ils servent à protéger les tuyères. La demande de brevet allemand 28 16 543 décrit un procédé consistant à augmenter la fournée de riblons dans le convertisseur à insufflation d'oxygène jusqu'à ce que l'on obtienne de l'acier à partir des porteurs de fer solides tels que les riblons et les minerais de fer préréduits. Dès que le bain de fusion se trouve dans le convertisseur, on insuffle des combustibles contenant du carbone. La demande de brevet allemand non encore publiée P28 38 983, concerne un procédé consistant à améliorer nettement le rendement thermique des combustibles contenant du carbone dirigés sur le bain de fusion. La principale caractéristique de l'invention consiste à insuffler de l'oxygène dans le bain de fusion et simultanément sur le bain et à remettre au bain de fusion la chaleur obtenue par post-combustion du C02 dans la partie supérieure du convertisseur. Le procédé d'addition des substances contenant du carbone, et plus particulièrement des combustibles contenant du carbone, décrit dans la demande de brevet allemand non encore publiée, P 29 34 333.7 a donné des résultats satisfaisants. Selon ce procédé, on introduit tour à tour dans le bain de fusion, sous la surface du bain, par l'intermédiaire du tuyau d'alimentation d'oxygène, par exemple une tuyère formée de deux tubes concentriques, de l'oxygène ou des combustibles contenant du carbone en suspension avec un gaz porteur. L'enseignement tiré de ces trois dernières demandes de brevet montre que le bilan thermique d'un bain de fer en fusion peut être amélioré par l'addition de combustibles contenant du carbone afin, par exemple, d'augmenter la fournée de riblons dans la production de l'acier ou pour obtenir un bain de fusion d'acier dans le convertisseur sans apport de fonte brute liquide. Par rapport au procédé d'insufflation d'oxygène proprement dit, il est cependant à noter que l'application industrielle de ce procédé se traduit par une teneur en azote plus élevée de l'acier fini. Alors que, normalement, la méthode de soufflage d'oxygène donne des teneurs en azote de l'ordre de 20 à 30 ppm, on constate que l'utilisation des combustibles contenant du carbone, tels que les fines de coke, conduit à des teneurs en azote très variables allant de 30 à 100 ppm. Cette augmentation de la teneur en azote est surprenante et l'on ne sait comment l'expliquer a priori, car la solubilité de l'azote diminue avec l'augmentation du potentiel d'oxygène dans le bain de fusion, c'est-àdire avec des faibles teneurs en carbone. C'est ainsi, par exemple, qu'un lavage d'azote de une à deux minutes en fin d'affinage, permet de réduire la teneur en hydrogène de l'acier sans 247141 4 provoquer une absorption d'azote appréciable. La présente invention a pour but, par introduction de carbone, et de préférence de combustibles contenant du carbone, sous la surface du bain de fer en fusion, de parvenir économiquement et dans des conditions industriel- lement sûres, à de faibles teneurs en azote dans l'acier affiné fini, comparables aux teneurs en azote obtenues avec la méthode d'insufflation d'oxygène. Selon la présente invention, le procédé est caractérisé en ce que pour parvenir à des teneurs en azote plus faibles dans l'acier, on introduit les substances contenant du carbone en suspension dans un gaz porteur par des tuyères entourées d'un milieu protecteur dans le bain de fusion en même temps que l'oxygène, avec/ou sans apport de CaO pour former le laitier, sous-la surface du bain, et en ce qu'on met fin à l'apport de matières contenant du carbone lorsque la teneur en carbone du bain de fusion est d'au moins 2% environ et on continue d'affiner le bain de fer en fusion pendant au moins 5 minutes environ. Le procédé selon la présente invention est basé sur le fait surprenant que les teneurs en azote des substances contenant du carbone et en particulier des combustibles broyés contenant du carbone, sont davantage absorbées par le bain de fer en