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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES D'ELABORATION DE L'ACIER.
La présente invention est une variante ou un perfectionnement du procédé décrit dans le brevet p@incipal.
La présente invention se rapporte dans son ensemble à un procédé d'élaboration de l'acier et, plus particulièrement, à des perfectionnements apportés aux opérations d'affinage d'un tel procédé.
La présente invention se rapporte à un procédé pour obtenir de leader à faible teneur en phosphore et à faible teneur en azote à partir de fonte dont la teneur en phosphore varie largement; ce procédé consiste: à introduire dans une zone d'affinage à revêtement basique la fonte en fusion, une matière contenant de l'oxyde de fer et un réactif basique contenant de la chaux et formant un laitier, en quantité déterminée à l'avance, suffisante pour l'obtention d'un laitier basique contenant de la chaux et de la silice dans un rapport en poids en pour cent d'au moins 1,5;
à injecter un gaz oxydant dont la teneur en oxygène dépasse environ 21% en volume, sensiblement à la surface du métal, et à mélanger par ce moyen, de façon turbulente, les phases laitier, oxyde de fer et métal, ce qui entralne l'élimination rapide du phosphore hors du métal jusqu'à une quantité ne dépassant pas 0,04% et l'élimination simultanée d'au moins 0,4% de carbone environ, mais laisse environ 1% au moins de carbone dans le métal, le mélange turbulent étant augmenté de manière sensible par les gaz dégagés pendant l'élimination simultanée précitée du carbone et une température opératoire d'environ 1371 C au moins étant engendrée,
ce qui permet d'obtenir à la fois le rapport précité de chaux à la silice dans le laitier et l'élimination du phosphore sensiblement jusqu'au degré nécessaire dans le produit final, tandis que la teneur en carbone du métal n'est pas inférieure à environ 1%; enfin, on continue à injecter ledit gaz dans le métal en fusion jusqu'à ce que la teneur en carbone soit réduite au degré final désiré par oxydation, la chaleur dégagée pendant les réactions exothermiques d'affinage et de formation de laitier constituant la source unique de chaleur pendant le procédé.
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L'affinage de.la fonte en fusion a pour objectif l'élimination, sous forme de gaz ou de composés formant des laitiers, d'impuretés telles que le carbone, le phosphore, le soufre, le silicium et le manganèse.
Les éléments critiques sont le carbone, le phosphore et le soufre, et la souplesse (ou l'intérêt) d'un procédé d'élaboration de l'acier est déterminée dans une grande mesure par le degré auquel l'élimination de ces trois éléments critiques peut être contrôlée. On élimine le carbone en combinant celui-ci avep l'oxygène pour former des oxydes de carbone qui sont éliminés de la zone d'affinage sous forme de gaz. On effectue l'élimination du phosphore par combinaison avec l'oxygène suivie d'une réaction de l'oxyde résultant avec la chaux ou un oxyde basique similaire, tel que l'oxyda de magnésium ou de manganèse, contenu dans le laitier. Le soufre est grandement éliminé par réaction avec la chaux ou un oxyde basique similaire contenu dans le laitier.
On élimine également le manganèse et le silicium par oxydation et incorporation consécutives des composés résultant dans le laitier. Ainsi, on comprendra que les opérations d'affinage primaire comportent 1'oxydation et la formation de laitier et, dans des conditions de réaction appropriées, une chaleur suffisante peut être dégagée par ces réactions pour fournir la chaleur nécessaire au procédé d'affinage.
En plus des impuretés mentionnées précédemment, on peut également citer l'azote et l'hydrogène, étant donné que, sous certaines conditions qui peuvent se présenter au cours du procédé d'élaboration de l'acier, ces éléments peuvent être introduite dans l'acier en quantités nuisibles ou exagérées. On sait maintenant que le contrôle de l'azote et de l'hydrogène dans l'acier final est un facteur important qui détermine le choix d'un pm- cédé d'élaboration de l'acier et les usages permis de l'acier fini.
L'élimination du phosphore peut être réalisée uniquement sous des conditions d'oxydation basique. Ainsi, la majeure partie des procédés d'élaboration de l'acier utilisés aujourd'hui et qui sont capables d'éliminer le phosphore sont: le procédé basique au four électrique, le procédé basique Bessemer et le procédé basique au four Martin. Toutefois, chacun de ces procédés est caractérisé par certaines limitations que l'on a exposées dans le brevet principal.
La présente invention a pour objet: - un procédé d'élaboration de l'acier susceptible de produire un acier à haute teneur en carbone et à faible teneur en phosphore à partir de fonte en fusion à haute ou faible teneur en phosphore; - un nouveau procédé d'élaboration de l'acier dans lequel la presque totalité de la chaleur exigée par le procédé est fournie par la chaleur exothermique de réaction pendant les phases d'affinage et qui permet en même temps d'éviter l'introduction d'azote dans l'acier; - un nouveau procédé d'élaboration de l'acier caractérisé par le développement rapide d'un laitier basique fortement oxydé presque au début de la période d'affinage;
- un procédé d'élaboration de l'acier dans lequel on élimine le soufre plus efficacement et dans lequel on abaisse sa teneur jusqu'à un niveau plus bas que dans les procédés d'oxydation basique connus; - un procédé d'élaboration de l'acier dans lequel il n'est pas nécessaire d'utiliser de source externe de chaleur pour effectuer l'affinage du métal, la chaleur nécessaire étant fournie par les réactions exothermiques d'affinage, et dans lequel on peut décrasser une ou plusieurs fois le laitier.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre et qui est faite en se référant au dessin annexé, sur lequel:
La figure 1 est une vue en coupe schématique faite par 1-1 de la figure 2 et montrant les caractéristiques générales d'un type d'appa-
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reil convenant à la mise en oeuvre de la présente invention.
La figure 2 est une vue en plan de l'appareil représenté sur la figure 1.
La figure 3 est une représentation graphique de certaines données expérimentales de la cadence et du degré d'élimination des impuretés dans le procédé.
Sur le dessin, on voit que l'on peut conduire le procédé con- forme à l'invention dans une zone de réaction ou d'affinage délimitée par un récipient 10 de forme générale elliptique ayant une ouverture 11 pratiquée dans la voûte, à sa partie supérieure, et susceptible de basculer ou oscil- ler sur deux supports courbes ou basculeurs 12 pouvant coopérer avec des ga- lets ou des organes analogues. Le récipient 10, qui peut être en acier, comporte, à sa partie inférieure, un revêtement réfractaire basique 13 en une seule masse, par exemple en dolomie calcinée, en magnésie calcinée ou en une autre matière calcinée analogue. Les parties supérieure du réci- pient 10 sont revêtues de briques réfractaires, indiquées en 13', ces bri@ues pouvant être de nature acide ou basique.
Un trou de coulée approprié 14 est prévu sur 19un des côtés du récipient 10 pour l'enlèvement du laitier pen- dant le procédé d'élaboration de l'acier, et une porte de chargement 15 est prévue sur le côté opposé du récipient. Bien que l'on n'ait représenté sur le dessin qu'une seule ouverture pour retirer le laitier, il est bien enten- du que 15'on peut prévoir plusieurs de ces ouvertures, si on le désire. On peut utiliser une source externe de chaleur supplémentaire, telle que deux brûleurs 16 pour maintenir la température des réfractaires entre des chauffes successives et pour réparer ces réfractaires.
Sur la figure 1, le récipient d'affinage 10 contient une charge ou bain de métal en fusion 17 et une couche de laitier surnageante 18, la ligne de séparation entre le métal en fusion et le laitier étant représentée schématiquement par une ligne 19 en traits interrompus. Il résulte de l'explication détaillée ultérieure du procédé que sous les conditions opératoires réelles, le bain de métal peut être turbulent ou agité de manière que les phases métal et laitier ne se séparent pas en couches distinctes.
Pour des raisons que l'on donnera par la suite, la partie supérieure du récipient 10 d'affinage est pourvue de plusieurs conduits d'injection réglables ou tuyères 20 traversant les parois du récipient pour aboutir dans la zone d'affinage. L'extrémité extérieure de chacune des tuyères 20 est reliée, par un raccord approprié ou autre dispositif d'accouplement approprié, à un tuyau flexible 21 qui communique avec une source d'oxygène sous pression. Chacune des tuyères est organisée pour permettre le réglage de sa position ainsi que le degré selon lequel elle pénètre dans le récipient 10, suivant le niveau de liquide qui s'y trouve.
Il est bien évident que les figures 1 et 2 du dessin ne sont que des représentations schématiques des caractéristiques générales de l'ap- pareillage approprié à la mise en oeuvre du procédé d'élaboration de l'acier conforme à l'invention. En d'autres termes, le dessin a simplement pour but d'aider à mieux comprendre les phases du procédé et ses moyens généraux et ne signifie nullement que le récipient et l'organisation particuliers représentés constituent la seule réalisation industrielle convenable. Comme on le verra à la lecture de la description détaillée du procédé, un appareil approprié pour mettre en oeuvre la présente invention comporte nécessairement les caractéristiques générales représentées sur le dessin ou leur équivalent.
Par exemple le récipient de réaction ou d'affinage servant à la mise en oeuvre du procédé doit comporter un revêtement réfractaire basique, une ouverture pour l'échappement des fumées et des gaz, un dispositif pour introduire de l'oxygène dans le bain liquide, un dispositif de décharge approprié pour décharger le laitier et le métal fini et, de préférence un dispositif pour raire basculer le récipient afin de faciliter cette décharge.
