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Perfectionements à la fabrication des pièces en acier demi-finies ou finies
La présente invention concerne la fabrication de pièces en acier demi=fines telles que 'blooms,brames, billettes, largets, etc...ou de pièces d'acier finies, telle que barres, rails, pièces profilées, etc-en partant de métal fondu ooulé à partir d'un four de fusion sans production intermédiaire et réchauffage au four de lingots et sans opérations de laminage quelconques dans un laminoir du type et de la grandeur communément connus sous le nom de train dégrossisseur.
Suivant la pratique ordinaire, de la fonte brute,
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des morceaux ou chutes d'acier et d'autres matières pre- mières nécessaires sont chargées dans un four Siemens-
Martin, dans lequel ces matières sont chauffées pour être fondues, réduites et affinées par des gaz de gazogène, des gaz naturels ou de l'huile combustible, ou autres agents appropriés.
Le métal fondu fin obtenu est ensuite coulé du four Siemens-Martin dans une grande poche de coulée, d'où il est versé pendant qu'il est encore à l'état fondu dans des lingottières
Après que les lingots se sont suffisamment solidifiés pour conserver leurs propres forme et poids, les lintoiè res sont retirées des lingots puis les lingots sont placés dans un four de réchauffage pour terminer complètement leur solidification et pour chauffer ces lingots dans toute leur masse à une température sensiblement uniforme.
Les lingots sont ensuite retirés du four de réchauf- fage et laminés dans un train ébaucheur pour produire des produits demi-finis tels que blooms, brames,billettes, largets, etc...
Dans certains cas, lorsqu'on désire faire des aciers spéciaux de composition particulière ou des aciers au carbone de qualité supérieure on remplace le four Siemens-
Martin par un four électrique, le métal affiné dans ce four .étant coulé dans une poche de coulée, moulé dans des ligottières pour former des lingots, puis ces lingots étant ensuite démoulés, réchauffés et réduits dans un laminoir ébaucheur pour former des produits semi-finis.
Lorsque le four siemens=Martin est remplacé par un four électrique, les matières brutes principales sont la fonte brute et les déchets auxquels on ajoute les matières nécessaires pour produire lacier spécial ou acier au carbone désiré.
Cependant, il arrive parfois qu'on utilise le four
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électrique conjointement au four Siemens-Martin pour exécuter ce que l'on appelle une "opération duplex" auquel cas la matière première utilisée dans le four électrique est le métal fondu coulé du four Siemens-Martin auquel on ajoute les matières nécessaires pour obtenir le produit fini désiré.
En tous cas, l'utilisation du four électrique de la façon indiquée ci-dessus augmente les frais de production de produits demi-finis en raison de l'augmentation des frais de chauffage. De plus, que l'on utilise comme indiqué ci-dessus le four Siemens-Martin, le four électrique ou l'opération duplex, le rendement sous la forme de pièces en acier laminées demi-finies, telles que blooms, brames, billettes, largets, etc...suivant la pratique habituelle, est approximativement de 80 % des lingots produits par le four Siemens-Martin ou le four électrique, suivant le case
Les pièces demi-finies, telles que blooms, brames, billettes, largets, etc...produites par l'un quelconque des procédés précédents de pratique commune sont ensuite laminées dans des trains ordinaires pour donner les pièces finies,
telles que barres, pièces profilées, tôles, etc...
L'utilisation du four Siemens-Martin de base implique , l'emploi comme matière première de fonte brute. Or pour la production économique de celle-oi il faut un haut-fourneau, des fours à coke à produits accessoires, et divers appareils auxiliaires, ainsi que les matières premières de haut- fourneau nécessaires, qui sont essentiellement le minerai de fer, le combustible et la pierre calcaire.
En conséquence, les grandes installations de production d'acier comprenant des hauts-fourneaux, des fours à coke, des fours Siemens-Martin et ou des fours électriques, des ;; pite ordinaires ou fours de réchauffage à lingots, des
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laminoirs dégrossisseurs, ainsi que les appareillages et machineries auxiliaires, doivent être concentrées en des endroits relativement peu nombreux, géographiquement appro- priés à cet effet par rapport aux mines de fer et de charbon.
