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PROCEDE ET INSTALLATION POUR L'ELABORATION DE L'ACIER.
Dans le brevet belge 471.142; il est quéstion d'un procédé d'éla- boration de l'acier par conversion de fonte en fusion dans lequel on insuffle dans le bain métallique un mélange gazeux contenant notamment de l'oxygène, au moins un gaz'oxydant à décomposition endothermique et de l'azote, dans des conditions telles que le volume d'azote insufflé dans le bain pendant toute la durée du traitement soit, au maximum, égal au volume de l'ensemble des au- tres gaz.
Ce procédé a été proposé dans le but de permettre l'élaboration par conversion, l'acier ayant une teneur en azote moindre que l'acier obtenu par conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air faiblement enrichi en oxy- gèneo
Dans la mise en oeuvre de ce.procédé, on s'est heurté à des dif- ficultés provenant de ce que, contrairement à ce qui se passe dans un procé- dé de conversion à l'air ordinaire ou à l'air légèrement enrichi en oxygène, la relation entre la température du bain et l'aspect des flammes à la sortie du convertisseur (relation connue par les hommes de métier par suite de leur longue pratique du contrôle de la conversion à l'air ordinaire ou à l'air en- richi en oxygène), ne se vérifie plus du tout,
On ne dispose par conséquent pas actuellement de moyens simples pour conduire le soufflage suivant ce pro- cédé de façon à assurer la bonne température finale du bain.
La présente invention a comme objet une variante du procédé sus- dit grâce à laquelle il est possible d'obtenir à coup sûr un acier qui, au moment où il a la composition chimique désirée, se trouve également à la tem- pérature qui convient pour sa coulée.
Suivant l'invention, on utilise une charge dont l'ensemble des caractéristiques physiques et/ou chimiques est tel que, par rapport à une char- ge qui serait à utiliser pour réaliser une conversion normale par soufflage à l'air de concentration a en oxygène, elle ait apporté, en fin de conversion, une quantité de chaleur supplémentaire suffisante pour compenser le mali ca- lorifique à résulter de l'emploi, pour le soufflage, du mélange-susdit, au
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lieu de l'air de concentration a en oxygène.
Dans la phrase précédente, la notation a désigne la teneur en oxy- gène du mélange d'azote et d'oxygène utilisé pour la conversion normale.. Si on utilise l'air atmosphérique, a vaut donc 21% tandis qu'il a une valeur plus élevée mais généralement pas supérieure à 40% quand on utilise de l'air enrichi en oxygène pour effectuer la conversion normale.
En d'autres termes, au lieu de chercher à conduire le soufflage par modification de la composition du mélange gazeux, pendant la conversion d'une charge donnée analogue à une charge utilisée en conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air légèrement enrichi en oxygène, de manière à obte- nir la bonne température de coulée du bain, au moment où celui-ci a la compo- sition chimique désirée, on choisit à priori un programme de soufflage pour lequel, comme dans le brevet belge 471.142 le volume d'azote soufflé dans le bain pendanttoute la conversion est au maximum égal au volume des autres gaz introduits dans le bain pendant toute la conversion et, de préférence, au maximum égal à un tiers -du volume des autres gaz introduits dans le bain pen- dant toute la conversion,
et on adapté la température d'enfournement et la composition chimique de la charge traitée suivant l'invention de manière à obtenir avec certitude la bonne température de coulée du bain au moment où celui-ci possède la composition chimique désiréeo
Supposons qu'on soit habitué à traiter par conversion normale à l'air ordinaire ou à l'air enrichi en oxygène, une charge qui contient par tonne de fonte c kilos de carbone, so kiles de silicium, Po kilos de phospho- re, m kilos de manganèse, Fo kilos de mitrailles, Lo kilos d'oxydes de fer (de composition moyenne Fe2o3) , Ko kilos de chaux (Les quantités Fo, Lo, Ko peuvent être nulles).
On connaît donc, pour cette charge, le nombre Yo de môles d'oxy- gène à insuffler dans le bain par tonne de fonte pour effectuer la conversion normale dans l'installation dont on dispose. Puisqu'on connaît la teneur en oxygène de l'air utilisé, on connaît en outre le nombre N o de môles d'azote insufflé dans le bain, par tonne de fonte, pendant cette conversion. On con- naît également les températures d'enfournement de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer introduits sous forme de pailles de laminoirs.ou de mine- rais et de la chaux.