Lors de la mise en oeuvre du procédé, on peut introduire la fonte en fusion dans le récipient 10 par la porte 15 , en même temps qu'une ma-
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tière formant un laitier basique, telle que le carbonate de chaux ou castine, et une matière contenant un oxyde de fer tel que le minerai de fer, du travertin ou des battitures de laminage. La castine et la matière contenant de l'oxyde de fer peuvent être chargés simultanément avec le métal liquide ou immédiatement après, mais la demanderesse préfère introduire d'abord la pierre à chaux et la matière contenant de l'oxyde de fer solides dans la zone d'affinage et verser ensuite la fonte en fusion sur les matières brutes solides pour faciliter le mélange et la répartition des réactifs, ce qui permet d'accélérer les réactions d'affinage.
Bien que la castine constitue la matière préférée formant un laitier basique, on peut également utiliser d'autres oxydes basiques ou d'autres substances basiques susceptibles de donner des oxydes basiques, par exemple l'oxyde de magnésium, l'oxyde de manganèse ou des mélanges de laitier préparés. Afin d'éviter un refroidissement exagéré de la fonte en fusion chargée, il est désirable que le revêtement réfractaire 13 soit préchauffé à une température élevée au moyen des brûleurs 16 ou que le récipient soit chargé, tandis qu'il est encore chaud d'un chaif- fage antérieur.
Immédiatement après le chargement du métal en fusion dans le récipient 10, on introduit un gaz oxydant contenant une concen tration relativement élevée d'oxygène libre, au moyen des tuyères 20. On règle la position des tuyères 20 (autant que le permettent les caractéristiques de fonctionnement et de réalisation) pour injecter le gaz oxydant sensiblement à la surface du métal, ce qui permet d'obtenir un contact direct entre l'oxygène libre et le métal en fusion et d'obtenir ainsi un rapide transfert de l'oxygène au métal. Dans la plupart des cas, la demanderesse préfère que les extrémités de sortie des tuyères s'étendent au-dessous de la surface du laitier contenu dans la zone d'affinage en vue d'injecter l'oxygène libre sensiblement à la surface de la couche de métal ou au voisinage de cette surface.
Cependant, on envisage également de placer les extrémités de sortie des tuyères 20 légèrement au-dessus de la surface du laitier contenu dans la zone d'affinage, la distance des tuyères au-dessus de la surface étant telle que le courant de gaz oxydant passant par les tuyères chasse ou repousse la couche de laitier surnageante de manière que l'oxygène libre vienne en contact direct avec le métal en fusion.
Bien que la demanderesse préfère utiliser de l'oxygène libre non dilué de qualité du commerce, il entre également dans la portée de l'invention d'utiliser de l'oxygène dilué avec d'autres gaz tels que l'air ou des gaz inertes. Dans de tels cas, on préfère que le courant de gaz oxydant contienne une concentration relativement élevée d'oxygène libre, et par l'expression "gaz à teneur élevée en oxygène", que l'on utilisera par la suite, la demanderesse entend un gaz dont la teneur en oxygène dépasse la teneur normale en oxygène de l'air, c'est-à-dire une teneur supérieure à environ 21% en volume.
Une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que la chaleur requise par le procédé est fournie presque entièrement par la chaleur exothermique de la réaction, dégagée pendant l'affi- nage de la fonte en fusion. Etant donné que le procédé n'envisage pas ou ne nécessite pas de source de chaleur externe pendant la phase d'affinage, il est emportant que l'introduction de l'oxygène dans la zone d'affinage commence aussitôt que possible après que le récipient a été chargé, en vue de maintenir le niveau de température nécessaire.
Lorsque la fonte en fusion est ainsi mise en contact avec l'oxygène libre ou avec l'oxygène provenant de l'oxyde de fer chargé initialement sous forme de matière première, une grande partie du silicium, du manganèse et du phosphore contenus dans le fer est rapidement oxydée pour former les oxydes correspondants en même temps qu'il se produit une oxydation simultanée d'une partie faible mais déterminée du carbone. Les oxydes de silicium, de manganèse, de phosphore et de fer en même temps que la chaux provenant de la castine chargée sont ensuite incorporés dans un laitier oxydé contenant la plus grande partiedu phosphore et la presque totalité du si-
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licium et du manganèse.
Si on le désire, on peut extraire la plus grande partie du laitier à ce moment, de préférence en faisant basculer le récipient
10 pour évacuer le laitier par le trou de coulis 14.
L'une des caractéristiques importantes du procédé réside dans la formation de laitier. Dans le procédé classique Martin basique,le lai- tier initial formé pendant la fusion a une teneur élevée en oxyde de fer et, en conséquence, peut être très corrosif pour la dolomie ou la magnésie cal- cinée des piédroits et de la sole du four:, ce qui a pour résultat que l'oxy- de de calcium et l'oxyde de magnésium des réfractaires du four peuvent être dissous. Dans le procédé usuel de chauffe au four Martin utilisant du riblon classique et du métal chaud, aucune quantité appréciable de castine ne s'in- troduit dans la coucha de laitier tant que la plus grande partie des riblcn s solides chargés n'est pas fondue et la période d'"ébullition" de la chaux est tout à fait négligeable.
Evidemment, par suite, la dissolution de la chaux contenue dans le laitier formé après addition du métal chaud est for- tement retardée par le temps demandé pour effectuer la fusion complète des riblons chargés. En outre, on a constaté que dans le procédé classique ba- sique au four Martin, les morceaux de castine partiellement calcinée qui passent dans le premier laitier tendent à se recouvrir d'une coquille pro- tectrice dure, constitua principalement de silicate dicalcique. Cette co- quille ou revêtement réfractaire retarde la dissolution de la castine dans le laitier et empêche également la pénétration rapide des constituants du laitier fondant dans les morceaux de castine. Il en résulte que la vitesse à laquelle la chaux se dissout dans les laitiers initiaux Martin et en forme un constituant actif est relativement faible.
En général, une dissolu- tion sensible de la chaux ne s'accomplit pas tant que l'on n'a pas effectué d'addition dans le four de spathfluor et de minerai. Ces additions semblent avoir un effet général adoucissant ou dissolvant sur les morceaux de castinece qui fait qu'ils disparaissent finalement dans un laitier lourd et spongieux, modérément basique.
Dans le procédé conforme à la présente invention, une grande proportion de la castine chargée s'élève presque Immédiatement à la surface du métal en fusion. Au début., une grande partie de la castine n'est pas calcinée et est impénétrée par les constituants du laitier, et les oxydes de silicium.,de manganèse et de phosphore, qui se forment comme on l'a décrit, constituent le laitier initial avec l'oxyde de fer et la chaux. Cependant, le mélange turbulent des phases laitier, oxyde de fer et métal est obtenu rapidement et il se développe des températures élevées localisées ainsi qu'une atmosphère fortement oxydante lors de l'Introduction d'oxygène gazeux dans le bain, ce qui a pour résultat une calcination rapide de la castine et une dissolution rapide de la chaux résultante dans le laitier.
On peut régler la quantité de chaux dissoute dans le stade initial du procédé simplement en chargeant des quantités contrôlées de castine. De cette manière, la fluidité du laitier initial aussi bien que sa teneur en phosphore peuvent être réglées.
Dans la technique d'élaboration de l'acier, le procédé usuel consiste à exprimer la basicité de la masse fluide du laitier par le rapport (que l'on désigne généralement par rapport ou valeur V) de la chaux à la silice. Lorsque ce rapport est au-dessus d'un certain niveau plus ou moins critique, habituellement voisin de 2, l'élimination du soufre se produit, l'élimination du phosphore se fait plus complètement et le phosphore tend moins à repasser du laitier dans l'acier. Par suite, une caractéristique importante du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'il permet d'obtenir rapidement un laitier dont le rapport en poids de la chaux à la silice est d'au moins environ 1,5% et, de préférence, d'au moins envircn 2.0%.
Dans le procédé classique au four Martin basique, il n'est généralement pas possible d'obtenir un laitier ayant ce degré de basicité avant que le carbone n9ait été éliminé à un degré appréciable, par exemple pas avant que la teneur en carbone du métal ait été abaissée en dessous d'environ 1.25%. Dans le présent procédé, d'autre part, la demanderesse peut effectuer une introduction rapide et substantielle du phosphore dans le laitier et,
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en même temps,elle peut obtenir un laitier suffisamment basique avant que la teneur en carbone du métal soit réduite à un faible niveau, par exemple au moins avant qu'elle ne tombe au-dessous d'environ 1% et, dans la plupart des cas, avant qu'elle ne tombe au-dessous d'environ 2%, pour retenir pratiquement la totalité du phosphore éliminé pendant le reste de la phase d'affinage.
De cette manière, on réduit au minimum le passage du phosphore de la scorie dans le métal. En général, grâce au procédé objet de l'invention, on peut facilement obtenir un laitier ayant un rapport en poids de la silice à la chaux d'au moins 1.5% environ, tandis que la teneur en carbone du bain de métal est sensiblement supérieure à 1% environ; la demanderesse obtient, de préférence, un rapport en poids entre la chaux et la silice d'au moins 2,0% environ, tandis que la teneur en carbone du métal est sensiblement supérieur à 2% environ.
Il est bien entendu que, pour une formation rapide d'un laitier fortement basique, comme on l'a déjà mentionné, il est nécessaire de charger la castine ou autre réactif formant un laitier dans le procédé en une quantité prédéterminée suffisante pour donner le rapport V élevé spéci- fié lorsque la chaux qu'il contient a été dissoute dans la phase laitier.
