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BREVET d'INVENTION procédé perfectionné de fabrication d'alliages de chrome pauvres en carbone.
Cette invention a trait à un procédé de fabrication d'alliages de chrome pauvres en carbone tels que le ferro.. ohrome et le fer et l'acier alliés au chrome, du genre dans lequel un alliage de chrome ayant une teneur relativement élevée en carbone est raffiné à l'aide d'un bain de laitier contenant
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contenant de l'oxyde de chrome et chauffé par de l'énergie électrique.
L'invention consiste principalement dans le fait qu'on égalise la température des couches supérieure et inférieure du laitier en remuant le bain de laitier à l'aide d'oxyde de carbone engendré dans la réaction entre des oxydes facilement réductibles tels que FeO et Cr2O3 contenus dans le laitier et une matière introduite sous forme de poudre, de grains, de fragments coupés, etc.. et contenant le carbure d'un métal appelé à constituer un des ingrédients de l'alliage fini, cette matière étant fournie d'une façon continue au cours d'une longue période de temps ou étant. introduite en quantités convenables à de courts intervalles de temps dans le but d'assurer une agitation assez uniforme et efficace du bain de laitier.
Dans la fabrication d'alliages de chrome par le raffinage d'un alliage de chrome à haute teneur en carbone à l'aide d'un bain de laitier contenant de l'oxyde de chrome, de grandes difficultés ont jusqu'à ce jour été occasionnées par le fa it que le raffinage a tendance à avoir lieu d'une façon intermittente, de sorte que le développement de gaz s'effectue souvent avec une violence telle que le laitier ainsi que le métal sont projetés hors du four ou vers les parois du four, où ils se solidifient.
En genéral, le procédé connu estréalisé de la façon suivante. On fond d'abord l'alliage de chrome riche en carbone au-dessous d'un laitier relativementpauvre en oxyde de chrome et on le décarbonise alors par l'apport de grandes quantités de minerai de chrome. Comme le minerai de chrome possède un poids spécifique assez élevé, les additions de ce minerai s'enfoncent jusqu'à la couche la plus basse du bain
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bain de laitier et provoquant la solidification de cette couche. Le laitier, qui est chauffé par la partie supérieure à l'aide d'énergie électrique fournie par des électrodes, est mainenant surchauffé dans sa couche supérieure et, finalement, la couche de laitier inférieure recommence à fondre.
Aussitôt qu'une liaison est rétablie entre l'alliage de chrome sous-jacent et la partie fondue du bain du laitier, il s'établit une réaction donnant naissance à un dégagement de gaz assez intense qui a pour effet d'agiter le laitier de telle manière que le laitier surchauffé entre brisquement en contact avec le métal. La réaction prend alors presque l'allure d'une explosion de telle sorte que le métal et le laitier sont projetés dans tous les sens.
Il en résulte que le bain de laitier est considérablement refroidi et que sa couche inférieure se solidifie de nouveau.
Il s'établit maintenant une période calme sans raffinage jusqu'au moment où la partie solidifiée du laitier a de nouveau fondu au-dessus du métal, une nouvelle période de raffinage analogue à une explosion s'établissant alors. La présente invention élimine ces inconvénients en ce sens que, dans le procédé suivant l'invention, le bain de laitier entier possède une température relativement uniforme, de telle sorte que la solidification du bain de laitier se trouve évitée. Suivant l'invention, le laitier est maintenu à l'état complètement fondu même dans la couche qui est directement en contact avec le métal, et le raffinage a par conséquent lieu uniformément, efficacement et sans perturbations appréciables.
Ainsi qu'on l'a dit précédemment, le procédé peut être appliqué en vue de la fabrication de ferro-chrome pauvre en carbone ainsi que d'alliages d'acier ou de fer pauvres en carbone
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carbone et de chrome. four fabriquer le ferro-chrome pauvre en carbone, il est préférable d'employer un ferro-chrome de teneur relativement élevée en carbone, par exemple de 6 à 10% C, à titre de matière première.
On broie le ferro-chrome de telle manière qu'une partie considérable, au moins, de la .poudre, par exemple la moitié ou plus de la moitie, soit composée de grains dent les dimensions sont inférieures à 0,5mm Le raffinage est réalisé dans un four électrique auquel le courant est fourni à l'aide d'électrodes qui sont disposées au-dessus d'un bain de laitier contenant de l'oxyde de chrome et qui, de préférence, sont mobiles verticalement. Le bain de laitier employé pour le procède doit posseder un point de fusion élevé et, en outre, une surface de bain fondu relativement grande.
On a trouvé qu'il est possible de satisfaire à ces deux conditions d'une manière satisfaisante en se servant d'électrodes possedant une grande section transversale et une charge moyenne relativement faible, .ainsi, il convient que la section transversale de l'électrode ne soit pas infé- rieure à 70 dm, mesurée sur l'électrode avant le service.
