"Procédé de fabrication de l'acier d'usage courant".
La présente invention concerne la fabrication de métaux et a notamment pour objet un procédé de fabrication de l'acier d'usage courant.
Par aciers d'usage courant nous entendons les aciers
de la composition suivante, % en poids :
<EMI ID=1.1>
En outre, les aciers d'usage courant peuvent contenir les éléments suivants, % en poids :
<EMI ID=2.1>
L'invention peut être utilisée pour la fabrication des aciers de convertissage, des aciers Martin et des aciers électriques d'usage courant.
L'application de l'invention sera la plus efficace dans la fabrication des aciers au manganèse.
A l'heure actuelle on applique largement dans la pratique mondiale les procédés hors-fours d'obtention des aciers (par exemple, en poche de coulée), ayant pour but d'améliorer la qualité
du métal obtenu dans une installation de fusion d'acier.
Outre les processus d'alliage et de modification par différents éléments, on réalise en poche de coulée le raffinage
du métal en fusion en vue de le débarrasser du soufre, du phosphore,
de l'hydrogène, de l'azote et des autres éléments.
Le raffinage de l'acier est habituellement séparé dans le temps du processus d'alliage. Ces opérations sont effectuées successivement : on procède d'abord à l'alliage de l'acier en additionnant dans la poche de coulée de différents ferro-alliages contenant des éléments d'alliage et l'on effectue ensuite le raffinage du métal par soufflage avec différents agents désulfurants, puis le traitement de l'acier sous vide.
Chacune de ces .opérations entraînant des pertes de chaleur, on est obligé, pour compenser les pertes de chaleur au traitement hors-four de l'acier, soit de surchauffer le métal dans l'installation de fusion d'acier ce qui augmente son oxydation avant la coulée et donc compromet la qualité de l'acier, soit de créer un équipement spécial pour réchauffer le métal en poche de coulée ce qui entraîne forcément une augmentation du coût de fabrication d'acier et n'est pas toujours justifié dans le traitement des aciers d'usage courant.
On connaît un procédé d'obtention d'acier en poche de coulée (SU, A, 1219654) réalisé par introduction d'éléments d'alliage sous forme d'un concentré datolitique ou d'une scorie de manganèse métallique et de barres d'aluminium en tant que réducteur.
Ce procédé comprend la coulée du demi-produit non désoxydé à carbone dans la poche et la coupure de la scorie oxydante. L'introduction de l'élément d'alliage dans la masse du métal en poche se fait par leur réduction à partir du concentré datolitique ou de la scorie de manganèse métallique qui sont, à leur tour, préalablement congelés sur les barres d'aluminium avant d'introduire celles-ci dans la poche de coulée. La- consommation des matériaux dans le procédé connu est choisi de manière que la quantité additionnée d'aluminium soit supérieure à celle nécessaire au point de vue stoechiométrique.
Le procédé connu ne permet de raffiner le métal de manière à le débarrasser des impuretés nocives, notamment du soufre, ce qui empêche son application pour l'obtention des aciers à bas soufre.
Le fait d'introduire dans le métal en poche l'élément d'alliage et le réducteur sous forme de barres enfoncées par force dans la masse du métal conduit à la liquidation des éléments et notamment du manganèse et à la contamination de l'acier par des inclusions non métalliques de nature exogène, soit par résidus de stériles faisant partie des matériaux à oxyde contenant l'élément d'alliage.
Le fait d'introduire le réducteur sous forme de barres provoque ses pertes au feu intenses par suite de l'interaction avec l'oxygène de l'air et du contact avec les oxydes de fer toujours présents à la surface du demi-produit à carbone en fusion, ce qui conduit à une augmentation du coût de fabrication de l'acier.
En outre, la préparation des barres de réducteur et la fixation à leur surface d'une couche de matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage nécessitent des dépenses supplémentaires ce qui augmente davantage le coût de fabrication de l'acier.
Outre que l'utilisation des barres spécialement préparées pour alliage de l'acier engendre certaines difficultés techniques en ce qui concerne leur obtention, stockage et mise en oeuvre, leur domaine d'application est limité lorsqu'il s'agit de la fabrication des aciers de qualité courante dont la teneur en manganèse varie entre 0,5 et 2,0 %.
L'utilisation des barres d'aluminium dotées d'une couche de matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage ne garantit pas l'obtention des aciers ayant la composition chimique voulue en ce qui concerne la teneur en manganèse et en aluminium du fait que les pertes au feu en réducteur ne sont pas contrôlables et dépendent d'un nombre de paramètres mal contrôlables ou complètement incontrôlables, tels que le degré d'oxydation du demi-produit à carbone avant la coulée, l'influence de la réoxydation du demi-produit à carbone pendant sa coulée à partir de l'installation de fusion d'acier et après sa coulée à travers le miroir du bain de métal, etc.
On connaît un procédé d'alliage d'acier par manganèse
(SU, A, 1044641) comprenant l'obtention dans l'installation de fusion d'acier d'un demi-produit à carbone, la coulée de celui-ci dans une poche, l'amenée à la surface du demi-produit en fusion en poche d'un matériau à oxyde ayant subi au préalable un traitement thermique et contenant un élément d'alliage, en l'occurence une scorie de manganèse à bas phosphore provenant de la fabrication de ferro-alliages, ainsi que de l'aluminium en tant qu'agent réducteur et de la chaux en quantité nécessaire pour obtenir une basicité de 2,0 à 3,5 de la scorie. La surface est ensuite soufflée à l'oxygène pendant 3 à 30 secondes, puis balayée à l'argon.
Il est toutefois impossible d'obtenir par ce procédé des aciers de haute qualité, puisque l'amenée simultanée du matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage : manganèse (scorie de manganèse à bas phosphore provenant de la fabrication de ferro-alliages), de l'agent réducteur et de la chaux à la surface du demi-produit à carbone en fusion en poche après sa coulée de l'installation de fusion d'acier et son soufflage suivant à l'oxygène provoquent des difficultés en ce qui concerne la commande du processus d'alliage de l'acier par manganèse et ne permettent pas d'obtenir un haut degré de désulfuration du métal en poche.
La possibilité de diminuer la teneur de l'acier en soufre est habituellement assurée par le traitement en poche d'un métal profondément désoxydé, ainsi que par le traitement par matériaux désulfurants tels que scorie d'affinage synthétique, matériaux au calcium ou au magnésium (ordinairement pulvérulents), etc.
Une autre condition indispensable pour une désulfuration profonde consiste à intensifier le contact entre les matériaux désulfurants et le métal en fusion. En cas de traitement d'acier en poche un tel contact est obtenu, par exemple, par un malaxage intense du métal et de la scorie synthétique au début de la coulée du demiproduit à carbone dans la poche dans laquelle la scorie synthétique est placée avant la coulée du demi-produit à carbone.
En cas d'utilisation de matériaux désulfurants au calcium ou au magnésium le contact intime est obtenu en introduisant des matériaux pulvérulents dans la masse du métal. Il existe également un nombre d'autres méthodes.
Bien que dans le procédé connu la scorie à haute basicité formée à la fin de l'alliage de l'acier possède une certaine capacité en sulfures, elle ne contribue pas toutefois à une profonde désulfuration de l'acier du fait que le procédé connu ne permet pas d'obtenir que le métal et la scorie se mélangent de manière intense.
Il est donc impossible d'obtenir un acier de haute qualité à basse teneur en soufre et d'en réduire en même temps le coût de fabrication.
L'amenée de l'oxygène provoque une consommation
- inutile du réducteur, ses pertes au feu, une suroxydation locale du métal dans la zone de la réaction de réduction du manganèse et une diminution de la capacité en sulfures (ou de l'absorptivité en soufre) de la scorie surnageante ce qui conduit à une contamination élevée de l'acier par des inclusions d'oxydes et de sulfures, soit à une altération de qualité et une augmentation du coût de fabrication de l'acier.
L'amenée simultanée des matériaux dans la poche après son remplissage par le demi-produit à carbone est à l'origine d'une diminution de la récupération de l'élément d'alliage (du manganèse), ce qui, combiné avec l'impossibilité de contrôler la vitesse du processus d'alliage, contribue à détériorer la qualité de l'acier et à en augmenter le coût de fabrication.
Dans la fabrication d'aciers par ce procédé le rendement de l'unité de fabrication d'acier diminue par rapport aux procédés d'alliage d'aciers par ferro-alliages, puisque l'addition de tous les matériaux à la fois dans la poche après le chargement du demi-produit à carbone augmente la durée du processus d'alliage à cause des dépenses du temps supplémentaires pour la fusion de ces matériaux. Il en résulte une réduction du rendement et une augmentation du coût de fabrication de l'acier.
Dans le procédé connu le matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage (manganèse) est coûteux du fait qu'il nécessite des dépenses élevées de l'énergie pour son obtention qui n'est possible que dans des fours électriques à arc, donc son obtention exige des dépenses importantes d'énergie électrique, ainsi que des dépenses importantes d'installation de l'équipement.
L'utilisation d'un tel matériau conduit à une augmentation du coût de production d'acier. Ce coût augmente davantage du fait d'un faible degré de récupération de l'élément d'alliage soit du manganèse (80 %) et des pertes élevées (jusqu'à 20 %) du réducteur.
En outre, le procédé connu ne permet d'obtenir que des aciers au manganèse, alors que la fabrication des aciers alliés aux autres éléments est impossible.
Les inconvénients précités du procédé connu limitent son application dans la fabrication d'aciers et le rendent inapplicable dans la fabrication d'aciers de haute qualité à basse teneur en soufre.
On s'est donc proposé de créer un procédé d'obtention d'aciers d'usage courant dans lequel l'addition dans la poche des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, du réducteur et des matériaux désulfurants se ferait de telle façon qu'il soit possible d'améliorer la qualité des aciers obtenus grâce à la réduction de leur teneur en soufre et en inclusions non métalliques et de diminuer le coût de traitement.
Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé d'obtention des aciers d'usage courant comprenant l'obtention d'un demiproduit à carbone dans une installation de fusion d'acier, la coulée de ce demi-produit dans une poche, l'addition dans cette poche de matériaux désulfurants, d'agent réducteur et de matériaux à oxyde ayant subi au préalable un traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, caractérisé selon l'invention en ce que l'addition du réducteur dans la poche s'effectue de manière portionnée de sorte qu'une portion est additionnée avec les matériaux désulfurants pendant la coulée dans la poche de 1/3 au maximum de la masse du demi-produit à carbone, alors que l'autre portion est additionnée avec les matériaux à oxyde, ayant subi préalablement un traitement thermique et contenant les éléments d'alliage,
avant que la coulée du demi-produit à carbone dans la poche soit terminée.
L'utilisation d'un matériau à oxyde ayant subi au préalable un traitement thermique permet de réduire la saturation en gaz de l'acier, ce matériau étant pratiquement complètement débarrassé de l'eau d'hydrate pendant le traitement thermique.
Cette réduction de la saturation en gaz de l'acier pendant son traitement en poche permet de se passer de son traitement sous vide et des autres méthodes de traitement ayant pour but de réduire la teneur en gaz.
La réduction de la teneur en gaz tels que l'hydrogène et azote contribue à améliorer la qualité de l'acier, puisque cela réduit sa sensibilité aux flocons et sa contamination par des inclusions non métalliques nitrurées et phosphorées.
Le traitement thermique du matériau à oxyde provoque également la destruction des composés carbonatés présents dans le matériau non thermiquement traité. De ce fait l'utilisation du matériau à oxyde thermiquement traité pour le traitement des aciers alliés à n'importe quels éléments permet de supprimer le moussage de la scorie en fusion qui se forme et ses projections de la poche et contribue à réduire nettement la teneur de l'acier fini en inclusions non métalliques à oxyde. Il en résulte une amélioration de la qualité de l'acier et la suppression d'un raffinage supplémentaire de l'acier en vue de le débarrasser des inclusions non métalliques.
En outre le traitement thermique du matériau à oxyde provoque la destruction des oxydes à haute valence facilement fusibles contenant les éléments d'alliage et leur agglomération en oxydes de plus faible valence, c'est-à-dire qu'il se produit une élimination partielle de l'oxygène combiné dans les minéraux. Dans les conditions réductrices de traitement thermique ce processus est plus efficace.
La diminution de la teneur en oxygène des oxydes contenant les éléments d'alliage contribue à diminuer la consommation du réducteur pendant l'alliage et, par conséquent, à améliorer la qualité de l'acier grâce à la réduction de la teneur en inclusions non métalliques à oxyde et à diminuer le coût de fabrication de l'acier.
L'addition en poche des matériaux ayant subi préalablement le traitement thermique contribue à accélérer la fusion du matériau à oxyde , à obtenir un bain de scorie homogène, tout en élargissant les possibilités de régulation et de commande du processus de traitement de l'acier, ce qui en améliore la qualité.