Si ces différentes valeurs ne sont pas connues, on peut, pour les déterminer,effectuer préalablement une conversion normale de référence dans des conditions de durée, de température de la cornue et de la composition fi- nale du bain, analogues à celles qui seront réalisées dans la conversion sui- vant l'invention.
On décide alors d'effectuer la conversion au moyen d'un mélange gazeux dont la composition peut varier pendant la conversion suivant un pro- gramme prédéterminé et dont la composition globale correspond à N môles d'a zote, G môles d'anhydride caroonique et H môles d'hydrogène pour Y môles d'oxy- gène. Conformément au procédé suivant le brevet 4710142, 'On doit avoir N¹Y + G + H On tient compte en outre de ce qu'une des deux valeurs G ou H peut être nulle et de ce que le rapport @ doit être d'autant plus N + G + H faible que les revêtements du convertisseursont moins réfractaires.
On détermine ensuite les nombres de kilos, par tonne de fonte, de carbone, de silicium, de phosphore, de manganèse, de mitrailles, d'oxyde de fer et de chaux que la charge à enfourner doit contenir pour que, lorsque le soufflage qu'on s'est imposé sera terminé, on obtienne simultanément la com position désirée de l'acier et la température optimum de coulée de cet acier.
, Supposons que les nombres c kilos de carbone et m kilos de manga- nèse par tonne de fonte soient les mêmes que dans le cas de la fonte traitée en conversion normale et que les nombres de kilos de silicium,de phosphore, de mitrailles, d'oxydes de fer et de chaux, par tonne de fonte, désignés res- pectivement par s, p, F, L et K soient différents de so, Rp Fo, Lo et ko.
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Supposons encore que les températures d'enfournement respective- ment de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer et de la chaux soient dif- férentes de celles des mêmes éléments constitutifs de la charge traitée en conversion normale. Désignons par t, tF ,tL , tk les températures d'enfour- nement respectivement de la fonte, des mitrailles, des oxydes de fer et de la chaux de la charge traitée suivant l'invention et par to, tof, toL, toK les températures d'enfournement respectivement de-ces mêmes éléments constitutifs de la charge traitée en conversion normale.
Désignons par cF la chaleur spécifique moyenne des mitrailles en- tre 0 degré centigrade et tF degrés centigrades, et par cof la chaleur spéci- fique moyenne des mitrailles entre 0 degré centigrade et toF degrés centigra- des. De manière analogue, désignons par eL et coL, par ck et ook les chaleurs spécifiques moyennes entre 0 degré et les températures d'enfournement de tL degrés centigrades et de toL degrés centigrades pour les oxydes de fer, de tk degrés centigrades et de toK degrés centigrades pour la chaux.
La température du bain à la fin de la conversion par le procédé suivantl'invention sera la même que celle à la fin de la conversion normale d'une charge normale si la somme des bonis calorifiques est compensée par la somme des malis calorifiques.
Par tonne de fonte, les bonis calorifiques obtenus dans le procé- dé suivant l'invention peuvent s'exprimer comme suit :
1 - environ 70000 (s-so) calories provenant de la combustion d'une quantité supplémentaire de (s-so kilos de silicium.
2 - environ 6.000 (p-po) calories provenant de la combustion d'une quantité supplémentaire de (p-po) kilos de phosphoreo
3 - environ 320 (Fo-F) calories provenant de ce que la quantité de mitrailles à échauffer est réduite de (Fo-F) kilos.
4 - environ 1.200 (Lo-L) calories provenant de ce que la quanti- té d'oxydes de fer introduite dans la charge est réduite de (Lo-L) kilos.
5 - environ 340 (Ko-K) calories provenant de ce que la quantité de chaux à échauffer est réduite de (Ko-K) kilos.
6 - environ 11,6 (Yo-Y) calories provenant de. ce que la quantité d'oxygène à échauffer est réduite de (Y-Y) môleso
7 - environ 10 (N-N) calories provenant de ce que la quantité d'azote à échauffer est réduite de (N-N) moles.
8 environ 150(t-to) calories provenant de ce que la températu- re d'enfournement de la fonte est augmentée de t-to degrés centigrades.
9 - environ (CFFtF coFFtoF) = WF calories provenant de ce que la température d'enfournement des mitrailles est augmentée de (tF-toF) degrés centigrades.
10 -environ (cLLtL - coLLotlO) WL calories provenant de ce que la température d'enfournement des oxydes de fer est augmentée de (tL-toL) de- grés centigrades.