fusion que l'azote introduit sous forme gazeuse. Les combustibles utilisés, broyés, contenant du carbone, tels que le charbon de différentes qualités ou le poussier de coke, possèdent en moyenne une teneur en azote de 1% environ. Si l'on insuffle par exemple, 20 kg environ de combus- tibles broyés contenant du carbone pour un m3 d'azote, dans le bain de fer en fusion, on introduit dans le bain de fusion 0,2 kg d'azote environ par l'intermédiaire du combus- tible et 1,2 kg environ d'azote par l'intermédiaire du gaz porteur. Si, en appliquant la même technique d'insufflation, le gaz porteur est remplacé par un gaz inerte, tel que l'argon, on est surpris de constater qu'il n'y a pratique- ment aucune différence de teneur en azote dans l'acier fini. Dans le procédé conforme à la présente invention, l'in- troduction des matières contenant du carbone au niveau du bain de fusion dans un convertisseur, au cours de laquelle de l'oxygène est insufflé à travers le bain de fusion et soufflé sous forme de jet libre sur le bain de fusion, se termine avec une teneur en carbone relativement élevée du bain de fusion, d'au moins 2% environ. Ensuite, on n'apporte plus que de l'oxygène au bain de fusion. On a intérêt à charger l'oxygène qui est insufflé sous la surface du bain de fusion avec de la chaux pulvérulente pour former le laitier. Selon la présente invention, l'affinage à l'oxygène sans apport de carbone doit durer aussi longtemps que possible jusqu'à la fin de l'affinage, au minimum 5 minutes environ. Pendant cette période d'affinage, à l'oxygène pur, sans apport de carbone, désigné ci-après par période d'affinage, à l'oxygène, l'azote dissous dans le bain de fusion est manifestement éliminé en grande partie par lavage du fait de l'intense formation de CO dans le bain de fusion ayant une teneur assez élevée en carbone. En appliquant ce procédé conforme à la présente invention, on a été surpris d'obtenir à nouveau dans le bain de fusion de l'acier fini, des teneurs en azote de l'ordre de 20 ppm, c'est-à-dire du même ordre que celles obtenues au cours du procédé d'insufflation d'oxygène pur. Les volumes de matières contenant du carbone insufflés pendant la première partie de la période d'affinage, précédant la période d'affinage à l'oxygène, peuvent varier considérablement. La quantité de carbone insufflée par unité de temps dépend alors essentiellement du volume total de matières contenant du carbone à introduire et il convient de veiller à ce que la valeur de saturation du carbone du bain de fusion ne soit pas dépassée du fait du carbone introduit, ce qui revient à dire que l'on doit rester en dessous d'une teneur en carbone de 4% environ dans le bain de fer en fusion. La teneur en carbone du bain de fusion peut être calculée avec une précision suffisante d'après la quantité d'oxygène introduit en fonction de l'analyse, c'est-à-dire en fonction de la consommation d'oxygène par les substances chargées dans le convertisseur. Selon la présente invention, la teneur en carbone du bain de fusion peut également supporter des valeurs inférieures à 2% pendant la première moitié de la période d'affinage pour remonter ensuite en relation avec l'addition de carbone et d'oxygène de sorte qu'à la fin de l'apport de carbone, cette teneur atteigne au moins 2% environ. Cet apport de carbone peut varier à volonté dans cette première moitié du soufflage, à savoir selon un schéma prédéterminé, ou avec une vitesse de soufflage constante. Normalement, la vitesse d'insufflation des matières contenant du carbone est plus faible au début de l'affinage pendant la période de désiliciage, mais elle augmente ensuite pour demeurer à peu près constante jusqu'à la fin de l'insufflation. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de l'exemple non limitatif donné ci- après - Au fond d'un convertisseur de 60 tonnes sont aménagées dix tuyères d'introduction d'oxygène formées chacune de deux tubes concentriques dont le diamètre intérieur est suffisant pour le tube central d'introduction d'oxygène de 24 mm avec une fente annulaire de 1 mm. Deux de ces tuyères d'introduction d'oxygène comportent des vannes inverseuses permettant d'introduire tour à tour les matières contenant du carbone, telles que les fines de coke, et l'oxygène. Au-dessus du niveau du bain de fusion une tuyère de soufflage d'oxygène dont le diamètre intérieur permet le passage du tube d'introduction d'oxygène de 50 mm, est montée dans la 24&71414 muraillerie du chapeau de convertisseur. Environ la moitié du volume d'oxygène total est soufflé par cette tuyère sous forme de jet libre sur la surface du bain de fusion à une distance d'environ 3,50 m. Le convertisseur est chargé de 36 tonnes de riblons et de 36 tonnes de fonte brute liquide dont l'analyse donne 3,5% C, 1% Mn, 0,5% Si, 2% P. Au début de l'affinage on introduit 12.000 Nm 3/h d'oxygène par huit tuyères de fond et 12.000 kg/h de fines de coke en suspension dans 700 Nm /h d'azote par les deux autres tuyères de fond. Environ 2 minu- tes après, la vitesse d'insufflation des combustibles conte- nant du carbone est élevée à 15.000 kg/h. Sur la surface du bain de fusion on souffle 6.000 Nm3/h d'oxygène. Après une période d'affinage de 12 minutes, le bain de fusion comporte une teneur en carbone d'environ 2% calculée d'après le bilan d'oxygène, et on met fin à l'apport en fine de coke. Les deux tuyères servent ensuite à l'alimentation d'oxygène. Après une période totale d'affinage de 19 minutes y compris le soufflage correctif de 2 minutes, le bain de fusion d'acier fini d'un poids de 65 tonnes et à une température de 1670'C, est sondé et donne la compo- sition suivante: 0,03% C, 0,1% Mn, 0,025% P, 18 ppm N2. Au total, le bain de fusion a reçu 5.000 Nm3 d'oxygène, Nm de propane pour protection des tuyères, 2500 kg de fines de coke, 5.500 kg de chaux pulvérulente. La présente invention prévoit la modification judi- cieuse du mode opératoire ci-dessus décrit et une adaptation de sa grande flexibilité aux conditions spéci- fiques de l'aciérie. Dans la mesure o l'on s'en tient à la principale caractéristique de la présente invention, à savoir la cessation de l'apport de matières contenant du carbone lorsque le bain de fusion atteint une teneur en carbone de 2% environ, les différentes variantes rentrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production de l'acier dans lequel on apporte de l'énergie par des matières contenant du carbone, à un bain de fer en fusion dans le convertis- seur au cours de l'affinage, et dans lequel l'oxygène d'affinage est insufflé à travers le bain de fusion et soufflé sur la surface du bain de fusion sous forme de jet libre, caractérisé en ce que pour parvenir à de faibles teneurs en azote dans l'acier, on introduit les substances contenant du carbone en suspension dans un gaz porteur par des tuyères entourées d'un milieu protecteur dans le bain de fusion en même temps que l'oxygène, avec/ou sans apport de CaO pour former le laitier, sous la surface du bain de fusion, et en ce qu'on met fin à l'apport de matières contenant du carbone lorsque la teneur en carbone du bain de fusion est d'au moins 2% environ et on continue d'affiner le bain de fer en fusion pendant au moins 5 minutes environ. 2. Procédé conforme à la revendicationi, caractérisé en ce que les matières contenant du carbone sont dirigées sur le bain de fusion avec des vitesses d'insufflation diffé- rentes. 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en carbone du bain de fusion pendant la période d'insufflation des matières contenant du carbone est inférieure à la valeur de satura- tion du carbone, et de préférence inférieure à 4%. 4. Procédé conforme à l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'on insuffle comme matières contenant du carbone, des charbons de différentes qualités, du coke, des fines de coke, du coke de lignite, du graphite et des mélanges de ces substances.