<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE DEPHOSP HORATI ON ET DE DENITRURATI ON DES ACIERS.
Ajuourd hui, plue que jamais, pour les sidérurgies qui exploitent les gisements des minettes ou des gisements analogues, se pose le problème impératif de l'ennoblissement des aciers. Au cours de ces dix ou quinze der- nières années, des efforts.constants ont été développés dans ce but dans tous les pays à industrie métallurgique. Les tentatives auxquelles ils ont donné lieu, avec plus ou.moins de succès, visent trois objectifs simultanés : - la réduction de¯la mise au mille, essentiellement par la dimi- nution du degré de chutage; - 1'accroissemet de la productivité des installations; - l'amélioration de toutes les qualités du métal.
Les causes esserltielles de la:.dépréciation relative des aciers ré- sident dans ses teneurs en phosphore, en soufre, en oxygène dissous ,en oxy- des libres, et dans les pourcentages élevés des déchets occasiônnés par les retassures, le s ségrégations et les soufflures. Ces inconvénients sont ap- portés par le procédé même délaboration au convertisseur. L'obtention de produits laminés sains exige des chutages importantes qui limitent la produc- tion, tout en augmentant dans une large mesure les prix de revient.
Depuis que les modes d'affinage des aciers existent, ces handi- caps majeurs des aciers obtenus par soufflage ont été soulignés constamment? Aussi ces dernières années, de nombreuses recherches faites dans le but da- méliorer la qualité des aciers, ont été entreprises et des résultats considé- rables ont déjà été obtenus.
Différents procédés assez, récents ou nouveaux sont actuellement appliqués industriellement, mais malheureusement, ces procédés sont, soit très coûteux, soit d'une application difficile, soit d'une manipulation dan- gereuse .
<Desc/Clms Page number 2>
Une solution satisfaisante à tous les égards et en particulier par son étonnante simplicité vient d'être apportée par ce nouveau procédé de déphosphoration et de dénitruration.
En effet, ce procédé permet d'obtenir des résultats parfaits dans un temps record, et avec une dépense minime. Son application indus- ' trielle est facile et ne comporte aucun danger, ni pour les ouvriers, ni pour les installations.
Les principaux modes d'affinage connus à ce jour ont pour pre- mier but l'élimination maximum du phosphore, de l'azote et du soufre. La présence de ces éléments, en quantités plus ou moins importantes, sert de base à la classification technique et commerciale des différentes qu- lités d'aciers.
En dehors des éléments précités, l'oxygène sous ses différentes; formes,les inclusions et les gaz occlus sont également des constituants extrêmement nuisibles. Ils se rencontrent en particulier dans les aciers élaborés par soufflage, et leur élimination plus poussée est aussi de na- ture à valoriser notamment les aciers Thomas.
La présente invention a pour objet le déphosphoration, la déni- truration et accessoirement l'épuration des aciers.
La particularité du procédé réside dans l'élimination du phos- phore et de l'azote de préférence en une seule opération et ce par l'ajoute de plusieurs réactifs, dont il sera question ci-après. La combinaison de ces deux phases d'épuration est rendue possible par le fait qu'un des réac- tifs agit d'une part sur le phosphore et favorise; d'autre part l'élimina- tion de l'azote.
Pour une meilleure compréhension du nouveau procédé, il sera ex- posé, en premier lieu, la phase de la déphosphoration et ensuite celle de dénitruration, mais il reste entendu que ces deux phases sont réalisées dans la plupart des cas en une seule opération.
Au cours des réactions décrites.ci-après, il sera constaté qu'à titre accessoire le procédé permet également d'obtenir une désulfuration partielle, ainsi qu'une épuration des inclusions.
La sidérurgie lourde d'Europe occidentale est basée sur 1'util- sation rationnelle du phosphore contenu dans les minerais.
La fonte Thomas qui sert à l'élaboration de 1'adcier Thomas con- tient en moyenne 1,80 à 2,00% de phosphore. Cette quantité importante de phosphore est utilisée pour son effet calorifique au convertisseur, dans la réaction.
2 P + 5/2 02 = P205 + 365,2 cal/mole.
Toutefois, l'acier obtenu n'est pas complètement débarrasé du phosphore ini- tial et indique encore des teneurs, variant en moyenne de 0.050 à 0,080%
Ces teneurs sont encore trop élevées, mais on hésite à les abais- ser à des chiffres inférieurs par un sursoufflage poussé.
En effet, le sursoufflage tant soit peu exagéré produit des te- neurs élevées en 02 dans l'acier et de par ce fait, influence défavorablement sa qualité.
