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PROCEDE DE FABRICATION D'ACIER A FAIBLE TENEUR N AZOTE SELON LE PROCEDE
D'AFFINAGE AU VENT.
Depuis le début de l'application du procédé d'affinage au vent, sur une grande échelle, à la production d'acier, on tend en pra- tique et dans la recherche scientifique à obtenir par soufflage un a- cier au convertisseur d'une qualité toujours améliorée davantage. La teneur de cet acier en azote'a déjà de bonne heure été reconnue comme un obstacle important dans cette voie.
La teneur en azote de l'acier affiné au vent est, avec environ 0,010 à 0,025%, notablement plus éle- vée que dans l'acier Siemens-Martin (environ 0,001 à 0,008%), l'acier au creuset (environ 0,001 à 0,008%) et l'acier soudable (0,003 à 0,005%),
Il n'a pas manqué de nombreux propositions et essais en vue de rendre faible l'absorption d'azote par le bain de fusion au cours de l'affinage au vent; toutefois tous ces propositions et essasi n'ont jusqu'ici pas fourni de solution, satisfaisante au point de vue technique et en même temps au point de vue économique, du problème de la fabrication d'acier au convertisseur à faible teneur en azote.
Dans le procédé normal d'affinage au vent, il se produit une o- xydation des éléments accompagnant le fer par l'oxygène du vent soufflé, il faut entendre par "éléments d'accompagnement du fer", le carbone, le silicium, le manganèse, le phosphore et d'autres éléments. L'expérien- ce a montré que la progression de l'affinage est accompagnée d'une varia- tion de la teneur du-bain en azote ; variation dépend manifestement de nombreuses influences, telles que la température du bain, la forme du récipient d'affinage, la hauteur du bain, la pression du vent, la concen- tration des éléments d'accompagnement dans chaque cas, et d'autres fac- teurs techniques.--' La variation de la teneur du bain en azote peut se pro- . duire de façon plus ou moins régulière ou irrégulière,.
Une caractéristi- que du procédé normal d'affinage au vent est l'absorption finale d'azote dans l'acier jusqu'aux valeurs précédemment .indiquées d'environ 0,010 à
0,025%. Les propositions connues pour modifier des facteurs opératoires techniques, comme par exemple la diminution de la hauteur du bain ou l'amenée latérale du vent souffléau lieu de son amenée à partir du fond
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du convertisseur, n'ont en .fin de compte pas d'autre but que de réduire la durée de contact entre l'azote du vent soufflé et le bain de fer.
Toutes ces tentatives n'ont eu qu'un succès partiel peu important, car il s'agit d'essais en vue d'unfluencer les phénomènes, se produisant dans le convertisseur, en se basant sur un point de vue purement physi- que. Les propositions faites jusqu'ici, consistant à réduire la teneur en azote dans l'acier au convertisseur par l'utilisation de vent soufflé en- richi en oxygène, ou par l'addition d'oxygène à l'état combiné, par exem- ple par l'addition de minerais- oxydés avec abaissement simultané de la température de l'opération d'affinage (refroidissement par fusion de riblons et/ou de minerais), n'ont également pas conduit d'un résultat satisfai- sant. La nécessité de maintenir ou de produire une basse température du bain s'est précisément révélée'comme une mesure opératoire très difficile à assurer.
En observant cette condition opératoire, il est presque impos- sible, mais en tout cas anti-économique, de couler de l'acier, d'après les règles reconnues de la technique de la coulée et à une grande échelle technique, proprement dans les moules habituels pour le traitement ulté- rieur usuel, car, lors de la coulée, en raison de la température relative- ment basse de la masse fondue, une partie non négligeable de la masse fon- due reste accrochée dans la poche de coulée sous forme de "1oup" et par sùite, par exemple, le rendement est trop faible.
C'est seulement en la poussant jusqu'à sa conséquence extrême que l'interprétation purement physique de l'affinage trouve sa justifica- tion apparente, à savoir, lorsqu'on effectue l'affinage avec de l'oxygène pratiquement pur au lieu d'air normal,- Ce procédé est toutefois anti- économique, pour toute une série de raisons. L'oxygène techniquement pur est très coûteux et ne peut d'ailleurs être disponible actuellement dans les grandes qualtités nécessaires pour le procédé d'affinage au vent.