Evidemment, la quantité particulière de réactif formant le laitier qui doit être chargée dans n9importe quel cas donné dépend d'un certain nombre de facteurs tels que la teneur en chaux dudit réactif, la teneur en silice du fer, le processus d'élimination du laitier utilisé et de la nature du. revêtement du four. Toutefois, tout technicien de l'élaboration de l'acier connaissant l'ordre des opérations à utiliser, la composition des matières premières et le type du four, n'éprouvera pas de difficulté pour déterminer la quantité de réactif formant le laitier qu'il doit utiliser pour toute température donnée en vue d'obtenir le rapport V désiré dans le laitier.
Ainsi, on verra que le procédé de la demanderesse est caractérisé par l'obtention rapide d'un latier fortement basique et fortement oxydé tout au début de la période d'affinage, tandis que la teneur en carbone est encore à un niveau relativement élevé. On peut attribuer la formation rapide ce laitier (1) à la disponibilité plus grande de la castine dans la phase laitier à la suite de l'effet du mélange physique et de la turbulence créés dans le bain, et (2) a la cadence plus rapide de la dissolution de la chaux dans la phase laitier grâce aux températures élevées localisées et à 1'atmosphère fortement oxydante qui sont engendrées lors de la mise en contact direct de l'oxygène libre avec le métal, de la manière décrite.
En outre., les effets combinés de la turbulence créée dans le bain et des conditions de température locale élevée tendent à réduire au minimum la formation de l'enveloppe de silicate dicalcique mentionnée autour des morceaux individuels de castine et à pallier les effets nuisibles de cette enveloppe, ce qui. facilite encore la dissolution rapide de la chaux dans le laitier.
Le mélange turbulent désiré des phases laitier, oxyde de fer et métal dans le procédé résulte de deux effets en relation mutuelle.
Tou d'abord, l'injection d'un gaz contenant de l'oxygène vers le bas au-dessous de la surface du bain est la cause d'un certain degré d'agitation locale due à l'effet mécanique de l'injection du gaz. Cependant, l'injection de l'oxygene effectuée de cette manière amène de rapides réactions carboneoxygène dans le bain, avec dégagement résultant de produits d'oxydation gazeux en quantités abondantes. Une caractéristique de la réaction carboneoxygène est que l'oxyde de carbone gazeux se forme sur les côtés et à la partie inférieure du bain et que les gaz s'échappent vers le haut entraversant le bain, ce qui fait qu'il se produit une turbulence et un mélange parfaits qui augmentent de façon importante la turbulence mécanique immédiate et l'agitation qui découlent directement du mode d'injection de l'oxygène.
En d'autres termes, la condition hautement turbulente du bain qui caractérise le procédé est due (1) à l'effect direct et principalement local de l'injection d'oxygène per se, et (2) au dégagement des oxydes gazeux du carbone qui entra$.ne une turbulence élevée dans le bain entier. Le degré élevé de
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turbulence a pour résultat que la chaux chargée dans le procédé est rapide- ment disponible pour sa dissolution dans la phase laitier et la dissolution rapide désirée est encore favorisée par les températures de réaction élevées localisées et par l'atmosphère fortement oxydante qui règne dans les zones où l'on injecte l'oxygène.
Le degré élevé de turbulence du bain., qui est essentiel dans le procédé conforme à l'invention, nécessite une élimination rapide d'une certaine proportion du carbone hors du métal en même temps que l'élimination rapide du phosphore jusqu'à la quantité maximum habituellement mentionnée dans les spécifications relatives à l'acier, de manière à obtenir les avan- tages combinés de l'agitation mécanique, due au mode d'injection de l'Qxy- gène, et l'effet de mélange violent produit par le dégagement des oxydes ga- zeux du carbone.
Par exemple., le procédé conforme à l'invention réalise l'élimination rapide du phosphore hors du métal en une quantité ne dépas- sant pas 0,04% et l'élimination simultanée d'au moins 0,4% environ de car- bone, mais il laisse au moins environ 1% de carbone dans le métal, quantité qui est supérieure à la teneur habituelle désirée finale en carbone. Le de- gré élevé résultant de turbulence du bain facilite la dissolution rapide dé- sirée de la chaux dans le laitier, comme on l'a décrit, ce qui fait que le procédé de la demanderesse ne dépend pas de mécanismes de diffusion relativement lents.
Au contraire, les cadences de réaction d'affinage du procédé de la demanderesse sont rapides et le temps d'affinage est relativement court, par exemple d'environ 1/2 à 3 heures, par rapport à la période de temps beaucoup plus longue demandée pour produire un produit comparable par le procédé classique au,four Martin. En outre, l'injection de l'oxygène et la condition hautement turbulente du bain dans le procédé conforme à l'invention ont pour résultat de permettre le développement rapide d'une température d'au moins 1371 Co environ, ce qui fait que le procédé tire avantage de l'intérêt d'une température élevée en ce qu'elle favorise une dissolution rapide de la chaux dans le laitier et assure une élimination rapide du phosphore.
Comme on 1'a déjà décrit, la rapidité de l'élimination du phosphore et la formation d'un laitier basique au cours du présent procédé peuvent être mises en évidence plus spécialement par le fait que l'on obtient à la fois un rapport en poids de la .chaux par rapport à la silice dans le laitier d'au moins 1,5% environ et l'élimination du phosphore sensiblement jusqu'au degré exigé dans le produit final, tandis que la teneur en carbone du métal n'est pas inférieure à environ 1%. Dans le mode opératoire préféré, on obtient un rapport chaux: silice d'au moins 2 environ ainsi que l'élimination du phosphore au degré désiré, tandis que la teneur en métal du carbone n'est pas inférieure à 2% environ.
Plusieurs résultats très importants sont la conséquence de la formation très rapide d'un laitier fortement basique et fortement oxydé.
Tout d'abord, la production rapide d'un laitier basique fortement oxydé est la cause de l'élimination et de la retenue de la presque totalité du phosphore, tandis que la teneur en carbone du métal est encore à un niveau relativement élevé. Par exemple, comme on le verra par la suite, à propos de l'exemple particulier, une élimination effective du phosphore à un niveau très faible peut être accomplie, tandis que la teneur en carbone du métal est sensiblement supérieure à 2%. Dans le procédé classique basique au four Martin, l'obtention d'un laitier ayant une basicité suffisante pour retenir le phosphore éliminé demande un laps de temps sensiblement plus grand en raison de la cadence beaucoup plus lente de la dissolution de la chaux dans le laitier.
Par suite, il est fastidieux et souvent difficile de produire un acier à haute teneur en carbone et à faible teneur en phosphore par la technique au four Martin basique. Un autre résultat important du rapide développement d'un laitier basique dans le procédé conforme à l'invention réside dans le degré inhabituellement efficace de l'élimination du soufre quand on effectue la comparaison avec le procédé classique basique au four Martin. Un autre avantage résultant du développement rapide d'un laitier basique dans le présent procédé réside dans le fait que l'action corrosive sur le revêtement réfractaire du récipient d'affinage est grandement
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réduite.
A la suite de l'addition de la fonte en fusion dans le procédé cl as- sique au four Martin basique, il se forme un laitier initial qui a une teneur élevée en silice et est, par conséquent, corrosif vis-à-vis du revêtement basique. En conséquence, il existe un laps de temps sensible dans le procédé classique au four Martin basique, pendant lequel un laitier acide initial est en contact avec le revêtement réfractaire du récipient. Dans le procédé de la demanderesse, l'obtention rapide du laitier basique élimine sensiblement cette source d'action corrosive sur le revêtement réfractaire.
L'élimination de la plus grande partie du phosphore de la presque totalité du silicium et du manganèse et d'une partie du carbone ayant été achevée pendant l'obtention du laitier basique précité, l'introduction d'oxygène par les tuyères se poursuit jusqu'à ce que la teneur en carbone du métal soit réduite au degré final désiré. Les oxydes gazeux qui se forment pendant l'oxydation du carbone sont évacués par l'ouverture 11 pratiquée dans la voûte. On peut charger de la castine supplémentaire dans le récipient, à un stade intermédiaire du procédé, si on le désire, afin de faciliter l'élimination du soufre et du phosphore résiduel. En raison de la dissolution rapide de la chaux en présence d'oxygène, comme on l'a décrit précédemment, il se produit une réaction relativement rapide entre le soufre et la chaux.
Une telle élimination du soufre est également favorisée par l'absence de soufre dans l'atmopshère de la zpne d'affinage.
Lorsqu'on a atteint une teneur finale désirée en carbone, les réactions d'affinage comprenant l'élimination du silicium, du phosphore, du soufre et du carbone sont effectuées au degré désiré et une température appropriée à la coulée est atteinte. On peut alors enlever l'acier en fusion en le coulant par une ouverture de décharge, telle que le trou de coulée 14. Avant cet enlèvement, on peut régler la composition du métal,, si on le désire, par des additions conformes aux techniques classiques bien connues.
Dans la plupart des cas, on extrait un seul laitier contenant du phosphore en un point intermédiaire du procédé d'affinage. Evidemment, à la fin de l'opération d'affinage, on enlève habituellement un laitier de coulée au moment où l'on décharge l'acier fini du récipient. Toutefois, une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que, dans le cas où la teneur en phosphore des matières premières est plus élevée qu'à l'habitude, on peut retirer un ou plusieurs laitiers supplémentaires contenant des laitiers pour assurer l'élimination du phosphore jusqu'à ce que sa teneur soit faible. Dans ce cas, il est souvent désirable de charger de la castine supplémentaire dans le récipient quand on désire retirer plus d'un laitier pendant le procédé.
