Brevet FR2986984A1 — publié le 20130823

- 1 - NOUVEAUX EQUIPEMENTS POUR LA PRODUCTION D'ACIER INOXYDABLE ET PROCEDE DE PRODUCTION La méthode connue pour fabriquer de l'acier inoxydable est basée sur le procédé suivant : - chargement et fusion d'un mélange de ferrailles alliées et non alliées, de ferro-alliages au four électrique et d'additions minérales, toute la charge à fondre étant solide et froide, - après fusion au four électrique et élaboration d'un acier liquide semi-fini, coulée en poche avec additions minérales et métalliques, - transvasement de l'acier liquide dans un réacteur de traitement secondaire, un convertisseur de type AOD ou mise en place de la poche dans un VOD, pour réglage de la composition ; le traitement correspond principalement en une décarburation et l'addition des éléments chimiques nécessaires à l'obtention de la nuance recherchée, - passage éventuel dans une cuve sous vide pour dégazage du métal liquide obtenu au convertisseur avec additions finales, éventuellement sous forme de fil fourré, - coulée en poche de l'acier ainsi élaboré et solidification dans une machine de coulée continue pour obtenir des barres et des brames ou en lingotières pour obtenir des lingots. Les matières premières utilisées sont sélectionnées pour apporter les éléments d'alliage qui sont utiles à l'obtention de la nuance et pour limiter au maximum les éléments indésirables. Les produits obtenus sont transformés dans des laminoirs ou des forges associées ou non aux aciéries qui produisent les barres, les brames ou les lingots. Des variantes existent : - introduire au convertisseur de la fonte liquide provenant d'un haut fourneau ou autre système équivalent de production de fonte, l'ensemble des opérations - 2 - métallurgiques - additions minérales et métalliques, décarburation, - ayant lieu dans le convertisseur, correspondant à une partie de la description du procédé ci-dessus, - utilisation du ferrochrome liquide obtenu par réduction de minerai, associé aux additions minérales et métalliques et aux opérations métallurgiques nécessaires à la réalisation d'acier inoxydables en particulier pour ceux qui ne possèdent pas de nickel. Cependant les producteurs de ferrochrome et de ferro-nickel vendent leurs produits sur le marché mondial à l'état solide broyé et calibré, faciles à transporter, en vrac ou conditionnés en conteneurs variés. La production de ferro-alliages se fait dans des réacteurs, fours de réduction avec apport d'énergie électrique ou dans des fours à flamme de type « flash furnaces » par exemple et dans tous les cas avec une très grande production de laitier. Ce laitier, en quantité plus importante que celle du ferro-alliage est riche en fer, sous diverses formes, et en silice et dont la composition complète est fonction des qualités des minerais traités. Les produits principaux, les ferro-alliages et les laitiers sont produits à l'état liquide, à des températures de 1200 à 1500°C ; les produits secondaires que sont les fumées et les poussières sont en relative faible quantité et méritent une attention. Les ferro-alliages, après solidification, concassage et tri sont mis sur le marché alors que le laitier est mis en décharge. Les proportions relatives des 2 produits sont 15 à 25% de ferro-alliage et de 75 à 85% de laitier riche en fer. La composition typique des laitiers de production de nickel est de 40 à 45% de fer, 30 à 35% de silice, 10 à 12% de magnésie, environ 3% de chaux, environ 2% de soufre. L'invention proposée consiste en un ensemble d'équipements destiné aux entreprises de production de ferro-alliages et en particulier de ferro-nickel qui sont ainsi capables de produire sur leurs sites, en parallèle à la production de ferro-alliages, des aciers inoxydables. Le procédé qui utilise ces équipements est aussi l'objet de cette invention. L'invention bénéficie de l'opportunité d'avoir des matières premières - ferro-alliage et matière ferreuse- disponibles sur le site à l'état liquide pour permettre la production d'acier inoxydable, et de plus elle permet de produire avec le reste du laitier, par30 - 3 - ajustement de sa composition, soit un liant hydraulique, adjuvant intéressant pour l'industrie de la cimenterie soit un agrégat utilisable dans les travaux publics et routiers. Les équipements suivants sont installés en aval de la production du ferro-alliage, c'est à dire au stade où sont disponibles des poches de ferro-alliage liquide et des cuves de s laitier liquide : - un réacteur spécifique de réduction et de traitement complémentaire du laitier liquide avec ses moyens d'additions, d'apport d'énergie, de captation des fumées, qui a pour objet d'obtenir un métal liquide d'au moins 95% de fer et un reste de laitier liquide de composition requise, 10 - une installation de traitement des fumées du réacteur pour une récupération optimale du soufre contenu, - des poches de transfert de métal et des cuves de transfert du laitier et les moyens de manutention nécessaires, - un convertisseur de type AOD qui va recevoir le métal liquide en provenance du 15 réacteur de réduction, du ferro-alliage liquide en provenance des installations de production existantes de ferro-alliage dans les poches adaptées à ces transferts, des additions minérales et métalliques solides par auget ou par convoyeur ; dans ce convertisseur la composition de l'acier est obtenue par réactions métallurgiques d'oxydo-réduction, en particulier une décarburation et un ajustement de sa 20 composition chimique, - une éventuelle installation de dégazage en poche pour une phase complémentaire de mise à la nuance, - en variante au convertisseur une installation de type VOD (vacuum oxydation degasing) avec la cuve à vide, une installation de pompage dimensionnée pour 25 réaliser les opérations métallurgiques, un système d'additions minérales et métalliques, un dispositif d'injection d'oxygène et un brassage pneumatique, le tout indispensable à l'obtention de la qualité de l'acier inoxydable, - une unité de solidification qui assure la mise en forme de l'acier en demi-produits transformables par laminage ou forgeage, c'est une coulée continue ou une 30 