Brevet FR2525633A1 — publié le 19831028

PROCEDE POUR AMELIORER LA DWREE DE VIE D'ELEMENTS REFRACTAIRES PERMEABLES LOGES DANS LE FOND DES RECIPIENTS METALLURGIQUES D'AFFINAGE, NOTAMMENT DES CONVERTISSEURS D'ACIERIE A SOUFFLAGE D'OXYGENE PAR LE HAUT. La présente invention se situe dans le domaine de l'élaboration des métaux, notamment de l'acier Elle concerne plus précisément les réci- pients métallurgiques d'affinage, notamment les convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène d'affinage par le haut, et dont fe fond est pourvu d'éléments réfractaires perméables. On connait des traitements métallurgiques qui consistent à soumet- tre un bain de métal en fusion à un brassage pneumatique par injection contrôlée d'un fluide de brassage, habituellement un gaz inerte comme l'azote ou l'argon, au travers d'éléments réfractaires perméables montés dans le revêtement réfractaire habituel qui forme le fond du récipient contenant le bain (FR-A 2 322 202, US N O 3 259 484). L'application d'une telle technique de bras age à un convertisseur d'aciérie à l'oxygène soufflé par le haut, se développe actuellement dans le monde entier sous la dénomination commerciale "procédé LBE" (Lance - Brassage Equilibre) Ce procédé tend à réaliser, comme son nom l'indi- que, l'équilibre entre métal et laitier et permet ainsi de cumuler dans une large mesure les avantages respectifs des procédés classiques d'affi- nage à soufflage d'oxygène par le haut et à soufflage d'oxygène par le bas. De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour conférer aux éléments réfractaires une perméabilité sélective suffisante pour assurer un débit de fluide de brassage satisfaisant, tout en évitant une pénétra- tion en sens inverse du métal en fusion Parmi les solutions connues, on peut notamment citer celle décrite dans la demande de brevet européen publiée ne 21 861 et qui consiste à ménager des passages interstitiels au sein d'une masse réfractaire étanche, soit à l'aide de corps à paroi lisse incorporé à un bloc réfractaire monolithique, soit par assemblage de pla n quettes réfractaires juxtaposées avec interposition entre elles d'entre- toises calibrées. Par ailleurs, ces éléments, comme tout matériau réfractaire, s'usent inévitablement au contact du métal en fusion Cette usure est en outre accélérée en raison même du soufflage gazeux qui provoque des mouvements de convection du métal liquide très sensibles au niveau des éléments de soufflage, mais dont les effets induits se font également 39 sentir sur la durée de vie du réfractaire classique environnant A cet égard, l'expérience montre que, dans le cas des convertisseurs traditionnels à soufflage d'oxygène par le haut (type L D), le fond s'use généralement moins vite que le réfractaire en paroi, alors que c'est le contraire qui se passe lorsque ces convertisseurs sont munis dans le fond d'éléments réfractaires perméables. Sinon à devoir fréquement réparer le fond et remplacer les éléments perméables usagés, ce qui serait fortement pénalisant, le problème qui se pose est donc celui de savoir s'il est possible de ralentir la vitesse d'usure de ces éléments, et ceci tout en préservant leur perméabilité. Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé pour améliorer la durée de vie des éléments réfractaires perméables équipant le fond des récipients métallurgiques d'affinage, notamment les convertisseurs d'acié- rie à soufflage d'oxygène par le haut, lesdits éléments servant pour l'in- jection contrôlée d'un fluide de brassage dans le bain de métal en fusion contenu dans le récipient, procédé caractérisé en ce que au cours de l'af- finage d'une charge quelconque, on forme un laitier fluide que l'on conserve ensuite dans le convertisseur après coulée du métal en fusion par basculement dudit récipient; en ce que l'on redresse le récipient en position verticale de manière que le laitier se dépose et se répartisse sur le fond; et en ce que on laisse sécher ledit laitier et assurer sa prise tout en maintenant dans les éléments réfractaires perméables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage. Pour fixer les idées, dans le cas d'un convertisseur d'aciérie moderne l'une capacité supérieure