11 -environ (cKt - cok -= WK calories provenant de ce que la température d'enfournement de la chaux est augmentée de (tk-tok)
Le replacement de l'air atmosphérique ou de l'air enrichi en oxy- gène par un mélange, désigné ci-après sous le nom de mélange oxycarbonique, contenant, en plus d'oxygène et d'azote, au moins un gaz à décomposition en- dothermique (anhydride carbonique et/ou vapeur d'eau) donne lieu à une perte de chaleur qui peut s'exprimer par la somme des malis calorifiques suivants;
1 - environ 17,4 G calories provenant de l'échauffement des G moles d'anhydride carbonique introduites dans le bain.
2 - environ 15 H calories provenant de l'échauffement des H môles
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de vapeur d'eau introduites dans le bain.
3 - environ 68xG calories absorbées par la dissociation d'une fraction x des G môles d'anhydride carbonique introduites dans le bain.
4 - environ 57,8xH9 calories absorbées par la dissociation d'une fraction x des H môles de vapeur d'eau introduites dans le bain.
En première approximation, on peut prendre pour x la valeur 0,8.
Eventuellement,on peut déterminer plus exactement la valeur de x par une .., conversion de contrôle,de la manière qui sera indiquée plus loin.
La condition d'obtention de la même température en fin de conver- sion suivant l'invention et en fin de conversion normale d'une charge normale s'exprime donc par 7.000 (s-so) + 60000 (P-Po) + 320 (F-F) + 1.200 (L-L) + 340 (Ko-K) + 11,6 (Yo-Y) + 10 (No-N) + 150 (t-to) + WF + WL + WK [(17,4G + 15 H) + x(68 G + 57,8 H0 = 0 . 91)
Pour déterminer x au cours d'une conversion de contrôle, on choisit pour x, une valeur X quelconque (de préférence, plus grande que la valeur probable réelle, x, correspondant aux conditions de travail envisagées).
On introduit cette valeur X dans l'expression (1) et on en déduit, par la mé- thode indiquée ci-après, et eu égard à la valeur X du coefficient de dissocia- tion, la valeur des corrections à apporter à la constitution d'une charge nor- male pour conversion à l'air, en vue de réaliser une conversion correcte par le mélange utilisé suivant l'invention. On effectue alors la conversion exac- tement dans les conditions pour lesquelles on désire connaître la valeur moyenne réelle du coefficient de dissociation. Au moment où le bain métal- lique atteint la composition désirée, on arrête le soufflage et on mesure la température du bain.
Si on appelle e l'excès, en degrés centigrades, de la température ainsi mesurée sur la température optimum à réaliser en conversion normale (e est positif si la température mesurée est supérieure à la tempéra- ture optimum souhaitée et négatif dans le cas contraire), on trouve la valeur moyenne réelle x du coefficient de dissociation pour les conditions de travail envisagées, en résolvant 1'équations
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25 + 139xr + 36r = 25 + 139Xr + 36r - 150e 2 + xr 2 + Xr Y dans laquelle r = G + H Y
En pratique,
on peut s'écarter légèrement de la température de la conversion normale. Il est préférable d'obtenir une température finale légèrement plus élevée que celle de la conversion normale plutôt qu'une tem- pérature légèrement plus basse de sorte qu'il vaut mieux donner à cette re- lation une valeur .un peu supérieure à zéro L'expérience montre que si le nombre de calories contenues dans une tonne d'acier en plus de celles néces- saires pour amener celui-ci à la température optimum de coulée ne dépasse pas 150000, on obtient de bons résultats.
On peut alors écrire la relation :
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0<'ïo00G(s-so)+6o000(p-po)+320(Fo F)+1a200(Lo L)+3L0(Ko-K)+11,6 (Yo-Y) +10 (No-N) +150 (t-to)+WF+WL+WK- (17,4+15r)+X(6+7,)15s000 (2) -De préférence,,on s'impose pour cette somme algébrique une valeur comprise entre 0 et 60000 calories.
Si on voulait s'imposer une température finale légèrement inférieu- re à celle obtenue en conversion normale, il suffirait de rendre négative la somme algébrique susdite.
Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on doit observer les conditions complémentaires enseignées par la pratique bien con- nue des aciéristes, à savoir :
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a) la relation entre la quantité K de chaux à utiliser et la te- neur en phosphore p de la fonte. b) les valeurs limites à ne pas dépasser pour s et p
On peut alors déterminer par des méthodes bien connues en aciérie, le nombre total Y de môles d'oxygène à introduire dans un bain hypothétique pour oxyder les éléments oxydables de la charge à traiter suivant l'invention.
