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" Perfectionnements relatifs à la bessemerisation de métaux ferreux ".
La présente invention est relative à la bessemerisa- tion de métaux ferreux et plus particulièrement à la dé- phosphoration de métaux ferreux affinés par le procédé Bessemer acide. Elle a notamment trait à un procédé perfectionné de bessemerisation acide et de déphosphora- tion de métaux ferreux en fusion, procédé offrant un certain nombre d'avantages importants.
Aux Etats-Unis, on utilise sur une grande échelle le convertisseur Bessemer acide pour affiner les métaux ferreux, mais par suite de la nature acide de la matière de revêtement et de la scorie du convertisseur, il n'est pas possible de déphosphorer avec efficacité le métal
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ferreux dans ce convertisseur . Lorsque l'on désire obtenir un métal Bessemer à basse teneur en phosphore, on choisit soigneusement le métal chargé dans le convertisseur pour sa faible teneur en phosphore . La bessemerisation du mé- tal entraîne un accroissement de sa concentration en phos- phore, par suite des pertes métallurgiques et physiques qu'elle comporte . L'augmentation de la teneur en phospho- re d'une chaude de métal ferreux en fusion pendant la bessemerisation peut atteindre 10% de la teneur initiale en phosphore du métal.
L'industrie métallurgique a besoin de quantités importantes de métal affiné Bessemer acide ayant une te- neur en phosphore inférieure à celle du métal Bessemer . acide que l'on peut obtenir par le procédé classique, même en contrôlant avec le plus grand soin la teneur en phosphore de la charge du convertisseur. Il est de plus en plus difficile de répondre à ce besoin, à cause de la diminution rapide des quantités disponibles de minerai de fer à faible teneur en phosphore.
On a proposé un certain nombre de procédés pour dé- phosphorer le métal Bessemer acide et plusieurs ont reçu une application industrielle en l'absence de procédés meilleurs. Dans tous ces procédés, il est nécessaire d'ef- fectuerune séparation assez nette entre le métal Bessemer affiné et la scorie fortement acide du convertisseur avant déphosphoration. Il faut conduire cette déphosphoration du métal Bessemer en milieu basique, une scorie de déphos- phoration efficace étant fortement basique et présentant également des caractéristiques oxydantes- Ainsi, lorsque le métal doit être déphosphoré, il ne doit pas posséder de quantités nuisibles de scorie Bessemer acide qui gêne- rait la réaction de déphosphoration.
On effectue celle-ci
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dans un récipient dans lequel on verse le métal Bessemer affiné provenant du convertisseur. Comme on l'a indiqué plus haut, il est important, qu'au moment de la déphospho- ration, il n'existe pas, dans le métal, de quantités sensibles de scorie Bessemer acide. On introduit les réac- tifs de déphosphoration, généralement un mélange de chaux, d'oxyde de fer et d'un mélange fondant tel qu'un spath, dans le récipient de déphosphoration, habituelle- ment pendant qu'on y coule le métal Bessemer affiné.
Les procédés de déphosphoration utilisés jusqu'à présent affrent un certain nombre d'inconvénients. On a constaté que, pour fournir la chaleur demandée par la réac- tion de déphosphoration et, spécialement, pour contrebalan- cer l'effet de refroidissement qui se produit lorsqu'on ajoute au métal des réactifs de déphosphoration froids ou non en fusion, il est nécessaire d'effectuer l'opéra- tion Bessemer à une température supérieure à sa tempéra- ture finale normale afin de donner au métal une certaine surchauffe ; par contre, cela influe d'une manière nuisi- ble sur la qualité du métal affiné, soit en le suroxydant, soit en augmentant de façon indésirable sa teneur en azote, soit en provoquant ces deux actions. La teneur en azote du métal Bessemer s'élève avec augmentation de la température maximum de bessemerisation.
De plus, la scorie axydante de déphosphoration oxyde de façon indésirable le carbone et le manganèse résiduels présents dans le métal bessemerisé avant la déphosphora- tion. On peut compenser ce phénomène jusqu'à un certain point en terminant l'affinage dans le convertisseur quelque peu avant la fin de l'opération, c'est-à-dire en ajoutant une quantité supplémentaire de carbone et de manganèse pour compenser l'effet d'oxydation ultérieur de la scorie de déphosphoration, mais cela n'est pas pleinement satis-
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faisant parce qu'il est difficile ou virtuellement impos- sible de déterminer le degré d'oxydation de manière à obtenir les caractéristiques finales désirées du métal.
