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" PROCEDE D'OBTENTION D'ALLIAGES DE FER, CHROME
ET NICKEL " @
La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'alliages contenant du fer, du chrome et du nickel, avec ou sans adjonction d'autres métaux. Le but de la présente invention est de fabriquer ces alliages plus économiquement que par les procédés utilisés jusqu'ici.
Ce résultat est obtenu en utilisant du nickel et du chrome d'origine peu coûteuse par exemple une matte de nickel et du ferro-chrome à teneur en carbone élevée ou moyenne.
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On a constaté , selon l'invention, qu'en mettant au four dans des conditions appropriées une matte de nickel avec du ferro -chrome à teneur élevée en carbone, ce qui est la forme la moins coûteuse actuellement sous laquelle le chrome métallique se présente, le soufre de la matte peut être presque quantitativement expulsé et qu'au moins une partie du carbone contenu dans le ferro-chrome est éliminée simul- tanément. L'alliage résultant , qui contient le nickel de la matte en même temps que le fer et le chrome du ferro- chrome , et une quantité plus ou moins grande de carbone, convient pour beaucoup d'utilisations tel qu'il est ainsi obtenu ou après traitement ultérieur. Par exemple l'alliage peut être mélangé avec du fer pour produire des aciers du genre inoxydable.
Lorsque l'on fabrique des aciers inoxyda- bles conformément au procedé selon l'invention, il est pré- férable d'effectuer la réaction entre le carbone du ferro- chrome et le sulfure de nickel de la matte, de façon que le rapport du carbone au chrome dans l'alliage ainsi produit soitun peu plus élevé que celui qu'il est bon d'avoir dans les aciers inoxydables , puis c'enlever une partie du carbone dans une opération ultérieure, par exemple en traitant le métal avec une .scorie oxydante. ou en le passant au Bess- mer avec de l'oxygène commercial ou de l'air fortement enrichi en oxygène. Si le traitement ultérieur de l'alliage initial comporte un mélange avec du fer l'opération d'enlè- vement du carbone peut être effectuée soit avant, soit après ce mélange.
Il est préférable de constituer la charge de façon à avoir un peu plus d'un atome de carbone pour deux de soufre, le rapport de 1 à 2 étant celui suivant lequel les éléments se combinent pour former du bisulfure de carbone.. Un excès
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de carbone favorise une élimination plus complète du soufre mais on comprendra qu'il n'est pas nécessaire d'expulser complètement le soufre et que ceci est en général impos- sible dans la métallurgie du fer et toute proportion de carbone qui donne un produit utilisable rentre dans le cadre de l'invention.
A ce sujet, on peut remarquer que le soufre sera, en général, à un certain degré, éliminé au cours des traitement d'enlèvement du carbone et de raffinage auquel l'alliage initial sera normalement soumis, tandis que le mélange de l'alliage initial avec du fer à faible teneur en soufre diminuera évidemment le pourcentage du soufre.
Etant donné que la variation admissible dans le rapport de carbone au soufre est large et que le rapport du chrome au carbone dans les ferro-chromes peut varier entre des limites éloignées sans augmenter sensiblement le prix par kilog de chrome contenu, le rapport du chrome au nickel dans l'alliage initial peut être/facilement réglé. Comme on le verra dans l'exemple spécifique ci-dessous, il est possible de préparer la charge de façon telle qu'après raffinage et enlèvement du carbone de l'alliage initial , avec une certaine perte en chrome, le rapport du chrome au nickel dans le produit final peut tomber à environ 2 1/4 à 1 , rapport' qui se trouve dans l'acier ordinaire inoxydable à 18 % de chrome et 8 % de nickel.
Pour la mise en pratique du procédé, on charge de préférence les matières finement broyées dans un four élec- trique de fusion du type à arc à air libre à une allure cor- respondant à l'allure de la réaction. Pour obtenir les meil- leurs résultats en ce qui concerne l'achèvement total de la réaction, il est bon d'opérer à une température aussi élevée que le permettra le revêtement réfractaire du four. Il est
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préférable d'avoir de la chaux dans la charge comme matière constituant la scorie et il est généralement bon d'utiliser du spath fluor dans le mélange pour donner de la fluidité à la scorie.
Dans la forme de réalisation de l'invention jugée la meilleure, on fabrique dans la première opération un alliage ferro-chrome-nickel contenant entre 1 et 2 % de carbone. L'alliage est alors mis dans un convertisseur Bessemer dans lequel on souffle de préférence de l'oxygène commercial pur ou de l'air fortement oxygéné, jusqu'à ce que le carbone ait été réduit de la quantité voulue.
