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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.