EP0093040A1 - Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables logés dans le fond des récipients métallurgiques d'affinage, notamment des convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le haut - Google Patents

Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables logés dans le fond des récipients métallurgiques d'affinage, notamment des convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le haut Download PDF

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    • F27M2003/025—Drying

Definitions

  • the present invention relates to the field of the production of metals, in particular steel. More specifically, it relates to metallurgical refining vessels, in particular steel refinery converters with top-blown oxygen blowing, the bottom of which is provided with permeable refractory elements.
  • metallurgical treatments which consist in subjecting a bath of molten metal to a pneumatic stirring by controlled injection of a stirring fluid, usually an inert gas such as nitrogen or argon, through permeable refractory elements mounted in the usual refractory lining which forms the bottom of the container containing the bath (FR-A-2,322,202, US No. 3,259,484).
  • a stirring fluid usually an inert gas such as nitrogen or argon
  • the subject of the invention is a method for improving the life of the permeable refractory elements equipping the bottom of metallurgical refining vessels, in particular the converters of steelworks with oxygen blowing from above, said elements serving for the controlled injection of a stirring fluid into the molten metal bath contained in the container, process characterized in that during the refining of any charge, a fluid slag is formed which is kept then in the converter after casting the molten metal by tilting said container; in that the container is straightened in a vertical position so that the slag settles and is distributed over the bottom; and in that said slag is allowed to dry and ensure its setting while maintaining in the permeable refractory elements a sufficient pressure to ensure a permanent flow of stirring fluid.
  • the metallurgical refining container is a converter of steelworks to oxygen blown from above (type LD), it being understood that the invention also applies to any metallurgical container capable of tilting around 'a horizontal axis and in which the refining operation is accompanied by the formation of a slag.
  • the deposition technique according to the invention can be carried out systematically after each charge, or at least after each charge having led to exposure, even partial, of the permeable refractory elements.
  • the proposed method is very simple and poses no uncontrolled difficulty. It supposes only the precaution of forming, during, or more simply at the end of refining of a charge, a slag capable, by its fluidity, of flowing along the wall of the converter, then spreading over the bottom and stick to it while hardening. In practice, this boils down to a person skilled in the art to a visual verification of the slag's ability to meet these three requirements, which is moreover intended to be designated by the expression "a fluid slag is formed" used in the above formulation of the subject of the invention.
  • thinning agents such as fluorspar, or other usual flux, which lowers its melting temperature.
  • thickening agents will be added to the slag, for example dolomite or any other refractory oxide or mixture of refractory oxides which is commonly used in steel works.
  • the slag forms a refractory layer which subtracts the permeable elements from direct contact with the molten metal bath. Furthermore, the presence of these permeable elements at the bottom does not imply any other requirement during the hardening of the slag than that which consists in maintaining through them a low flow rate of brewing fluid, flow which can be qualified "safety" and which, moreover, does not penalize productivity in any way, since it takes place during the necessary hardening of the slag.
  • the converter is ready for a new charge. It is noted from the start of the refining treatment, that not only the permeability of the bottom is preserved, but that it has even significantly increased compared to the level it had during the refining of the charges carried out without prior deposit of dairy on the bottom.
  • a possible indicator of the "level" of permeability can be constituted by the pressure / flow rate ratio of fluid in the supply line of the latter to the permeable refractory element. This ratio can be determined from a reference value taken when the element is in the new state by vacuum blowing, or during the refining of the first charge to the converter.
  • stirring fluid which can, for one part, circulate laterally in zones of lesser pressure drop which possibly form at the interface of the layer of slag deposited and of the pre-existing refractory bottom.
  • the technique according to the invention can be implemented at any time, between any two loads of the same campaign or even at the end of the first load, on a converter in the state new.

