Brevet FR2463187A1 — publié le 19810220

La présente invention se rapporte à la fabrication de l'acier à l'aide d'un convertisseur. Selon les procédés connus faisant appel à un convertisseur avec soufflage d'oxy- gène sur la surface du métal fondu, on agite un bain d'acier à l'aide d'un jet d'oxygène dirigé sur la partie supérieure du métal fondu et de bulles d'oxyde de carbone formées dans ce bain, en laissant se produire la réaction désirée. Mais, lorsqu'il s'agit d'un convertisseur de grandes dimensions, le jet d'oxygène ne peut pas atteindre le fond du bain et l'acier fondu qui se trouve vers ce fond demeure stagnant, de sorte que la réaction désirée est retardée et que l'on n'obtient pas une dispersion uniforme. Comme remède à de tels inconvénients, on a imaginé le procédé dit "Q-BOP", selon lequel on souffle de l'oxygène par le bas du convertisseur et, en même temps, on soutfle une grande quantité de gaz naturel(hydrocarbure) pour refroidir cet oxygène. Par conséquent, il se produit iné- vitablement une augmentation de la quantité d'hydrogène dans la masse de métal et il faut soumettre l'acier fondu à une opération ultérieure de traitement de dégazage. En outre, il est indispensable de souffler une grande quantité d'azote (ou gaz analogue), afin que les tuyères ne se bou- chent pas au cours de l'échantillonnage ou de la coulée de l'acier, mais malheureusement l'azote nuit à la qualité de l'acier obtenu. De plus, sous l'effet de l'arrivée de l'azote, il se produit fâcheusement la formation d'une quan- tité très importante de poussières fines. L'invention, qui vise à remédier à ces inconvénients, a pour objet un mode de fabrication de l'acier, caractérisé par le fait que l'on souffle de l'oxygène sur lasurface de l'acier fondu contenu dans un convertisseur et que l'on souffle également dans cette masse de métal fondu, des gaz d'agitation représentant 1/3 à 1/3000 de la quantité d'oxygène, par des tuyères disposées à la partie inférieure de ce convertisseur, le nombre de ces tuyères étant compris entre 1 et 30, et leur diamètre intérieur étant compris entre 2 et 300 mm, de manière à agiter de façon efficace la masse de métal fondu et à stabiliser la réaction de souffla- ge afin d'augmenter le rendement et d'améliorer la qualité de l'acier. Conformément à l'invention, on souffle de l'oxygène pur, au moyen d'une canne,Surla surface de l'acier fondu et, simultanément, on souffle un gaz d'agitation par des tuyères disposées à la partie inférieure du convertisseur. Ces gaz d'agitation peuvent être très variés et on peut utiliser en particulier des gaz neutres tels que le gaz carbonique, l'oxyde de carbone, l'argon, l'azote ou le gaz LD. Si l'on fait appel au gaz carbonique, on obtient la réaction CO2 - C + O, de-sorte que la tuyère se trouve pro- tégée par refroidissement et, du fait que le volume double, l'effet d'agitation se trouve augmenté, ce qui produit une diminution de l'effet d'agitation de l'oxygène comme agent oxydant. Dans le cas o on fait appel au gaz LD, son utili- sation est avantageuse du point de vue économique. Les tuyères ont, dans ce cas, un diamètre intérieur compris entre 2 et 30 mm et leur nombre est compris entre 1 et 30 ces tuyères servent à souffler du gaz d'agitation suivant une quantité qui représente 1/3 à 1/3000 de la quantité de l'oxygène soufflésur lapartie supérieure du métal fondu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avec une variante. Sur ces dessins, la Figure 1 est une courbe représentant les variations de l'effet d'agitation en fonction de la quantité (en Nm3 par heure) de gaz soufflé à la partie inférieure de la masse de métal la Figure 2 est- une courbe représentant les variations de l'effet d'agitation en fonction du nombre de tuyères; la Figure 3 est constituée par une série de courbes représentant les variations de la quantité (en Nm 3/h) de gaz soufflé à la partie inférieure du métal, en fonction du diamètre (en mm) des buses; - la Figure 4 représente, à titre explicatif, une forme de réalisation du convertisseur selon l'invention; et la Figure 5 représente, à titre