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Brevet d'Invention Procédé pour fabrication de fontes élaborées à haute température.
L'élaboration de la fonte dans les cubilots ordinai- res de fonderie donne généralement un métal qui est cou- lé à une température qui excède rarement 1350 pour une consommation de coke de l'ordre de 10%
Les fondeurs.d'attachent à utiliser du coke de fonde- rie dont la teneur en cendres est inférieure à 10%
Pour obtenir des tontes plus chaudes il faut accroî- tre la proportion de combustible et souvent faire appel à des cokes spéciaux, très peu cendreux, peu réactifs et naturellement beaucoup plus coûteux que le coke métallur- gique. On peut ainsi obtenir des fontes coulées aux en- virons de 1400 en portant la consommation de coke aux environs de 13 à 15%.
La perte au feu des cubilots ordinaires est géné- ralement de l'ordre de 3 à 5%. Cette perte provient de l'oxydation au cours de la fusion d'une fraction du fer et de certains éléments de la charge tels que le silicium, r
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le manganèse. Les oxydes produits passent dans le laitier, ce dernier devient alos un silicate ferreux de couleur noi- re et sans valeur industrielle.
Lorsqu'on utilise le cubilot pour la fusion des fer - railles dans le but par exemple d'obtenir des fontes pour convertisseurs, la dépense de combustible est beaucoup plus élevée et dans ce cas la perte au feu s'accroît sensiblement; elle peut atteindre 20% pour des fusions à 100% de ferrail- les.
Au cours de 'ces dernières années les cubilots à vent chaud ont été utilisés dans le but de réduire la consomma- tion de coke métallurgique et d'accroître la température de la fonte coulée.
Dans certains cas, on a pu ramener la consommation de coke de fonderie aux environs de 8% en obtenant des tontes coulées à 1500 . Ce résultat a été obtenu en utilisant des réchauffeurs auxiliaires dans lesquels le chauffage du vent était obtenu par l'utilisation d'un combustible spécial, gé- néralement du charbon. Ces appareils donnent donc une ré - duction du coke utilisé pour la fusion de la fonte mais né- cessitent l'emploi d'un combustible auxiliaire. Les laitiers élaborée sont toujours siliceux et noirs et les pertes au feu sont sensiblement les mêmes que pour les cubilots à vent froid ; la zone de fusion des cubilots fonctionnant dens ces conditions est donc toujours oxydante.
Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir des fontes de qualité en 1ère fusion et qui sont élaborées en atmosphère réductrice et coulées à haute température.
Le procédé consiste à fondre des matières métalliques ferreuses telles que fonte, ferrailles, tournures, mélan - gées de combustibles divers, coke, charbon anthraciteux, etc... dans des cubilots soufflés par des fluides conte - nant de l'oxygène et réchauffés à haute température, tels que ; air seul ou additionné d'oxygène, mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou de Co2 etc... les charges étant cal-;
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culées pour donner des quantités relativement importantes de laitiers peu-ferrugineux à point de fusion élevé et une allure réductrice de la zone de fusion.
Pour remplir des conditions il faut augmenter la pro- portion de carbone qui correspondrait à une marche en coke de fonderie mais on peut faire appel à des cokes métallur- giques à teneur en cendres relativement élevée (de 15 à 20%) à des agglomérés ou à des charbons barrés de préféren- ce anthraciteux. On ajoute aux charges une proportion de calcaire sensiblement plus élevée que dans les fusions aux cubilots ordinaires. On obtient ainsi une atmosphère réductrice dans la zone de fusion en raison de l'emploi d'une proportion suffisante de carbone dans les charges et également du fait que ce carbone peut être divisé, par exemple, dans les charbons barrés et plus réactifs que le coke de fonderie.
On obtient en outre une température de fusion beaucoup plus élevée que dans les cubilots ordi - naires ou dans les cubilots soufflés au vent chaud fonc- tionnant avec 8 à 10% seulement de coke.
Il en résulte que le laitier obtenu, beaucoup plus abondant que dans les fusions normales et élaboré à hau- te température en atmosphère réductrice est peu ferrugi - neux et par suite à point de fusion élevée.
Le métal chargé dans le cubilot : fonte ou acier tra- verse dès lors dans la zone de fusion la couche épaisse de laitier à très naute température ; dans ce trajet les fines gouttelettes de fonte se surchauffent et prennent une tem pérature voisine de celle du laitier. On obtient ainsi la surchauffe de la fonte qui peut être coulée à une tempéra- ture de 1600 et plus. Cette fonte élaborée en atmosphère réductrice est dès lors de bonne coulabilité.
Si l'on traite dans les conditions ci-dessus un mélan- ge de coke métallurgique plus ou moins cendreux et de fer- railles on obtient des fontes à bas carbone et à faible teneur en phosphore. Si le combustible est constitué par des charbons barrés anthraciteux ou par un mélange de coke
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métallurgique et d'anthracite la division du carbone dans la zone de fusion conduit à l'obtention de fontes beaucoup plus carburées.