Dans certaines conditions, on peut charger quelques riblons d'acier avant la fonte en fusion. Une fois que l'opération d'affinage est en cours, on peut effectuer d'autres additions de riblons d'acier en quantités contrôlées dépendant de la température du métal liquide. En d'autres termes, on peut ajouter des riblons d'acier chaque fois que la température du bain est suffisamment élevée pour pouvoir supporter l'effet de refroidissement de l'addition des riblons. On peut exercer un autre contrôle de l'addition permissible de riblons en réglant la proportion d'oxygène dans le gaz contenant de l'oxygène introduit dans la zone d'affinage.
Un avantage supplémentaire du procédé de la demanderesse en ce qui concerne les matières premières que l'on peut utiliser réside dans le fait que l'on peut prendre des proportions fortement variables de minerai de fer ou d'une autre matière contenant de l'oxyde de fer, ce qui permet une réduction directe du minerai et une récupération directe de fer métallique sous forme d'un acier utilisable.
D'autres avantages importants du procédé conforme à l'invention, comme on vient de le décrire, résident dans le fait que le procédé est capable d'éliminer de façon efficace de grandes quantités de phosphore et de soufre. Comme on l'a déjà dit, le procédé classique au four Martin basi-
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que est limité quant à la quantité de phosphore qui peut être éliminée sous des conditions opératoires optima, le résultat étant que, pour élaborer tous les types d'acier dans le procédé au four Martin, la teneur en phosphore de la fonte doit être inférieure à 0.4% environ.
Le procédé Bessemer basique, bien que pouvant éliminer une proportion considérable de phosphore, demande une charge élevée de phosphore et ne permet généralement pas l'élimination du phosphore jusqu'à un niveau bas (par exemple au-dessous de 0,020%) parce que, dans des conditions opératoires dans un four Bessemer basique, il ne se produit pas une élimination appréciable du phosphore, tandis que la teneur en carbone du bain de métal est élevée, par exemple supérieure à 0,15%.
Dans les conditions nécessaires pour obtenir une élimination acceptable du phosphore, une quantité considérable d'azote est également recueillie pen- dant le soufflage du métal. Grâce à la présente invention, on peut affiner de la fonte ayant une teneur en phosphore variant largement pour obtenir un produit ayant une teneur en phosphore et en azote beaucoup plus faible que celle habituellement obtenue par le procédé Bessemer basique et qui est habi- tuellement supérieur au produit obtenu dans le procédé classique au four Martin basique.
Un autre avantage du procédé réside dans le fait que le gaz oxydant introduit dans la zone d'affinage peut être sensiblement exempt d'humidité ou de toute autre substance qui peut fournir de l'hydrogène au métal en fusion. Ainsi, la valeur du procédé conforme à l'invention peut encore être augmentée par une teneur du produit relativement faible en hy- drogène.
Un avantage absolument inattendu de l'invention résiqe dans le fait que le soufre peut être éliminé par le procédé à un niveau beaucoup plus faible que celui qu'il était possible d'atteindre jusqu'à présent dans les procédés classiques basiques d'oxydation. Par exemple, le soufre est éliminé à un certain degré dans le procédé au four Martin basique et dans le procédé Bessemer basique, mais la teneur en soufre du produit final est rarement inférieure à 0,025%. Dans le procédé conforme à la présente in- vention, cependant, la demanderesbe est susceptible d'obtenir un acier ayant une teneur en soufre uniformément basse, par exemple de l'ordre de 0,02% et moins.
La demanderesse attribue le degré supérieur d'élimination du soufre à plusieurs facteurs. Tout d'abord, l'absence de système de chauffage externe, pour fournir la chaleur nécessaire au procédé d'affi- nage par la combustion d'un combustible contenant du soufre, évite l'in- troduction, dans l'acier, de soufre provenant de cette source. En outre, en effectuant le contact direct du bain de métal avec les gaz à teneur élevée en oxygène,la demanderesse augmente fortement l'éventualité d'une oxydation directe du soufre contenu dans le métal pour former des oxydes gazeux de soufre que l'on peut éliminer par l'ouverture de la voûte du ré- cipient d'affinage.
Etant donné que la pression partielle du soufre ou des gaz contenant du soufre dans l'atmosphère s'exerçant sur la zone d'af- finage est très faible ou négligeable, la tendance à une oxydation directe du soufre est encore facilitée. Peut être le facteur le plus significatif auquel est dû le degré excellent d'élimination du soufre est-il le rapide développement d'un laitier basique dans la zone d'affinage comme on l'a dé- crit ci-dessus.
Une autre caractéristique importante du procédé conforme à l'invention réside dans le fait de prévoir l'enlèvement de plus d'un laitier, quand on le désire, pendant le stade d'affinage. Comme on l'a représenté sur le dessin, le récipient d'affinage du procédé conforme à l'invention est de préférence monté de manière à pouvoir basculer afin de faciliter l'enlè- vement du laitier. En raison du cas dans lequel le laitier est enlevé, il n'est pas nécessaire de compter sur une action apparente vigoureuse "d'ébul- lition" dans le bain pour chasser le laitier initial de la zone d'affinage.
Lorsque la teneur'en phosphore de la fonte chargée initialement est faible, il est possible d'obtenir un produit satisfaisant sans enlever le laitier
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intermédiaire. Lorsque la teneur en phosphore dans la fonte chargée initialement est modérée, l'enlèvement d'un seul laitier à un stade intermédiaire de l'opération d'affinage suffit habituellement pour obtenir un produit à basse teneur en phosphore. Toutefois, des charges de fonte à teneur élevée en phosphore peuvent également être facilement traitées et on peut extraire deux laitiers contenant du phosphore ou davantage dans de tels cas pour assurer le degré désiré d'élimination du phosphore. En outre, la formation et l'enlèvement de plus d'un laitier basique augmente l'élimination du soufre hors du métal liquide.
Dans le procédé conforme à l'invention, la température est principalement contrôlée par le réglage de la cadence de l'addition d'oxygène et également en réglant la teneur en oxygène des gaz introduits par les tuyères ou par d'autres dispositifs d'injection. La quantité d'oxygène ainsi fournie doit être suffisante pour oxyder les diverses impuretés afin d'obténir le degré désiré d'élimination des impuretés et doit également être surfisante pour fournir la chaleur nécessaire pendant le stade d'affinage. Un moyen auxiliaire de contrôler la température consiste à ajouter des riblons, comme on l'a déjà décrit, et également à ajouter du minerai de fer. L'addition de castine-de temps à autre exerce, bien entendu, un certain effet sur la température,mais ces additions ont d'autres buts que le contrôle de la température.
En raison du fait que le gaz oxydant est introduit à la surface du bain de métal ou près de celle-ci, la possibilité d'introduire des quantités anormales d'azote dans l'acier est réduite au minimum, même lorsqu'on utilise de l'oxygène dilué avec de l'air, en raison du fait qu'il y a moins de raison pour que l'acier absorbe l'azote. Le procédé conforme à l'invention procure un avantage distinct par rapport aux techniques Bessemer classiques.
En outre, la turbulence engendrée dans le bain de métal favorise des taux de réaction rapides, ce qui augmente fortement le rendement du procédé, comparativement au procédé classique au four Martin dans lequel à la fois la vitesse de réaction et la cadence de production sont relativement lentes en raison du temps nécessaire au transfert de la chaleur et des réactifs au sein du système hétérogène laitier-métal-gaz se trouvant dans la zone d'affinage.
Si on le désire, il entre également dans le cadre de l'invention d'introduire le minerai de fer en poudre et/qu la castine sous forme de suspension dans l'oxygène gazeux fourni aux tuyères. 'Cette façon d'introduire le minerai de fer ou la castine permet un mélange rapide et intime des matières ajoutées au métal en fusion, ce qui augmente encore les cadences de la réaction d'affinage. Dans le procédé classique au four Martin, on a constaté qu'il est souvent nécessaire de soumettre le minerai de fer ou les concentrés de minerai de fer qui sont souvent disponibles, sous forme finement divisée, à une phase d'agglomération, habituellement par frittage, avant de charger le minerai dans le four Martin.
Cependant, en fournissant du minerai de fer sous forme de poudre ou sous forme finement divisée,, en suspension dans l'oxygène gazeux, la demanderesse est à même de supprimer les phases d'agglomération ou de frittage, ce qui permet d'obtenir un avantage sensible au point de vue économique. Ainsi, cette caractéristique du procédé permet une transformation directe du fer (contenu dais un minerai de fer ou dans une autre matière contenant du fer à l'état finement divisé) en un acier utilisable. En introduisant la castine dans le bain, en suspension dans l'oxygène gazeux que l'on y introduit, la cadence de dissolution de la chaux dans la phase laitier est encore augmentée, ce qui- contribue encore à la production rapide d'un laitier basique fortement oxydé dès le début du procédé.
En outre, l'introduction de minerai de fer ou castine en poudre de la manière déjà décrite constitue un procédé supplénental- re de contrôle du bain, commode et efficace.
A titre d'illustration des résultats que l'on peut obtenir par le procédé que l'on vient de décrire, on donne les chiffres suivants cb-
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tenus par des expériences,étant bien entendu, cependant, que ces chiffres sont donnés uniquement à titre indicatif et non limitatif.
On utilise un creuset en magnésie de 45 kg dont la composition chimique est la suivante Mg = 88,1%; SiO2 = 5,0%; R2O3 = 3,8%; CaO = 3,1%.