L'addition portionnée du réducteur dans la poche pendant la coulée du demi-produit à carbone permet de régler le niveau d'oxydation de celui-ci pendant la durée de la coulée, soit d'en réduire la teneur en oxygène, ce qui influe dans une grande mesure sur le niveau de désulfuration de l'acier.
Par contre, l'addition en poche du réducteur en une seule portion à n'importe quel moment, au début, au milieu ou à la fin de la coulée du demi-produit à carbone, compromettrait une désoxydation régulière du demi-produit à carbone et en abaisserait le niveau de désulfuration.
Le fait d'additionner la première portion de réducteur en même temps que les matériaux désulfurants permet d'effectuer de manière efficace la désoxydation du demi-produit à carbone pendant sa coulée, contribue à accélérer la fusion des matériaux désulfurants qui réagissent par conséquent plus tôt et plus complètement avec le métal en fusion, et permet d'économiser le réducteur.
Cela s'explique par le fait que la réaction entre le réducteur et l'oxygène, par exemple l'oxygène dissous dans la masse du demi-produit à carbone, est exothermique, c'est-à-dire qu'elle se déroule avec dégagement de la chaleur. Cette chaleur accélère la fusion des matériaux désulfurants et donc leur entrée en réaction de désulfuration du métal. L'homogénéisation plus rapide des matériaux désulfurants a pour effet qu'ils réagissent plus longtemps avec le métal qui est activement mélangé par le jet de demi-produit à carbone tombant dans la poche. Tout cela contribue à élever le niveau de désulfuration de l'acier, donc à améliorer sa qualité.
Les sulfures et oxysulfures se formant dans la réaction de désulfuration remontent à la surface du métal liquide où ils forment une nappe de scorie. Cette scorie surnageante protège la surface du métal en fusion contre la réoxydation, diminue la consommation du réducteur et la teneur en inclusions non métalliques.
Tout cela a pour effet d'améliorer la qualité de l'acier et d'en réduire le coût de fabrication.
Par contre l'addition séparée du réducteur et du matériau désulfurant conduirait à une détérioration des caractéristiques technologiques du processus de traitement de l'acier, et notamment :
la désulfuration serait moins efficace à cause de l'augmentation de de la durée d'homogénéisation du matériau désulfurant, ce qui provoque un retardement de la désulfuration et la rend moins complet; ; la consommation du réducteur augmenterait ce qui entraînerait une contamination plus poussée de l'acier par les inclusions non métalliques à oxyde. Tout cela aurait pour conséquence de détériorer les caractéristiques de qualité de l'acier et d'en augmenter le coût de fabrication à cause d'une consommation plus élevée du réducteur et des matériaux désulfurants.
Le fait d'addition de la première portion du réducteur en même temps que les matériaux désulfurants au cours de la coulée de 1/3 au maximum de la masse du demi-produit à carbone permet d'obtenir une désulfuration efficace du métal grâce au déroulement simultané des processus de fusion des matériaux additionnés, de désoxydation du métal et de sa désulfuration. Cela est également favorisé par un malaxage intense du demi-produit à carbone avec le réducteur et les matériaux désulfurants qui se produit dans la poche grâce à une grande énergie cinétique du jet tombant de demi-produit à carbone et aux courants de convection de métal provoqués par cette énergie.
En outre, lorsque ces matériaux sont additionnés dans la poche simultanément, il se forme à la surface du demi-produit à carbone, au moment où la poche est remplie à 1/3 au maximum, un bain homogène de scorie qui est d'une haute absorptivité en soufre et qui empêche la réoxydation du métal par l'oxygène de l'air à travers sa surface.
Tout cela contribue à rendre la désulfuration du métal plus efficace, à améliorer la qualité du métal et à en réduire le coût de fabrication.
Si l'addition simultanée de la première portion de réducteur et des matériaux désulfurants dans la poche se faisant plus tard (après la coulée de plus de 1/3 de la masse du demi-produit à carbone), l'énergie du jet tombant de demi-produit à carbone serait absorbée par sa masse se trouvant déjà dans la poche, les processus de mélange par convection du métal avec les matériaux additionnés seraient nettement affaiblis, la désoxydation et la désulfuration du métal seraient considérablement retardées, ce qui conduirait à une consommation plus élevée des matériaux, à une détérioration de la qualité du métal et à une augmentation du coût de fabrication de l'acier.
Le fait d'additionner l'autre portion de réducteur en même temps que les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage permet d'effectuer le processus d'alliage de l'acier avec des consommations plus économes de matériaux à oxyde et de réducteur, ainsi que sa désulfuration.
Cela est possible grâce au fait qu'au moment d'addition du réducteur et du matériau à oxyde il se crée dans la poche des conditions favorables à l'alliage et à la désulfuration du métal. La teneur du métal en oxygène est nettement plus faible que celle du demi-produit à carbone coulé grâce à sa désoxydation préalable après l'addition de la première portion de réducteur. Cela contribue à économiser le réducteur qui en ces conditions est pratiquement complètement consommé pour la réduction de l'élément d'alliage à partir du matériau à oxyde .
En outre, le bain de scorie formé à la surface du métal liquide au moment d'addition de la deuxième portion de réducteur et de matériau à oxyde protège le métal contre la réoxydation et empêche la deuxième portion de réducteur de réagir avec l'oxygène de l'air. Grâce à son absorptivité en soufre, la scorie en fusion continue à désulfurer activement les nouvelles portions de demi-produit à carbone tombant dans la poche. C'est ainsi qu'on effectue simultanément pendant le traitement de l'acier son alliage par les matériaux à oxyde , et son raffinage en vue de la débarrasser du soufre.
Tout cela a pour effet d'améliorer la qualité de l'acier grâce à l'abaissement de sa teneur en soufre et une réduction de son coût de fabrication grâce à une utilisation rationnelle du réducteur et du matériau à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant l'élément d'alliage.
En cas de l'addition séparée de la deuxième portion de réducteur et du matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage ce processus de traitement de l'acier serait perturbé.
Si l'on additionne d'abord le matériau à oxyde il se produit sa fusion prématurée, il se mélange avec la scorie en fusion surnageante déjà formée, il se trouve dilué par la scorie en fusion, la teneur en oxydes contenant l'élément d'alliage diminue localement dans la zone de réaction et le processus d'alliage passe au régime de diffusion qui est plus lent et moins efficace en ce qui concerne le passage de l'élément d'alliage dans l'acier. En outre, le processus de désulfuration du métal se détériore du fait d'une teneur élevée de la nappe de scorie en oxydes contenant l'élément d'alliage. Il en résulte une détérioration de la qualité de l'acier et une consommation supplémentaire du matériau à oxyde contenant les éléments d'alliage, du matériau désulfurant et, par la suite, du réducteur, ce qui rend l'acier obtenu plus coûteux.
Si l'on additionne dans la poche d'abord la deuxième portion de réducteur et puis le matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage, il en résulte une consommation irrationnelle du réducteur, sa remontée possible, après fusion, à la surface du bain de scorie et sa réaction avec l'oxygène de l'air. La qualité de l'acier s'en trouve compromise par suite de l'augmentation de sa teneur en inclusions non métalliques à oxyde et son coût de fabrication augmente du fait d'une consommation élevée de réducteur. En outre, le processus de traitement de l'acier devient plus compliqué de sorte qu'on obtient un acier d'une composition chimique non contrôlée.
L'addition dans la poche de tous les matériaux avant que la coulée du demi-produit à carbone dans cette poche soit terminée ne diminue pas le rendement de l'unité de fabrication d'acier par rapport au processus d'alliage de l'acier par ferro-alliages.
Le fait d'effectuer en même temps l'alliage et le raffinage de l'acier en vue de le débarrasser du soufre permet non seulement d'améliorer la qualité de l'acier fini mais aussi d'en diminuer le coût de fabrication du fait de l'élimination de l'opération de désulfuration de l'acier à l'aide des unités spéciales de finissage du métal.
L'exécution simultanée de l'alliage et de la désulfuration selon l'invention n'est possible que dans le cas où tous les matériaux sont additionnés dans la poche avant que la coulée du demiproduit à carbone dans cette poche soit terminée.
Si une partie de matériaux, par exemple la. deuxième portion de réducteur et le matériau à oxyde ayant subi préalablement le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage sont additionnés dans la poche après la coulée dans cette poche du demiproduit à carbone, le processus d'alliage de l'acier devient mal contrôlable et le processus de désulfuration peut s'arrêter complètement à moins qu'on n'entreprenne des mesures spéciales augmentant le coût de fabrication de l'acier, telles par exemple que réchauffage supplémentaire, obtention d'une atmosphère neutre ou réductrice à la surface du bain de scorie, etc.
Cela est dû au fait que lorsque les matériaux sont additionnés dans la poche après la coulée du demi-produit à carbone dans cette poche, les conditions cinétiques du processus de traitement de l'acier en poche changent essentiellement du fait que le métal contenu en poche n'est plus mélangé par le jet tombant de demi-produit à carbone. Cette absence d'agitation du métal complique nettement les processus de transport dans la zone des réactions de réduction et de désulfuration soit l'abduction des produits de réaction : de l'élément réduit à partir du matériau à oxyde en fusion aussi bien que des produits de réaction à oxyde , de la zone de réaction. Les processus d'alliage et de désulfuration commencent à être limités par la diffusion des composants de départ et des produits de réaction. La vitesse des deux réactions diminue nettement.
Cela s'aggrave davantage par suite de l'existence dans le bain de scorie de gradients de température et de concentration des composants de départ : des oxydes contenant les éléments d'alliage, ainsi que des composants du bain de scorie possédant une haute capacité en sulfures. La plupart de ces composants s'accumulent dans les couches supérieures du bain de scorie et non pas dans la zone de réaction. La couche supérieure du métal en fusion saturée en réducteur en fusion est rapidement diluée par l'élément d'alliage réduit.
Il se produit une brusque variation de la valeur du coefficient de partage de l'élément d'alliage entre la scorie et le métal, l'activité de l'élément d'alliage dans le bain de scorie diminue, ce qui provoque une diminution de la vitesse de réduction et réduit les possibilités de commande du processus d'alliage et donc les possibilités d'obtention d'un acier à la composition chimique voulue. En ces conditions la qualité de l'acier se détériore et son coût de fabrication augmente.
Il est préférable d'utiliser en tant que réducteur un matériau à aluminium.
Grâce à ses propriétés physiques et chimiques, l'aluminium, à condition d'être utilisé de manière rationnelle, est l'un des matériaux optimaux largement employés dans les processus réducteurs métallothermiques. L'affinité par l'oxygène de l'aluminium est bien meilleure que celle du silicium ou du carbone, ce qui favorise une récupération plus complète de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie. Le produit d'oxydation de l'aluminium est l'alumine qui réduit l'activité de l'élément d'alliage dans le bain de scorie dans une mesure bien plus faible que la silice, produit d'oxydation du silicium. La silice est un oxyde salin à propriétés bien prononcées et pour la neutraliser dans les processus réducteurs on additionne normalement dans le bain de scorie des oxydes basiques de calcium, de magnésium et d'autres éléments.
Ces additions non seulement exigent des dépenses d'énergie supplémentaires nécessaires pour les fondre et les porter à la température voulue, mais aussi elles diluent le bain de scorie, réduisant dans une certaine mesure l'activité de l'élément d'alliage dans le bain de scorie. Tout cela conduit à une détérioration des processus de désulfuration de l'acier, à une réduction de la récupération de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie, à la contamination de l'acier par des inclusions non métalliques, à une altération de la qualité d'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
L'utilisation de l'aluminium en tant que réducteur améliore également les caractéristiques thermiques du processus par rapport au silicium et permet d'additionner, si nécessaire, dans le bain de scorie également des matériaux scorifiants et désulfurants appropriés, par exemple de la chaux qui n'exige pas de dépenses d'énergie supplémentaires pour sa fusion.
Cette addition supplémentaire des matériaux désulfurants sans dépenses d'énergie supplémentaires pour leur fusion contribue à améliorer la capacité en sulfures du bain de scorie et permet de réduire la teneur en soufre de l'acier fini directement au cours de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche et d'éliminer une opération supplémentaire de désulfuration de l'acier dans des unités spéciales. Cela contribue à améliorer la qualité de l'acier obtenu et d'en réduire le prix de revient.
Il est souhaitable d'utiliser en tant que réducteur un alliage à base d'aluminium, de calcium et de silicium.
Le fait d'introduire le silicium et le calcium dans la composition du réducteur à aluminium permet d'intensifier non seulement la désoxydation du métal en fusion à carbone mais aussi sa désulfuration. La diversité des caractéristiques physiques et chimiques de ces éléments est mise en valeur dans ce procédé de façon complète et conforme au but. Une fois additionné dans la poche, le silicium présentant une densité plus élevée que l'aluminium favorise la désoxydation du demi-produit à carbone à une plus grande profondeur même dans le métal calme. Cet effet s'amplifie lorsque le demi-produit à carbone est agité par le jet de métal tombant.
