CA1233646A - Procede de purification des metaux par insufflation - Google Patents
Procede de purification des metaux par insufflationInfo
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- CA1233646A CA1233646A CA000476079A CA476079A CA1233646A CA 1233646 A CA1233646 A CA 1233646A CA 000476079 A CA000476079 A CA 000476079A CA 476079 A CA476079 A CA 476079A CA 1233646 A CA1233646 A CA 1233646A
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'affinage de la fonte par le fond dans lequel on injecte, dans le bain de métal en fusion, en gaz oxydant et, pendant la dernière période de l'affinage, un mélange de gaz oxydant et de gaz inerte. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait varier la teneur x du mélange en gaz inerte suivant une loi correspondant à une courbe de dilution du gaz oxydant qui est située dans une zone déterminée par deux courbes enveloppes, à savoir une première courbe de dilution maximale définie par les portions de droites: x = - 766,7%C + 168,7 pour 0,16<%C<0, 22 x = - 550%C + 134 pour 0,1<%C<0,16 x = - 2330%C + 102 pour %C<0,1, tandis que la seconde courbe de dilution minimale est définie par les portions de droites: x = - 1500%C + 255 pour 0, 014<%C<0,17 x = - 400%C + 101 pour 0,1<%C<0,114 x = - 230%C + 84 pour 0, 05<%C<0,1 x = - 72,5 pour <%C<0,5. Ce procédé permet d'obtenir des aciers doux et extradoux au convertisseur présentant des teneurs en oxygène dissous inférieures à 200 ppm dans le cas des aciers doux (0,08<%C<0,03) et inférieures à 300 ppm dans le cas des aciers extra doux (%C<0,035).
Description
La presente invention concerne un procéde d'affinage de la fonte dans lequel on injecte un gaz oxydant, par exemple de l'oxyg~ne industriellement pur, pour eliminer les impuretes oxydables, telles que le carbone, et plus particuli~rement les procedes dans lesquels tout ou partie du gaz ox~dant est injecte sous la surface du metal en fusion~ De tels procede sont co~nus principalement sous les noms de OBM, QBOP, LWS
pour ceux dans lesquels la plus grande partie de l'oxygène est soufflee par le fond, sous les noms de LD-OB, LD-OTB, STB pour ceux dans lesquels seule une faible partie de l'oxygène est injectee sous la surface du bain.
Dans les procedes d'~laboration pneumatiques de l'acier les plus couramment utilises, l'oxygene est souffle au travers d'une lance au-dessus de la charge de fason que le jet d'oxygène penètre la masse fondue et forme un laitier très oxyde qui, au contact de la fonte, reagit avec le carbone pour former du monoxyde de carbone. Avec les procedes à
soufflage par le fond, l'oxygène est injecte sous la surface du bain à
travers des tuyères situees dans le fond ou prcs du fond du convertisseur. Un gaz de protection, en general un hydrocarbure ou un gaz non oxydant ~qui peut etre sous for~e liquefiee) est utilise paur entourer le courant d'oxygene afin de reduire l'usure très importante des tuyères ainsi que des refractaires du fond du convertisseur. Un des avantages appreciables de ces derniers proc~des par rapport au~
precedents est la possibilite d'obtenir des rendements superieurs en m~étal. Ces rendem~nts sont obtenus principalement parce que :
1.- l'oxygene traversant le bain ~etallique brasse de façon plus in ~ lse le bain et per~et une meilleure approche des conditions d'equilibre ét,
pour ceux dans lesquels la plus grande partie de l'oxygène est soufflee par le fond, sous les noms de LD-OB, LD-OTB, STB pour ceux dans lesquels seule une faible partie de l'oxygène est injectee sous la surface du bain.
Dans les procedes d'~laboration pneumatiques de l'acier les plus couramment utilises, l'oxygene est souffle au travers d'une lance au-dessus de la charge de fason que le jet d'oxygène penètre la masse fondue et forme un laitier très oxyde qui, au contact de la fonte, reagit avec le carbone pour former du monoxyde de carbone. Avec les procedes à
soufflage par le fond, l'oxygène est injecte sous la surface du bain à
travers des tuyères situees dans le fond ou prcs du fond du convertisseur. Un gaz de protection, en general un hydrocarbure ou un gaz non oxydant ~qui peut etre sous for~e liquefiee) est utilise paur entourer le courant d'oxygene afin de reduire l'usure très importante des tuyères ainsi que des refractaires du fond du convertisseur. Un des avantages appreciables de ces derniers proc~des par rapport au~
precedents est la possibilite d'obtenir des rendements superieurs en m~étal. Ces rendem~nts sont obtenus principalement parce que :
1.- l'oxygene traversant le bain ~etallique brasse de façon plus in ~ lse le bain et per~et une meilleure approche des conditions d'equilibre ét,
2.- la ~uantite de fumees d'oxyde de fer produites est beaucoup plus faible car la reaction d'oxydation du carbone se situe au sein ~me du metal contrairenE~lt aux procedes d'affinage par le dessus où cette reaction ~ lleu à l ~ n~er~ace laitier-m~tal. Il en dccoule que les procedes d'affinage par le haut sont impropres pour ]'obtention, dans de bonnes conditions, des aciers à basses et très basses teneurs en carbone, ~e nouveaux prccedes or.t tente de pallier cet inconvenient : ce sont les procedés LBE, LCAB par exemple, dans lesyuels on injecte par le fond un gaz neutre oui favorise le brassage du metal, cependant sans ,, .
