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Il Procédé pour enrichir les aciers on silicium "
Société dite : SOCIETE D'ELECTROCHIMIE, D'ELECTROMETALLURGIE & DES ACIERIES ELECTRIQUES D'UGINE
Au cours d'expériences concernant l'action, sur de l'a- cier, de laitiers fondus, contenant par exemple environ de 50 à 60% de silice, les demandeurs ont constaté dans certains cas un phénomène de dégagement violent de gaz pendant la coulée, Si l'on coule , par exemple, de l'acier effervescent contenant du carbone, avec ou sans manganèse, sur un laitier fondu du type mentionné ci-dessus et répondant aux conditions qui seront préci- sées ci-après, placé au fond d'une poche, le versement étant même effectué sans violence, on voit se produire, pendant le versement, un dégagement galeux entraînant, en ce qui concerne le laitier,
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une agitation violente et un bouillonnement d'autant plus apparent que le laitier est moins fluide. Les laitiers du type mentionné ci-dessus ne se laissent en effet pas facilement traverser par les gaz,et donnent au contraire naissance, dans ce cas, à des mousses abondantes. Il se produit parallèlement une agitation intense à la surface de contact entre le laitier et le métal et il y a du métal qui se trouve projeté dans le laitier; des réactions par- tielles rapides peuvent être obtenues ainsi entre le métal et le laitier grâce à ce dégagement. Il est nécessaire dans ce cas de ne point couler le métal violemment et rapidement, car laitier et même métal sont projetés hors de la poche par la réaction brutale qui se produit.
Les demandeurs ont étudié :
1 ) Quelle était la raison de ce phénomène et dans quelle conditions il se produisait :
2 ) Dans quels cas et moyennant quelles précautions; il était possible de l'utiliser pour avoir des réactions rapides et appréciables entre laitier et métal c'est-à-dire, des réactions permettant d'obtenir de l'acier pauvre en oxygène et ayant subi un enrichissement important en silicium au cours de l'opération , de telle sorte que les lingots de trouvent calmés dans les lin- gotières sans nécessiter, ou presque, d'addition calmante. les demandeurs ont constaté, par des expériences successives :
1 ) qu'il n'y avait aucun rapport entre la production
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de ce dégagement gazeux et la teneur.en oxygène finale de l'acier;
il ne peut donc s'agir d'un phénomène de dégazage parallèle à la désoxydation;
2 ) qu'avec un même laitier riche en silice, chauffé à la même température, le phénomène n'apparaissait que lorsque la teneur en carbone de l'acier dépassait un certain chiffre et que ce phénomène devenait de plus en plus violent, au fur et à mesure que le carbone croissait au-delà de ce chiffre;
3 ) qu'avec un même acier à même teneur en carbone, le dégagement gazeux apparaissait et était de plus en plus important lorsque la teneur en oxyde de fer du laitier augmentait
4 ) qu'avec un même acier et un même laitier pauvre en FeO, le bouillonnement apparaissait, pour certaines teneurs en 0 de l'acier, avec une surchauffe forte du laitier au four électriqu de fusion et était d'autant plus Important que la surchauffe étai plus grande.
C'est ainsi que , avec les aciers doux ou mi-doux (C # 0,30) et des laitiers à 50-60 de silice contenant par exemple 1 % d'oxyde de fer, il a été impossible de provoquer ce dégagement gazeux, même avec des laitiers chauffés , dans un fom électrique, très au-dessus de la température de l'acier.
En versant avec grande violence l'acier sur le laitiE fondu placé au fond d'une poche, on a obtenu un brassage intime du laitier et de l'acier ,avec des effets de désoxydation paral- lèle intense de l'acier,conduisant jusqu'à des teneurs résiduell
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de 0,001 à 0,002 d'O dans le métal, sans que l'opération ait donné lieu à aucune réaction apparente, à aucun dégagement gazeux visible. Avec les mêmes laitiers et une teneur en carbone de 1 %, le phénomène de dégagement gazeux se provoque très facilement, avec un laitier à température un peu supérieure à cel- le de l'acier, en versant sans aucune violence le métal sur le laitier.
Pour des aciers à 0,3-0,5% de carbone et pour les mêmes laitiers, on provoque l'apparition ou non du phénomène simplement par une forte élévation ou l'absence d'élévation de la température du laitier.
Par contre, avec des laitiers de même type, mais plus riches en oxyde de fer, par exemple 8 à 10 %, ne contenant pas d'autres éléments acides ou neutres que la silice du l'alumine, on a produit le phénomène précité même avec des aciers doux, et avec des laitiers non surchauffés.