Il va de soi que les fours Siemens-Martin et (ou) les fours électriques, les pits ordinaires ou fours de réchauf- fage à lingots et les laminoirs dégrossisseurs ne sont pas nécessairement placés au même endroit que le haut-fourneau, mais, lorsqu'ils sont placés en un endroit différent, les frais de transport de la fonte brute du haut-fourneau au four Siemens-Martin et (ou) aux fours électriques, aux pits ordinaires ou fours de réchauffage à lingots et aux lami- noirs dégrossisseurs doivent être ajoutés aux frais de production des pièces en acier laminées demi-finies ou finies.
Ainsi, sous les conditions actuelles, l'appareillage extrêmement coûteux de fabrication d'acier est concentré en un seul endroit, les matières premières sont amenées à l'endroit de cette concentration et les pièces en acier lami- nées demi-finies ou finies produites sont ensuite expédiées, avec des frais de transport correspondants, aux centres de vente ou lieux de consommation très dispersés.
Les consommateurs des divers produits des installations de fabrication d'acier produisent, au cours de la fabrica- tion de leurs spécialités respectives, d'énormes quantités de déchets, qui sont ainsi placés à l'endroit de consomma- tion des pièces en acier finies et qui, réunis aux machines usées, rails usés, matériel de voies ferrées réformé, automobiles mises au rebut, etc...atteignent des millions de tonnes chaque année dans tout pays industriel.
Afin de l'utiliser comme matière première pour la fa bricatins d'acier, il faut ramener cette ferraille de son
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lieu d'origine, qui est dans la plupart des cas le centre de vente des pièces en acier finies, aux grandes aciéries après quoi les pièces finies produites par l'installation de fabrication d'acier sont réexpédiées aux centres de vente.
L'utilisation de toute tonne'de ces déchets ou fer- raille a pour résultat, dans chaque pays d'économiser une tonne de fonte brute ou, en d'autres termes, l'utilisation de déchets et de pièces de rebut assure la conservation des ressources naturelles servant à la production de la 'fonte brute, à savoir du minerai de fer, de la pierre cal caire et du combustible, ainsi que la suppression du travail nécessaire pour fondre ces matières pour produire de la fonte brute.
Cependant, la concentration de ces déchets aux ce]2- tres de vente ou lieux de consommation des pièces en acier finies dans le pays, par exemple un centre par région, n'est pas suffisante lorsqu'on tient compte des frais de transport de la fonte brute et du combustible aux endroits où cette ferraille est placée, pour justifier l'immobilisa- tion de millions de francs dans les fours siemesns-Martin, les pits ordinaires ou fours de réchauffage à lingots,les laminoirs dégrossisseurs, et la machinerie et l'appareillage auxiliaire, afin de produire des pièces en acier demi- finies ou finies au lieu d'origine d'une des matières pre- mières destinées au four Siemens-Martin à savoir celle qui se présente sous la forme de déchets métalliques et fer- railles de rebut.
En conséquence, l'établissement d'installations coû= teuses de fours Siemens-Martin pour la fabrication d'acier en de nombreux centres de vente des produits finis de ces installations augmente les frais de leur fabrication en ces endroits, ainsi que les frais de fabrication des articles
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faits avec ces pièces, non seulement en raison des grandes charges fixes, mais aussi à cause des frais de transport du minerai de fer et du combustible, qui doivent tre ajoutés aux frais de production des pièces en acier fa- briqués dans ces installations.
En outre, la grandeur de ces installations de produc- tion d'acier comprenant des fours Siemens-Martin des pits ordinaires ou fours de réchauffage à lingots, des lami- noirs dégrossisseurs et l'appareillage auxiliaire serait beaucoup trop importante pour satisfaire seulement aux demandes locales de ces places, de sorte que les instal- lations ne pourraient être maintenues en exploitation continue et que de grands frais d'arrêt d'exploitation se- raient ajoutés à ceux de la production des pièces d'acier.