` 2 ~L2~36~6 atteindre les procedes dans lesquels une partie de l'oxygène est injectee par le fond. Toutefois, ces procedes d'affinage par le fond n'ont pas permis d'obtenir jusqu'à present, au convertisseur à l'oxygène, des aciers à basses et tres basses teneurs en carbone ne presentant pas des teneurs elevees en gaz dissous principalement de l'oxygène.
Neanmoins, les procedes d'affinage par le fond sont ceux pour lesquels la teneur en oxygène dissous est la plus faible, comparativement aux procedes d'afinage par le haut.
La presence d'oxygène dissous dans le metal liquide est particuliere~,ent gênante. Lors de la solidification du metal, cet oxygene reagit avec les elements oxydables et plus particulière~ent avec le carbone residuel pour former du CO. Il en resulte une teneur en carbone du metal solide plus faible, une inhcmogeneite due à la presence de ! cavites contenant du monoxyde de car one et surtout, pour les aciers extra-doux, la presence d'o~ydes metalliques.
Il existe plusieurs procedes pour remedier à ces mconvenients.
La première des ces techniques est celle dite du calmage. On ajoute au metal liquide, avant la coulee en lingot ou la coulee continue, des elements très oxydables tels que l'aluminium, le silicium et autres metalloides ou des mélanges de ceux-ci qui reagissent avec l'oxygène dissous pour former des oxydes qui decantent et sont pieges par le laitier de couverture. Toutefois, il reste toujours une cerainte quantité
de ces oxydes dans le metal lors de sa solidification mais la morphologie des inclusions est mieux contrôlée.
Une autre technique, utilisee au convertisseur, est la purge du metal ~ l'aide d'un gaz neutre, principalement de l'azote ou de l'argon.
Elle presente l'inconvenient d'~tre m~yennement efficace et de falre varier la teneux en caxbone du bain, d'où une plus grande dispersion des teneuxs en carbone à la coulee.
Les dernières techniques, que l'on peut regrouper sous le terme generique de techniques de traite~ent sous vide, sont tres perform~ntes, mais pxësentent les incor.venients suivants :
- gros investissements - co~ts de fonctionnement et d'entretien eleves dus aux techniques d'obtention du vide - pertes de temperature necessitant soit une surchauffe à la coulee, soit un système de rechauffage de la masse en fusion
` 2 ~L2~36~6 atteindre les procedes dans lesquels une partie de l'oxygène est injectee par le fond. Toutefois, ces procedes d'affinage par le fond n'ont pas permis d'obtenir jusqu'à present, au convertisseur à l'oxygène, des aciers à basses et tres basses teneurs en carbone ne presentant pas des teneurs elevees en gaz dissous principalement de l'oxygène.
Neanmoins, les procedes d'affinage par le fond sont ceux pour lesquels la teneur en oxygène dissous est la plus faible, comparativement aux procedes d'afinage par le haut.
La presence d'oxygène dissous dans le metal liquide est particuliere~,ent gênante. Lors de la solidification du metal, cet oxygene reagit avec les elements oxydables et plus particulière~ent avec le carbone residuel pour former du CO. Il en resulte une teneur en carbone du metal solide plus faible, une inhcmogeneite due à la presence de ! cavites contenant du monoxyde de car one et surtout, pour les aciers extra-doux, la presence d'o~ydes metalliques.
Il existe plusieurs procedes pour remedier à ces mconvenients.
La première des ces techniques est celle dite du calmage. On ajoute au metal liquide, avant la coulee en lingot ou la coulee continue, des elements très oxydables tels que l'aluminium, le silicium et autres metalloides ou des mélanges de ceux-ci qui reagissent avec l'oxygène dissous pour former des oxydes qui decantent et sont pieges par le laitier de couverture. Toutefois, il reste toujours une cerainte quantité
de ces oxydes dans le metal lors de sa solidification mais la morphologie des inclusions est mieux contrôlée.