Plus la quantité du phosphore à enlever est grande, plus il faut utiliser de réactifs déphosphorants. Plus cette quantité de réactifs déphosphorants est grande, plus on perd le contrôle des caractéristiques du métal affiné, par suite de l'influence de l'oxydation secon- daire . Cette aggravation devient si prononcée qu'il n'est pas possible de tenter d'éliminer plus d'environ 50 % du phosphore initial et, la teneur en phosphore des charges de Bessemer augmentant constamment, à cause de la rareté croissante de minerais de fer à faible teneur en phosphore, il est souvent insuffisant d'é- liminer du métal affiné du convertisseur même 50% de phosphore.
La demanderesse a trouvé un procédé de déphosphora- tion de métal Bessemer en fusion qui présente des avanta- ges importants sur les procédés antérieurs. La deman- deresse déphosphore le métal Bessemer avant achèvement de la bessemerisation. Elle déphosphore le métal ferreux pour l'affiner au-dessous de la valeur finale désirée . Elle sépare le métal partiellement affiné de la scorie du convertisseur, déphosphore le métal, puis achève la bessemerisation de ce dernier. De préfé- rence, elle bessemerise le métal ferreux jusqu'à ce que la scorie du convertisseur présente un état sensiblement non fluide, elle penche le convertisseur et en déverse le métal tout en retenant la scorie dans le convertisseur; elle déphosphore le métal, puis en termine la bessemerisa tion .
On peut terminer la bessemerisation dans le con- vertisseur qui a été utilisé pour la bessemerisation initiale ou dans un convertisseur différent. Dans un cas
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ou dans l'autre, on effectue les bessemerisations initiale et finale dans un milieu acide tandis que la déphosphora- tion s'accomplit dans un milieu basique et oxydant. De préférence , on bessemerise d'abord le métal en fusion dans un convertisseur Bessemer acide jusqu'à ce que la scorie de ce convertisseur atteigne sensiblement son état de moindre fluidité, après quoi on penche le convertisseur et on déverse le métal dans le récipient de déphosphora- tion en maintenant la scorie dans ce convertisseur. On peut introduire les réactifs de déphosphoration dans le réci- pient pendant qu'on y coule le métal.
A la fin de la réac- tion de déphosphoration, on sépare du métal la scorie basi- que de déphosphoration puis, de préférence, on verse le métal dans un convertisseur pour achever la bessemerisation.
On peut achever cette opération dans le même convertisseur (qui peut contenir ou ne pas contenir la scorie acide initiale) ou dans un autre .
Pendant la bessemerisation acide d'un métal ferreux en fusion il y a un moment où la scorie du convertisseur atteint un état tel qu'elle reste en contact avec la pa- roi du convertisseur et qu'elle ne s'en échappe pas avec le métal affiné lorsqu'on penche le convertisseur pour déverser le métal. La scorie du convertisseur forme des masses visqueuses relativement grandes qui viennent en contact les unes avec les autres et avec les parois du convertisseur pour former un pont au-dessus du métal qui s'écoule et restent dans le convertisseur.
La demanderesse . met à profit ce changement d'état de la scorie pour interrcm pre la bessemerisation et pour déverser le métal partielle- ment bessemerisé au-dessous de la scorie au moment où celle-ci, par suite de ses caractéristiques inhérentes, reste dans le convertisseur et n'en sort pas en même temps
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que le métal. On peut obtenir de cette manière une séparation très nette du métal et de la scorie du convertisseur.
Une difficulté qui se présentait auparavant pendant la déphos- phoration, même lorsqu'on n'effectuait celle-ci qu'à la fin de la bessemerisation, consistait à réaliser d'une manière économique une séparation nette entre le métal et la scorie du convertisseur, car une quantité notable de scories dans le métal aumoment de la réaction gêne, de fa- çon considérable, la réaction de déphosphoration.