Ci-dessous on donnera quelques exemples montrant les résultats qu'il est possible d'obtenir par le procédé ci-dessus décrit :
EXEMPLE 1
On a mélangé 100 parties de ferro-chrome à forte teneur en carbone, 50 parties de matte de nickel, 50 parties de chaux et 25 parties de spath fluor et on en a chargé graduellement un four électrique à arc à air libre qui con- tenait un petit bain de scories fondues obtenu au moyen de chaux et de silice dans le rapport de trois parties de chaux à une partie de quartzite. Le ferro-chrome à forte teneur en carbone contenait 69,71 % de chrome, 1,37 % de silicium et 4,89 % de carbone et passait au tamis de 8 mailles. La matte de nickel contenait 75,28 % de nickel et 23,70 % de soufre et passait également au tamis de 8 mailles.
La chaux et le spath fluor étaient des produits habituels du commerce.
Le produit obtenu ferro-chrome-nickel donnait à l'analyse :
EMI4.1
<tb> Chrome <SEP> 47,03 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 28,52 <SEP> %
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 1,82 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,07 <SEP> %
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,08 <SEP> % <SEP>
<tb>
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le reste étant, pour la plus grande partie, du fer.
EXEMPLE II
Dans une autre opération, on a chargé le mélange suivant dans un petit bain fondu constitué par de la chaux et de la silice dans le rapport de deux parties de chaux à une de quartzite :
Ferro-chrome à forte teneur
EMI5.1
<tb> en <SEP> caroone <SEP> 450 <SEP> parties
<tb>
<tb> Matte <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 112 <SEP> parties
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 185 <SEP> parties
<tb>
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> 30 <SEP> parties
<tb>
Le ferro-chrome à forte teneur en carbone, passant au tamis de 8 mailles, contenait 68.23 % de chrome, 4.96 % de carbone, et 1.51 % de silicium. La matte de nickel, passant également au tamis de 8 mailles, contenait 74.90 % de nickel et 23. 71 % de soufre. La chaux et le spath fluor étaient du type com- mercial habituel.
Le mélange ci-dessus a été chargé à vitesse uniforme et le four utilisé était du type électrique à arc à l'air libre, fonctionnant à température élevée. Après fusion complète, un échantillon de l'alliage a donné à l'analyse la composition suivante :
EMI5.2
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Fe <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> S
<tb>
<tb> 56.46 <SEP> 17.24 <SEP> 23.56 <SEP> 1.77 <SEP> 0.10 <SEP> 0. <SEP> 049
<tb>
L'alliage fondu a été versé directement dans un convertisseur Bessmer et on a soufflé pendant trente minu- tes avec de l'oxygène commercialement pur. Après achève- ment du soufflage, l'alliage a été moulé sous forme de gueuse. L'analyse du produit final a donné .
EMI5.3
<tb>
% <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Fe <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> S
<tb>
<tb> 49.66 <SEP> 21.20 <SEP> 27.25 <SEP> 0.16 <SEP> 0. <SEP> 05 <SEP> 0. <SEP> 040
<tb>
EXEMPLE III
L'exemple ci-dessous montre l'application du procédé à la fabrication de l'acier inoxydable du genre
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contenant 18 % de chrome et 8 % de nickel.
Les matières constituant la charge , et cela dans les proportions indi- quéesci-dessus, avaient la même composition et les mêmes dimensions que celles employées dans l'exemple précédent :
Ferro-chrome à forte teneur en
EMI6.1
<tb> carbone <SEP> 200 <SEP> parties
<tb>
<tb> Matte <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 40 <SEP> parties
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 75 <SEP> parties
<tb>
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> 8 <SEP> parties
<tb>
Le mélange ci-dessus a été chargé à une vitesse uniforme dans un four électrique à arc à l'air libre fonctionnant à température élevée. Une fois la fusion terminée, on a faii, fondre 240 parties de riblons d'acier dans le mélange qui a été ensui.te versé dans un convertisseur Bessemer dans lequel on a fait passer pendant 8 minu.tes 1/2 de l'oxygène commercialement pur.
L'acier a été versé du convertisseur dans deux poches, puis dans des lingotières après traite- ment avec 0. 40 % de manganèse sous forme de ferro-manganèse à faible teneur en carbone et 0.40 % de silicium sous forme de ferrosilicium à 50 % . On a analysé séparément le conte- nu des deux poches et la moyenne des chiffres donnés par l'analyse et concordant étroitement,était la suivante :
EMI6.2
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Mn
<tb>
<tb> 17.29 <SEP> 7.66 <SEP> 0.11 <SEP> 0.05 <SEP> 0'.26
<tb>
Les résultats moyens des essais physiques du métal sont indiqués ci-dessous. Les éprouvettes avaient été trem- pées à 1150 C.