Une autre technique, utilisee au convertisseur, est la purge du metal ~ l'aide d'un gaz neutre, principalement de l'azote ou de l'argon.
Elle presente l'inconvenient d'~tre m~yennement efficace et de falre varier la teneux en caxbone du bain, d'où une plus grande dispersion des teneuxs en carbone à la coulee.
Les dernières techniques, que l'on peut regrouper sous le terme generique de techniques de traite~ent sous vide, sont tres perform~ntes, mais pxësentent les incor.venients suivants :
- gros investissements - co~ts de fonctionnement et d'entretien eleves dus aux techniques d'obtention du vide - pertes de temperature necessitant soit une surchauffe à la coulee, soit un système de rechauffage de la masse en fusion
3 ~L~336~6 - temps de traitement long.
Dans les procedes dans lesquels un gaz contenant de l'oxyg~ne est souffle à travers une tuyère situee sous la surfage du bain, l'affinage a lieu en deux étapes :
1.- formation d'un microlaitier contenant principalement de l'oxyde de fer selon la réaction :
Fe ~ O ____~ FeO
2.- décantation et réduction de ce microlaitier : en remontant à travers la masse metallique ce laitier reagit avec le carbone du bain selon la reaction :
FeO + C _---~ CO (gaz) ~ Fe Durant l'affinage, on peut determiner deux Feriodes -1.- une première periode durant laquelle le bain contient suffisamment de carbone pour que tout l'oxyde de fer produit soit rédui~ : ce qui se passe pour les teneurs en carbone du bain supérieures à une certaine valeur C*.
2.- une seconde période durant laquelle le carbone contenu dans la masse metallique est trop fai~le pour réduire tout l'oxyde de fer produit au nez de la tuyère, ce qui entralne une baisse notoire du rendement en fer de l'affinage et une augmentation de la quantite d'oxyde de fer contenu dans le laitier.
Le brevet US 3.930.843 decrit un procéde d'affinage par le fond dans lequel on introduit par le fond du convertisseur un melange d'oxygène et d'argon dans le bain d'acier en fusion, lorsque la teneur en carbone de cet acier est in~erieure ~ O,25 ~. Cette introduction s'effectue selon un procede comportant trois etapes successives de dilution de l'oxygène par 1'argon en fonction de la concentration en carbone dans le bain de metal. Ce brevet ne donne aucune ~Idication pour obtenir les aciers souhaites tout en reduisant la duree d'affinage et la conscmmation en Argon.
Par ailleurs, dans le brevet français FR-A-2.448.S72 est decrit un proc~de d'afrinage d'acier à basse teneur en carbone au convertisseur dans lequel de l'argon est introduit avec le gaz oxydant à partir d'une valeur predéter~lnee de la teneur en carbone, en l'oc~urence 0,U2 ~. Or, une telle valeur est trop faible pour obtenir de faibles teneurs en oxy~ne dissous. Pour une telle valeur, la concentration en oxygène .
r
Dans les procedes dans lesquels un gaz contenant de l'oxyg~ne est souffle à travers une tuyère situee sous la surfage du bain, l'affinage a lieu en deux étapes :
1.- formation d'un microlaitier contenant principalement de l'oxyde de fer selon la réaction :
Fe ~ O ____~ FeO
2.- décantation et réduction de ce microlaitier : en remontant à travers la masse metallique ce laitier reagit avec le carbone du bain selon la reaction :
FeO + C _---~ CO (gaz) ~ Fe Durant l'affinage, on peut determiner deux Feriodes -1.- une première periode durant laquelle le bain contient suffisamment de carbone pour que tout l'oxyde de fer produit soit rédui~ : ce qui se passe pour les teneurs en carbone du bain supérieures à une certaine valeur C*.
2.- une seconde période durant laquelle le carbone contenu dans la masse metallique est trop fai~le pour réduire tout l'oxyde de fer produit au nez de la tuyère, ce qui entralne une baisse notoire du rendement en fer de l'affinage et une augmentation de la quantite d'oxyde de fer contenu dans le laitier.
Le brevet US 3.930.843 decrit un procéde d'affinage par le fond dans lequel on introduit par le fond du convertisseur un melange d'oxygène et d'argon dans le bain d'acier en fusion, lorsque la teneur en carbone de cet acier est in~erieure ~ O,25 ~. Cette introduction s'effectue selon un procede comportant trois etapes successives de dilution de l'oxygène par 1'argon en fonction de la concentration en carbone dans le bain de metal. Ce brevet ne donne aucune ~Idication pour obtenir les aciers souhaites tout en reduisant la duree d'affinage et la conscmmation en Argon.