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Abstract

Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables équipant le fond des récipients métallurgiques d'affinage, en particulier des convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le haut, lesdits éléments servant pour l'injection contrôlée d'un fluide de brassage dans le bain métallique contenu dans le convertisseur. Le procédé se caractérise en ce que, au cours de l'affinage d'une charge quelconque, on forme un laitier bien fluide que l'on conserve dans le convertisseur après la coulée de métal par basculement de ce dernier; en ce que l'on replace ensuite le convertisseur en position verticale de manière à permettre le dépôt et l'étalement du laitier sur le fond, et en ce qu'on laisse durcir ledit laitier et assurer sa prise contre le fond tout en maintenant un débit permanent de fluid de brassage au travers des éléments réfractaires perméables. L'invention permet de prolonger la durée de vie des éléments réfractaires perméables, et conséquemment, d'améliorer également la durée de vie du fond du convertisseur, tout en préservant, voire même en augmentant, la perméabilité de ces éléments.

Description

  • La présente invention se situe dans le domaine de l'élaboration des métaux, notamment de l'acier. Elle concerne plus précisément les récipients métallurgiques d'affinage, notamment les convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène d'affinage par le haut, et dont le fond est pourvu d'éléments réfractaires perméables.
  • 0n connait des traitements métallurgiques qui consistent à soumettre un bain de métal en fusion à un brassage pneumatique par injection contrôlée d'un fluide de brassage, habituellement un gaz inerte comme l'azote ou l'argon, au travers d'éléments réfractaires perméables montés dans le revêtement réfractaire habituel qui forme le fond du récipient contenant le bain (FR-A- 2.322.202, US n° 3.259.484).
  • L'application d'une telle technique de brassage à un convertisseur d'aciérie à l'oxygène soufflé par le haut, se développe actuellement dans le monde entier sous la dénomination commerciale "procédé LBE" (Lance - Brassage Equilibre). Ce procédé tend à réaliser, comme son nom l'indique, l'équilibre entre métal et laitier et permet ainsi de cumuler dans une large mesure les avantages respectifs des procédés classiques d'affinage à soufflage d'oxygène par le haut et à soufflage d'oxygène par le bas.
  • De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour conférer aux éléments réfractaires une perméabilité sélective suffisante pour assurer un débit de fluide de brassage satisfaisant, tout en évitant une pénétration en sens inverse du métal en fusion. Parmi les solutions connues, on peut notamment citer celle décrite dans la demande de brevet européen publiée n° 0021.861 et qui consiste à ménager des passages interstitiels au sein d'une masse réfractaire étanche, soit à l'aide de corps à paroi lisse incorporés à un bloc réfractaire monolithique, soit par assemblage de plaquettes réfractaires juxtaposées avec interposition entre elles d'entretoises calibrées.
  • Par ailleurs, ces éléments, comme tout matériau réfractaire, s'usent inévitablement au contact du métal en fusion. Cette usure est en outre accélérée en raison même du soufflage gazeux qui provoque des mouvements de convection du métal liquide très sensibles au niveau des éléments de soufflage, mais dont les effets induits se font également 1 sentir sur la durée de vie du réfractaire classique environnant. A cet égard, l'expérience montre que, dans le cas des convertisseurs traditionnels à soufflage d'oxygène par le haut (type L.D.), le fond s'use généralement moins vite que le réfractaire en paroi, alors que c'est plutôt le contraire qui se passe lorsque ces convertisseurs sont munis dans le fond d'éléments réfractaires perméables.
  • Sinon à devoir fréquemment réparer le fond et remplacer les éléments perméables usagés, ce qui serait fortement pénalisant, le problème qui se pose est donc celui de savoir s'il est possible de ralentir la vitesse d'usure de ces éléments, et ceci tout en préservant leur perméabilité.
  • Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé pour améliorer la durée de vie des éléments réfractaires perméables équipant le fond des récipients métallurgiques d'affinage, notamment les convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le haut, lesdits éléments servant pour l'injection contrôlée d'un fluide de brassage dans le bain de métal en fusion contenu dans le récipient, procédé caractérisé en ce que au cours de l'affinage d'une charge quelconque, on forme un laitier fluide que l'on conserve ensuite dans le convertisseur après coulée du métal en fusion par basculement dudit récipient ; en ce que l'on redresse le récipient en position verticale de manière que le laitier se dépose et se répartisse sur le fond ; et en ce que on laisse sécher ledit laitier et assurer sa prise tout en maintenant dans les éléments réfractaires perméables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage.
  • Pour fixer les idées, dans le cas d'un convertisseur d'aciérie d'une capacité supérieure à 200 t, on pourra maintenir, dans les éléments une pression assurant un débit de fluide de brassage de l'ordre de 30 m3/h environ par élément, compté en m3 gazeux.
  • Le cas échéant, on pourra parfaire la répartition du laitier sur le fond en faisant basculer le convertisseur de part et d'autre de sa position verticale.
  • Par la suite on considérera que le récipient métallurgique d'affinage est un convertisseur d'aciérie à l'oxygène soufflé par le haut (type L.D.) étant entendu que l'invention s'applique également à tout récipient métallurgique, susceptible de basculer autour d'un axe horizontal et dans lequel l'opération d'affinage s'accompagne de la formation d'un laitier.
