Brevet FR2590905A1 — publié le 19870605

PROCEDE D'EPURATION CONTINUE DE FONTE EN FUSION La présente invention concerne un procédé d'épu- ration continue de fonte en fusion et a trait, plus préci- sément, aux modalités permettant d'obtenir de très basses teneurs en phosphore et en soufre au cours du passage de la fonte par le trou de coulée du haut fourneau et le chargement en wagon poche du type torpédo. On sait que la technique moderne exige des aciers préparés sur mesure en vue d'applications spécifiques et exige, en particulier, des aciers à basses et à très bas- ses teneurs en impuretés telles que, principalement, le phosphore et le soufre. Par ailleurs, d'un côté, l'appro- visionnement en minerai et en combustibles fossiles pau- vres en ces éléments indésirables devient de plus en plus difficile et, de l'autre côté, le convertisseur (c'est- à-dire le four LD ou BOF) tient le rôle de réacteur, es- sentiellement de décarburation, qui doit fonctionner dans des conditions normalisées. Il est évident dès lors qu'il est nécessaire de traiter la fonte, qui constitue la partie prédominante de la charge du convertisseur, de manière à obtenir une ana- lyse étroitement contrôlée et, en particulier, des teneurs en phosphore et en soufre inférieures à des limites spéci- fiques. Bien que ces opérations d'épuration de la fonte soient hautement désirables, elles ne doivent pourtant pas être très coûteuses ni exercer une influence sur la durée des opérations entre la coulée de la fonte du haut four- neau et le chargement dans le convertisseur. Ceci sera encore plus souhaitable dans l'avenir étant donné que dans les nouvelles installations et dans les réfections d'an- ciennes installations on tend à placer l'aciérie le plus près possible du haut fourneau afin de supprimer les wa- gons poches du type torpédo et de faire couler directement la fonte dans les poches. Les exigences et les tendances susmentionnées signifient que les procédés traditionnels et même ceux qui sont actuellement expérimentés ou industrialisés seulement depuis peu pour le traitement de la fonte en wagon poche du type torpédo seront difficilement applicables dans l'avenir; de plus, ils sont coûteux en soi et onéreux du point de vue de la gestion de l'ensemble des installa- tions. En fait, les procédés actuels de traitement de la fonte prévoient des traitements massifs de déphosphoration et de désulfuration en wagon poche du type torpédo ou, dans certains cas, dans des convertisseurs adéquatement équipés. Toutefois, ces traitements sont très coûteux. Par exemple, la déphosphoration en wagon poche du type torpédo implique actuellement l'insufflation du réactif réducteur sous un battant important de fonte. Cela exige l'utilisa- tion d'une installation d'injection de réactif -capable de fonctionner à des pressions élevées (aux environs de 10 atmosphères) et donne lieu à la formation d'une mousse de scorie abondante, ce qui entraîne à son tour la nécessité de travailler avec des wagons poches qui ne sont que par- tiellement remplis. En tous cas, il n'est pas possible d'éviter les pissées de scorie, même si celles-ci sont moins abondantes; il en résulte qu'il faut prévoir l'ins- tallation de moyens capables de capter et d'éliminer ces pissées et utiliser des temps de manutention des wagons poches du type torpédo beaucoup plus longs en raison de la nécessité de nettoyer leur bouche. Par conséquent, ce qui précède entraîne la nécessité d'augmenter le nombre de wagons poches en circulation, bien que cela ne soit pas possible, en raison du dimensionnement du réseau ferro- viaire, dans de nombreuses usines. La présente invention a pour objectif d'obvier à ces inconvénients par un procédé simple et peu coûteux de traitement en continu de la fEonte, et qui ne requiert en outre aucun traitement ou manipulation ultérieure. La présente invention découle de l'observation que, bien que la fonte s'écoule sur le plan de coulée en un mouvement lent et peu turbulent, la chute de la fonte du trou de coulée dans la rigole et ensuite du niveau du plan de coulée dans le wagon poche du type torpédo provo- que un brassage de la