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"PROCEDE ET INSTALLATION POUR L'ELABORATION DE L'ACIER PAR CON-
VERSION".
La présente invention est relative à un procédé d'élabora- tion de l'acier par conversion de fer impur en fusion, dans le- quel on souffle à travers le bain pendant toute la durée de la conversion un mélange oxycarbonique à base d'oxygène et d'anhy- dride carbonique, dont le rapport m du nombre de môles des gaz à dissociation endothermique au nombre de môles d'oxygène libre dans le mélange avant dissociation est au moins égal à 1.
On sait que certaines des conditions particulières dans lec quelles on effectue normalement la conversion de la fonte en acier d'une composition déterminée, par soufflage d'air ou d'ai enrichi en oxygène, peuvent varier d'une aciérie à l'autre mais dans chaque aciérie, on sait, par la pratique courante, comment il faut constituer la charge pour que, en fin de conversion au moyen d'air de teneur a en oxygène, le bain atteigne la tempéra ture optimum de coulée, au moment même où l'acier atteint la
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composition désirée.
Pour atteindre cet objectif, l'opérateur règle judicieusement l'ensemble des caractéristiques physiques et chimiques de la charge, à savoir la température d'enfourne- ment, la composition chimique des constituants, la nature et le poids par tonne de fonte des additions telles que mitrailles froides, fer sous forme d'oxydes de fer de composition moyenne Fe 0 , chaux, etc. Une conversion ainsi réglée est dénommée conversion normale.
Les conversions normales à l'air, ou à l'air enrichi en oxy= gène, procurent de l'acier qui contient plus d'azote qu'un bon acier Martin.
Pour réduire la teneur en azote d'un acier Bessemer, le de- mandeur a proposé antérieurement de remplacer le soufflage à l'air ou à l'air enrichi en oxygène par un soufflage au moyen d'un mélange oxycarbonique à base d'oxygène et d'anhydride car- bonique. Il a crû qu'en effectuant tout le soufflage au moyen d'un mélange ayant le même pouvoir thermogène que l'air atmos- phérique et qui pourrait être appelé "mélange iso-air", on pour rait obtenir facilement de l'acier à la température optimum de coulée au moment où la composition désirée serait atteinte. Il s'est rendu compte de ce que par un soufflage au moyen d'un mé- lange oxycarbonique iso-air, les tuyères d'insufflation seraient rapidement détruites et devraient être remplacées à une caden- ce telle que la marche normale de l'aciérie en serait compromi- se.
Il en a conclu qu'en rendant le mélange suffisamment moins thermogène que l'air pour éviter la destruction rapide des tuyères, la température finale du bain ne serait plus suffisan- te pour permettre la coulée dans les conditions optima.
La présente invention a comme objet un procédé qui évite cet inconvénient et qui cependant ne donne pas lieu à une des- truction rapide des tuyères d'insufflation et ne nécessite pas une modification de la valeur de m en cours de soufflage.
Suivant l'invention, on utilise une charge dont l'ensemble
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des caractéristiques physiques et/ou chimiques est tel que, par rapport à une charge qui serait à utiliser pour réaliser une con- version normale par soufflage à l'air de concentration a en oxy- gène, elle ait apporté, en fin de conversion, une quantité de chaleur supplémentaire suffisante pour compenser le mali calori- fique à résulter de l'emploi, pour le soufflage, du mélange oxy- carbonique susdit, au 'lieu de l'air de concentration a en oxygè- ne. De préférence, on utilise un mélange oxycarbonique dans le- quel la teneur en azote est inférieure à 5 % de la teneur en an- hydride carbonique.
En d'autres termes, on utilise une charge physiquement et/ou chimiquement plus chaude que la charge normale pour conversion à l'air, on effectue le soufflage à l'aide d'un mélange oxycarbo- nique de rapport m supérieur à 1 et on compense le mali calorifi- que qui résulte de ce soufflage par le boni dû à la composition et/ou à la température d'enfournement de la charge.
En plus d'une augmentation de la température d'enfournement, on peut notamment augmenter la teneur en silicium de la fonte traitée ou réduire le poids des additions telles que mitrailles froides, oxydes de fer, chaux, lesquelles additions freinent l'élévation de température. Dans le cas d'un traitement Besse- mer basique, on peut aussi augmenter la teneur en phosphore en même temps que celle en silicium ou au lieu de celle en silicium.
