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de haute qualité ."
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faire supposer que les propriétés de toutes sortes des aciers : propreté micrograp&ique, grosseur de grain MacQuaid-Ehn, normalité, caractéristiques mécaniques, fragilité, etc.. sont essentiellement, conditionnées par l'analyse totale de l'acier à l'état liquide; certains éléments ayant une influence primordiale, même à de très faibles teneurs sur certaines propriétés, tandis que des teneurs plus importantes d'autres éléments ont une influence beaucoup moindre. / Une longue expérience métallurgique a montré
d'autre part, que les aciers faits au four électrique basique, lorsqu'ils sont fabriqués spécialement par fusion, sans oxydation grâce à l'atmosphère neutre du four électrique, puis par longue désoxydation et désulfuration, sous laitier carburé, atteignant souvent trois heures et plus, présentent un ensemble de propriétés nettement supérieures à colles des aciers fabriqués au four Martin basique et plus encore, naturellement, à celles du convertisseur acide ou basique.
Cette supériorité se traduit sur nombre de propriétés, notamment.: la propreté micrographique, l'homogénéité dendritiquo, l'absence do défauts internes, les propriétés mécaniques en long et plus encore en travers, spécialement au point de vue des essais de résilience, et la diminution do la fragilité do revenu.
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des aciers à basse teneur en soufre, l'intérêt de teneurs vraiment très basses, n'est pas apparu nettement jusqu'ici et l'effort primordial des métallurgistes a porté principalement, sur la réduction des teneurs en oxygène, la différence de qualité entre les aciers Martin et électriques étant attribuée avant tout, à la désoxydation plus poussée dans ces derniers fours. C'est ainsi que, le plus généralement, les Cahiers des Charges des Consommateurs se bornent à spécifier dos teneurs en soufre inférieures ou égales
à 0,025% ou 0,030% - quelquefois même davantage.
La Société demanderesse a pu découvrir, que toutes choses étant égales d'ailleurs, c'est-à-dire en particulier les teneurs de l'acier en oxygène, azote, Si, Mn, Al on obtient des améliorations très importantes des qualités de l'acier et tout spécialement des caractéristiques mécaniques en long et plus encore en travers, en particulier des caractéristiques de choc, ainsi que de la ductilité des aciers à froid, si l'on abaisse la teneur en soufre à des teneurs de l'ordre de 0,015% et moins.
On observe, par exemple, une différence extrêmement notable et importante pour la pratique, entre des aciers à même teneur en oxygène, aluminium, etc.. selon que la teneur en soufre est de 0,020% ou de 0,012%.
Ce fait de toute première importance, met en évidence que la possibilité de fabriquer régulièrement, autrement que par le procédé coûteux du four électrique sous laitier blanc, ou carburé, des aciers à basse teneur en soufre et en particulier abaisser jusqu'à ces chiffres, régulièrement, les teneurs en soufre des aciers faits au convertisseur ou au four Martin basique à partir de charges quelconques, est, pour la métallurgie mondiale un progrès technique considérable, ce progrès n'étant réel que si des teneurs vraiment basses sont atteintes.
A titre d'exemple de cette influence du soufre,
des coulées d'aciers nickel-chrome de cémentation ont été élaborées dans des conditions absolument identiques et possédant très sensiblement les mêmes teneurs d'oxygène,
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rant que par la teneur en soufre.
Voici les caractéristiques obtenues sur ces coulées .
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Il y a un écart considérable dans les valeurs de la résilience en long, et plus-considérable encore dans celles de la résilience en travers, le rapport résilience travers étant fortement augmenté par l'abaissement du soufre à
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La Société demanderesse a découvert qu'en mettant
en oeuvre des procédés par lesquels le laitier est dispersé en gouttelettes dans l'acier, on peut obtenir en quelques instants, à partir d'aciers même suroxydés, quel que soit le moyen de fusion, électrique, Martin, convertisseur ou autre, des aciers reproduisant toutes les caractéristiques des aciers électriques, fabriqués sans suroxydation, et traités au laitier carburé, cela sous la double condition que ces aciers non seulement soient pauvres en oxygène, mais encore possèdent des teneurs très basses en soufre
de l'ordre précisé ci-dessus.
Les avantages présentés par la technique du four électrique basique, ont naturellement amené à l'idée d'utiliser, dans une technique faisant usage do laitiers préalablement fondus, les laitiers basiques très calcaires, bien connus, du four électrique, et des tentatives ont été faites dans ce sens. Mais les résultats obtenus jusqu'ici, n'ont conduit qu'à des désulfurations insuffisantes et irrégulières, donc sans intérêt industriel et n'ont correspondu, en aucun cas, aux résultats que les études précitées de la demanderesse font apparaître comme capitaux, c'est-à-dire
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0,015 %. Il ne suffit pas en effet, d'effectuer le versement d'un acier dans un laitier même ultra calcaire et très pauvre en oxyde de fer, ayant même été blanchi par du forro-silicium en poudre, pour obtenir une désulfuration effective, rapide et régulière.
