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Perfectionnements à la production d'acier au convertisseur.
La présente invention est relative à la production de l'acier par les procédés au convertisseur tant acide que ba si que.
L'invention a pour but, de manière générale, de pro- duire par l'un et l'autre de ces procédés un acier qui tant au point de vue de son analyse que de sa qualité, soit équi- valent à l'acier produit par le procédé électrique, le procédé au four Martin ou le procédé duplex -
Par le procédé au convertisseur acide il est déjà possible de produire un acier ayant sensiblement la même analy- se que l'acier Martin au point de vue de la teneur en carbone,
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soufre, phosphore, manganèse, silicium et tous autres consti- tuants s'alliant à l'un ou l'autre de ces éléments, mais on n'a pas encore réussi à produire un acier au convertisseur dont la qualité (par antithèse avec' son analyse) fût aussi bonne que celle de l'acier Martin.
On admet que les propriétés inférieures de l'acier au convertisseur, notamment en ce qui concerne le durcisse- ment par vieillissement et la fragilité au bleu, son dues à ce qu'il contient une plus grande quantité d'azote, absorbé au cours du soufflage, que l'acier Martin. Toutefois il est aussi possible que les propriétés inférieures susmentionnées soient accentuées, ou peut-être même déterminées exclusivement, par le fait que l'acier au convertisseur peut contenir de plus grandes quantités d'oxygène et d'hydrogène, ou éventuellement d'autres gaz, que l'acier Martin.
L'excédent d'azote absorbé par l'acier au convertis- seur au cours du soufflage est actuellement éliminé avec un succès croissant par le procédé duplex en soumettant l'acier soufflé à un traitement au four Martin ou au four électrique, le traitement donnant le meilleur résultat étant celui qui consiste à produire un bouillonnement prolongé et vigoureux.
Ce bouillonnement est rendu possible quand on souffle le métal au convertisseur de manière qu'une notable quantité de carbone demeure dans le métal à la fin du soufflage, ou qu'on recarbure le métal soufflé, et lorsqu'on charge dans le four Martin ou dans le four électrique du minerai sur le métal soufflé, ce qui produit le bouillonnement. Durant ce bouillon- nement la teneur en azote du métal diminue nota.blement, dans certains cas jusqu'aux limites obtenues par le procédé Martin direct.
D'autres gaz, par exemple l'hydrogène ou l'oxygène, ' et d'autres impuretés, sont éliminés au four Martin et au four
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électrique -en soumettant le métal à une fusion à fond ultérieu- re sous un laitier calcareux, les diverses impuretés s'élevant à la surface du métal et s'échappant ou étant absorbées par le laitier.
La présente invention a spécialement pour but de procurer un procédé pour exécuter une élimination analogue de L'azote et éventuellement d'autres impuretés gazeuses, comme l'oxygène et l'hydrogène, de l'acier au convertisseur, sans transporter 1-'acier dans un autre four.
On sait que l'absorption de l'azote par le métal durant le soufflage est progressive, mais ne s'opère pas à une allure uniforme. Par exemple, dans le procédé au conver- tisseur basique, l'absorption de l'azote progresse rapidement dans les phases initiales durant l'oxydation du silicium au sein du métal et pendant cette période il se produit aussi une élévation rapide de la tempéra.ture; puis suit une période d'oxydation du carbone, dans laquelle la tempéra.ture s'élève plus lentement et 1''absorption d'azote est faible ou nulle, et qui est suivie d'une période finale de haute température durant laquelle le restant de carbone et de phosphore contenus dans le métal s'oxyde et qui s'accompagne d'un nouvel accrois- sement de la teneur en azote.
Suivant la présente invention, on emploie un procédé pour la fabrication de l'acier au convertisseur acide ou au convertisseur basique, selon lequel, aprèsavoir achevé toutes les opérations de soufflage, on soumet le métal fondu à un "bouillonnement" vigoureux produit par la réaction entre le carbone et l'oxyde de fer, dont l'un ou l'autre ou tous deux peuvent être ajoutés au bain, ce bouillonnement ayant pour effet d'éliminer l'azote et éventuellement d'autres ga;z.
Par ce procédé les conditions opératoires existant dans un four Martin ou dans un four électrique sont reproduites
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dans le convertisseur lui-même, le bouillonnement actif éli- mine l'azote du métal et l'acier ainsi produit est de la même qualité que celui fabriqué par le procédé Martin ou, sous un laitier oxydante par le procédé au four électrique.
