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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.