Voici, à titre d'exemple, dos opérations qui, même en faisant intervenir un brassage violent du laitier et
du métal-brassage qui n'avait pas encore été proposé pour une telle opération - ont conduit à dos résultats pratiquement nuls, quoique, théoriquement, les laitiers employés, ayant à la fois une très forte teneur en chaux et de très basses teneurs en oxyde de fer, eussent en eux-mêmes, un pouvoir désulfurant très élevé. Dans ces opérations on a brassé de l'acier doux, à teneur de carbone de 0,10 % environ, avec des laitiers extrêmement basiques et très pauvres en oxyde de fer, possédant théoriquement un pouvoir désulfurant élevé, ces laitiers étant fluidifiés par addition de spath-fluor. Voici, à titre d'indication, une analyse du laitier avant brassage :
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Dans cet essai, la teneur en soufre du métal avant brassage était de 0,052 %; après brassage de 0,0lj.8 %. ' .
D'autres essais avec des laitiers analogues ont conduit aux résultats suivants :
Soufre, 0,058 % avant brassage; après brassage 0,058 %
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La désulfuration est nulle ou insignifiante - sans intérêt pratique.
Par la présente invention, la Société demanderesse
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dant sensiblement son pouvoir désulfurant intrinsèque théorique - d'obtenir en un temps très court, parallèlement
à un abaissement très poussé de la teneur en oxygène,
( si cette teneur n'est pas déjà très faible ), des teneurs en soufre très basses entièrement équivalentes à celles qui sont réalisées au four électrique par l'utilisation des laitiers carbures - laitiers dont le pouvoir désulfurant .. est cependant bien connu comme étant beaucoup plus élevé -
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une grande régularité -et quelle que soit la teneur en carbone de l'acier, quo celui-ci soit dur, mi-dur, doux ou extradoux (alors qu'il est bien connu qu'il est extrêmement difficile d'atteindre des teneurs en soufre très basses dans des aciers doux môme au four électrique).
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pour le désulfuration que le. procédé classique du four électrique avec utilisation de laitiers blancs ou carburés.
Ce résultat est obtenu, sous la condition essentielle d'appliquer simultanément un certain nombre de moyens explicités ci-après :
Tout d'abord, le laitier doit être composé essentiellement de chaux, d'alumine et de silice, avec addition plus ou moins importante de fluidifiants, tels par exemple que le spath-fluor; il peut contenir en outre, do petites quantités d'oxyde de fer et d'oxyde do manganèse.
Bien entendu, sans apporter do modifications à l'essence de l'invention, on peut remplacer partiellement ou totalement la. chaux par d'autres composés, tels que :
la magnésie, la baryte, la strontiano, la soude et l'on peut remplacer la silice par l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium par exemple; mais ces substitutions,
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augmentent le prix de revient du laitier, sans grand intérêt pratique.
Ensuite l'acier à traiter par le laitier doit contenir du silicium on quantité suffisante pour assurer, d'une part, l'abaissement de la teneur en soufre aux valeurs très basses précisées ci-dessus ( par exemple de l'ordre de 0,015 % et au-dessous ) et,d'autre part, pour annuler les causes parasitaires qui apparaissent au cours de l'opéra- . tion et dont il sera parle ci-après.. ;
Enfin-, la composition du laitier, sa proportion. par rapport à l'acier, compte tenu de la composition de ce dernier, et en particulier de sa teneur en silicium, compte tenu également des causes parasitaires, doit être telle que, après brassage du métal -et. du laitier :
1) la teneur en oxyde de fer du laitier soit très faible ( par exemple de l'ordre de 1 % au maximum ), la teneur en oxyde de manganèse ayant une valeur correspondante;
2) la teneur finale de l'acier en silicium soit
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3) le laitier final soit nettement basique.
Il est recommandé. de maintenir sa composition en chaux, alumine et silice, dans une zone du diagramme triangulaire silice, alumine, chaux' définie comme suit :
On trace sur; ce diagramme, d'uno part une droite
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d'autre part une droite joignant ce dernier point au
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point :
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La zone intéressante est limitée par les deux droites précédentes et par les côtés du triangle (du côté Cao = 100). Bien entendu, ne devront être utilisées dans cette zone,
que des compositions correspondant à dos laitiers fusibles ou susceptibles d'être rendus fluides par des additions convenables do fluidifiants habituels tels que par exemple le spath-fluor.