Aux températures réelles de 1550 à 1620[deg.]C du métal liquide dans la poche, le silicium ne donne pas de produits d'oxydation gazeux, comme par exemple le calcium, le magnésium et, dans une certaine mesure, l'aluminium. De ce fait ses pertes par interaction avec l'oxygène de l'air sont infinitésimales.
Cela contribue à son utilisation rationnelle, ce qui, à son tour, augmente les possibilités de commande du processus de traitement de l'acier en poche, donc améliore sa qualité et diminue son coût de fabrication.
Le calcium faisant partie de l'alliage et additionné dans la poche avec les autres composants de l'alliage, aluminium et silicium, non seulement augmente le pouvoir désoxydant de l'alliage mais aussi améliore le degré de désulfuration du métal en fusion et favorise la formation d'une nappe de scorie surnageante en fusion caractérisée par une haute capacité en sulfures. La tension élevée de vapeur de calcium à hautes températures (1550 à 1620[deg.]C) qui est à l'origine de la formation des produits gazeux de calcium est utilisée dans le procédé selon l'invention de façon à assurer la désulfuration du métal en fusion sans qu'il se produise des pertes importantes en calcium dans la phase gazeuse.
Cela est dû au fait que l'activité du calcium dans l'alliage diminue nettement grâce à la présence des autres composants, de l'aluminium et du silicium, dans cet alliage. En outre, la densité de l'alliage est bien supérieure à celle du calcium pur c'est pourquoi la fusion de l'alliage se produit dans la masse du métal en fusion et non pas à sa surface, ce qui augmente l'efficacité de l'utilisation du calcium.
Tout cela contribue grâce à l'utilisation de l'alliage réducteur à améliorer la qualité de l'acier en diminuant la teneur en soufre et à en réduire le coût de fabrication grâce à une utilisation rationnelle de cet alliage et à la réduction de ses pertes par interaction avec l'oxygène de l'air.
Il est souhaitable d'utiliser en tant que réducteur un mélange à base d'aluminium, de calcium et de fer.
L'introduction du fer dans la composition du mélange permet d'en augmenter la densité et donc sa capacité d'immersion dans la masse du bain de métal ou de scorie. La densité plus élevée du mélange par rapport aux composants réducteurs qui en font partie permet de diminuer les pertes en réducteur par interaction avec l'oxygène de l'air, de réduire la teneur de l'acier en inclusions non métalliques, d'améliorer le degré de sa désulfuration et donc d'élever la qualité de l'acier, tout en diminuant son coût de fabrication.
Possédant un haut pouvoir désoxydant et désulfurant et une densité élevée, le mélange, une fois additionné dans la poche pendant la coulée du demi-produit à carbone dans cette poche d'abord avec les matériaux désulfurants et ensuite avec le matériau à oxyde soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, permet de réunir dans le temps la coulée du demi-produit à carbone et sa désoxydation, sa désulfuration et son alliage.
L'utilisation du mélange selon l'invention permet d'intensifier le processus de traitement de l'acier en poche et d'en améliorer la qualité aussitôt après sa coulée sans aucun traitement supplémentaire à l'aide d'unités spéciales. Cela contribue également à diminuer le coût de fabrication de l'acier.
Il est préférable d'utiliser en tant que matériau à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, des matériaux à oxyde au manganèse préalablement soumis à un traitement thermique à une température de
900 à 1250[deg.]C.
L'utilisation de n'importe quels matériaux à oxyde ayant subi un traitement thermique permet d'éviter le dégagement des gaz pendant leur fusion au contact avec le métal liquide, ainsi que d'éviter le moussage du bain de scorie. L'absence de produits gazeux de dissociation des oxydes dans le bain de scorie favorise une utilisation efficace du réducteur, en réduit les pertes par suite de l'interaction avec l'oxygène faisant partie des composants gazeux dissociés, améliore la qualité de l'acier grâce à une réduction de sa teneur en inclusions non métalliques à oxyde et à oxysulfure, diminue le coût de fabrication de l'acier grâce à l'élimination de mesures supplémentaires visant à améliorer les conditions de travail du personnel et de la consommation inutile du réducteur.
Si l'on tient compte du fait que le manganèse entre dans la composition de la majorité des nuances d'aciers d'usage courant dont la teneur en manganèse varie entre 0,2 et 2,0 % en poids, il devient évident que le domaine d'application du procédé selon l'invention est vaste.
La température de traitement préalable du matériau à oxyde au manganèse est choisie en partant du fait que pratiquement tous les minerais de manganèse utilisés dans les procédés d'affinage contiennent outre l'eau d'hydrate également des composés carbonates de manganèse et d'autres éléments.
De ce fait l'utilisation des minerais "crus" dans les procédés pyrométallurgiques entraîne le dégagement de gaz qui provoque souvent des projections de scorie ou de métal en fusion de l'installation de fusion d'acier ou de la poche.
L'utilisation de matériaux à oxyde au manganèse soumis à un traitement thermique à une température inférieure à
900[deg.]C conduit à une augmentation de la consommation du réducteur dont les pertes s'accroissent au cours de dégagement de gaz. Il en résulte un abaissement du degré de réduction du manganèse à partir du bain de scorie. En outre, cela provoque la contamination de l'acier par des inclusions non métalliques, donc une détérioration de sa qualité et une augmentation de son coût de fabrication.
Par contre le traitement thermique des matériaux à oxyde au manganèse à une température égale ou supérieure à 900[deg.]C permet de décomposer toutes les formes carbonatées des minéraux faisant partie du minerai de manganèse et favorise la transformation du manganèse en oxydes à plus faible teneur en oxygène, ce qui contribue à diminuer la consommation du réducteur, à augmenter la récupération du manganèse du bain de scorie, à améliorer la qualité de l'acier et à en diminuer le coût de fabrication.
Le traitement thermique des matériaux à oxyde au manganèse à une température supérieure à 1250[deg.]C provoque la formation de silicates de manganèse difficilement réductibles, tels
<EMI ID=3.1>
En outre, l'élévation de la température de traitement thermique permet d'augmenter la température de fusion du matériau obtenu, ce qui influe de manière néfaste sur le rendement du processus de réduction et conduit à la contamination de l'acier par des inclusions non métalliques soit à une détérioration de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
Il est préférable que les matériaux au manganèse préalablement soumis au traitement thermique soient additionnés dans la poche dans le jet d'un gaz neutre et que le métal en fusion soit alors réchauffé.
Un tel mode d'addition permet d'obtenir une récupération suffisamment complète du manganèse du matériau au manganèse déjà pendant la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
Le fait de réunir dans le temps l'addition du matériau à oxyde soumis au traitement thermique et le réchauffage du métal en fusion en poche permet d'additionner dans la poche des matériaux scorifiants et désulfurants solides. Il en résulte une amélioration de la qualité de l'acier grâce à une diminution de sa teneur en soufre, ainsi qu'une réduction de son coût de fabrication grâce à une utilisation rationnelle du matériau à oxyde au manganèse ayant subi un traitement thermique.
Lorsque le matériau à oxyde au manganèse ayant subi le traitement thermique est additionné, par exemple, à la surface du bain au lieu d'être injecté dans la masse du métal fondu avec un jet de gaz neutre, la vitesse de réduction du manganèse diminue, le processus de désulfuration du métal fondu se détériore nettement, les pertes en réducteur augmentent par suite de son interaction avec l'oxygène de l'air et la teneur de l'acier en inclusions non métalliques augmente. Tout cela conduirait à une détérioration de la qualité de l'acier et son coût de fabrication augmenterait.
La suppression du réchauffage du métal en fusion au cours de l'introduction dans sa masse du matériau à oxyde au manganèse thermiquement traité avec le jet d'un gaz neutre provoquerait la diminution de la température du métal en fusion par suite de son refroidissement par les matériaux à oxyde et le gaz neutre froids. On sera en ce cas obligé de recourir au réchauffage supplémentaire du demi-produit à carbone dans l'installation de fusion de l'acier; ce demi-produit sera alors suroxydé, ce qui entraînerait une consommation accrue du réducteur, une augmentation de la teneur en inclusions non métalliques de l'acier et une détérioration de sa qualité.
En outre, la vitesse de réduction du manganèse diminuerait du fait que, les températures du métal étant peu élevées, les particules du matériau à oxyde au. manganèse thermiquement traité introduites dans la masse du métal en fusion peuvent ne pas fondre complètement, remonter à l'interface entre le métal en fusion et le bain de scorie et s'assimiler à ce dernier. Il en résulterait une augmentation de la teneur de la scorie surnagenate en oxydes de manganèse et une réduction de sa capacité en sulfures. Le processus de désulfuration du bain de scorie se détériorerait, la qualité de l'acier et le coût de sa fabrication s'en trouveraient affectés.
Il est souhaitable d'utiliser en tant que matériau désulfurant un mélange scorifiant additionné dans la poche en proportions suivantes par rapport à la première portion de réduction :
(1,0 à 1,1)/(0,20 à 0,30) respectivement.
L'addition du réducteur et du mélange désulfurant scorifiant au début de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche permet de réduire la concentration en oxygène dissous dans le demi-produit à carbone, ce qui contribue à créer des conditions favorables pour la désulfuration du métal en fusion et à obtenir une surface bien plus grande de contact entre le métal et le bain de scorie.
L'augmentation de la surface de contact entre le métal en fusion et le bain de scorie est obtenue aussi bien grâce aux courants de convection intenses du métal en fusion créés par l'énergie du jet tombant de demi-produit à carbone que grâce au jet lui-même qui, avant que la poche ne soit remplie qu'à 1/3 pendant la coulée du demi-produit à carbone, agit de manière à entraîner avec lui en profondeur de la masse du métal en fusion les matériaux désulfurants scorifiants se trouvant à la surface du métal en fusion.
En outre, le fait d'additionner en même temps le réducteur et le mélange désulfurant scorifiant permet d'éviter les pertes au feu en réducteur grâce à la nappe de scorie recouvrant la surface du métal. Cela permet de diminuer la consommation du réducteur dont les pertes diminuent, de réduire la teneur de l'acier en inclusions non métalliques et donc d'améliorer sa qualité tout en réduisant son coût de production.
En ce cas la quantité du mélange désulfurant scorifiant et du réducteur, choisie de la manière que la proportion du mélange par rapport à la première portion de réducteur additionnée soit de (1,0 à 1,1)/(0,20 à 0,30), permet, déjà pendant la coulée du demi-produit à carbone, d'avoir dans la poche du métal désoxydé et, à sa surface, une couche de scorie fondue, ce qui crée des conditions favorables à la désulfuration de l'acier.
Si le débit de réducteur diminue en dessous de la valeur fixée, le niveau de désoxydation du métal en fusion s'abaisse de sorte que sa teneur en oxygène ne diminue pas suffisamment Il en résulte une réduction du degré de désulfuration.
Si le débit de réducteur est supérieur à la valeur fixée, la teneur de l'acier en inclusions non métalliques augmente donc la qualité de l'acier se détériore et son coût de fabrication augmente par suite de la consommation irrationnelle des matériaux.
Lorsque le rapport mélange désulfurant scorifiant réducteur varie de manière à diminuer le débit de mélange scorifiant, le pouvoir désulfurant du bain de scorie et sa capacité en sulfures diminuent. Si le débit de mélange scorifiant devient supérieur aux valeurs indiquées, le processus de son homogénéisation se ralentit, ce qui influe de manière défavorable sur le degré de désulfuration de l'acier, donc sur sa qualité et son coût de fabrication.
Il est souhaitable de réunir dans le temps l'addition de l'autre portion de réducteur et une addition supplémentaire de matériaux désulfurants.
Un tel mode d'addition permet de réunir dans le temps la désoxydation du demi-produit à carbone et son alliage, tout en entretenant le processus de désulfuration, ce qui permet d'économiser les matériaux et d'obtenir en même temps un acier de bonne qualité et moins coûteux. L'addition simultanée des matériaux dans la poche provoque une désoxydation énergique du demi-produit à carbone même avant la fusion des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, et des matériaux désulfurants. On obtient ainsi des conditions favorables à la réduction des éléments d'alliage du bain de scorie et à la désulfuration du métal.
La présence à la surface du métal en fusion des matériaux désulfurants et des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage permet de protéger le métal en fusion contre la réoxydation et crée des conditions favorables au point de vue de l'utilisation rationnelle du réducteur, en supprimant pratiquement ses pertes au feu par interaction avec l'oxygène de l'air.
Etant donné que la température de fusion des réducteurs est toujours inférieure à celle des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, la fusion des réducteurs dans la masse du métal en fusion s'opère plus vite que la fusion des matériaux à oxyde. De ce fait, au moment de fusion des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, la concentration du métal liquide en réducteur est déjà suffisamment élevée et le processus de réduction des éléments d'alliage à partir du bain de scorie se déroule à une vitesse élevée, ce qui est important pour les processus de traitement de l'acier en poche, où toute augmentation du temps de traitement entraîne des pertes de chaleur considérables et une consommation supplémentaire d'agents caloporteurs.
