REFINING PROCESS OF A METAL MELT

PROCEDE D'AFFINAGE D'UN BAIN DE METAL

Abrégé français

PRECIS
L'invention concerne un procédé d'affinage d'un bain
de métal, notamment par soufflage d'oxygène par le haut effectu-
au moyen d'une lance de soufflage disposant d'une part d'un cir-
cuit à oxygène principal et d'autre part d'un circuit à oxygène
secondaire qui fournit l'oxygène nécessaire à brûler le CO déga-
gé au cours de l'affinage, qui est soutenu par un barbotage de
gaz essentiellement inerte par le fond du creuset. Le procédé
selon l'invention est caractérisé en ce que l'on détermine en
continu l'épaisseur de la scorie qui surnage sur le bain, la
vitesse de décarburation du bain ainsi que le facteur de post-
combustion du monoxyde de carbone et que l'on ajuste dans le
temps la hauteur de la lance de soufflage en-dessus du bain, le
débit total en oxygène soufflé, le débit d'oxygène secondaire et
le débit de gaz de barbotage de manière à suffire à tout moment
de l'affinage à l'équation:
<IMG>
où <IMG> est le rapport (épaisseur scorie/hauteur du bain) à
un moment t déterminé, HL est la hauteur de la lance de soufflage,
DC est le diamètre du creuset, DOT est le débit total en oxygène
de soufflage, DCDT est la vitesse de décarburation du bain, X
est le facteur de post-combustion du CO dégagé [% CO2/ (%CO +
%CO2)], DOS est le débit d'oxygène secondaire et F est le débit
de gaz de barbotage, tandis que C, a1-a5 et .alpha.1-.alpha.5 sont des pa-
ramètres qui dépendent de la configuration de l'installation et

qui sont des fonctions du rapport (volume total d'oxygène
introduit dans la scorie / volume total d'oxygène insufflé). Ce
procédé permet le suivi de l'évolution des réactions thermochimi-
ques se déroulant dans le bain et dans la scorie, ainsi que
celui du comportement de la scorie au point de vue local en
faisant usage d'une part de paramètres fixes, liés à la confi-
guration de l'installation et d'autre part de paramètres varia-
bles significatifs pour le déroulement contrôlé des réactions
thermochimiques au cours de l'affinage.

Revendications

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un
droit exclusif de propriété ou de privilège est revendi-
qué sont définies comme il suit:
1) Procédé d'affinage d'un bain de métal, notamment par
soufflage d'oxygène par le haut effectué au moyen d'une
lance de soufflage disposant d'une part d'un circuit à
oxygène principal et d'autre part d'un circuit à oxygène
secondaire qui fournit l'oxygène nécessaire à brûler le CO
dégagé au cours de l'affinage, qui est soutenu par un bar-
botage de gaz essentiellement inerte par le fond du creuset,
caractérisé en ce que l'on détermine en continu l'épaisseur
de la scorie qui surnage sur le bain, la vitesse de décar-
buration du bain ainsi que le facteur de post-combustion du
monoxyde de carbone et que l'on ajuste dans le temps la
hauteur de la lance de soufflage en-dessus du bain, le débit
total en oxygène soufflé, le débit d'oxygène secondaire et
le débit de gaz de barbotage de manière à suffire à tout moment
de l'affinage à l'équation :
<IMG>
ou <IMG> est le rapport (épaisseur scorie/hauteur du bain)
à un moment t déterminé;
HL est la hauteur de la lance de soufflage,
DC est le diamètre du creuset,
DOT est le débit total en oxygène de soufflage,
DCDT est la vitesse de décarburation du bain,
X est le facteur de post-combustion du CO dégagé
[% CO2/(%CO + % CO2)]
DOS est le débit d'oxygène secondaire et
F est le débit de gaz de barbotage,
tandis que C, al-a5 et .alpha.1-.alpha.5 sont des paramètres qui dépendent
de la configuration de l'installation et qui sont des fonc-
tions du rapport (volume total d'oxygène introduit dans la
scorie / volume total d'oxygène insufflé).