Pour ce qui concerne les régions les plus favorables de la zone définie ci-dessus, on notera que la désulfuration sera d'autant meilleure - toutes autres choses étant égales - que les teneurs en silice et alumine seront plus faibles.
On aura intérêt, si l'on utilise des laitiers relativement riches en silice, à utiliser des chaux à faible teneur en soufre. La quantité de laitier pourra être d'autant plus faible - toutes choses étant égales d'ailleurs quo le laitier sera plus basique.
Enfin, il y aura intérêt à avoir un Si final dans l'acier d'autant plus élevé que le laitier contiendra plus de silice.
L'utilisation de laitiers ultra-basiques, donne
lieu, par contre, à de grandes difficultés pratiques, car ces laitiers attaquent violemment les briques de -la, poche et les viroles qui protègent la quenouille, ce qui peut conduire à des incidents graves.
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ques fondus à.mettre en oeuvre, pour la réalisation de l'invention, sont compris les laitiers alumineux décrits
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La Société demanderesse a découvert que le silicium . présent dans le métal., malgré - sa concentration très faible, de l'ordre de quelques millièmes, et malgré la très grande différence des chaleurs de formation rapportée à la molécule d'oxygène de la chaux, d'une part, et de la silice, d'autre part, réduit partiellement la chaux du laitier selon la réaction
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Ceci est confirmé par le fait qu'en l'absence du silicium.-dans le métal, le résultat n'est pas atteint. Il est particulièrement intéressant à ce sujet de remarquer, en opposition, que, quoique l'addition de coke pulvérisé sur les laitiers de fours électriques constitue un moyen plus efficace pour la désulfuration dans ces fours que
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d'aciers à haute teneur en carbone sans silicium avec des laitiers basiques pauvres en oxyde de fer ne donne aucune désulfuration pratique.
Mais cette réduction do la chaux par le silicium
et parallèlement la désulfuration ne peuvent être importantes que si l'opération est menée de façon que le laitier après brassage ne contienne plus que des quantités faibles
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ceux-ci sont réduits par priorité par le silicium. Même
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de circonstances pratiquement inévitables.
Il est à remarquer que la proportion de chaux réduite /peut être relativement élevée/
par le silicium par rapport au poids de celui-ci; on constate en effet, au cours de telles opérations, que la teneur en soufre peut être abaissée de 0,01�0 %, ce qui correspond à une réduction de calcium à partir de la chaux de 0,050 %. Il est tout à fait remarquable qu'avec des concentrations de silicium très faibles dans le métal, par <EMI ID=26.1>
par un simple brassage en un temps très court, à réduire, avec une grande régularité, une quantité de calcium cor-
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différence considérable des chaleurs de formation des oxydes do ces' éléments.
Mais pour obtenir les résultats, indiqués ci-dessus, il est nécessaire d'éliminer ou de compenser le plus pos- sible les causes parasitaires nuisibles qui interviennent au cours de l'opération. Ces causes sont les suivantes :
1[deg.]) L'existence de laitier résiduel qui vient se
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Si l'on procède par exemple dans un four électrique
à un décrassage aussi parfait que possible du laitier , oxydant dans la première partie de l'opération, on ne peut néanmoins éliminer la totalité de ce laitier. En outre, les parois du four restent imbibées de laitier oxydé et l'on constate que, lorsque l'on fait des additions à cet acier sur bain nu, le métal se recouvre progressivement d'une mince couche de laitier.
A titre d'expérience' on a étudié ce phénomène dans une opération de four électrique de 15 tonnes. Après décras-
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A
beaucoup de précautions un échantillon du.laitier qui se reformait; celui-ci avait l'analyse :
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On a ensuite ajouté 0,400 % de silicium, puis prélevé à nouveau un échantillon de laitier et trouvé l'analyse :
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On se rend compte facilement de la perturbation que l'existence de tels laitiers, qui arrivent à représenter 1 % et plus du poids du métal, apporte dans les opérations de brassage avec laitiers synthétiques fondus.
Si l'on opère en retenant le laitier ians le four par tous moyens appropriés, comme dans les fours Martin, il est pratiquement inévitable qu'une certaine quantité de laitier oxydé soit entraînée en même temps que le métal et conduise également à une perturbation importante de l'opération. Il y a donc de toutes façons intérêt à décrasser le métal aussi bien que possible, afin de réduire au minimum cette perturba-tion, car la correction faite conduira alors à .des résultats d'autant plus précis d'une opération à l'autre.
2[deg.]) En outre, l'opération de brassage se faisant à
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du métal à l'air et combustion de silicium, de manganèse et de fer. Cette oxydation est augmentée par le fait que, lors de.la coulée en poche, le métal entraîne de l'air par un ef-
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le métal oxydent ce dernier. Ces oxydations conduisent elles aussi à 'la' formation 'de laitiers parasites.