La charge en KW par dm2 ne doit pas excéder 10 KW. On a obtenu un bon résultat à l'aide d'un four triphasé muni d'élec- trodes de 1350 mm de diamètre chacune et une charge de 1000 KW environ sur chaque électrode. De cette manière, le risque de zones locales surchauffées du bain de laitier est notablement diminué. On ajoute le ferrotcnrome pulvérisé à ce bain de laitier, soit d'une façon continue, soitpar petites portions introduites à de courts intervalles de temps.
La quantité ajoutéepar unité de temps est choisiede telle manière que la production d'oxyde de carbone rdsultant de la réaction entre l'oxyde de chrome/du laitier et le carbone du ferrochrome soumet le bain de laitier à une agitation efficace mais néanmoins relativement uniforme, cequi assure l'avan- -tage
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tage que la température du laitier est maintenue à une valeur pratiquement uniforme dans toutes ses parties. De cette manière, on évite que la réaction ait par intermittence l'allure d'une explosion et l'on obtient l'avantage que le laitier exerce une action de raffinage efficace non seulement sur des particules métalliques en suspension dans ce laitier, mais aussi sur le bain de métal situé au-dessous de lui. De préférence, le ferro-chrome est entièrement introduit à l'état pulvérisé.
Toutefois, comme le bain de laitier est maintenu animé d'un mouvement vif, il est possible sans risque de perturbations plus grandes, d'introduire une partie du ferro-chrome sous forme de morceaux. Il convient que de telles additions de morceaux soient effectués en plusieurs fois pendant la même période de temps que celle pendant laquelle on effectue les additions de ferro-chrome pul- vérisé, Lorsque l'addition du ferro-chrome estterminée, on soumet le bain à un chauffage continu, de préférence jusqu'à ce que le mouvement du laitier commence à cesser ou ait diminué considérablement, et l'on effectue alors la coulée du métal. De préférence, on laisse le laitier dans le four de façon qu'il serve de laitier de raffinage pour une nouvelle quantité de ferro-chrome.
En raison de la réaction du. carbone que contient le ferro-chrome riche en carbone avec l'oxyde de chrome du laitier, l'oxyde de chrome que contient le laitier a tendance à être réduit et cette réduction tend à son tour à donner au laitier une composition qui convient moins à l'opération de raffinage; c'est pourquoi on a jugé nécessaire de compenser cette tendance. il est préférable d'effectuer cette compensation par l'apport d'une matière riche en oxyde de chrome, telle que le minerai de chrome, l'oxyde de chrome ou une matière contenant de l'oxyde de chrome et résultant de l'oxydation du ferro-chrome.
Il convient que les mati ères.
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matières à base d'oxyde de chrome ainsi ajoutées aient une teneur relativement faible en oxydes donnant naissance à du laitier, étant donné qu'il est alors plus facile d'obtenir la composition désirée du bain de laitier. Le réglage de la teneur en oxyde de chrome du laitier peut aussi être obtenue par l'oxydation d'une partie de ferro-chrome présente dans le four. A cet effet, on peut insuffler de l'air ou de l'oxygène dans le bain de métal ou faire en sorte qu'ait accès à la surface du bain de laitier une quantité d'air suffisante pour qu'une partie des particules métalliques fondues en suspension dans le bain de laitier soit oxydée sous l'influence de l'air.
Il convient de faire usage de matières premières dont la teneur en soufre est si faible que, abstraction faite de l'action de raffinage de soufre possible du laitier, une teneur en soufre Inférieure à 0,025% soit obtenue dans l'alliage fini. Toutefois, on additionne généralement le laitier d'un peu de chaux pour faciliter l'obtention d'une faible teneur en soufre dans le produit fini. Si la teneur en oxyde de chrome du laitier augmente dans une mesure Indésirable, on peut effectuer un réglage par la fourniture d'un agent réducteur carbonifère tel que les cokes, l'anthracite ou le charbon de bois. Si la quantité de laitier que renferme le four s'élève au-dessus de la quantité désirée, on retire l'excédent.
Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, le fer et l'acier alliés au chrome; par exemple les fers et aciers dits " inoxydables " et " à l'épreuve du feu ", dont la teneur en chrome est comprise entre 11 et 30% environ, peuvent être fabriqués avantageusement suivant l'invention. Dans ce cas encore, il est préférable d'appliquer un ferro-chrome de grande teneur en carbone, par exemple 6 à 10%, et d'une teneur en chrome suprieure à 60%, à titre de matère premiè- re riche en carbone, quoique, bien entendu, on puisse aussi employer
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employer d'autres sortes de ferro-chrome de teneurs moindres en carbone et en chrome.
