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EP1185715A2 - Procede de traitement de l'acier dans un four electrique a arc pour obtenir un laitier moussant - Google Patents

Procede de traitement de l'acier dans un four electrique a arc pour obtenir un laitier moussant

Info

Publication number
EP1185715A2
EP1185715A2 EP97945920A EP97945920A EP1185715A2 EP 1185715 A2 EP1185715 A2 EP 1185715A2 EP 97945920 A EP97945920 A EP 97945920A EP 97945920 A EP97945920 A EP 97945920A EP 1185715 A2 EP1185715 A2 EP 1185715A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slag
steel
carbide
electric arc
arc furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP97945920A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
André Poulalion
Jean-Pascal De Casanove
Claude Gentaz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKW BELLEGARDE Sas
Original Assignee
Pechiney Electrometallurgie SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Electrometallurgie SAS filed Critical Pechiney Electrometallurgie SAS
Publication of EP1185715A2 publication Critical patent/EP1185715A2/fr
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/54—Processes yielding slags of special composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/36—Processes yielding slags of special composition
    • C21C2005/366—Foam slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C2300/00—Process aspects
    • C21C2300/02—Foam creation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method of treating steel during its production in an electric arc furnace and, more specifically, a method for ensuring the foaming of the slag covering the bath of liquid steel in the furnace.
  • DRI direct reduced iron
  • Products such as lime and dolomite, intended to form a slag on the surface of the liquid steel, are added to the charge, as well as carbon, most often in the form of coke, in combination with an injection of oxygen in the oven.
  • the simultaneous supply of carbon and oxygen makes it possible to replace part of the electrical energy with chemical energy, to oxidize the impurities, the oxides formed being mainly trapped in the slag, and finally to adjust the carbon level in the steel.
  • iron oxide FeO is also formed, the slag of which contains, at the end of the preparation a content of between 20 and 50% by weight depending on the operating parameters of the oven, which constitutes a loss in iron compared to that introduced into raw materials.
  • the carbon / oxygen ratio is determined according to the priorities set by the operator, such as, for example, productivity, control of the temperature of the roof walls, noise, the final level of carbon in the steel, the amount of dissolved oxygen or the amount of chemical energy desired.
  • the subject of the invention is therefore a method of treating steel in an electric arc furnace to form a foaming slag on the surface of the liquid bath, consisting in injecting, into the slag or in its vicinity, carbide powder.
  • calcium in an amount between 3 and 8 kg per tonne of liquid steel.
  • the calcium carbide is preferably a technical calcium carbide with at least 75% pure carbide and a particle size of less than 2 mm. It can be used alone or mixed with carbon powder, the total optimal quantity for treatment being between 6 and 8 kg / t of steel.
  • Calcium carbide powder can completely or partially replace graphite or anthracite powder, but to obtain a significant effect on iron loss or electrical consumption, it is necessary to use at least 3 kg per tonne of liquid steel.
  • a substitution for equal weight of carbon by calcium carbide gives a good result. This is quite surprising since the amount leading to the same release of CO would be 2.7 times greater. Knowing that usually 6 to 8 kg / t of carbon powder is used to obtain a foaming slag, it is advantageous to use the same amount by weight of carbide in substitution.
  • the carbide used is, as for other steel applications, so-called “technical” carbide, that is to say carbide resulting from the carbothermic reduction of lime in an electric oven and containing from 15 to 35% by weight of residual lime. It is preferable that the carbide content is more than 75%.
  • the particle size is preferably chosen below 2 ⁇ nm 3, that is to say much less than that of the carbide used for ladle refining, generally between 5 and 15 mm. It is also possible to add to the carbide powder suction dust from the electric oven.
  • the injection of the carbide powder must be accompanied, like that of carbon, by a concomitant injection of oxygen to obtain an exothermic effect favorable to the various reactions, but preferably a certain lack of oxygen is maintained with respect to the common practice.
  • the slag must remain strongly agitated to allow rapid heat transfer and the elimination of the guangue formed on the surface of the carbide grains.
  • the oxidation reaction of the carbide can then continue until its complete disappearance from the slag and that of the carbon can take place.
  • the carbide is injected under the same conditions as that of carbon, using a lance whose end is located either in the slag, or just above, or at the metal-slag interface.
