Brevet FR2699931A1 — publié le 19940701

La présente invention est relative à un procédé de désulfuration de la fonte en poche basé sur des calculs balistiques et dynamiques des quantités de produit désulfurant à injecter dans ladite poche. On sait que l'acier est élaboré dans les aciéries à oxygène à partir de la fonte produite dans les hauts-fourneaux. La fonte est transportée sous forme liquide du haut-fourneau vers l'aciérie dans des wagons appelés poches tonneaux de contenances variables et qui, par exemple, peuvent véhiculer un poids de fonte de V l'ordre de 420 tonnes. Avant de transférer la fonte dans un convertisseur d'aciérie, il est nécessaire d'effectuer un traitement dit de désulfuration de la fonte visant à réduire la teneur en soufre présente dans ladite fonte. En effet, une teneur trop élevée en soufre provoque des inclusions de sulfures dans l'acier lors de son élaboration, conduisant à une fragilisation de celuici. Ainsi, par exemple, le traitement de désulfuration vise à réduire une teneur moyenne en soufre qui peut être comprise entre 100 et 1000ppm dans la fonte issue d'un haut-fourneau à une valeur d'environ 40ppm voire jusqu'à 10ppm. Le traitement de désulfuration consiste à injecter dans une poche tonneau remplie de fonte liquide un produit désulfurant. Ce produit désulfurant est véhiculé à l'intérieur d'une lance à injection par un gaz neutre tel que de l'azote ou par de l'air comprimé sec, puis injecté par une extrémité de ladite lance dans la masse de fonte. Pour qu'un tel traitement de désulfuration soit efficace, il convient de connaître avec précision la quantité de produit désulfurant à injecter. Jusqu a présent, un prélèvement d'un échantillon de fonte est effectué après le début de l'injection du produit désulfurant et cet échantillon est analysé afin de déterminer la teneur réelle en soufre, notée SD. Etant donné que la teneur en soufre recherchée, notée SV, le poids de fonte à traiter, noté PF, et le débit de produit désulfurant à injecter, noté DEB, sont connus, on peut alors déterminer la quantité de produit désulfurant à injecter à l'aide de plusieurs formules du type a x SD - p x SV + & x Exp (-SV) - 6 x PF + E x DEB + e où a, p 8, E, e, sont des constantes. Plus précisément, on dispose de huit formules, chacune d'elles étant utilisée sur un domaine particulier défini par des valeurs de SD, SV et DEB et pour lequel les constantes précédemment citées prennent une valeur précise. La formule du type défini ci-dessus permet d'obtenir une valeur qui, après multiplication par le poids de fonte à traiter PF, fournit la quantité de produit à injecter. La quantité de produit désulfurant à injecter qui est déterminée par le calcul est ensuite injectée dans la poche-tonneau, et un second prélèvement d'échantillon de fonte est effectué pour s'assurer de la teneur réelle en soufre qui est atteinte. La méthode qui vient d'être décrite est appelée communément méthode balistique en raison du principe même de ladite méthode qui s'appuie sur les valeurs initiales et finales des paramètres du processus. Cette méthode présente de nombreux inconvénients. En effet, la Demanderesse a pu constater que les différentes formules établies chacune pour un domaine particulier ne se recouvrent pas aux frontières des domaines considérés, rendant ainsi la méthode imprécise et donc peu fiable. En outre, les formules précitées ne permettent pas de déterminer avec précision les quantités de produit désulfurant à injecter ce qui conduit trop fréquemment en fin de traitement, soit à une teneur en soufre dans la fonte supérieure à la teneur visée, soit à une teneur en soufre inférieure à ladite teneur visée. Dans le premier cas, qui présente environ 15% des traitements, la fonte traitée présente une qualité inférieure à celle recherchée et nécessite donc un traitement complémentaire qui retarde considérablement le processus d'élaboration de l'acier. Dans le second cas envisagé, la fonte traitée présente une qualité supérieure à celle requise entrainant par là même un surcout d'exploitation du fait drune consommation excessive de produit désulfurant. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé de désulfuration de la fonte en poche permettant d'obtenir une qualité de fonte désulfurée correspondant à celle recherchée et de réaliser des économies de produit désulfurant. L'invention a donc pour objet un procédé de désulfuration de la fonte en poche, selon lequel - on prélève un premier échantillon de fonte pour déterminer sa teneur réelle en soufre SD, - on injecte un produit désulfurant dans la poche contenant un poids de fonte PF suivant une consigne de débit DEB en vue d'obtenir une teneur en soufre SV, - on calcule à l'aide d'une relation dite balistique la quantité Qî de produit désulfurant à injecter suivant la consigne de débit DEB, - et après l'injection d'une quantité donnée de produit désulfurant, on prélève un second échantillon pour déterminer sa teneur réelle en soufre SI, caractérisé en ce que la relation balistique est du type:: (Q1, DEB, PF, SV, SD) = O et en ce qu'après avoir déterminé la teneur réelle en soufre SI du second échantillon, - on injecte une quantité Q1-x de produit désulfurant - on calcule la teneur théorique en soufre STH de la fonte à l'aide de ladite relation balistique: 0 (Ql-x, DEBM, PF, STH, SD) = 0 DEBM étant le débit moyen injecté de produit désulfurant au moment du prélèvement du second échantillon - et on calcule à l'aide d'une relation dite dynamique du type v (Q2, DEB, DEB,,, SI, SV, STH) = O la quantité totale Q2 de produit désulfurant à injecter suivant la consigne de débit pour obtenir la teneur en soufre SV. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - préalablement à la détermination de la teneur réelle en soufre SD de la fonte, on injecte une première quantité QO de produit désulfurant, - la relation balistique a pour expression (Q1, DEB, PF, SV, SD) = Q1 - a - PF x Ln (SD/SV) (b + c x SD + (d + e x DEB) x SV + f x DEB] = 0 où a, b, c, d, e, f, sont des constantes, - la relation balistique a de préférence pour expression Q1 - Qo - PF x Ln (SD/SV) (0,4794 + 0,0071 x SD + (0,0806 + 0,0005 x DEB) x SV + 0,01326 x DEB] = 0 - la relation dynamique a pour expression (Q2, DEB, DEBM, SI, SV, STH) = Q2 - g - h [(SI-SV)/(STH SV)] - i x DEB -j x DEBM = 0 où g, h, i, j sont des constantes - la relation dynamique a de préférence pour expression Q2 - 6,15 - 230,18 x [(SI-SV)/(STH-SV)] - 6,89 x DEB + 4,58 x DEBM = 0. - la consigne de débit d'injection de produit désulfurant est comprise entre 15 et 150 Kg/mn, - la consigne de débit d'injection de produit désulfurant est de préférence comprise entre 15 et 60 Kg/mn, - la quantité x est comprise entre 100 et 600 Kg, - la quantité x est de préférence comprise entre 200 et 400 Kg et par exemple égale à 300 Kg, - le produit désulfurant est un mélange contenant du carbure de calcium et/ou du magnesium D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple. Lors de l'élaboration de l'acier, la fonte liquide produite dans le haut-fourneau est acheminée par un canal appelé rigole chaude, puis transférée dans une rigole dite basculante qui permet son déversement successif dans deux wagons appelés poches tonneaux. Chacune des poches contient un poids de fonte déterminé, noté PF. Les poches sont ensuite dirigées vers l'aciérie où l'on procède à un traitement de désulfuration de la fonte contenue dans lesdites poches avant leur transfert dans un convertisseur