Le ferro-chrome est introduit à l'é- tat pulvérisé et de la même manière que dans le procédé pré- cédemment decit de fabrication de ferro-chrome pauvre en car- bone. Le fer nécessaire pour le procédé est de préférence ajou- té à l'état métallique, par exemple sous forme de riblons de forge, de fonte ou de fer spongieux. Si les addisions sont cons- tituées par un fer relativement pauvre en carbone, il est pré- ferable de fondre ce fer avant ou après la période pendant la- quelle les additions de matière pulvérulente contenant du car- bure métallique sont effectuées et, si on le désire, on peut introduire le fer sous forme de morceaux relativement gros.
Il en est de même en ce qui concerne la refonte de déchets des fers et des aciers alliés au chrome fabriqués par le pré- sent procédé. On a toutefois trouvé qu'il convient de fournir au moins la majeure partie d'un fer (ou alliage de fer) pauvre en carbone de ce genre en plusieurs fois pendant la période au cours de laquelle la matière contenant le carbure métalli- que est introduite sous forme de poudre, de grains, de fragments coupés, etc. Si le fer est fourni sous forme de fonte, de fer forgé ou d'acier dont la teneur en carbone est plus grande que celle désirée dans l'alliage fini, il est préférable d'intro- duire ce fer sous forme de grains ou de poudre, par exemple sous forme de grains broyés, s'il est composé de fer forgé on d'acier.
De telles additions de fer riche en carbone sous forme de grains, poudre ou fragments coupes peuvent être appliquées conjointement avec un ferro-chrome pulvérisé à titre de mélange contenant du carbure métallique dans le but d'effectuer une égalisation de la température du laitier. A titre d'alternative, ces éléments peuvent être appliqués séparément pour le but en- visagé. Si l'on se sert de ferro-chrome pulvérisé ainsi que de fer
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fer pour égaliser la température, on peut introduire ces élé ments à l'état de mélange entre eux ou pendant la même pério- de de temps ou introduire les additions de ferro-chrome pendant une période et les additions de fer finement divise pendant une autre période.
S'il s'agit de fabriquer suivant l'in- vention des alliages de fer, de nickel et de chrome, par exemple les qualités dites " à l'épreuve du feu ou inoxydables ", il est préférable d'ajouter du nickel métallique au commencement de la iusion. Pour qu'on soit sur que la teneur en chrome ne sera pas trop faible, on peut, dans la fabrication des fers et aciers alliés au chrome, choisir la charge de telle manière qu'on obtienne d'abord une teneur en chrome un peu trop grande. Dans ce cas, lorsque le raffinage est terminé, ou au cours du stade final du raifinage, on ajoute à la charge une quantite de minerai de fer ou d'une autre matière riche en oxyde de fer suffisante pour oxyder l'excès de chrome.
On a trouvé qu' une telle façon de réaliser le réglage final en ce qui concerne la teneur en chrome assure le résultat désire d'une façon plus rapide et plus certaine que si le réglage final était effectue par une addition de fer métallique. Une augmentation de la teneur en chrome, dans le cas où une telle augmentation serait necessaire, peut être obtenue par l'apport d'une nouvelle quantité de ferro-chrome ou en diminuant une partie de la teneur en oxyde de chrome du laitier, par excmple par une ad- dition d'aluminium, de silicium-fer, de silicium-chrome ou d'autres alliages contenant du silicium ou de l'aluminium, ou par une addition d'un agent réducteur carbonifère.
En outre, dans la fabrication de fers et aciers allies au chrome, il est recomandable d'employer des matières premières dont la teneur en soufre est si faible que, abstraction faite de 1; action de raffinage de soufre du laitier, l'alliage obtenu aurait une teneur en soufre inférieure à 0,025%, ce qui rend possible de déterminer la composition du laitier de la manière
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manière qui est la plus appropriée au raffinage, c'est à dire sans qu'on ait besoin de s'occuper dans une mesure plus grande de la question de savoir si le laitier doitexercer une action de raffinage du soufre.
Conformément aux observations précédentes relatives à la fabrication du ferro-chrome pauvre en carbone suivant l'invention, il existe aussi, dans la fabrication des fers et aciers alliés au chrome, une ten- dance à la réduction de la teneur en oxydede chrome du laitier sous l'influence de la teneur en carbone de l'addition de ferro chrome riche en carbone et du fer riche en carbone susceptible d'être ajouté.
Dans ce cas encore, il convient de contrecarrer cette tendance en faisant en sorte que l'air ait amplement accès à la surface fondue du bain de laitier au voisinage des électrodes, afin qu'une partie des particules métalliques en suspension dans le bain de laitier soit oxydée sous l'influence de l'air. Un accroissement de la teneur en oxyde de chrome du bain de laitier peut toutefois aussi être obtenu partiellement ou entièrement d'une autre manière, par exemple par la fourniture de minerai de fer, de minerai de chrome ou d'une autre matière riche en chrome.
