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PRùàIIà± BAVER 9àl3RIOEàTI0N L'ELABORATION PROCEDE POUR LA FABRICATION ET L'ELABORATION DE L Il ACIER THOMAS '
La production de L'acier Thomas a été jusqu$ici basée sur un procédé métallurgique remarquable; mais cet acier est coulé et élaboré successivement dans des canditians défavorables, qui ne permettent pas d'obtenir des caractéristiques chimiques, physiques et mécaniques suffisantes pour répandre aux tendances modernes de la. construction du Génie Civil et de la Mécanique*
Dans certains cas,, seules sont en cause les conditions de coulée et de la,minage etc.., du métal.
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Dams d'autres cas, au contraire, il faut améliorer aussi les qualités chimiques et physiques du métal par des procédés spéciaux.
L'invention & pour objet de compléter à cet effet les méthodes habituelles et de coordonner les multiples opérations qui constituent l'ensemble de la production.
Il est connu depuis longtemps qu'on peut éliminer par oxydation le phosphore et d'autres éléments d'un métal fondu, en le coulant dans Un laitier liquide approprié, ou en le mettant En contact avec du laitier oxydant déphosphorant solide, préalable- ment chauffé. quel que soit le procédé applique et adopté, il entraîne des installations nouvelles et l'obligation de coordonner dans le temps l'ensemble des opérations.
Si cette coordination n'est pas méthodiquement réalisée, le retard apporté dans les opérations Thomas supprime tout l'inté- rêt économique de l'application de 1'*Un ou l'autre des procédés envisagés.
Il faut donc, si possible, simplifier, car si l'on veut ultérieurement transformer l'acier Thomas au four électrique, ou lui faire subir un traitement de lavage par laitier liquide, tel qu'il est proposé par le brevet Paul GIROD N 738.493 du 9 Juillet 1931, il faut encore coordonner la. préparation de ce laitier de manière à intervenir sans aucun retard, à la suite des deux précé- dentes opérations : travail au convertisseur Thomas et déphospho- ration.
La. déphosphoration sera poussée par l'addition au laitier déjà en action d'un laitier calcaire-ferrugineux, de préférence pré-chauffé, laitier qui peut être ajouté aussi après évacuation partielle ou totale du laitier déjà en soufflage dans le couver- tisseur. On arrive ainsi à la production d'un métal Thomas suffi- samment déphosphoré pour éviter une mouvelle opération spéciale de déphosphoration, après le. coulée hors du convertisseur Thomas.
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Cette dephosphoration poussée de l'acier Thomas peut aussi
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être obtenue par soufflage,a la. fin de l*opération, d'air suroxy- gêné ou d'oxygène pratiquement pur, ce qui ! pour conséquence une déphosphortion très accentuée sans refroidissement de l'acier
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Thomas, et comme autre conséquence indirecte,, l.oxydation de l'zote qui est ainsi éliminé, L'oxygène est produit a.ait : pQtT des électrolyseurs et accumulé dans un gazomètre, tandis que l'hydrogène séparé est également envoyé dans un gazomètre, d'où il est dirigé sur les
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conduites de gaz de.l*usine; soit par .1%q4àtiqà de l*air et séparSLtion de l'oxygène et l'azote de celui-ci.
L'acier Thomas ainsi traité peut être coulé avec , des teneurs , en phosphore d'environ 0,030 et même mains, suivant la. quantité d'oxygène: insufflé. On a alors un métal dont la composition chimi- que. permet, pour les applications-courantes, d'éviter une déphos-
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phortion spéciale hors du Ôhamas.
Dans ce cas , il y a intérêt à fire au convertisseur, avant. la. coulée, les additions de manganèse et éventuellement de , silicium à. l'état préchauffé au de préférence fondu; .le manganèse
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et le silicium pouvant être * ajaatéa séparément ou, , sous # forme d'al- liage: notamment de silica-manganèse. On peut aussi ajouter encore plus avantageusement, au point de vue technique, des silico-manganèse- àlummiua, à la teneur de 2.0 à. 2z% de manganèse, 10 12% de sili- cium, 10 à 18% d*aluminium; cet alliage ayant comme avantage de danner comme produits de réduction des oxydes contenus dans l-acier, des multi-silicates à point de fusion relativement bas et très fluides, ce qui facilite leur évacuation par remontée en surface.
