Procédé d'affinage de l'acier en poche LF

1. Aperçu du procédé d'affinage de l'acier en poche LF

Le LF (Poche d'affinage) le procédé d'affinage de l'acier consiste à transférer l'acier en fusion dans sa phase d'oxydation finale d'un convertisseur ou d'un four électrique dans une poche LF. Ici, 50 à 90 % du laitier oxydé est éliminé, et du laitier réducteur ainsi qu'un désoxydant sont ajoutés pour l'affinage par réduction. En augmentant de manière appropriée le temps d'agitation, la quantité de laitier et la puissance d'agitation pendant le chauffage, et en obtenant une élimination complète du laitier pendant le tapage, la teneur en soufre de l'acier peut être encore réduite à moins de 30 ppm pour le soufre ([%S]) et moins de 20 ppm pour l'oxygène ([%O]), ce qui donne un acier propre.

2. Affinage et désoxydation LF

Solubilité et impact de l'oxygène

L'oxygène a une solubilité limitée dans l'acier liquide et solide, avec une solubilité significativement plus faible dans l'acier solide. Dans le processus d'affinage LF, l'acier en fusion provenant de la fusion primaire présente souvent de fortes propriétés oxydantes, ce qui pose des défis pour les tâches de désoxydation et de désulfuration profondes. Les dangers de l'oxygène sont multiples :

1. Limitation de la désulfuration: Une teneur élevée en oxygène ou un potentiel d'oxygène du laitier affecte la répartition du soufre entre l'acier et le laitier, réduisant la tension interfaciale et influençant le caractère et la quantité d'inclusions non métalliques contenant du soufre. Une désulfuration efficace nécessite une désoxydation préalable.

2. Réoxydation du carbone: Lorsque l'acier en fusion refroidit et cristallise, [C] et [O] se séparent, ce qui entraîne une réoxydation du carbone et la formation de bulles de gaz CO. Ces bulles compromettent la compacité de l'acier, provoquant des défauts tels que la porosité et le relâchement.

3. Inclusions non métalliques: L'oxygène précipité réagit avec des éléments tels que Si, Mn et Al pendant la solidification, formant des inclusions non métalliques qui contribuent aux défauts capillaires dans l'acier de haute qualité et dégradent divers indicateurs de performance tels que la limite de proportionnalité, l'énergie d'impact, l'allongement et la perméabilité magnétique.

4. Effet synergique avec le soufre: L'oxygène aggrave les effets nocifs du soufre en formant des eutectiques à bas point de fusion avec FeO et FeS, détériorant la plasticité de l'acier ou causant des dommages lors du travail à chaud.

Méthodes de désoxydation

Dans le processus LF, la désoxydation par précipitation et la désoxydation par diffusion sont couramment utilisées :

1. Désoxydation par précipitation: Cela implique d'ajouter directement un désoxydant en vrac à l'acier en fusion après avoir retiré le laitier oxydé. Les éléments désoxydants réagissent avec l'oxygène dissous pour former des composés stables qui se séparent de l'acier en fusion et entrent dans le laitier. Les désoxydants composites contenant de l'Al et des éléments alcalino-terreux sont largement utilisés en raison de leur capacité à former des produits de désoxydation composites à bas point de fusion qui facilitent la flottation et l'élimination des inclusions.

2. Désoxydation par diffusion: Ici, un désoxydant pulvérulent est ajouté à la surface du laitier, où la réaction de désoxydation se produit à l'interface acier-laitier. En réduisant la teneur en (FeO) dans le laitier, l'oxygène dans l'acier en fusion diffuse dans le laitier, abaissant ainsi la teneur en oxygène de l'acier.

3. Désulfuration par affinage LF

Le soufre est généralement considéré comme un élément nocif dans l'acier, affectant sa qualité de multiples façons. La désulfuration est donc une tâche métallurgique essentielle dans la fabrication de l'acier. La poche LF offre des conditions thermodynamiques et cinétiques favorables à la désulfuration, ce qui la rend importante pour la production d'acier à faible teneur en soufre.

Réactions de désulfuration

Contrairement à la désulfuration du laitier oxydant alcalin, la désulfuration du laitier réducteur alcalin LF suit ces réactions :

1. [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)
2. [MnS] + (CaO) = (CaS) + (MnO)

Étant donné que la plupart du soufre dans l'acier existe sous forme de [FeS], la réaction de désulfuration primaire est basée sur la première équation. L'efficacité de la désulfuration dépend de la basicité du laitier, de la teneur en (FeO) et (MnO), de la quantité de laitier et de la fluidité.

Facteurs influençant la désulfuration

• Basicité du laitier: Dans une certaine plage, l'augmentation de la basicité du laitier améliore la répartition du soufre, mais peut détériorer les conditions cinétiques au-delà d'un certain point.
• Atmosphère réductrice: L'affinage LF fonctionne dans une atmosphère réductrice, avec un laitier réduit à haute basicité favorisant la désulfuration.
• Quantité et fluidité du laitier: Une quantité et une fluidité de laitier adéquates favorisent les réactions laitier-acier et la désulfuration. Cependant, un laitier excessif augmente l'épaisseur de la couche, entravant la désulfuration et la flottation des inclusions, tout en augmentant les coûts de production.

4. Élimination des inclusions

Le soufflage d'argon au fond de la poche est une étape cruciale avant la coulée continue, ayant un impact significatif sur la qualité de l'acier en fusion et de la brame. Pendant le mouvement de l'acier en fusion, les inclusions entrent en collision, se condensent en particules plus grosses et remontent en raison de la flottabilité (certaines adhèrent aux surfaces des bulles et montent avec la flottabilité des bulles).

Processus d'élimination des inclusions

Le processus d'élimination des inclusions via les bulles implique plusieurs étapes :

1. Les bulles s'approchent et entrent en collision avec les inclusions.
2. Un film liquide se forme entre les bulles et les inclusions.
3. Les inclusions oscillent ou glissent le long des surfaces des bulles.
4. Le film liquide est expulsé et se rompt, formant un noyau de contact triphasique dynamique (TPC).
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