En maintenant la teneur du laitier en silice à une valeur faible en comparaison de sa teneur en oxyde de chrome dans le procédé, il est possible de fabriquer un alliage de fer et de chrome dont la teneur en chrome soit, par exemple, comprise entre 10 et 24 %, la teneur en carbone inférieure à 0,1% et la teneur en silicium comprise entre 0,1 et des traces. Il convient de maintenir de cette manière la teneur en silicium inférieure à 0,15 %, étant donné qu'on a trouvé que, en pareil cas, on obtient un alliage de fer et de chrome possédant de très bonnes propriétés en ce qui concerne la résistance à la traction ainsi que la facilité avec laquelle la matière
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matière peut être travaillée.
La composition et la température du laitier ont une grande importance pour le procédé, et il est préférable que le laitier soit maintenu assez fluide pendant l'opération de fuaion entière, Pour assurer une décarbonisation assez rapide par la réaction, entre l'oxyde de chrome du laitier et le carbure du métal, il est nécessaire que le laitier soit chauffe à une température élevée. La réaction est d'autant plus rapide et plus complète que la température du laitier est plus élevée. Entre certaines limites, un accroissement de la température effectue par conséquent une diminution de la quantité d'énergie électrique dépensée par unité de produit fabriquée.
Toutefois, aux températures trop élevées, il se produit:des phénomènes de gazéification ayant une influence nuisible sur le procédé. Ainsi, on a constaté que la température que possède le bain de laitier pendant l'opération de raffinage ne doit pas être inférieure à 1700' 0 et qu'il est préférable que le laitier soit chauffé à une température comprise entre 1800 et 21000' C,
Un autre facteur important réside dans la teneur en oxyde de chrome du laitier. Il convient que cette teneur ne soit normalement pas inférieure à 15% et il est préférable quelle soitmaintenue entre 25 et 60%.
On a en outre trouvé qu'il est recommandable de régler la composition du laitier à d'autres égards de telle manière que l'oxyde de chrome qu'il renfeme ne soit pas, comme résultat de la présence de pourcentages élevés d'oxydes fortement basiques, fixé à ces derniera avec une force telle que l'oxyde de chrome soitmoins réactif. En comptant en molécules, il convient par conséquent que la quantité totale d'oxydes de calcium et de magnésium que
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que renferme lelaitier ne soitpas supérieure à 1,5 fois la teneur totale en oxydes de chrome, d'aluminium et de silicium dudit laitier, et il est préférable que la proportion des oxydes mentionnés en premier lieu soit choisie telle quelle n'atteigne pas la proportion des oxydes mentionnés en second lieu.
En ce qui concerne le fait qu'il est désirable d'obtenir un alliage de faible teneur en siliciu, la teneur en silice du laitier est généralement maintenue faible, soit inférieure à 20%, et de préférence comprise entre 5 et 15 %, Lorsque la teneur en oxyde de chrome est élevée, par exemple supérieure à 30%, il est possible, dans certains cas, d'emplo- yer aussi avantageusement des laitiers contenant une proportion de silice beaucoup plus grande que celle qui vient d'être mentionnée.
Pour faciliter le raffinage, il est bon de Maintenir la pression partielle de l'oxyde de carbone à une valeur faible, au moins au dessus . d'une partie de la surface fondue du bain de laitier. Ce résultat peut être obtenu d'une manière très simple en brûlant l'oxyde de carbone immédiatement au dessus d'une partie de la surface du bain de laitier, par exemple à l'aide d'air. Il est préférable de disposer le four de telle manière que l'air nécessaire à cet effet soit admis par un tirage naturel.
On peut régler la composition du laitier par des additions convenables contenant les oxydes en lesquels il est désirable d'enrichir le laitier, par exemple de minerai de chrome ou d'une autre matière riche en chrome, de chaux, de quartz, de terre réfractaire, de bauxite, d'alundum, etc... On peut toutefois régler la composition du laitier par l'oxydation du chrome du bain métallique, par l'oxydation de particules métalliques contenant du chrome en suspension
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suspension dans le laitier ou par la réduction d'oxyde de chrome à l'aide d'une addition de carbone réducteur.
Lorsqu'on coule le métal, on laisse généralement le laitier dans le four pour qu'il serve de laitier de raffinage pour une nouvelle charge. Chaque fois que le volume du bain de laitier s'élève au dessus de la quantité désirée, on retire l'excédent, de préference par une coulée de laitier séparée. Si des matières premières pauvres en soufre sont employées, il est possible de travailler longtemps avec le même bain de laitier sans le régénérer. Il est préférable de réaliser la régénération nécessaire d'une manière propre à permettre une augmentation lente du volume de bain de laitier et une coulée de l'excédent de temps à autre. Dans la fabrication d'un ferro-chrome pauvre en carbone, on ajoute généralement du minerai de chrome pour augmenter la teneur en chrome du laitier.
Comme le minerai de chrome contient des pourcentages considérables d'oxydes de magnésium et d'aluminium, on obtient de cette manière un accroissementlent du bain de laitier. Dans la fabrication de fers et aciers alliés au chrome, il est préférable d'effectuer le réglage de la teneur en chrome du laitier par des additions de minerai de fer riche de sorte que, en pareil cas, le volume du bain de laitier n'augmente pas sensiblement, à moins que ceci ne soit particulièrement désiré, par exemple dans le but de diminuer la teneur en soufre.