Pour déterminer les variations des teneurs en silicium, phosphore, mitrailles froides, etc., qui s'imposent, on peut ti- rer parti des considérations suivantes :
La chaleur absorbée par le mélange oxycarbonique est, par approximativement 25 +139 x + 36 m môle d'oxygène actif incorporée dans le bain, de 25+139 x + 36/2 + X m calories. Dans cette expression, x désigne le nombre de môles d'anhydride carbonique(et ;éventuellement d'eau) qui sont effec- tivement dissociées sur les m môles d'anhydride carbonique (et éventuellement d'eau) qui, dans le mélange oxycarbonique utilisé accompagnent chaque môle d'oxygène libre.
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La valeur du rapport 1 dépend de nombreux facteurs et peut varier au cours de la conversion. La valeur moyenne, pour l'en- semble d'une conversion, du coefficient de dissociation x peut être déterminée expérimentalement. A cet effet, on choisit pour x, une valeur X quelconque (de préférence, plus grande que la valeur probable réelle, x, correspondant aux conditions de tra- vail envisagées).
On introduit cette valeur X dans l'expression donnant la chaleur d'échauffement par môle et on en déduit, par la méthode indiquée ci-après, et eu égard à la valeur Xdu coef- ficient de dissociation, la valeur des corrections à apporter à la constitution d'une charge normale pour conversion à l'air, en vue de réaliser une conversion correcte par le mélange 0 + m CO On effectue alors la conversion exactement dans les conditions pour lesquelles on désire connaître la valeur moyenne réelle du coefficient de dissociation. Au moment où le bain métallique atteint la composition désirée, on arrête le soufflage et on me- sure la température du bain.
Si on appelle t l'excès, en degrés centigrades, de la température ainsi mesurée sur la température optimum à réaliser en conversion normale (t est positif si la température mesurée est supérieure à la température optimum sou- haitée et négatif dans le cas contraire), on trouve la valeur moyenne réelle x du coefficient de dissociation pour les condi- tions de travail envisagées, en résolvant l'équation :
25 + 139 x + 36 m - 25 + 139 X + 36 m 150 t 2 + x 2 + X - T dans laquelle T est le nombre de môles d'oxygène actif intro- duit dans le bain pour effectuer la conversion d'une tonne de fonte.
Le mali calorifique résultant de la substitution du mélan- ge oxycarbonique à l'air enrichi ou non, de concentration a en oxygène, utilisé dans la conversion normale peut, pour les T môles d'oxygène incorporées au bain pendant le soufflage sui- vant l'invention, s'exprimer par T (25+ 139 x + 36 m/2 + x - 12/a) calories.
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Ce mali calorifique doit être au maximum égal au boni calo- rifique à résulter, en fin de conversion, d'une part, d'une tem- pérature d'enfournement de la fonte différente de la température d'enfournement pour une conversion normale et, d'autre part, des différences de constitutions chimique et physique existant entre la charge utilisée pour réaliser la conversion suivant l'inven- tion et une charge normale à utiliser pour une conversion norma- le par de l'air de concentration a en oxygène.
Avant de déterminer la façon de créer le boni, il peut être utile de définir les notations qui vont être utilisées dans la détermination du boni.
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Désignons par [six, [P]., [Mn, [Cln' fn, rn et kn les te- neurs,exprimées en grammes par tonne de fonte enfournée, d'une charge normale pour conversion normale, respectivement en sili- cium, en phosphore, en manganèse, en carbone, en mitrailles froi des, en fer à l'état d'oxydes de fer (de composition moyenne Fe 0 ) et en chaux. Ces teneurs tiennent compte des quantités de ces substances qui sont introduites dans la change aussi bien pendant la réalisation de la conversion qu'avant le commencement de celle-ci. Désignons par tn la température d'enfournement de la fonte, exprimée en degrés centrigrades, et supposons que les mitrailles froides, les oxydes de fer et la chaux se trouvent à la température ambiante au moment où on les enfourne.
Désignons par (c)f et (p)f les teneurs respectivement en carbone- et en phosphore, exprimées en grammes par tonne de mé- tal, que le bain contient en fin de conversion normale. Appelez tf la température optimum de coulée atteinte en conversion norme. le au moment où le bain atteint ,sa composition finale désirée, cette température étant exprimée en degrés centigrades.
Désignons par (Si)m, (P)m,(Mn)m, (C)m,' fm, rm et km les te- neurs, exprimées en grammes par tonne de fonte, d'une charge de composition modifiée pour la conversion par le procédé suivant l'invention, respectivement en silicium, en manganèse, en car-
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bone, en phosphore, en mitrailles froides, en fer à l'état d'oxy- des de fer (de composition moyenne Fe 0 ) et en chaux. Désignons par tm la température d'enfournement de la fonte pour cette con- version par le procédé suivant l'invention, cette température étant exprimée en degrés centigrades.