L'accélération du processus de réduction est également favorisée par l'excès de chaleur engendré par la réaction de réduction et utilisé surtout pour la fusion des matériaux désulfurants et des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, étant donné la nature exothermique de la réaction de réduction en présence de réducteurs métalliques. Il se produit alors une fusion rapide des matériaux désulfurants, donc la capacité en sulfures de la scorie surnageante augmente.
Une utilisation rationnelle du réducteur contribue à diminuer la teneur de l'acier en inclusions non métalliques. Tout cela améliore la qualité de l'acier et en diminue le coût de fabrication.
Ce processus est perturbé en cas d'addition séparée des matériaux dans la poche. Si l'on additionne d'abord uniquement la deuxième portion de réducteur, il en résulte ses pertes importantes par interaction avec l'oxygène de l'air, la contamination de l'acier par inclusions non métalliques et des conditions moins favorables à la désulfuration de l'acier. La cause en est que, étant donné la consommation élevée du réducteur utilisé surtout pour la réduction des éléments d'alliage à partir du bain de scorie et l'absence dans celui-ci d'oxydes des éléments d'alliage, une grande partie du réducteur, une fois fondue, remonte à la surface du bain de scorie et réagit avec l'oxygène de l'air, en contaminant ainsi le métal par inclusions non métalliques, ce qui réduit la qualité de l'acier.
En outre, au moment d'addition des matériaux à oxyde contenant les éléments d'alliage, une grande partie du réducteur est déjà consommée, de sorte que le processus de réduction de l'élément d'alliage à partir de la scorie se détériore. Cela aggrave également les conditions thermiques de fusion du matériau désulfurant, d'où une détérioration du processus de désulfuration du métal en fusion.
Si l'on additionne d'abord dans la poche du matériau à oxyde contenant les éléments d'alliage et ensuite, les autres matériaux cela défavorise le processus de réduction et de désulfuration du métal en fusion. Cela s'explique par le fait que le matériau à oxyde, une fois fondu se mélange avec la scorie surnageante, ce qui réduit la concentration en oxydes des éléments d'alliage et donc rend les conditions de leur réduction moins favorables. En outre, il en résulte une détérioration des conditions de désulfuration du métal en fusion du fait que l'augmentation de la teneur du bain de scorie en oxydes des éléments d'alliage provoque un changement du partage de l'oxygène entre la scorie et le métal et que la concentration en oxygène du métal en fusion augmente, ce qui influe défavorablement sur la qualité de l'acier.
Il est souhaitable d'utiliser de la dolomie en tant qu'addition supplémentaire de matériau désulfurant, et cela dans une proportion dolomie/deuxième portion de réducteur comprise entre 0,8 et 1,2.
L'addition dans la poche de la dolomie en même temps que de la deuxième portion de réducteur permet d'éviter pratiquement complètement les pertes en réducteur par interaction avec l'oxygène de l'air et favorise une réduction plus complète des éléments d'alliage à partir du bain de scorie. En ce cas la dolomie additionnée dans la poche forme à la surface du bain de scorie une couche protectrice qui empêche le réducteur de remonter à la surface du bain de scorie et de réagir avec l'oxygène de l'air.
Il se forme alors à l'interface métal-scorie une couche désoxydée au maximum de la scorie en fusion et la capacité en sulfures du bain de scorie augmente nettement. On obtient ainsi des conditions favorables à la désulfuration du métal en fusion en poche, ce qui améliore la qualité de l'acier, tout en diminuant le coût de fabrication.
En outre, la couche profondément désoxydée à l'interface métal-scorie est parfaitement protégée contre la réoxydation, l'addition dans la poche de la dolomie avec la deuxième portion de réducteur favorisant la formation d'une couche supérieure difficilement fusible du bain de scorie. Cela contribue également à améliorer la qualité de l'acier et à en réduire le coût de fabrication.
Si la deuxième portion de réducteur est additionnée sans dolomie, les pertes en réducteur augmentent, parce que le réducteur fondu remonte facilement à la surface du bain de scorie, où il est perdu par suite de l'oxydation par l'oxygène de l'air. Il se produit alors la réoxydation du métal en fusion par l'oxygène de l'air. Tout cela conduit à une réduction du degré de désulfuration de l'acier, à une augmentation de sa teneur en inclusions non métalliques et donc à une détérioration de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
Si la dolomie est additionnée sans la deuxième portion de réducteur, il en résulte une détérioration substantielle des conditions de désulfuration du métal en fusion, puisque le niveau de désoxydation du métal en fusion au moment d'addition de la dolomie reste inchangé, alors que la capacité en sulfures du bain de scorie se trouve diminuée à cause de l'augmentation de sa viscosité. Il en résulte une détérioration de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de production à cause de l'utilisation peu rationnelle de la dolomie.
L'addition de la dolomie dans une proportion dolomie/ deuxième portion de réducteur, choisie entre 0,8 et 1,2 permet de désoxyder le métal et d'épaissir la couche superficielle du bain de scorie.
Si la quantité de dolomie additionnée est inférieure à cette valeur, la couche supérieure du bain de scorie ne s'épaissit pas, ce qui conduit à une utilisation irrationnelle du réducteur et à ses pertes par interaction avec l'oxygène de l'air, à une réduction du niveau de désoxydation du métal en fusion, à sa désulfuration moins efficace et donc à une détérioration de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
Si la quantité de dolomie additionnée est supérieure à la proportion indiquée, il se produit l'épaississement complet du bain de scorie qui cesse ainsi de jouer son rôle du désulfurateur de l'acier, ce qui entraîne une détérioration de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Si la quantité de réduction additionnée est inférieure à la proportion indiquée, il en résulte une réduction du niveau de désoxydation de l'acier et, par conséquent, de son degré de désulfuration; si la quantité de réducteur est supérieure à la proportion indiquée, le réducteur se dissolvant dans le métal en fusion le sursature au point de dépasser toutes les concentrations requises pour chaque nuance d'acier particulière, ce qui ne permet pas d'obtenir la composition chimique voulue de l'acier. Il en résulte une détérioration de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Il est préférable d'utiliser en tant que matériau désulfurant le carbure de calcium additionné par portions : une première portion de carbure de calcium est additionnée avec une première portion de matériaux à l'aluminium et avec de la chaux dans une proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium égale à (4,0 à 5,0)/(0,3 à 0,6)/(1,5 à 2,0) respectivement; une deuxième portion de carbure de calcium est additionnée avec une deuxième portion de matériau à l'aluminium dans une proportion aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium égale à
(1,0 à 1,2)/(2,5 à 3,6) respectivement.
L'addition des scorifiants au début de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche permet d'obtenir la surface maximale de contact entre le métal et la scorie. En ce cas, l'addition des matériaux à l'aluminium permet d'obtenir une bonne désoxydation du métal en fusion, ce qui améliore les conditions de sa désulfuration, alors que le carbure de calcium dans un métal liquide désoxydé est lui-même un bon désulfurateur.
L'addition de la chaux avec le matériau à l'aluminium et le carbure de calcium permet d'augmenter la capacité en sulfures de la nappe de scorie se formant à la surface du métal liquide. Tout cela contribue à améliorer la qualité de l'acier grâce à la réduction de sa teneur en soufre et en inclusions non métalliques et à en diminuer le coût de fabrication.
Une diminution du débit de chaux par rapport à la proportion selon l'invention provoque une augmentation de la température de fusion de la scorie par suite d'une scorification insuffisante du carbure de calcium, donc une diminution du degré de désulfuration du métal et une détérioration de sa qualité. En outre, étant donné la faible quantité de scorie, il se produit une réoxydation intense du métal en fusion à travers sa surface non protégée par la scorie, ce qui conduit à une oxydation élevée de l'aluminium dont la consommation augmente, à la formation de grandes quantités d'inclusions non métalliques dans la masse du métal liquide, à une détérioration de la désulfuration, donc à une réduction de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
Une augmentation du débit de la chaux par rapport à la proportion selon l'invention est également à éviter parce que cela diminue la concentration du bain de scorie en carbure de calcium et sa capacité en sulfures, ce qui réduit le degré de désulfuration et donc la qualité de l'acier. Il en résulte une diminution du degré de récupération de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie et une augmentation du coût de fabrication de l'acier.
Une diminution du débit de matériau à l'aluminium par rapport à la proportion selon l'invention conduit à une désoxydation insuffisante du métal en fusion, à une solubilité plus élevée du soufre dans ce métal et, par conséquent, à une diminution du degré de désulfuration et à une détérioration de la qualité de l'acier dont le coût de fabrication augmente.
Une augmentation du débit de matériau à l'aluminium par rapport à la proportion selon l'invention est également à éviter car après l'addition de cette quantité accrue dans le métal en fusion l'aluminium fondu remonte à la surface, où il est oxydé par l'oxygène de l'air. Cela augmente la teneur de l'acier en inclusions non métalliques, nuit à la qualité de l'acier et en augmente le coût de fabrication du fait de la consommation irrationnelle du matériau à l'aluminium.
Une diminution du débit de carbure de calcium par rapport à la proportion selon l'invention provoque une diminution de la capacité en sulfures du bain de scorie et, par conséquent, une détérioration de la qualité de l'acier.
Une augmentation du débit de carbure de calcium par rapport à la proportion selon l'invention conduit à une augmentation de la température de fusion du bain de scorie et donc à une augmentation de sa viscosité ce qui diminue le pouvoir désulfurant du bain de scorie, détériore la qualité de l'acier et en augmente le coût de fabrication.
Le fait d'additionner dans la poche la deuxième portion de carbure de calcium avec les matériaux à oxyde thermiquement traités au préalable et contenant les éléments d'alliage, et avec les matériaux à l'aluminium au cours de la coulée du demiproduit au carbone permet de réunir dans le temps les processus d'alliage du métal en fusion et de sa désulfuration. On y arrive grâce à une répartition fonctionnelle des matériaux additionnés dans la poche. L'addition de carbure de calcium augmente la capacité en sulfures du bain de scorie, en améliorant ainsi le degré de désulfuration du métal en fusion.
L'addition simultanée des matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, et des matériaux à l'aluminium permet d'assurer le processus d'alliage du métal en fusion et sa désoxydation supplémentaire, ce qui augmente davantage le degré de désulfuration. Il en résulte une amélioration de la qualité de l'acier et une diminution de son coût de fabrication.
Si le débit de carbure de calcium diminue par rapport à la proportion selon l'invention il se produit une dégradation de la capacité en sulfures du bain de scorie, une diminution du niveau de désulfuration, une détérioration de la qualité de l'acier.
Une augmentation du débit de carbure de calcium par rapport à la proportion selon l'invention provoque l'épaississement du bain de scorie, une diminution du niveau de désulfuration et, par conséquent, une détérioration de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Lorsque le débit de matériau à l'aluminium diminue par rapport à la proportion selon l'invention il se produit une désoxydation insuffisante du métal en fusion, d'où une dégradation du niveau de désulfuration et une détérioration de la qualité de l'acier. En outre, il en résulte une diminution du degré de réduction de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie, ce qui affecte une fois de plus la qualité de l'acier et son coût de fabrication.
Une augmentation du débit de matériau à l'aluminium par rapport à la proportion selon l'invention augmente le coût de fabrication de l'acier par suite d'une consommation irrationnelle de ce matériau et conduit, en outre, à détériorer la qualité de l'acier à cause d'un dépassement possible des limites de la teneur en aluminium prévues pour chaque nuance particulière d'acier.
Il s'ensuit de ce qui précède que le procédé selon l'invention permet d'améliorer la qualité de l'acier obtenu et d'en diminuer le coût de fabrication.
Le procédé selon l'invention est réalisé comme suit.
Dans une installation de fusion d'acier qui peut être n'importe quelle unité généralement connue, par exemple : four Martin, four électrique, ainsi qu'un convertisseur soufflant par le haut ou par le fond ou à soufflage combiné d'oxygène, de mélanges gaz-oxygène, de gaz neutres ou d'autres gaz, on élabore un demi-produit
<EMI ID=4.1>
en poids :
<EMI ID=5.1>
Le choix, selon le procédé revendiqué, de l'installation de fusion d'acier pour l'élaboration du demi-produit à carbone dépend des exigences auxquelles doit satisfaire la nuance précise d'acier d'usage courant à obtenir et peut être fait par l'aciérie fabriquant cet acier.
Le demi-produit à carbone obtenu dans l'installation de fusion d'acier est coulé dans une poche dont la capacité est égale ou multiple de la capacité de l'installation de fusion d'acier.
Pendant la coulée du demi-produit au carbone on additionne dans la poche des matériaux désulfurants (chaux, mélanges à base de chaux, dolomie, carbure de calcium et/ou autres).