à 200 t, on pourra maintenir, dans les éléments une pression assurant un débit de fluide de brassage de l'ordre de 30 m 3/h environ par élément, compté en m 3 gazeux. Le cas échéant, on pourra parfaire la répartition du laitier sur le fond en faisant basculer le convertisseur de part et d'autre de sa posi- tion verticale. Par la suite on considérera que le récipient métallurgique d'affi- nage est un convertisseur d'aciérie à l'oxygène soufflé par le haut (type L.D) étant entendu que l'invention s'applique également à tout récipient métallurgique, susceptible de basculer autour d'un axe horizontal et dans lequel l'opération d'affinage s'accompagne de la formation d'un laitier. La technique de dépôt selon l'invention peut être effectuée systé- matiquement après chaque charge, ou tout au moins après chaque charge ayant conduit à une mise à nu, même partielle, des éléments réfractaires perméables. 39 La méthode proposée est d'une grande simplicité et ne pose aucune difficulté non-maitrisée Elle suppose uniquement la précaution de former, au cours ou plus simplement en fin d'affinage d'une charge, un laitier capable, de par sa fluidité, de couler le long de la paroi du convertis- seur, de s'étaler ensuite sur le fond et d'y coller en durcissant En pratique, cela se résume pour l'homme de métier à une vérification visuelle de l'aptitude du laitier à répondre à ces trois exigences, que l'on entend d'ailleurs désigner par l'expression "on forme un laitier fluide" utilisée dans la formulation ci-avant de l'objet de l'invention. Ainsi, si le laitier n'est pas assez fluide, son étalement et son collage (prise mécanique) sur le fond ne sont plus assurés Pour y parve- nir, on pourra lui rajouter, en fin d'affinage, des agents fluidifiants, tel que du spath-fluor, ou autre fondant habituel, qui abaisse sa tempéra- ture de fusion Inversement, si le laitier est trop fluide, son temps de durcissement est inutilement long; de plus il est à craindre que son point de fusion relativement trop bas entraînera sa disparition du fond dès le début du traitement d'affinage de la charge suivante Dans ce cas, on rajoutera au laitier des agents épaississants, par exemple de la dolomie ou tout autre oxyde réfractaire au mélange d'oxydes réfractaires dont on a un usage courant en aciérie. Une fois durci et en prise mécanique sur le fond, le laitier forme une couche réfractaire qui soustrait les éléments perméables d'un contact direct avec le bain de métal en fusion Par ailleurs, la présence de ces éléments perméables dans le fond n'implique aucune autre exigence au cours du durcissement du laitier que celle qui consiste à maintenir au travers d'eux un faible débit de fluide de brassage, débit que l'on peut qualifier "de sécurité' et qui, de surcroît, ne pénalise aucunement la productivité, puisqu'il s'opère en temps masqué pendant le durcissement nécessaire du laitier. De plus, ce débit que l'on peut considérer comme perdu (c'est-à- dire non utilisé pour le traitement du bain proprement dit) n'alourdit que très faiblement le cot global de l'opération, compte tenu de sa valeur relativement faible par rapport à celle mise en oeuvre lors du brassage du bain (de l'ordre de 150 m 3/h) On peut même dire que les conséquences sur le cot sont pratiquement négligeables, si on prend soin de choisir un gaz largement disponible dans le commerce, comme l'azote par exemple, ou le cas échéant, un gaz de récupération produit dans l'usine elle-même, comme le CO 2 - Une fois la couche de laitier durcie, le convertisseur est prêt 39 pour une nouvelle charge On constate dès le début du traitement d'affi- nage, que non seulement la perméabilité du fond est conservée, mais qu'elle a môme très sensiblement augmenté par rapport au niveau qu'elle avait au cours de l'affinage des charges effectuées sans dépôt préalable de laitier sur le fond. On rappelle à toutes fins utiles, qu'un indicateur possible du "niveau" de perméabilité peut être constitué par le rapport pression/débit de fluide dans la conduite d'amenée de ce dernier à l'élément réfractaire perméable Ce rapport peut être normé à une valeur de référence prise lorsque l'élément est à l'état neuf par soufflage à vide, ou