Rappelons que T désigne le nombre de môles d'oxygène actif nécessaire à l'affinage d'une tonne de fonte depuis le début de la conversion jusqu'à l'obtention de la composition finale du bain.
Dans ce nombre T, il faut comprendre les môles d'oxygène nécessaire à la scorification d'une certaine quantité de fer. E pratique, on admettra que pour toutes les conversions envisagées c'est-à-dire aussi bien pour la conversion suivant l'invention que pour la conversion normale de référence, la quantité de fer scorifiée par tonne de fonte de la charge reste la même, de sor- te qu'on n'a pas à tenir autrement compte de cette scorification pour la comparaison des bilans calorifiques.
T doit comprendre également les môles d'oxygène qui sont absorbées par la combustion du manganèse et du carbone. Dans les calculs des bilans calorifiques, conformément à la coutume, on n'explicitera pas l'effet thermogène de l'oxydation de ces éléments.
Désignons par s, p, f, r et k les poids exprimés en gramme par tonne de fonte dans le/charge, respectivement de silicium, de phosphore, de mitrailles froides, de fer sous forme d'oxydes de fer (de composition moyenne Fe203) et de chaux dont la charge modifiée diffère par rapport aux poids de ces mêmes éléments par tonne de fonte dans la charge utilisée en conversion norma- le. On a donc [SI. (Si)n = s, (P)m - (P)n = p, fm - fn = f, rm - rn = r, km - kn = k.
Le boni calorifique résultant de la combustion des complé- ments s et p de silicium et de phosphore, des modifications des poids de mitrailles, d'oxydes de fer et de chaux enfournés et
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de la modification de la température d'enfournement est, par ton- ne de fonte, la somme algébrique des quantités de chaleur suivan- tes exprimées en calories :
1 - une quantité d'environ + 5,5 s calories, provenant de l'augmentation s de la teneur en silicium.
2 - une quantité d'environ + 3,5 p calories provenant, dans le cas d'une conversion Bessemer basique, de l'augmentation p de la teneur en phosphore.
3 - une quantité d'environ - 0,32 f calories provenant de l'absorption de chaleur par l'augmentation f du poids de mitrail- les.
4 - une quantité d'environ - 1,75 r calories provenant de l'augmentation r du poids de fer incorporé sous forme d'oxydes de fer de composition moyenne Fe203.
5 - une quantité d'environ - 0,5 k calories provenant, dans le cas d'une conversion Bessemer basique, de l'augmentation k du poids de chaux.
6 - une quantité d'environ 150 (tm - tn) calories provenant de la modification de la température d'enfournement de la fonte.
Les paramètres s, p, f, r et k peuvent être positifs, nuls ou négatifs, suivant que les quantités de silicium, de phosphore, de mitrailles froides, d'oxydes de fer ou de chaux, que contient la charge traitée suivant l'invention sont supérieures, égales ou inférieures aux quantités de ces mêmes éléments dans la char- ge qui serait utilisée pour une conversion normale par l'air de concentration a en oxygène.
La condition à satisfaire pour que, dans le procédé par soufflage à l'aide d'un mélange oxycarbonique suivant l'inven- tion, à identité de composition finale du bain, celui-ci at- teigne une température au moins égale à celle réalisée dans la conversion normale de référence, est que T (25 + 139 x +/2 + x 36 m - 12/a) # 5,5 s + 3,5 p - 0,32 f - 1,75 r 2 + - 0,5 k + 150 (tm - tn)
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On peut déduire facilement de cette relation les valeurs à donner aux paramètres s, p, f, r, k et tm pour réaliser à coup sûr, la température optimum de coulée au moment où on atteint la composition finale désirée du bain et cela sans que les tuyères de soufflage se détruisent rapidement et sans avoir à modifier m en cours de -soufflage.
Une variante avantageuse du procédé suivant l'invention con- siste dans l'élaboration d'acier à partir de fontes plus riches en silicium que les fontes normalement utilisées dans les con- versions Bessemer basiques.
On sait que dans les aciéries Thomas (Bessemer basique), la bonne pratique consiste à utiliser des fontes à teneur en si- licium aussi faible que possible et, de préférence, au maximum de 0,4 %. Si les fontes venant du haut-fourneau ont une teneur plus élevée en silicium, il est devenu de pratique courante d'ab ser, avant conversion, la teneur en silicium de la fonte par un traitement préliminaire tel que le traitement de la fonte par une addition oxydante (par exemple, traitement de désulfuration par un composé de soude) ou par un court soufflage à l'air ou à l'oxy gène avant versement dans le mélangeur qui alimente le convertis- seur.