Cet ensemble de faits a conduit à la conclusion très nette que le dégagement gazeux entraînant agitation violente, que l'on observe dans certaines conditions lors du versement de l'acier sur des laitiers riches en silice, est dû au dégage- ment d'oxyde de carbone provoqué par la réduction de certains éléments du laitier par le carbone, c'est-à-dire de l'oxyde de fer ,de l'oxyde de manganèse ou de la silice, éléments plus facilement réductibles que la chaux, la magnésie, l'oxyde de titane, l'alumine, la soude, autres éléments employés dans ces laitiers.
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Il se produit une véritable oxydation du carbone, quoique les écarts de dosage du carbone sur éprouvettes p vées avant ou après l'opération soient de l'ordre de gran des erreurs d'analyse ou des variations d'analysé que l' observe usuellement d'un prélèvement à l'autre dans un mêm acier, mais il suffit d'une quantité de carbone oxydé très faible pour donner un grand volume de gaz à 1500 et provc ainsi une forte agitation.
Cette réduction est de la même nature que celle se produit au haut fourneau lorsque le carbone réduit de 1 de fer, de l'oxyde de manganèse, et de la silice. Pour que dégagement se produise, il faut et il suffit que, par réac du 0 sur le laitier, il y ait formation de CO et que la te de celui-ci dépasse la pression atmosphérique. Plus le lai sera riche en un oxyde à chaleur de formation rapportée à faible, et plus le dégagement pourra être obtenu avec une teneur en carbone faible : c'est le cas tout spécialement l'oxyde de fer.
Plus la température du laitier sera élevée ains, que du métal (mais on ne cherche pas à surchauffer le méta: et plus, d'une part, la réaction endothermique de réductio] par le 0 sera favorisée, plus, d'autre part, les silicates du laitier seront dissociés, ce qui augmente, pour une même composition de laitiers, la teneur en oxydes libres, et fa rise par conséquent, la réaction qui obéit à la loi des masses :
Cq x MPOq = k Mp x (CO)q
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Les faits observés sont donc entièrement conformes à ce que l'on pouvait attendre.
Ayant ainsi mis en évidence la raison du phénomène les demandeurs ont étudié s'il était possible de l'utiliser et dans quelles conditions, pour obtenir des aciers présentant, après réaction avec le laitier, une basse teneur en oxygène et une teneur en silicium introduit telle, que l'acier se trouve pratiquement calmé dans les lingotières ou qu'il suf- fise d'une très faible addition pour le calmer.
Comme cela à été indiqué plus haut, le C peut s'oxyder aux dépens de FeO, MnO ou SiO2. Le Mn s'oxyde parallèlement au C, aux dépens de FeO ou SiO2 si la proportion de MnO n'est pes élevée dans le laitier et est par exemple, inférieure à 20 %.
Dans le cas des aciers doux ou mi-doux, le déga- gement gazeux ne peut être pratiquement obtenu qu'avec des laitiers contenant des quantités non négligeables de FeO, par exemple 8 % (pour des laitiers ne contenant pas de TiO2) mais on constate alors, dans ce cas, que l'oxydation du C et du Mn se produit aux dépens du FeO du laitier; il n'y a pas d'enrichissement en Si du métal discernable à l'analyse et il y a perte de manganèse, sans introduction corrélative de Si, ce qui prouve que le Mn comme le carbone a été oxydé par FeO, qu'il y a donc eu oxydation des éléments de l'acier par FeO du laitier, ce qui ne peut conduire qu'à une oxyda- tion de l'acier. On a constaté effectivement que l'acier ainsi obtenu avait une teneur élevée en oxygène.
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Pour qu'il puisse y avoir effet utile, il faut -que la réaction génératrice de gaz CO, et parallèlement l'oxydation du Mn se fassent aux dépens de la silice,ce qui se traduit par l'augmentation de la teneur en silicium de l'acier et un enri- chissement du laitier au total en MnO et FeO, le fer interve- nant lui-même en produisant une réduction de la silice.
Les demandeurs ont réussi à se placer dans de telles conditions et à obtenir des résultais intéressants avec des aciers à teneur en carbone supérieure à 0,300 et avec des laitiers pauvres en oxydes de fer.
Les demandeurs ont d'autre part constaté que, pour les aciers à teneur en carbone comprise entre 0,30 et 0,50 il était nécessaire de procéder à une surchauffe nette du laitier au-dessus du point de fusion de l'acier, par exemple 1.600 .
Il a été possible de mettre en évidence, dans: ce cas des enrichissements importants de l'acier en silicium,ces enrichissements étant tels,que parallèlement l'acier coulé en lingotières masselottés sous charbon de bois, retassait profondément, sans aucune addition calmante de Si, Al ou Ti.