Lorsqu'on opère dans ces conditions, le temps pris par la phase d'oxydation ou d'affinage finale peut être plus long que aans le procédé habituel, ce qui nécessite un plus grand apport de chaleur, requis pour contrecarrer le rayonne- ment et d'autres pertes de chaleur. Ce plus grand apport de chaleur peut être fourni en augmentant la teneur en silicium ou en manganèse de la fonte, en préchauffant la fonte à une température plus élevée dans un mélangeur ou récepteur de métal chaud préalablement au soufflage, en chauffant le métal alors qu'il se trouve dans le convertisseur, ou en conservant la teneur en calories du métal fondu par le moyen consistant à opérer dans les phases finales les additions d'alliage sous forme liquide au lieu de solide comme dans la pratique usuelle du procédé au convertisseur.
La quantité exacte de calories supplémentaires requise pour la période de bouillonnement ou d'affinage est déterminée par la qualité particulière de l'acier a produire et la teneur accrue nécessaire de silicium ou de manganèse ou le préchauffage de la fonte sont calculés d'après les données thermohimiques usuelles.
Quand on exécute le procédé au convertisseur acide, on peut arrêter le soufflage avant que la teneur en carbone soit descendue jusqu'à la specification voulue, après quoi on ajoute au bain de l'oxyde de fer pour réagir sur le car- bone restant.
De manière analogue, en exécutant le procédé au convertisseur basique, on peut arrêter le soufflage avant que la teneur en phosphore soit descendue jusqu'à la. valeur voulue, apres quoi on ajoute du carbone et de l'oxyde de fer -
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pour oxyder le restant du phosphore et pour produire le bouillonnement requis.
Tant dans le procédé au convertisseur acide que dans le procédé au convertisseur basique, l'oxyde de fer requis pour produire l'oxydation et le bouillonnement voulus peut être ajouté d'un coup ou cette addition peut être subdivisée pour éviter une réaction trop violente ou une oxydation exagérée de l'acier.
Lorsque l'oxydation par l'oxyde de fer, opérée conformément à la présente invention, a progressé jusqu'à la teneur voulue en carbone et phosphore, etc.,,'on peut régler la teneur et l'état d'oxydation du métal en ajoutant des ferro-alliages selon la manière de procéder usuelle adop- tée en sidérurgie.
Suivant un autre mode opératoire, on peut continuer le soufflage jusqu'à la phase de parachèvement habituelle; puis on arrête le soufflage, on ajoute au bain du carbone et de l'oxyde de fer pour produire le bouillonnement voulu et on parachève la charge de la manière décrite ci-dessus.
Suivant un troisième mode opératoire, on peut continuer le soufflage jusqu'à ce que la teneur en carbone et en phosphore du métal soit descendue en-dessous de la spéci- fication et on oxyde l'acier considérablement par sursouffla- ge. Puis on interrompt le soufflage et on recarbure le métal.
Ce carbone ajouté réagit avec l'oxyde de fer qui a été engen- dré dans le métal, pour produire Le bouillonnement voulu, après quoi on parachève la charge de la manière normalement -employée pour la parachèvement. Si on le désire, une partie ou la totalité du laitier peut être retirée à la fin de 1.'opé- ration de soufflage et un nouveau laitier formé pour les opé- rations de bouillonnement et de parachèvement.
Pour exécuter l'invention on peut procéder de la
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manière suivante:
La fonte à employer dans la fabrication de l'acier par ce procédé doit être choisie de façon à avoir une teneur en silicium et/ou manganèse supérieure à celle de la fonte employée pour le procédé ordinaire, ou il faut ajouter du ferro-silicium pour fournir les calories supplémentaires requises, ou encore il faut préchauffer la fonte, avant le soufflage, à une température d'environ 1400 à 1500 C.
Dans le procédé au convertisseur acide, on exécute le soufflage de la manière usuelle, mais le soufflage est interrompu alors que la teneur en carbone est encore bien au-dessus de la teneur desirée au parachèvement, de préférence à au moins 0,5% au-dessus de la spécification.
