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PROCEDE.P.OUR.L'EXECUTION .DOPERA.TIONS,DE,FUSION.
La possibilité d'exécution de procédés dans lesquels des matières en fusion sont traitées, à haute température, par des gaz soufflés sur le bain de fusion, dans des installations revêtues de matières, réfractaires, est très restreinte, eu égard à la résistance limitée des matières réfractaires. C'est notamment,le cas quand des réactions chimiques se produisent simultanément, réactions qui sont à même d'attaquer particulièrement le revêtement réfractaire.
Si l'on souffle, par exemple, dans une installation revêtue d'une matière ré- fractaire, telle qu'un convertisseur, de l'oxygène ou un mélange gazeux riche en oxygène, comme de l'air enrichi en oxygène, sur un bain métallique ou analo- gue, la combustion des produits accompagnant le métal, comme le manganèse, le silicium, etc., peut produira des températures tellement élevées que, par les réactions chimiques qui se produisent'- le revêtement réfractaire de l'instal- lation est attaqué à un point tel qu'il est détruit en un temps très court et doit être renouvelé à des intervalles rapprochés.
Pratiquement, aucune matière réfractaire ne résiste à des sollicitations de cette espèce, à moins qu'on ne parvienne à influencer l'exécution du procédé de telle façon que le revêtement du récipient est protégé de l'influence directe et irrégulière du fort échauf- fement provoqué par le soufflage du gaz,
Il a été trouvé que, par une disposition correspondante de la tuyè- re servant au soufflage du gaz utilisé, ainsi que par une conformation appro- priée de l'installation utilisée et la détermination des quantités de matière à traiter dans une charge, on peut obtenir une protection étendue du revêtement réfractaire de'l'installation, de sorte que la durée de vie du revêtement est sensiblement accrue, c'est-à-dire que celui-ci doit être renouvelé bien moins souvent.
Si la quantité de matière en fusion est déterminée de telle façon qu'il y ait un rapport favorable entre la profondeur du bain et la surface du bain, le jet gazeux dirigé verticalement ou sensiblement verticalement, au cen- tre de la surface du bain ou près de celui-ci,provoque un écoulement de la matière en fusion du centre de la surface du bain vers le bas, écoulement qui remonte le long des parois de l'installation utilisée.
Pour offrir une résis-
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tance aussi faible que possible au courant de matière en fusion se déplaçant suivant un circuit, c'est-à-dire pour faciliter la circulation, on donne une forme, qui est appropriée à cet écoulement, à la partie inférieure du revêtement réfractaire de l'installation, c'est-à-dire qu'on donne à celle-ci une forme uniformément voûtée, de préférence une forme hémisphérique ou sensiblement hé- misphériquea Par cette conformation de l'installation, la circulation des ma- tières en fusion devient d'une uniformité telle que la température du bain croît régulièrement et, par conséquent, le revêtement du récipient est protégé de l'action directe,
apparaissant sinon dans une mesure importante par suite du fort chauffage irrégulier se produisant par suite du soufflage du jet gazeux.
D'autre part, l'écoulement constant influe favorablement sur la marche de la réaction et un éclaboussement de la tuyère par la matière en fusion est évité en grande partie, éclaboussement qui compromettrait fortement la conservation de la tuyère.
La présente invention indique, par exemple, une voie par laquelle on peut obtenir un acier affiné impeccable du point de vue métallurgique avec une bonne conservation du convertisseur. 11a en effet été montré que de l'oxy- gène tombant sur la surface métallique vive avec des pressions relativement faibles, par exemple 5 à 25 atmosphères techniques (aut), en utilisant des tuyères d'un diamètre de 15 à 35 mm., provoque une vitesse de conversion suf- fisante, sans qu'il pénètre profondément dans la masse fondue.
Comme les tem- pératures sont les plus élevées au point d'impact du jet d'oxygène, il va de soi que l'amenée se fait à,une distance aussi grande que possible des parois du récipient métallurgique. Lors du soufflage d'oxygène aux fins d'affinage suivant le présent procédé, il. y a formation de gaz, provoquée par la réaction locale entre l'oxygène et le carbone de l'acier, formation qui provoque un mou- vement important dans le bain de fusion. Les gaz de réaction poussent vers le bas car leur échappement vers le haut est empêché par le jet d'oxygène ou par la: scorie. Il se produit tout d'abord un écoulement dans la direction du jet gazeux, qui est dévié de 90 au fond du récipient et se dirige vers le haut le long des parois du récipient.