Après un chauffage préalable, on charge le creuset avec 0,900 kg de morceaux de 25,4 mm de castine préchauffée à 482 C. On recouvre la castine avec 1,360 kg de minerai de fer fritté préchauffé à 927 C. et on recouvre la couche de minerai avec 1,360 kg de riblons en plaques préchauf- fés à 927 C. On verse ensuite 22,680 kg de fonte en fusion dans le four, à une température d'environ 1.427 C.
Immédiatement après l'addition de la fonte en fusion, on com- mence à introduire de l'oxygène non dilué au-dessous de la surface du bain de métal en utilisant une tuyère comportant un conduit de 3,17 mm et on con- tinue à fournir de l'oxygène de manière presque continue pendant tout le chauf- fage, sauf que l'on interrompt cet envoi pendant de courts moments pour pré- lever des échantillons, pour enlever le laitier et pour remplacer la tuyère d'oxygène. La pression d'oxygène, à la source, est de 1,40 kg/cm (rel.) et le débit est d'environ 0,14 m3 par minute. Le temps total de chauffage est d'environ 31 minutes et la quantité totale d'oxygène introduite est d'en- viron 2,8 m3.
A deux reprises, pendant la première moitié du chauffage, on retire un laitier surnageant et on ajoute, à chaque fois, 0,900 kg de casti- ne, tout de suite après. En outre, on prélève des échantillons du bain de métal en vue de son analyse au début du chauffage et également à des inter- valles de temps approximativement égaux pendant le chauffage.
On se référera maintenant à la figure 3 du dessin, sur la- quelle les modifications chimiques qui interviennent dans le métal sont re- présentées graphiquement. Dans ce graphique, l'axe des x représente le temps en minutes s'écoulant après addition du métal fondu. Les ordonnées y, y' et y" représentent respectivement le pourcentage de soufre, le pourcentage de phosphore et le pourcentage de carbone, manganèse et silicium. a et a' désignent les affleurements, et b et b', les charges ou additions (2 livres chaque fois) de calcaire. c indique la coulée. On peut voir en considérant ces cour- bes que le phosphore est éliminé rapidement du métal en fusion, la teneur en phosphore du bain étant réduite à 0,015%, tandis que la teneur en carbone est encore bien au-dessus de 2,0%.
De,manière analogue, le manganèse et le silicium sont éliminés jusqu'à une teneur très basse, dès le début de la réaction. L'élimination du carbone à un niveau exceptionnellement bas s'accomplit également pendant la période relativement courte de chauffage.
Un résultat absolument inattendu et extrêmement important résidu dans le fait qu'un pourcentage de soufre exceptionnellement grand est éliminé pendant le chauffage. La teneur en soufre qui était de 0,034% clans le métal initial est abaissée à 0,014% dans le bain final.
En outre,l'acier final obtenu a une teneur en azote d'en- viron 0,002%, ce qui constitue une valeur exceptionnellement faible même pour un acier Martin classique.
Les courbes de la figure 3 démontrent clairement que, par le procédé conforme à l'invention, on peut réduire la teneur en phosphore à une valeur faible, tandi.s que la teneur en carbone du métal est encore très éle- vée. Ces courbes montrent également la supériorité remarquable du procédé conforme à l'invention quand on le compare au procédé classique au four Mar- tin, en ce qui concerne l'élimination rapide du soufre. Comme on l'a déjà expliqué, on suppose que cette élimination rapide et efficace du soufre est due à la dissolution extrêmement rapide de la chaux dans la phase laitier, au maintien d'une atmosphère sensiblement exempte de soufre et aussi au main- tien des conditions qui mènent à l'oxydation directe du soufre par l'oxygène
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libre.
Un examen soigneux des relations de températures pendant l'essai montre qu'il est hors de doute que l'utilisation de l'oxygène fournit un excès déterminé de chaleur par rapport à la chaleur nécessaire dans le procédé. La température du métal est élevée de 1427 C. à une température de-coulée d'environ 16200C. pour l'acier final. En conséquence, on peut facilement adapter le procédé à l'utilisation de quantités sensibles de riblons ou de minerai de fer. En outre, on peut encore obtenir un contrôle supplémentaire- de-la température par la dilution et le contrôle du courant d'oxygène gazeux.
Un examen du creuset à la fin du chauffage montre qu'il est sensiblement non attaqué.
REVENDICATIONS.
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1. Perfectionnement ou modification apportée au procédé d'élaboration d'acier à basse teneur en azote et en phosphore, à partir de fontes ayant une teneur en phosphore pouvant varier largement, faisant l'objet du brevet principal belge nP 497.417 qui consiste: à introduire, dans une zone d'affinage à garniture basique, la fonte en fusion, une matière contenant de l'oxyde de fer, une quantité prédéterminée d'un réactif formant un laitier basique contenant de la chaux, cette quantité étant suffisante pour donner un laitier basique contenant de la chaux et de la silice dans une proportion en poids d'au moins 1,5% environ;
à injecter un gaz oxydant, dont la teneur en oxygène est supérieure à environ 21%, en volume, sensiblement à la surface du métal, grâce à quoi les phases laitier, oxyde de fer et métal sont mélangées par turbulence, ce qui a pour conséquence une élimination rapide consécutive du phosphore hors du métal jusqu'à une quantité ne dépassant pas 0,04% et l'élimination simultanée d'au moins 0,4% de carbone mais laissant au moins 1% de carbone dans le métal, ce mélange turbulent étant sensiblement augmenté par les gaz dégagés pendant ladite élimination simultanée du carbone et une température opératoire non inférieure à 1371 C étant engendrée,
ce qui permet d'obtenir à la fois ledit rapport de la chaux à la silice dans le laitier et l'élimination du phosphore sensiblement au degré nécessaire dans le produit final, tandis que la teneur en carbone du métal n'est pas inférieure à 1%; enfin, à continuer l'injection dudit gaz dans le métal en fusion jusqu'à ce que la teneur en carbone soit ramenée à la valeur finale désirée par oxydation, la chaleur dégagée pendant les réactions exothermiques d'affinage et de formation du laitier constituant la seule source de chaleur au cours du procédé.
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IMPROVEMENTS TO STEEL ELABORATION PROCESSES.
The present invention is a variant or an improvement of the process described in the patent p @ incipal.
The present invention relates as a whole to a process for producing steel and, more particularly, to improvements made to the refining operations of such a process.
The present invention relates to a process for obtaining low phosphorus, low nitrogen leader from pig iron which varies widely in phosphorus content; this process consists of: introducing into a refining zone with a basic coating the molten iron, a material containing iron oxide and a basic reagent containing lime and forming a slag, in a quantity determined in advance, sufficient to obtain a basic slag containing lime and silica in a weight percent ratio of at least 1.5;
injecting an oxidizing gas whose oxygen content exceeds about 21% by volume, substantially at the surface of the metal, and by this means mixing, in a turbulent manner, the slag, iron oxide and metal phases, which entralne the rapid removal of phosphorus from the metal to an amount not exceeding 0.04% and simultaneous removal of at least about 0.4% carbon, but leaves at least about 1% carbon in the metal, the turbulent mixture being significantly increased by the gases given off during the aforementioned simultaneous removal of carbon and an operating temperature of at least about 1371 C being generated,
which achieves both the aforementioned ratio of lime to silica in the slag and the removal of phosphorus to substantially the extent necessary in the final product, while the carbon content of the metal is not less at about 1%; finally, said gas is continued to be injected into the molten metal until the carbon content is reduced to the desired final degree by oxidation, the heat released during the exothermic reactions of refining and slag formation constituting the sole source of heat during the process.
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The objective of the refining of molten iron is the elimination, in the form of gases or compounds forming slag, of impurities such as carbon, phosphorus, sulfur, silicon and manganese.
The critical elements are carbon, phosphorus and sulfur, and the flexibility (or merit) of a steelmaking process is determined to a large extent by the degree to which the removal of these three elements reviews can be controlled. Carbon is removed by combining it with oxygen to form carbon oxides which are removed from the refining zone as a gas. The removal of phosphorus is accomplished by combination with oxygen followed by reaction of the resulting oxide with lime or a similar basic oxide, such as magnesium or manganese oxide, contained in the slag. Sulfur is largely removed by reaction with lime or a similar basic oxide contained in slag.
Manganese and silicon are also removed by oxidation and subsequent incorporation of the resulting compounds into the slag. Thus, it will be understood that primary refining operations involve oxidation and slag formation and, under suitable reaction conditions, sufficient heat can be released by these reactions to provide the heat necessary for the refining process.
In addition to the impurities mentioned above, there may also be mentioned nitrogen and hydrogen, given that, under certain conditions which may arise during the steel-making process, these elements may be introduced into the steel. steel in harmful or exaggerated quantities. It is now known that the control of nitrogen and hydrogen in the final steel is an important factor which determines the choice of a steelmaking process and the permitted uses of the finished steel. .
Removal of phosphorus can be achieved only under basic oxidizing conditions. Thus, the major part of the steel production processes used today and which are capable of removing phosphorus are: the basic electric furnace process, the basic Bessemer process and the basic Martin furnace process. However, each of these methods is characterized by certain limitations which have been set out in the main patent.
The present invention relates to: a process for producing steel capable of producing a steel with a high carbon content and a low phosphorus content from molten iron with a high or low phosphorus content; - a new steelmaking process in which almost all of the heat required by the process is supplied by the exothermic heat of reaction during the refining phases and which at the same time makes it possible to avoid the introduction of nitrogen in steel; - a new steel production process characterized by the rapid development of a strongly oxidized basic slag almost at the start of the ripening period;
- a steel making process in which sulfur is removed more efficiently and in which its content is lowered to a lower level than in known basic oxidation processes; - a steel production process in which it is not necessary to use an external heat source to perform the refining of the metal, the necessary heat being provided by the exothermic refining reactions, and in which the slag can be cleaned one or more times.