L'opération de déphosphoration proposée est basée sur 1'emploi d'un sel alcalin contenant de l'eau sous forme composée, le carbonate de sou- de cristallisé Na2 CO3 10 H2 0)
Additionné au bain en fusion, son emploi est facile et sans aucun danger.
En présence de la température élevée du bain métallique, la vapeur d'eau surchauffée, anise forme et aui se dégage au sein même du métal, oxvde rapidement les phosphores restantso
<Desc/Clms Page number 3>
Le phosphate ainsi formé entre en combinaison avec les oxydes al calins, produits par la décomposition brutale du sel chimique ajouté.
L'élimination du phosphore dans le laitier sodique s'effectue probablement suivant la réaction @
1/2 05 + 3Na2 0) Na3 po4 + 565,6 cal/mole.
Il est actuellement universellement admis en sidérurgie
1 - que la vapeur d'eau peut remplir aisément et avantageusement le rôle d'oxydant dans un bain d'acier en fusion, surtout en ce qui concerne le phosphore.
2 que les oxydes alcalins Na2 0 et K2 0 se combinent à P205 avec une virulence infiniment plus considérable que la chaux.
3 que les phosphates alcalins sont d'une très grande stabi- lité chimique aux températuresélevées.
Quant aux inclusions d9oxydes libres contenues dans les aciers, elles sont, en règle générale, composées de silicates complexes à caractère plutôt acide.
En présence d'un laitier sodique très fluide et très réactif, elles sont en grande partie éliminées et décantées rapidement.
Des essais furent effectués avec un mélange de carbonate de sou- de cristallisé, Na2 CO3 10 H20 et de carbonate de soude anhydre.
Le carbonate de soude anhydre fut ajouté afin de freiner et de ralentir la décomposition extrêmement rapide de Na2 C030 10 H20, sel chimi- que ayant un point de fusion relativement bas.
En effet, la présence de Na2CO3 anhydre, d'un point de fusion assez élevé, retarde légèrement Inaction de la soude cristallisée, de sorte que la réaction chimique peut se passer dans le sein du métal dans les con- ditions les plus favorableso
Les essais effectués à 1-'échelle industrielle étaient satisfai- sants à tous les points de vue et les résultats furent concluent:4
Les résultats obtenus furent en moyenne les suivants.
EMI3.1
<tb>
Déphosphoration <SEP> ' <SEP> 56%
<tb>
<tb>
<tb> Dénitruration <SEP> 60 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Epuration <SEP> (inclusions
<tb>
<tb>
<tb> d'oxydes) <SEP> 60 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Désulfuration <SEP> 27 <SEP> % <SEP>
<tb>
La présente invention permet d9élaborer des aciers titrant 0,015 à 0,025% de phosphore et de 0,003 à 0,005% d'azote
Les aciers obtenus par ce procédé, examinés au microscope, pré- sentaient une grande puretés
Les inclusions restantes étaient petites et fines,
donc nulle- ment dangereuses à la bonne qualité de l'aciero
L'analyse chimique et la micro-analyse des inclusions indiquaient seulement la présence d'oxydes de fer et de manganèseo Toutes les inclusions de silicates complexes avaient disparue
Un autre avantage du procédé consiste encore dans l'élimination des gaz dissous dans le bain métallqueo En effet, 1?agitation intense pro- duite au sein du métal en fusion par les réactions chimiques du mélange, ne peut être que favorable au départ des gaz dissous dans le métal.
Une désulfuration partielle, assez importante, fut constatée sur les aciers obtenus au moyen de ce procédé, en raison de 1?affinité très gran- de des sels alcalins pour le soufreo
<Desc/Clms Page number 4>
La température du métal traité ne fut que faiblement affectée, lors des essais, la quantité du mélange étant relativement faible.
Dans Inapplication de ce procédé de déphosphoration, il n'est pas nécessaire d'utiliser des produits purso Des produits de -qualité industriel- le conviennent parfaitement.
Il sera décrit ci-après sommairement comment l'opération de dé- phosphoration est appliquée.
Les réactifs mélangés dans la proportion de 1 g 1 sont ajoutés dans le convertisseur à la fin de soufflage et après décrassage, selon un do- sage de 5 à 7 kg de mélange à la tonne de préférenceo
La cornue est alors relevée pendant quelques secondes, afin de permettre le brassage du métal en fusion avec la matière réactive.
On opère ensuite l'addition du ferro-Mn.
Pendant la coulée du métal dans la poche, on ajoute environ 15kg du mélange, afin de produire un effet supplémentaireo
Cet exemple d'application est donné à titre indicatif et n'est nullement limitatif.