Dès que la poche est remplie du demi-produit à carbone à 1/3 au maximum de sa masse, on y additionne une première portion de réducteur avec les matériaux désulfurants. L'autre portion de réducteur est additionnée avec les matériaux à oxyde ayant subi au préalable un traitement thermique et contenant les éléments d'alliage. L'addition de tous les matériaux est réalisée avant que soit terminée la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
En tant que matériaux à oxyde ayant subi préalablement le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage on peut utiliser des matériaux au manganèse ainsi qu'au chrome, au vanadium, au titane ou autres matériaux, qui sont additionnés dans la poche séparément ou combinés selon la composition chimique voulue de l'acier à obtenir.
L'addition des matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage est terminée avant que soit terminée la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
En tant que réducteur on peut utiliser des alliages et des mélanges à base d'aluminium, ainsi qu'à base de calcium, de silicium, de fer, de titane et autres. C'est ainsi qu'on obtient les aciers de la composition chimique voulue.
L'utilisation des matériaux à oxyde ayant préalablement subi le traitement thermique a permis de supprimer complètement le moussage du bain de scorie dans la poche ainsi que d'éviter les projections du métal et de la scorie de la poche pendant qu'elle se remplit du demi-produit à carbone. Le déroulement calme du processus de réduction et l'absence pratiquement totale d'eau d'hydrate dans les matériaux à oxyde ayant préalablement subi le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage permet de réduire nettement la contamination de l'acier obtenu par l'hydrogène et l'azote, d'en réduire la teneur en inclusions non métalliques se formant par suite du moussage de la scorie en fusion et d'améliorer ainsi la qualité de l'acier obtenu et d'en réduire le coût de fabrication.
Le processus de réduction des éléments d'alliage à partir du matériau à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et additionné dans la poche est de courte durée : il se termine pratiquement au moment, où l'on termine la coulée du demiproduit à carbone dans la poche. Le taux d'extraction de l'élément d'alliage du matériau à oxyde et de son alliage à l'acier attient alors
90 à 97 % soit nettement supérieur au taux d'extraction directe de l'élément d'alliage en cas d'utilisation de ferro-alliages. Tout cela contribue à diminuer le coût de fabrication de l'acier.
Le fait que le réducteur est additionné dans la poche par portions permet d'obtenir une désoxydation régulière du demi-produit à carbone pendant sa coulée, de réduire les pertes en réducteur par interaction avec l'oxygène de l'air, de diminuer la teneur de l'acier en inclusions non métalliques, de favoriser la désulfuration du métal en fusion donc d'améliorer la qualité de l'acier et d'en réduire le coût de fabrication.
Si le réducteur est additionné dans la poche en une seule portion à n'importe quel moment : au début, au milieu ou à la fin de la coulée du demi-produit à carbone, le processus de désoxydation du demi-produit à carbone se déroule de manière irrégulière. Cela détériore considérablement les conditions de désulfuration du métal liquide et augmente les pertes en métal par suite de l'interaction avec l'oxygène de l'air. L'acier est contaminé par des inclusions non métalliques et par les produits d'oxydation du réducteur. Il en résulte une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Le fait d'additionner d'abord une portion de réducteur avec les matériaux désulfurants permet d'obtenir des conditions favorables à la désulfuration du métal liquide, le processus d'oxydation étant réuni dans le temps avec le traitement du métal liquide par désulfurateurs. Le réducteur est alors utilisé de manière efficace :
soit pratiquement complètement pour la désoxydation du demi-produit à carbone. Cela est favorisé dans une grande mesure par la présence dans la poche des matériaux désulfurants qui, après avoir fondu, forment à la surface du métal liquide une nappe de scorie qui protège le métal en fusion contre la réoxydation et le réducteur, contre la réaction avec l'oxygène de l'air. Tout cela permet d'obtenir un acier de bonne qualité et moins cher.
Ce processus est perturbé lorsqu'une portion de réducteur et le matériau désulfurant sont additionnés séparément dans la poche. L'addition préliminaire du réducteur provoque ses pertes importantes par interaction avec l'oxygène de l'air par suite du contact direct avec l'oxygène de l'air du réducteur fondu et remonté à la surface du métal liquide à cause de sa plus faible densité par rapport au demi-produit à carbone, ainsi que ses pertes par suite de l'interaction avec l'oxygène' du métal liquide, qui est constamment renouvelé dans ce métal à cause de sa réoxydation.
Il en résulte une détérioration du processus de désulfuration du métal liquide qui se poursuit après l'addition des matériaux désulfurants dans la poche, donc une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Si les matériaux désulfurants sont additionnés dans la poche sans y additionner en même temps le réducteur, il est impossible d'obtenir une désulfuration intense du métal en fusion du fait du niveau élevé d'oxydation de ce métal, ce qui constitue encore un autre facteur de dégradation de la qualité de l'acier et d'augmentation de son coût de fabrication.
Le fait d'additionner une portion de réducteur avec les matériaux désulfurants pendant la coulée du premier 1/3 de la masse du demi-produit à carbone permet d'obtenir une désoxydation intense du métal en fusion et sa désulfuration, puisque l'énergie du jet tombant de demi-produit à carbone au début de la coulée engendre dans la poche des courants de convection puissants du métal en fusion de sorte que celui-ci se mélange bien avec le réducteur et le matériau désulfurant. On obtient ainsi une grande surface de contact du métal en fusion avec les matériaux désulfurants qui fondent pendant qu'ils se mélangent et avec le réducteur et c'est grâce à cela qu'on obtient des vitesses élevées d'élimination du soufre qui passe en scorie, et de désoxydation du métal en fusion.
En outre, au début de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche, lorsque la nappe de scorie ne s'est pas encore formée à la surface du métal en fusion, le jet tombant de demi-produit à carbone entraîne avec lui les matériaux additionnés : réducteur et désulfurateurs qui pénètrent ainsi dans la profondeur du métal liquide. Cela contribue également à augmenter la surface de contact de ces matériaux avec le métal en fusion, ce qui améliore la qualité de l'acier grâce à la réduction de sa teneur en soufre, et en diminue le coût de fabrication.
Si les matériaux sont additionnés plus tard, lorsque la poche est remplie du demi-produit à carbone à plus de 1/3 de la masse de celui-ci, le processus de mélange des matériaux additionnés, du réducteur et du désulfurateur, se détériore considérablement du fait que l'énergie cinétique du jet est absorbée dans une grande mesure par la masse du demi-produit à carbone se trouvant déjà dans la poche. La vitesse de désulfuration du métal en fusion et la régularité de répartition du soufre suivant la hauteur de la poche s'en trouvent nettement réduites. Il en résulte une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Le fait d'additionner l'autre portion de réducteur avec les matériaux à oxyde ayant préalablement subi le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage permet d'obtenir une réduction intense et complète de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie et d'économiser le réducteur, sans interrompre pour autant le processus de désulfuration du métal en fusion. Cela s'explique par le fait qu'au moment d'addition de la deuxième portion de réducteur avec les matériaux à oxyde ayant subi le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage la poche contient déjà un métal en fusion bien désoxydé et à faible teneur en soufre.
C'est pourquoi le réducteur additionné dans la poche se consomme pour la plupart pour la réaction avec les oxydes des éléments d'alliage contenus dans le bain de scorie et seulement dans une très faible proportion, pour la désoxydation de nouvelles portions de demi-produit à carbone arrivées dans la poche.
La nappe de scorie se formant à la surface du métal en fusion grâce à la désulfuration précédemment effectuée dans la poche et s'épaississant au fur et à mesure de la réduction des éléments d'alliage à partir du bain de scorie, recouvre bien la surface du métal en fusion, en protégeant celui-ci contre la réoxydation et en réduisant ainsi les pertes en réducteur par interaction avec l'oxygène de l'air, d'où une amélioration de la qualité de l'acier grâce à sa désulfuration et à la réduction de sa teneur en inclusions non métalliques, en oxydes et oxysulfures. Il en résulte une réduction du coût de fabrication de l'acier.
Ce processus est perturbé, la qualité de l'acier est détériorée et son coût de production augmente, lorsque le réducteur et les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage sont additionnés séparément.
L'addition préliminaire de la deuxième portion de réducteur conduit à sa consommation irrationnelle du fait que la teneur du métal liquide en oxygène au moment d'addition de la deuxième portion de réducteur est faible et que le bain de scorie ayant une haute capacité en sulfures ne contient pratiquement pas d'oxydes facilement réductibles tels, par exemple, que oxydes de fer, de manganèse, de vanadium et autres. Il en résulte que le réducteur en fusion dont le débit est choisi de manière à assurer la réduction des éléments d'alliage remonte à la surface du bain de scorie, où il réagit avec l'oxygène de l'air.
Cela provoque non seulement des pertes en réducteur mais aussi une détérioration de la qualité de l'acier, puisque, après l'addition dans la poche des matériaux à oxyde ayant préalablement subi le traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, il ne se produit pas une réduction complète de ces éléments d'alliage, ce qui augmente le coût de fabrication de l'acier.
En outre, la présence dans le bain de scorie des oxydes non réduits des éléments d'alliage en diminue la capacité en sulfures, en détériorant ainsi le processus de désulfuration, ce qui a pour effet de détériorer la qualité de l'acier.
Le procédé selon lequel on additionne dans la poche d'abord les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage et ensuite le réducteur est, lui aussi, inefficace, puisque à la. fusion de ces matériaux le bain de scorie s'en sature, de sorte que sa capacité en sulfures diminue et les conditions de désulfuration se détériorent. En outre, une partie de l'oxygène des oxydes contenant les éléments d'alliage passe dans le métal en fusion qui à ce moment est déjà bien désoxydé. Le métal en fusion reçoit également de l'oxygène avec les nouvelles portions de demi-produit à carbone.
En l'absence de réducteur il se produit l'accumulation de l'oxygène dans le métal en fusion ce qui a des conséquences extrêmement néfastes au point de vue de la qualité de l'acier dont la teneur en soufre et en inclusions non métalliques à oxyde augmente. Le coût de fabrication de l'acier augmente, lui aussi.
Par contre l'addition dans la poche de tous les matériaux avant la fin de la coulée du demi-produit à carbone permet d'obtenir une réduction intense des éléments d'alliage à partir du bain de scorie, sans interrompre pour autant le processus de sa désulfuration. On y arrive grâce au fait que la coulée du demi-produit à carbone provoque dans sa masse des courants de convection intenses engendrés par l'énergie du jet tombant de ce demi-produit. L'agitation du métal en fusion pendant la coulée a pour effet que les éléments d'alliage réduits sont évacués de la zone de réaction vers la profondeur de la poche, ce qui favorise une répartition uniforme de ces éléments suivant la hauteur de la poche et intensifie le processus de réduction.
Le processus de réduction des éléments d'alliage se déroule donc à un régime cinétique intense et à une vitesse élevée et se termine pratiquement au moment, où l'on termine la coulée du demi-produit au carbone.
Cela assure également une extraction suffisamment complète de l'élément d'alliage du bain de scorie.
Lorsque l'autre portion de réducteur et les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique. et contenant les éléments d'alliage sont additionnés dans la poche après la fin de la coulée du demi-produit à carbone, la vitesse et le degré de réduction de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie diminuent nettement. Les oxydes non réduits des éléments d'alliage se dissolvent dans le bain de scorie et en réduisent la capacité en sulfures, ce qui détériore la qualité de l'acier et en augmente le coût de fabrication.
Il est préférable d'utiliser en tant que réducteur un matériau à l'aluminium.
Au point de vue de l'affinité par l'oxygène, l'aluminium est l'élément le plus actif parmi les matériaux généralement utilisés dans la métallurgie pour la désoxydation de l'acier et dans les procédés de réduction.
De ce fait des matériaux à l'aluminium sont préférables dans les procédés réducteurs à condition d'être utilisés de manière rationnelle. En outre, l'utilisation de matériaux à l'aluminium améliore les caractéristiques thermiques du processus réducteur, ce qui permet d'augmenter le débit des matériaux désulfurants, sans qu'il soit nécessiare de réchauffer le métal en fusion.
La vitesse du processus est un facteur très important dans l'élaboration de l'acier en poche, puisque toute augmentation de sa durée non seulement réduit le rendement de l'unité de fabrication d'acier, ce qui augmente le coût de fabrication de l'acier fini, mais aussi entraîne des dépenses d'énergie supplémentaires pour compenser les pertes de chaleur du métal en fusion, ces dépenses d'énergie étant fonction directe de la durée de traitement de l'acier en poche.
Si cette énergie supplémentaire est dépensée dans l'installation de fusion d'acier pour augmenter la température de demi-produit à carbone avant sa coulée dans la poche, cela non seulement augmente le coût de fabrication de l'acier mais aussi en détériore la qualité du fait qu'une surchauffe du demi-produit à carbone dans l'installation de fusion d'acier augmente normalement sa teneur en oxygène et, pour diminuer celle-ci, on est obligé d'additionner dans le métal en fusion un réducteur qui réagit avec l'oxygène et forme des inclusions non métalliques. l'augmentation de la teneur en celles-ci détériore la qualité de l'acier.