La fusion des fontes en atmosphère réductrice permet d'ajouter aux charges, des métaux tels que le nickel, le manganèse qui sont fondus sans perte sensible. On peut remplacer ces métaux par des agglomérés d'oxyde et de com- bustible qui donnent lieu dans la zone de fusion à une ré- duction directe des oxydes et à la formation du métal qui passe dans la fonte. Des agglomérés d'un combustible quel- conque et de minerai de fer donnent lieu par leur traite - ment dans les conditions ci-dessus à la production de fon- te. On peut également traiter dans les mêmes conditions les tournures de fonte et les tournures d'acier préala - blement broyées en les agglomérant avec un combustible.
Four l'obtention de fonte phosphoreuse à partir de ferrailles on pourra ajouter aux charges soit des phos - phates tricalciques, soit des agglomérés de combustibles et de phosphates.
Nous avons vu que la fusion des fontés ou ferrailles en présence de vent suffisamment cnaud avec des propor - bions convenables de carbone donnait une zcne de fusion réductrice à température élevée. Il est possible d'intro- duire dans cette zone un apport de matières oxydantes tel- les que la vapeur d'eau ou de l'oxyde de fer, on constate alors que le phosphore des cnatges est oxydé et passe dans le laitier On a donc ainsi un moyen d'obtenir au cubilot à vent chaud, des fontes affinées qui sont pratiquémment exemptes de phosphore.
Les fontes obtenues par le procédé ci-dessus indiqué peuvent être utilisées pour la coulée directe des pièces de fonderie même si le lit de fusion ne comporte que des ferrailles. On peut obtenir dans ce cas à volonté des fontes perlitiques homogènes et de grande résistance et supprimer tous les lingotages qui sont généralement em- ployés dans les fonderies utilisant des charges à forte
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proportion d'acier.
Sans addition de ferro-silicium aux charges, on obtient directement des alliages qui peuvent être utilisés pour la fabrication de la fonte malléable.
Enfin la fusion des fontes ou ferrailles dans les con- ditions ci-dessus indiquées donne des sous-produits de gran- de valeur : laitiers et gaz, Les laitiers peuvent être gra- nulés et Utilisés pour la fabrication du ciment. Enfin les gaz obtenus au cours de ces fusions sont combustibles, et leur pouvoir calorifique est analogue à celui des gaz de hauts fourneaux dans la marche à l'air chaud, et notable - ment plus élevé dans les marches avec fluides plus riches en oxygène. Une fraction de ces gaz peut être utilisée pour le rechauffage direct du vent dans des réchauffeurs continus ; le reste est disponible pour tous4sages indus- triels.
RESUMA 1 ) procédé de fabrication de fontes de qualité obtenues en première fusion coulées à haute température et de gran- de coulabilité consistant à fondre des matières métalliques ferreuses (fontes, ferrailles ou tournures, ou agglomérés de minerai et combustible) mélangées de combustibles divers (coke, charbon anthraciteux, etc...) dans des cubilots soufflés par des fluides contenant de l'oxygène et réchauf- fés à haute température, les charges étant calculées pour donner des quantités relativement importantes de laitiers peu ferrugineux, à point de fusion élevé et des gaz com- bustibles à température relativement basse dont une frac- tion est utilisée dans des réchauffeurs continus pour le réchauffage des fluides soufflés dans le cubilot .
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Patent of Invention Process for manufacturing cast iron produced at high temperature.
The production of pig iron in ordinary foundry cupolas generally gives a metal which is cast at a temperature which rarely exceeds 1350 for a coke consumption of the order of 10%.
The smelters attach to the use of smelting coke with an ash content of less than 10%
To obtain hotter mows, it is necessary to increase the proportion of fuel and often to use special cokes, very little ashy, not very reactive and naturally much more expensive than metallurgical coke. It is thus possible to obtain cast irons around 1400 while increasing the coke consumption to around 13 to 15%.
The loss on ignition of ordinary cupolas is generally of the order of 3 to 5%. This loss arises from the oxidation during the melting of a fraction of the iron and of certain elements of the charge such as silicon, r
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manganese. The oxides produced pass into the slag, the latter becoming alos a black-colored ferrous silicate with no industrial value.
When the cupola is used for smelting scrap metal with the aim, for example, of obtaining iron for converters, the fuel expenditure is much higher and in this case the loss on ignition increases appreciably; it can reach 20% for 100% scrap metal mergers.
In recent years hot blast cupolas have been used for the purpose of reducing metallurgical coke consumption and increasing the temperature of the cast iron.