Ce traitement peut s'appliquer à tous les procédés de fabrication des aciers et en général, à l'épuration de tout bain métallique.
L'addition du mélange réactif peut s'effectuer soit dans la cor- nue, soit dans la poche. Les résultats dans les deux cas sont excellents.
L'addition d'une faible quantité Na2 CO3.10 H20 en poche permet l'obtention de teneurs très basses en phosphore.
Pour déphosphorer l'acier Bessemer il est bien entendu que le traitement doit être opéré pendant la coulée dans la poche.
De ce qui précède il résulte que la grande particularité* de ce procédé consiste dans l'emploi de
Na2 CO3 ¯¯la H2 0 qui est une composition et non pas une combinaison de molécules d'eau avec le carbonate. Sous cette forme particulière du sel chimique, l'eau se trouve sous forme cristallisée à travers les molécules de Na CO3 Il en résulte lors de la décomposition du sel au contact du bain métallique un dégagement de vapeur d'eau instantané et la vapeur se porte d'une manière chimiquement virulente de préférence sur les phosphores restant encore dans le bain en fusion et les transforme en phosphates.
On a constaté lors des essais que la vapeur d'eau formée dans les susdites conditions joue le rôle d'un oxy- dant idéal parce que cette oxydation s'effectue principalement sur les phos- phures, en n'influencatn que fort peu le fer. Par contre c9est un fait que les réactifs comportant de l'eau sous forme combinée, ne produisent de loin pas les effets tels que décrits ci-dessus. Ainsi le dégagement de vapeur d'eau est d'environ trois fois plus important dans le cas d'un sel cristalli- sé que dans celui d'un sel où l'eau se trouve à l'état combiné seulement.
@
L'utilisation dans l'industrie de certains sels chimiques simi- laires pour laomêmefin, provoque lors'de la réaction dans le bain métalli- que un dégagement de gaz nocifs-nécessitant en cours d'opération des mesu- res de précautions spéciales occasionnant des pertes de temps appréciables.
Dans le cas de remploi du Na2 003.10 H20 on a le grand avantage que ce sel est absolument inoffensif, tant pour sa manipulation qu'au cours de 1'o- pération de raffinage. Il en résulte donc un gain à temps à tout point de vue. Le carbonate de soude cristallisé n'a jamais été utilisé en sidérugi parce qu'on estimait son emploi dangereux en raison de sa teneur élevée en eau composé (629 gr par kg de Na2 CO3.10 H20). Les essais ont prouvé le contraire.
Le résidu de la réaction dans le bain de fusion,c'est-à-dire le
<Desc/Clms Page number 5>
Na2 0 forme un laitier bien stable et de haute virulence chimique;, absor- bant facilement les phosphates formés et les autres impuretés catenues dans l'acier.
Le carbonate de soude cristallisé étant une substance peu coû- teuse,le prix de revient du traitement de la tonne d'acier est bien infé- rieur à celui du mode opératoire selon l'un des autres procédés existants,
Au cours de la mise au point de l'opération de déphosphoration, il a été constaté simultanément une certaine diminution de la teneur en azote qu'on l'on a attribuée à une oxydation partielle de l'azote et à son élimina- tion avec les vapeurs et fumées produites par les réactions chimiqueso Cette régression de la teneur d'azote en milieu oxydant a été le point de départ de nouvelles recherches, qui ont abouti à rétablissement de mesures pour un traitement complémentaire.
La phase de dénitruration s'effectuant en présen- ce de vapeur d'eau à l'état naissant, permet maintenant une élimination des plus poussées de la teneur en azote du bain métallique, en vue de parfaire ainsi la fabrication d'aciers de très haute qualité.
A cette fin on a recours à un réactif qui, employé en cette am- biance de vapeur d'eau, s'empare de l'azote existant au préalable sous forme de Fe4 N, pour en former une autre combinaison binaire, c'est-à-dire un nou- veau nitrure autre que Fe4 No Ce nouveau nitrure doit posséder et possède effectivement des propriétes spéciales qui favorisent son élimination du bain.
Ce sont a) une très faible densité - b) une.grande faculté d'incorporation dans la scorie-.-- c) une consistance pulvérulente, faisant en sorte qu'en cas de rétention (peu prévisible) d'une fraction de ces inclusions dans le métal, la no'civité de ces corpuscules soit insignifiante. Comme on attribue le vieillissement ou la déchéance des qualités élastiques du métal précisément à la présence de Fe4 N dans l'acier, 1' élimination de ce dernier, grâce au nouveau procédé décrit ci-après de manière détaillée,tendra à parfaire l'acier déjà épuré en phosphore selon les opérations prévues au procédé ex- posé dans le brevet principal.