  • the FeO content of the slag is approximately 10% lower, which, for a quantity of slag of the order of 120 kg / t, induces a reduction of 12 kg / t of FeO in the slag, ie a gain of 9 kg of iron (about 1%), not to mention the fact that the quantity of slag used can be reduced.
  • the consumption of electricity, with an equal amount of oxygen injected is reduced by around 20 kWh per tonne, which also leads to a reduction in electrode consumption and a reduction in the duration under voltage, leading to a corresponding reduction in the time between 2 power-ups ("tap to tap"). If the operator is not interested in an increase in productivity, he can choose to reduce the quantity of oxygen injected, which reduces the material cost and the energy of injection.
  • the treatment method according to the invention applies not only to ordinary steels, but also to alloy steels, in particular stainless steels, produced in an electric oven.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de l'acier dans un four électrique à arc pour former un laitier moussant à la surface de l'acier liquide, dans lequel on injecte dans le laitier ou à son voisinage du carbure de calcium en poudre en quantité comprise entre 3 et 8 kg par tonne d'acier dans le four. Elle permet de réduire la perte en fer dans le laitier, notamment lorsque la charge contient du fer préréduit, et de diminuer la consommation d'énergie.

Description

Procédé de traitement de l'acier dans un four électrique à arc pour obtenir un laitier moussant
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé de traitement de l'acier au cours de son élaboration au four électrique à arc et, plus précisément, un procédé permettant d'assurer le moussage du laitier recouvrant le bain d'acier liquide dans le four.
Etat de la technique
Une partie croissante de l'acier produit dans le monde l'est actuellement par la filière électrique, c'est à dire par élaboration au four électrique à arc à partir soit de ferrailles, soit de fer préréduit (DRI = direct reduced iron), soit de fonte solide ou liquide, ou d'un mélange de ces produits. On ajoute à la charge des produits, tels que la chaux et la dolomie, destinés à former un laitier à la surface de l'acier liquide, ainsi que du carbone, le plus souvent sous forme de coke, en combinaison avec une injection d'oxygène dans le four.
L'apport simultané de carbone et d'oxygène permet de remplacer une partie de l'énergie électrique par de l'énergie chimique, d'oxyder les impuretés, les oxydes formés étant en majeure partie piégés dans le laitier, et enfin d'ajuster le niveau de carbone dans l'acier. Par contre, il se forme également de l'oxyde de fer FeO dont le laitier contient, à la fin de l'élaboration une teneur comprise entre 20 et 50% en poids selon les paramètres de fonctionnement du four, ce qui constitue une perte en fer par rapport à celui introduit dans les matières premières.
Le rapport carbone/oxygène est déterminé en fonction des priorités que se fixe l'exploitant, comme, par exemple, la productivité, le contrôle de la température des parois de voûte, le bruit, le niveau final de carbone dans l'acier, la quantité d'oxygène dissous ou la quantité d'énergie chimique désirée.
Dans le but de mieux contrôler l'oxydation du fer qui affecte le rendement en métal et d'améliorer l'efficacité thermique du four, les aciéries électriques ont développé, depuis quelques années, une technique dite de « laitier moussant », consistant à introduire le carbone par injection, en continu et sous forte pression, d'une poudre carbonée, par exemple une poudre de graphite ou d'anthracite, dans le laitier ou à son voisinage. L'oxydation de ce carbone produit de l'oxyde de carbone CO qui se dégage sous forme de bulles à travers le laitier et produit un effet de moussage. Ce moussage permet de couvrir l'arc électrique, ce qui améliore le rendement, de diminuer les pertes thermiques par rayonnement, de réduire le bruit et de protéger les électrodes. Un exemple représentatif et récent de cette pratique est décrit dans l'article de R.D. MORALES et al. de la société IMEXSA « The Slag Foaming Practice in EAF and Its Influence on the Steelmaking Shop Productivity » ISIJ International, vol. 35, 1995, n° 9, pp. 1054-1062. L'article montre la réduction de la consommation électrique et de la teneur en fer du laitier résultant de l'introduction de la technique du laitier moussant dans le four électrique. Cette réduction est d'autant plus intéressante que la charge est constituée majoritairement de fer préréduit. En effet, dans ce cas, on observe en général une teneur plus élevée en FeO dans le laitier et une quantité de laitier nécessaire plus importante que lorsqu'on utilise des ferrailles, ce qui conduit à une forte augmentation de la perte en fer, laquelle peut doubler en passant, par exemple, de 2% à 4% quand on passe d'une charge de ferrailles à une charge de fer préréduit. Cette substitution conduit également, toutes choses égales par ailleurs, à une augmentation de la consommation électrique.
