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PROCEDE DE PREPARATION D'ACIER A FAIBLE TENEUR EN AZOTE, SELON LE
PROCEDE D'AFFINAGE AU VENT.-
Il est connu que l'acier au convertisseur fabriqué selon le procédé habituel d'affinage au vent ne convient pas pour beaucoup d'appli- cations,en particulier pour les cas dans lesquels le traitement ultérieur de l'acier impose des conditions sévères au façonnage à froide Il n'est, en outreplus nouveau que cet inconvénient,qui a exclu l'acier au conver- tisseur jusque ici de beaucoup de domaines d'application, est dû à la teneur relativement grande de cet acier en azoteteneur qui est produite essentiel- lement par le contact intime du fer, chargé dans le convertisseur,
avec Pair soufflé dans celui-ci et qui, avec environ 0,010-0,025%, est notablement plus élevée que dans le cas d'autres sortes d'acier, telles que 19acier Siemens- Martin ou l'acier au creuset. Depuis qu'on a reconnu ces relations, on a tra= vaille assidûment dans la pratique et dans la recherche scientifique, en vue de maintenir à une faible valeur ou, si possible.,de supprimer complètement l'absorption d'azote par le bain de fer pendant l'affinage.
On a essayé d'at- teindre ce but par les moyens les glus différents.C'est ainsi, par exemple, que des propositions connues ont cherchés, par diminution de la hauteur du bain ou par une amenée latérale du vent soufflé au lieu d'une amenée par le fond du convertisseur, à réduire la durée de contact entre azote. du vent souf= flé et le bain de fer. On a également essayée en modifiant la forme du conver- tisseur et la répartition du vent dans le bain ou par un enrichissement plus ou moins élevé du vent soufflé en oxygène ou en gaz donnant de l'oxygène par dissociation, ou par l'addition de minerais oxydés avec abaissement simultané de la température de l'opération d'affinage,d'empêcher l'accroissement de la teneur en azote dans l'acier au convertisseur.
Tous les essais de ce genre ni! ont toutefois conduit jusqu'ici à aucun résultat techniquement et économique- ment satisfaisant.
Conformément à Inexpérience acquise jusque ici on peut admettre
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comme bien établi que l'absorption d'azote par le bain de fer est, dans l'affi- nage habituel au vent, particulièrement grande pendant la période de déphospho- ration faisant suite à la période de décarburation, et., à savoir, d'autant plus grande que la température du contenu du convertisseur monte haut pendant cette période de déphosphoration.
Mais, à coté de l'influence de la température sur l'absorption d'azote par le bain, un rôle est également joué par la tendance du fer à atteindre aussi rapidement que possible la valeur de saturation ma- ximum, presque indépendante de la température, pour l'azote dans le fer (par exemple environ 0,046% à 1600 C et environ 0,048% à 1700 C)o La tendance sim- ple, mais insuffisante en pratique consistait fréquemment jusqu'ici à mainte- nir à une faible valeur la température du bain pendant la déphosphoration par des agents de refroidissement, et à s'opposer de cette manière à une absorption excessive d'azote. Toutefois,
un tel artifice à lui seul ne supprime pas complè- tement la tendance du fer à absorber de l'azote pendant le soufflage et entraî- ne, outre un accroissement insuffisamment contrarié de l'absorption d'azote, fréquemment des températures trop basses du bain, et, à leur suite, de grandes difficultés au point de vue de la technique de coulée. En outre, une partie non négligeable de la masse fondue reste dans la poche de couléeo Le rendement di- miune, et des travaux auxiliaires très incommodes ainsi que des gênes compromet¯ tent la bonne marche de la production.
La présente invention, qui se propose également pour but la pré- paration d'aciers à faible teneur en azote selon le procédé d'affinage au vent, est basée sur la constatation nouvelle que, par une addition de chaux au vent soufflé, on ne réussit pas,il est vrai, à réduire la période de déphosphoration elle-même, mais qu'on peut, par cette mesure, s'opposer à la tendance du bain de fer à absorber de l'azote à partir du vent soufflé, pendant la période de d é= phosphoration, également à une température relativement élevée du bain.
Dans le procédé normal d'affinage au vent, la teneur du bain de fer en phosphore n'est abaissée que de façon peu importante pendant la période de décarburation, de sorte que l'élimination du phosphore a lieu pratiquement seulement lorsque la période de décarburation est terminéeo Par contre, si, conformément à l'in- vention, on insuffle dans le bain de fer, avec le vent, de la chaux en une pro- portion qui est avantageusement au maximum de 2,5 kg par m3 de vent soufflé, il se produit déjà, pendant la décarburation, une déphosphoration importante du fer.
Il a été reconnu qu'il est ainsi produit un retard de la décarburation, qui est manifestement dû au fait qu'une partie de l'oxygène du vent soufflé est nécessaire pour l'oxydation du phosphore, et qu'il ne reste disponible, pour l'oxydation du carbone, qu'une quantité plus faible d'oxygène, de sorte que la décarburation est ralentie. Ce phénomène a pour conséquence que la pé- riode de temps, pendant laquelle il se forme de l'oxyde de carbone en raison de la combustion du carbone,est prolongée et est notablement étendue dans la période de déphosphoration.
