(57) 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.
[0001] 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.
[0002] 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).
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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 m
3/h environ par élément, compté en m
3 gazeux.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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 m
3/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 CO
Z.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.).
[0022] 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.
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.