Jusqu'à présent, on versait dans le récipient de déphosphoration le métal et la scorie du convertisseur puis on éliminait la scorie au ringard, ou bien, on essayait, au moyen d'un instrument en bois semblable à un ringard, de mainte- nir la scorie et de l'empêcher ainsi de sortir du convertis- seur pendant la coulée du métal, ce qui permettait d'intro- duire les réactifs de déphosphoration pendant la coulée du métal hors du convertisseur. Cependant, on avait de grandes difficultés à maintenir efficacement la scorie par ces moyens, car à la fin d'une opération de soufflage complète, la scorie est assez fluide et tend à s'écouler avec le métal.
La demanderesse a complètement surmonté cette diffi- culté en interrompant la besemerisation au moment où la scorie offre les caractéristiques susmentionnées, ce qui permet de verser le métal hors du convertisseur, tandis que la scorie y reste d'elle-même, ce qui donne une sépara- tion parfaite.
La composition chimique et les caractéristiques physi- ques de la scorie du convertisseur changent sensiblement pendant la bessemerisation. Dans les premiers stades de l'opération de soufflage, au moment où l'on élimine princi- palement du silicium et une certaine quantité de manganèse, la scorie du convertisseur a une teneur élevée en oxyde de fer (FeO) . A ce moment de l'opération de/soufflage, la-
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scorie consiste en départies à peu près égales d'oxyde de fer et de silice (SiO ) et elle a une consistance extrê- mement faible et fluide par suite de sa teneur relative- ment élevée en oxyde de fer.
Plus tard, pendant la chauffe, après oxydation d'une certaine quantité de carbone à la suite de l'enlèvement presque complet du silicium et du manganè- se, la composition chimique ainsi que la consistance de la scorie changent de façon marquée . Par exemple, une minu- te environ après le début de la période d'élimination du carbone, la teneur en silicium est supérieure d'environ un quart à la teneur en oxyde de fer et la scorie est sensiblement moins liquide ou fluide . Plus tard, lors de la période d'élimination du carbone, pendant que le carbone réduit la teneur en oxyde de fer, il se produit un accrois- sement graduel de la teneur en silice de la scorie d'affi- nage, jusqu'à ce que cette teneur devienne triple de celle en oxyde de fer.
Cela se produit d'ordinaire entre environ une minute et demie et trois minutes après le début de la période d'élimination du carbone. A ce moment, la scorie devient si réfractaire et sa température de fusion devient si élevée que, pour un moment, elle cesse pratiquement d'être liquide et forme des blocs (ou masses) visqueux, séparés, relativement grands. C'est de préférence à ce moment que la demanderesse déverse le métal du convertisseur dans le récipient de déphosphoration, ce qu'elle peut faire en séparant nettement le métal d'avec la scorie du conver- tisseur sans utiliser aucun dispositif tel qu'un ringard en bois pour retenir cette dernière . Le métal est débarrassé de la scorie à un point tel que l'on peut introduire les réactifs de déphosphoration pendant la coulée du métal.
Lors de l'opération de soufflage complète dans un convertisseur Bessemer, quand la charge est près d'être complètement soufflée c'est-à-dire quand l'élimination dési- @
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rée da carbone est sensiblement terminée, la proportion d'oxyde de fer de la scorie augmente de nouveau et, à la fi de l'opération de soufflage, la teneur de la scorie en oxyde de fer est sensiblement égale à la teneur en silice et la scorie devient à nouveau fluide et peu consistante.
Le procédé conforme à l'invention présente encore l'avantage de permettre d'effectuer la déphosphoration à une température plus faible qu'auparavant et de rendre inutile de surchauffer le métal soufflé comme on Ira dé- crit plus haut. La déphosphoration des métaux ferreux est facilitée à des températures plus basses et devient progressivement plus difficile à mesure que la température augmente. Avec les procédés classiques de déphosphoration des métaux de convertisseur complètement soufflés, le métal a une température maximum pendant la déphosphoration et il est même nécessaire de le surchauffer comme on l'a expliqué plus haut.
Si l'on ajoute les réactifs de déphosphoration à l'état non fondu, c'est-à-dire relative- ment froids, la surchauffe doit être même plus grande qu'autrement, afin de fournir au métal une température suffisante pour permettre sa manipulation dans les opéra- tions suivantes telles, par exemple, que le versage dans les lingots ou le mélange avec la scorie du silicate de fer dans la fabrication du fer obtenu par le procédé liston. Lorsqu'on utilise le procédé objet de la présente . invention décrit ci-dessus, la température maximum du métal au moment de la déphosphoration peut être de
111 à 167 plus faible qu'auparavant.
