<Desc/Clms Page number 1>
Procédé d'élaboration d'un acier Thomas à très faible teneur en phosphore.
Au procédé Thomas ordinaire, le degré de déphospho- ration est limite par la concentration trop -élevée en acier phosphorique de la scorie (environ 20 %), et par la trop fai- ble concentration en bases libres de celle-ci. La scorie Tho- mas est pour ainsi dire saturée en acide phosphorique.
Par ailleurs, les métallurgistes savent depuis longtemps qu'on peut opérer au procédé Thomas, tout comme au procédé Martin basique, également avec deux scories. Dans une telle marche, on retire du bain la scorie riche en acide phos- phorique obtenue lorsque l'opération de déphosphoration ordi- naire est plus ou moins terminée, après quoi on charge sur le
<Desc/Clms Page number 2>
bain une nouvelle quantité de chaux. Au procédé Martin, cette deuxième addition basique est fondue en continuant le chauffa- ge au gaz, tandis qu'au procédé Thomas cette chaux est scori- fiée en continuant le soufflage. La scorie très basique ré- sultant dans les deux cas est à même d'absorber de nouvelles quantités d'acide phosphorique provenant du phosphore de l'acier.
Par un procédé Thomas en deux stades on obtient ainsi des aciers dont les teneurs en phosphore sont nettement infé- rieures à celles réalisées au procédé Thomas ordinaire compor- tant une seule addition de chaux.
Tandis qu'au procédé Martin la fusion d'une secon- de quantité de chaux ne présente pas de difficultés, on ne dispose pas au convertisseur Thomas de l'excédent de chaleur nécessaire en vue de fondre la seconde addition de chaux. Ceci est la raison pourquoi dans le cas du procédé Thomas, le procédé à deux laitiers n'a pas trouvé d'application en pra- tique. Lors de la fusion de la seconde addition de chaux, le bain d'acier Thomas perd tant de chaleur que l'acier est refroidi outre mesure et qu'il ne peut plus être coulé cor- rectement.
Le procédé présent, qui est l'objet de la présente demande de brevet ,fournit la solution de ce problème. Il permet donc de fondre au convertisseur Thomas des quantités importantes d'une seconde addition de chaux, sans refroidir pour cela le bain outre mesure. Il consiste à charger dans la cornue, additionnellement à la seconde quantité de matières calcaires, ou dans tous les cas avant le dernier sursoufflage, une certaine quantité d'un métal ou d'un alliage ayant par rapport au fer une grande affinité pour l'oxygène et produi- sant par son oxydation au cours du soufflage finisseur subsé- quent, un fort dégagement de chaleur, par exemple de l'alumi- ' nium, du silico-aluminium ou du ferro-silicium.
n
<Desc/Clms Page number 3>
Aux premiers instants du sursoufflage ces métaux ou ces alliages se dissolvent dans le bain d'acier et sont ensuite, le soufflage continuant, oxydés intégralement par l'oxygène du vent soufflé.
Il est connu que la chaleur d'oxydation des élé- ments cités est très élevée, de sorte qu'il suffit de peti- tes quantités, par exemple de quelques kilogrammes par tonne d'acier, pour suppléer à la perte de chaleur subie par le bain pendant le décrassage précédent et par la fusion de la seconde addition de chaux. On arrive même.à surchauffer le bain à volonté.
De plus, l'addition de ces métaux facilement oxy- dables a l'avantage de ce que ceux-ci désoxydent vivement le bain au début du sursoufflage et le protègent donc contre une absorption exagérée d'oxygène. Pendant que l'oxygène de l'air sert intégralement à la combustion de ces métaux, sans que du fer soit oxydé, la seconde addition de chaux dispose du temps nécessaire à la fusion complète. Le laitier très basique ainsi produit absorbe les dernières traces de phosphore conte- nues dans le bain.
On a avantage à faire la seconde addition basique sous forme de chaux finement granulée. La quantité de la se- conde addition basique doit être telle qu'après fusion de celle-ci et après mélange avec les restes de scorie phospho- reuse retenus inévitablement dans le convertisseur après le décrassage, il se forme un laitier final dont la teneur en acide phosphorique moyenne soit sensiblement inférieure à celle de la scorie obtenue au procédé Thomas ordinaire.Cette quantité s'élève par exemple à 10 à 60 kg par tonne d'acier.