Par ailleurs, dans le brevet français FR-A-2.448.S72 est decrit un proc~de d'afrinage d'acier à basse teneur en carbone au convertisseur dans lequel de l'argon est introduit avec le gaz oxydant à partir d'une valeur predéter~lnee de la teneur en carbone, en l'oc~urence 0,U2 ~. Or, une telle valeur est trop faible pour obtenir de faibles teneurs en oxy~ne dissous. Pour une telle valeur, la concentration en oxygène .
r
- 4 ~ 33646 dissous est très importante et ~me injection de gaz neutre ne peut abaisser de façon efficace cette teneur.
L'objet de la présente invention est d'obtenir au convertisseur des aciers ayant à la fois une faible teneur en carbone (aciers doux et extra-doux) et une faible teneur en oxyg~ne. Le but de l'invention est d'obtenir ces aciers "au convertisseur", c'est-à-dire directement dans le convertisseur et non après un certain nQmbre d'etapes, telles que le calmage ("killing" selon la déncmination anglo-saxonne) avec l'aluminium, du silicium, etc...
La présente invention concerne un procéde permettant de remedier aux inconvénients precités et d'obtenir des aciers doux et extra-doux au convertisseur presentant des teneurs en oxygène dissous infrieures ~ 200 ppm dans le cas des aciers doux (0,08<%C<0,03) et inférieures à 300 ppm dans le cas des aciers extra-doux (~C<0,035).
A cet effet, ce procédé d'affinage de la fonte par le fond dans lequel on injecte, dans le bain de métal en fusion, un gaz oxydant tel de l'oxygène industriellement pur, et on injecte, pendant la dernière Feriode de l'affinage, c'est-à-dire ~ Fartir d'une valeur predeterminee de la teneur en carbone du bain, un melange de gæ oxydant et de gaz inerte assurant la dilution du gaæ oxydant, la teneur du mélange en gaz inerte variant en fonction de la teneur en carbone du bain, est carcactérisé en ce que l'on fait ~arier la teneur du melange en gaz inerte, en fonction de la teneur du bain en carbone, suiv&nt une loi correspondant à une courbe de dilution du gaz oxydant qui est située dans ; 25 une zone déterminée par deux courbes enveloppes, à savoir une première courbe de dilution ~2ximale définie par les portions de droites :
x = - 766,7 %C + 168,7 pour 0,16<~C<0,22 x = -~550~C + 134 pour 0,1~%C<0,16 x = - 233~ ~ 102 pour %C<0,1, tandis que la seconde courbe de dilution nullLmale est definie par les pcrtions de droites :
x = - 1500%C ~ 255 pour 0,14<~C<0,17 x = - 400%C + lO1 po~Ir 0,l<~C<0,14 x = - ,30%C ~ 84 pour 0,05<~C<0,1 x - - 72,5 pour %C<0,05 dans lesquels x est le pourcentage de gaz inerte injecte dans le melange et %C est la teneur en carbone du bain ~tallique à l'instant consideré.
L'objet de la présente invention est d'obtenir au convertisseur des aciers ayant à la fois une faible teneur en carbone (aciers doux et extra-doux) et une faible teneur en oxyg~ne. Le but de l'invention est d'obtenir ces aciers "au convertisseur", c'est-à-dire directement dans le convertisseur et non après un certain nQmbre d'etapes, telles que le calmage ("killing" selon la déncmination anglo-saxonne) avec l'aluminium, du silicium, etc...
La présente invention concerne un procéde permettant de remedier aux inconvénients precités et d'obtenir des aciers doux et extra-doux au convertisseur presentant des teneurs en oxygène dissous infrieures ~ 200 ppm dans le cas des aciers doux (0,08<%C<0,03) et inférieures à 300 ppm dans le cas des aciers extra-doux (~C<0,035).