EMI6.3
<tb>
Force <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 8351 <SEP> Kgs/cm
<tb>
<tb>
<tb> Déformation <SEP> élastique <SEP> 2163 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 38 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Striction <SEP> 54 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Choc <SEP> il,* <SEP> Kgs-mètres-rupture
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> d'Erichsen <SEP> 10.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> Brinell <SEP> 131'
<tb>
<tb>
<tb> @
<tb>
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Il est évident que lorsque l'on peut avoir une teneur en carbone plus élevée que celle de l'acier produit suivant l'exemple III, on peut raccourcir le soufflage, ce qui permet de conserver une partie du chrome perdu au cours d'un soufflage plus prolongé.
Dans certains cas où l'on désire avoir les propriétés physiques les meilleures possi- bles, on peut faire passer l'alliage fondu du convertisseur à un four à acier électrique pour effectuer le finissage.
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"PROCESS FOR OBTAINING IRON ALLOYS, CHROME
AND NICKEL "@
The present invention relates to a process for manufacturing alloys containing iron, chromium and nickel, with or without the addition of other metals. The object of the present invention is to manufacture these alloys more economically than by the methods used hitherto.
This result is obtained by using nickel and chromium of inexpensive origin, for example a nickel matte and ferro-chromium with a high or medium carbon content.
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It has been found, according to the invention, that by placing in the oven under suitable conditions a nickel matte with ferro -chrome with a high carbon content, which is the least expensive form at present in which metallic chromium is present. , the sulfur in the matte can be expelled almost quantitatively and at least part of the carbon contained in the ferro-chromium is simultaneously removed. The resulting alloy, which contains the nickel of the matte together with the iron and chromium of the ferro-chromium, and a greater or lesser amount of carbon, is suitable for many uses as thus obtained or after further processing. For example the alloy can be mixed with iron to produce stainless steel type steels.
When producing stainless steels according to the process according to the invention, it is preferable to carry out the reaction between the carbon of the ferro-chromium and the nickel sulphide of the matte, so that the ratio of chromium carbon in the alloy thus produced is somewhat higher than that which is good to have in stainless steels, and then this will remove some of the carbon in a subsequent operation, for example by treating the metal with a. oxidizing slag. or by passing it through the bessmer with commercial oxygen or highly oxygen-enriched air. If the subsequent treatment of the initial alloy involves mixing with iron, the carbon removal operation can be carried out either before or after this mixing.
It is preferable to constitute the charge so as to have a little more than one carbon atom to two of sulfur, the ratio of 1 to 2 being that according to which the elements combine to form carbon disulfide. An excess
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of carbon favors a more complete removal of sulfur but it will be understood that it is not necessary to completely expel the sulfur and that this is generally not possible in the metallurgy of iron and any proportion of carbon which gives a usable product comes within the scope of the invention.
In this connection, it may be noted that sulfur will, in general, to some degree, be removed during the carbon removal and refining processes to which the initial alloy will normally be subjected, while the mixing of the alloy initial with low sulfur iron will obviously decrease the sulfur percentage.
Since the allowable variation in the ratio of carbon to sulfur is wide and the ratio of chromium to carbon in ferro-chromes can vary between far limits without significantly increasing the price per kilog of chromium contained, the ratio of chromium to nickel in the initial alloy can be / easily adjusted. As will be seen in the specific example below, it is possible to prepare the feed such that after refining and removing the carbon from the initial alloy, with a certain loss of chromium, the ratio of chromium to nickel in the final product can drop to about 2 1/4 to 1, which ratio is found in ordinary stainless steel with 18% chromium and 8% nickel.
For the practice of the process, the finely ground materials are preferably charged to an electric free air arc type melting furnace at a rate corresponding to the rate of the reaction. To obtain the best results with regard to complete reaction completion, it is advisable to operate at as high a temperature as the refractory lining of the furnace will allow. It is
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It is preferable to have lime in the filler as the slag material and it is generally good to use fluorspar in the mixture to make the slag flowable.
In the embodiment of the invention judged to be the best, in the first operation a ferro-chromium-nickel alloy containing between 1 and 2% carbon is produced. The alloy is then placed in a Bessemer converter into which is preferably blown pure commercial oxygen or highly oxygenated air, until the carbon has been reduced by the desired amount.
Below we will give some examples showing the results that can be obtained by the process described above:
EXAMPLE 1
100 parts of high carbon ferro-chromium, 50 parts of nickel matte, 50 parts of lime and 25 parts of fluorspar were mixed and gradually charged to an electric open-air arc furnace which contained. a small bath of molten slag obtained by means of lime and silica in the ratio of three parts of lime to one part of quartzite. The high carbon ferro-chromium contained 69.71% chromium, 1.37% silicon and 4.89% carbon and passed through an 8 mesh sieve. The nickel matte contained 75.28% nickel and 23.70% sulfur and also passed through an 8 mesh sieve.