explicatif, un mode de circulation du gaz LD utilisé comme gaz d'agitation. On voit netteoent d'anrès la Figure 1, gui illustre le cas o4 la quantité d'oxygène soutîé stur la surface du metal est de 60 000 lmZ/h,qu'il est indispensable desouffler, à la partie inférieure du métal fondu, une quantité de gaz supérieure à 20 Nm 3/h pour obte- nir un effet d'agitation supérieur à 0,3. A ce stade, 0 l'effet d'agitation ^rt p^squc anturé aircc un débit de 20.000 Nm 3/h. Par conséquent, la limite supérieure de la quantité de gaz soufflé par le bas de la masse de métal fondu est définie par le rapport suivant 20.000 Nm 3/h 1 60.000 Nm /h 3 tandis que la limite inférieure est définie par le rapport Nm3/h 1 60.000 Nm /h 3000 Dans le cas de la Figure 2, si les tuyères sont trop séparées, les bulles du gaz soufflé s'échappent audessus de la surface libre du métal fondu, et le bain de métal et les bulles ne font qu'un échange, et ce bain ne se déplace pas, de sorte qu'il n'y a pas d'agitation. C'est pourquoi, conformément à l'invention, la limite supérieure pour obte- nir l'effet minimum d'agitation de 30 % est de trente tuyères, tandis que la limite inférieure est de une tuyère. Il est préférable de disposer ces tuyères vers le centre de la partie inférieure du convertisseur, de façon que le bain se gonfle au voisinage de cette partie centrale et circule de cette partie centrale vers le pourtour afin d'augmenter l'effet d'agitation. En ce qui concerne le diamètre inté- rieur des tuyères, il convient de le déterminer en fonction de la quantité de gaz soufflé à la partie inférieure du métal fondu et du nombre de tuyères. Comme on le voit d'après la Figure 3, si ce diamètre est inférieur à 2 mm, on n'obtient pas la quantité désirée de gaz, tandis que si ce diamètre dépasse 30 mm, on obtient une quantité de gaz qui correspond à la saturation de l'effet d'agitation. Par conséquent, le diamètre des tuyères doit être compris entre 2 mm et 30 mm. Sur la Figure 4, qui représente, à titre explicatif, un convertisseur permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, la référence l désigne le convertisseur, la référence 2 désigne une canne; 3 désigne la masse d'acier fondu et la référence 4 désigne un tuyau disposé dans une masse de briques réfractaires superposées à l'inté- rieur du convertisseur, une extrémité de ce tuyau se prolon- geant vers l'extérieur au voisinage de l'entrée de ce con- vertisseur, tandis que son autre extrémité se ramifie sous la forme de tuyères 5. Ces tuyères n'ont pas besoin de constituer une structure double; une structure simple suffit. Ce tuyau 4 peut être intercalé entre une coquille de fer et la masse de br.ques réfractaires du convertisseur 1, ou bien il peut passer par un trou pratiqué dans la coquille de fer à la partie inférieure du convertisseur, au lieu de se prolonger au voisinage de l'entrée de ce conver- tisseur. Ce tuyau 4 communique avec des sources de gaz, par exemple de gaz carbonique, d'argon, d'azote ou d'air. La référence 6 désigne un récipient pour un agent réducteur. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention s'ef- fectue comme suit: Lorsqué l'on introduit des riblons, on souffle par les tuyères de l'air ou de l'azote sous une pression comprise entre 2 et 10 kg/cm. Lorsque l'on coule le métal fondu,on souffle de l'azote ou du gaz carbonique par la partie infé- rieure afin d'empêcher la pollutionpar l'air. Une fois ter- minée l'introduction de riblons et de métal fondu, on redresse le convertisseur 1 et l'on projette de l'oxygène pur par la canne 2 d'alimentation par le haut, que l'on fait descendre, et l'on introduit de la chaux éteinte dans le convertisseur. On introduit le solvant et de la fluorite avant et après introduction-de cette chaux éteinte. La canne 2 que l'on a fait ainsi descendre est maintenue à la hauteur voulue audessus dé la surface libre du métal fondu; cette canne se met à souffler de l'oxygène et, en même temps, on_- remplace le gaz qui était-soufflé à la partie inférieure par du gaz carbonique, afin d'empêcher la pollution du bain par l'azote. Du fait de ce soufflage