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15f-(l.!,i!.e'T Db PéXFBCTIONNi>J 1 Perfectionnements à la fabrication du fer inoxydable ou sans souillure.
Le présent brevet de perfectionnement concerne les variantes ou perfectionnements de l'invention décrite au brevet principal, et vise un procédé de fabrication d'acier inoxydable, comportant certains perfectionnements aux opérations de fusion, susceptibles d'une application générale aux procédés employés couramment dans toutes les aciéries possédant des fours électriques de fusion de l'acier.
Ce procédé est remarquable en ce qu'on utilise
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comme source de chrome, des déchets ou "ecraps" d'acier inoxydable ainsi que l'alliage ferreux relativement bon marché désigné commercialement sous le nom de "ferro- chrome à haute teneur en carbone" en vue d'obtenir des lingots ou autres pièces moulées en acier inoxydable, ayant une teneur en chrome égale à celle des déchets d'acier i- noxydable employés comme l'une des sources de chrome ;
ce- pendant, s'il y a lieu on peut obtenir une teneur en chrome
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supérieure ou inférieure à celle des déchets d'acier inoxydable employés, L'expression "acier inoxydable" désigne d'urne façon générale une catégorie d'alliages à haute teneur en chrome, constituant réellement des "aciers", c'est-à-dire qui ne contiennent qu'un très faible pour- oentage de carbone, par exemple de 0,05 à 0,12 %, ces alliages pouvant ou non contenir des pourcentages fai- bles ou notables d'autres éléments, tels que du nickel, du cuivre, du manganèse, du tungstène, du molybdène, du silicium, du vanadium, de l'aluminium, du ziroonium, du titane, ou du soufre, soit seuls, soit en combinaison.
L'importance industrielle de ce procédé réside d'une part dace le fait qu'il permet à. l'aciériste d'utiliser pour la fabrication des lingots d'acier inoxydable tous les déchets d'acier inoxydable dont il dispose dans son aciérie, ainsi que dans les divers ateliers annexes où sont fabriquées les tôles,barres profilées, etc,., d'acier inoxydable; d'autre part il permet à l'aciériste d'acheter sur le marché une quantité supplémentaire de déchets d'acier inoxydable, lorsque cet aohat peut être fait avec avantage au point de vue du prix de la matière première.
La majeure partie du tonnage de l'acier inoxydable fabriqué actuellement est obtenue par le vieux procédé consistant à incorporer à un bain fondu d'acier doux du ferro..chrome à basse teneur en carbone, de prix élevé, contenant environ 0,10% de carbone et 70% de chrome, en ayant soin de rendre minimum l'absorption de carbone des électrodes.
On sait déjà que les ouvriers habiles, lorsqu'ils appliquent ce procédé, inoorporent parfois à leur bain d'acier un certain pourcentage de déchets d'a- cier inoxydable, mais cette pratique n'est pas suivie universellement''et, même lorsqu'elle est appliquée jusqu'à la limite où l'opération reste possible, elle n'est
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qu'un remède insuffisant à l'excédant de production de déchets d'aoier inoxydable et na permet pas d'éviter - l'emploi de ferro-chrome à basse teneur en carbone coû- teux comme source principale da chrome.
La difficulté de la situation, en ce qui concerna les déchets d'acier inoxydable, apparaît clairement lorsqu'on songe que des déchets contenant 0,10 % de carbone et 16 à. 18 % de chro- ma peuvent être achetés actuellement sur le marché au prix de> 22 dollars à la tonne, alors qu'ils pourraient se vendre très probablement environ 100 dollars à la ton- ne, si leur teneur en chrome était utilisable pour la pro- duction d'acier inoxydable comme l'est le chrome du ferro- chrome à basse teneur en carbone.
De nombreux procédés autres que le vieux procédé s us-indiqué ont été proposés pour la fabrication d'acier inoxydable, en utilisant d'autres sources de chrome que le ferro-ohrome à basse teneur en carbone, l'idée générale de ces divers procédés étant la diminution du prix du lin- got.