L'utilisation en tant que réducteur de matériaux à base d'un autre élément caractérisé par haute affinité par l'oxygène est moins efficace. Par exemple, le ferro-silicium diminue les caractéristiques thermiques du processus réducteur, la scorie a une teneur élevée en oxydes salins qui forment des composés complexes avec les oxydes contenant l'élément d'alliage, diminuent nettement l'activité de l'élément d'alliage dans la scorie, réduisent le taux de son extraction de la scorie, en détériorant ainsi la qualité de l'acier et en augmentant le coût de fabrication. En outre, une teneur élevée du bain de scorie en oxydes salins en diminue la capacité en sulfures, ce qui nuit à la qualité de l'acier.
L'utilisation en tant que réducteur de matériaux à carbone est moins avantageuse car la réaction de réduction de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie est en ce cas endothermique c'est-à-dire qu'elle s'accompagne d'une absorption de chaleur dont la compensation exige une dépense supplémentaire de l'énergie qui est nettement plus grande que pour n'importe quel réducteur métallique du fait qu'il faut consommer de la chaleur pour la fusion des matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage.
Tout cela détériore la qualité de l'acier et en augmente le coût de fabrication.
Pour l'élaboration des aciers au manganèse de n'importe quelle composition chimique on utilise en tant que matériau à oxyde un matériau au manganèse qui est préalablement soumis à un traitement thermique à une température de 900 à 1250[deg.]C.
Le choix d'un tel matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage soit le manganèse est dû au fait que pratiquement tous les aciers d'usage courant contiennent du manganèse dont la teneur varie entre 0,25 et 2,5 % en poids.
Les températures de 900 à 1250[deg.]C de traitement thermique sont choisies pour éliminer dans le matériau à oxyde l'eau d'hydrate qui, comme il a été signalé plus haut, provoque pendant l'alliage de l'acier le moussage de la scorie, les projections du métal et de la scorie de la poche et augmente la contamination de l'acier fini par des gaz tels qu'hydrogène et azote, ce qui détériore la qualité de l'acier.
En outre le traitement thermique du matériau à oxyde au manganèse à de telles températures favorise la destruction des composés carbonatés contenus dans les matériaux à oxyde au manganèse et qui, de même que l'eau d'hydrate, provoquent, comme il a été signalé plus haut, le moussage de la scorie, les projections de métal et de scorie de la poche, augmentent la contamination de l'acier fini par l'azote et l'hydrogène et la teneur en inclusions non métalliques. Il en résulte une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication du fait qu'on est obligé de recourir à des mesures supplémentaires pour le débarrasser des gaz et réduire sa teneur en inclusions non métalliques.
L'addition dans la poche des matériaux à oxyde au manganèse non thermotraités ou soumis au traitement thermique à une température inférieure à 900[deg.]C et contenant du manganèse
<EMI ID=6.1>
et autres provoque la décomposition des composants à oxyde et à carbonate avec formation d'oxyde et de bioxyde de carbone sous forme gazeuse. Ce sont les produits gazeux de décomposition du matériau à oxyde qui provoquent le moussage du bain de scorie dans la poche et les projections de métal et de scorie de la poche. Ils provoquent en outre la pénétration de l'oxygène de l'air dans la masse du bain de métal et de scorie, une consommation élevée du réducteur, une augmentation de la teneur de l'acier fini en inclusions non métalliques, une dégradation de sa qualité et une augmentation de son coût de fabrication.
Le traitement thermique du matériau à oxyde au manganèse à une température inférieure à 900[deg.]C ne permet pas d'obtenir l'élimination complète de l'eau d'hydrate qui réduit, elle aussi, la qualité de l'acier, en le contaminant davantage par les inclusions non métalliques, par l'azote et l'hydrogène.
Le traitement du matériau à oxyde - au manganèse à une température supérieure à 1250[deg.]C est également à déconseiller puisque à de telles températures il se produit la fusion du matériau à oxyde qui en provoque une altération des caractéristiques physiques et chimiques, en particulier une élévation de la température de fusion. Cela conduit par la suite à une augmentation de la durée du processus réducteur en poche et à sa poursuite peu efficace après la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
Le matériau au manganèse préalablement soumis au traitement thermique est additionné dans la poche avec le jet d'un gaz neutre, en réchauffant en même temps le métal en fusion. Cela permet d'obtenir une extraction pratiquement totale du manganèse du matériau à oxyde avant la fin de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
Le fait d'effectuer en même temps l'addition du matériau au manganèse préalablement soumis au traitement thermique et le réchauffage du métal en fusion permet d'y additionner également des agents désulfurants, ce qui permet d'améliorer la qualité de l'acier et d'en réduire le prix de revient.
Lorsque le matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique est additionné à la surface du métal en fusion, le processus de réduction du manganèse se détériore et la désulfuration du métal en fusion devient nettement moins efficace, ce qui provoque une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
La suppression du réchauffage du métal en fusion pendant l'addition du matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique avec le jet d'un gaz neutre conduit à une dégradation de la qualité de l'acier du fait que les matériaux froids additionnés dans la masse du métal en fusion le refroidissement, la vitesse de fusion du matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique diminue, ce qui détériore les conditions de réduction du manganèse, donc le degré de désulfuration du métal en fusion diminue, lui aussi. Cela s'aggrave par le fait qu'il est impossible de faire une addition supplémentaire de matériaux désulfurants à cause du régime thermique intense de traitement de l'acier. Tout cela conduit à une dégradation de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
En tant que matériau désulfurant on utilise un mélange scorifiant et l'additionne dans la poche dans une proportion mélange scorifiant réducteur additionné dans la première portion, égale à (1,0 à 1,1)/(0,20 à 0,30) respectivement.
L'addition simultanée du mélange désulfurant et de la première portion de réducteur permet d'obtenir la désoxydation et la désulfuration de l'acier dès le début de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche. En outre, la scorie se formant à la surface du métal en fusion a une haute capacité en sulfures. Cela permet d'élever le degré de désulfuration du métal en fusion pendant toute la durée de la coulée du demi-produit à carbone dans la poche. En outre, les pertes en réducteur diminuent grâce au fait que la scorie se formant à la surface du métal en fusion le protège contre la réoxydation et empêche le réducteur de remonter à la surface du bain de scorie et d'y réagir avec l'oxygène de l'air.
La proportion choisie de (1,0 à 1,1)/(0,20 à 0,30) du mélange désulfurant et du réducteur permet d'obtenir dans la poche un métal liquide désoxydé à basse teneur en soufre et un bain de scorie à haute capacité en sulfures. Si le débit du mélange désulfurant est inférieur à cette proportion, le pouvoir désulfurant du bain de scorie soit sa capacité en sulfures diminue, ce qui conduit à une dégradation de la qualité de l'acier et à une augmentation de son coût de fabrication.
Une augmentation du débit de mélange désulfurant est également nuisible pour la qualité de l'acier puisque la scorie se formant à la surface du métal en fusion devient trop visqueuse. Il en résulte une détérioration des conditions cinétiques de désulfuration du métal en fusion. Une diminution de la proportion du réducteur par rapport aux valeurs indiquées est défavorable à la désoxydation de l'acier donc à sa désulfuration, ce qui réduit la qualité de l'acier. Une augmentation de la proportion du réducteur par rapport aux valeurs préconisées conduit à son gaspillage, ce qui augmente le coût de fabrication de l'acier et en réduit la qualité par suite d'une augmentation de sa teneur en inclusions non métalliques. Lorsqu'on additionne l'autre portion de réducteur, on réalise en même temps une addition supplémentaire des matériaux désulfurants.
En tant que matériau désulfurant on utilise la dolomie dans une proportion dolomie/deuxième portion de réducteur égale à 0,8:1,2.
Un tel mode d'addition des matériaux dans la poche permet de rendre rationnelle l'utilisation du réducteur, puisque la dolomie formée en résultat de la fusion crée à la surface du métal en fusion une couche de scorie protectrice qui préserve le métal en fusion de la réoxydation. En outre, le bain de scorie ainsi formé a une haute capacité en sulfures, ce qui permet de réaliser la désulfuration du métal en fusion d'où une amélioration de la qualité de l'acier et une diminution de son coût de fabrication. Par contre, l'addition séparée de réducteur et de dolomie est défavorable au processus de désoxydation et de désulfuration du métal en fusion.
En effet, si l'on n'additionne d'abord dans la poche que la portion de réducteur il en résulte ses pertes par interaction avec l'oxygène de l'air, une augmentation de la teneur de l'acier en inclusions non métalliques et une dégradation de sa qualité. Si la dolomie est additionnée trop tôt, la scorie s'épaissit, sa capacité en sulfures diminue, ce qui nuit à la qualité de l'acier par suite de sa teneur élevée en soufre. En outre, le réducteur est alors irrationnellement consommé et ses pertes augmentent par suite de l'interaction avec l'oxygène de l'air. L'acier devient également plus coûteux.
Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, on utilise en tant que désulfurant le carbure de calcium dont une première portion est additionnée avec la première portion du matériau à l'aluminium et la chaux dans une proportion chaux/ aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium égale à
(4,0 à 5,0)/(0,3 à 0,6)/(1,5 0 2,0) respectivement, alors qu'une deuxième portion de carbure de calcium est additionnée avec l'autre portion de matériau à l'aluminium dans une proportion aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium égale à (1,0 à 1,2)/(2,5 à 3,6).
Le fait d'additionner la première portion de carbure de calcium avec la chaux et le matériau à l'aluminium permet d'obtenir une désoxydation intense du demi-produit à carbone, sa désulfu-ration et d'obtenir à la surface du métal en fusion une scorie d'une haute capacité en sulfures, tout en rendant économique la consommation de tous les matériaux. On y arrive grâce au fait que le bain de scorie se formant par la fusion de la chaux et du carbure de calcium protège le métal en fusion contre la réoxydation par l'oxygène de l'atmosphère, ce qui permet à la désoxydation d'obtenir un métal en fusion à basse teneur en inclusions non métalliques à oxyde. Au cours de la désoxydation intense et complète du demi-produit à carbone, qui se déroule dans le métal en fusion pratiquement isolé de l'oxygène de l'air, on crée des conditions favorables à la désulfuration.
De fait la fusion du carbure de calcium conduit également à la désulfuration du métal en fusion.
La chaux additionnée dans la poche avec le carbure de calcium et le matériau à l'aluminium favorise la formation d'une scorie de haute capacité en sulfures à la surface du métal en fusion. Tout cela permet d'obtenir un acier de bonne qualité et moins coûteux.
Une augmentation du débit de carbure de calcium provoque l'épaississement du bain de scorie de sorte que sa capacité en sulfures diminue, les pertes en réducteur par interaction avec l'oxygène de l'air augmentent, les conditions de désulfuration se détériorent et la teneur de l'acier en inclusions non métalliques augmente en même temps, ce qui en réduit la qualité et augmente le coût.
Une diminution du débit de carbure de calcium défavorise le processus de désulfuration du métal en fusion et diminue la capacité en sulfures de la scorie obtenue, ce qui nuit à la qualité de l'acier.
Une addition trop forte de matériau à l'aluminium conduit à sa consommation irrationnelle et à une augmentation du coût de l'acier. Une diminution du débit de matériau à l'aluminium défavorise la désoxydation de l'acier et sa désulfuration, ce qui nuit à sa qualité.
Une augmentation du débit de chaux provoque l'épaississement de la scorie et défavorise la désoxydation du métal en fusion et sa désulfuration du fait que les pertes en matériau à l'aluminium s'accroissent par suite de son interaction avec l'oxygène de l'air. En outre, la teneur de l'acier en inclusions non métalliques augmente. Il en résulte une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût.
Une diminution du débit de chaux conduit à une augmentation des pertes au feu du matériau à l'aluminium par interaction avec l'oxygène de l'air. Il en résulte une augmentation de la teneur de l'acier en inclusions non métalliques et une diminution du degré de désulfuration, d'où une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût de fabrication.
Une addition supplémentaire de la deuxième portion de carbure de calcium avec les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et avec l'autre portion de matériau à l'aluminium dans une proportion aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium égale à (1,0 à 1,2)/(2,5 à 3,6) permet de réunir dans le temps les processus de désoxydation de nouvelles portions de demi-produit à carbone, de sa désulfuration et de réduction des éléments d'alliage à partir du bain de scorie. On y arrive grâce au fait que le matériau à l'aluminium (le réducteur) additionné dans la poche et protégé par la nappe de scorie contre l'oxydation par l'oxygène de l'air réagit de manière efficace avec l'oxygène dissous dans le demi-produit à carbone, ainsi qu'avec l'oxygène des oxydes des éléments d'alliage dans la scorie.