Un autre avantage du procédé conforme à l'invention est que l'on diminue fortement l'effet nuisible de l'oxy- dation secondaire d'éléments tels que le carbone et le manganèse pendant la déphosphoration, parce que le métal n'est que partiellement affiné lorsqu'on effectue la dé-
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phosphoration et que, pendant la bessemerisation finale, après déphosphoration, on peut exercer un degré voulu de contrôle, à la fois en ce qui concerne la composition chimique du métal et son degré d'oxydation.
La demanderesse a indiqué précédemment que, par sui- te de l'influence de l'oxydation secondaire qui prévaut dans la pratique classique, il a été difficile d'éliminer, jusqu'à présent, sensiblement plus de 50% du phosphore, sans introduire des complications indésirables dues à la réaction plus ou moins contrôlable d'oxydation secondai- re . Avec le procédé conforme à l'invention, on peut éliminer le phosphore en toute quantité sans aucun des effets indésirables de réaction d'oxydation secondaire, parce qu'on effectue la déphosphoration quand le métal est partiellement affiné et l'on peut réaliser la fin de la bessemerisation de telle manière que les effets de la réaction d'oxydation secondaire soient sans importance, même si on effectue une réaction énergique de déphosphora- tion afin d'éliminer le maximum de phosphore.
Bien qu'on ait décrit certains procédés actuellement préférés de mise en oeuvre de l'invention, il doit être bien entendu que l'invention n'y est pas limitée et qu'on peut la mettre en oeuvre de nombreuses autres manières.
REVENDICATIONS
1. Procédé de bessemerisation et de déphosphoration de métaux ferreux, caractérisé en ce qu'on bessemerise un métal ferreux pour l'affiner au-dessous de la valeur finale désirée, on sépare ce métal partiellement affiné de la scorie du convertisseur, on déphosphore le métal et on en achève ensuite la bessemerisation.
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"Improvements relating to the bessemerisation of ferrous metals".
The present invention relates to the bessemerization of ferrous metals and more particularly to the de-phosphorization of ferrous metals refined by the acid Bessemer process. In particular, it relates to an improved process for acid bessemerization and dephosphorization of molten ferrous metals, a process offering a number of important advantages.
In the United States, the Bessemer acid converter is widely used to refine ferrous metals, but due to the acidic nature of the coating material and the converter slag, it is not possible to dephosphorize efficiently. metal
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ferrous in this converter. When it is desired to obtain a Bessemer metal with a low phosphorus content, the metal charged in the converter is carefully chosen for its low phosphorus content. The bessemerization of the metal leads to an increase in its phosphorus concentration, as a result of the metallurgical and physical losses which it entails. The increase in the phosphorus content of a hot molten ferrous metal during bessemerization can reach 10% of the initial phosphorus content of the metal.
The metallurgical industry needs substantial quantities of the acidic Bessemer refined metal having a lower phosphorus content than that of the Bessemer metal. acid which can be obtained by the conventional process, even with great care in controlling the phosphorus content of the converter charge. It is increasingly difficult to meet this need because of the rapid decline in the available quantities of low phosphorus iron ore.
A number of methods have been proposed for dephosphorizing the acidic Bessemer metal and several have received industrial application in the absence of better methods. In all of these processes it is necessary to effect a fairly clean separation between the refined Bessemer metal and the strongly acidic converter slag before dephosphorization. This dephosphorization of the Bessemer metal must be carried out in a basic medium, an effective dephosphorization slag being strongly basic and also exhibiting oxidizing characteristics. Thus, when the metal is to be dephosphorused, it must not have harmful amounts of acid Bessemer slag which would interfere with the dephosphorization reaction.
We do this
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into a vessel into which the refined Bessemer metal from the converter is poured. As indicated above, it is important that, at the time of dephosphorization, there are not substantial amounts of acidic Bessemer slag present in the metal. The dephosphorizing reagents, usually a mixture of lime, iron oxide and a melting mixture such as spar, are introduced into the dephosphoric vessel, usually while the Bessemer metal is poured into it. refined.