Other objects and advantages of the invention will become apparent from the detailed description which follows and which is given with reference to the appended drawing, in which:
Figure 1 is a schematic sectional view taken through 1-1 of Figure 2 and showing the general characteristics of one type of apparatus.
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reil suitable for the implementation of the present invention.
Figure 2 is a plan view of the apparatus shown in Figure 1.
Figure 3 is a graphical representation of some experimental data of the rate and degree of impurity removal in the process.
In the drawing, it can be seen that the process according to the invention can be carried out in a reaction or refining zone delimited by a container 10 of generally elliptical shape having an opening 11 made in the vault, at its bottom. upper part, and capable of tilting or oscillating on two curved supports or rockers 12 able to cooperate with rollers or similar members. The container 10, which may be of steel, has at its lower part a basic refractory lining 13 in a single mass, for example of calcined dolomite, calcined magnesia or other similar calcined material. The upper portions of vessel 10 are lined with refractory bricks, indicated at 13 ', which bricks may be acidic or basic in nature.
A suitable tap hole 14 is provided on one side of the container 10 for the removal of slag during the steel making process, and a loading door 15 is provided on the opposite side of the container. Although only one opening for removing slag has been shown in the drawing, it is understood that more than one of these openings can be provided, if desired. An additional external heat source, such as two burners 16, can be used to maintain the temperature of the refractories between successive fires and to repair these refractories.
In FIG. 1, the refining vessel 10 contains a filler or bath of molten metal 17 and a supernatant layer of slag 18, the line of separation between the molten metal and the slag being shown schematically by a line 19 in lines. interrupted. It follows from the subsequent detailed explanation of the process that under actual operating conditions, the metal bath may be turbulent or agitated such that the metal and slag phases do not separate into distinct layers.
For reasons which will be given below, the upper part of the refining vessel 10 is provided with a number of adjustable injection conduits or nozzles 20 passing through the walls of the vessel to terminate in the refining zone. The outer end of each of the nozzles 20 is connected, by a suitable fitting or other suitable coupling device, to a flexible pipe 21 which communicates with a source of pressurized oxygen. Each of the nozzles is organized to allow the adjustment of its position as well as the degree to which it penetrates into the container 10, depending on the level of liquid therein.
It is obvious that FIGS. 1 and 2 of the drawing are only schematic representations of the general characteristics of the apparatus suitable for carrying out the process for producing steel in accordance with the invention. In other words, the purpose of the drawing is simply to help better understand the phases of the process and its general means and in no way means that the particular container and organization shown constitute the only suitable industrial embodiment. As will be seen on reading the detailed description of the method, an apparatus suitable for carrying out the present invention necessarily comprises the general characteristics shown in the drawing or their equivalent.
For example, the reaction or refining vessel used for carrying out the process must include a basic refractory lining, an opening for the escape of fumes and gases, a device for introducing oxygen into the liquid bath, a suitable discharge device for discharging the slag and the finished metal and, preferably, a device for tilting the container in order to facilitate this discharge.
When carrying out the process, the molten iron can be introduced into the container 10 through the door 15, at the same time as a ma-
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a basic slag forming material, such as carbonate of lime or limestone, and a material containing an oxide of iron such as iron ore, travertine or rolling scale. The limestone and the material containing iron oxide can be charged simultaneously with the liquid metal or immediately thereafter, but the Applicant prefers to introduce the limestone and the material containing solid iron oxide into the zone first. refining and then pouring the molten iron onto the raw solids to facilitate mixing and distribution of the reactants, thereby speeding up the refining reactions.
Although limestone is the preferred basic slag-forming material, other basic oxides or other basic substances capable of giving basic oxides can also be used, for example magnesium oxide, manganese oxide or prepared slag mixes. In order to avoid over-cooling of the charged molten iron, it is desirable that the refractory liner 13 be preheated to an elevated temperature by means of the burners 16 or that the vessel be charged while still hot from one side to the other. previous wiring.
Immediately after loading the molten metal into vessel 10, an oxidizing gas containing a relatively high concentration of free oxygen is introduced by means of the nozzles 20. The position of the nozzles 20 is adjusted (as far as the characteristics of the nozzle allow. operation and realization) to inject the oxidizing gas substantially at the surface of the metal, which makes it possible to obtain direct contact between the free oxygen and the molten metal and thus to obtain a rapid transfer of oxygen to the metal . In most cases, the Applicant prefers that the outlet ends of the nozzles extend below the surface of the slag contained in the refining zone in order to inject free oxygen substantially at the surface of the layer. of metal or in the vicinity of this surface.
However, it is also contemplated to place the outlet ends of the nozzles 20 slightly above the surface of the slag contained in the refining zone, the distance of the nozzles above the surface being such that the stream of oxidizing gas passing through. by the nozzles drives out or repels the layer of supernatant slag so that the free oxygen comes into direct contact with the molten metal.
Although the Applicant prefers to use commercial grade undiluted free oxygen, it is also within the scope of the invention to use oxygen diluted with other gases such as air or inert gases. . In such cases, it is preferred that the oxidizing gas stream contains a relatively high concentration of free oxygen, and by the term "high oxygen content gas", which will be used hereinafter, we mean a gas whose oxygen content exceeds the normal oxygen content of air, that is to say a content greater than about 21% by volume.
An important feature of the present invention is that the heat required by the process is provided almost entirely by the exothermic heat of reaction given off during refining of the molten iron. Since the process does not contemplate or require an external heat source during the refining phase, it is important that the introduction of oxygen into the refining zone begins as soon as possible after the vessel has been charged, in order to maintain the necessary temperature level.
When the molten iron is thus brought into contact with the free oxygen or with the oxygen originating from the iron oxide initially charged in the form of raw material, a large part of the silicon, manganese and phosphorus contained in the iron is rapidly oxidized to form the corresponding oxides at the same time that simultaneous oxidation of a weak but determined part of the carbon occurs. The oxides of silicon, manganese, phosphorus and iron along with the lime from the charged limestone are then incorporated into an oxidized slag containing most of the phosphorus and almost all of the sodium.
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silicon and manganese.
If desired, most of the slag can be removed at this time, preferably by tilting the container.
10 to evacuate the slag through the grout hole 14.
One of the important features of the process is the formation of slag. In the classic Martin Basic process, the initial slag formed during melting has a high iron oxide content and, therefore, can be very corrosive to dolomite or calcined magnesia from the sides and bottom of the furnace. :, which results in the calcium oxide and magnesium oxide of the furnace refractories being dissolved. In the usual Martin furnace heating process using conventional scrap and hot metal, no appreciable amount of limestone enters the slag bed until most of the loaded solid ribs are melted. and the lime "boiling" period is quite negligible.
Obviously, therefore, the dissolution of the lime contained in the slag formed after the addition of the hot metal is greatly delayed by the time required to effect the complete melting of the charged scrap. Furthermore, it has been found that in the conventional basic Martin kiln process, the pieces of partially calcined limestone which pass through the first slag tend to become covered with a hard protective shell, consisting mainly of dicalcium silicate. This refractory shell or lining retards the dissolution of limestone in the slag and also prevents the rapid penetration of the constituents of the melting slag into the limestone pieces. As a result, the rate at which lime dissolves in the initial Martin slags and forms an active component is relatively low.
In general, substantial dissolution of the lime does not take place until addition to the furnace of fluorspar and ore has been made. These additions appear to have a general softening or dissolving effect on the castin pieces, causing them to eventually disappear into a heavy, spongy, moderately basic slag.
In the process according to the present invention, a large proportion of the charged limestone rises almost immediately to the surface of the molten metal. In the beginning, much of the limestone is not calcined and is impenetrated by the constituents of the slag, and the oxides of silicon, manganese and phosphorus, which form as described, constitute the slag. initial with iron oxide and lime. However, the turbulent mixing of the slag, iron oxide and metal phases is obtained quickly and localized high temperatures develop as well as a strongly oxidizing atmosphere when introducing gaseous oxygen into the bath, which results in rapid calcination of limestone and rapid dissolution of the resulting lime in the slag.
The amount of lime dissolved in the initial stage of the process can be regulated simply by loading controlled amounts of limestone. In this way, the fluidity of the initial slag as well as its phosphorus content can be regulated.
In the steel-making technique, the usual process consists in expressing the basicity of the fluid mass of the slag by the ratio (which is generally denoted by ratio or value V) of lime to silica. When this ratio is above a certain more or less critical level, usually around 2, the removal of sulfur occurs, the removal of phosphorus occurs more completely and the phosphorus tends less to pass from the slag back into the tank. 'steel. Consequently, an important characteristic of the process according to the invention lies in the fact that it makes it possible to rapidly obtain a slag in which the ratio by weight of lime to silica is at least about 1.5% and, preferably at least about 2.0%.
In the conventional basic Martin kiln process, it is generally not possible to obtain a slag having this degree of basicity before the carbon has been removed to an appreciable degree, for example not before the carbon content of the metal has reached. was lowered below about 1.25%. In the present process, on the other hand, the Applicant can effect a rapid and substantial introduction of the phosphorus into the slag and,
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at the same time, it can obtain a sufficiently basic slag before the carbon content of the metal is reduced to a low level, for example at least before it falls below about 1%, and in most cases case, before it falls below about 2%, to retain substantially all of the phosphorus removed during the remainder of the refining phase.