Le carbure de calcium est largement utilisé dans l'affinage en poche des aciers, y compris ceux issus des aciéries électriques, mais, à la connaissance des inventeurs, il n'a jamais été utilisé industriellement dans le four électrique lui-même. Ainsi, l'article de G. M. FAULRI G et G. MEDINA « Chaparral's Steelmaking Practice: Then, Now and Why » publié dans les 1994 Electric Furnace Conférence Proceedings, pp. 401-409, avant de décrire longuement l'utilisation du carbure de calcium en poche d'affinage, indique qu' »une pratique efficace en sidérurgie exige un laitier oxydant dans le four et un laitier réducteur en poche » en précisant, un peu plus loin, que « CaC2 est ajouté pour transformer un laitier oxydant en laitier réducteur ». Cet article montre bien qu'il existait, pour le spécialiste de la sidérurgie au four électrique comme pour le producteur de carbure de calcium, un préjugé contre l'utilisation du carbure de calcium dans le four électrique lui-même.
On peut certes l'envisager comme source alternative de carbone, comme le font par exemple WANG PING et FU IDE de l'université de Beijing dans leur communication au 5ème European Electric Steel Congress à Paris du 19 au 23 juin 1995 « Advances in EAF + LF(V) Process in China ». Selon ces auteurs, on peut utihser, pour former un laitier moussant, C, CaC2 ou SiC comme source de carbone. Pour le carbure, la réaction d'oxydation s'écrit: CaC2 + 3 0 = CaO + 2CO On peut en conclure que, pour obtenir le même effet moussant, il faut avoir le même dégagement de CO et, par conséquent, substituer à 24 kg de carbone 64 kg de carbure, soit presque 3 fois plus en poids. Compte-tenu des prix respectifs du graphite ou de l'anthracite et du carbure de calcium, cette substitution n'est guère intéressante économiquement, et c'est probablement la raison pour laquelle elle n'a pas été mise en oeuvre.
Objet de l'invention
La demanderesse a mis en évidence, de manière surprenante, que, pour obtenir en matière de réduction des pertes en fer et de consommation électrique, des résultats au moins aussi bons, sinon meilleurs qu'avec le carbone, on pouvait utihser du carbure de calcium en quantité beaucoup moins importante que celle à laquelle on pouvait s'attendre par substitution stoechiométrique de CaC2 à C.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de traitement de l'acier dans un four électrique à arc pour former un laitier moussant à la surface du bain liquide consistant à injecter, dans le laitier ou à son voisinage, de la poudre de carbure de calcium en quantité comprise entre 3 et 8 kg par tonne d'acier liquide.
Le carbure de calcium est, de préférence, un carbure de calcium technique à au moins 75% de carbure pur et de granulométrie inférieure à 2 mm. Il peut être utilisé seul ou mélangé à de la poudre de carbone, la quantité totale optimale pour le traitement étant comprise entre 6 et 8 kg/t d'acier.
Description de l'invention La poudre de carbure de calcium peut remplacer totalement ou partiellement la poudre de graphite ou d'anthracite, mais, pour obtenir un effet sensible sur le perte en fer ou sur la consommation électrique, il faut en utihser au moins 3 kg par tonne d'acier liquide. Quand il est utilisé seul, on constate qu'une substitution à poids égal du carbone par le carbure de calcium donne un bon résultat. Ceci est tout à fait surprenant puisque la quantité conduisant au même dégagement de CO serait 2,7 fois plus importante. Sachant qu'on utilise habituellement de 6 à 8 kg/t de poudre de carbone pour obtenir un laitier moussant, on peut avantageusement utihser la même quantité pondérale de carbure en substitution. Le carbure utilisé est, comme pour les autres applications sidérurgiques, du carbure dit « technique », c'est à dire du carbure résultant de la réduction carbothermique de la chaux au four électrique et contenant de 15 à 35% en poids de chaux résiduelle. Il est préférable que la teneur en carbure soit supérieure à 75%. La granulométrie est choisie de préférence en dessous de 2 τnm3 c'est à dire beaucoup moins que celle du carbure utilisé pour l'affinage en poche, généralement comprise entre 5 et 15 mm. On peut également ajouter à la poudre de carbure des poussières d'aspiration du four électrique.