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en
ce que l'on conduit l'affinage de manière à assurer
qu'à tout moment au cours de l'affinage le rapport
(épaisseur scorie/hauteur bain) reste entre une limite
inférieure et une limite supérieure définies de manière
empirique pour une installation donnée.
3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que l'on favorise la déphosphoration et la désulfu-
ration du bain en ajustant les conditions de l'affinage
de manière à faire tendre le rapport (épaisseur scorie/
hauteur bain) vers sa limite inférieure.
4. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que l'on favorise la post-combustion du CO dégagé
en ajustant les conditions de l'affinage de manière à faire
tendre le rapport (épaisseur scorie/hauteur bain) vers sa
limite inférieure.

Description

'7~
Procédé d'af~ina~Je d'un bain de metal.
La presente invention concerne un procede d'affinage
d'un bain de metal, notamment par conduite controlée
du sou~flage d'oxygène par le haut et du barbotage
au gaz inerte par le fond du creuset.
Pour augmenter la productivite de la fabrication de
l'acier on recherche d'un cote des moyens permettant
d'incorporer un maximum de matieres ferrifares dans
le bain, telles les mitrailles et/ou les minerais
riches. D'un au-tre cote on cherche a assurer une qualite
elevee de l'acier fabrique en eliminant le plus possible
de phosphore et de soufre contenus dans le metal a affiner.
Ainsi il est connu de suivre l'evolution de la scorie
au cours de l'affinage et d'intervenir par des reglages
soit du debit de l'oxyyène soufflé par la lance, soit de
la hauteur de la tête de lance audessus du niveau du bain.
En effet, on peut dans une certaine mesure regler la ré-
partition de l'oxygene de soufflage entre la scorie et le
metal en variant la distance entre la tete de lance et
le niveau du bain, pour un debit cons~ant en oxygène et pour
une tete de lance d'une configuration donnée.
Une hauteur élevée de la tête de lance résulte en une oxydation
préferentielle de la scorie qui prend une consistance mousseuse,
ce qui favorise la dephosphoration et la desulfuration. Par
contre une faible hauteur de la tête de lance conduit à une
decarburation accelérée et a un degagement accru de chaleur,
surtout au point d'impact du jet d'oxygène, laquelle chaleur
peut servir a la fusion de matieres solides incorporees au bain.
Or, mal~ré l'acquisition de lances speciales onereuses en vue
d'augmenter le taux de post-combustion du CO près de la surface
du bain, tous les efforts imaginables pour augmenter les tempé-
ratures pres de la surface du bain dans le but de fondre un
,.
.

- 2 - ~ ~,7~
surplus de m:itrailles, sont contre-carres par la présence
à la surface d'un bain d'une couche de scorie épaisse et
mousseuse qui se forme au cours de l'affin~ye par soufflage
d'oxygène par le haut et qui a~it comme un isolant thermique
grace à sa consistance mousseuse.
C'est dans cet ordre d'idées que le déposant a proposé un pro-
cédé d'affinage permettant d'augmenter les taux traditionnels
d'ajoutes de mitrailles solides tout en evitant les désavan-
tages décrits.
Le procédé décrit dans la demande de brevet LU 81.207, prevoitd'affiner la fonte par soufflage d'oxygène par le haut e-t il
est caractérisé en ce que d'une part on provo~ue à proximité
immédiate de la surface du bain une post-combustion du C0 dé-
gagé au cours de la décarbura-tion en répartissant de l'oxy~ène
sur ladite surface e-t que d'au-tre part on règle en continu
l'épaisseur et la consistance de la scorie en agissant sur le
déséquilibre entre celle-ci et le bain, par injection de gaz
essentiellement inerte par le ~ond du bain.
Toutefois un procédé d'affinage au cours duquel l'interface
entre le métal et la scorie est constal~ment balayé par l'ajoute
de gaz de barbotage, si bien que la scorie est en permanence
désoxydée et ne peut par conséquence prendre une consistance
mousseuse, ne permet pas, à lui seul, de tenir compte de la
multiplicité des réactions qui se déroulent dans le bain et
surtout dans la scorie.
En effet, la scorie doit nécessairement présenter un degre de
réactivité réglable ainsi qu'une consistance essentiellement
fluide, egalement-reglable, pour permettre la conduite de
l'affinage sous des conditions reconnues comme favorables, tant
du point de vue de la post-combustion du C0 que du point de
vue de la déphosphoration et de la desulfuration du bain. Paral-
lèlement à ceci, il est nécessaire de suivre le degré momentané
de decarburation du bain en fonction de l'oxygène insuffle.
:
,
. . : '
, , ~ : , .