Mais, aussi longtemps qu'il- se forme de l'oxyde de carbone, l'absorption d'azote par le bain est empêchée, car la tension par- tielle de l'azote dans le courant gazeux ascendant est faible, aussi longtemps qu'il se forme de l'oxyde de carbone dans chaque couche en hauteur du contenu tourbillonnant mécanique du convertisseur. En outre,, le tourbillonnement addi- tionnel, de plus longue durée, du bain de fer par l'oxyde de carbone gazeux for- mé agit dans le sens d'une expulsion d'azote se trouvent déjà en solution dans le bain de fer. La prolongation de la période de décarburation raccourcit ain- si automatiquement la partie de la période de déphosphoration pendant laquelle il ne se produit pas de formation d'oxyde de carbone.
Le raccourcissement de la période de temps, pendant laquelle il est produit uniquement une déphospho- ration et pas de décarburation, diminue également dans la même mesure la par- tie de la période de soufflage pendant laquelle de l'azote peut être absorbé par le bain de fer. Pour diminuer les projections du convertisseur et augmenter de façon correspondante le rendement, on doit, déjà dans les procédés normaux- d'affinage au vent, éviter tout refroidissement excessif du bain.
On n'y réus- sit habituellement que pendant les premières et les dernières minutes de l'opé- ration .Mais, entre la période initiale et la période finale du procédé, d9affi- nage au vent est comprise la période pendant laquelle a lieu la diminution plus brusque de la teneur en carbone, qui nuit au degré de fluidité du bain, et pen- dant laquelle la chaux ajoutée en morceaux n'a pas encore formé de scorie bien
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fluide. Une forte addition de chaux en morceaux produit un refroidissement ex- cessif et des projections du convertisseur.
Pour obvier à cet inconvénient, on opèredans le procédé proposé selon l'invention, avantageusement de telle ma- nière qu'il se produise une addition réglée de chaux en grains fins avec le vent soufflé, à savoir en adaptant cette addition dans le temps à la quantité de scorie calcaire nécessaire pour la combustion des éléments accompagnant le fer, ainsi qu9en tenant compte de la fluidité du contenu du convertisseur qui est nécessaire pour la réalisation complète du procédé. En réglant l'addition de chaux au vent soufflée on effectue par suite le procédé selon la manière qui convient le mieux aux phénomènes physiques et chimiques ayant lieu dans le convertisseur, pour produire de l'acier à faible teneur en azote.
Après la première période d'insufflation de chauxla chaleur produite ne doit pas se faire sentir par un accroissement nuisible de la tem- pérature du bain; il est par suite bon d'ajouter des agents de refroidisse- ment pendant cette période de tempso On peut utiliser à cet effetpar exemple, de 1?oxyde de fer ou du minerai de fer en grains fins., amené avec le vent soufflé,,ou du minerai ou de la mitraille introduit par le haut dans le con- vertisseur., Une caractéristique du procédé particulièrement avantageux propo- sé selon l'invention, réside par suite dans la succession, déterminée diaprés la quantité, le temps et la température du bain, de l'addition de chaux pen= dant la première période de l'opéation de soufflage,
puis de l'addition d'a- gents de refroidissement et de l'addition réduite ou interrompue de chaux et ensuite à nouveau de l'addition de chaux pendant la période finale de déphospho- ration. Dans le cas,où, pendant les dernières minutes,il se produit encore un accroissement de la température du bain, qui exercerait une action défavo- rable au point de vue de l'absorption d9azote par le bain, il est bon d'ajou- ter à nouveau des agents de refroidissement (minerai ou mitraille),soit seuls, soit en commun avec la chaux, par l'orifice du convertisseurou d'ajouter, avec le vent soufflé, des matières susceptibles d'tre insufflées.
Le réglage de l'allure de la réaction dans le convertisseur par une insufflation dosée de matières solidesqui servent à la scorification d'éléments accompagnant le fer et/ou au refroidissement du bain de fer, peut également être effectué en utilisant des substances donnant par dissociation des gaz, par exemple de la pierre à chaux, des carbonates de fer.
Des matières solidesqui, après leur introduction dans le convertisseur,donnent par dissociation des gaz, réduisent la tension partielle d'azote du vent soufflé- et provoquent ainsi le même- effet qu'une prolongation de la période de décarburation et aident à abaisser la te- neur de l'azote dans le baino
Les aciers fabriqués selon le procédé décrit présentent des te- neurs en azote qui sont notablement inférieures à celles des aciers au conver- tisseur normaux.
On peut, comme il a été constaté, abaisser additionnellement de façon sûre la teneur en azote;, en enrichissant le vent soufflé,en particu- lier dans la période de déphosphoration, avec de l'oxygène et en augmentant 1' oxygène offert au bain de fer, avantageusement, au moins de façon correspondant à la consommation d'oxygène pour la combustion des éléments accompagnant le fer (en particulier Si, Mn, C, Ph)o L'addition d'oxygène a pour but de produi- re un désiquilibre extrême dans la couche limite entre les bulles d'air, mon- tant dans le bain de fer,d'une part;, et le métal fluide sur l'autre côté de la couche limite, diantre parto Le pouvoir dissolvant de la couche limite est revendiqué par l'oxyde de fer, disponible en excès.