Puis on renverse le convertisseur et on ajoute de l'oxyde de fer de préférence sous forme de minerai broyé ou de battiture de laminoir. la température élevée régnant dans le convertisseur, l'oxyde de fer réagit rapidement avec le carbone du métal en engendrant de l'oxyde de carbone et en produisant un bouillonnement vigoureux typique pour le procédé d'oxydation au four Martin ou au four électrique. Par ce bouil- lonnement la teneur en azote du métal est réduite aux mêmes conditions d'équilibre que celles qui sont propres aux autres procédes de fabrication de l'acier. On règle les additions d'oxyde de fer selon la quantité de carbone à oxyder et on parachève la charge exactement de la même manière que dans le procéde Martin en ajoutant les agents désoxydants et a.lliages métalliques usuels.
Si l'opération de soufflage a été poussée jusqu'à ce que la teneur en carbone à la fin du soufflage soit égale ou sensiblement égale à la teneur de parachèvement spécifiée, il faut, en-dehors de l'addition d'oxyde de fer, recarburer le métal pour fournir l'excédent de carbone de 0,5%, requis
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pour produire le bouillonnement vigoureux.
On sait que, lorsqu'on exécute le procédé au con- vertisseur basique, l'accroissement marqué d'azote ne se produit pas avant que soit atteinte la période d'élimination rapide du phosphore, c'est-à-dire tant que pratiquement la totalité du carbone n'est pas éliminée.
Cela étant, pour exécuter la présente invention .appliquée au convertisseur basique, on prend la fonte conte- nant un supplément de silicium, ou spécialement préchauffée, et on la soumet à un soufflage ordinaire jusqu'à ce que la période de post-soufflage soit atteinte, mais on interrompt le soufflage quand la teneur en phosphore du métal est encore bien au-dessus de la spécification, par exemple d'au moins 0,3%. Puison renverse le convertisseur et, si on le désire, on enlève une partie ou la totalité du laitier. On recarbure ensuite le métal jusqu'à une teneur en carbone d'au moins 0,5% et de préférence d'environ 1% en ajoutant tout agent carburant connu. On .ajoute alors de l'oxyde de fer et de la chaux pour oxyder le carbone et le phosphore du métal et on parachève la charge exactement de la même manière qu'au four Martin.
Au lieu d'interrompre le soufflage, on peut l'ache- ver de la manière usuelle, et dans ce cas pratiquement tout le carbone et tout le phosphore s'en vont et le métal absorbe une quantité d'azote relativement importante dans les phases finales du soufflage. Puis on renverse le convertisseur et on le débarrasse du laitier, après quoi on recarbure le métal et on ajoute de l'oxyde de fer et, au besoin, de la chaux; il se produit un bouillonnement vigoureux .et la teneur en azote descend jusqu'aux limites typiques de l'acier Martin.
Dans l'exécution des deux procédés, pour diminuer l'absorption d'azote pendant toute la période de soufflage,
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on souffle Le métal de préférence dans un large convertisseur sphéro-conique du genre décrit dans le brevet anglais n .
507,200, de façon que le bain soit peu profond et ait une grande surface, ou bien on opère dans un convertisseur de forme usuelle qui est chargé à un degré inférieur à sa pleine capacité.
La profondeur du bain de métal contenu dans un con- vertiseeur doit être suffisante pour que la teneur en oxygène du vent soufflé soit presque totalement utilisée. Il en est ainsi, toutefois, non seulement pour les charges de 0,60 à 1,00 mètre de profondeur, employées d'ordinaire, mais encore pour les charges de 0,20 à 0,60 mètre de profondeur que l'on emploie de préférence conformément à l'invention. Avec un tel bain peu profond l'absorption d'azote par le métal est notablement diminuée.
Tant dans le procédé acide que dans le procédé basique, on peut trouver avantageux de fournir de la chaleur à la charge de l'extérieur du convertisseur afin d'exécuter l'affinage ultérieur à l'aide de composés de fer et d'oxygène consécutivement au soufflage. Ceci peut être exécuté en intro- duisant dans le bec du convertisseur, au moment où il est ren- versé, une flamme de gaz, d'huile ou de charbon pulvérisé.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé pour fabriquer l'acier par le procédé au convertisseur acide ou basique, caractérisé en ce que, une fois les opérations de soufflage terminées, on soumet le métal à un bouillonnement vigoureux produit par la réaction entre le carbone et l'oxyde de fer, dont l'un ou l'autre ou tous deux peuvent être ajoutas au bain, ce bouillonnement ayant pour effet d'éliminer l'azote et éventuellement d'autres gaz.