Si T est ce nombre, on peut écrire qu'on a approximativement mais d'une manière suffisamment exacte pour les besoins de la pratique
Y = T - (G+H) - 6L.
2
Puisqu'on s'est préalablement fixé la composition globale du gaz, on peut déduire N, G et H quand on connaît Y pour ce bain hypothétique.
Puisqu'on connaît Yo, No, So p f Lo, Ko par la conversion normale de référence, on peut résoudre la relation (2) par approximations successives.
On commence par introduire dans cette relation des valeurs des paramètres s, p, F, L, K compatibles avec la pratique courant en conversion normale et on calcule le deuxième membre de la relation (2)
Si la valeur ainsi trouvée.n'est pas comprise entre 0 et la va- leur maximum qu'on s'est imposée (par exemple 150000), on modifie dans un sens convenable un ou plusieurs des paramètres déterminant la composition de la charge à traiter. Eventuellement, on modifie aussi la composition du mélange. Puis on recommence les calculs jusqu'à ce que la relation (2) soit satisfaite.
On cannait alors tous les paramètres qui définissent la charge et on peut déterminer la vraie valeur de T et, par conséquent, les vraies va- leurs de Y N, G et H.
On recommence le calcul du deuxième membre de la relation (2) à l'aide de ces nouvelles valeurs. Si cette relation n'est pas satisfaite, on modifie dans un sens convenable les paramètres caractéristiques de la charge et, éventuellement, du mélange. On continue ainsi par approximations succes- sives jusqu'à obtention pour le second nombre de la relation (2) d'une valeur comprise entre 0 et la valeur maximum qu'on s'est'imposée.
Si, au lieu d'utiliser un mélange gazeux de composition variable suivant un programme prédéterminé pour toute la durée de la conversion et dont on connaît la composition globale, on décide d'effectuer toute- la conversion au moyen d'un mélange oxycarbonique de composition constante pour lequel on a N<Y+G+H ou, de préférence,, N<1/3 (Y+G+H), on peut aussi avoir comme conditions avantageuses 2Y > (N+1,5G+1,3H)> 1,4Y (3)
N<0,1(G+H) avec G ou H éventuellement nul
L'emploi, pendant toute la durée du soufflage, d'un mélange oxy- carbonique de composition satisfaisant à la relation (3) (où.G ou H peut être nul), impose l'utilisation d'une charge plus chaude (chimiquement et/ou phy- siquement) que-pour une conversion par insufflation, durant toute l'opéra- tion, d'air atmosphérique,
cette conversion étant effectuée dans les mêmes conditions que la conversion suivant l'invention, notamment quant à la durée des opérations, la température de la cornue et la composition finale du bain.
En conséquence, si l'on effectuait cette conversion par l'air, la températu- re finale du bain dépasserait la température atteinte dans la conversion ef- fectuée suivant l'inventiono
Si on effectue la conversion en deux phases, à savoir, d'abord un soufflage à l'air enrichi en oxygène, d'une valeur b en oxygène comprenant Ya môles d'oxygène pour N1 môles d'azote avec b = Y1 avantageusement com- Y1+N1 pris entre 0,3 et 0,4 et ensuite.
un soufflage au moyen d'un mélange oxycarbo-
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nique contenant Y2 = Y=y1 môles d'oxygène, N2 = N-Nl môles d'azote pour G môles d'anhydride carbonique et/ou H môles de vapeur d'eau, on s'arrange é- galement pour avoir
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(Nl+N2) (Yl+Y2)+G+H et, de préférence, (N i+N2) <1 [(.YlY2) +G+H)j
En outre, on peut aussi avoir comme conditions avantageuses
2Y2> (N+1,5G+1,3H) 1,4Y2 (4)
N2<0,1(G+H) avec G ou H éventuellement nul.
L'emploi, pendant la seconde phase du soufflage, d'un mélange oxy- carbonique de composition satisfaisant à la condition (4) (où G ou H peut être nul) impose l'emploi d'une charge plus chaude (chimiquement et/ou physiquement) que pour une conversion par insufflation, durant toute l'opération, d'air de concentration-b en oxygène-, cette conversion étant effectuée dans les mêmes conditions que la conversion suivant l'invention, notamment quant à la durée des opérations, la température de la coppue et la composition finale du bain. En conséquence, si l'on effectuait cette conversion par l'air de con- centration b en oxygène, la température finale du bain dépasserait la tem- pérature atteinte dans la conversion suivant l'invention.