In this way, the passage of phosphorus from the slag into the metal is minimized. In general, thanks to the process which is the subject of the invention, it is easily possible to obtain a slag having a silica to lime weight ratio of at least 1.5% approximately, while the carbon content of the metal bath is appreciably higher. at about 1%; the Applicant preferably obtains a ratio by weight between lime and silica of at least approximately 2.0%, while the carbon content of the metal is appreciably greater than approximately 2%.
Of course, for rapid formation of a strongly basic slag, as already mentioned, it is necessary to load limestone or other slag-forming reagent into the process in a predetermined amount sufficient to give the ratio. High V specified when the lime it contains has been dissolved in the dairy phase.
Obviously, the particular amount of slag forming reagent which should be charged in any given case depends on a number of factors such as the lime content of said reagent, the silica content of the iron, the slag removal process. used and the nature of the. oven lining. However, any steelmaking technician who knows the order of operations to be used, the composition of the raw materials and the type of furnace, will have no difficulty in determining the quantity of reagent forming the slag he should be used for any given temperature in order to achieve the desired V ratio in the slag.
Thus, it will be seen that the Applicant's process is characterized by the rapid production of a strongly basic and strongly oxidized latier at the very start of the refining period, while the carbon content is still at a relatively high level. The rapid formation of this slag can be attributed (1) to the greater availability of limestone in the dairy phase as a result of the effect of physical mixing and turbulence created in the bath, and (2) to the higher rate. rapid dissolution of lime in the slag phase by virtue of the localized high temperatures and strong oxidizing atmosphere which are generated upon direct contact of free oxygen with the metal, as described.
In addition, the combined effects of the turbulence created in the bath and the high local temperature conditions tend to minimize the formation of the mentioned dicalcium silicate shell around the individual pieces of limestone and to alleviate the deleterious effects of this. envelope, which. further facilitates the rapid dissolution of lime in the slag.
The desired turbulent mixing of the slag, iron oxide and metal phases in the process results from two interrelated effects.
First of all, the injection of an oxygen-containing gas down below the surface of the bath causes a certain degree of local agitation due to the mechanical effect of the injection. some gas. However, the injection of the oxygen carried out in this manner brings about rapid carbon-oxygen reactions in the bath, with the resulting evolution of gaseous oxidation products in abundant quantities. A feature of the carbon-oxygen reaction is that carbon monoxide gas forms on the sides and at the bottom of the bath and the gases escape upward, passing through the bath, causing turbulence to occur. and perfect mixing which significantly increase the immediate mechanical turbulence and agitation which results directly from the mode of oxygen injection.
In other words, the highly turbulent bath condition which characterizes the process is due (1) to the direct and mainly local effect of the injection of oxygen per se, and (2) to the release of gaseous oxides of carbon. which causes high turbulence in the entire bath. The high degree of
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turbulence results in the lime loaded in the process being readily available for dissolution in the slag phase and the desired rapid dissolution is further promoted by the localized high reaction temperatures and the strongly oxidizing atmosphere prevailing in the zones. where oxygen is injected.
The high degree of turbulence of the bath, which is essential in the process according to the invention, necessitates rapid removal of a certain proportion of the carbon from the metal together with the rapid removal of phosphorus up to the amount. maximum usually mentioned in the specifications relating to the steel, so as to obtain the combined advantages of the mechanical agitation, due to the mode of injection of the Qxy- gen, and the violent mixing effect produced by the oxygen. release of gaseous oxides of carbon.
For example, the process according to the invention achieves the rapid removal of phosphorus from the metal in an amount not exceeding 0.04% and the simultaneous removal of at least about 0.4% of carbon. bone, but it leaves at least about 1% carbon in the metal, which is more than the usual desired final carbon content. The resulting high degree of bath turbulence facilitates the desired rapid dissolution of lime in slag, as has been described, so that Applicant's process is not dependent on relatively slow diffusion mechanisms.
On the contrary, the refining reaction rates of the Applicant's process are fast and the refining time is relatively short, for example about 1/2 to 3 hours, compared to the much longer period of time requested. to produce a comparable product by the conventional Martin oven process. Furthermore, the injection of oxygen and the highly turbulent condition of the bath in the process according to the invention results in the rapid development of a temperature of at least about 1371 Co, whereby the The method takes advantage of the advantage of an elevated temperature in that it promotes rapid dissolution of lime in the slag and ensures rapid removal of phosphorus.
As already described, the rapidity of the removal of phosphorus and the formation of a basic slag during the present process can be evidenced more especially by the fact that both a ratio in weight of lime relative to silica in the slag of at least about 1.5% and removal of phosphorus to substantially the extent required in the final product, while the carbon content of the metal is not not less than about 1%. In the preferred procedure, a lime: silica ratio of at least about 2 is obtained as well as the removal of phosphorus to the desired degree, while the metal content of the carbon is not less than about 2%.
Several very important results are the consequence of the very rapid formation of a strongly basic and strongly oxidized slag.
First, the rapid production of a strongly oxidized basic slag is the cause of the removal and retention of almost all of the phosphorus, while the carbon content of the metal is still at a relatively high level. For example, as will be seen later, with respect to the particular example, effective removal of phosphorus at a very low level can be accomplished, while the carbon content of the metal is substantially greater than 2%. In the conventional basic Martin oven process, obtaining a slag having sufficient basicity to retain the removed phosphorus requires a significantly longer time due to the much slower rate of lime dissolution in the slag. .
As a result, it is tedious and often difficult to produce a high carbon, low phosphorus steel by the basic Martin kiln technique. Another important result of the rapid development of basic slag in the process according to the invention is the unusually efficient degree of sulfur removal when compared to the conventional basic Martin oven process. Another advantage resulting from the rapid development of a basic slag in the present process is that the corrosive action on the refractory lining of the refining vessel is greatly.
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scaled down.
As a result of the addition of the molten iron in the conventional basic Martin furnace process, an initial slag is formed which has a high silica content and is therefore corrosive to gas. basic coating. As a result, there is a substantial amount of time in the conventional basic Martin kiln process, during which an initial acidic slag is in contact with the refractory lining of the vessel. In the Applicant's process, the rapid production of the basic slag substantially eliminates this source of corrosive action on the refractory lining.
The removal of most of the phosphorus from almost all of the silicon and manganese and part of the carbon having been completed during the obtaining of the aforementioned basic slag, the introduction of oxygen through the tuyeres continues until that the carbon content of the metal is reduced to the desired final degree. The gaseous oxides which form during the oxidation of carbon are discharged through the opening 11 made in the vault. Additional limestone can be charged to the vessel at an intermediate stage of the process if desired to aid in the removal of sulfur and residual phosphorus. Due to the rapid dissolution of lime in the presence of oxygen, as described above, there is a relatively rapid reaction between sulfur and lime.
Such elimination of sulfur is also favored by the absence of sulfur in the atmosphere of the refining zone.
When a desired final carbon content has been reached, the refining reactions comprising the removal of silicon, phosphorus, sulfur and carbon are carried out to the desired degree and a temperature suitable for casting is reached. The molten steel can then be removed by pouring it through a discharge opening, such as taphole 14. Prior to this removal, the composition of the metal can be adjusted, if desired, by additions in accordance with the techniques. well-known classics.
In most cases, a single slag containing phosphorus is extracted at an intermediate point in the refining process. Obviously, at the end of the refining operation, a slag is usually removed as the finished steel is discharged from the vessel. However, an important feature of the present invention is that in the event that the phosphorus content of the raw materials is higher than usual, one or more additional slags containing slags can be removed to ensure the removal of phosphorus until its content is low. In this case, it is often desirable to load additional limestone into the container when it is desired to remove more than one slag during the process.
Under certain conditions, a few scrap steel can be loaded before molten iron is melted. Once the refining operation is underway, further additions of scrap steel can be made in controlled amounts depending on the temperature of the molten metal. In other words, steel scrap can be added whenever the temperature of the bath is high enough to be able to withstand the cooling effect of the addition of the scrap. A further control of the permissible addition of scrap can be exercised by adjusting the proportion of oxygen in the oxygen-containing gas introduced into the refining zone.
An additional advantage of the Applicant's process with regard to the raw materials which can be used lies in the fact that it is possible to take highly variable proportions of iron ore or of another material containing the oxide. of iron, which allows direct reduction of the ore and direct recovery of metallic iron as a usable steel.
Other important advantages of the process according to the invention, as has just been described, lie in the fact that the process is capable of efficiently removing large amounts of phosphorus and sulfur. As we have already said, the classic Martin oven process basi-
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that is limited as to the amount of phosphorus which can be removed under optimum operating conditions, the result being that, to produce all types of steel in the Martin furnace process, the phosphorus content of the pig iron must be less than 0.4% approx.
The basic Bessemer process, while capable of removing a considerable proportion of phosphorus, requires a high phosphorus load and does not generally allow removal of phosphorus to a low level (eg below 0.020%) because, under operating conditions in a basic Bessemer furnace, no appreciable removal of phosphorus occurs, while the carbon content of the metal bath is high, eg greater than 0.15%.
Under the conditions necessary to achieve acceptable phosphorus removal, a considerable amount of nitrogen is also collected during the metal blowing. Thanks to the present invention, it is possible to refine pig iron having a widely varying phosphorus content to obtain a product having a much lower phosphorus and nitrogen content than that usually obtained by the basic Bessemer process and which is usually higher. to the product obtained in the conventional basic Martin oven process.