Par exemple, on a proposé un procédé de réduction directedu chrome à partir de son minerai dans un bain fondu sous-jacent d'acier doux; d'autre part on a proposé d'utiliser pour constituer la source de chrome du ferro- ohrome à haute teneur en carbone relativement peu coûteux et contenant en règle générale de 4 à 6 % de carbone et environ 70% de chrome en remplacement du ferrochrome à basse teneur en carbone dans le procédé de fabrication de l'acier, l'élimination indispensable du carbone étant effectuée par des moyens appropriés. Plusieurs procédés de ce genre ont été proposés et ne diffèrent que par la méthode opératoire et ces procédés sont actuellement ap- pliqués industriellement aux Etats-Unis.
Cependant, ces nouveaux procédés partagent avec le vieux procédé ce défaut grave de ne pas permettre l'utilisation pratique des déchets d'acier inoxydable. Outre les divers procèdes proposés et utilisés
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pour la fabrication d'acier inoxydable à partir de sour- ce$ importantes de chrome, divers procédés ont été décrits pour la seconde fusion de déchets d'acier inoxydable. Les expériences et observations faites par le demandeur prou- vent que ces procédés de seconde Fusion/sont inapplicables industriellement, on tout au moins ont une applioation extrêmement restreinte en raison de certains défauts qui leur sont inhérents.
Ces procédés de seconde fusion, en effet, ou bien donnent un lingot ayant une teneur en carbone supérieure aux déchets d'acier inoxydable initiaux, ou bien une teneur en chrome moindre, ou même les deux simultanément . Comme aucun procédé d'utilisation des déchets d'acier inoxydables dans la fabrication de lingots d'acier inoxydable ne possède d'application générale susceptible tout au moins de redonner la composition initiale des déchets d'acier inoxydable dans le lingot d'acier résultant, on se rend compte du peu d'intérêt de ces procédas de seconde fusion.
Dans l'application de l'invention, on exclut de préférence dit la charge les déchets d'acier ordinaire.
Néanmoins, le procédé suivant l'invention, dans son mode de réalisation préféré, n'est pas un procédé de seconde fusion, au sens ordinaire du mot, puisque le poids de lingots produits au cours d'une ooulée quelconque dépasse de 50 % ou davantage le poids de déchets d'acier inoxydable utilisé pour leur fabrication. Le tonnage restant provient :
1 .- de l'oxyde de fer sous une forme commerciale quelconque, de préférence du minerai de fer magnétique.
2 .- du ferro-chrome à haute teneur en carbone.
3 .- du fer contenu éventuellement dans l'agent réducteur non carbonacé nécessaire, et
4 ,- des additions servant à l'obtention d'alliages,tels que le nickel, le manganèse, etc... cet excès du poids du lingot par rapport au poids
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de dechets d'acier inoxydable incorporés à la charge évite effioaoement l'enrichissement du métal en impuretés nuisibles qui caractérise la plupart sinon la totalité des procédés de seconde fusion;
parmi ces impuretés, on mentionnera l'azote et l'oxyde de chrome. pour réaliser l'invention, on utilise de préfé- rence un four électrique du type Eeroult, ayant un garnissage de briques de chromite s'élevant légèrement audessus du niveau de la soorie et supportant une couche supérieure damée oomprenant environ 3 parties en poids de minerai de ohrome broyé et 1 partie en poids de magnésite moulue; le verre soluble constitue un bon liant pour les parties damées du garniss age inférieur. Les piatroits et la voûte peuvent être en brique de silice, suivant la pratique ordinaire. On peut employer des électrodes en carbone ou en graphite et le courant est de préférence fourni à plusieurs voltages compris entre 100 et 180 volts.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'emploi d'un type particulier de four, ni à une composition spéciale pour le garnissage inférieur, ni à 1''emploi d'un certain voltage, car il est évident que l'homme du métier possède une latitude considérable dans le choix des moyens employés pour contenir et chauffer la charge.
On a donné ci-dessous un exemple pratique d'exécu- tion de l'invention dans le cas de la fabrication de lingots d'acier inoxydable contenant de 16 à 18 % de chrome et 0,10 % de carbone au maximum.
5.250 Kgs de déchets d'acier inoxydable ayant l'analyse approximative suivante :
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<tb>
<tb> Chrome <SEP> ......... <SEP> 16,5%
<tb> Carbone <SEP> ........ <SEP> 0,10%
<tb> manganèse <SEP> ...... <SEP> 0,35%
<tb> Silicium <SEP> ....... <SEP> 0,40%
<tb> Phosphore <SEP> ...... <SEP> 0,03%
<tb> Soufre <SEP> ......... <SEP> 0,02%
<tb>
sont chargés d'abord sur la sole d'un four Heroult de
6 à 7 tonnes, cette sole ayant été garnie suivant le procédé sus-décrit et chauffée au préalable pour la
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réception de la charge par la procédé usuel de chauffage à l'arc entre les bouts des électrodes.