  • La technique de dépôt selon l'invention peut être effectuée systématiquement après chaque charge, ou tout au moins après chaque charge ayant conduit à une mise à nu, même partielle, des éléments réfractaires perméables.
  • La méthode proposée est d'une grande simplicité et ne pose aucune difficulté non-maîtrisée. Elle suppose uniquement la précaution de former, au cours, ou plus simplement en fin d'affinage d'une charge, un laitier capable, de par sa fluidité, de couler le long de la paroi du convertisseur, de s'étaler ensuite sur le fond et d'y coller en durcissant. En pratique, cela se résume pour l'homme de métier à une vérification visuelle de l'aptitude du laitier à répondre à ces trois exigences, que l'on entend d'ailleurs désigner par l'expression "on forme un laitier fluide" utilisée dans la formulation ci-avant de l'objet de l'invention.
  • Ainsi, si le laitier n'est pas assez fluide, son étalement et son collage (prise mécanique) sur le fond ne sont plus assurés. Pour y parvenir, on pourra lui rajouter, en fin d'affinage, des agents fluidifiants, tels que du spath-fluor, ou autre fondant habituel, qui abaisse sa température de fusion. Inversement, si le laitier est trop fluide, son temps de durcissement est inutilement long. De plus, il est à craindre que son point de fusion relativement trop bas entraînera sa disparition du fond dès le début du traitement d'affinage de la charge suivante. Dans ce cas, on rajoutera au laitier des agents épaississants, par exemple de la dolomie ou tout autre oxyde réfractaire ou mélange d'oxydes réfractaires dont on a un usage courant en aciérie.
  • Une fois durci et en prise mécanique sur le fond, le laitier forme une couche réfractaire qui soustrait les éléments perméables d'un contact direct avec le bain de métal en fusion. Par ailleurs, la présence de ces éléments perméables dans le fond n'implique aucune autre exigence au cours du durcissement du laitier que celle qui consiste à maintenir au travers d'eux un faible débit de fluide de brassage, débit que l'on peut qualifier "de sécurité" et qui, de surcroît, ne pénalise aucunement la productivité, puisqu'il s'opère pendant le durcissement nécessaire du laitier.
  • De plus, ce débit que l'on peut considérer comme perdu (c'est-à-dire non utilisé pour le traitement du bain proprement dit), n'alourdit que très faiblement le coût global de l'opération, compte tenu de sa valeur relativement faible par rapport à celle mise en oeuvre lors du brassage du bain (de l'ordre de 150 m3/h). On peut même dire que les conséquences sur le coût sont pratiquement négligeables, si on prend soin de choisir un gaz largement disponible dans le commerce, comme l'azote par exemple, ou le cas échéant, un gaz de récupération produit Jans l'usine elle-même, comme le COZ.
  • Une fois la couche de laitier durcie, le convertisseur est prêt pour une nouvelle charge. On constate dès le début du traitement d'affinage, que non seulement la perméabilité du fond est conservée, mais qu'elle a même sensiblement augmenté par rapport au niveau qu'elle avait au cours de l'affinage des charges effectuées sans dépôt préalable de laitier sur le fond.
  • On rappelle à toutes fins utiles, qu'un indicateur possible du "niveau" de perméabilité peut être constitué par le rapport pression/débit de fluide dans la conduite d'amenée de ce dernier à l'élément réfractaire perméable. Ce rapport peut être déterminé à partir d'une valeur de référence prise lorsque l'élément est à l'état neuf par soufflage à vide, ou au cours de l'affinage de la première charge au convertisseur.
  • En ce qui concerne les résultats obtenus sur la perméabilité, l'explication n'est pas encore totalement élucidée :
    • - l'observation semble montrer que la préservation de la perméabilité est assurée par la présence d'un réseau de canaux reliant la face de soufflage de l'élément à la surface libre du fond au travers de la couche de laitier déposé, ce réseau se formant lors du séchage de ladite couche grâce au soufflage permanent du fluide de brassage,
    • - quant à l'amélioration de cette perméabilité, il pourrait s'agir d'un phénomène interne à l'élément réfractaire perméable. On peut penser à priori que l'explication est d'origine thermique. Le refroidissement du fond, dont l'effet est accentué par le flux permanent de fluide de brassage, serait de nature à créer au sein des éléments de soufflage des contraintes mécaniques qui, en se libérant donnent naissance à un réseau de micro-fissures, s'amorçant préférentiellement en paroi des passages originels prévus pour le fluide de brassage.
  • On peut également penser à une explication de nature aéromécanique le fluide de brassage pouvant, pour une part, circuler latéralement dans des zones de moindre perte de charge qui se forment éventuellement à l'interface de la couche de laitier déposée et du fond réfractaire préexistant.
  • Comme on l'a déjà dit, la technique selon l'invention peut-être mise en oeuvre à tout moment, entre deux charges quelconques d'une même campagne ou même dès la fin de la première charge, sur un convertisseur à l'état neuf.
  • Il faut également souligner que, grâce à l'amélioration de la durée de vie des éléments perméables obtenue par la mise en oeuvre de l'invention, ce n'est plus la tenue du fond qui limite la durée d'une campagne. Autrement-dit, le fond n'est plus un problème pour l'usure du convertisseur, de sorte que l'on se retrouve, sur ce plan, dans la même situation qu'avec un convertisseur classique à soufflage d'oxygène par le haut (type L.D.).
  • Par ailleurs, l'invention s'applique quelque soit le type d'éléments réfractaires perméables utilisés. Il doit être souliqné cependant que d'excellents résultats ont pu être obtenus avec les éléments évoqués au début et dont on pourra avoir plus ample connaissance en se reportant à la description détaillée qui en est faite dans la demande de brevet européen n° 0021.861 déjà citée.