fonte qui peut être employé utilement pour favoriser le contact intime avec un réac- tif; en outre, les temps de séjour de la fonte sur le plan de coulée sont suffisants pour assurer l'achèvement com- plet des réactions causées par ces additions. Toutefois, il est nécessaire de graduer opportunément les dosages et d'effectuer les réactions d'épuration dans un certain ordre si on désire obtenir de bons résultats et de bons rendements des réactifs. Ainsi, par exemple, la réaction de déphosphora- 0 tion ne se produit pas si la fonte contient plus de 0,25 % en poids de silicium; il est donc nécessaire de réduire cette teneur en silicium avant de déphosphorer. Toutefois, la réaction de réduction de la teneur en silicium provoque une modification de la composition dû laitier qui surnage sur la fonte, de telle sorte qu'une partie du soufre contenu dans le laitier passe dans la fonte. Il est donc nécessaire d'optimiser la séquence des opérations pour obtenir un traitement efficace et économiquement intéressant. Dès lors, la présente invention est caractérisée par la combinaison en coopération des opérations suivantes effectuées en séquence: a) mesure de la teneur en silicium, en soufre et en phos- phore, par des méthodes connues en soi, dans la fonte qui s'écoule du haut fourneau dans le champ de coulée; b) addition d'un réactif désulfurant à la fonte qui coule dans la grande rigole, de préférence aussi près que pos- sible du jet sortant du haut fourneau; c) séparation de la fonte du laitier; d) addition d'un réactif de réduction du silicium à la fonte ainsi séparée du laitier, quand la teneur en sili- cium de la fonte est supérieure à 0,25%; e) séparation de la fonte de la nouvelle scorie; f) addition d'un réactif déphosphorant à la fonte qui tombe dans le wagon poche du type torpédo. Les additions des réctifs destinés à la réduc- tion des teneurs en soufre, en silicium et en phosphore sont évidemment effectuées en continu au cours de toute l'opération de coulée, en des quantités permettant d'obte- nir l'effet désiré. Ces réactifs sont de préférence constitués comme suit: - pour la désulfuration: de l'oxyde de calcium, à raison de 60 à 90% en poids, le restant étant essentiellement du carbonate de calcium; le réactif est ajouté en une quantité comprise entre 4 et 15 kg par tonne de fonte; pour la réduction du silicium: des oxydes de fer, à raison de 80 à 100% en poids, le restant étant essen- tiellement de l'oxyde de calcium; le réactif est ajouté en une quantité comprise entre 10 et 50 kg par tonne de fonte; - pour la déphosphoration: des oxydes de fer, à raison de à 70% en poids, de l'oxyde de calcium entre 30 et 60% en poids et, en outre, du fluorure et du chlorure de calcium jusqu'à 20% en poids; le réactif est ajouté à la fonte qui tombe dans le wagon poche en une quantité comprise entre 30 et 70 kg par tonne de fonte. Comme on l'a déjà indiqué, les quantités de réactif ajouté pour chacune des réactions sont calculées essentiellement en fonction de la quantité d'élément à éliminer et, accessoirement, en fonction aussi des carac- téristiques générales de l'installation qui influencent la turbulence de la fonte, comme par exemple la hauteur de chute de la fonte, la section et l'inclinaison des canaux qu'elle parcourt, etc. Evidemment, la quantité de réactif à ajouter peut être évaluée une fois pour toutes; toutefois, dans ce cas, on doit employer un excès de réactif afin de s'assu- rer que la réaction sera toujours plus ou moins complète, sous peine de ne pouvoir compter sur la constance de la composition de la fonte. En outre, il est possible d'inverser l'ordre d'exécution des réactions de désulfuration et de réduction du silicium. Toutefois dans ce cas, la consommation de l'agent désulfurant sera plus élevée à cause de l'effet resulfurant de la réaction de réduction du silicium décrit ci-dessus, mais on obtiendra le grand avantage de suppri- mer une opération de déscorification et d'améliorer le captage des fumées émises au cours de la réduction du silicium. Enfin, on peut simplement laisser tomber les réactifs dans la fonte à partir de dispositifs d'alimenta- tion