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

Description

[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] On connaît 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 la haut (voir par exemple EP-A-0032 343), se développe actuellement dans le monde entier sous la dénomination commerciale "procédé LBE" (Lance - Brassage - Equilibre). Ce procédé ten 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 has.

[0004] De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour conférer aux éléments réfractaires une perméabilité 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 mono- litique, 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 sentire sur la durée de vie du réfractaire classique environnant. A ce égard, l'expérience montre que, dans le cas convertisseurs traditionnels à soufflage d'oxgène 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 passage lôrsqueces 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'aciére 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 laiter se dépose et se repartisse sur le fond; et en ce qu'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 du fluide de brassage n'excédant pas 30 m³/h environ par élément, compté en m³ gazeux, de manière à former un réseau de canaux reliant la face du soufflage desdits éléments à la surface libre du fond au travers de la couche de laitier déposée.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] La technique de dépôt selon l'invention s'inspire de la pratique d'entretien des fonds de convertisseurs d'aciérie, connue sous la dénomination anglo-saxonne imagée "slagging-in" et rapportée, par exemple, dans la demande de brevet européen publiée n° 0007657. Elle 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.

[0011] La méthode proposée est d'un 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 laitierfluide" utilisée dans la formulation ci-avant de l'object de l'invention.

[0012] 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 entraîner 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 refractaire ou mélange d'oxydes réfractaires dont on a un usage courant en aciérie.

[0013] 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.

[0014] 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^l/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 récupération produit dans l'usine elle-même, comme le CO₂.

[0015] Un fois la couche de laitier durcie, le convertisseur est prêt pour une nouvellè charge. Un constate dès le dbut du traitement d'affinage, que non seulement le preméabilité 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.

[0016] 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.

[0017] 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 du 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.

[0018] 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.

[0019] Comme on l'a déja 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.

[0020] 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.).

[0021] Par ailleurs, l'invention s'applique quelque soit le type d'éléments réfractaires perméables utilisés. Il doit être souligné cependant qu 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.

Revendications

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 qu'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 n'excédant pas 30 m^l/h environ par élément, compté en _M³ gazeux, de mainère à former un réseau de canaux reliant la face de soufflage desdits éléments à la surface libre du fond au travers de la couche de laitier déposée.

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, cartactérisé 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 dimineur 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.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verlängerung der Haltbarkeit feuerfester, gasdurchlässiger Elemente, die im Boden von Sauerstoff-Aufblaskonvertern für Stahl angeordnet sind, wobei die Elemente zum kontrollierten Einblasen eines Durchmischungsfluids in das Bad aus geschmolzenem Metall im Konverter dienen, dadurch gekennzeichnet, daß während des Frischens einer beliebigen Charge eine flüssige Schlacke gebildet wird, die nach dem Abgießen des flüssigen Metalls durch Kippen des Konverters im Konverter verbleibt; daß der Konverter wieder in die senkrechte Stellung verbracht wird, so daß sich die Schlacke ablagert und über den Boden verteilt; und daß man die Schlacke erhärten läßt und ihre Verbindung mit dem Boden ermöglicht unter Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes in den gasdurchlässigen feuerfesten Elementen für eine perma-- nente Leistung an Durchmischungsfluid, die ungefähr 30 m³/h pro Element nicht übersteigt gemessen in gasförmigen m³, so daß sich ein Kanalnetz ausbildet, das die Blasfläche der Elemente mit der freien Oberfläche des Bodens durch die abgelagerte Schlackenschicht hindurch verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erlieichterung der Verteilung der Schlacke auf dem Boden der Konverter in beiden Richtungen aus der senkrechten Stellung verschwenkt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dudurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Fließfähigkeit der Schlacke gegebenenfalls während oder nach dem Frischen in den Konverter Verdünnungsmittel gegeben werden, um die Schmelztemperatur in der Schlacke zu verringern.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dudurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Fließfähigkeit der Schlacke gegebenenfalls während oder nach dem Frischen in den Konverter Verdickungsmittel gegeben werden zur Erhöhung der Schmelztemperatur der Schlacke.

Claims

1. A method for increasing the lifetime of permeable refractory elements provided on the bottom of a top-blowing steel-making converter, said elements being used for the controlled injection of a stirring fluid into the molten metal bath contained in the converter, said method being characterized in that, in the course of the refinement of any charge, a liquid slag is formed which is then kept in the converter after tapping of the liquid metal by tipping of said converter; in that the converter is put back in a vertical position in such a way that the slag is deposited and distributed on the bottom; and in that said slag is allowed to harden and fix its hold on the bottom while maintaining in the permeable refractory elements a pressure sufficient to ensure a permanent output of stirring fluid not exceeding approximately 30 m³/h per element, calculated in m³ of gas, in such a way as to form a system of channels connecting the blowing surface of said elements to the free surface of the bottom across the layer of deposited slag.

2. A method according to claim 1, characterized in that, in order to facilitate the distribution of the slag on the bottom, the converter is tipped to each side of its vertical position.

3. A method according to claims 1 or 2, characterized in that, in order to increase the liquidity of the slag, if required, liquefying agents for lowering the melting temperature of the slag are added to the converter during or at the end of refinement.

4. A method according to claims 1 or 2, characterized in that, in order to reduce the liquidity of the slag, if required, thickening agents for increasing the melting temperature of the slag are added to the converter during or at the end of refinement.