Brevet FR2527634A1 — publié le 19831202

La présente invention concerne un procédé de production d'acier à teneur ultra-faible en phosphore Plus particuliè- rement, l'invention concerne un procédé de production d'un acier à teneur ultra-faible en phosphore qui consiste à sou- mettre de la fonte brute que l'on a préalablement désiliciée à un soufflage d'oxygène par la surface L'invention concerne en particulier un procédé de production d'un acier à teneur ultra-faible en phosphore contenant 0,010 % ou moins de phos- phore selon un procédé d'affinage de l'acier par soufflage par le fond et par la surface (appelé ci-après procédé "TB"'). Depuis longtemps, on désire réduire la teneur en phos- phore de l'acier de façon économique pour améliorer encore l'usinabilité et les propriétés mécaniques de l'acier. Dans le procédé d'élaboration de l'acier par soufflage par la surface qu'on emploie généralement au Japon, on charge de la fonte, des ferrailles et d'autres matières de départ dans un ccnvertisseur, puis on effectue l'affinage de l'acier par soufflage d'oxygène pur sur la charge fondue au moyen d'u- ne lance à oxygène Généralement, la teneur en phosphore des aciers affinés à l'oxygène est dans la gamme de 0,015 à 0,035 %. Un tel procédé d'élaboration de l'acier comporte un sta- de additionnel pour réduire encore la teneur en phosphore Si l'on considère le procédé de réduction de la teneur en phospho- re de l'acier, on notera qu'il existe dans l'art les trois pro- cédés pratiques principaux suivants: (i) un procédé à double laitier; (ii) la déphosphoration de la fonte brute et (iii) la déphosphoration après affinage de l'acier. (i) Le procédé A double laitier est un procédé d'affina- ge en deux stades dans lequel on soumet au premier stade d'af- finage, de l'acier fondu ayant une teneur en carbone relative- ment élevée, puis on arrête l'affinage et, après séparation de l'acier affiné à teneur élevée en carbone du laitier par cou- lée par le fond de l'acier fondu ou par décrassage du laitier fluidisé après addition de spath-fl uor, ou soumet l'acier fon- du ainsi séparé à un second stade d'affinage par addition d'u- ne nouvelle quantit 6 de chaux vive à l'acier fondu. (ii) La déphosphoration de la fonte brute, c'est-à-dire la déphosphoration du métal chaud, est un procédé dans lequel on introduit dans un bain de fonte brute contenu dans une po- che, un fondant générateur de laitier contenant de la chaux vive, du spath-fluor et du minerai de fer en maintenant le bain à une température suffisamment élevée pour effectuer une déphos- phoration par insufflation d'un gaz exothermique tel que l'oxy- gène dans le bain Sinon, on peut effectuer la déphosphoration par addition d'un fondant contenant du carbonate de sodium cal- ciné ou de la chaux vive, du spath-fluor et du minerai de fer, à un bain de fonte brute que l'on a désiliciée à une teneur de 0,15 % de Si Après déphosphoration, on charge la fonte brute ainsi d 6 siliciée et déphosphorée dans un convertisseur et on ajoute au bain une quantité de chaux vive suffisante pour empêcher la rephosphoration dans le convertisseur L'addition d'une autre quantité importante de chaux vive est également efficace pour poursuivre la d 6 phosphoration pendant l'affinage de l'acier. (iii) La déphosphoration après l'affinage de l'acier est effectuée par addition d'un fondant contenant de la chaux vive, du spath-fluor et du minerai de fer, à l'acier fondu dans la poche ou à l'acier fondu pendant la coulée par le fond. Dans ces procédés d'affinage de l'acier, on a très sou- vent effectué une désiliciation comme prétraitement de la fon- te brute pour réduire la quantité nécessaire de chaux vive qui est une des matières auxiliaires nécessaires La désiliciation est également efficace pour r 6 duire la quantité de laitier qui se forme pendant l'opération d'affinage Il est ainsi possible de réduire la quantité N 6 cessaire de