On réalise ainsi la fabrication d'un acier de qualité supérieure en ce qui concerne
1 - la bonne soudabilité -
2 - la plasticité et la déformabilité à froid -
3 - 1'usinabité
Le procédé destiné en principe aux aciers élaborés par conversion, permettra à ceux-cid'équivaloir les meilleurs aciers sur sole.,
La littérature technique enseigne que certains corps, le titane et l'aluminium par exemple, ont sur les aciers une action dénitrurante, qui s'arrête cependant à la première phase de l'opération, en ce sens que le nitrure de fer se transforme en nitrure de titane ou en nitrure d'alumi- ne.
On sait également par la pratique de la fabrication des aciers, que même lorsque les traitements au titane ou à l'aluminium sont renforcés par¯apport de chaleur en provenance d9adjuvants qui accompagneraient ces derniers réactifs, il reste de nombreux globules de nitrures de titane et d'a lumine emprisonnés dans l'acier, formant des points durs ou des chapelets d'inclusions, dépourvus de plasticité et créant une discontinuité intercris- talline dans les produits laminés, ce qui 'les déclasse automatiquement.
La phase de dénitruration selon la présente invention est basée sur l'emploi encore inusité de deux métaux -. le bore ou le lithium qui., en présence de vapeur d'eau dégagée dans le bain en provenance de Na2 CO3 10 H2 0, absorbant quantitativement, sous forme de nitrure de bore ou de nitru- re de lithium, l'azote qui se.trouvait jusqu'alors uni au fer sous forme de nitrure de fero La vapeur d'eau, provenant de la dissociation de Na2 CO3 10 H20 infiniment réactive imprégnant le bain métallique au moment de la réaction, constitue un écran protecteur s'opposant à la diffusion de l'azote.
<Desc/Clms Page number 6>
Insistons également encore sur le fait que le bore et le lithium ne sont véritablement actifs que sous la forme métallique élémentaire.
Le bore est introduit de préférence dans le bain en tant que fer- ro-bore d'une teneur de 16 à @5% de bore ; bore pourrait également prove- nir de toute réaction provoquée à l'intérieur du bain par introduction de substances susceptibles à la suite de réactions chimiques, de produire du bo- re métaïe Ce .qui a été dit pour le bore s'applique également pour le lithium
Par suite de la présence du bore ou du lithium l'action de déni- truration se développe selon les phases suivantes
1. - Le carbonate de sodium cristallisé se dissocie violemment, donnant naissance à de la vapeur d'eau oxydante (au sein du métal) du gaz carbonique (au titre d'impulsion mécanique du bain et de véhicule du mouvement ascentionnel) et à de l'oxyde Na2 0, laitier-très réactif absorbant facilement le nitrure de bore.
2 En présence de vapeur d'eau, et à température relativement élevée, le bore métal (ou le lithium métal) se combine instantanément par affinité élective avec l'azote, du fait que pour le bore (ou le lithium) le rapport poids atomique valence est peu élevé et quil est voisin de celui de l'azote. Il y a alors forma- tion de nitrure de bore (ou de nitrure de lithium).
3. - Le nitrure de bore ou le nitrure de lithium se décantent très facilement en vertu des propriétés suivantes : a) les nitrures de bore ou de lithium sont stables, b) ces nitrures sont très légers, ce qui leur permet,sans correc- tion à la viscosité du milieu par un appoint calorifique extérieur, de gagner, la zone supérieure du bain où règne, en présence de l'atmosphère H 0 H, une couche de laitier très réactif et très absorbant, à base de Na2 0, c) ces mêmes nitrures se présentent uniquement sous forme pulvé- rulente,amorphe, sans apparence de cristallisation ou d'agglomération, de sorte que, si même des traces de nitrures de bore ou de lithium venaient à être retenues dans le bain, leur présence ne serait plus cause de discontinui- té intercristalline.
Les propriétés énoncées ci-dessus, propres aux nitrures de bore et de lithium, sont des conditions essentielles pour la réussite de la se- conde phase de l'élimination intégrale de l'azote.
4o - Au cours des savais, on a pu constater que parallèlement à l'action du bore métal sur:l'azote, il s'effectuai.1 une certaine diminution de la teneur en hydrogène de l'acier, par voie d'oxydation du borure d'hydro- gène.