de gaz carbonique par la partie inférieure du bain de métal fondu, l'agitation de ce bain s'accélère. En particulier, l'effet d'agitation est remarquable en ce qui concerne la déphosphorisation et la décarburation entre le début du soufflage et le milieuet atteint un maximum. Dans le cas o une telle installation est prévue pour récupérer le gaz de décarburation, le gaz carbonique soufflé entre le milieu de l'opération de souf- flage et la fin dilue l'oxyde de carbone et, par conséquent, on utilise comme gaz à souffler par la partie inférieure de l'argon. Lorsque, par des moyens appropriés, on constate que le bain de métal fondu est satisfaisant, on fait bascu- ler le convertisseur l jusqu'à ce qu'il devienne horizontal, pour procéder à l'échantillonnage (repérage de la tempéra- ture, échantillonnage T.P.). Si les tuyères 5 sont situées au centre de la partie inférieure du convertisseur, la pression de soufflage, au cours de l'échantillonnage, dimi- nue ou elle peut même s'annuler, étant donné que la buse située à la partie inférieure se trouve dégagée. Au contrai- re, si les tuyères sont réparties sur la partie inférieure du convertisseur, la pression du gaz soufflé par la partie inférieureest conserv&e,lorsque l'on fait basculer le con- - vertisseur, jusqu'à la partie à nu (partie non chargée), de sorte qu'il est préférable de diviser la partie inférieure de ce convertisseur. Après avoir effectué l'échantillonnage, on redresse de nouveau le convertisseur en vue de la coulée de l'acier. Pendant cette coulée, on fait varier l'inclinaison en fonc- tion de la quantité de métal coulée, entre le début et la fin de cette opération de coulée, et si les tuyères sont dégagées du bain d'acier, l'introduction de gaz soufflé par la partie inférieure peut s'arrêter. Une fois l'opération de coulée de l'acier terminée, on remplace le gaz soufflé à la partie inférieure par de l'air ou par du gaz carbonique. L'air a pour avantage d'empêcher les tuyères de s'engorger. Au cours de l'expul- sion du laitier, on souffle de l'air ou du gaz carbonique et, une fois ce laitier complètement expulsé, on introduit des matières premières principales. Entre temps, on souffle de l'air ou de l'azote par la partie inférieure du convertisseur de manière à empêcher l'engorgement en vue de l'introduction de riblons. Un cycle d'opération étant achevé, on répète les opérations définies plus haut. En ce qui concerne l'acier à forte teneur en carbone et les aciers spéciaux, on peut employer des particules de CaF2, de carbone et autres, en mélange dans le gaz soufflé par les tuyères 5. Une fois le soufflage terminé, on pro- jette un alliage de fer par une trémie à la partie supé- rieure du convertisseur de manière à agiter complètement le bain à l'aide du gaz soufflé par le bas, afin d'assurer la fusion et la réaction de cet alliage de fer dans le conver- tisseur et de maintenir la température du bain d'acier à une valeur constante. On peut procéder à l'échantillonnage et au repérage de la température après avoir rendu uniforme le contenu du convertisseur. Les particules que l'on souffle ne se limitent pas à de la cendre de soude; bien au contraire, on peut ajouter des métaux alcalino-terreux ou du potassium et du lithium et d'autres substances. La Figure 5 représente un mode de mise en oeuvre du prccédé selon l'invention, suivant lequel le gaz d'agitation est du gaz LD. Le gaz LD provenant du convertisseur 1 est envoyé dans un venturi 10, o il est débarrassé des pous- sières qu'il contenait et refroidi, puis ce gaz est envoyé, par l'intermédiaire d'une soufflante 11, dans un réservoir 12 o il est stocké. En temps voulu, ce gaz LD contenu dans le réservoir 12 est envoyé dans les tuyères 5 par la soufflante 17 en vue d'assurer l'agitation, puis il est remis en circulation par la partie supérieure du convertis- seur 1. Ce gaz LD est donc d'un emploi très avantageux du point de vue économique. Sur la Figure 5, la référence 13 désigne une soupape d'ouverture et de fermeture, tandis que les références 14 et 15 désignent des soupapes servant à régler la pression des gaz, la