On peut,si nécessaire, faire. des additions fixes.
Si l'acier ainsi produit est directement coulé, il ne faut pas le couler suivant l'ancien usage, le petit hautdu lingot en haut et sans aucune précaution, car la méthode de coulée est pour beaucoup dans les imperfections de l'acier Thomas laminé. Il faut
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couler le gros bout en haut et avec masselotte, soit en source, soit par jet, direct.
Si l'on a pris ces précautions inusitées jusqu'ici pour L'acier Thomas, on arrive à un métal dont la rendement en produit fini est très supérieur à ceux qu'on obtenait ordinairament, ce qui paye .les précautions prises.
D'autre part,. les qualités physiques et mécaniques de l'acier permettent de satisfaire aux conditions aggravées des Cahiers des Charges pour aciers ordinaires.
Il est cependant des cas où il est nécessaire d'améliorer encore les qualités physiques et mécaniques de cet acier.
Il faut alors procéder soit au passage de l'acier dans un four électrique, éventuellement après déphosphoration complémen- taire, par exemple suivant le brevet Paul Girod du 26 Février 1938, pour arriver aux teneurs imposées pour les aciers spéciaux, soit procéder à un lavage de l'acier par laitier liquide, opération connue (brevet Paul Girod N 738.493 du 9 Juillet I93I) mais avec , des modalités d'application nouvelles, ayant pour base la prépa- ration d'un laitier et d'additions dans des conditions spéciales qui sont lea suivantes
Le laitier est fondu dans un. four électrique: à sole con- ductrice, éventuellement à revêtement en carbone comprimé ou bri- queté, la sole étant dans ce cas conductrice, le four à une seule électrode.
Les fours les plus qualifiés pour, cet emploi sont ceux que l'inventeur a brevetés au cours des années 1900 à 1910. Bien que le four monophasé à une seule électrode soit préférable, on peut aussi employer un four triphasé, mais,dans ce cas, le neutre (selon un de ces anciens brevets) doit être à la sole.
L& solution la meilleure est représentée par le dispositif ci-dessous, le plus simple, qui offre l'avantage de constituer un revêtement non dissous par le laitier à fondre.
Il s'agit, d'un four monophasée biphasé au triphssé dans ces deux cas, sale point neutre} dont le revêtement est constitué
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par du graphite aggloméré au briqueté qui nest pas rongé par les laitiers extra-fluides, dont il est fait usage pour la désoxyda- tion de l'acier, pour assurer le fonctionnement d'un four à pôles noyés non dans une maçonnerie/conductrice, on dispose au fond du four, avant le chargement du laitier, une certaine quantité de riblons d'acier, de tourn.ure ou de fonte, qui constitué soit la jonction électri- que avec les pâles noyés, soit le point neutre, dans le ces où il s'agit d'un four polyphasé.
Dans les deux cas, sole conductrice métallique du revête- ment et sole conductrice en carbone, le laitier à fondre est constitué le plus souvent par de la chaux, de la silice, du spath- fluor, de la bauxite, mais plus spécialement ,en vue de faciliter les opérations, notamment la désulfuration, par du granit, du porphyre, au des matières appropriées, capables de former avec la chaux ou la silice, un laitier ultra-fluide, à haute température.
On signalera comme tout spécialement avantageuse l'utili.- sation de feldspath à haute teneur en aluminates, au à défaut ob- tenu par enrichissement, en traitant du granit dont le quartz et le mica sont en tout ou partie éliminée. On a alors, comme réactif principal des almminates de chaux, de sodium et de patas- sium, d'une part très fusibles, dont l'action physique et chimique, d'autre part, sur les oxydes combinés ou en suspension dans l'acier, ainsi qu'en général sur toutes les matières minérales en suspension dans l'acier fondu, est la plus active, et la plus effective.