chaux vive de 16 à 17 kg/t de fonte brute lorsque la proportion de silicium dans la fonte brute est réduite à 0,13-0,16 o par désiliciation de la fonte brute avant l'affinage Ceci est dû au fait qu'une partie de la chaux vive ajoutée est généralement consommée pour neutra- liser le Si O 2 qui dérive du silicium dissous dans la fonte bru- te pendant l'opération d'affinage par l'oxygène Donc, la quantité de chaux vive à ajouter est généralement déterminée en fonction de la concentration en silicium de la fonte brute. Cependant, il faut noter que la présence du silicium dans la fonte brute est indispensable à l'affinage de l'acier car le silicium de la fonte brute produit de la chaleur lors- qu'il est oxydé pendant l'affinage La chaleur ainsi libérée est utile pour former le laitier, c'est-à-dire pour fondre la chaux vive qu'on ajoute au bain comme agent de formation du laitier Donc, la diminution de la teneur en silicium de la fonte brute réduirait la formation du laitier. D'autre part, la présence de chaux vive dans le laitier est nécessaire pour déphosphorer un bain de fonte brute car la chaux vive fondue dans le laitier est combinée avec le phos- phore de la fonte brute pour effectuer la déphosphoration Donc, la présence d'une quantité notable de chaux vive dans le lai- tier est essentielle à la déphosphoration de la fonte brute pendant l'affinage. Donc, bien qu'il soit possible de désilicier une fonte brute, il n'est pas souhaitable de réduire la quantité de chaux vive à ajouter à la fonte brute en ce qui concerne la préparation d'un laitier actif pour la déphosphoration. Donc, on a considéré dans l'art qu'il était impossible d'employer la désiliciation pour produire un acier à faible teneur en phosphore et que toute diminution de la teneur en phosphore nécessite une opération compliquée et coftteuse en ce qui concerne les procédés classiques de déphosphoration De plus ces procédés classiques de déphosphoration sont toujours suivis d'une diminution importante du rendement de la coulée par le fond ou du rendement total. A cet égard, le brevet US 4 290 802 décrit l'addition d'un agent formateur de laitier tel que la chaux vive à un acier fondu dans le procédé TB Cependant il ne suggère rien relativement à l'emploi de la désiliciation comme moyen de prétraitement de la fonte brute De plus, la teneur en phos- phore la plus basse de l'acier produit selon le procédé décrit dans ce brevet est de 0,012 %. Il faut noter ici que le degré de difficulté rencontré pour effectuer la déphosphoration dépend de la concentration initiale en phosphore Par exemple, il n'est pas très diffici- le de réduire la teneur en phosphore d'une valeur de 0,5 % à une valeur de 0,05 % Cependant, il est très difficile de ré- duire la teneur en phosphore à 0,02 % ou moins sans diminuer le rendement de la coulée par le fond ou sans prolonger la pé- riode de traitement. Il semble qu'en ce qui concerne le procédé classique, il soit impossible d'obtenir dans le laitier un rapport Ca O/Si O 2 supérieur à 4 Ceci est df en partie au fait que la présence de la majeure partie du silicium est inévitable et en partie au fait que la quantité de chaux permettant d'élever le rapport au-delà de 4 ne peut pas être dissoute dans le lai- tier. Ltinvention a pour but de fournir un procédé de produc- tion d'acier à teneur ultra-faible en phosphore dont la teneur en phosphore est de 0,010 % ou moins. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de production d'un tel acier à teneur ultra-faible en phospho- re de façon moins coûteuse et appropriée à l'application in- dustrielle. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de production d'un acier à teneur ultra-faible en phosphore dont la teneur en phosphore est de 0,003 % ou moins sans pro- voquer aucune diminution notable du rendement de la coulée par le fond ou du rendement total et sans prolonger la période de traitement. Selon la présente invention, la combinaison de la dési- liciation de la fonte brute et de l'addition de chaux vive en poudre dans un procédé d'élaboration de l'acier avec souffla- ge par le fond et par la surface constitue de façon-inattendue un procédé efficace et moins coateux pour réduire la teneur en phosphore à une valeur ultra-faible telle que 0,010 % ou moins, de préférence 0,003 % ou moins, sans provoquer prati- quement de baisse du rendement. L'invention concerne donc un procédé de production d'un acier à teneur ultra-faible en phosphore qui consiste à char- ger une fonte brutale désiliciée dans un convertisseur par soufflage d'oxygène par le fond et par la surface, à introdui- re un agent générateur de laitier en poudre dans le bain de fonte avec l'oxygène de soufflage par la surface et à intro- duire un gaz de soufflage par le fond, choisi parmi un gaz inerte, l'azote, l'oxygène, le monoxyde de carbone, le dio- xyde de carbone et leurs mélanges pendant le soufflage par la surface d'oxygène pur ou pendant le soufflage par la surface d'oxygène pur et la coulée ultérieure par le fond. La fonte brute désiliciée peut de préférence être sou- mise à une déphosphoration préalable avant d'être chargée dans le convertisseur par soufflage par le fond et par la surface. Il est souhaitable que la fonte brute de départ soit désili- ciée à une teneur en Si de 0,20 % ou moins, généralement de 0,01 à 0,17 % Lorsqu'on soumet la fonte brute à une déphos- phoration préalable avant l'affinage par l'oxygène, il est souhaitable de réduire la teneur en phosphore à 0,030 % ou moins et la teneur en silicium à 0,05 % ou moins Ceci peut être obtenu par soufflage d'oxygène dans la fonte brute en présence de chaux vive Il convient de noter ici que la dési- liciation de la fonte brute selon l'invention peut être effec- tuée de façon appropriée quelconque connue du spécialiste. L'agent générateur de laitier employé dans ltinvention est sous forme d'une poudre et est éjecté à la surface du métal fondu avec le jet d'oxygène Le soufflage par le fond est em- ployé pour agiter énergiquement le métal fondu à traiter Ceci accrott la formation d'un laitier actif pour la déphosphora- tion. Dans un mode de réalisation préféré de ltinvention, le rapport Ca O/Si O 2 du laitier peut être limité à une valeur su- périeure à 4,5, de préférence supérieure à 5,0, de façon à réduire la teneur en phosphore à une valeur ultra-faible Il convient ici de noter qu'un rapport Ca O/Si O supérieur à 10,0 peut être obtenu selon l'invention. L'agent générateur de laitier, sous forme d'une poudre, est constitué d'un ou plusieurs agents choisis parmi la chaux vive, le calcaire, le spath-fluor, la dolomie, le minerai de fer et leurs mélanges. La structure du convertisseur et celle de la lance à oxygène que l'on emploie dans l'invention peuvent etre sem- blables à celles décrites dans le brevet US 4 290 802 précité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée qui suit faite en regard des dessins anne- xés dans lesquels: la Fig 1 est une vue schématique d'un convertisseur d'élaboration de l'acier employé dans l'invention; la Fig 2 est une vue schématique en bout de la lance à oxygène de la figure 1; et la Fig 3 est un graphique montrant la relation entre la déphosphoration (%) et le rapport Ca O/Si O 2 du laitier. Les modes de réalisation préférés de l'invention vont maintenant être décrits de façon détaillée. Comme le montre la figure 1, on charge une fonte brute désiliciée 1 dans un convertisseur à soufflage par le fond et par la surface 2 dans lequel un jet d'oxygène 3 est introduit par une lance à oxygène 4 à travers la pointe 5 de la lance à oxygène et un gaz de soufflage par le fond est introduit dans le bain par une buse 6 disposée dans le fond du convertisseur. Le gaz de soufflage par le fond est choisi parmi un gaz iner- te, l'azote, l'oxygène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et leurs mélanges Un agent formateur de laitier cons- titué principalement de chaux vive sous forme d'une poudre est introduit dans le bain avec un jet d'oxygène par la pointe de la lance à oxygène. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la fonte brute désiliciée peut également être soumise à une dé- phosphoration avant d'être chargée dans le convertisseur. L'agent générateur de laitier peut être constitué de chaux vi- ve, de spath-fluor et de minerai de fer. Comme le montre la figure 2, l'agent formateur de lai- tier est apporté par la buse centrale 21 qui est entourée par trois buses d'oxygène 22 à travers lesquelles des jets dtoxy- gène sont éjectés vers la surface du bain pour introduire dans le bain le fondant formateur de laitier. La structure de la pointe 5 de la lance d'oxygène est en soi bien connue Il est évident pour le spécialiste que l'on peut employer dans l'invention diverses pointes de lance d'oxygène. L'invention est illustrée par les exemples non limita- tifs suivants. Exemples On emploie pour la mise en pratique du procédé de l'in- vention un convertisseur de 2,5 tonnes à soufflage d'oxygène par la surface ayant 2 tuyères de fond dont les diamètres in- térieurs sont de 8 mm On charge le convertisseur à 1 380 OC de 2 tonnes de fonte brute fondue Par les tuyères du fond, on insuffle dans le bain du dioxyde de carbone à un débit de 0,5 m 3 normaux/min L'apport d'oxygène par la pointe de la lance d'oxygène est de 6 m normaux/min La distance entre la lance d'oxygène et la surface du métal fondu est de 300 mm. On effectue la désiliciation par insufflation d'oxygène à un débit de 1,0 m normaux/tonne de fonte brute avec addi- tion de 8 kg/t de chaux vive et de 15 kg/t de minerai de fer pendant 20 minutes. Les résultats des essais sont regroupés dans le tableau suivant A titre comparatif, les valeurs obtenues selon les procédés classiques figurent également. Comme il ressort des résultats du tableau ci-après, se- 3 Ion l'invention, on peut obtenir pratiquement sans diminution du rendement un acier affiné contenant du phosphore à raison de 0,004 o ou moins Le rapport Ca O/Si O 2 du laitier est su- périeur à 4,0 selon l'invention L'essai n 7 illustre le cas o on effectue une déphosplioration ainsi-qu'une désiliciation avant le chargement du convertisseur On élimine le phosphore jusqu'à une teneur extrêmement faible, c'est-à-dire une teneur de 0,002 % sans aucune diminution du rendement, bien que l'af- finage soit relativement long à réaliser Cependant, selon le procédé classique, le rendement n'est pas aussi élevé que dans l'invention et la quantité nécessaire de chaux vive est rela- tivement importante De plus, la teneur en phosphore n'est ré- duite qu'à 0,005 % au mieux, même lorsqu'on emploie le procédé de déphosphoration de la fonte brute qui nécessite une quanti- té relativement importante de chaux vive et une durée de trai- tement relativement longue pour effectuer la déphosphoration. Le rapport Ca O/Si O 2 est inférieur à 4,0. Fonte brute fondue avant le chargement (%en poids) TABLEAU Agent forma teur* de laitier employé jusqu'à l'achèvemeat de l'affinage (kg/t d'acier) Rapport Ca O/S i 02 du laitier Composition de l'acier après l'affinage a% N poids) Tempéra Durée Rendement ture tota total de le du coulée procé- -dé si P ix** B** 7 *** D*** C M '' mn " 1 Procé'Jé à double laitier 0,51 0,122 110 24 O 10 3,0-3,8 0,05 0,07 0,007 0,005 1635 62,4 -1,1 2 Déphosphoration de la fonte brute+oxygène 0,01 0,010 65 20 80 5 3,0 0,03 0,06 0,005 0,004 1640 65,0 -1,1 3 Déphosphoration après consomas, affinage de l'acier 0,50 0,119 74 13 8 tion d'é 3,8 0,02 0,04 0,006 0,004 1635 51,0 -, lectricité k W/t 4 Frocédé TB sans prétraitement 0,5 0,125 40 5 O O 3,8 0,38 0,30 0,012 0,019 1680 19,3 O Ddsiliciation + procédé TB 0,17 0,118 51 10 15 O 12,0 0,48 0,08 0,004 0,002 1630 36,8 O 6 Désiliciation + procédé TB 0,01 0,108 40 