On crée ainsi des conditions favorables à la désulfuration du métal en fusion par le carbure de calcium entrant en fusion qui améliore en outre la capacité en sulfures de la scorie, en combinant en composés complexes les oxydes qui ont des propriétés acides. Il en résulte un acier de haute qualité et moins coûteux.
Ce processus est perturbé en cas d'addition séparée des matériaux, ce qui nuit à la qualité de l'acier et en augmente le coût.
Si l'on additionne d'abord les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, ils fondent rapidement et diluent le bain de scorie. Il en résulte une augmentation de la concentration du bain de scorie en oxydes contenant de l'oxygène dit "actif" soit des oxydes thermo-dynamiquement instables qui sont en l'occurence les oxydes contenant les éléments d'alliage. Il se produit un nouveau partage de l'oxygène entre le bain de scorie et le métal en fusion et la concentration du métal liquide en oxygène augmente. Cela défavorise la désulfuration du métal en fusion et nuit à la qualité de l'acier fini. En outre, les conditions de réduction de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie se détériorent, elles aussi, ce qui est également nuisible à la qualité de l'acier.
Lorsque les matériaux à oxyde préalablement soumis au traitement thermique sont additionnés après l'addition de la deuxième portion de carbure de calcium et du réducteur, cela diminue également l'efficacité du procédé puisque la consommation trop forte du réducteur destinée surtout à la réduction des éléments d'alliage à partir du bain de scorie conduit à ses pertes importantes. Le réducteur en excès, remonte à la surface du bain de scorie et réagit avec l'oxygène de l'air. Tout cela nuit à la qualité de l'acier et en augmente le coût.
Si l'addition de carbure de calcium est supérieure à la proportion selon l'invention, le bain de scorie s'épaissit, sa capacité en sulfures diminue, ce qui réduit le degré de désulfuration de l'acier. En outre, un bain de scorie trop épais nuit au processus de réduction des éléments d'alliage à partir de ce bain. Tout cela conduit inévitablement à une dégradation de la qualité de l'acier et en augmente le coût.
Si l'addition de carbure de calcium en deuxième portion diminue par rapport à la proportion selon l'invention, les conditions de désulfuration du métal en fusion deviennent moins favorables par suite de la réduction de la capacité en sulfures de la scorie, ce qui provoque une dégradation de la qualité de l'acier et en augmente le coût.
Une addition trop forte de réducteur par rapport à la proportion selon l'invention en rend l'utilisation irrationnelle, provoque ses pertes au feu, la contamination de l'acier par inclusions non métalliques et, par conséquent, une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût.
Une diminution de l'addition de réducteur par rapport à la proportion selon l'invention a pour effet que l'acier a une teneur résiduelle élevée en oxygène, cet oxygène prenant dans l'acier solidifié la forme d'inclusions non métalliques.
En outre, le taux d'extraction de l'élément d'alliage à partir du bain de scorie diminue de sorte qu'on risque de ne pas obtenir la composition chimique voulue de l'acier fini; les conditions de désulfuration du métal en fusion se détériorent, elles aussi. Tout cela a pour conséquence une dégradation de la qualité de l'acier et une augmentation de son coût.
C'est ainsi que l'utilisation des matériaux préalablement soumis au traitement thermique, des réducteurs, des matériaux, désulfurants et scorifiants préconisés, des débits indiqués de ces matériaux et des procédures décrites de leur addition dans la poche permet dans le procédé de fabrication de l'acier selon l'invention d'améliorer la qualité de l'acier grâce à la réduction de sa teneur en soufre et en inclusions non métalliques, tout en réduisant le coût de ce procédé de fabrication de l'acier d'usage courant.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples non limitatifs de sa réalisation qui va suivre.
En outre, un exemple de réalisation d'un procédé connu de fabrication de l'acier (SU, A, 1044641) est donné à titre de comparaison (exemple 26).
Les compositions chimiques de l'acier fini et ses caractéristiques sont récapitulées sur un tableau.
Exemple 1
Le procédé de fabrication d'un acier au chrome a été réalisé dans une poche de coulée d'acier d'une capacité de
350 tonnes. Cette poche est remplie d'un demi-produit à carbone d'une température de 1650[deg.]C coulé d'un convertisseur à soufflage d'oxygène par le haut. Le revêtement de la poche de coulée d'acier est en un matériau réfractaire à haute teneur en alumine.
En tant que matériau à oxyde on utilisait un matériau au chrome préalablement soumis à un traitement thermique à 1600[deg.]C <EMI ID=7.1>
les impuretés faisant le complément à 100 % et de chaux vive contenant 92,0 % en poids de CaO et 6,5 % en poids de MgO, des autres impuretés étant le complément à 100 %.
En tant que réducteur on utilisait un matériau à l'aluminium : un alliage à base d'aluminium contenant 86 % d'élément principal (d'aluminium), des impuretés faisant le complément à 100 %, qui était additionné avec les matériaux désulfurants.
Une portion de 0,1 t de matériau à l'aluminium et un matériau désulfurant ont été additionnés dans la poche de traitement au moment où celle-ci était remplie du demi-produit à carbone à 1/3 de sa masse. On additionnait ensuite 5,7 t de matériau à oxyde au chrome avec une autre portion de 1,8 t de matériau à l'aluminium avant que soit terminée la coulée du demi-produit à carbone dans la poche.
L'acier fini était coulé à l'aide d'une machine continue à couler, pour obtenir des pièces brutes d'une section de 350 x
1650 mm qui étaient ensuite laminées en plaques de 10 à 30 mm d'épaisseur soumises à l'étude métallographique.
L'acier obtenu avait la composition chimique suivante, % en poids : C - 0,12; Si - 0,25; Mn - 0,55; S = 0,004; P = 0,020; Al = 0,020; Cr = 0,49; Ni - 0,70; Cu = 0,45; Fe = le complément à 100. Le taux d'extraction du chrome était alors de 96,3 % et le taux de désulfuration de 71,4 %.
La contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) était comme suit : oxydes - 1,6; sulfures - 1,8; silicates - 1,9.
L'acier obtenu- était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 2
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier et le demi-produit à carbone à traiter était élaboré dans un four électrique à arc de
100 tonnes.
En tant que matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage on utilisait un matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique à 900[deg.]C et contenant, % en poids :
<EMI ID=8.1>
des impuretés - 12,435.
Pour la désulfuration on utilisait un matériau à base de chaux et de spath fluor analogue à celui de l'exemple 1 et en tant que réducteur on utilisait un réducteur métallique : un alliage à base d'aluminium également analogue à celui de l'exemple 1.
Après l'élaboration en four électrique à arc d'un demi-produit ayant une température de 164[deg.]C celui-ci était coulé pendant 6 minutes dans une poche de coulée d'acier revêtu de chamotte.
Une portion de 60 kg de réducteur et 0,5 t de matériau désulfurant étaient additionnés pendant la coulée de 1/3 de la masse du demi-produit.
Une autre portion de 0,565 t de réducteur était additionnée avant la fin de la coulée du demi-produit à carbone avec 3,5 t de matériau au manganèse.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique étaient effectués comme dans l'exemple précédent.
L'acier obtenu avait la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,22; Mn = 1,51; S = 0,007; P = 0,011; Al = 0,022; Fe = le complément à 100.
Le taux d'extraction de manganèse était alors de
95,27 % et le taux de désulfuration, de 64,5 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,3; sulfures - 2,2; silicates - 1,7.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 3
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme
<EMI ID=9.1> Les matériaux utilisés ainsi que leurs débits étaient les mêmes que dans l'exemple 1.
La seule différence consistait en ce qu'en tant que matériau à oxyde contenant l'élément d�alliage on utilisait un matériau au manganèse préalablement soumis au traitement thermique à 110[deg.]C de la même composition chimique que dans l'exemple 2.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique étaient effectués comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,11, Si = 0,23; Mn = 1,53; S = 0,008; P = 0,010; Al = 0,023; Fe - le complément à 100.
Le taux d'extraction de manganèse était de 95,95 % et le taux de désulfuration, de 61,9 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,4; sulfures - 2,4; silicates - 1,8.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 4
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes comme dans les exmeples 2 et 3.
Les matériaux utilisés étaient les mêmes, ainsi que leurs débits. La différence est qu'en tant que matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage on utilisait un matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique à une tempé-
<EMI ID=10.1>
l'exemple 2.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique étaient effectués comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,23; Mn = 1,52; S = 0,007; P = 0,012; Al = 0,022; Fe = le complément à 100.
Le taux d'extraction de manganèse était de 94,49 % et le taux de désulfuration, de 63,6 %.
La contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) était comme suit : oxydes - 1,5 %; sulfures - 2,0; silicates - 1,9.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et inclusions non métalliques.
Exemple 5
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant a été réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans les exemples 3 et 4. Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes que dans l'exemple 3. La différence consistait en ce que le matériau au manganèse était additionné dans la poche avec le jet d'un gaz neutre (d'argon) et qu'on effectuait en même temps le réchauffage électrique à arc du métal en fusion contenu dans la poche.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique ont été effectués comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,21; Mn = 1,55; S = 0,004; P = 0,012; Al = 0,024; Fe = le complément à 100.
Le taux d'extraction de manganèse était alors de
97,9 % et le taux de désulfuration, de 83,2 %.
La contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) était comme suit : oxydes - 1,2; sulfures - 1,4; silicates - 1,6.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exempte 6
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier comme dans l'exemple 5.
En tant que matériau désulfurant on utilisait un matériau à base de chaux et de spath fluor.
Ce procédé diffère en ce qu'en tant que matériau à oxyde contenant les éléments d'alliage on utilisait les matériaux suivants : - matériau à oxyde au manganèse préalablement soumis au traitement thermique à 1100[deg.]C, analogue au matériau utilisé dans l'exemple 2;
- matériau à oxyde au vanadium soumis au traitement thermique à une température de 1600[deg.]C et contenant, % en poids :
<EMI ID=11.1>
CaO = 2,1; Fe203 = 7,0; MgO = 0,6; S = 0,3; P = 0,07; des impuretés 0,23.
En tant que réducteur on utilisait un réducteur métallique : un alliage à base d'aluminium analogue par sa composition chimique à l'alliage utilisé dans l'exemple 1.
Le demi-produit à 1645[deg.]C était élaboré dans un four électrique à arc, puis coulé pendant 6,5 minutes dans une poche de coulée d'acier au revêtement en chamotte.
Une portion de réducteur de 0,07 t était additionnée dans la poche avec le matériau désulfurant pendant la coulée du demiproduit à carbone jusqu'au moment où la poche était remplie à 1/3 de la masse totale de ce demi-produit. La masse ainsi additionnée de matériau désulfurant était de 0,55 t.
Une autre portion de réducteur était additionnée avec les matériaux à oxyde dans le jet d'un gaz neutre (d'argon), tout en réchauffant le métal en fusion à l'arc électrique.
La masse de réducteur additionnée était alors de 0,63t, la masse de matériau à oxyde au manganèse, de 3,5 t et la masse de matériau à oxyde au vanadium, de 0,225 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique ont été effectués comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,22; Mn = 1,51; S = 0,004; P = 0,011; V = 0,10; Al = 0,022; Fe = le complément à 100.
<EMI ID=12.1>
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points : oxydes - 1,3; sulfures - 1,8; silicates = 1,8.
L'acier obtenu est d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 7
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 1.
En tant que matériau désulfurant on utilisait un mélange analogue à celui utilisé dans l'exemple 1.
En tant que matériau à oxyde contenant l'élément d'alliage on utilisait un matériau au manganèse préalablement soumis au traitement thermique à une température de 1100[deg.]C et ayant la même composition chimique que celui utilisé dans l'exemple 2.
Pour la réduction de l'élément d'alliage on utilisait un réducteur métallique : un alliage à base d'aluminium de la même composition chimique que dans l'exemple 1.
Le demi-produit à carbone à 1650[deg.]C était coulé à partir d'un convertisseur dans la poche revêtue de chamotte, pendant 6 minutes.
Au cours du remplissage de la poche par 1/3 de la masse du demi-produit à carbone, on y additionnait une première portion de 0,46 t de réducteur et 2,3 t de matériau désulfurant, puis, avant la fin de la coulée du demi-produit à carbone, on additionnait l'autre portion de 1,9 t de réducteur et 12,6 t de matériau à oxyde au manganèse.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,09; Si = 0,62; Mn = 1,43; S = 0,005; P = 0,007; Al = 0,027; Fe - le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse était de 95,9 %, taux de désulfuration, 61,2 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes = 1,4; sulfures = 1,8; silicates = 1,9.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 8
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 7.
Les matériaux utilisés et leur dosage étaient les mêmes que dans l'exemple 7.
La différence consistait en débits de réducteur et de matériau désulfurant; ce dernier était un mélange scorifiant additionné dans la poche avec une portion de réducteur.