Ces laitiers peuvent être employés soit à l'état fondu, soit à l'état fortement préchauffé, de préférence dans un four tournant, pour agir sur les inclusions de l'acier et notamment sur la désulfuration de celui-ci. Il est bien entendu que l'on peut remplacer le feldspath naturel par des aluminates de même nature obtenue artificiellement par des mélanges appropriés .
Economiquement, cependant, il y a tout intérêt à utiliser un pro- duit naturel dont le prix de revient est infiniment inférieur à celui qui peut résulter de mélanges artificiellement pratiqués.
Pour rendre plus active la désulfuration réalisée en grande
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partie par les aluminates du feldspath, on peut ajouter éventuel- lement de la saude qui constituera, avec les autres éléments du laitier, des silicates alcalins, notamment alumineux.
Le brevet Paul Girod du 9 Juillet I93I prévoyait déjà le chauffage de ce laitier au four électrique, solution la plus simple car l'arc qui se produit entre la sole et l'électrode ou entre l'électrode et la masse métallique chargée, se praduit dans le laitier lui-même, et le chauffe dans les conditions les plus avan- tageuses, au point de vue transmission de la chaleur.
La. matière conductrice ou intermédiaire entre l'électrode et la sole conductrice peut être constituée par tout métal ou alliage approrpié, notamment par de la fonte, mais dans le cas de production d'acier extra-doux, il est nécessaire de diminuer la teneur en, carbone de cette fonte au des alliages par des additions de silicium au d'alliages de celui-ci, notamment de silico-manga- nèse, ou mieux encore de silico-manganèse-aluminium, ce qui a pour conséquence de transformer la fonte eu l'alliage considéré en alliage siliceux qui ne contient plus que des quantités réduites de carbone.
1:1 résulte des expériences faites par l'inventeur, que le fer, au contact d'une sole de carbone ou de carbone ajouté, soumis à la haute température de l'arc électrique, arrive à des teneurs en carbone très élevées, ,.que, par, conséquent la précipitation de ce carbone, par l'addition de silice, représente le, mise en liberté d'un réducteur doutant plus puissant et effectif qu'il agit dans la masse elle-même, à l'état de statua nacendi, sous forme molé- -oulaire, c'est là une action toute nouvelle qui constitue une caractéristique, essentielle de l'invention.
Cette précipitation du graphite par addition de silicium ou tout autre métl approprié a. pour conséquence de faire passer ce carbone dans le laitier, dont il réduit les oxydes que le laitier pourrait tenir en suspension, notamment ceux qui résultent de l'utilisation du laitier pour une au plusieurs désoxydations,
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c'est là un moyen pratique et économique de régénérer le laitier déjà utilisé.
D'autre part, on peut se servir de cette réaction pour réduire des oxydes intentionnellement ajoutés, en vue de leur réduction, pour former le métal ou les alliages nécessaires à la réaction désoxydante ou la mise au point du métal qui est ajouté à l'acier dans la poche, avant ou,pendant le brassage avec le laitier désoxydant. 0"est ainsi qu'on fait passer dans le métal qui est placé sur la sale des éléments, réducteurs tels que le silicium, l'aluminium, le manganèse au tout autre métal au allie.se convenable à l'opération visée.
Il est à remarquer que le carbone libéré de la fonte peut, par réduction des lait,iers, produire des quantités appréciables de calcium qui, passant dans le métal, joue un très grand rôle dans la désoxydation et l'enlèvement de l'azote de l'acier à trai- ter par les laitiers qui sont extraits du four avec le métal, dans le plus court délai possible après réduction visée.
Dans le cas où la quantité d'oxydes à réduire' dans le lai- tier est plus forte que celle que peut réduire le graphite libéré de la fonte, on ajoute au laitier les réducteurs convenables en quantité convenable, notamment du carbone sous n'importe quelle forme.
Il va sans dire, qu'au lieu de produire les alliages par réduction d'oxygène dilué dans le laitier, on peut les ajouter directement sous forme solide, préchauffés au fondus dans le four.