5 20 O 28,0 0,42 0,10 0,003 0, 003 1625 39,7 + 0,1 7 Déphosphoration de la fonte brute + procédé TB** 0, 01 0,008 65 15 8 9 27,0 0,44 0,05 0,0 o 2 o,oo 1 163564,8 + 0,1 NOTA * Quantité totale ** Il se produit également une désiliciation ** À chaux vive, B:spath-fluor, C: minerai de fer D:Fe-Si REMARQUES z NOS 5 6 et 7 selon l'invention. Nt Proc 4 dé o Mn 1-'J o' La figure 3 montre la relation entre la déphosphoration (%) et le rapport Ca O/Si O 2 du laitier que l'on obtient à partir d'une S 6 rie d'expériences effectuées selon l'invention La courbe en trait plein illustre le cas o la quantit 6 de laitier est de 40 kg/t d'acier et la courbe discontinue illustre le cas o la quantité de laitier est de 80 kg/t d'acier Il res- sort de l'examen des graphiques que l'on peut obtenir un rap- port Ca O/Si O 2 supérieur à 4,5 et même supérieur à 10 selon l'in- vention Il semble que l'obtention d'un tel rapport élevé Ca O/Si O 2 soit une des raisons pour lesquelles on peut produire selon l'invention un acier à teneur ultra-faible en phosphore. il R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de production d'un acier à teneur ultra- faible en phosphore, contenant 0,010 % ou moins de phosphore qui consiste à charger une fonte brute désiliciée dans un convertisseur à soufflage d'oxygène par le fond et par la surface, à introduire un agent formateur de laitier sous une forme pulvérisée sur la fonte fondue avec l'oxygène de souf- flage par la surface et à introduire un gaz de soufflage par le fond choisi parmi un gaz inerte, l'azote, l'oxygène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et leurs mélanges,, pendant le soufflage d'oxygène par la surface ou pendant le soufflage d'oxygène par la surface puis la coulée ultérieure par le fond. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la teneur en silicium de la fonte brute désiliciée est de 0,20 % ou moins. 3 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fonte brute désiliciée est également soumise à une déphosphora- tion et la fonte brute ainsi désiliciée contient 0,030 % ou moins de phosphore et 0,05 % ou moins de silicium. 4 Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit agent formateur de laitier est constitué d'un ou plusieurs agents choisis parmi la chaux vive, le calcaire, le spath-fluor, la dolomie, le minerai de fer et leurs mélanges. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit agent formateur de laitier est constitué de chaux vive, de spath-fluor et de minerai de fer. 6 Procédé de production-d'un acier à teneur ultra-fai- ble en phosphore, contenant 0,003 % ou moins de phosphore, qui consiste à préparer une fonte brute désiliciée dans un conver- tisseur à soufflage d'oxygène par la surface et par le fond, à introduire un agent formateur de laitier sous une forme pul- vérisée sur la fonte fondue avec l'oxygène de soufflage par la surface et d introduire un qaz ce soufflage par le fond choisi par- 7634 mi un gaz inerte, l'azote, l'oxygène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et leurs mélanges, pendant le soufflage d'oxygène par la surface ou pendant le soufflage d'oxygène par la surface et la coulée ultérieure par le fond. 7 Procédé selon la revendication 6, dans lequel la te- neur en silicium de la fonte brute désiliciée est de 0,20 X ou moins. 8 Procédé selon la revendication 6, dans lequel la fonte brute désiliciée est également soumise à une déphospho- ration et la fonte brute ainsi désiliciée contient 0,030 % ou moins de phosphore et 0,05 % ou moins de silicium. 9 Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit agent générateur de laitier est constitué d'un ou plusieurs agents choisis parmi la chaux vive, le calcaire, le spath- fluor, la dolomie, le minerai de fer et leurs mélanges. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit agent formateur de laitier est constitué de chaux vive, de spath-fluor et de minerai de fer.