Brevet FR2554461A1 — publié le 19850510

PROCEDE D'ELABORATION D'ACIER LIQUIDE PAR FUSION OXYDANTE DE FERRAILLES OU DE PREREDUIT DANS UN REACTEUR A SOUFFLAGE DE GAZ OXYDANT. L'invention concerne un procédé pour produire de l'acier liquide dans un réacteur à soufflage de gaz oxydant. On entend par réacteur tout contenant susceptible de résister au fer et à l'oxyde de fer fondus. Il s'agit notamment des convertisseurs à l'oxygène pur, des fours à sole et des fours à cuve, par exemple de hauts fourneaux aménagés. Les procédés traditionnels d'élaboration d'acier liquide dans ces convertisseurs font appel à des charges constituées essentiellement de fonte. Il est connu d'ajouter à ces charges une certaine quantité de ferrailles, souvent limitée à environ 30 %, comme source de fer et Jouant le rôle d'une addition refroidissante. L'invention a pour but de proposer un procédé d'élaboration d'acier liquide fondé sur une optique complètement différente. Selon le procédé de l'invention, la charge introduite dans le réacteur contient pratiquement exclusivement des ferrailles. Bien qu'il puisse parattre surprenant de n'utiliser dans une charge destinée à produire de l'acier liquide, que des éléments employés selon l'art antérieur pour refroidir les bains, l'invention repose sur l'idée qu'on peut utiliser les fer des ferrailles comme combustible pour fondre celles-ci. En effet, on s'est aperçu selon l'invention que les ferrailles, par réaction avec l'oxygène soufflé, produisent l'énergie nécessaire à leur propre fusion. L'oxyde de fer formé (de la magnétite et de wüstite) est valorisé directement au haut-fourneau comme aggloméré de minerai de fer riche ou dans un four de préréduction. On amorce la réaction au début du procédé en prévoyant un pied de bain d'acier ou de fonte liquide, ou en portant la première charge à plus de 10000C. On procéde soit à des chargements fractionnés de la charge totale du réacteur, chaque chargement étant suivi du soufflage d'oxygène puis du décrassage de l'oxyde defer formé soit à un chargement continu, le décrassage de l'oxyde de fer se faisant de; la même façon. On va maintenant expliquer plus en détail la réaction à la base de l'invention et les Conditions d'élaboration de l'acier liquide. Le fer des ferrailles réagit avec l'oxygène selon les équations suivantes où les énergies Q1 et Q2 des réactions valent respectivement 3,56 MJ par kilogramme de FeO formé à 1600 C, et 4,29 MJ par kilogramme de Fie3O4 formé à 16000C. Ces deux réactions se font dans des proportions variables en fonction du type de soufflage d'oxygène. Les bilans globaux obtenus à partir des bilans matière et thermique, en tenant compte des pertes thermiques du réacteur,- sont les suivants 1kgFe(25 C)+0,1kgO2(25 C;70l)- > 0,65kgFeliq(1600 C)+0,45kgFeO1ig 0,74kgFeliq(1600 C)+0,36kgFe3041iq (1600 C) Autrement dit, la production se répartit pour environ 2/3 d'acier liquide et 1/3 d'oxyde de fer dirigé vers le haut fourneau ou le four de préréduction. L'acier liquide obtenu directement représente un peu moins des 3/4 du fer enfourné au réacteur sous forme de ferrailles. Cette opération d'oxydation peut être effectuée dans un réacteur à soufflage d'oxygène par le fond, par le haut, par le côté, ou par une combinaison de ces modes de soufflage. Lorsque le réacteur est un haut fourneau aménagé, la production d'acier est faite en continu. Les revêtements magnésiens sont les plus indiqués eu égard à l'attaque par les oxydes de fer ; en effet, la magnésie se recouvre en surface d'une couche de solution solide magnesieoxyde de fer qui empêche l'attaque en profondeur et sert de ce fait de couche protectrice vis-à-vis de tout laitier agressif. Dans le cas d'un convertisseur ou d'un four à sole, pour amorcer facilement la réaction, un pied de bain d'acier liquide ou de fonte de quelques dizaines de tonnes est nécessaire, ce métal liquide étant introduit spécialement dans.le réacteur ou provenant de la charge précédente. Un amorçage sur des ferrailles portées à plus de 1000 