Lime and fluorspar were standard products in commerce.
The product obtained ferro-chromium-nickel gave on analysis:
EMI4.1
<tb> Chrome <SEP> 47.03 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 28.52 <SEP>%
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 1.82 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.07 <SEP>%
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.08 <SEP>% <SEP>
<tb>
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the rest being, for the most part, iron.
EXAMPLE II
In another operation, the following mixture was charged in a small molten bath consisting of lime and silica in the ratio of two parts of lime to one of quartzite:
High content ferro-chromium
EMI5.1
<tb> in <SEP> caroone <SEP> 450 <SEP> parts
<tb>
<tb> Matte <SEP> of <SEP> nickel <SEP> 112 <SEP> parts
<tb>
<tb> Lime <SEP> 185 <SEP> parts
<tb>
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> 30 <SEP> parts
<tb>
The high carbon ferro-chromium, passing through the 8-mesh screen, contained 68.23% chromium, 4.96% carbon, and 1.51% silicon. The nickel matte, also passing through an 8 mesh sieve, contained 74.90% nickel and 23. 71% sulfur. Lime and fluorspar were of the usual commercial type.
The above mixture was charged at uniform speed and the furnace used was of the open air arc electric type, operating at high temperature. After complete melting, a sample of the alloy gave the following composition on analysis:
EMI5.2
<tb>% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Ni <SEP>% <SEP> Fe <SEP>% <SEP> C <SEP>% <SEP> Si <SEP>% <SEP> S
<tb>
<tb> 56.46 <SEP> 17.24 <SEP> 23.56 <SEP> 1.77 <SEP> 0.10 <SEP> 0. <SEP> 049
<tb>
The molten alloy was poured directly into a Bessmer converter and blown for thirty minutes with commercially pure oxygen. After completion of the blowing, the alloy was cast as a pig. Analysis of the final product gave.
EMI5.3
<tb>
% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Ni <SEP>% <SEP> Fe <SEP>% <SEP> C <SEP>% <SEP> Si <SEP>% <SEP> S
<tb>
<tb> 49.66 <SEP> 21.20 <SEP> 27.25 <SEP> 0.16 <SEP> 0. <SEP> 05 <SEP> 0. <SEP> 040
<tb>
EXAMPLE III
The example below shows the application of the process to the manufacture of stainless steel of the kind
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containing 18% chromium and 8% nickel.
The materials constituting the charge, and in the proportions indicated above, had the same composition and the same dimensions as those used in the previous example:
High iron chromium
EMI6.1
<tb> carbon <SEP> 200 <SEP> parts
<tb>
<tb> Matte <SEP> of <SEP> nickel <SEP> 40 <SEP> parts
<tb>
<tb> Lime <SEP> 75 <SEP> parts
<tb>
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> 8 <SEP> parts
<tb>
The above mixture was charged at a uniform speed into an open air electric arc furnace operating at high temperature. Once the melting was completed, 240 parts of scrap steel were melted in the mixture which was then poured into a Bessemer converter in which oxygen was passed for 8 1/2 minutes. commercially pure.
The steel was poured from the converter into two ladles, then into ingot molds after treatment with 0.40% manganese as low carbon ferro-manganese and 0.40% silicon as 50% ferrosilicon. . The contents of the two pockets were analyzed separately and the mean of the figures given by the analysis and closely matching were as follows:
EMI6.2
<tb>% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Ni <SEP>% <SEP> Si <SEP>% <SEP> C <SEP>% <SEP> Mn
<tb>
<tb> 17.29 <SEP> 7.66 <SEP> 0.11 <SEP> 0.05 <SEP> 0'.26
<tb>
The average results of the physical tests of the metal are shown below. The test pieces had been quenched at 1150 C.
EMI6.3
<tb>
Breaking force <SEP> <SEP> 8351 <SEP> Kgs / cm
<tb>
<tb>
<tb> Elastic <SEP> deformation <SEP> 2163 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elongation <SEP> 38 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Striction <SEP> 54 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Shock <SEP> il, * <SEP> Kgs-meters-rupture
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Erichsen <SEP> point <SEP> 10.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hardness <SEP> Brinell <SEP> 131 '
<tb>
<tb>
<tb> @
<tb>
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It is obvious that when one can have a higher carbon content than that of the steel produced according to Example III, one can shorten the blowing, which makes it possible to retain part of the chromium lost during a more prolonged blowing.
In some cases where it is desired to have the best possible physical properties, the molten alloy can be passed from the converter to an electric steel furnace for finishing.