Au besoin on peut ajouter à la chaux des fondants, comme par exemple du spath fluor ou de la bauxite.
<Desc/Clms Page number 4>
Dans le cas où on choisit à titre de métal facilement oxydable un alliage de silicium, cet élément produit après sa combustion de la silice, tandis que dans le cas de l'aluminium il se forme d'une façon analogue de l'alumine. Ces composants sont absorbés intégralement par le laitier au cours du mélange intime de l'acier et du laitier par le sursoufflage, de sorte qu'il ne reste rien de ces matières non métalliques dans le bain.
Les aluminates ou silicates ainsi formés ont l'avantage d'augmenter la fluidité du laitier. Par rapport à ce point de vue, l'emploi de l'aluminium est particuliè- rement avantageux. L'usage d'aluminium brut est de plus particulièrement économique, parce qu'on peut se servir à cet effet d'aluminium de déchets en copeaux ou en morceaux, sans regard à la pureté du produit, par exemple des tournures ou des mitrailles de carters de moteurs.
L'addition de ferro-silicium à une fonte Thomas présentant au début du soufflage par le procédé Thomas ordi- naire une allure trop froide, dans le but d'augmenter la température de la charge, est en elle-même connue, tandis que l'aluminium n'a pas encore été utilisé dans un tel but.
D'autre part, on ajoute des alliages de silicium et d'alu- minium à l'acier Thomas fini - addition qui se fait aussi bien au convertisseur que dans la poche à acier - dans le but de désoxyder l'acier, procédé dans lequel, contraire- ment au procédé présent, une oxydation de ces éléments est évitée autant que possible.
Contrairement à ce qui précède, il est incontesta- ble que présente un caractère de nouveauté le fait de char- ger dans un bain d'acier fini suivant le procédé Thomas or- dinaire, simultanément avec une seconde addition de chaux, un- métal ou un alliage facilement oxydable, dans le but de
<Desc/Clms Page number 5>
libérer au cours d'un sursoufflage une grande quantité de chaleur par l'oxydation de ce métal ou de cet alliage, per- mettant ainsi de fondre une seconde addition de chaux qui produit elle-même une déphosphoration supplémentaire du bain.
L'addition, suivant le procédé présent, d'alliages facilement oxydables est donc le moyen nécessaire et suffisant pour obtenir, d'une façon particulièrement économique et simple, un produit industriel nouveau, c'est-à-dire un acier Thomas à très basse teneur en phosphore.
A l'opposé aux principes présidant au présent pre- cédé, il existait jusqu'ici parmi les métallurgistes l'idée, basée d'ailleurs sur les connaissances métallurgiques clas- siques, qu'il n'était pas permis de mettre en réaction simul- tanément un laitier contenant de l'acide phosphorique et des éléments facilement oxydables comme le silicium ou l'alumi- nium, avec un bain d'acier, ceci en raison du danger connu de la rephosphoration. - Le procédé présent repose au contraire sur la découverte nouvelle, découverte confirmée par les expériences, que ce danger de rephosphoration n'existe pas en présence du mode opératoire décrit et faisant l'objet de la présente demande de brevet.
Les demandeurs ont trouvé, résultat qui n'était pas évident a priori, que l'acide phos- phorique provenant des résidus de la scorie phosphoreuse ainsi que du phosphore éliminé du bain, est si fortement combiné par la scorie très basique résultant de la seconde àddition de chaux, que les silicates et les aluminates formés ne produi- sent pas de rephosphoration dans le bain.
Le court sursoufflage peut être exécuté en une fois, mais également en plusieurs fois. Si le sursoufflage se fait'en deux fois, on a avantage à souffler une première fois seulement très brièvement, par exemple pendant 5 secondes, après quoi le convertisseur est rabattu et laissé en repos
<Desc/Clms Page number 6>
pendant quelques minutes. Ensuite, on procède au sursoufflage final. Le premier court sursoufflage agit en somme comme moyen de brassage. Pendant la période de repos il se produit un échange de chaleur entre les matières basiques et le bain en fusion. - Toutefois, le sursoufflage en une fois peut conduire également à des résultats techniques satisfaisants.