A cet effet, ce procédé d'affinage de la fonte par le fond dans lequel on injecte, dans le bain de métal en fusion, un gaz oxydant tel de l'oxygène industriellement pur, et on injecte, pendant la dernière Feriode de l'affinage, c'est-à-dire ~ Fartir d'une valeur predeterminee de la teneur en carbone du bain, un melange de gæ oxydant et de gaz inerte assurant la dilution du gaæ oxydant, la teneur du mélange en gaz inerte variant en fonction de la teneur en carbone du bain, est carcactérisé en ce que l'on fait ~arier la teneur du melange en gaz inerte, en fonction de la teneur du bain en carbone, suiv&nt une loi correspondant à une courbe de dilution du gaz oxydant qui est située dans ; 25 une zone déterminée par deux courbes enveloppes, à savoir une première courbe de dilution ~2ximale définie par les portions de droites :
x = - 766,7 %C + 168,7 pour 0,16<~C<0,22 x = -~550~C + 134 pour 0,1~%C<0,16 x = - 233~ ~ 102 pour %C<0,1, tandis que la seconde courbe de dilution nullLmale est definie par les pcrtions de droites :
x = - 1500%C ~ 255 pour 0,14<~C<0,17 x = - 400%C + lO1 po~Ir 0,l<~C<0,14 x = - ,30%C ~ 84 pour 0,05<~C<0,1 x - - 72,5 pour %C<0,05 dans lesquels x est le pourcentage de gaz inerte injecte dans le melange et %C est la teneur en carbone du bain ~tallique à l'instant consideré.
5 ~3364~
Ce procedé permet de maintenir la teneur en oxygène dissous du bain sensiblement constante tout au long de la decarburation et de m m imiser ainsi la quantite d'oxyde de fer du laitier. De plus, de manière inattendue, ce procede est plus econamique pour l'objectif vise, permettant à la fois de diminuer la quantité d'Argon utilise tout en mLn~nisant la quantite d'oxyde de fer presente dans le laitier du bain.
Selon un mode prëferentiel de realisation, le debit total du melange gazeux (gaz oxydant et gaz inerte) injecté par le fond reste sensiblement constant pendant toute la dernière periode de l'affinage. Ce débit est de preférence le debit maximal compatible avec un affinage "calme" du bain, c'est-à-dire sans projections impoxtantes du bain.
Enfin, contrairement à l'enseingement du brevet US 3.930.843, on utilise dans la presente invention de l'argon ccmme gaz de dilution dont on contrôle l'injection pour diminuer la concentration en CO ce qui permet d'obtenir, de manière inattendue, une concentration en oxygène dissous dans le bain metallique sensiblement constante pendant toute la duree du procede.
Le gaz inerte de dilution injecte durant la dernière periode d'affinage peut être choisi dans le groupe c~l~renant l'azote, l'argon, l'helium, le neon, le krypton, le xenon ou tout melange de ceux-ci.
On decrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'excecution de la presente invention en raference au dessin annexe sur lequel :
La ~iglre 1 est un diagramme illustrant la variation de la teneur en oxygène dissous en fonction de la teneur en carbone du bain métallique, à la coulee obtenue selon les differents procedes d'affinage connus et du procede suivant l'invention.
La figure 2 est un diagramme donnant deux lois de variation du pourcentage de gaz inerte in3ecté dans le melange en fonction de la teneur en carbone du bain metallique, dans le cas de deux exemples de mise en oeuvre du procede suivart l'invention, et l'etendue de la plage de ~ariatiorl de la loi precitee.
La figure 3 est un diagramme illustrant la variation de la teneur en oxygène dissous en fonction de la teneur en carbone du bain metallique, respectivement dans le cas d'un procede CGnnU et de deux exemples de ~ise en oe.uvre du procéde suivant l'invention.
Ce procedé permet de maintenir la teneur en oxygène dissous du bain sensiblement constante tout au long de la decarburation et de m m imiser ainsi la quantite d'oxyde de fer du laitier. De plus, de manière inattendue, ce procede est plus econamique pour l'objectif vise, permettant à la fois de diminuer la quantité d'Argon utilise tout en mLn~nisant la quantite d'oxyde de fer presente dans le laitier du bain.
Selon un mode prëferentiel de realisation, le debit total du melange gazeux (gaz oxydant et gaz inerte) injecté par le fond reste sensiblement constant pendant toute la dernière periode de l'affinage. Ce débit est de preférence le debit maximal compatible avec un affinage "calme" du bain, c'est-à-dire sans projections impoxtantes du bain.
Enfin, contrairement à l'enseingement du brevet US 3.930.843, on utilise dans la presente invention de l'argon ccmme gaz de dilution dont on contrôle l'injection pour diminuer la concentration en CO ce qui permet d'obtenir, de manière inattendue, une concentration en oxygène dissous dans le bain metallique sensiblement constante pendant toute la duree du procede.
Le gaz inerte de dilution injecte durant la dernière periode d'affinage peut être choisi dans le groupe c~l~renant l'azote, l'argon, l'helium, le neon, le krypton, le xenon ou tout melange de ceux-ci.
On decrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'excecution de la presente invention en raference au dessin annexe sur lequel :
La ~iglre 1 est un diagramme illustrant la variation de la teneur en oxygène dissous en fonction de la teneur en carbone du bain métallique, à la coulee obtenue selon les differents procedes d'affinage connus et du procede suivant l'invention.
La figure 2 est un diagramme donnant deux lois de variation du pourcentage de gaz inerte in3ecté dans le melange en fonction de la teneur en carbone du bain metallique, dans le cas de deux exemples de mise en oeuvre du procede suivart l'invention, et l'etendue de la plage de ~ariatiorl de la loi precitee.
La figure 3 est un diagramme illustrant la variation de la teneur en oxygène dissous en fonction de la teneur en carbone du bain metallique, respectivement dans le cas d'un procede CGnnU et de deux exemples de ~ise en oe.uvre du procéde suivant l'invention.
6 ~33~6 On se référera tout d'abord au diagramme de la figure 1 qui illustre la fason dont la teneur en oxygène dissous, expri~lee en ppm en ordonnée, varie en fonction de la teneur en carbone du bain métallique dans le cas de différents procedes d'affinage. La zone A correspond à des procedes connus d'affinage par le haut, la zone B à des procedés connus d'af~inage par le fond, la zone C à des procédes connus d'affinage par le fond avec purge, la zone D à des procedes connus d'affinage nuxtes et la zone E est une zone q~li peut être atteinte à l'aide du procede suivant l'invention. Sur ce diagramme est tracee egalement une courbe d'equilibre C,O à 1600C pour une pression de monoxyde de carbone d'un bar.
On voit dej~, d'après le diagramme de la figure l, que le procede suivant l'invention permet d'obtenir des teneurs en oxygène dissous bien inferieures à tous les procedes d'affinage connus anterieurement.
On decrira maintenant, au moyen des exemples qui vont suiv-e, divers mode de mise en oeuvre du procede d'affinaye suivant l'i~vention et on comparera les resultats obtenus avec ceux d'un procede d'affinage classique par le fond.
Exemple comp~
On realise en laboratoire un modele de convertisseur à
soufflage par le fond equipe d'une tuyère d'injection. On charge 600 kg de fonte liquide à 1,5 % de carbone et à 1550C dans ce convertisseur. On injecte ensuite del'oxygène pur à un debit de 15 Nm3th jusqu'à ce que la teneur en carbone du bain tcmbe ~ 0,03 ~ (point la de la courbe I de la figure 3 correspondant à une teneur en oxygène dissous de 1280 ppm). A
partir de cet instant, on injecte dans le bain, conjointement avec 1'oxygène, de l'argon industriellement pur à un debit constant de 15 Nm3/h. On prel~ve des echantillons de metal à intervalles reguliers afin de determiner la variation de la teneur en oxygène dissous du bain. Au bout de 3 munutes, c'est-à-dire après une conscmmation de 1,25 Nm3 d'argon/torlne d'acier produit, on s'aper~oit que la teneur en carbone du bain a ete abaissee à 0,01 % et que la teneur en o~gène dissous du bain est alors de 750 p~m (point lb de la courbe I de la ~igure 3).
Exe~ple 2 On charge le m~me convertisseur avec 600 kg de fonte liquide à
1,5 ~ de carbone. On injecte de l'oxygène industriellement pur à un debit de 15 Nm3/h jusqu'à ce que le bain presente une teneur en carbone de
On voit dej~, d'après le diagramme de la figure l, que le procede suivant l'invention permet d'obtenir des teneurs en oxygène dissous bien inferieures à tous les procedes d'affinage connus anterieurement.
On decrira maintenant, au moyen des exemples qui vont suiv-e, divers mode de mise en oeuvre du procede d'affinaye suivant l'i~vention et on comparera les resultats obtenus avec ceux d'un procede d'affinage classique par le fond.
Exemple comp~
On realise en laboratoire un modele de convertisseur à
soufflage par le fond equipe d'une tuyère d'injection. On charge 600 kg de fonte liquide à 1,5 % de carbone et à 1550C dans ce convertisseur. On injecte ensuite del'oxygène pur à un debit de 15 Nm3th jusqu'à ce que la teneur en carbone du bain tcmbe ~ 0,03 ~ (point la de la courbe I de la figure 3 correspondant à une teneur en oxygène dissous de 1280 ppm). A
partir de cet instant, on injecte dans le bain, conjointement avec 1'oxygène, de l'argon industriellement pur à un debit constant de 15 Nm3/h. On prel~ve des echantillons de metal à intervalles reguliers afin de determiner la variation de la teneur en oxygène dissous du bain. Au bout de 3 munutes, c'est-à-dire après une conscmmation de 1,25 Nm3 d'argon/torlne d'acier produit, on s'aper~oit que la teneur en carbone du bain a ete abaissee à 0,01 % et que la teneur en o~gène dissous du bain est alors de 750 p~m (point lb de la courbe I de la ~igure 3).