L'importance de ces causes parasitaires est souvent considérable, à tel point que l'excès de silicium à ajouter dans des fabrications Industrielles pour corriger ces causes parasitaires peut atteindre 0,250% et plus du poids du.métal,
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la désulfuration, celle-ci rie peut être obtenue importante et régulière, donc industrielle, que si cette correction est faite. La valeur de cet élément correctif, c'est-à-dire la va- leur de l'excès de silicium à ajouter pour tenir compte des causes parasitaires dépend bien entendu des conditions de marche : atmosphère du four, imprégnation plus ou moins grande des parois du four en oxyde métallique, arrêt plus ou moins perfectionné du laitier à la coulée.
Ce qui est important, c'est que la demanderesse a découvert qu'en brassant ave.c le laitier-Souillé par l'effet de ces causes parasitaires, le métal contenant du silicium
en quantité suffisante, on obtient en un temps très court, une réduction par le silicium des oxydes de fer et de manganèse poussée très loin, jusqu'à des teneurs extrêmement basses en ces éléments, et, ce qui est plus surprenant encore, que, simultanément, le silicium réduit la chaux du laitier en quantité suffisante pour que l'on obtienne une désulfuration intense.
La composition du laitier synthétique devra être telle et sa quantité suffisante pour que ce laitier reste basique malgré l'enrichissement en silice dû à l'oxydation du silicium.
La quantité de silicium à ajouter en excès et l'enrichissement correspondant en silice du laitier peuvent être déterminés aisément par quelques expériences préalables.
On peut remplacer, sans sortir du cadre de l'invention, une partie du silicium par de l'aluminium ou un autre réducteur énergique dont la chaleur de formation de l'oxyde est supérieure à colle de la silice. Ce réducteur aura pour effet de protéger partiellement ou totalement le silicium contre les causes parasitaires énumérées ci-dessus, car il s'oxydera par priorité par rapport au silicium. Ce remplacement augmente d'ailleurs le prix de revient de l'opération, sans intérêt pratique puisque le résultat peut être obtenu avec le silicium seul.
On peut enfin, mais ceci n'est pas recommandé, utiliser dans la poche un laitier synthétique préalablement formé, à l'état solide, de préférence fortement préchauffé, car, si le laitier a été préalablement formé, il fond très rapidement sous l'influence, de la chaleur du métal.
Voici à titre d'exemples non limitatifs, la description d'un certain nombre d'opérations réalisées :
1[deg.]) Dans des opérations au four Martin, après décras-
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soufre, en même temps que du manganèse, du silicium pour avoir
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désirée dans l'acier; on a retenu autant que possible dans le four, le reste du laitier surnageant et on a versé l'acier
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Les teneurs en soufre, après brassage.,. ont été toutes inférieures à 0,015 % ot de l'ordre. de 0,010 % -les
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tier final contenant en. moyenne 10 % de silice.
'2[deg.]) Dans des fours électriques, après la période d'oxydation et de déphosphoration, on a décrassé avec grand soin le laitier oxydé, on a ajouté alors sur bain nu,; au
métal qui contenait 0,020 % à 0,025 %de soufra, le manganèse et, pour certaines opérations, des additions d'alliages chromenickel, puis on a ajouté au métal du silicium, pour avoir une
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désirée dans l'acier, ce quia conduit, dans la majorité des
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à colle qui. aurait, été théoriquement nécessaire pour l'acier seul.
Doux minutes après l'addition du silicium, on a versé le métal dans une poche contenant un laitier ti-
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18 à 20 %, ce laitier étant fluidifié par du spath-fluor.
Après brassage, les teneurs on soufre du métal étaient
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soufre ont été obtenues même avec des aciers à moins de 0,010 % de carbone.
La teneur en silice du laitier était montée aux environs de 26 %.
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four électrique avec des laitiers initiaux titrant environ:
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fluidifiés au spath-fluor.
Les teneurs en soufre finales ont été de l'ordre
de 0,013 %, les teneurs en oxygène de l'ordre de 0,005 % et la teneur en silice finale du laitier est montée à
30 % environ.
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haute qualité possédant en particulier des teneurs en soufre
très-basses, caractérisé en ce que l'on brasse, après avoir
éliminé avec soin la plus grande partie du laitier préalablement
formé dans le four, un bain de métal contenant une proportion
suffisamment élevée de silicium et éventuellement une petite
proportion d'oxyde de fer, avec une proportion suffisante d'un laitier basique à base de chaux, d'alumine et de silice, pour
que, après brassage, d'une part, la teneur du laitier en oxyde
de fer soit très faible, d'autre part, la teneur finale'en
silicium de l'acier soit supérieure à 0,050 % environ, et
qu'enfin le laitier final ait un caractère nettement basique.