référence 16 désignant un réservoir pour d'autres gaz neutres. Comme gaz-d'agitation, il est préférable de faire appel à un gaz non oxydant comme indiqué plus haut, et l'on peut, d'une façon générale, utiliser des gaz neutres tels que l'argon, l'azote ou le gaz carbonique. Mais, ces gaz sont d'un prix de revient élevé, étant donné que l'appareil qui sert à les fabriquer est coûteux; de plus, il faut ajouter au prix de revient de ces gaz, le prix du transport par camion ou par une conduite, ce qui en limite l'utilisa- tion. C'est pourquoi, il est préférable d'utiliser le gaz LD comme gaz d'agitation; ce gaz LD produit dans le conver- tisseur peut être utilisé pour la circulation et, si on l'utilise comme gaz d'agitation, on peut diminuer les frais et augmenter le rendement. Comme gaz LD susceptible d'être utilisé pour la mise en oeuvre Idu prcn5# Selo; n 1 int Ion, on peut utiliser le gaz de composition suivante: 74,4 % d'oxyde de carbone, 3,1 % de gaz carbonique, 20,3 % d'azote, 2,0 % d'hydrogène et 0,2 % d'oxygène; à titre d'exemple, le chauffage assuré 3 3 est de 2.350 Kcal/Nm et le débit est de 97 Nm /t. Si l'on fait appel au gaz LD, il n'y a plus besoin d'autres gaz neutres ou tout au moins on peut en diminuer la quantité. En outre, le pourcentage d'oxyde de carbone du gaz LD augmente et le pouvoir calorifique augmente Également. On donnera ci-après un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Exemple On utilise 15 tuyères de structure simple réalisées dans un tuyau d'acier inoxydable d'un diamètre intérieur de 4,2 mm, à la partie inférieure du convertisseur; on commence par introduire dans ces tuyères de l'air sous la pression de 4 kg/cm, tout en introduisant des riblons représentant 10 % de la quantité-totale; on remplace ensuite le gaz soufflé par du gaz carbonique, à la pression de 4 kg/cm et, à ce stade, on introduit dans le convertisseur 90 % de la quanti- té totale de métal chaud. Ce métal chaud est à la tempéra- ture de 13500C et la constitution est celle qui est indiquée au Tableau. Après avoir introduit le métal chaud, on pro- jette de l'oxygène pur sous la pression de 14 kg/cm2 par la canne de soufflage descendant. Au cours de l'opération de soufflage, l'oxygène soufflé vers le bas se consomme à la cadence de 48 Nm /t, tandis que le gaz carbonique soufflé par le bas se consomme à la cadence de 0,5 Nm 3/t. Une fois le soufflage terminé, on remplace le gaz soufflé par le bas par de l'argon que l'on souffle sous la pression de 4 kg/cm2. -8 La température du métal à la fin de l'opération est de 16300C et la composition est la suivante: 0,05 % de carbo- ne, 0,20 % de manganèse, 0,015 % de phosphore, 0,021 % de soufre, 45OPPmd'oxygène, 10ppm d'azote et 2,qppm d'hydrogène. Le tableau donné-ciaprès permet de comparer le procédé selon l'invention au procédé Q-BOP et au procédé utilisant le gaz LD. Etant donné que, dans le procédé Q-BOP, le gaz LD soufflé est utilisé comme gaz de refroidissement, la teneur en hydrogène du bain d'acier atteint la valeur de 4,6ppn alors que, selon l'invention, la teneur d'hydrogène ne dépasse pas 2,pimL De plus, le rendement du lingot est de 93,1 % dans le cas du procédé utilisant le gaz LD, tandis que, dans le cas de la présente invention, ce rendement est de 94,6 %, donc voisin du rendement obtenu -avec le procédé Q-BOP. Comme signalé plus haut, l'invention réunit les avan- tages du procédé par soufflage à la partie supérieure du métal et du procédé de soufflage par la partie inférieure de telle sorte qu'elle permet d'améliorer de façon remarqua- ble le rendement et la qualité de l'acier. PROCEDE SELON L'INVENTION Diamètre (en mm) des tuyères Type de tuyères Nombre de tuyères Fonctionnement: Proportion de métal chaud Composition (%) de ce métal chaud Température du métal chaud Oxygène soufflé par le haut Gaz soufflé par le bas: oxygène gaz carbonique argon azote Chaux éteinte Scheelite Ecaille obtenue par broyage et/ou minerai de fer Résultats: Composition (%) en fin d'opération Composition (%) du laitier Température en fin d'opération Rendement du lingot Consommation en alliage