Des éléments d'alliage spéciaux tels que le nickel peuvent occasionnellement être ajoutés à l'état fondu ou non fondu, soit dans le four de raffinage proprement dit, soit en tout ou en partie dans une pohe, mélangeur ou four distinct dans lequel l'alliage est coulé dans un but de réglage.
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réglage.
Lorsque la fabrication d'un alliage contenant une proportion basez grande de tiokel est envisagée et que le nickel est ajouté en partie sous forme de déchets d'alliage de fer et de nickel et en partie sous forme de nickel métallique ou d'un autre alliage riche en nickel, il estpréférable de réaliser le procedé de telle manière que les déchets contenant le nickel soient introduits dans le four de raffinage, tandisque les additions de nickel métallique sont effectuées dans la poche ou le mélangeur ou dans le four de reglage. Le but d'une telle subdivision des additions contenant du nickel est en premier lieu de faciliter, lorsque cela est necessaire, un changement du procedé de fabrication en vue de l'obtention d'un produit pauvre en nickel ou exempt de nickel.
Comme il importe que le four de raffinage ne soit pas entièrement vida du métal qu'il contient, un changement rapide en vue de l'obtention d'un produit pauvre en nickel serait rendu difficile par une teneur élevée en nickel du métal présent dans le four de raffinage.
Si les déchets contenant du nickel ont une teneur relativement grande en carbone, il est préférable qu'ils soient introduits à l'état non fondu et que cette introduction soit effectuée par petites quantités à la fois au cours d'une longuepériode de temps, Far contre, il est possible d'ajouter à volonté à l'etat fondu ou non fondu des déchets pauvres en carbone ainsi qu'un autre fer pauvre en carbone faisant partie de la charge.
Lorsqu'on retire l'alliage de fer ou d'acier du four de raffinage, sa température est si élevée qu'il est généralement possible de dissoudre des quantités même considérables de matières, par exemple de nickel métallique, introduites dans la poche de coulée, sans qu'il soit nécessaire de fondre préalablement des matières de ce genre.
Si l'on désire incorporer des quantités plus ou moins grandes de manganèse, il convient que les ingrédients supplémen- taires
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supplémentaires contenant du ti-ngè-,nse ne soient incorpores qu'après la coulée hors du four de rajfinage, étant donne que le manganèse se volatiliserait en grande partie en raison de la température élevée régnant dans le four. De faibles additions de silicium peuvent aussi être effectuées, de préférence après la coulée, par exemple dans la poche.
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PATENT OF INVENTION improved process for manufacturing low-carbon chromium alloys.
This invention relates to a process for making low-carbon chromium alloys such as ferro-chromium and chromium alloyed iron and steel, of the kind in which a chromium alloy having a relatively high carbon content. is refined using a slag bath containing
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containing chromium oxide and heated by electrical energy.
The invention mainly consists in the fact that the temperature of the upper and lower layers of the slag is equalized by stirring the slag bath with the aid of carbon monoxide generated in the reaction between easily reducible oxides such as FeO and Cr2O3. contained in the slag and a material introduced in the form of powder, grains, cut fragments, etc. .. and containing the carbide of a metal called to constitute one of the ingredients of the finished alloy, this material being supplied from a continuously over a long period of time or being. introduced in suitable amounts at short time intervals in order to ensure fairly uniform and efficient agitation of the slag bath.
In the manufacture of chromium alloys by refining a high carbon chromium alloy using a slag bath containing chromium oxide, great difficulties have hitherto been encountered. caused by the fact that refining tends to take place intermittently, so that gas development is often carried out with such violence that the slag as well as the metal are thrown out of the furnace or towards the walls of the oven, where they solidify.
In general, the known method is carried out as follows. The carbon-rich chromium alloy is first melted below a relatively low chromium oxide slag and is then decarbonized by the addition of large quantities of chromium ore. As chromium ore has a fairly high specific gravity, the additions of this ore sink to the lowest layer of the bath.
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slag bath and causing this layer to solidify. The slag, which is heated from the top with the help of electrical energy supplied by electrodes, is now overheated in its top layer and, finally, the bottom slag layer begins to melt again.
As soon as a bond is re-established between the underlying chromium alloy and the molten part of the slag bath, a reaction is established giving rise to a fairly intense evolution of gas which has the effect of stirring the slag. such that the superheated slag suddenly comes into contact with the metal. The reaction then almost takes on the appearance of an explosion so that the metal and the slag are thrown in all directions.
As a result, the slag bath is cooled considerably and its lower layer solidifies again.