Suivant l'invention, dans le cas d'une conversion par un mélange O2 + m CO2, d'indice m# 1, au lieu de réduire la teneur en silicium de la fonte, on la fixe à une valeur supérieure à celle adoptée couramment pour la conversion normale à l'air at- mosphérique, la valeur adoptée étant au moins égale à 0,5 % et, de préférence, de l'ordre de 0,7 .
Dans cette variante, le rapport m est compris entre 1 et 2 et est, de préférence, voisin de 1,2.
Il est bien entendu que la teneur minimum en silicium de 0,5 % du poids de fonte contenue dans la charge s'applique non seulement au silicium que la fonte contient initialement en ve- nant du haut-fourneau ou du mélangeur mais également au silicium
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ajouté à un stade quelconque de l'opération, soit avant, soit après l'enfournement.
La teneur en azote du bain métallique à la fin de la con- version dépend notamment de la pureté du mélange oxycarbonique employé. Pour obtenir un acier contenant moins de 0,005 % d'azote, on peut employer pendant toute la conversion un mélan- ge oxycarbonique dans lequel la teneur en azote est au maximum égale à 5 % de la teneur en anhydride carbonique.
Si on veut obtenir une teneur finale en azote inférieure à 0,003 %, il faut que la teneur en azote du mélange oxycarboni- que ne dépasse pas 3 % de la teneur en anhydride carbonique, tout au moins à la fin de l'opération de conversion. En parti- culier, dans le cas d'une fonte phosphoreuse, on doit alors em- ployer ce mélange tout au moins pendant toute la phase de déphos phoration.
On évite ainsi que la teneur en azote du bain qui aurait été amenée à une valeur faible lors du soufflage au moyen du mé- lange oxycarbonique pendant que le bain contenait encore une assez forte proportion de carbone puisse remonter à une valeur plus forte après la phase de décarburation.
Lorsqu'on utilise pour l'opération de conversion un mélan- ge oxycarbonique dont la teneur en azote est très faible, par exemple au maximum égale à 3 % de la teneur en anhydride carbo- nique, il n'est pas indispensable d'utiliser un mélange oxycar- bonique aussi pauvre en azote depuis le début du procédé de conversion suivant l'invention, pour obtenir finalement un acier d'une teneur en azote inférieure à 0,003 %. On peut, par exem- toute la première phase de l'affinage y compris ple, utiliser, pendant/la période de décarburation active du bain, c'est-à-dire aussi longtemps que la teneur en carbone est encore au moins de 0,3 %, un mélange oxycarbonique dont la te- neur en azote peut aller jusqu'à 10 % de la teneur en anhydride carbonique.
Il est à remarquer que dans ce cas, la réduction de la te-
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neur en azote du mélange oxycarbonique en fin de conversion est obtenue par substitution d'un mélange à un autre, ce qu'on réa- lise par l'ouverture d'une vanne laissant passer le mélange le plus pauvre en azote et fermeture de la vanne qui laissait pas- ser le mélange moins pauvre en azote pendant la première partie du soufflage oxycarbonique. Cette façon d'opérer n'a donc rien de commun avec la variation de la teneur en oxygène du mélange oxycarbonique pendant le soufflage oxycarbonique, par variation de la section de l'orifice de la vanne laissant passer l'oxygène ou de celui laissant passer l'anhydride carbonique, variation que le demandeur avait crû antérieurement être apte à contrôler la conversion en cours.
D'une manière générale, il est avantageux d'utiliser un mélange oxycarbonique dont la teneur en impuretés est, pour l'en- semble des impuretés, égale au maximum à 10 % de la teneur en anhydride carbonique. Si on veut obtenir un acier pauvre en hy- drogène, le rapport du nombre de môles de vapeur d'eau au nom- bre de môles d'anhydride carbonique doit être au maximum égal à 1 10'
Pour éviter des projections violentes au cours du souf- flage, on coordonne la section des tuyères, leur nombre, la près sion d'insufflation et la hauteur du bain de telle manière que le débit moyen d'oxygène réactif, incorporé au bain, ne dépas- se pas 750 môles par tonne de métal et par minute et, de pré- férence, soit, tout au moins pendant la période de décarbura- tion du bain, de l'ordre de 500 môles par tonne de métal et par minute.
Une installation convenant pour la réalisation du procédé suivant l'invention est représentée en coupe verticale au des- sin annexé.