Claims (5)

1°) Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables équipant le fond de convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène d'affinage par le haut, lesdits éléments servant à l'injection contrôlée d'un fluide de brassage dans le bain de métal en fusion contenu dans le convertisseur, procédé caractérisé en ce que, au cours de l'affinage d'une charge quelconque, on forme un laitier fluide, que l'on conserve ensuite dans le convertisseur après coulée du métal liquide par basculement dudit convertisseur ; en ce que l'on replace le convertisseur en position verticale de manière que le laitier se dépose et se répartisse sur le fond ; et en ce que on laisse durcir ledit laitier et assurer sa prise sur le fond tout en maintenant dans les éléments réfractaires perméables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage.
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but de faciliter la répartition du laitier sur le fond, on effectue des basculements du convertisseur de part et d'autre de sa position verticale.
3°) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le but d'augmenter la fluidité du laitier le cas échéant, on ajoute dans le convertisseur, pendant ou à la fin de l'affinage, des agents fluidifiants destinés à abaisser la température de fusion du laitier.
4°) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le but de diminuer la fluidité du laitier le cas échéant, on ajoute dans le convertisseur, pendant ou à la fin de l'affinage, des agents épaississants destinés à augmenter la température de fusion du laitier.
5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au cours du séchage du laitier, on maintient dans les éléments perméables une pression suffisante pour assurer un débit permanent de fluide de brassage de l'ordre de 30 m3/h par élément, compté en m gazeux.
EP83400766A 1982-04-22 1983-04-18 Procédé pour améliorer la durée de vie d'éléments réfractaires perméables logés dans le fond des récipients métallurgiques d'affinage, notamment des convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le haut Expired EP0093040B1 (fr)

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