Avec les déchats d'acier inoxydable, on charge 825 Kgs de ferrochrome à. haute teneur en carbone en morceaux, ce ferroohrome ayant l'analyse approximative suivante : carbone 5 , chrome 69 %, 500 Kgs de battitures à 60% de fer ; et 600 Kgs de minerai de fer magnétique concentré contenant environ 65% de fer. Cette charge est alors fondue et surchauffée suffisamment pour permettre le chargement d'une nouvelle fournée de 500 Kgs de battitures et 600 kge de minerai de fer magnétique concentré, et le bain est maintenu surchauffé pendant toute la phase d'oxydation.
Le demandeur ne connaît pas de procédé sur pour déterminer exactement la température du bain au-dessous de la couche de scorie, mais on estime que cette température doit être environ de 1780 C. à peu près de 90 à 120 C. supérieure à. celle obtenue généralement dans le traitement de l'acier ordinaire au four électrique. Lorsque cette addition s'est incorporée à la Scorie, et au bout d'un-temps qu'on a constaté être égal à. 4 h. 25 m. âpres le premier envoi de courant, on a pris une éprou- vette du bain de métal: la teneur en carbone était de 0,06 %.
On a ajouté alors à la scorie, aussi rapidement que le permettent les conditions régnant dans le four, 925 Kgs de ferro-silicium broyé, à 50 %, et 1500 Kgs de chaux viva fraîche. Lorsque l'aspect de la scorie indique que sa teneur en oxyde de fer et en oxyde de chrome est tombée à une valeur relativement faible, on introduit dans la bain de métal les additions finales de ferro-man- genèse à basse teneur en carbone en morceaux, et de ferrosilioium en morceaux.
Le bain est alors coulé et versé dans des lingots de 25 x 85 cm.L'essai à la pocha de coulée donne l'analyse suivante :
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<tb>
<tb> Chrome <SEP> ......... <SEP> 17.23%
<tb> Carbone <SEP> ........ <SEP> 0,08%
<tb> Manganèse..... <SEP> 0,34%
<tb> Silicium <SEP> 0,48%
<tb> Phosphore <SEP> 0,03%
<tb> Soufre <SEP> 0,025%
<tb>
Le produit de la coulée pesait environ 8 tonnes, indiquant une récupération de ohrome da plus de 90 %.
On a donné ci-dessous un seoond. exemple d'exécution da l'invention pour la fabrication de lingots d'acier inoxydable contenant de 17 à 20% de ohrome, de 8 à 10% de nickel et une teneur maximum de 0,07 % de carbone.
On charge d'abord sur la sole d'un four Heroult de 6 à 7 tonnes garni de ohromite, 5.250 Kgs de déohets d'acier inoxydable ayant l'analyse approximative suivante:
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<tb>
<tb> Chrome <SEP> ......... <SEP> 19.-%
<tb> Nickel <SEP> ......... <SEP> 8,5 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> 0,10%
<tb>
Aveo les déchets d'acier inoxydable, on charge 350 kgs de déchets d'acier à haute teneur en chrome et à haute teneur en nickel, ayant l'analyse approximative suivante :
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<tb>
<tb> Nickel <SEP> 65.-%
<tb> Chroma <SEP> 14,-%
<tb> Carbone <SEP> 0,20%
<tb>
1.000 Kgs de battitures et 600 Kgs de ferro-chrome à hau- te teneur en carbone.
On fond la charge et on la surchauffe suffisamment pour permettre le chargement d'une nouvelle addition de 1. 000 Kgs de battitures, et on maintient la bain à l'état de surchauffe pendant toute la période d'oxydation, Lorsque cette addition s'est trouvée intimement incorporée à la soorie, on prend un échantillon de métal dans le bain. (Cet échantillon a montré une teneur en carbone de 0,04 %). On ajoute alors à la scorie aussi rapidement que le permettent les condition régnant dans le four 750 Kgs de ferro-silicium broyé à 50 %, et 1750 kgs de chaux vive. On arrête le chauffage lorsque la soorie dé-note une teneur relativement faible en oxydée de fer et en oxyde de ohrome, et après addition finale de
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ferro-manganèse à basse teneur en carbone.