d'aciérie. En effet, à la sortie du haut-fourneau, la teneur en soufre de la fonte atteint une valeur notée SD trop souvent élevée qui risque de produire des inclusions de sulfures dans l'acier lors de son élaboration au convertisseur, conduisant ainsi à sa fragilisation. Par conséquent, avant le chargement de la fonte dans le convertisseur, il convient d'en réduire la teneur en soufre à une valeur notée SV. Le procédé de désulfuration consiste à injecter dans une poche tonneau un produit dit désulfurant sous forme pulvérulente suivant une consigne de débit, notée DEB, fixée par un opérateur en vue d'obtenir la teneur en soufre SV. Cette consigne est susceptible d'être modifiée par l'opérateur au cours du processus en fonction des impératifs de production. Par exemple, l'opérateur augmente la consigne de débit d'injection du produit désulfurant dans le cas où la fonte en cours de traitement doit être transférée plus rapidement que prévu dans le convertisseur. La consigne de débit d'injection dudit produit désulfurant est comprise ente 15 et 150 Kg/mn, préférentiellement comprise entre 15 et 60 Kg/mn et par exemple égale à 30 Kg/mn. Un tel produit désulfurant est par exemple un mélange pulvérulent contenant du carbure de calcium, de composition pondérale majoritaire CaC2 : 58%, CaCO3 14%, Ca O : 11%, C : 7% et est véhiculé à l'intérieur d'une lance à injection par un gaz neutre comme par exemple de l'azote ou de l'air comprimé, puis injecté par une des extrémités de ladite lance dans la poche de fonte. I1 convient de noter que des compositions exemptes de CaCO3 peuvent être utilisées avec CaC2, mais également des compositions incluant CaC2 et Mg ainsi que des compositions incluant Mg et exemptes de CaC2. Ainsi, selon l'invention, on prélève un premier échantillon de fonte et on détermine la teneur réelle en soufre SD de la fonte contenue dans la poche en procédant à son analyse chimique en début d'injection. Après détermination de cette teneur SD, on utilise une formule non linéaire, dite balistique du type 0 (Q1, DEB, PF, SV, SD) = 0, pour calculer la quantité Q1 de produit désulfurant à injecter dans la poche afin d'obtenir une teneur en soufre égale à SV. Cette formule est appelée balistique, car elle fait intervenir la valeur de départ SD et la valeur visée en soufre SV pour le calcul de Q1. La demanderesse a eu le mérite de découvrir une formule balistique générale du type (Q1, DEB, PF, SV, SD) = Q1 - a - PF x Ln (SD/SV) (b +c SD + (d + ex DEB) SV + f x DEB] = 0 qui s'adapte dans la plupart des installations des usines sidérurgiques. Les constantes a, b, c, d, e, f sont fonction des installations de désulfuration et de leurs modes d'utilisation. Cette formule générale présente l'avantage d'être valable pour toutes les valeurs de SD, SV et DEB ce qui n'était pas le cas jusqu'à présent puisque huit formules étaient nécessaires pour prendre en considéra tion les différentes valeurs prises par SD, SV et DEB. En fonction de la quantité Q1 de produit désulfurant déterminée par un calculateur, l'homme de l'art sait s'il doit injecter la totalité de cette quantité dans la poche de fonte ou bien seulement une partie. En effet, la quantité Q1 est représentative de l'écart entre les valeurs SD et SV, et si cet écart est trop faible, on ne peut plus appliquer systématiquement toutes les étapes du procédé de désulfuration faute de temps et l'on se contente alors d'injecter la totalité de la quantité Q1 de produit désulfurant. Par contre, si l'écart n'est pas trop faible, l'application de toutes les étapes du procédé de désulfuration peut être envisagée. Ainsi, dans un tel cas, on injecte dans la poche une quantité de produit désulfurant égale à Q1-x avec 100 s x s 600 Kg et de