au cours de l'affinage de la première charge au convertisseur. En ce qui concerne les résultats obtenus sur la perméabilité, l'ex- plication n'est pas encore totalement élucidée: l'observation semble montrer que la préservation de la per- méabilité est assurée par la présence d'un'réseau de canaux reliant la face de soufflage de l'élément à la surface libre du fond au travers de la couche de laitier déposé, ce réseau se formant lors du séchage de ladite couche grâce au soufflage permanent du fluide de brassage, quant à l'amélioration de cette perméabilité, il s'agit peut-être d'un phénomène interne à l'élément réfractaire perméable. On peut penser à priori, que l'explication est d'origine thermique. Le refroidissement du fond, dont l'effet est accentué par le flux perma- nent de fluide de brassage, serait de nature à créer au sein des éléments de soufflage des contraintes mécaniques qui, en se libérant donnent nais- sance à un réseau de micro-fissures, s'amorçant préférentiellement en-pa- roi des passages originels prévus pour le fluide de brassage. On peut également penser à une explication de nature aérodynamique, le fluide de brassage pouvant, pour une part, circuler latéralement dans des zones de moindre perte de charge qui se forment éventuellement à l'interface de la couche de laitier déposée et du fond maçonné préexis- tant. Comme on l'a déjà dit, la technique selon l'invention peut-être mise en oeuvre à tout moment, entre deux charges quelconques d'une même campagne ou même dès la fin de la première charge, sur un convertisseur à l'état neuf. Il faut également souligner que, gràce à l'amélioration de la durée de vie des éléments perméables obtenue par la mise en oeuvre de l'inven- tion, ce n'est plus la tenue du fond qui limite la durée d'une campagne. Autrement-dit, le fond n'est plus un problème pour l'usure du convertis- 39 seur, de sorte que l'on se retrouve, sur ce plan, dans la même situation 25256 D 3 qu'avec un convertisseur classique à soufflage d'oxygène par le haut (type L.D). Par ailleurs, l'invention s'applique quelque soit le type d'élé- ments réfractaires perméables utilisés Il doit être souligné cependant que d'excellents résultats ont pu être obtenus avec les éléments évoqués - au début et dont on pourra avoir plus ample connaissance en se reportant à la description détaillée qui en est faite dans la demande de brevet euro- péen na 21 861 déjà citée. REVENDICATIONS 1 l) Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables équipant le fond de convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxy- gène d'affinage par le haut, lesdits éléments servant à l'injection contrôlée d'un fluide de brassage dans le bain de métal en fusion contenu dans le convertisseur, procédé caractérisé en ce que, au cours de l'affi- nage d'une charge quelconque, on forme un laitier fluide, que l'on conser- ve ensuite dans le convertisseur après coulée du métal liquide par bascu- lement dudit convertisseur; en ce que l'on replace le convertisseur en position verticale de manière que le laitier se dépose et se répartisse sur le fond; et en ce que on laisse durcir ledit laitier et assurer sa prise sur le fond tout en maintenant dans les éléments réfractaires per- méables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but de faciliter la répartition du laitier sur le fond, on effectue des basculements du convertisseur de part et d'autre de sa position verticale. ) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le but d'augmenter la fluidité du laitier le cas échéant, on ajoute dans le convertisseur, pendant ou à la fin de l'affinage, des agents flui- difiants destinés à abaisser la température de fusion du laitier. 4 ) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le but de diminuer la fluidité du laitier le cas échéant, on ajoute dans le convertisseur, pendant ou à la fin de l'affinage, des agents épaississants destinés à augmenter la température de fusion du laitier. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au cours du séchage du laitier, on maintient dans les éléments perméables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage de l'ordre de 30 m 3/h par élément, compté en m 3 gazeux.