A l'appui des explications que nous venons de don- ner, nous allons citer un exemple pratique:
Une charge, comprenant 20.000 kg de fonte du mé- langeur, 1800 kg de ferraille et la quantité habituelle de chaux, fut transformée en acier par soufflage suivant le pro- cédé Thomas ordinaire. Par décrassage on élimina la plus gran- de quantité possible de scorie phosphoreuse. L'analyse d'un échantillon de métal prélevé à ce moment a donné le résultat suivant : P = 0,055 %. Après avoir éliminé la scorie phospho- reuse, on chargea dans le convertisseur un mélange comprenant 500 kg de chaux granulée et 75 kg de spath-fluor, auquel on avait ajouté également 40 kg d'aluminium de déchet. Immédia- tement après, on procéda à un court sursoufflage, c'est-à- dire pendant environ 30 secondes.
Lorsque le convertisseur fut rabattu, on constata que le laitier surnageant au bain était bien fluide. L'analyse du métal prélevé à ce moment a donné le résultat suivant : = 0,008 %. La teneur en phosphore de l'acier a donc été abaissée de 0,058 % à 0,008 %, c'est-à- dire à une valeur correspondant à celle des aciers fins.
L'acier fut déversé dans une poche, opération au cours de laquelle la teneur en manganèse finale du métal fut portée à 0,5 % par une addition de ferro-manganèse liquide.
L'acier fut coulé en lingotières sans qu'il ne se produisit un fond de poche. Lors du laminage des lingots suivant la mé- thode ordinaire, on n'a pas vu apparaître de criques ou d'au- tres défauts.
<Desc / Clms Page number 1>
Process for the production of a Thomas steel with a very low phosphorus content.
In the ordinary Thomas process, the degree of dephosphorization is limited by the excessively high concentration of phosphoric steel in the slag (about 20%), and by the too low concentration of free bases thereof. The Thomas slag is almost saturated with phosphoric acid.
In addition, metallurgists have known for a long time that one can operate with the Thomas process, just like the basic Martin process, also with two slags. In such a process, the slag rich in phosphoric acid obtained when the ordinary dephosphorization operation is more or less completed is removed from the bath, after which it is loaded onto the
<Desc / Clms Page number 2>
bath a new quantity of lime. In the Martin process, this second basic addition is melted by continuing the gas heating, while in the Thomas process this lime is slagged by continuing the blowing. The very basic slag resulting in both cases is able to absorb further quantities of phosphoric acid from the phosphorus in the steel.
By a two-stage Thomas process, steels are thus obtained in which the phosphorus contents are markedly lower than those obtained by the ordinary Thomas process comprising a single addition of lime.
While in the Martin process the melting of a second quantity of lime presents no difficulty, the Thomas converter does not have the excess heat necessary to melt the second addition of lime. This is the reason why in the case of the Thomas process the two slag process has not found practical application. During the melting of the second lime addition, the Thomas steel bath loses so much heat that the steel is excessively cooled and cannot be cast properly.
The present process, which is the subject of the present patent application, provides the solution to this problem. It therefore allows large quantities of a second addition of lime to be melted in the Thomas converter, without cooling the bath excessively. It consists in loading into the retort, in addition to the second quantity of limestone, or in any case before the last overblowing, a certain quantity of a metal or an alloy having a great affinity for iron with respect to iron. oxygen and producing, by its oxidation during the subsequent finishing blowing, a strong release of heat, for example aluminum, silico-aluminum or ferro-silicon.
not
<Desc / Clms Page number 3>
At the first moments of the blowing these metals or these alloys dissolve in the steel bath and are then, the blowing continuing, fully oxidized by the oxygen of the blown wind.
It is known that the heat of oxidation of the elements mentioned is very high, so that small quantities, for example a few kilograms per tonne of steel, are sufficient to make up for the loss of heat undergone by the bath during the previous scouring and by melting the second addition of lime. We even manage to overheat the bath at will.
In addition, the addition of these easily oxidized metals has the advantage that they strongly deoxidize the bath at the onset of overblowing and therefore protect it against excessive absorption of oxygen. While the oxygen in the air is used entirely for the combustion of these metals, without the iron being oxidized, the second addition of lime has sufficient time for complete fusion. The very basic slag thus produced absorbs the last traces of phosphorus contained in the bath.
It is advantageous to make the second basic addition in the form of finely granulated lime. The amount of the second basic addition should be such that after melting the latter and after mixing with the phosphorous slag residues inevitably retained in the converter after stripping, a final slag is formed, the content of which is average phosphoric acid is appreciably lower than that of the slag obtained by the ordinary Thomas process, for example 10 to 60 kg per tonne of steel.