Pour ne pas détériorer le revêtement du convertisseur ou ne pas figer le bain, il faut évidemment éviter d'effectuer des variations de la composition du mélange oxycarbonique telles que pendant certaines périodes le mélange soit très riche en oxygène et très pauvre en anhydride carbonique et/ou en vapeur d'eau et inversément. Il est avantageux de ne pas s'écarter de la composition moyenne du mélange oxycarbonique à insuffler, dans une pro- portion telle que l'effet thermogène s'écarte de plus de 25 %de sa valeur moyenne.
Cet effet thermogène est caractérisé par le rapport n +1,5g+1,3h y dans lequel n, g, h et y désignent les nombres de môles respectivement d'a- zote, d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau et d'oxygène qui seraient ih troduites dans le bain pendant une même fraction (au minimum de l'ordre de 2 minutes) de la durée de la partie de la conversion à l'aide du mélange oxy carbonique et sa valeur moyenne se trouvant réalisée dans le cas où les quan- tités N, G, H, Y respectivement d'azote, d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau et d'oxygène à introduire dans le bain pour l'ensemble de la dite par- tie de la conversion y pénétreraient sous forme d'un mélange de composition constante.
En d'autres termes, on ne cherche pas à s'écarter du programme de soufflage qu'on a choisi, pour tenir compte de facteurs qui, d'après ce qu'on pourrait croire, manifesteraient leurs effets au cours du soufflage en dehors des prévisions faites avant celui-ci. On se contente donc de subir éventuellement les variations de soufflage auxquelles les imperfections de l'installation de soufflage peuvent donner lieu, en dehors de celles prévues par le programme de soufflage.
Dans un but de simplification de l'exposé, nous avons supposé plus haut que ;La teneur c en carbone et la teneur m en manganèse étaient les mê- mes dans la charge normale de référence et dans la charge traitée par le pro- cédé suivant l'invention. Il est à noter que cette simplification est par- faitement admissible parce que, en pratique, les variations de c et de m qui se présentent d'une fonte à l'autre ne donnent lieu qu'à de faibles varia- tions des quantités de chaleur développées dans le bain.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PROCESS AND INSTALLATION FOR THE ELABORATION OF STEEL.
In Belgian patent 471,142; there is question of a process for the preparation of steel by conversion of molten iron in which a gaseous mixture containing in particular oxygen, at least one oxidizing gas with endothermic decomposition, is blown into the metal bath and nitrogen, under conditions such that the volume of nitrogen blown into the bath throughout the duration of the treatment is, at most, equal to the volume of all the other gases.
This process has been proposed with the aim of allowing production by conversion, the steel having a lower nitrogen content than the steel obtained by normal conversion in ordinary air or in air weakly enriched in oxygen.
In the implementation of this process, difficulties have arisen due to the fact that, contrary to what happens in a process of conversion to ordinary air or to slightly enriched air in oxygen, the relation between the temperature of the bath and the appearance of the flames at the outlet of the converter (relation known by those skilled in the art from their long practice of controlling the conversion to ordinary air or to air enriched in oxygen), is no longer verified,
Consequently, no simple means are currently available for carrying out the blowing according to this process so as to ensure the correct final temperature of the bath.
The object of the present invention is a variant of the aforesaid process whereby it is possible to obtain without fail a steel which, at the moment when it has the desired chemical composition, is also at the temperature which is suitable for its casting.
According to the invention, a filler is used, the set of physical and / or chemical characteristics of which is such that, with respect to a filler which would be used to carry out a normal conversion by blowing in air of concentration a in oxygen, it brought, at the end of the conversion, an additional quantity of heat sufficient to compensate for the mali calorific to result from the use, for the blowing, of the aforesaid mixture, to the
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air instead of oxygen concentration.
In the preceding sentence, the notation a denotes the oxygen content of the mixture of nitrogen and oxygen used for the normal conversion. If atmospheric air is used, a is therefore 21% while it has a higher value but generally not more than 40% when oxygen enriched air is used for normal conversion.
In other words, instead of seeking to conduct the blowing by modifying the composition of the gas mixture, during the conversion of a given charge analogous to a charge used in normal conversion to ordinary air or to air slightly enriched with oxygen, so as to obtain the correct flow temperature of the bath, when the latter has the desired chemical composition, a priori a blowing program is chosen for which, as in Belgian patent 471,142 the volume of nitrogen blown into the bath during the whole conversion is at most equal to the volume of the other gases introduced into the bath during the whole conversion and, preferably, at most equal to one third of the volume of the other gases introduced into the bath pen - during the entire conversion,
and the charging temperature and the chemical composition of the load treated according to the invention are adapted so as to obtain with certainty the correct casting temperature of the bath when the latter has the desired chemical composition.