Pour cette raison. et à cause des éléments d'accompagnement restant dissous dans le fera le passage de l'azote, de façon notable plus difficilement soluble, à partir de la bulle d'air à travers la couche limite dans le bain métallique,est empêché.Dans le cas de l'affinage avec du vent soufflé normal, le déséquilibre déliré des trois phases voisines peut être moins facilement maintenu en raison de l'of- fre plus faible d'oxygène, de sorte que,tout au moins dans la partie supérieu- re du bain,
de l'azote libre peut être absorbé aussi bien dans la couche limi- te elle-même que par passage à partir de celle-ci dans le bain métalliqueo La mesure dans laquelle l'azote passe dans le bain de fer ne dépend alors plus que de la température du contenu du convertisseur et du temps pendant lequel les
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bulles exemptes d'oxygène viennent en contact avec le baino En raison du rac- courcissement, obtenu par le procédé selon l'invention, de la période de temps pendant laquelle il se produit uniquement une déphosphoration, l'addition d'o- xygène au vent soufflé est avantageuse précisément pendant cette période de temps,parce que sa durée est raccourcie.
Il a en outre été constaté qu'on peut, de la manière décrite, fa- briquer des aciers au convertisseur, qui se caractérisent non seulement par une faible teneur en azote, par exemple de 0,010% et même une teneur inférieure à 0,007%, mais qui présentent aussi de faibles teneurs en phosphore et en soufre et qui peuvent par suite être désignés comme étant des aciers au convertisseur d'un degré élevé de pureté. Les teneurs en ces impuretés sont particulièrement faibles lorsque on effectue une addition convenablement réglée de chaux et d'a- gents de refroidissement au vent soufflé et lorsque cette addition est combi- née de la manière décrite, avec un enrichissement du vent soufflé en oxygène.
Le procédé selon l'invention peut être réalisé par exemple de la manière suivante :
Au début du soufflage, on insuffle avec le vent une proportion de chaux telle que les quantités, formées par combustion, de combinaisons oxy- gênées du silicium, du manganèse et du fer peuvent se combiner avec la scorie calcaire. Cette opération est achevée sensiblement après 1-3 minutes environ.
On refroidit ensuite le contenu du convertisseur avec des agents de refroidis- sement, avantageusement en insufflant du minerai à l'état pulvérulent ou en grains fins avec le vent soufflé. Après la moitié environ de la durée totale de soufflage, on ajoute à nouveau de la chaux. Une addition partielle peut cette fois avoir lieu sous forme de chaux en morceaux, par l'orifice du con- vertisseura La quantité de chaux nécessaire et le mode d'addition de la chaux sont déterminés dans chaque cas diaprés la, température et l'allure de la com- bustion du phosphore. L'addition de chaux peut être arrêtée 1-2 minutes envi- ron avant la fin du soufflage.
Dans le cas où la charge deviendrait trop chau- de pendant la deuxième moitié de la période de soufflage, on peut continuer à opérer avec des agents de refroidissement ou avec des substances donnant par dissociation des gaz, telles que de la pierre à chaux,des carbonates de fer, etc. ainsl qu'avec des mélanges de ces substances avec des minerais oxydés et de la chaux, pour régler la température.
Lorsqu'on insuffle additionnellement encore du sable dans le convertisseur ou qu'on en charge par l'orifice du convertisseur, on utilise un mode additionnel de réglage du procédé, par exemple dans un sens tel que la sco- rie devienne plus soluble dans l'acide citrique et devienne par conséquent de plus grande valeur comme engrais.Au lieu de sable, on peut également introdui- re dans le convertisseur des minerais de fer acides, qui servent à la fois com- me agents de refroidissement et., en raison de leur teneur en silice, augmen- tent la fluidité et la solubilité de la scorie dans l'acide citrique.
Le pro- cédé offre ainsi, outre ces autres avantages, également une possibilité duti- lisation de minerais acides, qui jusqu'ici étaient peu désirables et mal uti- lisables en métallurgie..
Le procédé selon l'invention présente une grande importance., non seulement parce qu'il permet de fabriquer des aciers au convertisseur à faible teneur en azote, mais aussi parce que, par son application, les poids des char- ges est accru et la projection de matières à partir du convertisseur est ré- duite.
L'insufflation de chaux avec le vent soufflé dans raffinage au vent est connue en elle-même. Mais il n'avait pas été reconnu. jusqu'ici que, -en particulier par un dosage déterminé de l'addition de chaux, de la manière décrite, d'après les conditions de température- lors de l'affinage, en parti- culier par une combinaison de ce procédé avec l'enrichissement du-vent soufflé en oxygène-,, on obtient des aciers au convertisseur à faible. teneur en azote et en outre à faible teneur en phosphore et en soufra.