Les dangers d'un affinage excessif et d'un chauffage excessif du bain, avec un traitement des scories coûteux, difficile et entraînant des pertes de métal, sont des inconvénients au point de vue métallurgique. On doit au contraire exiger de l'opération d'affinage de pouvoir la tenir en main à tout moment aussi bien au point de vue physique qu'au point de vue chimique et de pouvoir l'appliquer sur une grande échelle technique. Il est connu que des charges soumises à un affinage excessif, c'est-à-dire des charges avec une teneur excessivement accrue en FeO, sont de valeur moindre, s'il n'existe pas des conditions métallurgiques idéales telles qu'on puisse, par désoxydation et dégazage, obtenir un produit final irréprochable.
Il est compréhensible, dans ces conditions, que les propositions, faites jusqu'ici en vue de réduire l'absorption d'azote par le bain de fer dans le procédé d'affinage au vent, contiennent, comme partie constitutive importante, la prescription d'une conduite de l'opération à basse tempéra- .ture par l'addition d'agents de refroidissement. Mais on ne peut, de cette manière, écarter que de façon plus ou moins incomplète les dangers d'un traitement de la charge erroné au point de vue physique (acier contenant de la scorie, mauvaises propriétés de coulée, action insuffisante des agents désoxydants).
Le nouveau procédé selon la présente invention, pour la fabrica- tion d'acier au convertisseur a faible teneur en azote, c'est-à-dire conte- nant moins de 0,010% d'azote, part également de l'utilisation additionnel- le d'oxygène; mais ce procédé est toutefois basé fondamentalement sur de nouvelles constatations. Par son application, on obtient de faibles teneurs en azote dans l'acier au convertisseur, sans devoir avoir recours à des artifices peu sûrs dans le soufflage et la désoxydation, en particulier sans la nécessité de mesures pour produire ou maintenir des températures relati- vement basses etsans nuire à la qualité de l'acier lors de la coulée.
Il apparaît que l'absorption d'azote peut être influencée par la durée de la transmission d'oxygène au bain de fer et qu'il se produit une absorption d'azote à partir du vent soufflé -dans une mesure d'autant plus grande que l'oxygène du vent soufflé est consommé pour la combustion des éléments d'accompagnement du fer (en particulier le silicium, le manga-
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nèse, le carbone, le phosphore) avant que le vent soufflé ait quitté le bain.
Il a en tout cas été constaté qu'on obtient un acier affiné au vent avec moins de 0,010% d'azote, lorsque l'addition .d'oxygène au vent soufflé est accrue au moins dans la mesure où la combustion des éléments d'accompagnement du fer s'accroît, c'est-à-dire lorsque l'apport.d'oxygène au bain de fer est, pendant toute la durée du procédé, accru de façon cor- respondant à la consommation d'oxygène pour la combustion de ces éléments d'accompagnement du fer, ou est maintenu au-dessus d'une telle valeur mi- nimum.
Comme règle pratique'pour la réalisation du procédé, il a été reconnu, dans le cas de fontes de composition normale, qu'il faut augmenter d'au moins 1% le pourcentage d'oxygène apporté au bain de fer pour chaque % de carbone brûlé et,après que la décarburation a eu lieu, maintenir le pourcentage au moins à cette valeur, L'allure de la combustion du carbone est connue du métallurgiste.
Il doit par suite veiller à ce que la teneur en oxygène du vent soufflé soit,par exemple, accrue de 21% à au moins 23% lorsque la teneur du bain en carbone s'est abaissée de 2%, c'est-à-di- re que , pour une fonte avec. une teneur en carbone de 3,5% et avec des élé- ments d'accompagnement du fer normaux par ailleurs, il doit veiller à ce que, à la fin de la,,période de décarburation, la teneur en oxygène du vent soufflé soit accrue à 24,5% et soit maintenue au moins à cette valeur jus- qu'à la fin de l'opération de soufflage. Cette teneur en oxygène suffit alors également pour la période de déphosphoration, faisant suite à là période de décarburation,pour empêcher une absorption d'azote pendant le reste de la période d'affinage malgré la température croissante du bain.
Il faut naturellement tenir compte, de façon appropriée, de teneurs anorma- les en éléments d'accompagnement du fer, dans l'addition d'oxygène pendant la combustion de ces éléments.