Suppose that we are accustomed to treating by normal conversion in ordinary air or in air enriched with oxygen, a charge which contains per tonne of cast iron c kilos of carbon, so kiles of silicon, Po kilos of phosphorus, m kilos of manganese, Fo kilos of scrap metal, Lo kilos of iron oxides (of average composition Fe2o3), Ko kilos of lime (The quantities Fo, Lo, Ko can be zero).
The number Yo of oxygen moles to be blown into the bath per tonne of cast iron in order to effect the normal conversion in the installation available is therefore known for this load. Since we know the oxygen content of the air used, we also know the number N o of nitrogen moles blown into the bath, per tonne of cast iron, during this conversion. We also know the charging temperatures of cast iron, scrap metal, iron oxides introduced in the form of rolling mill straws or ore and lime.
If these different values are not known, it is possible, to determine them, to carry out beforehand a normal conversion of reference under conditions of duration, temperature of the retort and of the final composition of the bath, similar to those which will be carried out. in the conversion according to the invention.
It is then decided to carry out the conversion by means of a gas mixture whose composition can vary during the conversion according to a predetermined program and whose overall composition corresponds to N moles of nitrogen, G moles of carbonic anhydride and H moles of hydrogen for Y moles of oxygen. In accordance with the process according to patent 4710142, 'We must have N¹Y + G + H We also take into account that one of the two values G or H can be zero and that the ratio @ must be all the more N + G + H low that the converter coatings are less refractory.
We then determine the number of kilos, per tonne of cast iron, carbon, silicon, phosphorus, manganese, scrap, iron oxide and lime that the charge to be placed in the oven must contain so that, when the blowing qu 'we have imposed ourselves will be finished, we simultaneously obtain the desired com position of the steel and the optimum casting temperature of this steel.
, Suppose that the numbers c kilograms of carbon and m kilograms of manganese per tonne of pig iron are the same as in the case of pig iron treated in normal conversion and that the numbers of kilograms of silicon, phosphorus, scrap, d 'oxides of iron and lime, per tonne of cast iron, designated respectively by s, p, F, L and K are different from so, Rp Fo, Lo and ko.
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Let us also suppose that the charging temperatures respectively of the cast iron, the scrap metal, the iron oxides and the lime are different from those of the same constituent elements of the charge treated in normal conversion. Let us denote by t, tF, tL, tk the temperature in which the cast iron, scrap metal, iron oxides and lime of the charge treated according to the invention are fed respectively and by to, tof, toL, toK the charging temperatures respectively of these same constituent elements of the load treated in normal conversion.
We denote by cF the average specific heat of the scrap between 0 degrees centigrade and tF degrees centigrade, and by cof the average specific heat of the scrap between 0 degrees centigrade and toF degrees centigrade. Similarly, let us denote by eL and coL, by ck and ook the average specific heats between 0 degrees and the charging temperatures of tL degrees centigrade and toL degrees centigrade for iron oxides, tk degrees centigrade and toK degrees centigrade for lime.
The bath temperature at the end of the conversion by the process according to the invention will be the same as that at the end of the normal conversion of a normal load if the sum of the heat bonuses is compensated by the sum of the heat losses.
Per tonne of cast iron, the calorific benefits obtained in the process according to the invention can be expressed as follows:
1 - about 70,000 (s-so) calories from burning an additional (s-so kilograms of silicon.
2 - approximately 6,000 (p-in) calories from burning an additional (p-in) kilograms of phosphorus
3 - about 320 (Fo-F) calories from that the amount of scrap to be heated is reduced by (Fo-F) kilograms.
4 - about 1,200 (Lo-L) calories from reducing the amount of iron oxides in the load by (Lo-L) kilograms.
5 - about 340 (Ko-K) calories from that the amount of lime to be heated is reduced by (Ko-K) kilograms.
6 - about 11.6 (Yo-Y) calories from. that the quantity of oxygen to be heated is reduced by (Y-Y) moleso
7 - about 10 (N-N) calories from reducing the amount of nitrogen to be heated by (N-N) moles.
8 approximately 150 (t-to) calories resulting from the fact that the temperature in which the iron is placed in the oven is increased by t-to degrees centigrade.
9 - approximately (CFFtF coFFtoF) = WF calories resulting from the fact that the temperature of the charging of the scrap metal is increased by (tF-toF) degrees centigrade.
10 -about (cLLtL - coLLotlO) WL calories resulting from the fact that the temperature of the charging of the iron oxides is increased by (tL-toL) degrees centigrade.