tels que des vis sans fin, des courroies transporteu- ses doseuses et similaires. Toutefois, on a constaté que par suite de la granulométrie et du degré d'humidité des réactifs, il est possible que ces sytèmes d'alimentation, qui fonctionnent essentiellement par gravité, puissent se bloquer ou au moins ne pas distribuer régulièrement le réactif; dès lors, il est avantageux de prévoir l'utilisa- tion de dispositifs d'alimentation de type pneumatique. Ceci est particulièrement important pour l'addi- tion de réactif après la première séparation du laitier. En effet, dans le canal situé en aval la fonte circule assez lentement de telle sorte qu'il est possible que les agents ajoutés restent en surface si on se contente de les laisser tomber. Un dispositif qui effectue un lancement du réactif de manière à le faire pénétrer d'environ un déci- mètre dans la fonte liquide est sans aucun doute d'une grande utilité et améliore notablement le rendement de la réaction. Le procédé de traitement en continu de la fonte suivant la présente invention est donc très simple. Il utilise des moyens techniques également simples et peu coûteux, qui permettent de travailler sans avoir recours à 0 des opérations difficiles à exécuter ou qui interfèrent dans la gestion générale de l'installation. On va, à présent, décrire l'invention d'une ma- nière plus détaillée en se référant à un mode de réalisa- tion donné uniquement à titre d'exemple et nullement limi- tatif en ce qui concerne la portée et les objectifs de l'invention; l'exemple de réalisation est rendu plus ex- plicite par la planche de dessin annexée qui représente schématiquement une forme d'installation utilisable. On voit, en se référant à la planche de dessin, que la fonte sortant du creuset 2 du haut fourneau 1 tombe en forme de jet 4 dans la grande rigole 3, c'est-à-dire dans le canal large et profond, relativement court, dispo- sé de manière légèrement inclinée à partir de l'un des trous de coulée du haut fourneau et se terminant dans un dispositif ou un puits 5 servant à la séparation par écu- mage du laitier de la fonte. Du puits 5 le laitier est écarté par le canal 9 tandis que la fonte continue le long du canal ou de la rigole 8, de section inférieure à celle du canal 3. Le réservoir b distribue au moyen du disposi- tif 7 une quantité de réactif introduite dans la rigole 3 le plus près possible du jet 4; de cette manière, l'effet de mélange provoqué par la chute de la fonte dans la ri- gole assure une excellente distribution du réactif. Dans cette étape, le réactif est désulfurant; les produits de réaction sont absorbés dans le laitier et ensuite séparés de la fonte dans le puits 5 et éliminés, en même temps que le laitier, au moyen du canal 9. Dans le canal 8 on ajoute 2 0 le réactif de réduction du silicium provenant du réservoir ; pour favoriser l'obtention d'un bon mélange du réactif avec la fonte, il est opportun que le dispositif distribu- teur 11 soit du type pneumatique. La réaction forme une nouvelle scorie qui est séparée dans le puits 12 et éva- cuée par le conduit 13. La fonte continue à avancer par le canal 14 et tombe de celui-ci en forme de jet 16 dans le dispositif distributeur à rotule 15, duquel il tombe en forme de jet 19 dans le wagon poche du type torpédo 20. A ce jet 19 on ajoute, au moyen du dispositif distributeur 18, le réactif déphosphorant provenant du réservoir 17. Dans les essais effectués par la Demanderesse, on a équipé un haut fourneau qui produit 9400 t/jour de fonte, à l'un de ses trous de coulée, de la manière indi- quée à la figure. Il convient de noter que le haut four- neau utilisé pour les essais coule de la fonte pratique- ment en continu et que la composition de celle-ci ne subit pas de variations notables, en tout cas au cours des opérations de coulée réalisées à partir d'un seul trou de coulée. En pratique, la composition de la fonte est déterminée au début de la coulée et, par conséquent, on détermine à ce moment les quantités de réactifs nécessaires. Dans une campagne d'essais effectuée, la teneur en impuretés de la fonte, exprimée en % en poids, était la suivante: S entre 