Dans ce dessin, on a représenté un convertisseur 2 dont le fond 3 est équipé d'un certain nombre de tuyères 4 servant à l'insufflation du mélange oxycarbonique grâce auquel la conver-
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sion suivant l'invention est effectuée. Ces tuyères sont ali- mentées par une conduite 5 en communication avec deux autres con- est duites 6 et 7 pourvues chacune d'une vanne 8. La conduite 7/en communication avec une source d'un mélange oxycarbonique dont la teneur en azote est au maximum égale à 3 % de la teneur en an- hydride carbonique tandis que la conduite 6 est en communication avec une source d'un mélange oxycarbonique dont la teneur en azote est plus forte sans dépasser 10 % de la teneur en anhydri- de carbonique.
On peut donc, grâce à cette installation, réaliser de l'a- cier dont la teneur en azote est inférieure à 0,003 si on-fer- progressivement me/la vanne 8 de la conduite 6 avant que la teneur en carbone pendant soit tombée en dessous de 0,3 %/@t qu'on ouvre @ la vanne 8 de la conduite 7.
Dans la coordination des éléments qui déterminent le débit de gaz insufflé, on choisit avantageusement pour les tuyères 4 une section de passage totale comprise entre 8 et 15 centimètres carrés et, de préférence, de l'ordre de 12 centimètres carrés par tonne de fonte chargée dans le convertisseur et on adopte pour les autres éléments les valeurs qui conviennent pour assurer le débit susdit avec cette section de passage.
En pratique, on a avantage à conduire le soufflage de maniè- re que sa durée totale soit au minimum de cinq minutes et soit, de préférence, comprise entre six et dix minutes.
Il est avantageux que le diamètre des trous individuels des tuyères 4 ne dépasse pas 12 à 13 mm. de manière à assurer une ab- sorption aussi complète que possible de l'oxygène et sa réparti- tion aussi uniforme que possible dans toute l'étendue du bain, ce qui réduit au minimum les pertes par scorification du fer et évi- te une oxydation excessive du bain à la fin de la conversion.
Ce diamètre est avantageusement compris entre environ 8 et envi- ron 13 millimètres.
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"PROCESS AND INSTALLATION FOR THE PREPARATION OF STEEL BY CON-
VERSION".
The present invention relates to a process for the production of steel by converting impure molten iron, in which an oxycarbon mixture based on oxygen is blown through the bath throughout the duration of the conversion. and carbon dioxide, the ratio m of the number of moles of the endothermically dissociating gases to the number of moles of free oxygen in the mixture before dissociation is at least equal to 1.
It is known that some of the particular conditions under which the conversion of cast iron into steel of a determined composition, by blowing with air or with oxygen enriched ai, is normally carried out, may vary from one steel plant to another but in each steelworks, we know, from current practice, how it is necessary to constitute the charge so that, at the end of the conversion by means of air with an oxygen content a, the bath reaches the optimum casting temperature, at the very moment when the steel reaches the
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desired composition.
To achieve this objective, the operator judiciously adjusts all the physical and chemical characteristics of the load, namely the charging temperature, the chemical composition of the constituents, the nature and the weight per tonne of cast iron of additions such as than cold scrap, iron in the form of iron oxides of medium Fe 0 composition, lime, etc. A conversion thus set is called a normal conversion.
Normal conversions to air, or oxygen enriched air, provide steel that contains more nitrogen than a good Martin steel.
In order to reduce the nitrogen content of a Bessemer steel, the applicant previously proposed to replace blowing with air or with oxygen enriched air by blowing using an oxycarbonic mixture based on oxygen. and carbonic anhydride. He believed that by carrying out all the blowing by means of a mixture having the same thermogenic power as atmospheric air and which could be called "iso-air mixture", it would be possible to easily obtain steel to. the optimum pouring temperature at the time when the desired composition is reached. He realized that by blowing with an iso-air carbon dioxide mixture, the insufflation nozzles would be quickly destroyed and would have to be replaced at such a rate as the normal operation of the air. steelworks would be compromised.
He concluded that by making the mixture sufficiently less thermogenic than air to prevent rapid destruction of the tuyeres, the final temperature of the bath would no longer be sufficient to allow casting under optimum conditions.
The object of the present invention is a method which avoids this drawback and which, however, does not give rise to rapid destruction of the insufflation nozzles and does not require a modification of the value of m during blowing.
