BLOWING PROCESS TO MANUFACTURE CHRONIUM STEELS WITH VERY LOW CARBON CON ENT

METHODE DE SOUFFLAGE EN VUE D'OBTENIR DE TRES BASSES TENEURS EN CARBONETDANS LES ACIERS AU CHROME

Abrégé français

PRECIS DE LA DIVULGATION:
Méthode de soufflage, en vue d'obtenir de très basses
teneurs en carbone dans les aciers à base de chrome et plus
particulièrement les aciers inoxydables, au moyen de tuyères
constituée chacune de trois tubes concentriques soufflant au-
dessous du niveau du bain métallique, caractérisée en ce qu'on
insuffle simultanément de la vapeur d'eau dans l'un des deux
tubes non extérieurs, un gaz non oxydant dans l'autre tube
non extérieur, et un fluide protecteur contre l'usure dans
l'espace annulaire périphérique, la proportion de vapeur d'eau
et de gaz non oxydant étant réglée à la fois de façon à limiter
la scorification du chrome tout en obtenant les basses teneurs
en carbone désirées dans le bain, et à maitriser simultanément
le réglage de la température du bain.

Revendications

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Méthode de soufflage d'un bain d'acier au chrome
au moyen de tuyères constituées chacune de trois tubes concen-
triques soufflant au-dessous du niveau du bain métallique, en
vue d'obtenir de très basses teneurs en carbone de l'acier et
d'éviter une scorification exagérée du chrome, caractérisée
en ce qu'on insuffle simultanément de la vapeur d'eau dans
l'un des deux tubes non extérieurs, un gaz non oxydant dans
l'autre tube non extérieur, et un fluide protecteur contre
l'usure dans l'espace annulaire périphérique, la proportion
de vapeur d'eau et de gaz non oxydant étant réglée à la fois
de façon à limiter la scorification du chrome tout en obtenant
les basses teneurs en carbone désirées dans le bain, et à
maitriser simultanément le réglage de la température du bain.
2. Méthode de soufflage selon la revendication 1,
caractérisée en ce que le gaz non oxydant soufflé en même temps
que la vapeur d'eau est de l'hydrogène.
3. Méthode de soufflage selon la revendication 1,
caractérisée en ce que le gaz non oxydant soufflé en même temps
que la vapeur d'eau peut être de l'azote, ou de l'argon, ou de
l'hélium.
4. Méthode de soufflage selon la revendication 3,
dans laquelle le gaz neutre soufflé est de l'azote, et caracté-
risée en ce que le débit d'azote est suffisamment élevé pour
permettre l'élaboration d'aciers au chrome à haute teneur en
azote, de l'ordre de 0,100% à 0,250%.

