Brevet FR2567909A1 — publié le 19860124

_ 1 _ L'invention concerne un procédé de traitement par gaz de balayage de bains métalliques,notamment de bains d'aci- ersous pression réduite dans un récipient de transport, de préférence dans une poche, dans lequel du gaz inerte est a- mené jusqu'au bain par des dispositifs d'introduction in- corporés au fond du récipient,par exemple par des briques de balayage. Pour l'élaboration des métaux, la coulée hors de l'ap- pareil de fusion est souvent suivie d'un traitement effec- tué dans le récipient de réception et/ ou de transport. Le récipient de traitement peut être une poche4 Ces procédés, appliqués sous le nom de"métallurgie secondaire", permet- tent la désoxydation, le dégazage et la désulfuration des bains métalliques, notamment des bains d'acier, de même que l'élimination des inclusions d'oxydes, l'addition d'éléments d'alliage et l'homogénéisation de la composi- tion chimique et de la température du bain. Pour atteindre ces buts, on a proposé différents procédés de dégazage de l'acier et des méthodes permettant d'introduire du gaz de balayage dans le bain. C'est ainsi, par exemple, que le gaz de balayage peut être soufflé dans le bain métallique par des lances ou au travers de briques de balayage mon- tées dans la paroi et/ ou le fond de la poche. On utilise beaucoup des dispositifs de balayage constitués par des briques réfractaires de grande perméabilité, coniques et entourées de t8le, qui sont montées dans une brique per- forée. En raison des pertes de chaleur inévitables, le trai- tement en poche des bains métalliques est limité dans le temps, car il faut qu'après ce traitement en poche la température reste assez élévée pour que le métal puisse 8tre coulé. C'est la raison pour laquellton trouve dans la littérature technique des combinaisons de plusieurs procé- dés de métallurgie en poche. Le dégazage de l'acier et l'introduction de gaz de balayage peuvent, par exemple, - 2- seffectuer simultanément par le fond de la poche. Dans les pimédés et les combinaisons de procédés connus de la mé- tallurgie secondaire, on utilise de préférence une brique de balayage montée dans le fond de la poche, bien que l'u- tilisation de plusieurs briques de balayage au fond d'une poche soit également connue. Le but de l'invention est, pour des bains métalliques, notamment pour des bains d'acier, de combiner le traitement sous vide ou le dégazage avec un traitement par gaz de ba- layage de telle manière que le rendement du procédé global soit amélioré, c'est-à-dire, par exemple, que, dans le cas de bains d'acier partiellement ou complètement calmé, des teneurs élevées en impuretés comme l'hydrogène et le sou- fre soient ramenées en un temps donné à des valeurs très basses ou que des teneurs données en hydrogène ou en sou- fre soient obtenues en un temps très court. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que,. pour produire un courant sans grandes pertes d'énergie et sans contre-courant dans la zone des bulles de gaz ascen- dantes on dispose dans le fond du récipient de transport contenant le bain métallique deux dispositifs d'introduc- tion du gaz de balayage séparés par une distance qui est comprise entre 0, 3 et 0,8 fois le rayon intérieur durzekài Il est surprenant de constater que l'utilisation,sui- vant le procédé qui fait l'objet de l'invention, de deux ou plus de deux dispositifs d'introduction de gaz de ba- layage, notamment de briques de balayage, améliore d'une manière considérable le dégazage des bains,notamment d'un bain d'acier, et que l'on peut, par exemple, avec des durées de traitement comparables, obtenir dans le bain des teneurs en hydrogène et en soufre nettement plus bas- ses. L'invention est fondée sur la constatation surprenan- te que, d'une part, en rapprochant trop les briques de ba- layage et en augmentant trop leurs dimensions et, d'autre part, en les éloignant trop les unes des autres au fond de la poche on n'aboutit à aucune amélioration du traite- ment sous vide du bain d'acier. Lorsque, plusieurs briques de balayage sont disposées, suivant l'invention, au fond de la poche, les colonnes de bulles