The dephosphorization processes used up to now have a certain number of drawbacks. It has been found that in order to provide the heat required by the dephosphorization reaction and, especially, to counteract the cooling effect which occurs when cold or non-molten dephosphorization reagents are added to the metal, it is It is necessary to carry out the Bessemer operation at a temperature higher than its normal final temperature in order to give the metal a certain overheating; on the other hand, it adversely affects the quality of the refined metal, either by overoxidizing it, or by undesirably increasing its nitrogen content, or by causing both of these actions. The nitrogen content of the Bessemer metal rises with an increase in the maximum bessemerization temperature.
In addition, the axidizing dephosphorization slag undesirably oxidizes residual carbon and manganese present in the besemerized metal prior to dephosphorization. This phenomenon can be compensated to a certain point by completing the refining in the converter somewhat before the end of the operation, i.e. by adding an additional quantity of carbon and manganese to compensate for the subsequent oxidation effect of the dephosphorization slag, but this is not fully satisfactory.
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doing so because it is difficult or virtually impossible to determine the degree of oxidation so as to obtain the desired end characteristics of the metal.
The greater the quantity of phosphorus to be removed, the more dephosphorus reagents must be used. The greater this quantity of dephosphoric reagents, the more control over the characteristics of the refined metal is lost, owing to the influence of secondary oxidation. This aggravation becomes so pronounced that it is not possible to attempt to remove more than about 50% of the initial phosphorus and, the phosphorus content of Bessemer fillers constantly increasing, due to the increasing scarcity of iron ores. At low phosphorus content, it is often insufficient to remove refined metal from the converter even 50% phosphorus.
The Applicant has found a process for the dephosphorization of molten Bessemer metal which has significant advantages over the prior processes. The applicant dephosphorus the Bessemer metal before completion of the bessemerisation. It dephosphorus the ferrous metal to refine it below the desired final value. It separates the partially refined metal from the converter slag, dephosphorus the metal, then completes the bessemerization of the latter. Preferably, it bessemerizes the ferrous metal until the converter slag has a substantially non-fluid state, it tilts the converter and pours the metal therefrom while retaining the slag in the converter; it dephosphorus the metal, then completes its bessemerization.
The Bessemerization can be completed in the converter that was used for the initial Bessemerization or in a different converter. In one case
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or in the other, the initial and final bessemerizations are carried out in an acidic medium while the dephosphorization takes place in a basic and oxidizing medium. Preferably, the molten metal is first bessemerized in an acidic Bessemer converter until the slag from this converter substantially reaches its state of least fluidity, after which the converter is tilted and the metal is poured into the container. dephosphorization by keeping the slag in this converter. The dephosphorization reagents can be added to the vessel while the metal is being poured into it.
At the end of the dephosphorization reaction, the basic dephosphorization slag is separated from the metal and then, preferably, the metal is poured into a converter to complete the bessemerization.
This operation can be completed in the same converter (which may or may not contain the initial acid slag) or in another.
During the acid bessemerization of a molten ferrous metal there is a time when the converter slag reaches a state such that it remains in contact with the converter wall and does not escape with the converter wall. refined metal when the converter is tilted to discharge the metal. The converter slag forms relatively large viscous masses which come into contact with each other and with the converter walls to form a bridge over the metal which flows and remains in the converter.
The plaintiff. takes advantage of this change in the state of the slag to interrupt the bessemerization and to pour the partially bessemerized metal below the slag at the time when the latter, due to its inherent characteristics, remains in the converter and do not come out at the same time
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than metal. In this way, a very clean separation of the metal and the converter slag can be achieved.
A difficulty which previously arose during dephosphorization, even when it was only carried out at the end of the bessemerization, was to economically achieve a clean separation between the metal and the converter slag. because a significant amount of slag in the metal at the time of the reaction greatly interferes with the dephosphorization reaction.
Up to now, the metal and the slag from the converter have been poured into the dephosphorization vessel and then the slag has been removed in an old-fashioned way, or else, an attempt has been made, by means of a wooden instrument similar to an old-fashioned, to maintain slag and thus prevent it from exiting the converter during the metal casting, which allowed the dephosphorization reagents to be introduced during the metal casting out of the converter. However, it was very difficult to maintain the slag effectively by these means, since at the end of a complete blowing operation the slag is quite fluid and tends to flow with the metal.