According to the invention, a load is used, the assembly of which
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of the physical and / or chemical characteristics is such that, with respect to a filler which would be to be used for carrying out a normal conversion by blowing in air of oxygen concentration α, it has brought, at the end of the conversion, an additional amount of heat sufficient to compensate for the heat loss resulting from the use, for the blowing, of the aforesaid carbon dioxide mixture instead of the oxygen concentrating air. Preferably, an oxycarbonic mixture is used in which the nitrogen content is less than 5% of the carbon dioxide content.
In other words, a charge that is physically and / or chemically hotter than the normal charge is used for conversion to air, the blowing is carried out using an oxy-carbon mixture of ratio m greater than 1 and the calorific loss which results from this blowing is compensated by the bonus due to the composition and / or to the temperature in which the load is placed in the oven.
In addition to an increase in the charging temperature, it is in particular possible to increase the silicon content of the treated cast iron or reduce the weight of additions such as cold scrap, iron oxides, lime, which additions slow down the temperature rise. . In the case of a basic Besse-mer treatment, it is also possible to increase the phosphorus content at the same time as that of silicon or instead of that of silicon.
To determine the variations in silicon, phosphorus, cold scrap metal, etc., which are necessary, we can take advantage of the following considerations:
The heat absorbed by the carbon dioxide mixture is, per approximately 25 +139 x + 36 mole of active oxygen incorporated in the bath, 25 + 139 x + 36/2 + X m calories. In this expression, x denotes the number of moles of carbon dioxide (and; optionally of water) which are effectively dissociated from the moles of carbon dioxide (and optionally of water) which, in the oxycarbonic mixture used accompany each mole with free oxygen.
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The value of the ratio 1 depends on many factors and may vary during the conversion. The mean value, for a whole conversion, of the dissociation coefficient x can be determined experimentally. For this purpose, an arbitrary value X is chosen for x (preferably greater than the real probable value, x, corresponding to the working conditions envisaged).
This value X is introduced into the expression giving the heat of heating per mole and one deduces therefrom, by the method indicated below, and having regard to the value X of the dissociation coefficient, the value of the corrections to be made to the constitution of a normal load for conversion in air, with a view to carrying out a correct conversion by the mixture of 0 + m CO The conversion is then carried out exactly under the conditions for which it is desired to know the real average value of the dissociation coefficient . When the metal bath reaches the desired composition, the blowing is stopped and the temperature of the bath is measured.
If we call t the excess, in degrees centigrade, of the temperature thus measured over the optimum temperature to be achieved in normal conversion (t is positive if the measured temperature is greater than the desired optimum temperature and negative otherwise) , we find the real mean value x of the dissociation coefficient for the envisaged working conditions, by solving the equation:
25 + 139 x + 36 m - 25 + 139 X + 36 m 150 t 2 + x 2 + X - T where T is the number of moles of active oxygen introduced into the bath to effect the conversion of a ton of cast iron.
The calorific mali resulting from the substitution of the oxycarbonic mixture for enriched air or not, of concentration a in oxygen, used in the normal conversion can, for the T mol of oxygen incorporated in the bath during the following blowing l invention, to be expressed by T (25+ 139 x + 36 m / 2 + x - 12 / a) calories.
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This calorific loss must be at most equal to the calorific surplus to result, at the end of the conversion, on the one hand, from a temperature of charging of the cast iron different from the temperature of charging for normal conversion and , on the other hand, differences in chemical and physical constitutions existing between the feed used to carry out the conversion according to the invention and a normal feed to be used for a normal conversion by air of concentration α into oxygen. .
Before determining how to create the bonus, it may be helpful to define the ratings that will be used in determining the bonus.
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Let us denote by [six, [P]., [Mn, [Cln 'fn, rn and kn the contents, expressed in grams per tonne of cast iron loaded, of a normal load for normal conversion, respectively in silicon, in phosphorus, in manganese, in carbon, in cold scrap, in iron in the state of iron oxides (of average composition Fe 0) and in lime. These contents take into account the quantities of these substances which are introduced into the exchange both during the performance of the conversion and before the start of the latter. Let us denote by tn the temperature in which the cast iron is placed, expressed in degrees centigrade, and suppose that the cold scrap metal, the iron oxides and the lime are at ambient temperature when they are placed in the oven.
Let us denote by (c) f and (p) f the carbon and phosphorus contents, respectively, expressed in grams per tonne of metal, which the bath contains at the end of normal conversion. Call tf the optimum casting temperature reached in standard conversion. the at the time when the bath reaches its desired final composition, this temperature being expressed in degrees centigrade.