~ 3 ~ ~S~;59
Le but de la présente i.nvention est doIlc d'élahorer un
procede de conditionnement de la scorie au cours de
l'affinaye d'un bain de fonte, procedé qui permet le sui-
vi de l'évolution des réactions thermochirniques se dé-
roulant dans le bain et dans la scorie, ainsi que celui ducomportement de la scorie au point de vue local en ~aisant
usage d'une par-t de paramètres fixes, liés ~ la configura-
tion de l'installation et d'autre part de paramètres variables
significatifs pour le déroulement contrôlé des réactions
thermochimiques au cours de l"lffinacJe.
Ce but est atteint suivant l'invention par un procédé d'affi-
nage qui opère essentiellement par souffla~e d'oxygène par
le haut au moyen d'une lanc,e de souffla~e disposant d'une
part d'un circuit,à oxygène principal. et d'autre par-t d'un
circuit à oxygène secondaire qui fournit l'oxy~ène nécessaire
à bruler le CO dégagé au cours de l'affina~e et qui est sou-
tenu par un barbotage de gaz essentiellement inerte par le
fond du creuset. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on
détermine en continu l'épaisseur de la scorie qui surnage
sur le bain, la vitesse de décarburation du bain ainsi que
le facteur de post-combustion du monoxyde de carbone et que
l'on ajuste dans le temps la hauteur de la lance de souffla~e
en-dessus du bain, le debit total en oxy~ène soufflé, le
débit d'oxy~ène secondaire et le débit de ~az de barbotage
de manière à suffire ~ tout moment de l'affina~e à la r~lation:
.
HSC HL ~1 DOT ~2 DOS ~3
) = C + al . (-) -a2. ~ ) . (1-a3. - )
HB t DC(l+x)DCDT DOT
F ~4 DC ~5
- a4. ( ) ( 1 - a5 .-- )
DOT HB
HSC
où ( ) est le rapport (épaisseur scorie/hauteur du bain)
HB à un moment t determine;
HL est la hauteur de la lance de soufflage,
DC est le diamètre du creuset,
: ,

~LS76.Lj9
DOT est le débit total en ox~gène de souffla~e,
DCDT est la vitesse de décarburat:Lon du bain,
X est le facteur de post-combustion du CO dégac3é
r % C02/(~CO + ~ C02)~
DOS est le débit dloxygène secondaire et
F est le débit de gaz de barbotage
tandis que C, al-a5 et ~ 5 sont des paramètres qui dé-
pendent de la configuration de l'instalLation et qui sont
des fonctions du rapport (volume total d'oxycJene introduit
dans la scorie / volume total d'oxygène insufflé),
Suivant l'invention on conduit llaffina~e de manière à assu-
rer qu'à tout moment au cours le l'affinage le rapport (épais-
seur scorie/hauteur bain) reste entre une limite inférieure
et une limite supérieure définies de maniere empirique pour
une installation donnée.
Une fois ces limites établies on peut favoriser la déphospho-
ration et la désulfuration du bain en ajustant les conditions
de l'afEinage de maniere à faire tendre le rapport (epaisseur
scorie/hauteur bain) vers sa limite supérieure, tandis que
l'on peut favoriser la post-combustion du CO dégagé en ajustant
les conditions de l'affinage de manière à faire tendre le rapport
(épaisseur scories/hauteur bain) vers sa limite inférieure.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention on établit
donc le rapport (épaisseur scorie/hauteur bain). Tandis que la
hauteur du bain est constante, dépendant essentiellement de la
quantité de fonte et des mitrailles enfournées, l'épaisseur de
la scorie est sujette a des variations. Pour déterminer en con-
tinu la dite épaisseur, on utilise de préférence les procédéset les dispositifs de mesure que le déposant a décrits dans le
brevet LU 71.261 resp. la demande de brevet LU 81.512.
Ces procédés et dispositifs se pretent particulierement bien à
etre intégrés dans un système global de conduite par ordinateur,
tel qu'il convient d'etre utilisé dans le cadre du procédé suivant
l'invention. Il en est de meme pour ce qui est du suivi de la
;L ~
- , ~ '. . .