In some cases, it has been possible to reduce the consumption of foundry coke to around 8% by obtaining cast clippings at 1500. This was achieved by using auxiliary heaters in which the heating of the wind was obtained by the use of a special fuel, usually coal. These devices therefore give a reduction in the coke used for smelting pig iron but require the use of an auxiliary fuel. The elaborate slags are always siliceous and black and the losses on ignition are more or less the same as for cold blast cupolas; the melting zone of cupolas operating under these conditions is therefore always oxidizing.
The process according to the invention makes it possible to obtain quality cast irons from the first melt which are produced in a reducing atmosphere and cast at high temperature.
The process consists in melting ferrous metallic materials such as cast iron, scrap iron, turnings, mixtures of various fuels, coke, anthracite coal, etc. in cupolas blown by fluids containing oxygen and heated at high temperature, such as; air alone or with the addition of oxygen, a mixture of oxygen and water vapor or Co2, etc., the loads being cal-;
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abutments to give relatively large amounts of low-ferruginous slag with a high melting point and a reducing appearance of the melting zone.
To meet the conditions, the proportion of carbon that would correspond to a foundry coke process must be increased, but metallurgical cokes with a relatively high ash content (from 15 to 20%) can be used in agglomerates or with barred charcoals, preferably anthracite. A significantly higher proportion of limestone is added to the fillers than in ordinary cupola melts. A reducing atmosphere is thus obtained in the melting zone owing to the use of a sufficient proportion of carbon in the charges and also to the fact that this carbon can be divided, for example, in barred carbons and more reactive than the carbon. foundry coke.
In addition, a much higher melting temperature is obtained than in ordinary cupolas or in hot blown cupolas which operate with only 8-10% coke.
As a result, the slag obtained, which is much more abundant than in normal melts and produced at high temperature in a reducing atmosphere, is not very ferruginous and therefore has a high melting point.
The metal loaded in the cupola: cast iron or steel therefore passes through the thick layer of slag at a very high temperature in the melting zone; in this path, the fine droplets of cast iron overheat and take a temperature close to that of the slag. This results in the superheating of the cast iron which can be poured at a temperature of 1600 and above. This cast iron, produced in a reducing atmosphere, therefore has good flowability.
If a mixture of more or less ashy metallurgical coke and scrap is treated under the above conditions, low carbon and low phosphorus cast irons are obtained. If the fuel consists of charcoal barred coals or a mixture of coke
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metallurgical and anthracite division of the carbon in the melting zone leads to the production of much more carburized cast irons.
The melting of cast irons in a reducing atmosphere makes it possible to add to the fillers, metals such as nickel and manganese which are melted without appreciable loss. These metals can be replaced by agglomerates of oxide and fuel which give rise in the melting zone to a direct reduction of the oxides and to the formation of the metal which passes through the cast iron. Agglomerates of any fuel and iron ore give rise, by their treatment under the above conditions, to the production of smelting. Cast iron turnings and previously ground steel turnings can also be treated under the same conditions by agglomerating them with a fuel.
In order to obtain phosphorous iron from scrap iron, it is possible to add to the feedstocks either tricalcium phosphates or agglomerates of fuels and phosphates.
We have seen that the melting of cast iron or scrap in the presence of sufficiently strong wind with suitable proportions of carbon gives a reduction of melting at high temperature. It is possible to introduce into this zone a supply of oxidizing materials such as water vapor or iron oxide, it is then observed that the phosphorus in the cnatges is oxidized and passes into the slag. thus thus a means of obtaining with the cupola with hot blast, refined castings which are practically free of phosphorus.
The cast irons obtained by the above-indicated process can be used for the direct casting of foundry parts even if the melting bed contains only scrap. In this case, homogeneous and high resistance pearlitic cast irons can be obtained at will and all ingots which are generally used in foundries using high loads can be eliminated.
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proportion of steel.
Without the addition of ferro-silicon to the fillers, alloys are obtained directly which can be used in the manufacture of malleable iron.
Finally, the melting of cast iron or scrap under the conditions indicated above gives valuable by-products: slag and gas. The slags can be granulated and used for the manufacture of cement. Finally, the gases obtained during these fusions are combustible, and their calorific value is similar to that of blast furnace gases in hot air operation, and notably higher in markets with fluids richer in oxygen. A fraction of these gases can be used for direct reheating of the wind in continuous heaters; the rest is available for all industrial uses.
SUMMARY 1) manufacturing process for quality cast irons obtained by first melting cast at high temperature and of great flowability consisting in melting ferrous metallic materials (cast iron, scrap or turnings, or agglomerates of ore and fuel) mixed with various fuels ( coke, anthracite coal, etc ...) in cupolas blown by fluids containing oxygen and heated at high temperature, the charges being calculated to give relatively large quantities of low-ferruginous, high-melting-point slag and relatively low temperature fuel gases, a fraction of which is used in continuous heaters for reheating fluids blown into the cupola.
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