Let us denote by (Si) m, (P) m, (Mn) m, (C) m, 'fm, rm and km the contents, expressed in grams per tonne of cast iron, of a load of composition modified for the conversion by the process according to the invention, respectively in silicon, in manganese, in carbon
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bone, phosphorus, cold scrap, iron in the state of iron oxides (of average composition Fe 0) and lime. Let us denote by tm the temperature at which the cast iron is placed for this conversion by the process according to the invention, this temperature being expressed in degrees centigrade.
Let us recall that T denotes the number of moles of active oxygen necessary for the refining of a ton of cast iron from the start of the conversion until the final composition of the bath is obtained.
In this number T, it is necessary to include / understand the moles of oxygen necessary for the slagging of a certain quantity of iron. In practice, it will be admitted that for all the conversions envisaged, that is to say both for the conversion according to the invention and for the normal reference conversion, the quantity of slagged iron per tonne of cast iron of the charge remains the same , so that this slagging does not have to be taken into account otherwise for the comparison of the calorific balances.
T must also include the oxygen moles which are absorbed by the combustion of manganese and carbon. In the calculations of the heat balances, in accordance with custom, the thermogenic effect of the oxidation of these elements will not be explained.
Let s, p, f, r and k denote the weights expressed in grams per tonne of cast iron in the / charge, respectively of silicon, phosphorus, cold scrap, iron in the form of iron oxides (of average composition Fe203 ) and lime, the modified load of which differs from the weights of these same elements per tonne of cast iron in the load used in normal conversion. We therefore have [IF. (If) n = s, (P) m - (P) n = p, fm - fn = f, rm - rn = r, km - kn = k.
The calorific bonus resulting from the combustion of supplements and p of silicon and phosphorus, modifications of the weights of grape shot, iron oxides and lime charged and
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of the modification of the charging temperature is, per ton of cast iron, the algebraic sum of the following quantities of heat expressed in calories:
1 - an amount of approximately + 5.5 s calories, resulting from the increase s in silicon content.
2 - an amount of approximately + 3.5 p calories originating, in the case of a basic Bessemer conversion, from the increase p in the phosphorus content.
3 - an amount of about - 0.32 f calories from heat absorption by increasing the weight of the guns.
4 - an amount of approximately - 1.75 r calories from the increase r in the weight of iron incorporated in the form of iron oxides of average composition Fe 2 O 3.
- an amount of about - 0.5 k calories resulting, in the case of a basic Bessemer conversion, from the increase k in the weight of lime.
6 - a quantity of approximately 150 (tm - tn) calories resulting from the modification of the temperature of the charging of the cast iron.
The parameters s, p, f, r and k can be positive, zero or negative, depending on whether the quantities of silicon, phosphorus, cold scrap, iron oxides or lime, contained in the charge treated according to the of the invention are greater, equal or less than the amounts of these same elements in the charge which would be used for normal conversion by air of concentration α to oxygen.
The condition to be satisfied so that, in the process by blowing using an oxycarbon mixture according to the invention, having the same final composition of the bath, the latter reaches a temperature at least equal to that achieved. in the normal reference conversion, is that T (25 + 139 x + / 2 + x 36 m - 12 / a) # 5.5 s + 3.5 p - 0.32 f - 1.75 r 2 + - 0.5 k + 150 (tm - tn)
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The values to be given to the parameters s, p, f, r, k and tm can easily be deduced from this relationship in order to achieve with certainty the optimum casting temperature at the moment when the desired final composition of the bath is reached and this without the blowing nozzles are destroyed quickly and without having to modify m during blowing.
An advantageous variant of the process according to the invention consists in the production of steel from cast irons richer in silicon than the irons normally used in basic Bessemer conversions.
It is known that in Thomas (Bessemer basic) steelworks it is good practice to use cast irons with as low a silicon content as possible and preferably at most 0.4%. If the cast iron from the blast furnace has a higher silicon content, it has become common practice to reduce, before conversion, the silicon content of the pig iron by a preliminary treatment such as the treatment of the pig iron with a oxidizing addition (for example, desulfurization treatment with a sodium hydroxide compound) or by a short blowing with air or with oxygen before pouring into the mixer which feeds the converter.
According to the invention, in the case of a conversion by an O2 + m CO2 mixture, of index m # 1, instead of reducing the silicon content of the cast iron, it is fixed at a value greater than that currently adopted. for the normal conversion in atmospheric air, the value adopted being at least equal to 0.5% and, preferably, of the order of 0.7.
In this variant, the ratio m is between 1 and 2 and is preferably close to 1.2.
It is understood that the minimum silicon content of 0.5% of the weight of cast iron contained in the charge applies not only to the silicon that the cast iron initially contains when coming from the blast furnace or the mixer, but also to the silicon.