If necessary, fluxes, such as fluorspar or bauxite, can be added to the lime.
<Desc / Clms Page number 4>
In the case where a silicon alloy is chosen as the easily oxidizable metal, this element produces silica after its combustion, while in the case of aluminum alumina is formed in a similar way. These components are completely absorbed by the slag during the intimate mixing of the steel and the slag by the overblowing, so that none of these non-metallic materials remain in the bath.
The aluminates or silicates thus formed have the advantage of increasing the fluidity of the slag. From this point of view, the use of aluminum is particularly advantageous. The use of raw aluminum is more particularly economical, because one can use for this purpose aluminum of waste in shavings or pieces, without regard to the purity of the product, for example turnings or scrap metal. engine housings.
The addition of ferro-silicon to a Thomas cast iron exhibiting at the start of blowing by the ordinary Thomas process an appearance that is too cold, with the aim of increasing the temperature of the charge, is in itself known, while the aluminum has not yet been used for such a purpose.
On the other hand, alloys of silicon and aluminum are added to the finished Thomas steel - addition which is done both in the converter and in the steel ladle - with the aim of deoxidizing the steel, a process in which, unlike the present process, oxidation of these elements is avoided as far as possible.
Contrary to the foregoing, it is indisputable that the fact of loading into a bath of steel finished according to the ordinary Thomas process, simultaneously with a second addition of lime, a metal or an easily oxidizable alloy, with the aim of
<Desc / Clms Page number 5>
liberate during a blowing a large quantity of heat by the oxidation of this metal or this alloy, thus making it possible to melt a second addition of lime which itself produces an additional dephosphorization of the bath.
The addition, according to the present process, of easily oxidizable alloys is therefore the necessary and sufficient means to obtain, in a particularly economical and simple manner, a new industrial product, that is to say a Thomas steel with very low phosphorus content.
Contrary to the principles governing the present precedent, there has hitherto existed among metallurgists the idea, based moreover on classical metallurgical knowledge, that it was not permitted to put into a simulated reaction. - immediately a slag containing phosphoric acid and easily oxidizable elements such as silicon or aluminum, with a steel bath, this because of the known danger of rephosphorization. - The present process is based on the contrary on the new discovery, a discovery confirmed by experiments, that this danger of rephosphorization does not exist in the presence of the procedure described and which is the subject of the present patent application.
The applicants have found, a result which was not obvious a priori, that the phosphoric acid from the residues of the phosphorous slag as well as the phosphorus removed from the bath, is so strongly combined by the very basic slag resulting from the second with the addition of lime, that the silicates and the aluminates formed do not produce rephosphorization in the bath.
The short blow-out can be done all at once, but also several times. If the blowing is done in two times, it is advantageous to blow a first time only very briefly, for example for 5 seconds, after which the converter is folded down and left at rest.
<Desc / Clms Page number 6>
for a few minutes. Then we proceed to the final blowing. The first short blowing acts in short as a means of mixing. During the rest period there is an exchange of heat between the basic materials and the molten bath. - However, blowing all at once can also lead to satisfactory technical results.
In support of the explanations that we have just given, we will cite a practical example:
A charge, comprising 20,000 kg of cast iron from the mixer, 1,800 kg of scrap iron and the usual amount of lime, was blown into steel by the ordinary Thomas process. As much phosphorous slag as possible was removed by slagging. Analysis of a metal sample taken at this time gave the following result: P = 0.055%. After removing the phosphorous slag, a mixture comprising 500 kg of granulated lime and 75 kg of fluorspar was charged into the converter, to which was also added 40 kg of scrap aluminum. Immediately afterwards, a short blast was carried out, that is to say for about 30 seconds.
When the converter was turned down, it was found that the slag supernatant in the bath was quite fluid. Analysis of the metal taken at this time gave the following result: = 0.008%. The phosphorus content of the steel has therefore been reduced from 0.058% to 0.008%, ie to a value corresponding to that of fine steels.
The steel was poured into a ladle, during which the final manganese content of the metal was increased to 0.5% by the addition of liquid ferro-manganese.
The steel was poured into ingot molds without any pocketing occurring. When rolling the ingots by the ordinary method, no cracks or other defects were seen to appear.