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Procédé pour fabriquer du ferro-silicium sain
La présente invention se rapporte à des alliages magnétiques, et plus particulièrement à un-,procédé pour produire une qualité supérieure de ferro-silicium pour servir d'alliage magnétique.
La valeur du ferro-silicium pour cet usage dépend beaucoup de l'état plus ou moins sain du métal, de sa teneur en silicium, de sa teneur en carbone et de la température à laquelle les lingots sont fondus. Par état sain du métal, il faut entendre un métal exempt de laitier et d'autres matières solides telles que la silice.
Il est très important que les lingots soient fondus à une certaine température, ce qui, avec les procédés de fabrication ac- tuels, est difficile à cause de la réaction exothermique qui se produit quand le silicium et le fer se combinent dans la cuiller ou la poche de fonderie pour former des siliciures.
Il importe aussi de n'avbir que des variations aussi petites que possible dans la teneur en silicmum par rapport à la teneur spécifiée. Avec les procédés actuels, la teneur en silicium d'un alliage de fer et silicium contenant plus de 2% de silicium varie considérablement; parfois cette variation dépasse 0,5%. Le procédé
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considéré ici consiste à ajouter la quantité totale de silicium désirée, soit dans la cuiller, soit dans le four; quand la chaleur est au degré voulu pour la coulée; les erreurs ordinaires sur le poids, les pertes de métal et la suroxydation du bain contribuent à produire des variations.
Le degré exact de variation est rarement indiqué par l'analyse parce que, dans les procédés ordinaires d'analyse, la silice exis- tant dans l'acier est déterminée et représentée en silicium; pour cette raison, il importe de retirer autant que possible la silice avant le métal soit coulé, en lingots.
Un des objets de l'invention est de procurer un moyen industriel de produire des alliages magnétiques tels qu'un fer silicieux, ou ce qu'on appelle l'acier silicieux, qui soient exempts de laitier et d'autres matières solides, telles que la silice. L'invention aenoore pour objet de procurer un procédé pour produire ces alliages, par lequel la teneur en silicium peut ère contrôlée avec une grande approximation, c'est-à-dire à 0,1% ou 0,2% près, et de procurer un procédé par lequel la température à laquelle les lingots sont fondus peut être contrôlée dans d'étroites limites.
Ces objets et d'autres encore sont réalisés de la manière décrite ci-après.
Le réservoir ou réceptacle employé doit pouvoir contenir une assez grande quantité de métal tonnant un bain de fusion. On chauffe le réservoir; des moyens sont prévus pour agiter légèrement le bain ou y déterminer des courants de circulation contribuant à éliminer le laitier et les autres matières étrangères solides.
La forme et la grandeur du réservoir n'ont pas d'importance, ni la nature du combustible employé pour la chauffe. On peut chauffer au gaz ou au pétrole, mais il est préférable de chauffer le bain électriquement.
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Une légère agitation ou circulation dans le bain peut être produite par un mouvement giratoire du récipient, en mettant à profit les lois naturelles relatives à la circulation des liquides, si l'on opère à une température convenable.
La légère circulation nécessaire pour favoriser le flottement des corps solides étrangers à la surface du bain peut être obtenue en chauffant une partie séparée du bain, de façon que le métal fondu ainsi chauffé coule lentement dans la masse du bain,et soit remplacé par du métal relativement froid passant de la dite masse dans la partie séparée. En contrôlant convenablement la cha- leur à laquelle est portée la partie séparée, on peut établir une circulation modérée et une agitation suffisante du bain.
Un four électrique du type à induction convient admirablement pour la combinaison d'un four avec un agitateur.
Au lieu de chauffer d'une façon continue la partie séparée. du bain, on peut la chauffer par intermittence, et alors le bain est soumis à une agitation intermittente. Dans ces conditions, le laitier et les corps solides qui se trouvent en émulsion, viennent flotter à la surface du bain et se combinent avec le laitier super- ficiel.