50 - Enfin on a constaté également que les aciers traités selon le présent procédé présentaient un grain Mac Quaid très homogène, de gros- seur favorable à l'usinage et aux transformations requérant pour le métal des qualités de plasticité,
Les opérations de déphosphoration et de dénitruration telles que décrites s'effectuent de préférence simultanément, sans rien modifier au pro- cessus courant pratiqué dans l'aciérie, sans faire intervenir d'appareillage spécial, et uniquement à l'aide de simples additions peu coûteuses de réactifs en poche ou en cornue après fin de conversion.
C'est ainsi que le mélange réactif, carbonate de sodium cristal- lisé Na2 OC 10 H2 0, et bore métal, de préférence sous forme de ferro-bo- re, peut être ajouté dans le convertisseur à la fin du soufflage,après dé- crassage et avant l'introduction de ferro-manganèse suivant le mode habituel.
Cette addition est suivie d'un coup de soufflage de 12 à 15 secondes et la
<Desc/Clms Page number 7>
coulée s'effectue ensuite comme à l'ordinaire.
Les réactifs cités Na2 CO3 10 H2 0 et le ferro-bore peuvent en- core s'ajouter en poche,si la basicité de Na2 C03 est incompatible avec le- type de convertisseur. Dans les deux cas les résultats sont excellents.
Par conséquent, lorsqu'on combine comme envisagé plus haut les opérations de déphosphoration et de dénitruration, on a recours à l'addi- tion de trois produits
EMI7.1
Carbonate cristallisé Na CO 10 H2 0 + Carbonate anhydre Na2 C0± et ferro- µ6[[µ" ' * oreo --,!r
Si au contraire la dénitruration est envisagée isolément, on utilisera seulement les réactifs suivants :
EMI7.2
Carbonate cristallisé Na? 001 . 10 Hg 0 et ferro-bore,
Ce dernier mélange se fera en proportion variable selon la teneur initiale en azote des aciers élaborés, soit dans la proportion de 3 : envi- ron pour la teneur normale admise pour les aciers calmés, par exemple.
La phase de dénitruration peut donc se résumer par la constata- tion que dans l'ambiance de vapeur d'eau naissante, issue de Na2 CO3 10 H2 0, le bore se combine instantanément par substitution., à l'azote existant sous forme de nitrure de fer Le nitrure de bore ainsi formé par cette réaction, se décante alors très aisément du bain et se trouve recueilli dans une scorie. à base de Na2 0, apte à recevoir ce nitrure.
REVENDICATIONS.
<Desc / Clms Page number 1>
PROCESS FOR DEPHOSP HORATI ON AND DENITRURATI ON OF STEELS.
Ajuourd hui, more than ever, for the steel industries which exploit the deposits of minettes or similar deposits, arises the imperative problem of the finishing of steels. During the last ten or fifteen years, constant efforts have been made to this end in all countries with a metallurgical industry. The attempts to which they gave rise, with more or less success, aim at three simultaneous objectives: - reduction of the mileage, essentially by reducing the degree of drop; - increase in the productivity of installations; - the improvement of all the qualities of the metal.
The main causes of the:. Relative depreciation of steels reside in its contents of phosphorus, sulfur, dissolved oxygen, free oxides, and in the high percentages of waste caused by sinkings, segregations and blowholes. These drawbacks are brought by the very process of development to the converter. Obtaining healthy rolled products requires significant drop-offs which limit production while greatly increasing cost prices.
Since the methods of refining steels have existed, have these major handicaps of steels obtained by blowing have been constantly underlined? Also in recent years, a lot of research carried out with the aim of improving the quality of steels has been undertaken and considerable results have already been obtained.
Various fairly recent or new methods are currently applied industrially, but unfortunately these methods are either very expensive, or difficult to apply, or dangerous to handle.
<Desc / Clms Page number 2>
A satisfactory solution in all respects and in particular by its astonishing simplicity has just been provided by this new process of dephosphorization and denitriding.
Indeed, this process makes it possible to obtain perfect results in record time, and with minimal expense. Its industrial application is easy and does not involve any danger, neither for the workers, nor for the installations.
The main refining methods known to date have as their first goal the maximum elimination of phosphorus, nitrogen and sulfur. The presence of these elements, in greater or lesser quantities, serves as a basis for the technical and commercial classification of the different grades of steel.
Apart from the aforementioned elements, oxygen in its various; forms, inclusions and occluded gases are also extremely harmful constituents. They are found in particular in steels produced by blowing, and their further elimination is also likely to be used in particular in Thomas steels.
The present invention relates to the dephosphorization, denitriding and, incidentally, the purification of steels.