_ 5 - ~ ~t~7~
vitesse de decarburation (DCDT) par analyse en cont:inu des
fumées du convertisseur ~ l'alde d'un spectromètre de masse
et du calcul du facteur de postcombustion (X) du CO degage
au cours de l'affinage.
Dans le rapport (hau-teur lance/diamètre creuset) la hauteur
de la lance est évidemment le seul paramatre variable~ Or,
il y a lieu de préciser que le dit rapport ne varie que très
peu dans le present contexte. En effet, tandis que suivant
les procédés d'affinage conventionnels on essaie de con-trôler
tant bien que mal la vitesse de décarburation du bain par le
débit d'oxygène insufflé, par l'ajustement de la hau-teur de
la lance et encore en prévoyan-t des têtes de lance à l'aide
desquelles on peut choisir l'angle d'insuEflation de l'oxygène,
le procédé suivant l'invention prévoit que l'on confine la lance
de soufflage pratiquement dans un role de s.imple fournisseur
d'oxygène et que l'on règle la vitesse de décarburation du métal
surtout par le débit du gaz de barbotage.
Comme il a é-té exposé plus haut on utilise une lance de soufflage
disposant d'un circuit à oxygène principal et d'un circuit à
oxygène secondaire, pour bien différencier le jet d'oxygène des-
tiné à pénétrer dans le bain de l'oxygène secondaire ajouté en
vue de soutenir la post-combustion du CO au-dessus du niveau du
bain.
La relation suivant l'invention tient en effet compte des débits
respectifs en oxygène total et en oxygène secondaire ainsi que
du débit en oxygène total en rapport avec le débit en gaz de
barbotage.
Ainsi, par exemple, on a pour une aciérie du déposant
HB ~ 120 cm
D~ = 500 cm
et on dispose d'une lance de soufflage spéciale à postcombustion

- 6~ i59
La relation est alors
1,324 DOS DOT 0,856
HSC = 389 + 0,396 * HL - 229,35 * ( 1 - - )
DOT (l~X)DCDT
F 0,871 _
- 8.517,02 * (
DOT
Oa HSC et HL sont exprimés en cm,
DOT, DOS et F en Nm3/min,
et DCDT en k~/min.
En conduisant le soufflage en se basant sur cette relation et
en gardant à chaque moment HSC compris cntre 120 et 200 cm,
il a été possible, à partir d'une fonte liquide d'analyse
moyenne :
C = 3,90%
Mn = 0,28%
P = 1,65%
S = 0,025%
Si = 0,64%
d'élaborer au conver-tisseur un acier où P = 0,010% et S= 0,011%,
tout en réalisant les résulatats suivants :
Consommation de fonte liquide : 664 kg/t acier
Consommation de mitrailles : 440 kg/t acier
Rendement fer 96 ,5%
Il est évident que la mise en oeuvre du procéde suivant l'in-
vention exige l'utilisation d'un ordinateur auquel sont reliés
les instruments de mesure resp. les entrées et sorties des
débitmètres et vannes de régulation pour les ~az utilisés et
qui assume ]a conduite automatique de ~'affina~e suivant l'in-
vention.
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