La présente invention a pour objet un procédé et un appareillage pour produire des pièces en acier laminées demi-finies et finies, qui rendent possible l'exploicatin économique d'une poite installation de production de pièces d'acier. Elle vise en outre à supprimer les fours Siemens- Martin, les lingotières, les pite ordinaires ou fours de réchauffage de lingots et les laminoirs dégrossisseurs coûtant des centaines de millions de francs de l'appareil- lage nécessaire à la production de pièces laminées en acier demi-finies ou finies, ainsi qu'à faire de grandes économies sur les frais de production de ces pièces en sim- plifiant dans une grande mesure le procédé et les appareils servant à cette production,
de façon à utiliser des appa- reils ne coûtant à l'origine que quelques centaines de mille :francs, en vue de réduire les charges fixes faisant partie des frais de production desdites pièces en acier.
L'invention a encore pour but d'établir des appareils qui puissent être placés et exploités commodément économi
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quement et à frais réduits en tout lieu d'origine et de concentration de matière première se présentant sous la forme de déchets ou ferraille, cet emplacement pouvant être un centre de vente de pièces en acier demi-finies ou finies déjà produites à partir de déchets métalliques et ferraille de rebut, de façon à supprimer les frais de transport de ces matières aux grandes aciéries actuelles, ainsi que les frais de transport des pièces refondues desdites grandes aciéries actuelles au centre de vente.
L'invention tend encore à la production des pièces d'acier demi-finies ou finies ayant de meilleures qualités, des structures de grain plus fines et de meilleures caracté ristiques que celles qui ont été produites antérieurement suivant la pratique actuelle.
Conformément à l'invention, on utilise un four éleo- trique et la matière première employée est faite de déchets ou ferraille de rebut. Le métal fondu et affiné dans le four électrique est coulé dans une poche de coulée, d'où le métal fondu fluide est versé.coulé et comprimé dans un moule annulaire tournant d'une machine à mouler rotative centrifuge pour former une couronne annulaire continue ou discontinue, qui est ensuite redressée et la minée, soit pour former des pièces en acier laminées demi- finies, telles que bloms brames, billettes, largets,etc.,,. ou redressée et laminée dans un train spécial comprenant un nombre relativement petit de passes pour former certai- nes pièces en acier laminées finies.
Le rendement final en pièces demi-finies ou finies résultant de la mise en application du procédé perfectionné de l'invention est d'approximativement 95% de la matière coulée du four électrique de fusion, les 5 % de métal res- tants formant un déchet qui peut être rechargé dans le four
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électrique et y 'être refondu.
Le rendement extrêmement élevé qui caractérise le procédé perfectionné décrit ici est dû à l'emploi de la machine à mouler rotative centrifuge, qui supprime les conduits et forme un bloom relativement petit directe- ment en partant de métal fondu, sans qu'il soit nécessaire de couper les chutes aux extrémités.
Par ailleurs, le rendement en produits demi-finis ou finis résultant de la pratique actuelle n'est que de 80% des lingots produits, les 20 % restants du métal tombant sous la forme de chutes ou déchets, qui doivent être refon- dus dans le four Siemens-Martin et (ou) le four électrique.
Ainsi,en réduisant les frais de refusion des 20 % de déchets produits selon la pratique actuelle aux frais de refusion des 5 % de chutes produits suivant le procédé de l'invention, on obtient une économie de 300 % sur les fraisde refusion, qui est due directement à l'emploi de la machine à mouler rotative centrifuge.en combinaison avec le four électrique.
En conséquence, le four électrique, avec ses caracté- ristiques de production de grande qualité, peut être utilisé économiquement et pratiquement en combinaison avec la machine à mouler rotative centrifuge, parce que la nécessité de refondre à grand frais les 15% de déchets et chutes dans le four électrique est supprimée.
De plus, les frais de construction d'une installation de production d'acier utilisant un four électrique, une machine à mouler centrifuge et un petit laminoir n'occasion- nent l'immobilisation que de quelques centaines de mille francs et cette installation peut en conséquence être placée économiquement au lieu d'origine de la matière première se présentant sous la forme de déchets métalliques et ferraille
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et au centre de vente des pièces d'acier finies.