L'acier ainsi obtenu avait une très basse teneur en oxygène.
Pour les aciers à teneur en carbone supérieure à 0,500 % la surchauffe a besoin d'être de moins en moins forte, au fur et à mesure que la teneur en carbone augmente et n'est plus nécessaire du tout pour les aciers nettement: durs, par exemple pour les aciers à C = 0,8 à 1 %.
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On versera l'acier de façon à ne pas projeter le laitier hors de la poche, c'est-à-dire sans rapidité. Il est recommandable même , dans le cas des aciers durs, d'in- terrompre de temps en temps le jet d'acier; on dosera ainsi la vitesse de coulée en utilisant la réaction d'allure ex- plosive pour obtenir le bouillonnement violent aux points de contact entre laitier et métal,sans aller jusqu'au débordement.
Le procédé conforme à l'invention consiste donc à utiliser la réduction partielle de la silice du laitier par le carbone des aciers carburés pour provoquer un dégagement gazeux, un bouil- lonnement violent, et une réaction partielle rapide au cours de laquelle du métal se trouve projeté de bas en haut dans le laitier. Ceci suppose à la fois une teneur en carbone assez élevée accompagnée d'une surchauffe du laitier pour les teneurs moyennes, et des laitiers pauvres en oxyde de fer, sinon il y a réduction sans intérêt de l'oxyde de fer, au lieu de réduction de la silice.
EXEMPLE 1
On a versé, en interrompant de temps en temps la coulée, 15 tonnes d'acier contenant :
EMI8.1
<tb> C <SEP> 1,365 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,010 <SEP> %
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,440 <SEP> %
<tb>
sur une grande quantité de laitier acide synthétique fondu, chaud et très fluide, riche en silice (56 % de SiO2) contenant
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3 % de MnO, et très pauvre en oxyde de fer, soit 0,75 %.
Le bouillonnement a été intense.
Dès l'opération terminée, on a coulé en lingots.
Ceux-ci ont donné l'analyse suivante :
EMI9.1
<tb> C <SEP> 1,310 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,140 <SEP> %
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,220 <SEP> %
<tb>
Le métal était calme sans addition. On a constaté ainsi l'introduction de 0,130 % de Si dans l'acier.
La teneur en oxygène était de 0,00 4 %.
Le laitier s'est enrichi en LINO et FeO et appau- vri en silice. Les teneurs finales ont été :
SiO2 :45 % FeO : 2,3 % lino : 8 %
EXEMPLE 2
Dans des conditions d'opérations analogues, un acier contenant :
EMI9.2
<tb> C <SEP> 0,630 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,010 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 1,440 <SEP> %
<tb>
a été versé dans une grande quantité de laitier de composition
EMI9.3
S102 : 52 % - P'e0 : 0,73 ô Brio : 5 ; ; un bouillonnement inten- se se produisit.
L'acier, après ce traitement avait l'analyse suivante :
EMI9.4
<tb> C <SEP> 0,610 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,122 <SEP> %
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,960 <SEP> %
<tb>
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Sa teneur en oxygène était de 0,003
Le laitier contenait après l'opération :
43 % de Si02 - 2,5 % de Fe0 - 10,5 % de MnO.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé d'incorporation de silicium à l'acier, par action sur l'acier d'un laitier fondu acide, siliceux et pauvre en oxyde de fer, caractérisé en ce que les teneurs en silice et en oxyde de fer du laitier et la température du laitier et de l'acier, par rapport à la teneur en carbone de l'acier, sont choisies de façon telle que, lorsque l'on met en contact le laitier et l'acier, de la silice du laitier soit réduite par le carbone de l'acier en proportion telle qu'il se produit, par dégagement intense de CO, un bouillone nement violent provoquant une réaction rapide entre le métal et le laitier.
2 ) Procédé tel que revendiqué en 1, caractérisé en ce que, pour des teneurs en carbone comprises entre environ 0,30 % et 0,50 % on fait usage d'un laitier acide siliceux contenant moins de 3 % de FeO, si l'élément acide du laitier est la silice seule - cette teneur pouvant être fortement modifiée s'il existe un autre élément acide, comme par exemple
TIO2 ou Al2O3, en propontions supérieures à 10 % - ,et qui est porté à une température dépassant environ 1.600 C, tandis que pour un acier contenant plus de 0,50 % de carbone on opère avec un laitier à une température inférieure à environ
1.600 C. et que pour un acier contenant plus de 0,80 % de carbone on ne surchauffe pas le laitier.
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