There is now a quiet period without refining until such time as the solidified portion of the slag has again melted above the metal, a further period of explosion-like refining then established. The present invention eliminates these drawbacks in that, in the method according to the invention, the whole slag bath has a relatively uniform temperature, so that solidification of the slag bath is avoided. According to the invention, the slag is maintained in a completely molten state even in the layer which is in direct contact with the metal, and the refining therefore takes place uniformly, efficiently and without appreciable disturbances.
As stated above, the process can be applied for the production of low carbon ferro-chromium as well as low carbon steel or iron alloys.
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carbon and chromium. In the oven to manufacture the low-carbon ferro-chromium, it is preferable to use a ferro-chromium of relatively high carbon content, for example 6 to 10% C, as the raw material.
The ferro-chromium is ground in such a way that a considerable part, at least, of the powder, for example half or more than half, is composed of grains, the dimensions of which are less than 0.5 mm. Refining is carried out in an electric furnace to which the current is supplied by means of electrodes which are arranged above a bath of slag containing chromium oxide and which, preferably, are vertically movable. The slag bath employed for the process must have a high melting point and, in addition, a relatively large molten bath surface.
It has been found that it is possible to satisfy both of these conditions satisfactorily by using electrodes having a large cross section and a relatively low average load, so that the cross section of the electrode should be is not less than 70 dm, measured on the electrode before service.
The load in KW per dm2 must not exceed 10 KW. A good result has been obtained using a three-phase furnace provided with electrodes 1350 mm in diameter each and a load of about 1000 KW on each electrode. In this way, the risk of overheated local areas of the slag bath is significantly reduced. The pulverized ferrotrome is added to this slag bath, either continuously or in small portions introduced at short intervals of time.
The amount added per unit time is chosen such that the production of carbon monoxide resulting from the reaction between chromium oxide / slag and the carbon of the ferrochrome subjects the slag bath to efficient but nevertheless relatively uniform agitation, which ensures the advantage
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tage that the temperature of the slag is maintained at a practically uniform value in all its parts. In this way, the reaction is prevented from intermittently having the appearance of an explosion and the advantage is obtained that the slag exerts an effective refining action not only on metal particles suspended in this slag, but also on the metal bath below it. Preferably, the ferro-chromium is completely introduced in the pulverized state.
However, since the slag bath is kept animated with a lively movement, it is possible without risk of greater disturbances to introduce part of the ferro-chromium in the form of pieces. Such addition of pieces should be carried out in several stages during the same period of time as that during which the additions of pulverized ferro-chromium are made. When the addition of ferro-chromium is complete, the bath is subjected to continuous heating, preferably until the movement of the slag begins to cease or has diminished considerably, and the metal casting is then carried out. Preferably, the slag is left in the oven so that it serves as a refining slag for a further amount of ferro-chromium.
Due to the reaction of the. carbon which the carbon-rich ferro-chromium contains along with the chromium oxide of the slag, the chromium oxide that the slag contains tends to be reduced and this reduction in turn tends to give the slag a composition which is less suitable for the refining operation; therefore, it was deemed necessary to compensate for this trend. it is preferable to effect this compensation by adding a material rich in chromium oxide, such as chromium ore, chromium oxide or a material containing chromium oxide and resulting from the oxidation ferro-chromium.
It is appropriate that the materials.
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The chromium oxide materials thus added have a relatively low content of oxides giving rise to slag, since it is then easier to obtain the desired composition of the slag bath. The adjustment of the chromium oxide content of the slag can also be obtained by the oxidation of a part of ferro-chromium present in the furnace. To this end, it is possible to blow air or oxygen into the metal bath or ensure that a sufficient quantity of air has access to the surface of the slag bath so that part of the metal particles molten suspended in the slag bath is oxidized under the influence of air.
Use should be made of raw materials whose sulfur content is so low that, apart from the possible sulfur refining action of the slag, a sulfur content of less than 0.025% is obtained in the finished alloy. However, a little lime is usually added to the slag to facilitate obtaining a low sulfur content in the finished product. If the chromium oxide content of the slag increases to an undesirable extent, adjustment can be made by providing a carbon reducing agent such as cokes, anthracite or charcoal. If the amount of slag in the oven rises above the desired amount, the excess is removed.
As mentioned previously, iron and steel alloyed with chromium; for example the so-called "stainless" and "fireproof" irons and steels, the chromium content of which is between approximately 11 and 30%, can be advantageously manufactured according to the invention. In this case again, it is preferable to apply a ferro-chromium with a high carbon content, for example 6 to 10%, and a chromium content greater than 60%, as the carbon-rich raw material. , although, of course, we can also use
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use other kinds of ferro-chromium with lower carbon and chromium contents.
The ferro-chromium is introduced in the pulverized state and in the same manner as in the above-mentioned process for the manufacture of low-carbon ferro-chromium. The iron required for the process is preferably added in the metallic state, for example in the form of smithy scrap, cast iron or sponge iron. If the additions consist of a relatively low carbon iron, it is preferable to melt this iron before or after the period during which the additions of powdered material containing metallic carbon are made and, if one If desired, the iron can be introduced in the form of relatively large pieces.