préférence 200 s x s 400 et par exemple égal à 300 Kg. Après avoir injecté la totalité de la quantité Q1 - x de produit désulfurant, on détermine la teneur réelle en soufre SI de la fonte contenue dans la poche après un premier traitement de désulfuration en prélevant un échantillon de ladite fonte et en l'analysant. Avantageusement, le fait de ne pas avoir injecté toute la quantité Q1 de produit permet de corriger l'action du processus avant d'obtenir une teneur en soufre trop élevée par rapport à SV ou bien trop basse. Après détermination de la teneur SI, on procède au calcul de la teneur en soufre théorique pour une quantité de produit injectée égale Q1 - x, en résolvant l'équation (Q1 - x, DEB, PF, STH, SD) = 0 soit Q1 - a - PF x Ln (SD/STH) (b + c x SD (d + e x DEB) x STH + f x DEB] = 0 On résout cette équation par une méthode classique comme par exemple la méthode des itérations successives. Grâce à une formule dite dynamique du type: 'P (Q2, DEB, STH, SV, SI) = O on calcule ensuite la quantité totale du produit désulfurant Q2 à injecter pour obtenir la teneur en soufre SV. Cette formule a pour expression v (Q2, DEB, STH, SV, SI) = Q2 - g - h x [(SI-SV)/(STH SV)] - i x DEB - j x DEBM = O et convient à la plupart des installations de désulfuration. Les constantes g, h, i et 5, sont fonction des installations et de leurs modes d'utilisation et DEBN est le débit moyen injecté de produit désulfurant. Après avoir calculé cette quantité Q2 de produit désulfurant, on injecte dans la poche de fonte la quantité restante de produit. Dans la plupart des cas, on prélève un dernier échantillon pour évaluer l'écart entre la teneur en soufre de la fonte après traitement de désulfuration et la teneur recherchée SV. Selon une variante de l'invention, on peut injecter une première quantité de produit désulfurant, Q0, en quelques minutes avant d'effectuer le premier prélèvement d'échantillon de fonte de la poche. Dans la formule non linéaire balistique, la constante a prend alors la valeur de Q0. Cette formule a donc pour expression Q1 - QO - PF x Ln (SD/SV) (b + cx SD + (d + ex DEB) x SV + f x DEB] = 0 Exemple 1 Ainsi, on injecte par exemple un mélange pulvérulent contenant du carbure de calcium de composition pondérale majoritaire CaC2 : 58%, CaCO3 : 14%, CaO : 11%, C : 7% dans une poche de fonte ayant un poids de 413 tonnes suivant une consigne de débit variable fixée en début d'opération à 30 Kg/mn en vue d'obtenir une teneur en soufre de 190ppm. Au bout de 3mn d'injection, on détermine par analyse la teneur réelle en soufre d'un premier échantillon, celle-ci étant égale à 412ppm. On calcule à l'aide de la relation balistique suivante Q1 - Q0 - PF x Ln (SD/SV) (0,4794 + 0,0071 x SD + (0,0806 + 0,0005 x DEB) x SV + 0,01326 x DEB] = 0 la quantité Q1 de produit désulfurant à injecter pour obtenir une teneur en soufre de 190ppm. Q1 vaut ici 856 Kg et l'on injecte une quantité de produit désulfurant égale à Q1 - 300, soit 556 Kg suivant une consigne de débit égale à 30Kg/mn. Après injection de cette quantité de produit, on prélève un deuxième échantillon de fonte qui, par analyse, fournit une teneur en soufre égale à 263ppm. On calcule ensuite à l'aide de la relation balistique Q1 - x - QO - PF x Ln (SD/STH) (0,4794 + 0,0071 x SD + (0,0806 + 0,0005 x DEBM) x STH + 0,01326 x DEBM] = O la teneur théorique en soufre STH de la fonte en résolvant cette équation par exemple par la méthode des itérations successives, DEBM étant égal à 32,06 Kg/mn. La teneur en soufre théorique a pour valeur 285 ppm. En utilisant la relation dynamique suivante. Q2 - 6,15- 230,18 x [(SI-SV)/(STH-SV)] - 6,89 x DEB + 4,58 x DEBM = O on calcule la quantité totale de produit désulfurant à injecter pour obtenir la teneur