Description

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La pr~sente invention concerne llobtention de basses
teneurs en carbone clans les acicrs alliés contenant du chrome
et plus specialement les aciers inoxydables.
On sait que la decarburation de bains d'acier conte-
nant du chrome ne peut se faire sans perte notable de chrome
dans la scorie que si l'on recourt a l'un ou l'autre des deux
moyens suivants:
a) d~carburation à température élevée.
~) décarburation sous pression partielle d'oxyde de carbone
r~duite.
La temp~rature doit etre d'autant plus élev~e, ou bien
la pression partielle d'oxyde de carbone doit être d'autant plus
basse, que la teneur en carbone du bain est plus faible, et que
sa teneur en chrome est plus élev~e.
Faisant appel au deuxième moyen, c'est-~-dire à une
pression partielle d'oxyde de carbone d'autant plus basse que
la teneur en carbone du bain est elle-m~me plus faible, la de-
manderesse, dans les brevets 71-19463, 71-27015, 71-27016, a
décrit des modalites nouvelles d'affinage de bains d'acier
inoxydable, au moyen de tuyères doubles ou triples, et particu-
lièrement de tuyères triples dans lesquelles:
- du fuel-oil est inject~ dans l'espace annulaire externe, afin
de protéger contre l'usure à chaud la tu~ère et le fond du con-
vertisseur.
, de l'oxygène, de la vapeur d'eau, des gaz neutres peuvent etre
inject~s simultan~ment ou successivement, à l'état de melanges
ou en fluides sépar~s.
En particulier, dans le cadre des trois brevets pré-
cit~s de la demanderesse, la s~quence d'affinage d'un bain d'a-
cier inoxydable au moyen de tuyères triples peut avantageusement
etre la suivante:
- affinage à l'oxyg~ne pur sur les sections centrales des tuyè-
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res triples, avec fuel-oil en périphérie, jusqu'a un niveau de
carbone supérieur a 0, 400%,
- affinage avec vapeur d'eau au centre de la tuyêre, avec oxygène
dans l'espace annulaire intermédiaire, la pro~ection p~riph~rique
par fuel-oil étant maintenue, jusqu'à un niveau de carbone au
moins ~gal a 0 ,100%,
La vapeur d'eau présente ici trois avantages:
a) sa dissociation fournit de l'oxygène, qui permet de poursui-
vre l'affina~e du bain,~0 b) sa dissociation fournit de l'hydrogene, qui est un agent de
dilution de l'oxyde de carbone et qui, à ce titre, favorise
la décarburation par rapport à la scorification du chrome,
c) l'effet endothermique de sa dissociation est un moyen d'ac-
tion sur le bilan thermique de l'op~ration, mais pour
obtenir de l'acier de très ~asse teneur en carbone, par
exemple inférieure ~ 0,015%, l'effet de dilution obtenu
avec la vapeur d'eau seule peut devenir insuffisant pour
éviter une scorification du chrome trop élev~e.
Le but de la pr~sente invention est d'~viter cette
scorification du chrome trop élevée sans faire appel à de hautes
températures, tout en obtenant les très basses teneurs en carbone
désirées.
A cet effet, la présente invention a pour objet un
mode de soufflage dans un bain d'acier au chrome au moyen de tuyè-
res constituées chacune de trois tubes concentriques et soufflant
au-dessous du niveau du bain, en vue d'obtenir de très basses
teneurs en carbone de l'acier et d'~viter une scorification exa-
gérée du chrome, caractérisé en ce qu'on insuffle simultanément
au moyen de ces tuyeres de la vapeur d'eau dans l'un des deux
tubes non ext~rieurs, un gaz non oxydant, soit réducteur tel que
de l'hydrog~ne, soit neutre, tel que de l'argon, ou de l'azote,
ou de l'h~lium, dans l'autre tube non extérieur, et un fluide
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protecteur contre l'usure dans l'espace annulaire p~xiphérique,
la proportion de vapeur d'eau et de gaz non oxydant etant réglée
à la fois de fa~on a limiter la scorification du chrome tout en
obtenant les basses teneurs en carbone d~sirées, et a maitriser
simultan~ment le réglage de la temp~rature du bain.
Comme on le comprend l'un des principaux avantages
de la présente invention est un effet de superdilution de l'oxyde
de carbone grâce au gaz non oxydant, dont l'effet de dilution
s'ajoute a celui de l'~ydrogene issu de la dissociation de la
vapeur d'eau.
Un autre avantage de l'invention est que l'on peut
faire varier la proportion relative de vapeur d'eau et de gaz
non oxydant de fa~on a bien maitriser le réglage de la temp~ratu-
re du bain, puisqu'un gaz non oxydant est moins refroidissant que
le même volume de vapeur d'eau.
Ce gaz non oxydant peut être de l'hydrogene ou de
l'argon, si l'on veut obtenir de l'acier au chrome avec de bas-
ses teneurs en azote. Ce gaz non oxydant peut être de l'azote
si la spécification de la nuance d'acier a élaborer tolère une
certaine renitruration. D'ailleurs, suivant une caract~ristique
particuliere de l'invention, le d~bit d'azote peut 8tre r~gl~
suffisamment fort pour permettre l'~laboration d'acier~ au chro-
me ~ haute teneur en azote.
L'injection d'azote peut ainsi devenir un avantage
pour les nuances très r~nitrurées contenant jusqu'à 1500 à 2500
p.p.m. d'azote.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va
décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de
réalisation du procédé de soufflage selon l'invention.
Dans un convertisseur de G tonnes ~quip~ de tuyères
triples, le bain est affine jusqu'a une teneur en carbone de
l'ordre de 0,145~, au moyen d'injection d'oxygene et de vapeur
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d'eau, tandis qu'une injection de fuel-oil protege les tu-
yeres contre l'usure. La temp~rature du bain est alors de
1690~C, la teneur e~ chrome est de 15,2~ et la teneur en azote
est de 320 p.p.m.
L'affinage est poursuivi avec l'injection de vapeur
d'eau pendant 5 minutes a raison de 6 k~/min sur la section
annulaire interm~diaire et 4 kg/min sur la section centrale,
tandis que la section annulaire péripherique, reste aliment~e en
fuel-oil.
A la fin de cette phase, le carbone est de 0,045%, la
teneur en chrome est de 14,50%, la temperature est de 1660~C
la teneur en azote est de 290 p.p.m.
,C'est ~ ce moment du processus d'affina~e que l'on
applique le mode de soufflage selon la pr~sente invention:
l'affinage est alors poursuivi pendant 9 minutes de la maniere
suivante:
- insufflation de vapeur d'eau dans l'espace annulaire intermé-
diaire à raison de 10 k~/mn
- insufflation d'azote dans le tube central ~ raison de
3,7 Nm3/min,
- insufflation de fuel-oil dans l'espace annulaire p~riph~rique,
raison de 0,2 litre par minute et par tuyère.
A la fin de cette phase, le carbone du bain est des-
cendu ~ une teneur de 0,009%, le chrome est à 13,3%, la tempé-
rature est de 16~0~C, la teneur en azote est de 1090 p.p.m.
Toute cette op~ration d'affinage est suivie d'une
opération de réduction des oxydes de chrome contenus dans la
scorie formee. Apr2s addition du mélange r~ducteur, constitu~
par exemple de chaux et de ferro-silicium, le bain et le laitier
sont brasses dans le convertisseur pendant 8 minutes environ
par un d~bit d'azote soufflé de 3,8 Nm3/min.
L'analyse finale de l'acier est alors de:
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- carbone _ 0,013
- chrome = 17,00~
- azote ~ 1950 p.p.m.
- la température du bain est alors de 1590~C.
Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du
cadre de l'invention, imaginer des Variante.s et perfectionne-
ments de détail, de même qu'envisager l'emploi de moyens équi-
valents. C'est ainsi que, dans le cas de tuyeres triples, la
vapeur d'eau peut être insufflee dans le tube central, et
le gaz non oxydant dans l'espace annulaire intermédiaire, tandis
que de 1'air ordinaire est admis dans 1'espace annulaire peri-
pherique.
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