Another advantage of the process is that the oxidizing gas introduced into the refining zone can be substantially free of moisture or any other substance which can supply hydrogen to the molten metal. Thus, the value of the process according to the invention can be further increased by a relatively low hydrogen content of the product.
An absolutely unexpected advantage of the invention is that sulfur can be removed by the process at a much lower level than was possible heretofore to be achieved in conventional basic oxidation processes. For example, sulfur is removed to some degree in the Basic Martin Kiln process and in the Basic Bessemer process, but the sulfur content of the final product is rarely less than 0.025%. In the process according to the present invention, however, the applicant is capable of obtaining a steel having a uniformly low sulfur content, for example of the order of 0.02% and less.
Applicants attribute the higher degree of sulfur removal to several factors. First of all, the absence of an external heating system, to supply the heat necessary for the refining process by the combustion of a fuel containing sulfur, avoids the introduction, in the steel, of sulfur from this source. In addition, by making direct contact of the metal bath with the gases with a high oxygen content, the Applicant greatly increases the possibility of direct oxidation of the sulfur contained in the metal to form gaseous oxides of sulfur which are can be removed by opening the top of the ripening vessel.
Since the partial pressure of sulfur or sulfur-containing gases in the atmosphere exerted on the refining zone is very low or negligible, the tendency for direct oxidation of sulfur is further facilitated. Perhaps the most significant factor to which the excellent degree of sulfur removal is due is the rapid development of basic slag in the refining zone as described above.
Another important feature of the process according to the invention resides in providing for the removal of more than one slag, when desired, during the ripening stage. As shown in the drawing, the refining vessel of the process according to the invention is preferably mounted so as to be able to tilt in order to facilitate the removal of the slag. Because of the case in which the slag is removed, it is not necessary to rely on an apparent vigorous "boiling" action in the bath to drive the initial slag from the ripening zone.
When the phosphorus content of the initially charged pig iron is low, it is possible to obtain a satisfactory product without removing the slag.
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intermediate. When the phosphorus content in the initially loaded pig iron is moderate, the removal of a single slag at an intermediate stage of the refining operation is usually sufficient to obtain a low phosphorus content product. However, high phosphorus pig iron feeds can also be easily processed and two or more phosphorus containing slags can be extracted in such cases to ensure the desired degree of phosphorus removal. In addition, the formation and removal of more than one basic slag increases the removal of sulfur from the molten metal.
In the process according to the invention, the temperature is mainly controlled by adjusting the rate of the addition of oxygen and also by adjusting the oxygen content of the gases introduced by the nozzles or by other injection devices. . The amount of oxygen thus supplied should be sufficient to oxidize the various impurities in order to achieve the desired degree of impurity removal and should also be overdone to provide the necessary heat during the refining stage. An auxiliary means of controlling the temperature is to add scrap, as already described, and also to add iron ore. The addition of limestone from time to time, of course, has some effect on temperature, but these additions serve other purposes than temperature control.
Due to the fact that the oxidizing gas is introduced at or near the surface of the metal bath, the possibility of introducing abnormal amounts of nitrogen into the steel is minimized, even when using oxygen diluted with air, due to the fact that there is less reason for steel to absorb nitrogen. The process according to the invention provides a distinct advantage over conventional Bessemer techniques.
In addition, the turbulence generated in the metal bath promotes rapid reaction rates, which greatly increases the efficiency of the process, compared to the conventional Martin furnace process in which both the reaction rate and the production rate are relatively. slow due to the time required to transfer heat and reagents through the heterogeneous slag-metal-gas system in the refining zone.
If desired, it also comes within the scope of the invention to introduce the powdered iron ore and / qu the limestone in the form of a suspension in the gaseous oxygen supplied to the tuyeres. This way of introducing the iron ore or limestone allows a rapid and intimate mixing of the materials added to the molten metal, which further increases the rates of the refining reaction. In the conventional Martin furnace process, it has been found that it is often necessary to subject iron ore or iron ore concentrates which are often available, in finely divided form, to an agglomeration phase, usually by sintering. , before loading the ore into the Martin kiln.
However, by providing iron ore in powder form or in finely divided form, in suspension in gaseous oxygen, the applicant is able to eliminate the agglomeration or sintering phases, which makes it possible to obtain a appreciable advantage from an economic point of view. Thus, this feature of the process allows a direct transformation of iron (contained in an iron ore or other material containing iron in a finely divided state) into a usable steel. By introducing limestone into the bath, in suspension in the gaseous oxygen which is introduced therein, the rate of dissolution of lime in the slag phase is further increased, which further contributes to the rapid production of a slag basic strongly oxidized from the start of the process.
In addition, the introduction of powdered iron ore or limestone in the manner already described constitutes an additional method of bath control, convenient and efficient.
By way of illustration of the results which can be obtained by the process which has just been described, the following figures are given cb-
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held by experiments, it being understood, however, that these figures are given only as an indication and not limitative.
A 45 kg magnesia crucible is used, the chemical composition of which is as follows: Mg = 88.1%; SiO2 = 5.0%; R2O3 = 3.8%; CaO = 3.1%.
After preheating, the crucible is charged with 0.900 kg of 25.4 mm pieces of limestone preheated to 482 C. The limestone is covered with 1.360 kg of sintered iron ore preheated to 927 C. and the ore layer is covered. with 1.360 kg of scrap in plates preheated to 927 C. Then 22.680 kg of molten cast iron are poured into the furnace at a temperature of approximately 1.427 C.
Immediately after the addition of the molten iron, one begins to introduce undiluted oxygen below the surface of the metal bath using a nozzle with a 3.17 mm duct and one continues supplying oxygen almost continuously throughout the heating, except that this supply is interrupted for short periods to take samples, to remove slag and to replace the oxygen nozzle. The oxygen pressure, at the source, is 1.40 kg / cm (rel.) And the flow rate is about 0.14 m3 per minute. The total heating time is about 31 minutes and the total amount of oxygen introduced is about 2.8 m3.
Twice, during the first half of the heating, a supernatant slag is removed and 0.900 kg of castin is added each time immediately after. In addition, samples are taken from the metal bath for analysis at the start of heating and also at approximately equal time intervals during heating.
Reference will now be made to FIG. 3 of the drawing, in which the chemical modifications which take place in the metal are represented graphically. In this graph, the x-axis represents the time in minutes elapsing after addition of the molten metal. The ordinates y, y 'and y "represent respectively the percentage of sulfur, the percentage of phosphorus and the percentage of carbon, manganese and silicon. A and a' denote the outcrops, and b and b ', the charges or additions (2 pounds each time) of limestone. c indicates casting. It can be seen from these curves that phosphorus is rapidly removed from the molten metal, the phosphorus content of the bath being reduced to 0.015%, while the carbon content is still well above 2.0%.
Similarly, manganese and silicon are removed down to a very low content, from the start of the reaction. The removal of carbon at an unusually low level is also accomplished during the relatively short heating period.
An absolutely unexpected and extremely important result is that an unusually large percentage of sulfur is removed during heating. The sulfur content which was 0.034% clans the initial metal is lowered to 0.014% in the final bath.
Further, the final steel obtained has a nitrogen content of about 0.002%, which is an exceptionally low value even for conventional Martin steel.
The curves in Fig. 3 clearly demonstrate that by the process according to the invention the phosphorus content can be reduced to a low value, while the carbon content of the metal is still very high. These curves also show the remarkable superiority of the process according to the invention when compared to the conventional Martin furnace process with regard to the rapid removal of sulfur. As already explained, it is believed that this rapid and efficient removal of sulfur is due to the extremely rapid dissolution of lime in the slag phase, to the maintenance of an atmosphere substantially free of sulfur and also to the maintenance of conditions which lead to the direct oxidation of sulfur by oxygen
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free.
A careful examination of the temperature relationships during the test shows that there is no doubt that the use of oxygen provides a definite excess of heat over the heat required in the process. The temperature of the metal is raised from 1427 C. to a casting temperature of about 16200C. for the final steel. Accordingly, the process can easily be adapted to the use of substantial amounts of scrap or iron ore. Further, additional temperature control can be achieved by dilution and control of the oxygen gas stream.
Examination of the crucible at the end of the heating shows that it is substantially unattacked.
CLAIMS.
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1. Improvement or modification made to the process for producing steel with a low nitrogen and phosphorus content, from cast irons with a phosphorus content which may vary widely, which is the subject of the main Belgian patent nP 497.417 which consists of: introducing into a basic-lined refining zone the molten iron, a material containing iron oxide, a predetermined quantity of a basic slag-forming reagent containing lime, this quantity being sufficient to give a basic slag containing lime and silica in a proportion by weight of at least about 1.5%;
injecting an oxidizing gas, the oxygen content of which is greater than about 21%, by volume, substantially at the surface of the metal, whereby the slag, iron oxide and metal phases are mixed by turbulence, which results in subsequent rapid removal of phosphorus from the metal to an amount not exceeding 0.04% and simultaneous removal of at least 0.4% carbon but leaving at least 1% carbon in the metal, this mixture turbulent being substantially increased by the gases given off during said simultaneous carbon removal and an operating temperature of not less than 1371 C being generated,
which makes it possible to obtain both said lime to silica ratio in the slag and the removal of phosphorus to substantially the necessary degree in the final product, while the carbon content of the metal is not less than 1 %; finally, to continue the injection of said gas into the molten metal until the carbon content is brought back to the desired final value by oxidation, the heat released during the exothermic reactions of refining and slag formation constituting the only source of heat during the process.