Brevet FR2560216A1 — publié le 19850830

Procédé et dispositif de désulfuration de la fonte liquide La présente invention concerne la désulfuration de la fonte liquide en poche, effectuée entre le haut-fourneau et l'aciérie, ou à l'aciérie même, avant la conversion en acier. Pour désulfurer la fonte liquide en poche, on utilise le plus souvent une addition ou une injection de produits désulfurants a l'état pulvérulent, tels que le carbonate de sodium (CO3Na2), la chaux (CaO) en poudre, le carbure de calcium (C2Ca), le magnésium (Mg) en poudre, etc ..., seuls ou en mélange entre eux ou avec des éléments réducteurs tels que le ferrosilicium ou l'aluminium. Dans les procédés connus les plus récents, le produit désulfurant est injecté au sein même de la masse métallique à désulfurer au moyen d'une lance immergée, revêtue d'une protection extérieure en un produit réfractaire, destinée à ralentir son usure. Dans le circuit d'alimentation de la lance, le produit désulfurant, à l'état pulvérulent, se trouve en suspension dans le courant d'un gaz de transport, qui est généralement constitué soit par de l'air comprimé, soit par de l'azote sous pression, ou encore, dans certains cas particuliers, par de l'argon. Le gaz sert à la fois de gaz porteur de la poudre et d'agent de brassage de la fonte, le brassage ayant pour effet d'accélérer les contacts entre le produit désulfurant et la fonte, et par conséquent d'accélérer les réactions de désulfuration. Parfois, le mélange désulfurant est lui-même générateur de gaz de brassage, par exemple s'il contient du carbonate de soude, ou du carbonate de calcium, encore appelé castine. Les procédés d'injection en poche de produits désulfurants peuvent se classer en deux catégories : les procédés en phase diluée et les procédés en phase dense. Dans les procédés en phase diluée, la quantité de gaz de transport est élevée, généralement comprise entre 60 et 80 litres de gaz par kilogramme de produit désulfurant. Cette quantité de gaz est telle que son insufflation réalise simultanément le transport du produit désulfurant, le brassage de la fonte et du produit, et les contacts multiples entre fonte et produit. Ce dernier peut donc ne pas être générateur de gaz, c'est-àdire en fait ne pas contenir de carbonate. Dans les procédés en phase dense, au contraire, la quantité de gaz de transport est faible, généralement de l'ordre de 6 à 10 litres de gaz par kilogrammede produit désulfurant. Il est alors indispensable que le mélange désulfurant contienne au moins un constituant dégageant par sa décomposition chimique à haute température (de 12000 à 14000C pour la fonte liquide) un gaz qui, s'ajoutant au gaz de transport, provoque un brassage suffisant de la fonte pour que la désulfuration soit efficace. Un tel constituant dégageant un gaz, tout en étant dé sulfurant par sa partie résiduelle, peut être par exemple soit du carbonate de sodium, soit du carbonate de calcium, ou castine. Ces deux catégories de procédés connus de désulfuration de la fonte, en phase diluée, et en phase dense, présentent chacune des inconvénients qui leur sont propres En phase diluée, le brassage obtenu est généralement surabondant et générateur de projections de fonte, qui constituent autant de pertes métalliques. On tente d'y remédier en utilisant des lances verticales à orifices horizontaux, donc de conception et de construction complexes, avec certaines complications en exploitation, dues à l'usure ou au bouchage. Néanmoins, cette mesure n'est pas suffisante, et l'on est conduit à p révoir un couvercle sur l'ouverture de la poche (poche-tonneau ou poche ouverte), qui s'oppose å la sortie des projections hors de la poche, mais qui peut se garnir rapidement de projections métalliques et de projections de laitier. De plus, en phase diluée, les tubes et conduits du circuit d'alimentation sont obligatoirement d'assez gros diamètres, de manière à limiter a des valeurs raisonnables les pertes de charge, malgré des débits de gaz relativement élevés ; l'installation est donc lourde et onéreuse. En phase dense, l'installation de désulfuration est beaucoup plus légère. Les petits diamètres de conduite sont en effet nécessaires pour obtenir une vitesse de déplacement du gaz de transport supérieure a la vitesse limite de dépôt de la poudre (environ 5 mètres/seconde). Mais la quantité de gaz de transport est insuffisante à elle seule pour assurer un bon brassage, et le produit dé sulfurant doit contenir un carbonate, dont la décomposition apporte le supplément de gaz nécessaire pour obtenir un bon brassage. Or, la proportion de ce constituant générateur de gaz doit être