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added at any stage of the operation, either before or after charging.
The nitrogen content of the metal bath at the end of the conversion depends in particular on the purity of the oxycarbon mixture employed. In order to obtain a steel containing less than 0.005% nitrogen, an oxycarbonic mixture can be used throughout the conversion in which the nitrogen content is at most equal to 5% of the carbon dioxide content.
If it is desired to obtain a final nitrogen content of less than 0.003%, the nitrogen content of the oxycarbonic mixture must not exceed 3% of the carbon dioxide content, at least at the end of the conversion operation. . In particular, in the case of phosphorous cast iron, this mixture must then be used at least during the entire dephos phoration phase.
This prevents the nitrogen content of the bath which would have been brought to a low value during the blowing by means of the oxycarbonic mixture while the bath still contained a sufficiently high proportion of carbon from being able to rise to a higher value after the phase. of decarburization.
When an oxycarbonic mixture of which the nitrogen content is very low, for example equal to a maximum of 3% of the carbon anhydride content, is used for the conversion operation, it is not essential to use an oxycarbonic mixture which is also poor in nitrogen since the start of the conversion process according to the invention, in order to finally obtain a steel with a nitrogen content of less than 0.003%. One can, for example, the whole first phase of the refining including the ple, use, during / the period of active decarburization of the bath, that is to say as long as the carbon content is still at least 0 , 3%, an oxycarbonic mixture of which the nitrogen content can be up to 10% of the carbon dioxide content.
It should be noted that in this case the reduction of the te-
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The nitrogen level of the oxycarbonic mixture at the end of the conversion is obtained by substituting one mixture for another, which is achieved by opening a valve allowing the mixture which is poorest in nitrogen to pass through and closing the valve which allowed the less nitrogen-poor mixture to pass through during the first part of the carbon dioxide blowing. This way of operating therefore has nothing in common with the variation of the oxygen content of the oxycarbonic mixture during the oxycarbonic blowing, by variation of the section of the orifice of the valve allowing the oxygen to pass or of that allowing the passage to pass. carbon dioxide, a variation that the applicant had previously believed to be able to control the conversion in progress.
In general, it is advantageous to use an oxycarbonic mixture in which the impurity content is, for all the impurities, equal to a maximum of 10% of the carbon dioxide content. If we want to obtain a steel poor in hydrogen, the ratio of the number of moles of water vapor to the number of moles of carbon dioxide must be at most equal to 1 10 '
To avoid violent projections during blowing, the section of the nozzles, their number, the insufflation pressure and the height of the bath are coordinated in such a way that the average flow rate of reactive oxygen, incorporated in the bath, does not not exceed 750 moles per tonne of metal and per minute and, preferably, that is, at least during the decarburization period of the bath, of the order of 500 moles per tonne of metal per minute.
An installation suitable for carrying out the process according to the invention is shown in vertical section in the accompanying drawing.
In this drawing, there is shown a converter 2, the bottom 3 of which is equipped with a certain number of nozzles 4 serving for blowing the oxycarbonic mixture through which the conversion.
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Zion according to the invention is carried out. These nozzles are supplied by a pipe 5 in communication with two other pipes 6 and 7 each provided with a valve 8. The pipe 7 / in communication with a source of an oxycarbon mixture of which the nitrogen content is at most equal to 3% of the carbon dioxide content while line 6 is in communication with a source of an oxycarbonic mixture the nitrogen content of which is greater without exceeding 10% of the carbon dioxide content .
It is therefore possible, thanks to this installation, to produce steel with a nitrogen content of less than 0.003 if the valve 8 of line 6 is gradually closed before the during carbon content has fallen to below 0.3% / @ t that @ valve 8 of line 7 is opened.
In the coordination of the elements which determine the flow of gas blown in, one chooses advantageously for the nozzles 4 a total passage section of between 8 and 15 square centimeters and, preferably, of the order of 12 square centimeters per tonne of loaded cast iron. in the converter and the values suitable for ensuring the aforesaid flow rate with this passage section are adopted for the other elements.
In practice, it is advantageous to carry out the blowing so that its total duration is at least five minutes and is preferably between six and ten minutes.
It is advantageous that the diameter of the individual holes of the nozzles 4 does not exceed 12 to 13 mm. so as to ensure as complete absorption as possible of the oxygen and its distribution as uniform as possible over the entire extent of the bath, which minimizes losses by slagging of iron and avoids oxidation excessive bathing at the end of the conversion.
This diameter is advantageously between about 8 and about 13 millimeters.