Exe~ple 2 On charge le m~me convertisseur avec 600 kg de fonte liquide à
1,5 ~ de carbone. On injecte de l'oxygène industriellement pur à un debit de 15 Nm3/h jusqu'à ce que le bain presente une teneur en carbone de
7 ~ 364~;
0,212 %, la température etant alors de 1647C. A partir de cet instant, on dilue l'oxygène injecte par de l'argon en suivant la loi correspondant à la courbe II de la figure 2, le debit total du gaæ injecté (gaz inerte + oxygène) etant maintenu constant. A partir de ce moment, la teneur en oxygène dissous, en fonction de la teneur du bain en carbone, varie suivant la cour.be II du diagramme de la figure 3. Ru bout du 12,5 minutes, soit après une consommation de 3,2 Nm3 d'argon/tonne d'acier produit, la teneur du bain en carbone est abaissee à 0,01 % tandis que cette teneur en oxygène dissous est de 250 ppm (point 2b sur la courbe II
de la figure 3). Autrement dit, on obtient une teneur en oxygène dissous inférieur de 500 ppm par rapport au cas de l'exemple 1.
Exem~le 3 On charge le même convertisseur avec 600 kg de fonte liquide à
1,5 % de carbone. ~n injecte, ccmme precedemment, de l'oxygène à un debit de 15 Nm3/h jusqu'à ce que l'on obtienne une teneur en carbone de 0,19 %.
La temperature du bain est de 1600C. A partir de cet instant, on dilue l'oxygène injecté au moyen d'argon, la teneur en argon du melange injecté
variant, en fonction de la teneur en carbone du bain, suivant la courbe III de la figure ~. La teneur en oxyg~ne dissous varie alros, en fonction de la teneur en carbone du bain, suivant la courbe III du diagramme de la figure 3~ Après 9 minutes, soit une conso~mation de 2,95 Nm3/tonne d'acier prod~lit, la teneur en carbone du bain est de 0,02 ~ et sa teneur en oxyg~ne dissous est de 180 ppm (point 3b de la courbe III de la figure 3).
~5 On peut remarquer, d'apres les courbes II et III de la figure 3, que dans les exemples 2 et 3 dans lesquels on met en oeuvre le procedé
suivant l'inve~tion, la teneur en oxygène dissous du bain ne dépasse pas 200 ~pm jusqu'à une teneur en carbone de 0,02 %. Ce fait est tres avantageux car il permet d'arrêter l'affinage à la teneur en carbone désirée et d'obtenir un bain métallique bien désoxydé.
De plus, il est bien con~.u en aciérie de conversion qu'une faib~e teneur en oxygene dissous du bain favorise la purge des gaz dissous tels que l'azote et l'hydrogène. Par l'emploi d'un gaz inerte présentant un très faible pouvolr de dissolution dans l'acier, tel par exemple l'argon, il est possible d'obtenir des teneurs en azote et en hydrog~ne nettement inférieures à celles obtenues par les procedes de collversion connus à ce jour.
0,212 %, la température etant alors de 1647C. A partir de cet instant, on dilue l'oxygène injecte par de l'argon en suivant la loi correspondant à la courbe II de la figure 2, le debit total du gaæ injecté (gaz inerte + oxygène) etant maintenu constant. A partir de ce moment, la teneur en oxygène dissous, en fonction de la teneur du bain en carbone, varie suivant la cour.be II du diagramme de la figure 3. Ru bout du 12,5 minutes, soit après une consommation de 3,2 Nm3 d'argon/tonne d'acier produit, la teneur du bain en carbone est abaissee à 0,01 % tandis que cette teneur en oxygène dissous est de 250 ppm (point 2b sur la courbe II
de la figure 3). Autrement dit, on obtient une teneur en oxygène dissous inférieur de 500 ppm par rapport au cas de l'exemple 1.
Exem~le 3 On charge le même convertisseur avec 600 kg de fonte liquide à
1,5 % de carbone. ~n injecte, ccmme precedemment, de l'oxygène à un debit de 15 Nm3/h jusqu'à ce que l'on obtienne une teneur en carbone de 0,19 %.