rigoureusement constante pendant toute la durée d'une injection, et aussi d'une injection à la suivante, si l'on entend réaliser un taux élevé de désulfuration, ou un bon rendement du produit désulfurant. Cette condition est industriellement impossible à obtenir. I1 s'ensuit un rendement insuffisant de chaque opération et une plus grande dispersion des résultats. Cette dispersion oblige l'opérateur à prévoir une marge de sécurité plus importante et à consommer dans certains cas inutilement du mélange désulfurant, qui est un produit cher. Enfin, un dernier inconvénient des procédés en phase dense est que le gaz produit par la décomposition d'un carbonate, le dioxyde de carbone, est un gaz oxydant, qui se décompose a haute température en monoxyde de carbone et en oxygène, et la présence de ce dernier n'est pas du tout favorable au bon rendement des réactions de désulfuration. Le but de la présente invention est de conserver les avantages de l'injection en phase dense (conduits de transport de faible diamètre, faibles quantités de gaz de transport, lance d'injection sans complication, verticale ou inclinée) et d'en réduire notablement ou même d'en éliminer les inconvénients (le constituant générateur de gaz oxydant), en rendant complètement indépendants l'injection du produit désulfurant et le brassage métallurgique. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un procé- dé de désulfuration de la fonte liquide en poche, par injection d'un produit désulfurant pulvérulent en suspension dans un gaz de transport, caractérisé à la fois en ce que le produit désulfurant pulvérulent est introduit dans la fonte au moyen d'une première lance immergée alimentée en phase dense, c'est-à-dire avec une quantité de gaz comprise entre 5 et 15 litres de gaz de transport par kilogramme de produit désulfurant, et en ce que le brassage de la fonte et du produit désulfurant est réglé et contrôlé par soufflage d'un gaz de brassage au moyen d'une deuxième lance immergée. Suivant une caractéristique particulière du procédé selon la-présente invention, les constituants du produit désulfurant sont choisis de telle manière qu'ils ne produisent aucun gaz oxydant par décomposition à haute température ; tels sont par exemple le carbure de calcium ou le magnésium. Suivant une autre caractéristique particulière du procédé selon la présente invention, le soufflage du gaz de brassage au moyen de la deuxième lance est localisé dans la fonte au-dessous de la zone d'injection du produit désulfurant au moyen de la première lance. La présente invention a aussi pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, caractérisé en ce que les deux lances d'injection du produit désulfurant et de brassage sont parallèles, montées sur un même bâti mobile, ou sur un même chariot mobile, et sont réglables en position indépendamment l'une de l'autre. Comme on le comprend, les avantages de l'invention résultent d'une séparation des fonctions, la première lance assurant l'introduction du produit dé sulfurant pulvérulent, et un faible degré de brassage par la petite quantité de gaz insufflée, et la deuxième lance assurant un important degré de brassage supplémentaire, réglable tout-à-fait indépendamment des réglages de la première lance, en vue d'obtenir un brassage optimal et les meilleures conditions de désulfuration de la fonte. Ainsi, avec une quantité de carbure de calcium pulvérulent de 4,5 kg à la tonne de fonte, il est possible par exemple de faire descendre la teneur en soufre de la fonte depuis 0,040 Z jusqu'à 0,010 Z, en appliquant le procédé selon l'invention de la manière suivante Dans le présent exemple, décrit à titre non limitatif, pour une poche de fonte de 200 tonnes, l'opération d'injection dure 18 minutes. La première lance introduit dans la fonte, chaque minute, 50 kg de carbure de calcium pulvérulent en suspension dans 350 litres d'azote, à 1,20 mètre au-dessous du niveau de la fonte. Simultanément, la deuxième lance introduit, chaque minute, 3.500 litres d'azote, à 1,50 mètre au-dessous du niveau de la fonte, et à 20 centimètres de distance horizontale de l'axe vertical de la première lance. Grâce à l'excellent brassage ainsi réalisé en milieu réducteur, le soufre de la fonte passe de 0,040 Z å 0,010 Z. Avec les procédés connus, il aurait fallu une consommation de carbure de calcium de 5 à 5,5 Kg/tonne, et une durée d'injection de plus de 27 minutes pour parvenir au même résultat métallurgique. Afin d'illustrer les dispositifs selon l'invention, nous allons en décrire ci-après deux modes de réalisation, à titre d'exemples non limitatifs, utilisables tous deux dans des poches-tonneaux. La