On peut,par réduction, moyennant addition de réducteur et notamment de carbone dans le laitier fondu ou par additions directes sous forme métallique, ajouter à ce métal constituant la sole conductrice toutes additions fixes au désoxydantes telles que cnrome, molybdène, titane, aluminium, notamment en vue d'as- surer l'élimination de l'azote en suspension ou en combinaison dans le métl à traiter. Il y a intérêt à ce que le four dans lequel se fait la fusion des alliages et du laitier soit organisé de telle façon qu'il puisse être transporté Près du convert.is- seur Thomas, afin qu'il n'y ait que des pertes de chaleur minimes
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avant l'addition de ce métal et du laitier à l'acier Thomas.
La méthode opératoire pour cette addition est la suivante:
On coule dans la poche recevant le métal Thomas, ou tout autre acier ou alliage, d*abord l'alliage .constituant la sole conductrice du four, puis la totalité du laitier, pendant que commence la coulée de l'acier Thomas.
On peut aussi, pour ménager le mécanisme de coulée de la poche, verser d'abord un peu d'acier Thomas dans le fond de la poche, après quoi l'opération d'addition des alliages et du laitier fondu est effectuée, comme ci-dessus indiqué. L'acier Thomas ainsi traité se trouve être débarrassé des oxydes en suspension, toutes ses impuretés remontant en surface, absorbées chimiquement et physiquement dans le laitier.
L'expérience a permis de réaliser le traitement d'une deuxiè. me coulée, ¯en coulant dans la* même.pèche, immédiatement après le traitement, une deuxième couche d'acier Thomas, coulée qui doit s'effectuer de très haut,, afin de réaliser le brassage intensif.
Il va sans dire qu'il y a lieu de tenir compte, dans les quantités de laitier et d'alliages à préparer, de cette deuxième charge d'acier à traiter. Etant donné la rapidité des opérations au con- vertis,ueur, la. possibilité de traiter deux coulées successives dans la même poche offre un avantage technique et économique important.
Le métal Thomas peut être coulé directement. selon la métho- de ci-dessus indiquée, c'est-à-dire avec des précautions qui n', ont jamais été prises jusqu'à maintenant.
Le procédé de lavage par laitier fondu, tel qu'il est décrit, peut être appliqué non seulement à l'acier Thomas, mais à tout autre acier obtenu dans un appareil quelconque, notamment, conver- tisseur Bessmer, four Martin, four électrique ou tout autre appareil utilisable pour la fusion de matières mêmes solides, le traitement étant appliqué,au métal fondu pendant la coulée.
Il peut aussi, dns des cas spéciaux, après enlèvement des laitiers de fusion éventuellement oxydants, être appliqué dans le four de fusion lui-même, en vue d'accélérer les opérations qui.
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qui se font d'habitude par laitiers ou alliages fondus dans la four et n'agissant que lentement, lorsqu'il n'y a pas agitation, comme c'est le cas par une addition d'alliage fondu et de laitier fondu, Inaction du laitier et des alliages ajoutés fondus pouvant, .par coulée immédiate, faire le brassage qu'on n'obtient généra- lement que par la coulée séparée du métal et des laitiers éven- tuellement additionnés de réducteurs et même' d'additions fixes.
Dans ce cas, il Peut y avoir intérêt, après le lavage par orassage, à recharger l'acier ou le métal dans le four dont il a été extrait, ou dans un autre, pour achever la mise au point qu'on a en vue.
!autre part, le traitement par laitier liquide tel que défini ci-dessus,'additionné ou non d'alliages désoxydants ou fixes, peut être appliqué à,tout métal ou alliage autre que le fer et l'acier, comme cela est défini ci-dessus.
Le procédé peut notablement servir à la purification des cuivres, laitons, ferra-nickels , etc...
REVENDICATIONS
Procédé pour l'amélioration de l'acier Thomas, tout autre acier ou tout autre alliage auquel le procédé peut être appliqué.
Ce procédé vise tout spécialement l'amélioration de licier Thomas .
A' cet effet, celui-ci doit être au préalable amené à une teneur en phosphore, dans le convertisseur au en dehors, par un procédé quelconque, qui n'intervienne pas défavorablement sur lésa qualités du produit, final à obtenir.
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