Brevet FR2807066A1 — publié le 20011005

Procédé de brassage pneumatique du métal liquide en poche. L'invention concerne un procédé de brassage pneumatique en poche des métaux à l'état liquide par un gaz neutre, à pression atmosphérique ou sous vide. Lors de son traitement en poche, l'acier liquide subit diverses opérations métallurgiques, notamment l'homogénéisation chimique et thermique, le dégazage, la désulfuration et l'élimination des inclusions. Ces opérations s'effectuent soit à pression atmosphérique, soit sous vide, par brassage de l'acier liquide par injection d'un gaz neutre selon l'application à laquelle l'acier traité est destiné. Un moyen connu pour désoxyder l'acier consiste à former des inclusions d'oxydes d'aluminium. Pour cela on ajoute de l'aluminium dans l'acier liquide qui, par réaction avec l'oxygène dissous dans l'acier liquide, forme des inclusions d'oxydes d'aluminium. Ces inclusions, ayant une densité inférieure à celle de l'acier, sont éliminées par décantation dans le laitier qui recouvre l'acier; le laitier isolant l'acier de l'air, on évite ainsi les réactions de ré- oxydation. Lorsque les conditions adéquates de pression et de composition de l'acier sont réunies, l'acier est décarburé par combinaison de l'oxygène dissous avec le carbone pour former du monoxyde de carbone. Cette décarburation est assistée par un brassage pneumatique effectué par injection d'un gaz neutre tel l'argon ou l'azote dans l'acier liquide. Ce gaz entraîne le monoxyde de carbone dissout dans l'acier à la surface de celui-ci. Par ailleurs le brassage de l'acier par un gaz neutre permet également une élimination plus efficace des inclusions d'oxydes d'aluminium en accélérant la décantation de ces inclusions. Cette injection de gaz neutre est réalisée grâce à un injecteur, qui peut être un bouchon poreux inséré dans le fond de la poche, ou encore une lance plongée dans l'acier liquide. Le brassage de l'acier liquide créant une agitation de la surface de l'acier recouvert par le laitier, l'exploitant doit ajuster le débit de gaz en fonction du taux de remplissage de la poche en acier liquide, afin de limiter les projections de métal liquide et de laitier sur les parois de la poche, d'éviter que le métal liquide et le laitier surnageant ne débordent de la poche et enfin, d'éviter que l'air n'entre en contact direct avec l'acier. A la fois pour des raisons d'économie et de sécurité, l'exploitant doit respecter une distance minimale entre la surface de l'acier liquide au repos et le rebord supérieur de la poche, appelée hauteur de garde et calculée en fonction du débit de gaz injecté. L'agitation de la surface de l'acier liquide et du laitier surnageant engendrée par le brassage pneumatique par les gaz neutres habituellement utilisés, impose de limiter le taux de remplissage de la poche et donc la productivité de l'aciérie. Le débit de gaz neutre injecté est ajusté en fonction du type de traitement de l'acier liquide recherché. Certains traitements sous vide tels que la décarburation et la déshydrogénation nécessitent un brassage énergique de l'acier liquide. En effet, seules les couches supérieures de l'acier (quelques cm) sont sensibles à l'effet du vide. II est donc essentiel d'alimenter en permanence cette zone de réaction par l'acier situé dans les couches inférieures pour assurer les performances globales souhaitées. II faut donc brasser énergiquement en augmentant le débit d'injection de gaz neutre par rapport aux débits nécessaires à la simple homogénéisation thermique et chimique, et à la décantation des inclusions. De ce fait, on diminue volontairement la quantité de métal en poche pour bénéficier d'une hauteur de garde suffisante afin d'éviter les débordements et les projections de métal hors de la poche. Si cette hauteur de garde est insuffisante, le débit de brassage doit être limité ce qui peut conduire à une dégradation des performances métallurgiques. Le but de l'invention est de proposer un moyen permettant un gain de productivité lors du traitement à pression atmosphérique ou sous vide de l'acier liquide en poche. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de brassage pneumatique d'un métal en fusion contenu dans une poche métallurgique, notamment une poche d'acier, par injection d'un gaz neutre dans le fond de poche, selon lequel ledit gaz est de l'hélium et en ce que la hauteur de garde de la poche est comprise entre 0,4 et 0,6 m. De préférence, on effectue l'injection de gaz au travers du fond de la poche métallurgique pourvue d'injecteurs de gaz dans son fond. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à coupler l'utilisation de l'hélium comme gaz de brassage à l'établissement d'une hauteur de garde inférieure aux normes habituelles. On a constaté qu'en utilisant comme gaz de brassage l'hélium à la place de l'argon ou de l'azote, les phénomènes d'agitation de la surface de l'acier liquide sont très sensiblement atténués, permettant ainsi de réduire la hauteur de garde et par conséquent d'augmenter le taux de remplissage en acier liquide de la poche, d'où un gain de productivité. Par ailleurs avec un taux de remplissage de la poche en acier liquide équivalent, la puissance de brassage de l'acier liquide pourra être plus élevée avec l'hélium qu'avec l'argon ou l'azote, d'où un traitement plus efficace de l'acier liquide. Un exemple de référence et un exemple de mise en oeuvre de l'invention vont à présent être décrit. Habituellement, le brassage sous vide ou à pression atmosphérique de l'acier liquide dans une poche, pouvant contenir 220 t d'acier, est réalisé par injection de l'argon ou de l'azote dans l'acier. Les injecteurs de gaz généralement utilisés sont constitués de trois bouchons poreux insérés dans le fond de la poche. Les bouchons poreux sont conçus pour supporter un débit de gaz maximum de 200 NI/min mesuré dans des conditions normales de température et de pression. A pression atmosphérique le brassage de l'acier liquide, ne nécessitant pas de mélange de l'acier liquide et du laitier surnageant, est réalisé par une injection d'un faible débit de gaz neutre. Dans ces conditions la surface de l'acier liquide est faiblement agitée et la hauteur de garde peut être faible; elle est typiquement de l'ordre de 0,4 à 0,6 m. En revanche si l'on recherche le mélange de l'acier liquide avec le laitier, pour par exemple désulfurer l'acier, alors un brassage énergique de l'acier par un des gaz neutres habituellement utilisés est nécessaire. Lorsqu'on utilise un des gaz neutres habituels (argon, azote) la surface de l'acier liquide est fortement agitée, ce qui provoque des projections d'acier liquide sur les parois supérieures de la poche et un risque de débordement de l'acier liquide hors de la poche; la hauteur de garde serait normalement de l'ordre de 0,8 à 1 m. Lorsque la poche contenant l'acier liquide est placée dans une enceinte mise sous vide, le débit de gaz est limité pour chacun des bouchons poreux à 50 NI/min, pour atteindre progressivement 200 NI/min quand la poche est sous vide. Cela correspond à un débit total d'argon ou d'azote injecté dans la poche de 600 NI/min. Dans ces conditions la surface de l'acier liquide est fortement agitée, ce qui provoque des projections d'acier liquide sur les parois supérieures de la poche et un risque de débordement de l'acier liquide hors de la poche. Dans ce cas la hauteur de garde est comprise, dans cet exemple de référence entre 0,8 et 1,2 m. Avec un hauteur de garde réduite de 0,4 à 0,6 m, le débit d'injection de gaz neutre doit également être réduit à 300 NI/min, ce qui affecte, à durée de traitement identique par rapport à l'exemple précédent, les performances de décarburation. On a constaté que, selon l'invention, le brassage sous vide de l'acier liquide dans une poche similaire à celle de l'exemple de référence précédent, par injection d'hélium, dans les mêmes conditions que précédemment, réduit de façon surprenante l'agitation de la surface de l'acier liquide. Les projections d'acier liquide sur les parois de la poche sont par conséquent également réduites, la hauteur de garde peut donc être également réduite; celle-ci est comprise entre 0,4 et 0,6 m. Ainsi 33 t d'acier liquide supplémentaires peuvent être traitées par injection d'hélium, avec les mêmes performances métallurgiques et les mêmes conditions de sécurité qu'avec l'injection d'argon ou d'azote, d'où un gain de productivité de 15 %. Un autre avantage de l'utilisation de l'hélium en tant que gaz de brassage de l'acier sous vide par rapport à l'argon ou à l'azote, est de permettre un brassage plus énergique d'un volume constant d'acier, soit 220 t, sans pour autant augmenter l'agitation de la surface de l'acier. A cet effet, il est possible d'injecter un débit d'hélium deux fois plus important qu'avec l'argon ou l'azote, soit un débit de 300 NI/min quand la poche commence à être mise sous vide et un débit de 1200 NI/min quand la poche est effectivement sous vide. L'agitation de la surface générée est équivalente à celle qu'on observe avec un débit d'argon ou d'azote deux fois moins important, la hauteur de garde restera donc de l'ordre de 0,8 à 1,2 m. En brassant l'acier de façon plus énergique, les opérations métallurgiques telles que l'homogénéisation chimique, le dégazage ou l'élimination des inclusions sont améliorées et se réalisent en un temps plus court, d'où également un gain de productivité. Bien entendu, l'injection du gaz dans l'acier liquide peut être réalisée par tout type d'injecteur tel notamment au moins un bouchon poreux inséré dans le fond de la poche, ou au moins une lance plongée directement dans l'acier liquide. REVENDICATIONS 1) Procédé de brassage pneumatique d'un métal liquide contenu dans une poche métallurgique par injection d'un gaz neutre dans le fond de poche, caractérisé en ce que ledit gaz est de l'hélium et en ce que la hauteur de garde de la poche est comprise entre 0,4 et 0,6 m. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on effectue ladite injection dans une poche d'aciérie. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'on effectue ladite injection au travers de la paroi d'une poche pourvue d'injecteurs de gaz implantés en dessous du niveau du métal liquide. 4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'on effectue ladite injection au travers du fond d'une poche pourvue d'injecteurs de gaz dans son fond.