L'injection de la poudre de carbure doit être accompagnée, comme celle de carbone, d'une injection concomittante d'oxygène pour obtenir un effet exothermique favorable aux différentes réactions, mais on maintient de préférence un certain défaut d'oxygène par rapport à la pratique courante.
Le laitier doit rester fortement agité pour permettre un transfert thermique rapide et l'élimination de la guangue formée en surface des grains de carbure. La réaction d'oxydation du carbure peut alors se poursuivre jusqu'à sa disparition totale du laitier et celle du carbone peut avoir heu. L'injection du carbure se fait dans les mêmes conditions que celles du carbone, à l'aide d'une lance dont F extrémité se situe soit dans le laitier, soit juste au dessus, soit à l'interface métal-laitier. La substitution d'un poids sensiblement égal de carbure de calcium technique au carbone pour le moussage du laitier de four électrique présente de nombreux avantages. La teneur en FeO du laitier est inférieure de 10% environ, ce qui, pour une quantité de laitier de l'ordre de 120 kg/t, induit une diminution de 12 kg/t de FeO dans le laitier, soit un gain de 9 kg de fer (environ 1%), sans compter le fait qu'on peut diminuer la quantité de laitier utilisé. La consommation d'électricité, à quantité égale d'oxygène injecté, est réduite de l'ordre de 20 kWh par tonne, ce qui entraîne en plus une réduction de la consommation d'électrode et une réduction de la durée sous tension, conduisant à une réduction correspondante du temps entre 2 mises sous tension (« tap to tap »). Si l'exploitant n'est pas intéressé par une augmentation de la productivité, il peut choisir de réduire la quantité d'oxygène injecté, ce qui réduit le coût-matière et l'énergie d'injection.
Le fait de travailler avec un laitier à plus faible teneur en FeO conduit à une réduction de la consommation de réfractaires et de désoxydants en poche. Enfin, on peut diminuer la quantité de chaux apportée pour la formation du laitier, puisque la décomposition du carbure donne de la chaux. L'ensemble de ces avantages conduit ainsi à un bilan économique très favorable.
Le procédé de traitement selon l'invention s'applique non seulement aux aciers ordinaires, mais également aux aciers alliés, en particulier les aciers inoxydables, élaborés au four électrique.
Exemple
Une série de 10 mesures comparatives ont été réahsées sur un four électrique à arc industriel de 130 t de capacité, avec une charge constituée de 70% (en poids) de fer préréduit et de 30% de ferrailles. La durée de traitement a été de 55 mn. Les résultats sont les suivants, en moyenne et rapportés à la tonne d'acier liquide:
Avec l'injection de carbure de calcium, on constate un moussage du laitier comparable avec la technique antérieure et plutôt mieux stabihsé. Le laitier avant coulée ne contient plus de carbure de calcium.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de l'acier dans un four électrique à arc pour former un laitier moussant à la surface de l'acier liquide, caractérisé en ce qu'on injecte dans le laitier ou au voisinage du laitier du carbure de calcium en poudre en quantité comprise entre 3 et 8 kg par tonne d'acier dans le four.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange au carbure de calcium une poudre carbonée en quantité telle que la quantité totale soit comprise entre 6 et 8 kg/t.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la poudre de carbure de calcium a une granulométrie inférieure à 2 mm.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le carbure de calcium est du carbure technique à au moins 75% de carbure.
EP97945920A 1996-11-14 1997-11-13 Procede de traitement de l'acier dans un four electrique a arc pour obtenir un laitier moussant Ceased EP1185715A2 (fr)

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FR2755700A1 (fr) 1998-05-15
WO1998021374A2 (fr) 1998-05-22
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