Si le bain est maintenu fondu et à la température correspon- dante à l'état fluide, le laitier et les autres matières soli- des, si on leur en donne le temps, flottent à la surface sans agitation; toutefois, une agitation, constante ou intermittente, favorise d'ordinaire ce flottement.
Le réservoir doit naturellement être garni de préférence aved une matière réfractaire et être muni d'un trou de coulée situé de façon qu'une quantité déterminée de métal puisse être retirée cha- que fois.
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Le réservoir est, de préférence, combiné avec plusieurs fours dans lesquels est produit le fer raffiné et qui sont des fours sur sole ou des fours à arc électrique. Dans certaines cir- constances, dépendant du minerai dont on dispose, le fer raffiné peut être produit dans un convertisseur Bessemer.
Le fer raffiné coule de ces fours dans une cuiller ou poche dans laquelle on ajoute le silicium. Ce métal est ensuite transfé- ré au réservoir.
Pour l'application du procédé de l'invention, le réservoir, après avoir été chauffé à la température désirée, est empli de métal fondu. La quantité de silicium ajoutée est telle que le mé- tal contenu dans le réservoir approche de la composition désirée dans l'alliage fini ; Toutefois, il est préférable que la teneur en silicium soit un peu inférieure à celle qui est désirable dans le métal définitif.
Dans certains cas, il est bon de charger le réservoir avec du fer raffiné pur et d'ajouter le silicium dans ce réservoir au lieu de le mettre dans la cuiller. Si une analyse faite de temps en temps montre que la teneur en silicium dans le métal fondu contenu dans le réservoir est inférieure à la quantité désirée, on complète en ajoutant directement du silicium dans le réservoir. Toutefois, si on le désire, la charge suivante provenant du four de prépara- tion peut recevoir un supplément de silicium suffisant pour compen- sere manquant dans le réservoir.
Une fois que le réservoir a été rempli d'alliage fondu, le cycle des opérations consiste à faire des coulées, à intervalles plus ou moins réguliers, de quantités définies de métal du réser- voir, et à refaire le plein dans le réservoir avec de l'alliage fon- du en quantité égale à celle retirée.
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En maintenant la teneur en silicium du bain on peu au-dessous de la proportion qu'on désire avoir dans l'alliage fini, la teneur
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en silicium des làfflts peut raontr8lée dans des limites très étroites, car, quand une pleine cuiller d'alliage purifié est pri- se au réservoir, il suffit d'ajouter assez de silicium pour par- faire la proportion.
Le bain contenu dans le réservoir est maintenu à la tempéra- ture de fluidité, et comme le métal fondu qui est périodiquement chargé dans le réservoir est porté à une température relativement élevée par la réaction exothermique qui a lieu quand le silicium est ajouté au métal de la cuiller, un léger supplément de chauffe externe suffit pour maintenir la température de fluidité.
Quand on maintient le bain relativement grand à la tempéra- ture de fluidité et en en retirant de temps en temps des quantités relativement petites de métal qu'on remplace à mesure par des char- ses égales à ces quantités, le laitier et les autres corps soli- des tels que la silice, même sans agitation du bain, flottent à la surface et se combinent avec le laitier superficiel. Toutefois, une légère agitation favorise d'ordinaire ce flottement.
-A l'origine du cycle des opérations à faire suivant l'inven- tion, le bain est maintenu intact, c'est-à-dire qu'on ne fait pas couler de métal avant un temps suffisant pour assurer le retrait de tout le laitier et des autres corps solides. Les charges ajou- tées de temps en temps pour faire le plein sont relativement assez petites en comparaison delà masse totale du bain pour que la quantité de laitier et d'élément solides dans chaque charge de remplissage ne contamine que légèrement le bain. l'intervalle entre les retraits doit être suffisant pour donner le temps au laitier et aux autres corps solides de flotter à la surface et de se combiner avec le laitier superficiel.