The peculiarity of the process lies in the elimination of phosphorus and nitrogen, preferably in a single operation, by adding several reagents, which will be discussed below. The combination of these two purification phases is made possible by the fact that one of the reagents acts on the one hand on phosphorus and promotes; on the other hand the elimination of nitrogen.
For a better understanding of the new process, it will be explained, first of all, the dephosphorization phase and then that of denitriding, but it remains understood that these two phases are carried out in most cases in a single operation.
During the reactions described below, it will be observed that, incidentally, the process also makes it possible to obtain partial desulfurization, as well as purification of inclusions.
The heavy steel industry in Western Europe is based on the rational use of the phosphorus contained in the ores.
The Thomas iron which is used in the production of Thomas steel contains an average of 1.80 to 2.00% phosphorus. This large quantity of phosphorus is used for its calorific effect at the converter, in the reaction.
2 P + 5/2 02 = P205 + 365.2 cal / mole.
However, the steel obtained is not completely free of the initial phosphorus and still shows contents, varying on average from 0.050 to 0.080%.
These contents are still too high, but we are reluctant to lower them to lower figures by high blowing.
In fact, overblowing, however slightly exaggerated, produces high O 2 contents in the steel and therefore adversely affects its quality.
The proposed dephosphorization operation is based on the use of an alkaline salt containing water in compound form, crystallized sodium carbonate Na2 CO3 10 H2 0)
Added to the molten bath, its use is easy and without any danger.
In the presence of the high temperature of the metal bath, the superheated water vapor, anise forms and is released within the metal itself, rapidly oxidizes the remaining phosphors.
<Desc / Clms Page number 3>
The phosphate thus formed enters into combination with the alkaline oxides, produced by the sudden decomposition of the added chemical salt.
The removal of phosphorus in sodium slag is probably carried out by reaction @
1/2 05 + 3Na2 0) Na3 po4 + 565.6 cal / mole.
It is currently universally accepted in the steel industry
1 - that the water vapor can easily and advantageously fulfill the role of oxidant in a bath of molten steel, especially with regard to phosphorus.
2 that the alkaline oxides Na2 0 and K2 0 combine with P205 with infinitely greater virulence than lime.
3 that alkaline phosphates are of very high chemical stability at elevated temperatures.
As for the free oxide inclusions contained in steels, they are, as a rule, composed of complex silicates with a rather acidic character.
In the presence of a very fluid and very reactive sodium slag, they are largely eliminated and settled quickly.
Tests were carried out with a mixture of crystallized sodium carbonate, Na2 CO3 10 H2O and anhydrous sodium carbonate.
Anhydrous sodium carbonate was added in order to slow down and slow down the extremely rapid decomposition of Na 2 CO 3 O 10 H 2 O, a chemical salt having a relatively low melting point.
Indeed, the presence of anhydrous Na2CO3, of a fairly high melting point, slightly retards the Inaction of crystallized soda, so that the chemical reaction can take place in the bosom of the metal under the most favorable conditions.
The tests carried out on an industrial scale were satisfactory from all points of view and the results were concluded: 4
The results obtained were on average as follows.
EMI3.1
<tb>
Dephosphorization <SEP> '<SEP> 56%
<tb>
<tb>
<tb> Denitriding <SEP> 60 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Purification <SEP> (inclusions
<tb>
<tb>
<tb> of oxides) <SEP> 60 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Desulfurization <SEP> 27 <SEP>% <SEP>
<tb>
The present invention makes it possible to produce steels containing 0.015 to 0.025% phosphorus and 0.003 to 0.005% nitrogen.
The steels obtained by this process, examined under a microscope, presented a high purity.
The remaining inclusions were small and fine,
therefore no danger to the good quality of the steel
The chemical analysis and the micro-analysis of the inclusions indicated only the presence of iron and manganese oxideso All the inclusions of complex silicates had disappeared
Another advantage of the process still consists in the elimination of the gases dissolved in the metal bath. Indeed, the intense agitation produced within the molten metal by the chemical reactions of the mixture, can only be favorable to the departure of the gases. dissolved in metal.
A fairly significant partial desulphurization was observed on the steels obtained by means of this process, owing to the very high affinity of the alkali salts for sulfur.
<Desc / Clms Page number 4>
The temperature of the treated metal was only slightly affected during the tests, the quantity of the mixture being relatively small.
In the application of this dephosphorization process, it is not necessary to use pure products. Industrial grade products are perfectly suitable.
How the dephosphorization operation is applied will be briefly described below.