en soufre de 190 ppm, cette quantité est alors égale à 788 Kg. Un troisième prélèvement permet de constater que la teneur en soufre visée est à peu près atteinte puisqu'elle est de 186,2 ppm. Exemple2 Dans cet exemple, on injecte un produit désulfurant identique à celui décrit dans l'exemple 1 pendant 3mn dans une poche contenant 431,4 tonnes suivant une consigne de débit égale à 30kg/mm en vue d'obtenir une teneur en soufre de 60ppm. Après analyse d'un premier échantillon, la teneur réelle en soufre de la fonte est égale à 202,8 ppm. On augmente la consigne de débit à une valeur de 45kg/mn et l'on calcule suivant cette nouvelle consigne, la quantité Q1 de produit désulfurant à injecter dans la poche à l'aide de la relation balistique présentée dans l'exemple 1 soit 937Kg. On injecte une quantité de produit désulfurant égale à Q1-300, soit 637Kg et l'on diminue la consigne de débit à une valeur de 30Kg/mn. L'analyse d'un deuxième échantillon de fonte fournit une teneur de 93ppm ce qui donne, après calcul à l'aide de la relation balistique précédente, la teneur théorique en soufre de la fonte STH, soit 99ppm avec DEBM égal à 39,12 Kg/mn. On utilise ensuite la relation dynamique présentée dans l'exemple 1 pour calculer la quantité totale de produit désulfurant à injecter pour obtenir la teneur en soufre de 60ppm, cette quantité est alors égale à 890 Kg. Un troisième prélèvement fournit la teneur réellement atteinte à savoir 59,6ppm. A titre comparatif, on peut citer plusieurs exemples montrant la supériorité du procédé selon l'invention sur le procédé utilisé jusqu'à présent. Exemple 3 Pour les valeurs initiales suivantes soufre départ 260ppm soufre visé 20ppm poids de fonte 418 tonnes et pour un débit d'injection de produit désulfurant identique à celui décrit dans l'exemple 1 égal à 60 Kg/mn, la teneur réelle en soufre obtenue est de 11,6ppm avec le procédé selon l'invention en utilisant 1832 Kg de produit désulfurant identique à celui décrit dans l'exemple 1. Le procédé utilisé dans l'art antérieur consommait 1484 Kg de produit désulfurant pour obtenir une teneur réelle en soufre de 102 ppm. Cette valeur étant supérieure à la teneur en soufre visée, un traitement complémentaire était indispensable. Exemple 4 Pour les valeurs initiales suivantes soufre départ 420ppm soufre visé 60ppm poids de fonte 393 tonnes et pour un débit d'injection de produit désulfurant idendique à celui décrit dans l'exemple 1 égal à 30Kg/mn, la teneur réelle en soufre obtenue est de 63,1 ppm avec le procédé selon l'invention, celui de l'art antérieur permettant d'obtenir une teneur réelle de 30ppm. Le procédé selon l'invention ne nécessite que 1135 Kg de produit désulfurant pour parvenir de manière tout à fait acceptable à la valeur fixée, alors que le procédé de l'art antérieur consomme 231 Kg supplémentaires de produit désulfurant pour les applications envisagées pour l'acier ainsi élaboré. Exemple 5 Pour les valeurs initiales suivantes soufre départ 440ppm soufre visé 15ppm poids de fonte 432 tonnes et pour un débit d'injection de produit désulfurant identique à celui décrit dans l'exemple 1 égal à 60Kg/mn, la teneur en soufre obtenue est de 13,1 ppm avec le procédé selon l'invention, celui de l'art antérieur permettant d'obtenir une teneur réelle de 8ppm. Le procédé selon l'invention ne nécessite que 2393 Kg de produit désulfurant alors que le procédé de l'art antérieur en nécessite 2464 Kg pour obtenir une teneur en soufre trop basse. Exemple 6 Pour les valeurs initiales suivantes soufre départ 420ppm soufre visé 180ppm poids de fonte 428 tonnes et pour un débit d'injection de produit désulfurant identique à celui décrit dans l'exemple 1 égal à 30Kg/mn, la teneur réelle en soufre obtenue est