L'essai à la poche montre que le métal possède la composition suivante:
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<tb> Chrome <SEP> 19,34 <SEP>
<tb> Nickel <SEP> ....... <SEP> 8,59%
<tb> Carbone <SEP> ...... <SEP> 0,07%
<tb> Manganèse <SEP> 0,39 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 0,40 <SEP> %
<tb>
Le poids de la coulée était de 7.700 kgs.
A la fin de la phase d'oxydation, et avant 1 es additions de chaux et de ferro-silioium, le pourcentage de chrome dans le bain de métal est très inférieur à celui que l'on désire obtenir dans le produit final. La tabla suivante montre d'une manière générale la relation entre le carbone et le chrome à la fin de la période d'oxydation.
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<tb>
<tb>
Pourcentage <SEP> de <SEP> carbone. <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> ohrome.
<tb>
0.04 <SEP> 6- <SEP> 9
<tb> 0.06 <SEP> 7- <SEP> 9. <SEP> 5
<tb> 0.08 <SEP> 7.5 <SEP> - <SEP> 10
<tb> 0.10 <SEP> 8.5 <SEP> - <SEP> 10.5
<tb> 0.12 <SEP> 9.0 <SEP> 11.5
<tb> 0.14 <SEP> 11.0 <SEP> - <SEP> 13.0
<tb> 0.20 <SEP> 14,0 <SEP> - <SEP> 15.0
<tb> 0.30 <SEP> 15.0 <SEP> - <SEP> 17.0
<tb>
Lorsque la fin de la période d'oxydation la te- neur en carbone ne dépasse pas 0,105, le poids de ohrome contenu dans la scorie sous forme d'oxyde de chrome est égal, grosso-modo, au poids de chrome dans le métal, Pandent La Période où le fer et le chrome sont réduits dans la scorie, il se produit un enrichissement notable du bain métallique en chrome, à la fois au point de vue du poids absolu et du pourcentage en poids.
Dans l'exécution de l'invention, il est préférable de régler la proportion de battitures ou autres sources d'oxyde de fer dans la charge de telle sorte que, lorsque le métal a atteint le degré voulu de surchauffe, la teneur en carbone du bain se- soit abaissée concurremment au faible pourcentage désiré. Dans les deux exemples donnés ci-dessuS, on ajoutait une partie de ; a) les battitures et le minerai de fer magnétique
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concentre ou: b) les battitures, à la charge initiale, 'et le reste après fusion; mais l'invention n'est pas limitée à cette façon de procéder. La
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totalité de la charge oxydjanto peut parfois gtre intro- duite dans la charge initiale.
Bien qu'il soit préférable d'employer des battitures on de l'oxyde de fer sans addition d'autres matières, il va de soi qu'on pourrait leur mélanger d'autres ingrédients, en proportions convenables, sans diminuer leur pouvoir oxydant. Cependant, le demandeur n'a pas réussi à exécuter l'invention en employant un agent oxydant contenant un pourcentage d'oxyde de fer aussi faible que celui qui caractérise le minerai de chrome.
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RFÀVPMI 0 AT 10 NS . -
1 .- Un procédé de fabrication d'acier inoxydable suivant le brevet principal, caractérisé en ce qu'on utilise comme matière première des déchets d'acier inoxydable, une matière riche en oxyde de fer, telle que des battitures ou de l'oxyde de fer magnétique concentré, et un ferro-chrome riche en carbone, en proportions telles qu'on obtienne des ferro-chromes à faible teneur en carbone et ayant la teneur en chrome désirée.
2 .- Un procède suivant 1 , caractérisé en ce qu'on incorpore au bain une quantité déterminée d'un ou plusieurs éléments supplémentaires s'alliant au fer (par exemple du nickel).
3 .- Un procédé suivant 1 ou 2 , caractérisé en ce que les déchets d'acier inoxydables employés possèdent une teneur élevée en chrome, mais une faible teneur en
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carbone, par exemple de 0,06 op à 0>12 '!c.
4 .- Un procédé de fabrication de ferro-chrome à basse teneur en carbone en substance comme décrit.
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5".- Un procédé de récupération des d9ohete d' aoier
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