The reagents mixed in the proportion of 1 g 1 are added in the converter at the end of blowing and after scrubbing, according to a dosage of 5 to 7 kg of mixture per ton preferably.
The retort is then raised for a few seconds, in order to allow the mixing of the molten metal with the reactive material.
The addition of ferro-Mn is then carried out.
While the metal is pouring into the ladle, about 15kg of the mixture is added, in order to produce an additional effect.
This example of application is given as an indication and is in no way limiting.
This treatment can be applied to all steel manufacturing processes and in general to the purification of any metal bath.
The addition of the reaction mixture can be made either in the horn or in the bag. The results in both cases are excellent.
The addition of a small amount of Na2 CO3.10 H20 in the bag allows very low phosphorus contents to be obtained.
To dephosphorize Bessemer steel, it is understood that the treatment must be carried out during the casting in the ladle.
From what precedes it follows that the great peculiarity * of this process consists in the use of
Na2 CO3 ¯¯la H2 0 which is a composition and not a combination of water molecules with carbonate. In this particular form of the chemical salt, water is found in crystallized form through the molecules of Na CO3 This results in the decomposition of the salt in contact with the metal bath an instantaneous release of water vapor and the vapor is carried in a chemically virulent manner, preferably on the phosphors still remaining in the molten bath and transforms them into phosphates.
It has been observed during the tests that the water vapor formed under the aforesaid conditions plays the role of an ideal oxidant because this oxidation takes place mainly on the phosphides, with very little influence on the iron. . On the other hand, it is a fact that the reagents comprising water in combined form do not produce by far the effects as described above. Thus the release of water vapor is about three times greater in the case of a crystallized salt than in that of a salt where the water is present in the combined state only.
@
The use in industry of certain similar chemical salts for the same fine, causes during the reaction in the metal bath a release of noxious gases-requiring during operation of special precautionary measures occasioning appreciable loss of time.
In the case of the re-use of Na2 003.10 H2O there is the great advantage that this salt is absolutely harmless, both for its handling and during the refining operation. This therefore results in a time saving from all points of view. Crystallized sodium carbonate has never been used in steelmaking because its use was considered dangerous due to its high content of compound water (629 gr per kg of Na2 CO3.10 H20). Tests have proven otherwise.
The residue of the reaction in the molten bath, i.e. the
<Desc / Clms Page number 5>
Na2 0 forms a very stable slag of high chemical virulence, easily absorbing the phosphates formed and other impurities contained in the steel.
Since crystallized sodium carbonate is an inexpensive substance, the cost price of treating a ton of steel is much lower than that of the procedure according to one of the other existing processes,
During the development of the dephosphorization operation, a certain decrease in the nitrogen content was simultaneously observed, which has been attributed to a partial oxidation of nitrogen and its removal with vapors and fumes produced by chemical reactions This regression of the nitrogen content in an oxidizing medium was the starting point for new research, which led to the re-establishment of measures for additional treatment.
The denitriding phase, taking place in the presence of water vapor in the nascent state, now allows the most extensive elimination of the nitrogen content of the metal bath, with a view to thus perfecting the manufacture of very high-grade steels. high quality.
To this end we have recourse to a reagent which, employed in this water vapor environment, seizes the nitrogen existing beforehand in the form of Fe4 N, to form another binary combination, namely that is to say a new nitride other than Fe4 No This new nitride must have and does indeed have special properties which favor its elimination from the bath.
These are a) a very low density - b) a great capacity for incorporation into the slag -. - c) a pulverulent consistency, so that in the event of (unpredictable) retention of a fraction of these inclusions in the metal, the no'civity of these corpuscles is insignificant. As the aging or degradation of the elastic qualities of the metal is attributed precisely to the presence of Fe4 N in the steel, the elimination of the latter, thanks to the new process described in detail below, will tend to improve the steel. already purified of phosphorus according to the operations provided for in the process set out in the main patent.
This results in the manufacture of a steel of superior quality with regard to
1 - good weldability -
2 - plasticity and cold deformability -
3 - machinability
The process intended in principle for steels produced by conversion, will allow these to be equivalent to the best steels on hearth.
The technical literature teaches that certain bodies, titanium and aluminum for example, have a denitriding action on steels, which however stops in the first phase of the operation, in that the iron nitride is transformed into titanium nitride or aluminum nitride.
It is also known from the practice of the manufacture of steels, that even when the titanium or aluminum treatments are reinforced by the addition of heat from the additives which would accompany these latter reagents, there remain numerous globules of titanium nitrides and lumina trapped in steel, forming hard spots or strings of inclusions, devoid of plasticity and creating intercrystalline discontinuity in rolled products, which automatically downgrades them.