The Applicant has completely overcome this difficulty by interrupting the besemerization when the slag offers the aforementioned characteristics, which allows the metal to be poured out of the converter, while the slag remains there by itself, which gives a perfect separation.
The chemical composition and the physical characteristics of the converter slag change significantly during bessemerization. In the early stages of the blowing operation, when mostly silicon and some manganese are removed, the converter slag has a high iron oxide (FeO) content. At this time of the blowing operation, the-
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slag consists of approximately equal parts of iron oxide and silica (SiO) and has an extremely low and fluid consistency due to its relatively high iron oxide content.
Later, during the heating, after oxidation of a certain quantity of carbon following the almost complete removal of silicon and manganese, the chemical composition as well as the consistency of the slag changes markedly. For example, about a minute after the start of the carbon removal period, the silicon content is about a quarter greater than the iron oxide content and the slag is significantly less liquid or fluid. Later, during the carbon removal period, as the carbon reduces the iron oxide content, there is a gradual increase in the silica content of the refining slag, up to that this content becomes three times that of iron oxide.
This usually occurs between about a minute and a half and three minutes after the start of the carbon removal period. At this point the slag becomes so refractory and its melting temperature becomes so high that for a moment it practically ceases to be liquid and forms viscous, separate, relatively large blocks (or masses). It is preferably at this point that the Applicant pours the metal from the converter into the dephosphorization vessel, which she can do by clearly separating the metal from the slag from the converter without using any device such as a device. corny wooden to hold the latter. The metal is freed from slag to such an extent that the dephosphorization reagents can be introduced during the casting of the metal.
During the full blowing operation in a Bessemer converter, when the load is close to being completely blown, i.e. when the elimination is desired.
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The carbon generation is substantially complete, the proportion of iron oxide in the slag increases again and, at the end of the blowing operation, the content of the iron oxide slag is approximately equal to the silica content and the slag again becomes fluid and inconsistent.
The process according to the invention also has the advantage of making it possible to carry out the dephosphorization at a lower temperature than before and of making it unnecessary to overheat the blown metal as will be described above. The dephosphorization of ferrous metals is facilitated at lower temperatures and becomes progressively more difficult as the temperature increases. With conventional methods of dephosphorizing fully blown converter metals, the metal has a maximum temperature during dephosphorization and it is even necessary to superheat it as explained above.
If the dephosphorization reagents are added in an unmelted state, that is to say relatively cold, the superheating must be even greater than otherwise, in order to provide the metal with a sufficient temperature to allow its. handling in the following operations such as, for example, pouring into ingots or mixing with iron silicate slag in the manufacture of iron obtained by the liston process. When using the method object of the present. invention described above, the maximum temperature of the metal at the time of dephosphorization can be
111 to 167 lower than before.
Another advantage of the process according to the invention is that the harmful effect of the secondary oxidation of elements such as carbon and manganese during dephosphorization is greatly reduced, because the metal is only partially refined when performing the de-
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phosphorization and that during the final bessemerization, after dephosphorization, a desired degree of control can be exercised, both with regard to the chemical composition of the metal and its degree of oxidation.
The Applicant has previously indicated that, due to the influence of secondary oxidation which prevails in conventional practice, it has been difficult to remove, up to now, substantially more than 50% of the phosphorus, without introducing. undesirable complications due to the more or less controllable reaction of secondary oxidation. With the process according to the invention, phosphorus can be removed in any quantity without any of the undesirable effects of secondary oxidation reaction, because dephosphorization is carried out when the metal is partially refined and the end can be achieved. bessemerization in such a way that the effects of the secondary oxidation reaction are unimportant even if a vigorous dephosphorization reaction is carried out in order to remove as much phosphorus as possible.
Although certain presently preferred methods of carrying out the invention have been described, it should of course be understood that the invention is not limited thereto and that it can be carried out in numerous other ways.
CLAIMS
1. Process for the bessemerization and dephosphorization of ferrous metals, characterized in that a ferrous metal is bessemerized to refine it below the desired final value, this partially refined metal is separated from the slag of the converter, the phosphorus is dephosphorized. metal and then completes the bessemerization.