0,021 et 0,027, Si entre 0,46 et 0,20 et P entre 0,075 et 0,065. Les tableaux ci-après indiquent les niveaux moyens d'élimination d'impuretés obtenues en fonction des divers débits de réactifs. Tableau 1 Débit de réactif désulfurant (kg/t de fonte) 4,5 ,5 - d!:! AS s 0,017 I 0, 020 I 0,023 1 I __ i _ _ _ I _ __ I Tableau 2 Débit de réactif de réduction de silicium I| (kg/t de fonte) I_ __ _ _ _ _ I __ _ 14 24 44 _ _ i_ __ I _ I |. i! 0,11 | 0,14 | 0,18 l l _ _ _ _ _ _ _ _ l lI l _ _ _ _ _ l 3 0 Tableau 3 Débit de réactif déphosphorant | I (kg/t de fonte) | 45 I 55 I 65 _ _ I I |i_ 1 X 0,0A 0,033i 0,0451 0,053 l I i I En particulier, une coulée présentant la teneur suivante en impuretés, en % en poids, S 0,027, Si 0,23, P 0,068, a été traitée par 5 kg/t de fonte d'agent désulfu- rant, par 24 kg/t de fonte d'agent de réduction du sili- cium et par 55 kg/t de fonte d'agent déphosphorant. On a obtenu les teneurs finales de S 0,008, Si 0,05, P 0,026 toujours en % en poids. A l'entrée en aciérie, la teneur en phosphore de la fonte était encore descendue jusqu'à 0,023%. Les rende- ments des agents d'addition, exprimés par (% initial de l'élément - % final de l'élément)/(kg de réactif/kg de fonte) ont été, dans les essais effectués, de 2.10-3 à 5.10 -3 pour le soufre, de 1.10-2 à 5.10- 3 pour le silicium et de 1.10-3 à 8.10- 4 pour le phosphore. - On voit qu'aussi bien le procédé employé que les matières mises en oeuvre sont extrêmement simples et effi- caces, pour des coûts bien inférieurs à ceux consentis jus- qu'à présent. En particulier les matières utilisées, connues du reste pour des applications analogues, sont aisément disponibles dans les usines sidérurgiques; par exemple, les oxydes de fer peuvent consister en des pailles de lami- nage, en fumées rouges de convertisseur ou en d'autres produits de rebut ou de récupération analogues. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration continue de fonte en fusion caractérisé par la combinaison en coopération des opérations suivantes effectuées en séquence: - mesure de la teneur en silicium, en soufre et en phos- phore, par des méthodes connues en soi, dans la fonte qui s'écoule du haut fourneau dans le champ de coulée; - addition d'un réactif désulfurant à la fonte qui coule dans la grande rigole, de préférence aussi près que possible du jet sortant du haut fourneau; - séparation de la fonte du laitier; - addition d'un réactif de réduction du silicium à la fonte quand la teneur en silicium de celle-ci est supé- rieure à 0,25%; - séparation de la fonte de la nouvelle scorie; - addition d'un réactif déphosphorant à la fonte qui tombe dans le wagon poche du type torpédo. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractéri- sé en ce que les additions des réactifs de désulfuration, de réduction du silicium et de déphosphoration sont effec- tuées en continu au cours de toute l'opération, en des quantités permettant d'obtenir l'effet désiré. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractéri- sé en ce que le réactif de désulfuration est constitué par de l'oxyde de calciuml, à raison de 60 à 90% en poids, le restant étant essentiellement du carbonate de calcium et en ce qu'il est ajouté à la fonte en une quantité comprise entre 4 et 15 kg par tonne de fonte. 4. Procédé suivant la revendication 1 caractéri- 3 se Bn c.u 1a réactif de réduction du silicium est con- stitué par des oxydes de fer, à raison de 80 à 100% en poids, le restant étant essentiellement de l'oxyde de calcium et en ce qu'il est ajouté à la fonte en une quan- tité comprise entre 10 à 50 kg par tonne de fonte. 5. Procédé suivant la revendication 1 caractéri- sé en ce que le réactif de déphosphoration est constitué par des o-ydes de fer à raison de 40 à 70% en poids, de l'oxyde de calcium à raison de 30 et 60% en poids et, en outre, du fluorure et du chlorure de calcium jusqu'à 20% en poids et en ce qu'il est ajouté à la fonte en une quantité comprise entre 30 et 70 kg par tonne de fonte. 6. Procédé suivant la revendication 1 dans le- quel l'ordre d'exécution des réactions de désulfuration et de réduction du silicium est inversé.