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Sur la surface du bain on maintient un laitier spécialement préparé d'une composition telle que le laitier et les autres matiè- res étrangères solides se combinent avec lui. Cette composition peut varier, mais il est préférable d'employer un laitier de sili- cate de calcium dissous dans l'oxyde de calcium, attendu que ce laitier reste en équilibre avec le bain et enlève une forte propor- tion de soufre ,
Après que le réservoir a reçu une première charge complète d'alliage fondu et qu'un temps suffisant s'est écoulé pour que le métal ait atteint le degré de pureté désiré, c'est-à-dire soit arrivé à l'état dans lequel tout ou presque tout le laitier, avec les autres matières étrangères solides, y compris la silice, reste flottant à la surface du bain et se combine avec le laitier spécial superficiel, le réservoir est prêt pour la coulée.
Avant la coulée, il est nécessaire de s'assurer qu'au moins un des fours de préparation dans lesquels le fer raffiné est pro- duit, est prêt pour cette coulée.
A ce moment, on retire du réservoir une pleine cuiller de l'alliage purifié. Cet alliage est d'orlinaie mis en lingots puis laminé en barres et ensuite en plaques suivant des procédés réguliers.
On emplit ensuite une cuiller avec du métal prit à 1 ' un des fours, et, après y avoir ajouté la quantité voulue de silicium, on verse ce métal dans le réservoir.
Le silicium est, de préférence, ajouté sous la forme de ferro- silicium qu'on chauffe et qu'on met dans la poche avant d'y faire couler le métal fondu.
On ne retire plus de métal du réservoir avant qu'une autre charge chauffée soit prête pour être coulée d'un des fours de préparation.
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Des échantillons sont prélevés périodiquement dans le métal du réservoir et analysés pour déterminer la teneur des lingots en silicium;,
Si, quand on emplit une cuiller avec du métal pris au réser- voir, on trouve que l'alliage est trop pauvre en silicium, on complète la teneur en ajoutant du silicium dans la cuiller. Si, par exemple, on constate que dans el bain du réservoir il y a 3,5% de silicium et qu'on veuille atteindre la proportion de 3,75% dans le lingot, on ajoute dans la cuiller assez de silicium pour fournir le supplément de 0,25%. Si au contraire le silicium atteint la forte teneur de 4%; on la réduit en ajoutant une quantité suf- fisante de fer pur dans la cuiller; Ce fer pur ajouté peut être sous la forme solide ou à l'état de fusion.
Comme on l'a dit plus haut, il est le plus souvent désirable que la teneur en silicium dans le bain soit inférieure à la teneur dans le produit fini, car en ajoutant du silicium dans la cuiller en quantité suffisante pour compenser les légers manquants, on arrive à déterminer avec une extrême précision la teneur des lingots en silicium.
Par ce mode de contrôle de la teneur en silicium, on obtient un métal fini dans lequel cette teneur ne s'écarte pas de plus de 0,2à 0,3% de celle qui a été spécifiée.
Dans certains cas, il est désirable de maintenir un bain con- centré dans le réservoir, c'est-à-dire un bain qui contienne plus de silicium qu'on n'en veut avoir dans le produit fini; quand les opérations sont conduites de cette façon, on ajoute, dans la cuil- ler, du.fer fondu pur provenant d'un des fours de préparation, en quantité suffisante pour diluer l'alliage concentré dans la mesure nécessaire.
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Des tôles lamifiées dans un alliage produit par le procédé ex- posés ci-dessus sont d'une qualité supérieure et uniforme comme métal sain et comme teneur en silicium.
Pour la préparation de fer raffiné à utiliser dans le présent procédé, il convient que la proportion de carbone dans le produit fini soit aussi faible que possible.
Il est entendu que pour produire d'autres alliages que. du fer silicieux ou de l'acier silicieux, le procédé décrit peut être employé aussi avec avantage notamment quand l'état sain de l'allia- ge, c'est-à-dire l'absence de laitier et d'autres corps solides tels que la silice, est une condition importante.