Cette circulation est-maintenue aussi long- temps que la combustion du carbone est possible. L'oxygène n'entre en quanti- té importante dans la masse fondue qu'aussi longtemps que celle-ci est en mou- vement, c'est-à-dire seulement aussi longtemps que le carbone peut brûler. -Il en résulte une certaine protection de la masse fondue contre un surchargement en oxygène et il existe la possibilité, par exemple lors du soufflage de'fonte aciéreuse avec plus d'l % de manganèse, de fabriquer de l'acier sans utilisation de produits de désoxydation, même si les teneurs en carbone de l'acier affiné sont basses.
L'utilisation du procédé décrit, dans l'affinage de l'acier, amè- ne donc un progrès décisif,car le fait qu'on peut renoncer aux produits de désoxydation signifie que la marche de l'affinage se fait sans excès d'oxygène préjudiciable aux propriétés de l'acier.
Au point d'impact se produit, à partir des produits de combustion solides, des produits accompagnant le fer, comme le silicium, le manganèse, etc,, et du fer oxydé, une scorie qui est très riche en oxygène en tout état de cause. Elle réagit avec la teneur en carbone du bain et devient ainsi plus froide dans la direction des parois du convertisseur parce qu'il s'agit de phé- nomènes endothermiques. Par kilogramme de FeO absorbé par une scorie de sili- cate de fer au point d'impact, 80 kcal. sont libérées.
La quantité de chaleur correspondante est utilisée, au bord du récipient, où, par la réaction entre la scorie et la masse fondue, la teneur en FeO de la scorie tombe à nouveau,,
Les températures de réaction élevées du procédé décrit, ainsi que la faible teneur en gaz de l'acier élaboré suivant celui-ci permettent l'éla- boration, sans addition,de "fer pur" avec des quantités de carbone, silicium, soufre, manganèse, phosphore et azote dont la somme est inférieure à 0,25 %.
Des aciers pauvres en carbone, de cette pureté ou d'une pureté similaire, pré- sentent, comme il est connu, des possibilités de déformation àfroid, particu- lièrement bonnes.
En prenant les précautions suivant l'invention, il est même pos- sible de couler, sans addition de produits de désoxydation, comme l'aluminium, le manganèse., le silicium ou analogues, un fer pur contenant des quantités des
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impuretés citées inférieures à 0,25 %. qui peut être laminé à des températures supérieures à 10000 C ou.inférieures à 800 C. Dans ce cas, l'observation de l'intervalle de fragilité au rouge est requise plutôt pour des raisons de sécu- rité qu'à cause d'une nécessité technique impérative. Pour la majeure partie des coulées et lors du laminage de profilés simples, ne présentant pas de dan- ger de fragilité au rouge près des bords, l'intervalle de fragilité au rouge ne doit pas être observé.
De même, on a déterminé qu'en affinant une fonte aciéreuse ordi- naire suivant le procédé décrit, avec utilisation aussi faible que possible de scorie riche en oxyde de fer, par exemple 70 kg/tonne, la perte au feu de manganèse est fortement abaissée parce qu'à la surface limite, des oxydes de manganèse sont à nouveau réduits. Par des essais approfondis on a déterminé que les quantités de scorie'peuvent être maintenues nettement plus faibles qu'auparavant, sans qu'en résultent les suites préjudiciables pour l'acier, connues par' ailleurs, eu égard aux fortes réactions des scories à hautes tem- pératures. De cette façon on obtient des teneurs en manganèse de l'acier qui valent au moins le décuple de la teneur en carbone, donc plus de 0,8% Mn avec environ 0,05 % C.
De même, il suffit pour élaborer un acier à 0,1 % C et 1,5 Mn, de travailler, par exemple, avec une ajoute de ferro-manganèse ordinai- re de haut-fourneau, telle que 15 Kg/tonne de ferro-manganese de haut-fourneau à 48 %, qui accroît la teneur en carbone d'environ 0,05 %. Jusqu'à présent il n'était pas possibler d'obtenir de tels aciers qui, malgré les propriétés de résistance plus élevée, sont particulièrement appropriés pour la soudure, sans addition de ferro-manganèse affiné coûteux.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être utilisé pour l'éla- boration de métaux, notamment d'acier à partir de matières chargées solides.