installation de coulée en lingotière, - 4 - - une unité de solidification et de refroidissement du laitier suivie d'un concassage et tri pour le conditionnement à destination des broyeurs de cimenterie quand la composition est celle d'un liant hydraulique ou à destination des chantiers de travaux publics ou routiers pour les autres compositions. L'intérêt de l'invention, l'ensemble des équipements et ses variantes, utilisées pour ce nouveau procédé de fabrication d'acier inoxydable réside dans trois avantages principaux : - la réduction de la consommation d'énergie (plusieurs centaines de kWh par tonne) pour la production d'acier inoxydable, - l'utilisation à plus de 95% du laitier de production des ferro-alliages, ce qui limite à un minimum la mise en décharge et valorise le laitier, - la valorisation partielle, jusqu'à 50% du soufre contenu dans laitier de production des ferro-alliages et capté dans les fumées. Pour une meilleure compréhension de l'invention la description des équipements et du procédé peut se faire valablement à partir des figures 1 et 2. La Figure 1 présente la fabrication d'acier inoxydable telle qu'elle est pratiquée dans de nombreuses aciéries au monde. Les matières premières composées de ferrailles (1) non alliées et alliées, froides et solides des additions minérales et des ferro-alliages (2) également froids et solides sont introduites dans un four électrique de fusion (4) pour y être fondues et dont la composition est adaptée pour satisfaire à la qualité recherchée ; le métal liquide obtenu est coulé dans une poche de transfert. Cette poche d'acier liquide (4) est versée dans le convertisseur (5) de type AOD pour y subir une décarburation et un réglage de l'analyse chimique par différentes additions minérales et de ferro-alliages (2). Le métal ainsi élaboré est coulé dans la poche d'acier liquide (5) pour la phase suivante du procédé de fabrication. La solidification (8) est faite dans une machine de coulée continue pour la production de barres ou de brames et dans des lingotières pour obtenir des lingots. Ces produits, barres, brames et lingots (8) sont mis à disposition du marché (9) pour y subir leur transformation par laminage ou par forgeage.30 - 5 - La Figure 2 présente l'ensemble des équipements de fabrication d'acier inoxydable et le déroulement des opérations objet de l'invention. La fabrication d'un ferro-nickel donne un ferro-alliage liquide en poche (18) et un laitier liquide en cuve à laitier (10). La dite cuve à laitier (10) est déversé dans un réacteur métallurgique (11) spécialement conçu pour recevoir le laitier ainsi que des additions minérales et métalliques ; le dit réacteur métallurgique (11) est équipé de moyens électriques d'apport d'énergie et assure le déroulement physico-chimique et thermique qui abouti à la séparation d'une partie métallique (12) d'une partie d'oxydes métalliques (13) et d'une partie de fumées de laquelle un effluent sulfuré est extrait (14). La dite partie métallique (12) est composée principalement de fer, les composés métalliques réductibles autres que ferreux étant en faible quantité dans le laitier (10). La partie métallique liquide (12) est transférée par l'intermédiaire d'une poche à bec au convertisseur AOD (19). L'addition de ferro-nickel liquide en poche (18) se fait dans le dit convertisseur (19) au cours de l'élaboration de la nuance d'acier inoxydable demandée par le marché (20). L'acier élaboré à l'état liquide dans le dit convertisseur (19) est coulé en poche pour être solidifié dans un équipement de type coulée continue (22) pour produire les barres ou les brames (21) ou dans des lingotières (22) pour produire des lingots (21) formes demandées par le marché (20). La partie restante du laitier (13), issue du traitement du laitier (10) par modification et ajustement de la composition dans le réacteur métallurgique (11) devient un produit qui, en fonction des compositions réalisées, est valorisable dans l'industrie du ciment sous forme de liant hydraulique (16) ou dans les travaux publics sous forme d'agrégat (17) pour les bétons, les terrassements et les revêtements routiers. REVENDICATIONS1) Un ensemble d'équipements pour la fabrication de barres, de brames et de lingots d'acier inoxydable caractérisé par ce qu'il est constitué au minimum d'un four de traitement du laitier de fabrication de ferro-alliage qui produit un métal ferreux, d'un convertisseur de type AOD et d'un équipement de mise en forme pour barres, brames ou lingots . 2) Un ensemble d'équipements pour la fabrication de barres, de brames et de lingots d'acier inoxydable caractérisé par ce qu'il est constitué au minimum d'un four de traitement du laitier de fabrication de ferro-alliage qui produit un métal ferreux, d'un dégazage en poche de type VOD et d'un équipement de mise en forme pour barres, brames ou lingots .. 3) Un ensemble d'équipements selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les matières premières essentielles, ferro-alliage et laitier, qui y sont utilisées, proviennent d'une unité de production de ferro-alliage. 4) Un ensemble d'équipement selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les matières premières essentielles sont fournies et maintenues à l'état liquide de la sortie d'une unité de production de ferro-alliage jusqu'à la phase de solidification de l'acier inoxydable produit. 5) Un ensemble d'équipement selon les revendications let 2 caractérisé par le fait que le four de traitement du laitier de ferro-alliage produit un mélange d'oxydes valorisable 20 dans les industries du ciment, des travaux publics et des travaux routiers. 6) Un ensemble d'équipement selon les revendications let 2 caractérisé par le fait que les fumées du four de traitement du laitier de production de ferro-alliage sont traitées pour produire un composé sulfuré. 7) Utilisation de l'ensemble d'équipements selon les revendications 1 à 6 pour réaliser 25 les opérations thermiques et métallurgiques en vue de produire des barres, des brames et des lingots en acier inoxydable et un mélange d'oxydes utilisable dans les industries du ciment, des travaux publics et des travaux routiers.