de 179ppm avec le procédé selon l'invention, celui de l'art antérieur permettant d'obtenir une teneur réelle de 159ppm. Le procédé selon V invention ne nécessite que 855Kg de produit désulfurant alors que le procédé de l'art antérieur en nécessite 902 Kg, pour obtenir une teneur en soufre trop basse. Avantageusement, le procédé selon l'invention est économique et permet, d'une part, de diminuer d'environ 40% le nombre de traitements complémentaires occasionnés par une teneur réelle en soufre trop élevée par rapport à la teneur recherchée et, d'autre part, de réduire d'environ 60% les traitements aboutissant à une qualité supérieure à celle recherchée, c'est-à-dire correspondant à une teneur réelle en soufre trop basse par rapport à la teneur recherchée. REVENDICATIONS 1. Procédé de désulfuration de la fonte en poche, selon lequel - on prélève un premier échantillon de fonte pour déterminer sa teneur réelle en soufre SD, - on injecte un produit désulfurant dans la poche contenant un poids de fonte PF suivant une consigne de débit DEB en vue d'obtenir une teneur en soufre SV, - on calcule à l'aide d'une relation dite balistique la quantité Q1 de produit désulfurant à injecter suivant la consigne de débit DEB, - et après l'injection d'une quantité donnée de produit désulfurant, on prélève un second échantillon pour déterminer sa teneur réelle en soufre SI, caractérisé en ce que la relation balistique est du type (Q1, DEB, PF, SV, SD) = O et en ce qu'après avoir déterminé la teneur réelle en soufre SI du second échantillon, - on injecte une quantité Q1-x de produit désulfurant, - on calcule la teneur théorique en soufre STH de la fonte à l'aide de ladite relation balistique (Q1 - x, DEBM, PF, STH, SD) = 0 DEBM étant le débit moyen injecté du produit désulfurant au moment du prélèvement du second échantillon, - et on calcule à l'aide d'une relation dite dynamique du type (Q2, DEB, DEBM, SI, SV, STH) = O la quantité totale Q2 de produit désulfurant à injecter suivant la consigne de débit pour obtenir la teneur en soufre SV. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement à la détermination de la teneur réelle en soufre SD de la fonte, on injecte une première quantité QO de produit désulfurant. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la relation balistique a pour expression: 0 (Q1, DEB, PF, SV, SD) = Q1 - a - PF x Ln (SD/SV) (b + c x SD + (d + e x DEB) x SV + f x DEB] = O où a, b, c, d, e, f sont des constantes. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la relation balistique a de préférence pour expression Q1 - QO - PF x Ln(SD/SV) (0,4794 + 0,0071 x SD + (0,0806 + 0,0005 x DEB) x SV + 0,01326 x DEB] = 0 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la relation dynamique a pour expression: (Q2, DEB, DEBM, SI, SV, STH) = Q2 - g - h ((SI-SV)/(STH- SV)] - i x DEB - j x DEBM = O où g, h, i, j sont des constantes. 6. Procédé selon la revendication 5, carac tersé en ce que la relation dynamique a de préférence pour expression Q2 - 6,15 - 230,18 x ((SI-SV)/(STH-SV)] - 6,89 x DEB + 4,58 x DEBM = O 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consigne de débit d'injection de produit désulfurant est comprise entre 15 et 150Kg/mn. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la consigne de débit d'injection de produit désulfurant est de préférence comprise entre 15 et 60Kg/mn. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité x est comprise entre 100 et 600 Kg. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité x est de préférence comprise entre 200 et 400 kg et par exemple égale à 300 Kg. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le produit désulfurant est un mélange contenant du carbure de calcium et/ou du magnésium.