Si l'accroissement de l'addition d'oxygène n'a pas lieu de fa- con continue, mais par degrés, la courbe de la teneur minimum du vent souf- flé en oxygène, nécessaire suivant les indications de la présente invention, doit être inférieure à la ligne en gradins représentant l'addition d'oxy- gène.
Pour éviter un sur chauffage du bain, l'apport d'oxygène au bain de fer, à observer conformément aux indications de la présente invention, au lieu d'être produit par une addition d'oxygène au vent soufflé, s'effec- tue en partie par l'addition de minerais oxydés, de battitures de lamina- ge ou analogues. Mais, conformément à l'invention, on détermine l'addition d'oxygène au vent soufflé et l'addition d'oxygène sous forme de minerais oxydés, battitures de laminage ou analogues, l'une par rapport à l'autre de manière à éviter aussi bien un surchauffage qu'un refroidissement exces- sif du bain, mais à obtenir une température finale du bain qui assure de bonnes propriétés de coulée.
Il a été reconnu qu'un accroissement de l'apport d'oxygène, con- formément aux indications de l'invention, diminue la capacité d'absorption du bain pour l'azote plus fortement que l'accroissement de température ne la fait augmenter. En outre, le procédé ne peut plus être compromis par un accroissement des projections du convertisseur, comme cela est à crain- dre dans le cas d'un. abaissement de la température, comme on le sait par expérience.
Pour la production d'un acier au convertisseur de bonne qualité, tendre et se laissant bien fagonner à froid, à faible teneur en azote, il importe par suite non seulement d'observer une série de mesures opératoires. techniques connues, mais il est au contraire essentiel d'utiliser l'effet de répulsion pour l'azote qu'exerce l'oxygène additionnellement apporté au bain de fer. La valeur de l'invention réside dans la constatation de relations d'un genre nouveau entre le fer, ses éléments d'accompagnement, l'oxygène etl'azote, et dans le maintien d'un apport d'oxygène suffisant pour combattre une absorption indésirable d'azote au cours du procédé d'af- finage au vent.
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Le nouveau procédé rend en outre possible une accélération im- portante de l'opération d'affinage et permet d'atteindre, à la fin de l'o- pération de soufflage, les conditions favorables obtenues dans le cas d'une opération d'affinage normale, contrairement aux procédés proposés jusqu'ici pour la fabrication d'un acier à faible teneur en azote par affinage au vent, procédés qui, pour éviter une absorption d'azote, exigent de maintenir aus- si basse que possible la température du bain à la fin de l'opération de . soufflage.
On a jusqu'ici également considéré comme nécessaire, pour obte- nir une faible teneur en phosphore, de maintenir basse la température du bain à la fin de l'opération de-soufflage. Mais il a été constaté que, par le procédé selon l'invention, on peut fabriquer non seulement des acrs à faible teneur en azote, avec moins de 0,010% d'azote, mais aussi des aciers de ce genre présentant simultanément une faible teneur en phosphore, au ma- ximum de 0,050%, sans maintenir basse la température du bain à la fin de l'opération de soufflage.
Le procédé selon l'invention convient également pour la fabrica- tion d'acier à teneur plus élevée en carbone ou/et d'aciers alliés. Il ne . se produit ainsi, malgré l'addition de quantités plus ou moins grandes de constituants d'alliage, pas de phénomènes gênant la réaction, la dissolu- tion ou la coulée, nuisant à la valeur technique et économique des produits finis.
Pour obtenir une faible teneur en azote, il a été reconnu qu'il est avantageux de soumettre la fonte, à traiter par soufflage dans le con- vertisseur, entre la coulée du haut-fourneau et le chargement dans le con- vertisseur, en maintenant ou augmentant la température du bain, à un trai- tement préalable par l'addition d'oxygène à l'état gazeux et/ou combiné.
Revendications
1 Un procédé de fabrication d'acier avec moins de 0,010% d'a- zote, en particulier avec au maximum 0,0505 de phosphore, selon le procédé d'affinage au vent, caractérisé en ce qu'on augmente l'apport d'oxygène au bain de fer, pendant la durée du procédé, au moins de façon correspondant à la consommation d'oxygène pour la combustion des éléments accompagnant le fer.