Pour l'élaboration d'acier, on introduit, suivant l'invention, de la fonte et de la mitraille ainsi que, le cas échéant, des produits d'alliages et des com- bustibles, par exemple du charbon ou du bois, dans une installation, de préfé- rence en forme de poire, appropriée pour la fusion de fer. Comme combustibles, entrent en ligne de compre par exemple du ferro-silicium, du carbure de calcium, des alliages d'aluminium, etc. qui se scorifient et/ou se gazéfient aux tem- pératures qui règnent. La matière de départ solide peut, soit être chargée dans l'installation en une fois, c'est-à-dire dans son entièreté, au début du procédé, soit au cours du procédé, en petites quantités. La quantité de combus- tible est calculée de telle façon que, par sa combustion, la chaleur de fusion est produite.
Après allumage des combustibles, les matières de charge sont fondues sous l'action d'un jet d'oxygène.
La mise en marche du processus de fusion se fait par allumage au moyen d'un corps en feu qui, peuavant le début de l'arrivée d'oxygène, est ame- né à l'endroit où le jet d'oxygène tombera sur la charge.'
Il est étonnant qu'il s'est avéré qu'avec les températures élevées qui règnent, la présence de faibles quantités de matières réductrices suffit pour amener une désoxydation poussée des matières en fusion ; observe même une perte au feu étonnamment faible en manganèse.
L'économie du procédé est due au fait que seule une faible dépen- se de chaleur est nécessaire pour le chauffage de l'installation et que, par conséquent, les pertes de chaleur sont relativement faibles. La perte par les gaz d'échappement est très faible parce qu'il n'y a pas de poids mort d' azote.
Comme la consommation d'oxygène par tonne d'acier fondu n'est que d'environ 100 m3, la mise en oeuvre de ce procédé est aussi possible dans les entreprises qui ne disposent que d'une petite installation de production d'oxy- gène.
Avec une dépense minima de combustible, on peut par exemple obte- nir de-l'acier pour l'alimentation de fonderies ou de laminoirs, en fondant au cubilot de la fonte aciéreuse avec un combustible de basse qualité, en ajou- tant de l'oxygène au vent et en soufflant ensuite la fonte, de la manière dé- crite, dans un récipient semblable à un convertisseur. Dans le cas de l'éla- boration intermittente d'acier, la fusion de la fonte aciéreuse et l'affinage se feront, comme décrit, dans le même récipient. Dans ce cas, la charge peut
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aussi consister en mitraille, charbon et des additions correspondantes.
La dépense d'énergie pour l'affinage est extraordinairement faible, elle se monte pour la production de 100 m3 d'oxygène, qui sont nécessaires pour l'affinage d'une tonne d'acier, à environ 100 KWh ou 135 CVh - notablement moins dans les installations plus grandes. Ce fait est particulièrement important dans des pays qui ne disposent pas de combustibles propres.
Le procédé de soufflage de gaz pour amener des réactions dans les- quelles les produits de réaction gazeux formés déclenchent un mouvement du bain, peut aussi être appliqué à la désulfuration des mattes de cuivre,et, d'autre part, dans l'élaboration de verre au convertisseur, en utilisant du chlorure de sodium. Le procédé peut, par ailleurs, être appliqué au laitier de hauts- fourneaux pour l'élimination du soufre et pour allier les laitiers pour obtenir du ciment fondu ou des matières vitreuses, telles qu'elles sont utilisées pour la laine de laitier ou de scorie.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour l'exécution d'opérations dans lesquelles des ma- tières fondues sont traitées à hautes températures, dans des installations re- vêtues de matières réfractaires, par des gaz soufflés sur le bain de fusion, caractérisé en ce que la profondeur du bain et la surface du bain sont mainte- nues dans un rapport tel que la pression du jet gazeux dirigé verticalement ou sensiblement verticalement, au centre de la surface du bain, ou dans son voisinage immédiat, produit dans la masse fondue, par réaction avec les matiè- res formant des gaz, un écoulement de la matière fondue se dirigeant du point d'impact du jet gazeux vers le bas et remontant le long des parois de l'installa- tion utilisée, et que la partie inférieure du revêtement réfractaire de l'ins- tallation a, de préférence,
une forme appropriée à cet écoulement.