11 - approximately (cKt - cok - = WK calories from the fact that the temperature of the lime is increased by (tk-tok)
The replacement of atmospheric air or of air enriched in oxygen by a mixture, hereinafter referred to as an oxycarbon mixture, containing, in addition to oxygen and nitrogen, at least one decomposition gas endothermic (carbon dioxide and / or water vapor) gives rise to a loss of heat which can be expressed by the sum of the following calorific malis;
1 - about 17.4 G calories from heating the G moles of carbon dioxide introduced into the bath.
2 - about 15 H calories from heating the H moles
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of water vapor introduced into the bath.
3 - approximately 68xG calories absorbed by the dissociation of a fraction x of the G moles of carbon dioxide introduced into the bath.
4 - approximately 57.8xH9 calories absorbed by the dissociation of a fraction x of the H moles of water vapor introduced into the bath.
As a first approximation, we can take for x the value 0.8.
Optionally, the value of x can be determined more exactly by a .., control conversion, in the manner which will be indicated later.
The condition for obtaining the same temperature at the end of conversion according to the invention and at the end of normal conversion of a normal load is therefore expressed by 7.000 (s-so) + 60000 (P-Po) + 320 (FF) + 1.200 (LL) + 340 (Ko-K) + 11.6 (Yo-Y) + 10 (No-N) + 150 (t-to) + WF + WL + WK [(17.4G + 15 H) + x (68 G + 57.8 H0 = 0. 91)
To determine x during a control conversion, one chooses for x, an arbitrary value X (preferably, greater than the real probable value, x, corresponding to the envisaged working conditions).
We introduce this value X into expression (1) and we deduce therefrom, by the method indicated below, and having regard to the value X of the dissociation coefficient, the value of the corrections to be made to the constitution of a normal charge for conversion to air, in order to effect a correct conversion by the mixture used according to the invention. The conversion is then carried out exactly under the conditions for which it is desired to know the real mean value of the dissociation coefficient. When the metal bath reaches the desired composition, the blowing is stopped and the temperature of the bath is measured.
If we call e the excess, in degrees centigrade, of the temperature thus measured over the optimum temperature to be achieved in normal conversion (e is positive if the measured temperature is greater than the desired optimum temperature and negative otherwise) , we find the actual mean value x of the dissociation coefficient for the working conditions envisaged, by solving the equations
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25 + 139xr + 36r = 25 + 139Xr + 36r - 150e 2 + xr 2 + Xr Y where r = G + H Y
In practice,
one can deviate slightly from the temperature of the normal conversion. It is preferable to obtain a final temperature slightly higher than that of the normal conversion rather than a temperature slightly lower so that it is better to give this relation a value a little greater than zero L Experience shows that if the number of calories contained in a ton of steel in addition to those necessary to bring it to the optimum casting temperature does not exceed 150,000, good results are obtained.
We can then write the relation:
EMI4.2
0 <'ïo00G (s-so) + 6o000 (p-po) +320 (Fo F) + 1a200 (Lo L) + 3L0 (Ko-K) +11.6 (Yo-Y) +10 (No-N ) +150 (t-to) + WF + WL + WK- (17,4 + 15r) + X (6 + 7,) 15s000 (2) -Preferred, we impose for this algebraic sum a value included between 0 and 60,000 calories.
If we wanted to impose a final temperature slightly lower than that obtained in normal conversion, it would suffice to make the above algebraic sum negative.
In implementing the process according to the invention, the additional conditions taught by the practice well known to steelmakers must be observed, namely:
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a) the relation between the quantity K of lime to be used and the phosphorus content p of the cast iron. b) the limit values not to be exceeded for s and p
The total number Y of oxygen moles to be introduced into a hypothetical bath to oxidize the oxidizable elements of the feed to be treated according to the invention can then be determined by methods well known in steelworks.
If T is this number, we can write that we have approximately but in a sufficiently exact way for the needs of the practice
Y = T - (G + H) - 6L.
2
Since we have previously fixed the overall composition of the gas, we can deduce N, G and H when we know Y for this hypothetical bath.
Since we know Yo, No, So p f Lo, Ko by the normal conversion of reference, we can solve the relation (2) by successive approximations.
We start by introducing into this relation values of the parameters s, p, F, L, K compatible with current practice in normal conversion and we calculate the second member of relation (2)
If the value thus found is not between 0 and the maximum value that has been imposed (for example 150,000), one or more of the parameters determining the composition of the charge to be modified is modified in a suitable direction. treat. Optionally, the composition of the mixture is also modified. Then we start the calculations again until relation (2) is satisfied.