Dans l'exemple envisagé, le débit de mélange scorifiant était de 2,3 t et celui de réducteur, de 0,69 t soit un rapport mélange scorifiant/réducteur additionné dans la première portion égal à 1,0/0,3 respectivement.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,60; Mn = 1,46; S = 0,004; P = 0.010; Al = 0,033; Fe = le complément à 100.
<EMI ID=13.1>
de désulfuration - 58,4 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,5; sulfures = 1,9; silicates = 1,9.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 9
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 7.
Les matériaux utilisés et leur dosage étaient les mêmes que dans l'exemple 7. La différence consistait en débits de réducteur et de matériau désulfurant additionné dans la poche avec une portion de réducteur; le matériau désulfurant utilisé était un mélange scorifiant. Dans cet exemple on additionnait 2,5 t de mélange scorifiant et 0,45 t de réducteur donc leur rapport était de 1,1/0,2 respectivement.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,63; Mn = 1,42; S = 0,005; P = 0,010; Al = 0,030; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 95,6 %; taux de désulfuration - 55,9 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,3; sulfures - 1,8; silicates - 1,8.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 10
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 7.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes que dans l'exemple 7. La différence consistait en débits de réducteur et de matériau désulfurant additionné dans la poche avec une portion de réducteur. Dans le cas envisagé on additionnait 0,47 t de réducteur et 1,72 t de matériau désulfurant, soit un rapport de 0,3/1,1 respectivement.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique se faisaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,11; Si = 0,54; Mn = 1,46; S = 0,006; P = 0,012; Al = 0,024; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse = 93,7 %; taux de désulfuration - 63,1 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,6; sulfures - 1,4; silicates - 1,7.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 11.
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 7.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes que dans l'exemple 7. La différence résidait en débits de réducteur et de matériau désulfurant additionné dans la poche avec une portion de réducteur. On additionne en l'occurence 1,95 t de matériau désulfurant et 0,46 t de réducteur, soit un rapport de 1,05/0,25 respectivement.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,57; Mn = 1,49; S = 0,004; P = 0,011; Al = 0,034; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 96,7 %; taux de désulfuration - 64,9 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) à : oxydes - 1,4; sulfures - 1,3; silicates - 1,6.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 12
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 6.
On utilisait les mêmes matériaux. La différence consistait en dosage de matériau à oxyde au manganèse : 1,2 t en l'occurence.
En outre, dans le cas envisagé, on additionnait avec la deuxième portion de réducteur et le matériau à oxyde au manganèse, également un matériau désulfurant analogue par sa composition chimique à celui utilisé dans l'exemple 1; son débit était de 0,5 t alors que celui de la deuxième portion de réducteur, de 0,2 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si 0,24; Mn = 0,51; S = 0,004; P = 0,012; Al = 0,031; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 93,8 %; taux de désulfuration - 82,4 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) à : oxydes - 1,7; sulfures - 1,4; silicates - 1,6.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 13
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 12.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes.
La différence consistait en composition du matériau désulfurant additionné supplémentairement dans la poche simultanément avec la deuxième portion de réducteur. Ce matériau désulfurant contenait en l'occurence 70 % de CaO, 10 % de CaF 2 et 20 % de A1203. Son débit était de 0,5 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu avait la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,21; Mn = 0,49; S = 0,006; P = 0,010; Al = 0,026; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 94,4 %; taux de désulfuration - 74,9 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,8; sulfures - 1,9; silicates - 2,1.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 14
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 12.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en composition du matériau désulfurant additionné supplémentairement dans la poche simultanément avec la deuxième portion de réducteur.
Ce matériau désulfurant contenant en l'occurence
<EMI ID=14.1>
débit était de 0,5 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu avait la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,28; Mn = 0,50; S = 0,006; P = 0,012; Al = 0,028; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 95,6 %; taux de désulfuration - 71,4 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,9; sulfures = 1,8; silicates = 2,0.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 15
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 11.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes.
Les différences consistaient en ce qu'on additionnait dans la poche, avec l'autre portion de réducteur et le matériau à oxyde au manganèse, de la dolomie en tant que matériau désulfurant dont le débit était choisi de manière que le rapport dolomie/autre portion de réducteur soit égale à 0,8. On additionnait ainsi 1,75 tonnes de dolomie.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,09; Si = 0,57; Mn = 1,48; S = 0,005; P = 0,012; Al = 0,020; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 93,7 %, taux de désulfuration - 79,4 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,7; sulfures = 1,5; silicates = 1,9.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 16
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 15.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débit de dolomie additionnée dans la poche avec l'autre portion de réducteur. Le débit de dolomie était choisi en l'occurence de manière que le rapport dolomie/autre portion de réducteur soit de 1,0. La quantité de dolomie ainsi additionnée était de 2,2 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 15.
On obtenait l'acier de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,51; Mn = 1,51; S = 0,006; P = 0,015; Al = 0,027; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 96,1 %, taux de désulfuration - 74,6 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points): oxyde - 1,7; sulfures - 1,9; silicates - 1,5.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non mtélliques.
Exemple 17
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes, comme dans l'exemple 15.:
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débit de dolomie additionnée dans la poche avec l'autre portion de réducteur. Le débit de dolomie était choisi en l'occurence de manière que le rapport dolomie/autre portion de réducteur soit de 1,2. La quantité de dolomie ainsi additionnée était de 2,6 tonnes.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,56; Mn = 1,46; S = 0,005; P = 0,012; Al = 0,021; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 93,9 %, taux de désulfuration - 76,8 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,5; sulfures - 1,4; silicates - 1,8.
L'acier obtenu était d'une haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 18
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 12.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en ce qu'on utilisait le carbure de calcium en tant que matériau désulfurant additionné avec une portion de matériau à l'aluminium et supplémentairement avec l'autre portion de ce matériau à l'aluminium. Le carbure de calcium additionné dans la poche de traitement avec une portion de matériau à l'aluminium était amené avec de la chaux dans une proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium égale à 4,0/0,3/1,5 respectivement.
La quantité totale de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium ainsi additionnée était de 0,6 tonne.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1/2,5 respectivement. La quantité ainsi additionnée de carbure de calcium était de 0,3 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier ainsi obtenu
<EMI ID=15.1>
de désulfuration - 79,1 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,5; sulfures - 1,2; silicates - 1,8.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 19
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium. La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que le rapport chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 4,0/0,6/1,5 respectivement.
La quantité totale additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1/3,6 respectivement. La quantité additionnée de carbure de calcium était alors de 0,55 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,24; Mn = 0,49; S = 0,006; P = 0,019; Al = 0,024; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 92,3 %, taux de désulfuration - 76,8 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,8; sulfures - 1,9. silicates - 2,0.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 20
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium. La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 4,0/0,5/2,0 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1/3,0 respectivement. La quantité ainsi additionnée de carbure de calcium était de 0,45 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
On obtenait un acier de la composition chimique suivante, % en poids : C - 0,09; Si = 0,21; Mn = 0,52; S 0,005;
<EMI ID=16.1>
Taux d'extraction de manganèse - 96,3 %, taux de désulfuration - 79,8%.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,6; sulfures - ,17; silicates - 1,9.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 21.
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs quantités étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium.
La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium de matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 4,0/0,5/1,7 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1,2/2,5 respectivement. La quantité ainsi additionnée de carbure de calcium était de 0,35 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient de la même façon que dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,10; Si = 0,25; Mn = 0,54; S = 0,006; P = 0,018; Al = 0,023; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 97,1 %; taux de désulfuration - 74,9 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,7; sulfures - 1,9; silicates - 1,6.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 22
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium.
La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 5,0/0,3/1,5 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1,2/3,6 respectivement.
La quantité ainsi additionnée de carbure de calcium était de 1,08 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
La composition chimique de l'acier obtenu était la suivante, % en poids : C = 0,11; Si = 0,23; Mn = 0,51; S = 0,004; P = 0,021; Al = 0,025; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèses - 95,3 %; taux de désulfuration - 79,8 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,6; sulfures - 1,4; silicates - 1,8.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 23
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant se réalisait dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium.
La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 5,0/0,6/1,5 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que le rapport aluminium du matériau à l'aluminium/ carbure de calcium soit de 1,2/3,0 respectivement. On additionnait ainsi 0,4 t de carbure de calcium.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 22.
L'acier obtenu était de la composition chimique
<EMI ID=17.1>
P = 0,014; Al = 0,026; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 97,6 %; taux de désulfuration - 77,4 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,5; sulfures - 1,7; silicates - 2,0.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 24
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débits de carbure de calcium.
La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 5,0/0,5/2,0 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était choisie de manière que la proportion aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 1,1/3,0 respectivement.
On additionnait ainsi 0,45 t de carbure de calcium.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,09; Si = 0,21; Mn = 0,52; S = 0,004; P = 0,017; Al = 0,023; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 94,1 %; taux de désulfuration - 81,2 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,5; sulfures - 1,2; silicates - 1,7.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 25
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant était réalisé dans une poche de coulée d'acier de 100 tonnes, comme dans l'exemple 18.
Les matériaux utilisés et leurs débits étaient les mêmes. La différence consistait en débit de carbure de calcium.
La quantité de carbure de calcium, additionné dans la poche avec une portion de matériau à l'aluminium, et de chaux était choisie de manière que la proportion chaux/aluminium du matériau à l'aluminium/carbure de calcium soit de 5,0/0,5/1,7 respectivement.
La quantité totale ainsi additionnée de chaux, de matériau à l'aluminium et de carbure de calcium était de 0,6 t.
La quantité de carbure de calcium additionnée dans la poche avec l'autre portion de matériau à l'aluminium était la même que dans l'exemple 24 soit de 0,45 t.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique se réalisaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu était de la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,22; Mn = 0,50; S = 0,005; P = 0,014; Al = 0,020; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 93,9 %; taux de désulfuration - 77,3 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 1,7; sulfures - 1,4; silicates - 1,9.
L'acier obtenu était de haute qualité grâce à 'sa basse teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Exemple 26 (pour comparaison)
Le procédé de fabrication de l'acier d'usage courant s'effectuait dans une poche de coulée d'acier de 350 tonnes suivant le procédé connu (Su, A, 1044641).
Après la coulée dans la poche de traitement de toute la quantité élaborée de demi-produit à carbone on y additionnait 4,2 tonnes d'une scorie au manganèse à bas phosphore provenant de la fabrication de ferro-alliages et ayant la composition chimique <EMI ID=18.1>
ment à 100, 3,3 tonnes de chaux contenant CaO = 90 %; des impuretés faisant le complément à 100 et 0,72 t d'un matériau à l'aluminium contenant 86 % d'aluminium, des impuretés faisant le complément à 100.
La surface du métal en fusion était ensuite soufflée à l'oxygène pendant 15 secondes, puis le métal en fusion était soufflé à l'argon pendant 10 minutes.
La coulée de l'acier fini, son laminage et l'étude métallographique s'effectuaient comme dans l'exemple 1.
L'acier obtenu avait la composition chimique suivante, % en poids : C = 0,12; Si = 0,24, Mn = 0,50; S = 0,018; P = 0,020; Al = 0,021; Fe = le complément à 100.
Taux d'extraction de manganèse - 70,4 %; taux de désulfuration - 21,2 %.
Contamination de l'acier par inclusions non métalliques (en points) : oxydes - 3,2; sulfures - 3,6; silicates - 2,9.
L'acier obtenu était de qualité médiocre du fait de sa heute teneur en soufre et en inclusions non métalliques.
Tableau
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
Taux d'extraction de chrome, % Il ressort des exemples décrits et du tableau cidessus que l'utilisation du procédé selon l'invention permet d'augmenter de plusieurs fois le taux de désulfuration et le taux d'extraction de manganèse et de réduire nettement la contamination de l'acier par inclusions non métalliques, tout en réduisant le coût de procédé
-de fabrication des aciers d'usage courant.
La présente invention peut être utilisée dans la fabrication des aciers de convertissage, des aciers Martin et électriques d'usage courant.
L'application de la présente invention sera la plus efficace dans la fabrication en poche des aciers au manganèse.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de l'acier d'usage courant comprenant la fusion d'un demi-produit à carbone dans une installatioln de fusion d'acier, la coulée de ce demi-produit dans une poche et l'addition dans cette poche de matériaux désulfurants, de réducteur et de matériaux à oxyde préalablement soumis à un traitement thermique et contenant les éléments d'alliage, caractérisé en ce que l'addition du réducteur dans la poche s'effectue par portions de sorte qu'une portion est additionnée avec les matériaux désulfurants pendant la coulée dans la poche de 1/3 au maximum de la masse du demiproduit à carbone et que l'autre portion est additionnée avec les matériaux à oxyde ayant subi au préalable un traitement thermique avant que la coulée du demi-produit à carbone dans la poche soit terminée.