de gaz inclus formées par suite de la dépression au- dessus du bain sont très près les unes des autres et il s'é- tablit un courant ascendant commun ne comportant pas, entre les colonnes de bulles, de zones parcourues par des contre- courants. A la limite, les colonnes de bulles peuvent s'in- terpénétrer à la partie supérieure du bain métallique. Suivant l'invention, l'énergie amenée par le gaz de ba- layage est transmise dans une large mesure au bain métalli- que, ce qui provoque une circulation intense assurant un excellent mélange dans la totalité du bain métallique. Les bulles degaz, constituées par du gaz de balayage et/ ou du gaz formé dans la poche, subsistent assez longtemps dans le bain et, de ce fait, offrent une grande surface de dégazage. De plus, lorsque le traitement s'applique à l'acier, le bain métallique est le siège d'un fort courant longeant la cou- che de scorie, ce qui améliore les conditions de passage du soufre et des particules d'oxyde, par exemple, dans la sco- rie qui flotte sur le bain d'acier. Pour l'application du procédé suivant l'invention, il n'est pas indispensable, lorsqu'on utilise deux ou plus de deux briques de balayage, que le milieu du dispositif réa- lisé avec les briques de balayage au fond de la poche coin- cide avec le milieu du fond de la poche. En effet, d'une part, on peut placer trois briques de balayage aux sommets d'un triangle équilatéral dont l'orthocentre coïncide avec le centre du fond de la poche et, d'autre part, on reste dans le cadre de l'invention en plaçant les briques de balayage aux sommets d'un triangle quelconque décalé relativement à des positions symétriques par rapport au centre du fond. L'expérience a montré qu'il n'y a aucun inconvénient à ce que le centre du dispositif formé par les briques de balaya- ge soit décalé, par rapport au centre du fond, d'une disaice -4- égale à 0,25 fois environ le rayon du fond de la poche. Il s'est avéré avantageux, lors de l'application du procédé suivant l'invention et lorsque les briques de ba- layage ne sont pas disposées symétriquement au fond du ré- cipient de traitement, pour réaliser dans le récipient une circulation sans grandes pertes d'énergie, de souffler à travers les briques de balayage des courants defaz inégaux. le courant de gaz de moindre débit est alors envoyé à la brique de balayage qui est la plus proche du bord du ré- cipient. Les courants de gaz envoyés aux différentes bri- ques de balayage peuvent varier dans la proportion de 1 à 4. Le procédé suivant l'invention permet de souffler à travers les briques de balayage des quantités de gaz par unité de temps supérieures à celles qui sont introduites dans les solutions connues et, en même temps, d'éviter les projections d'acier liquide ou de scorie au-dessus du bord de la poche. Suivant l'invention, on peut, au lieu de briques de ba- layage poreuses entourées de t8le, utiliser des buses pour l'amenée du gaz de balayage. Lorsqdon utilise des buses, on peut charger le gaz soufflé de produits réactifs de fi- ne granulométrie et/ ou d'agents scorifiants. En raison de l'ampleur de la transmission d'énergie au bain métallique qui résulte de la disposition suivant l'invention des dis- positifs d'introduction, en l'espèce des buses, les par- ticules, comme les bulles de gaz, restent plus longtemps dans le bain, ce qui favorise nettement, par exemple pour les bains d'acier, les réactions chimiques avec le soufre en solution et les particules d'oxyde en saspension. En plus du fait que les particules restent assez longtemps dans le bain, la surface de réaction avec une couche de scorie as- sez compacte flottant sur le bain d'acier est assez grande. L'utilisation suivant l'invention des dispositifs d'in- troduction du gaz, notamment des briques de balayage, dans la poche ou dans un récipient analogue permet également, -5- dans le cas de bains métalliques comme, par exemple, des bains d'aluminium ou de cuivre, d'effectuer un affinage efficace. Dans d'autres bains liquides, comme on l'a vu dans le cas du bain d'acier, par suite d'une circulation sans grandes pertes d'énergie et de la prolongation qui en résulte de la durée de maintien des bulles de gaz dans le bain, la surface de dégazage est importante. On peut donc, en appliquant à ces bains métalliques le procédé suivant l'invention, obtenir des valeurs améliorées,en ce qui concerne les quantités de gaz dissous et les im- puretés, comme dans le cas des bains d'acier. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation. A partir d'un convertisseur à soufflage d'oxygène, on coule un bain d'acier d'un poids de 125 t dans une po- che comportant un revêtement en briques réfractaires ba- siques. La poche a.au niveau du fondun diamètre de 3 m et une hauteur de 3, 7 m. Pendant la coulée en poche, on ajoute au bain d'acier des désulfurants dans la proportion de 5 Kg/ t d'acier. La poche remplie d'acier est recouverte d'un couver- cle hermétique et on introduit dans le bain, par des dis- positifs d'introduction montés dans le fond, un gaz de ba- layage constitué par de l'argon. Dans le récipient consti- tué par la poche et son couvercle, on fait ensuite, au mo- yen de pompes à jet de vapeur, un vide poussé jusqu'à 10-3. Le débit de gaz de balayage au cours du traitement sous vide est en moyenne de 25 Nm3/:h et la durée du traitement sous vide est de 20 minutes. Avec le dispositif connu habi- tuel,dans lequel une brique de balayage se trouve au milieu du fond de la poche, le traitement sous vide a pour effet d'abaisser la teneur en hydrogène de 7,2 ppm à 2,9 ppm et la teneur en soufre de 0,062 % à 0,032 %o,tandis qu'avec deux briques de balayage dans le fond de la poche disposées comme dans leprocédé suivant l'invention on obtient, pour -6 - la m4medurée de traitement et la même addition de désulfu- rant, une diminution de la teneur en hydrogène de 7, 4 ppm à 1, 8 ppm et de la teneur en soufre de 0, 063 % à 0, 026 %. Par contre, si l'on choisit comme distance entre les briques de balayage une distance égale à 1,2 fois le rayon du fond de la poche, on obtient,pour la teneur en hydrogène,une di- minution de 7, 5 ppm à 3, 1 ppm et, pour la teneur en sou- fre, une diminution de 0, 068 % à 0,035 % et ces valeurs sont du même ordre de grandeur que ce lles que l'on obtient dans le cas d'une brique de balayage située au centre du fond de la poche. _ 7-_ REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement par gaz de balayage de bains mé- talliques, notamment de bains d'acier sous pression réduite dans un récipient de transport, de préférence dans une poche, dans lequel du gaz inerte est amené jusque dans le bain par des dispositifs d'introduction incorporés au fond du récipient, par exemple par des briques de balayage, caactérisé en ce que, pour pro- duire un courant sans grandes pertes d'énergie et sans contre- courant dans la zone des gaz ascendants, on dis- pose dans le fond du récipient de transport contenant le bain métallique deux dispositifs d'introduction du gaz de balayage séparés par une distance qui est com- prise entre 0,3 et 0,8 fois le rayon intérieur du ré- cipient. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu de l'ensemble constitué par deux ou plus de deux dispositifs d'introduction du gaz de balayage coincide avec le milieu du fond du récipient ou s'en écarte au maximum d'une distance égale à 0, 25 fois le rayon intérieur du récipient. 3O Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que trois dispositifs d'introduction du gaz de balayage, constitués par exemple par des bri- ques de balayage, sont montés dans le fond du récipient en étant disposés de préférence aux trois sommets d'un triangle équilatéral. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que les dispositifs d'introduction du gaz de balayage sont alimentés uniformément ou avec des débits différents en gaz de balayage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que l'on uilise comme dispositifs d'in- troduction du gaz de balayage des buses et que le gaz de balayage est chargé de particules solides réacti- ves de fine granulométrie et/ ou de produits scori- fiants. 6o Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que des bains d'aluminium et de cuivre sous pression réduite sont soumis à un traitement par gaz de balayage.