The same is true of the remelting of scrap iron and chromium alloy steels produced by the present process. It has, however, been found that at least the major part of such low carbon iron (or iron alloy) of this kind should be supplied in installments during the period in which the metal carbide-containing material is introduced in the form of powder, grains, cut fragments, etc. If the iron is supplied in the form of cast iron, wrought iron or steel with a carbon content greater than that desired in the finished alloy, it is preferable to introduce this iron in the form of grains or powder, for example in the form of ground grains, if it is composed of wrought iron or steel.
Such additions of carbon-rich iron in the form of grains, powder or cut fragments can be applied together with a powdered ferro-chromium as a mixture containing metal carbide for the purpose of effecting equalization of the temperature of the slag. Alternatively, these elements can be applied separately for the intended purpose. If pulverized ferro-chromium is used as well as iron
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iron to equalize the temperature, one can introduce these elements in the state of mixture between them or during the same period of time or introduce the additions of ferro-chromium during one period and the additions of finely divided iron during another period.
If it is a question of manufacturing according to the invention alloys of iron, nickel and chromium, for example the so-called "fireproof or stainless" qualities, it is preferable to add metallic nickel. at the beginning of the iusion. In order to be sure that the chromium content will not be too low, it is possible, in the manufacture of irons and steels alloyed with chromium, to choose the filler in such a way that one first obtains a somewhat too big. In this case, when the refining is complete, or during the final stage of refining, a quantity of iron ore or other material rich in iron oxide sufficient to oxidize the excess chromium is added to the feed.
It has been found that such a way of carrying out the final adjustment with regard to the chromium content ensures the desired result in a faster and more certain manner than if the final adjustment were effected by addition of metallic iron. An increase in the chromium content, should such an increase be necessary, can be obtained by adding a new quantity of ferro-chromium or by reducing part of the chromium oxide content of the slag, for example excmple by addition of aluminum, silicon-iron, silicon-chromium or other alloys containing silicon or aluminum, or by addition of a carboniferous reducing agent.
In addition, in the manufacture of chromium-alloyed irons and steels, it is recommended to use raw materials whose sulfur content is so low that, apart from 1; sulfur refining action of the slag, the resulting alloy would have a sulfur content of less than 0.025%, which makes it possible to determine the composition of the slag in the manner
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a manner which is most suitable for refining, i.e. without needing to deal to a greater extent with whether the slag should exert sulfur refining action.
In accordance with the previous observations relating to the manufacture of low-carbon ferro-chromium according to the invention, there is also, in the manufacture of chromium-alloyed irons and steels, a tendency to reduce the chromium oxide content of the slag. under the influence of the carbon content of the addition of carbon-rich ferro chromium and carbon-rich iron likely to be added.
In this case again, it is necessary to counteract this tendency by ensuring that the air has ample access to the molten surface of the slag bath in the vicinity of the electrodes, so that part of the metal particles suspended in the slag bath or oxidized under the influence of air. An increase in the chromium oxide content of the slag bath can, however, also be achieved partially or completely in another way, for example by supplying iron ore, chromium ore or other chromium-rich material. .
By keeping the silica content of the silica slag low compared to its chromium oxide content in the process, it is possible to manufacture an iron and chromium alloy whose chromium content is, for example, between 10 and 24%, the carbon content less than 0.1% and the silicon content between 0.1 and traces. In this way, the silicon content should be kept below 0.15%, since it has been found that in such a case an alloy of iron and chromium is obtained having very good properties with regard to heat. tensile strength as well as the ease with which the material
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material can be worked.
The composition and the temperature of the slag are of great importance for the process, and it is preferable that the slag is kept sufficiently fluid during the entire melting operation, To ensure a fairly rapid decarbonization by the reaction, between the chromium oxide of the slag and the carbide of the metal, it is necessary that the slag be heated to a high temperature. The more rapid and more complete the reaction is, the higher the temperature of the slag. Within certain limits, an increase in temperature therefore effects a decrease in the amount of electrical energy expended per unit of product manufactured.
However, at excessively high temperatures, the following occurs: gasification phenomena which have a detrimental influence on the process. Thus, it has been found that the temperature possessed by the slag bath during the refining operation should not be less than 1700 ° 0 and that it is preferable that the slag is heated to a temperature between 1800 and 21000 ° C. ,
Another important factor is the chromium oxide content of the slag. This content should normally not be less than 15% and it is preferable that it be kept between 25 and 60%.
It has further been found that it is advisable to control the composition of the slag in other respects such that the chromium oxide which it contains is not, as a result of the presence of high percentages of oxides strongly basic, attached to the latter with such force that chromium oxide is less reactive. Counting in molecules, it is therefore appropriate that the total amount of calcium and magnesium oxides that
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contained in the slag is not greater than 1.5 times the total content of oxides of chromium, aluminum and silicon of said slag, and it is preferable that the proportion of the oxides mentioned in the first place is chosen as it does not reach the proportion of the oxides mentioned second.