La temperature du bain est de 1600C. A partir de cet instant, on dilue l'oxygène injecté au moyen d'argon, la teneur en argon du melange injecté
variant, en fonction de la teneur en carbone du bain, suivant la courbe III de la figure ~. La teneur en oxyg~ne dissous varie alros, en fonction de la teneur en carbone du bain, suivant la courbe III du diagramme de la figure 3~ Après 9 minutes, soit une conso~mation de 2,95 Nm3/tonne d'acier prod~lit, la teneur en carbone du bain est de 0,02 ~ et sa teneur en oxyg~ne dissous est de 180 ppm (point 3b de la courbe III de la figure 3).
~5 On peut remarquer, d'apres les courbes II et III de la figure 3, que dans les exemples 2 et 3 dans lesquels on met en oeuvre le procedé
suivant l'inve~tion, la teneur en oxygène dissous du bain ne dépasse pas 200 ~pm jusqu'à une teneur en carbone de 0,02 %. Ce fait est tres avantageux car il permet d'arrêter l'affinage à la teneur en carbone désirée et d'obtenir un bain métallique bien désoxydé.
De plus, il est bien con~.u en aciérie de conversion qu'une faib~e teneur en oxygene dissous du bain favorise la purge des gaz dissous tels que l'azote et l'hydrogène. Par l'emploi d'un gaz inerte présentant un très faible pouvolr de dissolution dans l'acier, tel par exemple l'argon, il est possible d'obtenir des teneurs en azote et en hydrog~ne nettement inférieures à celles obtenues par les procedes de collversion connus à ce jour.
Claims (5)
1. - Procédé d'affinage de la fonte par le fond dans lequel on injecte, dans le bain de métal en fusion, un gaz oxydant tel de l'oxygène industriellement pur, et on injecte, pendant la dernière période de l'affinage c'est-à-dire à partir d'une valeur prédéterminée de la teneur en carbone du bain, un mélange de gaz oxydant et de gaz inerte assurant la dilution du gaz oxydant, la teneur du mélange en gaz inerte variant en fonction de la teneur en carbone du bain, caractérisé en ce que l'on fait varier la teneur du mélange en gaz inerte, en fonction de la teneur du bain en carbone, suivant une loi correspondant à une courbe de dilution du gaz oxydant qui est située dans une zone déterminée par deux courbes enveloppes, à savoir une première courbe de dilution maximale définie par les portions de droites :
x = - 766,7%C + 168,7 pour 0,16<%C<0,22 x = - 550%C + 134 pour 0,1<%C<0,16 x = - 233%C + 102 pour %C<0,1, tandis que la seconde courbe de dilution minimale est définie par les portions de droites :
x = - 1500%C + 255 pour 0,14<%C<0,17 x = - 400%C + 101 pour 0,1<%C<0,14 x = - 230%C + 84 pour 0,05<%C<0,1 x = - 72,5 pour %C<0,05 dans lesquels x est le pourcentage de gaz inerte injecté dans le mélange et %C est la teneur en carbone du bain métallique à l'instant considéré.
x = - 766,7%C + 168,7 pour 0,16<%C<0,22 x = - 550%C + 134 pour 0,1<%C<0,16 x = - 233%C + 102 pour %C<0,1, tandis que la seconde courbe de dilution minimale est définie par les portions de droites :
x = - 1500%C + 255 pour 0,14<%C<0,17 x = - 400%C + 101 pour 0,1<%C<0,14 x = - 230%C + 84 pour 0,05<%C<0,1 x = - 72,5 pour %C<0,05 dans lesquels x est le pourcentage de gaz inerte injecté dans le mélange et %C est la teneur en carbone du bain métallique à l'instant considéré.
2. - Procédé d'affinage de la fonte selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit total du mélange gazeux (gaz oxydant et gaz inerte) injecte par le fond reste sensiblement constant pendant toute la dernière période de l'affinage.
3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz inerte employés appartiennent au groupe constitué par l'azote, l'argon, l'hélium, le néon, le krypton, le xénon et tout mélange de ces gaz.
4. - Produit métallique élaboré selon le procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit produit présente une teneur en oxygène dissous inférieure à 200 ppm pour une teneur en carbone comprise entre 0,03 % et 0,08 % et inférieure à 300 ppm pour une teneur en carbone inférieure à 0,035 %.
5. Produit selon les revendications 1 à 3, caracté-risé en ce que ledit produit présente une teneur en oxygène dissous inférieure à 200 ppm pour une teneur en carbone comprise entre 0,03% et 0,08% et inférieure à 300 ppm pour une teneur en carbone supérieure à 0,035%, la teneur en oxygène dissous étant supérieure à 100 ppm.
Applications Claiming Priority (2)
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| Publication Number | Publication Date |
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| US7363851B2 (en) * | 2006-01-20 | 2008-04-29 | Fisher Controls International, Llc | Spacers for use with actuator casings |
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