figure 1 représente un mode de réalisation pour un soufflage vertical. La figure 2 représente un mode de réalisation pour un soufflage oblique. Sur la figure 1, la poche-tonneau 1, garnie d'un revêtement réfractaire 2, est d'abord remplie de fonte jusqu'au niveau 3, par l'ouverture 4. Puis on introduit par l'ouverture 4 un dispositif selon l'invention, qui souffle verticalement, et qui comprend (a) Un bâti 5, dont une partie 6 mobile supporte les deux lances 7 et 8. (b) La lance d'injection 7, dans laquelle on introduit le produit désulfurant pulvérulent en suspension dans un gaz de transport, tel que l'azote par exemple, et qui souffle en 9 A une certaine profondeur dans la fonte, par exemple 1,20 mètre au-dessous du niveau 3. (c) La lance de brassage 8, dans laquelle on introduit le gaz de brassage, par exemple de l'azote, et qui souffle en 10, un peu plus bas que le niveau 9 de soufflage de la lance d'injection, par exemple 1,5 mètre audessous du niveau 3. (d) Les flexibles 11 et 12 d'alimentation des lances 7 et 8. (e) Un dispositif moteur de la partie 6 mobile entrainant le déplacement vertical simultané des deux lances 7 et 8. (f) Un dispositif moteur de la lance de brassage seule, assurant le réglage en profondeur de la lance de brassage 8 indépendamment de la lance d'injection. Ces deux dispositifs moteurs (e) et (f) ne sont pas représentés sur la figure 1. Sur la figure 3, la même poche-tonneau 1 reçoit un dispositif selon l'invention qui souffle obliquement, et qui comprend (a) Un chariot 13 se déplaçant le long du plan incliné 14, et sup- portant obliquement les deux lances 15 et 16. (b) La lance d'injection 15. (c) La lance de brassage 16. (d) Les flexibles 17 et 18 d'alimentation des deux lances. (e) Deux dispositifs moteurs non représentés, l'un pour faire rouler le chariot 13, l'autre pour régler l'avancement de ta lance de brassage 16 indépendamment de la position de la lance d'injection 15. Le brassage optimal est obtenu à la fois en réglant le débit de gaz dans la lance de brassage et en réglant la profondeur d'insufflation de cette lance de brassage par rapport à celle de la lance d'injection. Ainsi, toutes les questions relatives à la mise en suspension du produit désulfurant dans le gaz de transport et à son injection dans la fonte sont traitées par le circuit de la lance d'injection, tandis que toutes les questions relatives au brassage sont traitées par le circuit de la lance de brassage, et par son positionnement. I1 est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'in- vention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. C'est ainsi par exemple que les deux lances peuvent être entière ment séparées l'une de l'autre, et non pas supportées par un même bâti ou un même chariot. De même, on peut imaginer une infinité de mélanges de produits désulfurants pulvérulents utilisables dans linvention, les produits les plus recommandés étant toutef-ois le carbure de calcium et le magnésium. La présente invention s'applique aussi bien à la désulfuration de la fonte hématite qu'à celle de la fonte phosphoreuse, encore appelée fonte Thomas. On peut aussi l'appliquer à l'acier liquide en poche. REVENDICATIONS 1.- Procédé de désulfuration de la fonte liquide en poche, par injection d'un produit désulfurant pulvérulent en suspension dans un gaz de transport3 caractérisé à la fois en ce que le produit désulfurant pulvérulent est introduit dans la fonte au moyen d'une première lance immergée alimentée en phase dense, c'est-à-dire avec une quantité de gaz comprise entre 5 et 15 litres de gaz de transport par kilogramme de produit désulfurant, et en ce que le brassage de la fonte et du produit désulfurant est réglé et contrôlé par soufflage d'un gaz de brassage au moyen d'une deuxième lance immergée. 2.- Procédé de désulfuration selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aucun constituant du produit désulfurant ne produit de gaz oxydant par décomposition à haute température. 3.- Procédé de désulfuration selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le soufflage de brassage au moyen de la deuxième lance est localisé dans la fonte au-dessous de la zone d'injettion du produit dé sulfurant. 4.- Dispositif de mise en oeuvre des procédés selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par un ensemble de deux lances, l'une pour l'injection du produit désulfurant pulvérulent en suspension dans un gaz de transport, l'autre pour l'insufflation d'un gaz de brassage, qui sont paralleles, montées sur un même bâti mobile ou un même chariot mobile, et qui sont réglables en position indépendamment l'une de l'autre.