With regard to the fact that it is desirable to obtain an alloy of low silicon content, the silica content of the slag is generally kept low, i.e. less than 20%, and preferably between 5 and 15%, when the chromium oxide content is high, for example greater than 30%, it is possible, in certain cases, also advantageously to use slags containing a much greater proportion of silica than that which has just been mentioned.
To facilitate refining, it is good to keep the partial pressure of carbon monoxide low, at least above it. part of the melted surface of the slag bath. This can be achieved in a very simple manner by burning the carbon monoxide immediately above a part of the surface of the slag bath, for example with the aid of air. It is preferable to arrange the oven in such a way that the air necessary for this purpose is admitted by a natural draft.
The composition of the slag can be controlled by suitable additions containing the oxides in which it is desirable to enrich the slag, for example from chromium ore or other material rich in chromium, lime, quartz, refractory earth. , bauxite, alundum, etc ... The composition of the slag can however be regulated by the oxidation of the chromium in the metal bath, by the oxidation of metal particles containing chromium in suspension
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suspension in slag or by the reduction of chromium oxide with the aid of an addition of reducing carbon.
When pouring the metal, the slag is usually left in the furnace to act as refining slag for a new charge. Whenever the volume of the slag bath rises above the desired amount, the excess is removed, preferably by a separate slag run. If raw materials low in sulfur are used, it is possible to work for a long time with the same slag bath without regenerating it. It is preferable to carry out the necessary regeneration in a manner such as to allow a slow increase in the volume of the slag bath and a pouring of the excess from time to time. In the manufacture of low carbon ferro-chromium, chromium ore is usually added to increase the chromium content of the slag.
Since the chromium ore contains considerable percentages of oxides of magnesium and aluminum, an increase in the slag bath is obtained in this way. In the manufacture of chromium-alloyed irons and steels, it is preferable to effect the adjustment of the chromium content of the slag by additions of rich iron ore so that in such a case the volume of the slag bath does not not significantly increase, unless this is particularly desired, for example for the purpose of reducing the sulfur content.
Special alloying elements such as nickel may occasionally be added in a molten or unmelted state, either in the refining furnace proper, or in whole or in part in a separate pohe, mixer or furnace in which the alloy is cast for tuning purposes.
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setting.
When the manufacture of an alloy containing a large base proportion of tiokel is envisaged and the nickel is added partly in the form of scrap iron and nickel alloy and partly in the form of metallic nickel or another alloy rich in nickel, it is preferable to carry out the process in such a way that the waste containing nickel is introduced into the refining furnace, while the additions of metallic nickel are carried out in the ladle or the mixer or in the adjustment furnace. The purpose of such a subdivision of additions containing nickel is first of all to facilitate, when necessary, a change in the manufacturing process with a view to obtaining a product low in nickel or free from nickel.
Since it is important that the refining furnace not be completely emptied of the metal it contains, a rapid change to obtain a low nickel product would be made difficult by a high nickel content of the metal present in the furnace. refining furnace.
If the nickel-containing wastes have a relatively large carbon content, it is preferable that they be introduced in an unmelted state and that this introduction be carried out in small quantities at a time over a long period of time, Far on the other hand, it is possible to add at will, in the molten or non-molten state, low-carbon waste as well as another low-carbon iron forming part of the load.
When removing the iron or steel alloy from the refining furnace, its temperature is so high that it is usually possible to dissolve even considerable quantities of material, for example metallic nickel, introduced into the ladle. , without it being necessary to first melt materials of this kind.
If it is desired to incorporate greater or lesser amounts of manganese, the additional ingredients should
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Additional ti-ngè-, nse are not incorporated until after casting out of the refining furnace, since the manganese would volatilize largely due to the high temperature in the furnace. Small additions of silicon can also be made, preferably after casting, for example in the ladle.
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Fxecple.- Electric energy is supplied to a refining milk bath containing 40% Cr2O3 and 14 of,
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S10 ": ,, 11, 1 è of three -electrodes aisj; Josee d 1 = z: jç-n é; bowl receive a vertical movement above the bath, ci: one of these electrodes cy.nt ur, diameter of 1350 icm and - being loaded with 90C K <, Or add this slag bath of a mixture of .25 ('0 kg of cut fragments of iron and due 1JOO kg of pulverized Îerro-t; hrom6 containing 6ü, Cr and 7 (C, in small portions at a time, over a period of 21/2 hours, making an additional period of 10 minutes, 51 1 kg of iron are added
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spen.em in pieces in several times.
Cn continues the Ciluiage for a new period of -1 'minutes. Keep in mind then that a sample of; i, - # tal removed from the oven contains 15.4 Cr, less than 0.1 Si and less than 0.1 ': C.
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