est aussi possible en particulier lorsque le réacteur est un haut-fourneau aménagé. A titre d'exemple, lors d'une élaboration dans un convertisseur, pour une coulée d'environ 220 t, un premier chargement de ferrailles correspondant par exemple à un auget de 80 tonnes est enfourné avant le soufflage d'oxygène. Après le soufflage d'oxygène, l'oxyde de fer formé est décrassé et recueilli pour être enfourné dans un haut fourneau ou un four de préréduction. Un second, puis un troisième et un quatrième auget de ferrailles sont enfournés ; avant chaque nouvel enfournement, l'oxyde de fer formé est décrassé. A la fin, la coulée d'acier liquide est d'environ 220 tonnes et la quantité totale d'oxyde formé voisine de 130 tonnes. La quantité de gangue varie en fonction de la qualité des ferrailles et des additions faStes en çours de traitement.L'acier liquide ainsi obtenu peut être directement désoxydé dans le convertisseur après décrassage complet ou en poche. La mise à nuance est faite en poche de coulée ou en seconde poche si l'on dispose d'un four poche. L'acier liquide obtenu en fin d'élaboration, avant calmage (environ 3/4 du fer enfourné) est saturé en oxygène (près de 0,2 % à 16000C) car il est en équilibre avec de l'oxyde de fer pratiquement pur. Compte tenu de la quantité importante de laitier qui se forme et du potentiel d'oxygène très élevé du métal liquide, le carbone et le manganèse sont complètement brulés et le peu de phosphore contenu dans les ferrailles est presque totalement éliminé pour peu que l'on rajoute un peu de chaux pour neutraliser le P205 formé. Quant au soufre, une bonne partie est éliminée par voie gazeuse et le reste par le laitier décrassé ; la teneur finale est basse, mais fonction du type de ferrailles enfourné.Les métaux résiduels1 tels que : le cuivre, le nickel et l'étain ne sont pas scorifiés et leur teneur est fonction du type de ferrailles enfournées ; le chrome, par contre, est complètement scorifié. Le rendement métallique de l'élaboration d'acier liquide obtenu directement au convertisseur est plus élevé que celui d'une élaboration classique utilisant de la fonte et des ferrailles (il y a moins de pertes par fumées et le fer scarifié est récupéré). Le métal obtenu par réduction au haut-fourneau de l'oxyde de fer et ensuite par affinage au convertisseur est identique à un acier élaboré à partir de fonte hématite (aussi. bien en ce qui concerne sa qualité que son prix). I1 va sans dire que, sans s'écarter de l'invention, on peut combiner le procédé décrit avec les procédés d'élaboration connus utilisant de la fonte. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration d'acier liquide dans un réacteur à soufflage de gaz oxydant caractérisé en ce que la charge contient pratiquement exclusivement des ferrailles, qui par réaction avec le gaz oxydant, produisent l'énergie nécessaire à leur propre fusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par un soufflage à l'oxygène pur et la formation d'oxyde de fer à la suite de la réaction de l'oxygène sur les ferrailles. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un convertisseur à revêtement magnésien qui stautoprotège. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on amorce la réaction au début du procédé en prévoyant un pied de bain d'acier liquide ou de fonte liquide dans le réacteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on amorce la réaction au début du procédé en prévoyant une première charge de ferrailles portées à plus de 10000C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on procède à des chargements fractionnés de la charge totale de ferrailles du réacteur, chaque chargement étant suivi du soufflage d'oxygène. 7. Procédé selon l'une quelconque-des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on procéde de façon continue au-chargemant de la charge totale de ferrailles du réacteur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'oxyde de fer formé est recyclé au hautfourneau ou dans un four de préréduction.