We can then know all the parameters which define the load and we can determine the true value of T and, consequently, the true values of Y N, G and H.
We start again the calculation of the second member of the relation (2) using these new values. If this relationship is not satisfied, the characteristic parameters of the charge and, optionally, of the mixture are modified in a suitable direction. We continue in this way by successive approximations until we obtain for the second number of relation (2) a value between 0 and the maximum value that we have set ourselves.
If, instead of using a gas mixture of variable composition according to a predetermined program for the entire duration of the conversion and of which the overall composition is known, it is decided to carry out the entire conversion by means of an oxycarbon mixture of composition constant for which we have N <Y + G + H or, preferably ,, N <1/3 (Y + G + H), it is also possible to have as advantageous conditions 2Y> (N + 1.5G + 1.3H )> 1.4Y (3)
N <0.1 (G + H) with G or H optionally zero
The use, throughout the duration of the blowing, of an oxy-carbon mixture of composition satisfying equation (3) (where. G or H can be zero), requires the use of a hotter load (chemically and / or physically) that -for a conversion by insufflation, during the whole operation, of atmospheric air,
this conversion being carried out under the same conditions as the conversion according to the invention, in particular as regards the duration of the operations, the temperature of the retort and the final composition of the bath.
Consequently, if this conversion were carried out by air, the final temperature of the bath would exceed the temperature reached in the conversion carried out according to the invention.
If the conversion is carried out in two phases, namely, first a blowing in air enriched with oxygen, of a value b in oxygen comprising Ya moles of oxygen for N1 moles of nitrogen with b = Y1 advantageously com - Y1 + N1 taken between 0.3 and 0.4 and then.
blowing by means of an oxycarbo- mixture
<Desc / Clms Page number 6>
nique containing Y2 = Y = y1 moles of oxygen, N2 = N-Nl moles of nitrogen for G moles of carbon dioxide and / or H moles of water vapor, we also arrange to have
EMI6.1
(Nl + N2) (Yl + Y2) + G + H and, preferably, (N i + N2) <1 [(.YlY2) + G + H) j
In addition, one can also have as advantageous conditions
2Y2> (N + 1.5G + 1.3H) 1.4Y2 (4)
N2 <0.1 (G + H) with G or H optionally zero.
The use, during the second phase of blowing, of an oxy-carbon mixture of composition satisfying condition (4) (where G or H may be zero) requires the use of a hotter load (chemically and / or physically) than for a conversion by insufflation, during the entire operation, of air of concentration-b in oxygen-, this conversion being carried out under the same conditions as the conversion according to the invention, in particular as regards the duration of the operations , the temperature of the coppue and the final composition of the bath. Consequently, if this conversion were carried out by the air of concentration b to oxygen, the final temperature of the bath would exceed the temperature reached in the conversion according to the invention.
In order not to damage the coating of the converter or not to freeze the bath, it is obviously necessary to avoid making variations in the composition of the oxy-carbon mixture such that during certain periods the mixture is very rich in oxygen and very poor in carbon dioxide and / or in water vapor and vice versa. It is advantageous not to deviate from the average composition of the carbon dioxide mixture to be blown in such a proportion that the thermogenic effect deviates by more than 25% from its average value.
This thermogenic effect is characterized by the ratio n + 1.5g + 1.3h y in which n, g, h and y denote the numbers of moles respectively of nitrogen, carbon dioxide, water vapor and of oxygen which would be ih troduced in the bath during the same fraction (at least of the order of 2 minutes) of the duration of the part of the conversion using the carbon dioxide mixture and its mean value being carried out in the case where the quantities N, G, H, Y respectively of nitrogen, carbon dioxide, water vapor and oxygen to be introduced into the bath for the whole of said part of the conversion would enter it as a mixture of constant composition.
In other words, one does not seek to deviate from the blowing program that one has chosen, to take into account factors which, from what one might believe, would manifest their effects during the blowing outside. forecasts made before this one. One is therefore satisfied with possibly being subjected to the blowing variations to which the imperfections of the blowing installation may give rise, apart from those provided for by the blowing program.
In order to simplify the explanation, we have assumed above that; The carbon content c and the manganese content m were the same in the standard reference feed and in the feed treated by the following process invention. It should be noted that this simplification is perfectly admissible because, in practice, the variations of c and of m which occur from one font to another only give rise to small variations in the quantities of heat developed in the bath.
CLAIMS.
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