The denitriding phase according to the present invention is based on the still unusual use of two metals -. boron or lithium which., in the presence of water vapor given off in the bath from Na2 CO3 10 H2 0, quantitatively absorbing, in the form of boron nitride or lithium nitride, the nitrogen which seizes Hitherto found united to iron in the form of fero nitride The water vapor, coming from the dissociation of infinitely reactive Na2 CO3 10 H20 impregnating the metal bath at the time of the reaction, constitutes a protective screen opposing the diffusion of nitrogen.
<Desc / Clms Page number 6>
Let us also insist again on the fact that boron and lithium are only truly active in the elemental metallic form.
Boron is preferably introduced into the bath as ferro-boron with a content of 16 to 5% boron; boron could also come from any reaction provoked inside the bath by the introduction of substances liable, as a result of chemical reactions, to produce boron meta. What has been said for boron also applies to boron. lithium
As a result of the presence of boron or lithium, the denitriding action develops according to the following phases
1. - The crystallized sodium carbonate dissociates violently, giving rise to oxidizing water vapor (within the metal) of carbon dioxide (by virtue of the mechanical impulse of the bath and of the vehicle of the ascending movement) and of Na2 0 oxide, very reactive slag easily absorbing boron nitride.
2 In the presence of water vapor, and at relatively high temperature, boron metal (or lithium metal) combines instantaneously by elective affinity with nitrogen, due to the fact that for boron (or lithium) the atomic weight ratio valence is low and that it is close to that of nitrogen. Boron nitride (or lithium nitride) is then formed.
3. - Boron nitride or lithium nitride decant very easily by virtue of the following properties: a) boron or lithium nitrides are stable, b) these nitrides are very light, which allows them, without correction. tion to the viscosity of the medium by an external heat supplement, to gain, the upper zone of the bath where there is, in the presence of the atmosphere H 0 H, a layer of very reactive and very absorbent slag, based on Na2 0, c ) these same nitrides are only present in powdered, amorphous form, without the appearance of crystallization or agglomeration, so that, if even traces of boron or lithium nitrides were to be retained in the bath, their presence would not would be more the cause of intercrystalline discontinuity.
The properties stated above, specific to boron and lithium nitrides, are essential conditions for the success of the second phase of the complete elimination of nitrogen.
4o - In the course of knowledge, it has been observed that in parallel with the action of boron metal on: nitrogen, there is a certain reduction in the hydrogen content of steel, by way of oxidation hydrogen boride.
50 - Finally, it was also noted that the steels treated according to the present process exhibited a very homogeneous Mac Quaid grain, of size favorable to machining and transformations requiring plastic qualities for the metal,
The dephosphorization and denitriding operations as described are preferably carried out simultaneously, without modifying anything in the current process practiced in the steelworks, without involving special equipment, and only with the aid of simple inexpensive additions. of reagents in bag or retort after end of conversion.
This is how the reactive mixture, sodium carbonate crystallized Na2 OC 10 H2 0, and boron metal, preferably in the form of ferro-boron, can be added to the converter at the end of the blowing, after de-blowing. - grinding and before the introduction of ferro-manganese according to the usual mode.
This addition is followed by a blow of 12 to 15 seconds and the
<Desc / Clms Page number 7>
casting is then carried out as usual.
The reagents mentioned Na2 CO3 10 H2 0 and the ferro-boron can still be added in the ladle, if the basicity of Na2 CO3 is incompatible with the type of converter. In both cases the results are excellent.
Consequently, when the dephosphorization and denitriding operations are combined as envisaged above, the addition of three products is used.
EMI7.1
Carbonate crystallized Na CO 10 H2 0 + Anhydrous carbonate Na2 C0 ± and ferro- µ6 [[µ "'* oreo - ,! r
If, on the contrary, denitriding is considered in isolation, only the following reagents will be used:
EMI7.2
Carbonate crystallized Na? 001. 10 Hg 0 and ferro-boron,
This latter mixture will be carried out in a variable proportion depending on the initial nitrogen content of the steels produced, ie in the proportion of 3: approximately for the normal content accepted for calmed steels, for example.
The denitriding phase can therefore be summed up by the observation that in the atmosphere of nascent water vapor, resulting from Na2 CO3 10 H2 0, boron combines instantaneously by substitution., With the existing nitrogen in the form of iron nitride The boron nitride thus formed by this reaction then settles very easily from the bath and is collected in a slag. based on Na2 0, suitable for receiving this nitride.
CLAIMS.