Par ailleurs, il serait impossible, non pratique et inéconomique de placer une aciérie à four Siemens-Martin en un semblable lieu d'origine de matière première cons- tituée par des déchets métalliques et ferraille et cons- tituant un centre de vente des produits en acier laminés finis en raison des frais élevés de l'installation et à cause de frais de transport de fonte brute et de combuse tible au four Siemens-Martino
Ainsi, malgré le fait que les frais de chauffage dans la mise en oeuvre de la présente invention, o'est à-dire les frais de courant électrique, puissent être sensiblement plus élevés que les frais du combustible nécessaire dans la pratique courante de fusion au four Siemens-Martin,
le prix de revient des pièces d'acier laminées demi-finies ou finies produites par la mise en oeuvre de l'invention est inférieur au prix de revient actuel en raison de l'augmentation de rendement obtenue grâce à l'invention, de la réduction importante des frais de refusion, de la suppression de nombreuses opérations et des frais de transport des déchets métalliques et ferraille des grandes aciéries actuelles comprenant des fours Siemens" Martin, des pits ordinaires ou fours de réchauffage à lingots et des laminoirs dégrossisseurs.
Outre cette réduction du prix de revient, on obtient un produit de meilleure qualité, ayant une structure de grain plus fine et plus uniforme que celle qui résulte de la pratique usuelle selon les procédés ordinaires.
Le dessin annexé représente schématiquement une vue générale des appareils et machines pouvant être utilisés dans la mise en oeuvre de la présente invention.
La fig. 1 montre le -four électrique et la poche de coulée recevant le métal fondu.
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La fig. 2 représente la machine à mouler 'rotative cen- trifuge ainsi que son moteur de commande, la poche de coulée étant indiquée en pointillé.
La fig. 3 montre la machine à couper la pièce moulée sortant de la machine à mouler sous la forme d'une couronne.
La fig.- 4 indique un four de conservation de tempéra- ture ou de réchauffage pouvant être intercalé dans la machinerie en vue de maintenir ou de rétablir la tempéra- ture des pièces moulées avant le laminage.
La fig. 5 représente un laminoir.
Les mêmes références désignent les mêmes pièces dans toutes les figures.
Des matières premières constituées par des déchets et chutes de métaux et autres matières à alliage ou à affinage nécessaires sont chargées et .fondues dans un four électrique désigné d'une façon générale par A, qui peut. être du type à résistance ou à arc, ou à induction,mais qui est représenté comme étant de préférence du type à arc, comportant des électrodes indiquées schématiquement en 10 et reliées avec toute source convenable de courant électri- que, par exemple par des conducteurs 11.
Après que les matières premières ont été affinées dans le four électrique de façon que le métal fondu possède les caractéristiques chimiques désirées et ait atteint une température de 14300 C et supérieure, ce métal fondu est coulé du four A, par le déversoit 12, dans la poche de coulée B, dans laquelle il est transporté, de préférence par une grue ou un pont roulant pourvu de crochets 13, à un endroit indiqué en pointillé dans le dessin, situé au- dessus de la machine à mouler rotative centrifuge O,après quoi le métal fondu fluide qui est encore à la température
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de 14300 C ou à une température supérieure est coulé de la poche B, par son déversoir 14,
dans la rigole de coulée 115
Le métal fondu coule alors de la rigole 15 dansle moule annulaire rotatif 16, qui peut être entraîné par un moteur électrique indiqué de façon générale par 17 relié à toute source de force électrique par des conduc teurs 18, et le métal fondu fluide est comprimé dans l'intérieur du moule par la pression produite par la force centrifuge,'qui est maintenue jusqu'à ce que le métal ait atteint un état plastique suffisant pour conserver sa forme de'lui-même et former une couronne annulaire fondue.
