<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.