Récupération du gaz LD 4,2 Tuyau unique en acier inoxydable % C Si 4,50 0,40 1350 C 48 Nm3/t 0_5 __ 0,2 Nm3/t 0,2 Nm3/t kg/t 1,5 kg/t kg/t Mn 0,50 P S 0,110 0,030 C Mn P S O N H 0,05 0,20 0,015 0,021 450ppm 10ppm 2,0ppm T.Fe: 15 CaO: 45 SiO2: 13 1630 C 94,6 % Al: 2,15 kg/t FeSi: 3 kg/t FeMn: 5,1 kg/t ,4 Nm3/t o N c4 Co -4 PROCEDE Q-BOP Diamètre (en mm) des tuyères Type de tuyères Nombre de tuyères Fonctionnement: Proportion de métal chaud Composition (%) de ce métal chaud Température du métal chaud Soufflage par le haut: oxygène Soufflage par le bas: oxygène LPG argon azote Chaux éteinte Scheelite Ecailk obtenue par broyage et/ou minerai de fer Résultats: Composition (%) en fin d'opération Composition (%) du laitier Température en fin d'opération Rendement du lingot Composition de l'alliage Récupération du gaz LD de 40 à 60 Tuyau double en acier % C Si 4,50 0,40 1350 C 53,5 Nm3/t 4 Nm3/t 0,2 Nm3/t Nm3/t kg/t 1,5 kg/t 44 kg/t Mn P S 0,50 0,110 0,030 o C Mn P S O N H 0,05 0,30 0,015 0,020 400ppm 20ppm4,6 ppm T.Fe: 13 CaO: 48 SiO2:16 1630 C ,1 % Al: 2,0 kg/t FeSi: 4,0 kg/t FeMn:3,4 kg/t 116 Nm3/t r> MJ c" os w PROCEDE LD Diamètre (en mm) des tuyères Type de tuyères Nombre de tuyères Fonctionnement: Proportion de métal chaud Composition (%) du métal chaud Température du métal chaud Soufflage par le haut: oxygène Soufflage par le bas: oxygène Gaz % C Si 4,50 0,40 1350 C Nm3/t Mn P S 0,50 0,110 0,030 argon - azote Chaux éteinte 58,5 kg/t Scheelite 2,0 kg/t Ecaille obtenue par broyage et/ou minerai de fer60,0 kg/t Résultats: Composition (%) en fin d'opération Composition (%) du laitier Température en fin d'opération Rendement du lingot Consommation en alliage Récupération du gaz LD C Mn P S 0.05 0,13 0,020 0,022 T.Fe:20 CaO: 43 S: 1630 C 93,1. % Al:2,3 kg/t FeSi: 3 kg/t 96 Nm3/t O N Opm 13ppm iO2: 12 1-' 1-' H 2,6ppm FeMn: 6,3 kg/t LN Os CO REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de l'acier à l'aide d'un convertisseur, caractérisé par le fait qu'il consiste à souffler de l'oxygène sur lasurface du métal fondu contenu dans le convertisseur et à souffler, dans cette masse de métal fondu, des gaz d'agitation représentant un tiers à 1/3000 de la quantité dudit oxygène, par des tuyères dispo- sées à la partie inférieure de ce convertisseur, le nombre de ces tuyères étant compris entre-1 et 30 et leur diamètre intérieur étant compris entre 2 et 300 mm. 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz d'agitation utilisé est du gaz LD. 3. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'on souffle de l'air ou de l'azote sous une pression comprise entre 2 et 10 kg/cm par lesdites tuyères, au moment d'introduire les riblons. 4. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'on souffle de l'azote ou du gaz carbonique par la partie inférieure du convertisseur au moment d'intro- duire le métal chaud. 5. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait qu'après avoir introduit lesdits riblons et le métal chaud, on projette de l'oxygène pur sur lasurface du métal fondu, tandis que l'on jette de la chaux éteinte dans le convertisseur en ajoutant un solvant et de la fluorite. 6. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz soufflé par le bas est remplacé par du gaz carbonique en même temps que l'on souffle avec du gaz par une canne. 7. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre le stade médian et le stade final de l'opération de soufflage, on remplace le gaz soufflé par le bas par de l'argon. 8. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait qu'après la coulée de l'acier fondu, on utilise, comme gaz soufflé par le bas,-de l'air ou du gaz carbonique. 9. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que les particules que l'on souffle en mélange avec le gaz soufflé sont constituées par de la cendre de soude, de la soude, des métaux alcalinoterreux ou du potassium ou du lithium. 10. Procédé selon l'une quelconque des Revendications 1 et 9, caractérisé par le fait que les particules que l'on souffle en mélange avec le gaz soufflé sont des particules de CaF2, deNa2CO3 ou de carbone.