Lorsque la couronne annulaire de métal fondu s'est suffisamment solidifiée et refroidie pour permettre son retrait du moule, celui-ci est ouvert et la couronne est retirée; à ce moment, elle peut être coupée à un endroit, par la machine à couper E, puis redressée et laminée pour former une pièce d'acier laminée demi-finie ou finie ayant la longueur de la couronne annulaire, ou bien cette dernière peut être coupée en plusieurs endroits pour former un certain nombre de billettes en forme d'arcs, que l'on peut faire passer par un train de laminoir indiqué sché matiquement D, pour y être redressées et réduites à la forme des pièces en acier laminées demi-finies ou finies désirées.
Les opérations de redressement et de laminage peuvent être exécutées sur la couronne annulaire après son retrait de la machine à mouler rotative centrifuge C sans réohauf- fer le métal, mais, pour des raisons de fabrication, il peut être désirable d'exécuter la fusion, le moulage cen trifuge et le redressement à un moment, après lequel on laisse la matière se refroidir et elle est emmagasinée pour
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être laminée et réduite ultérieurement.
Lorsque les dernières opérations de laminage sont exécutées, les billettes qui ont été emmagasinées sont réchauffées approximativement à la température qu'elles avaient quand elles.ont commencé à se refroidir après l'opération de redressement précédemment exécutée.
En outre, lorsque la couronne annulaire est retirée du moule et coupée pour former un certain nombre de billettes en forme d'arcs, un train de laminoir peut n'o- pérer que sur une seule billette à la fois. Les billettes restantes sont, de préférence, placées dans un four de chauffage ou de conservation de chaleur F, pour maintenir la température des billettes jusqu'à ce qu'elles puissent *être passées par le laminoir D.
Ainsi, l'indication que les diverses opérations peuvent être exécutées toutes sans réchauffer le métal après la fusion signifie que la température du métal n'est pas élevée de façon importante entre le moulage centrifuge et le laminage, mais que la matière peut être refroidie, emmagasinée et réchauffée, ou bien que sa température peut être maintenue pendant qu'elle est passée par le laminoir.
Lorsque la couronne annulaire produite dans la machine à mouler rotative centrifuge 0 a une section d'ap proximativement 100 cm2 en la faisant passer un nombre relativement petit de fois par le laminoir D on obtient une pièce d'acier laminée finie.
Dans certains cas, il peut tre désirable de produire des barres, rails, de grosses pièces profilées, etc...après quoi la couronne annulaire produite dans la machine à mouler rotative centrifuge C a une section de 410 cm2 plus ou moins, et cette couronne est alors passée un nombre relativement faible de fois par un train
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de laminoirs spécial D, ayant des cylindres profilés de façon appropriée pour donner une pièce d'acier laminée finie telle qu'un rail, une grosse pièce profilée, etc...
Cependant, pour certaines raisons d'ordre pratique, il peut être désirable de mouler des couronnes annulaires ayant des sections de 230 cm2 à 410 cm2 et supérieures, la couronne annulaire étant soumise, après son retrait de la machine à mouler centrifuge C, au redressement et au laminage en la faisant passer par le laminoir D pour produire une pièce d'acier laminée demi-finie, qui est ensuite réchauffée et de nouveau laminée dans un second jeu de cylindres, de façon à produire une pièce d'acier laminée finie.
Dans l'utilisation du procédé perfectionné de l'in- vention, il n'y a pas dans la couronne annulaire moulée obtenue de structure cristalline à grains grossiers, comme cela se produisait toujours lorsque des lingots étaient formés au cours d'une opération de fabrication de pièces d'acier. En conséquence, la présente invention supprime la nécessité d'usiner mécaniquement les blooms, brames, billettes, etc...produite pour y réduire toute structure ou texture grossière. Le produit obtenu suivant la présente invention a ainsi une structure de grains plus fine et plus uniforme que les produits analogues faits suivant les procédés actuels.
Enfin, les opérations de laminage et de réduction sont exécutées immédiatement après le retrait de la couronne annulaire du moule, pendant que cette couronne annulaire conserve encore une partie de la chaleur initiale provenant de l'opération de fusion. La nécessité et les frais du réchauffage entre le moulage et le laminage sont ainsi supprimés.