<Desc/Clms Page number 1>
'Procédé pour réduire la teneur en soufre du fer et pour économiser le coke dans le cubilot*
Pour élaborer la fonte grise et la fonte malléable, ainsi que le fer de deuxième fusion (en allemand: "Rinneneisen"), c'est-à-dire fer de deuxième fusion au cubilot pour la production de l'acier coul, on a avantageusement utilisa à ce jour le cubilot à vent chaud. En raison de la température de préchauffage élevée du vent, Boit 40000 et plus, on réalise ainsi une économie de coke de 30% et plus par rapport à la marche du cubilet au
<Desc/Clms Page number 2>
vent froid.
Grâce aux quantités de coke plus faibles utilisées dans le four à vent chaud, comparativement à celles employées dans le cubilot à vent froid, on peut ajuster dans le four à vent chaud des teneurs en soufre de 0,1 % et moins, c'est-a-dire que les teneurs en soufre sont en substance d'un ordre de grandeur inférieur de 30 % à celui constaté pour le fer produit au four à vent froid.
D'autres procédés connus pour la désulfuration du fer sont exécutés à l'aide du carbure de calcium. La désulfuration par le carbure de calcium était effectuée le plus souvent dans la poche, à savoir, le carbure de calcium était insufflé sous forme de poudre ou incorporé sous forme de morceaux. Ce procédé est . relativement fastidieux et ne donne pas de résultats satisfaisante, d'autant plus que la baisse de température du fer occasionne des difficultés techniques. sous le rapport de la coulée.
Il est en outre connu d'introduire du carbure de calcium dans le four électrique, afin de réaliser une désulfuration à l'aide de la scorie calcaire formée par l'action du carbure de calcium.
En outre, le carbure de calcium a déjà été utilisé aupa- ravant en qualité de ce qu'il est convenu d'appeler "vaccin' lors de la préparation de la fonte grise. il est en outre connu d'incorporer du carbure de calcium au cubilot, afin d'obtenir une fonte au cubilot pauvre en soufre.
Jusqu'à présent,.on utilisait dons tous les essais un carbur@ de calcium où l'on avait ajusté une haute richesse en gaz, ex- primée en litrés. Or, de tels carbures possèdent une température de fusion très élevée, soit de 1800 C et plus.
Un a constaté que, lorsqu'on charge dans le cubilot le carbure de ,calcium dont la température de fusion est à 1800 C, 'l'action sur la fonte au cubilot, c'est-à-dire la réaction du carbure de calcium chargé, ne se produit que relativement tard , soit, après un certa@n nombre de charges, à savoir, après que
<Desc/Clms Page number 3>
l'on a pu réaliser dans le cubilot, au-dessus du plan des tuyères, une température correspondant à la température de fusion du carbure, il s'ensuit que, dans le cas du carbure de calcium à point de fusion à 18000 C et plus, on devait atteindre dans le cubilot une température de fusion de 1800 C, afin d'obtenir une dissolution du carbure et de permettre à celui-ci d'exercer son effet.
il a été surprenant de constater que la rapidité de réaction dq carbure de calcium dans le cubilot pouvait être accrue de façon très notable lorsqu'on chargeait dans ce dernier un carbure de calcium dont le point de fusion est inférieur à 1800 C et se situe, autant que possible,, entre 1650 et 17000 C.
On ne pouvait pas prévoir que la teneur plus réduite ou le rendement plus réduit en gaz, - qui se présente fatalement dans le carbure de calcium à plus bas point de fusion, et qui peut être inférieur jusque de
10 % et plus à celui constaté dans le cas de carbure de calcium à point de fusion supérieur à 1800 C,- exercerait une action plus favorable dans la charge du cubilot que ne le ferait un carbure de calcium ayant un point de fusion supérieur à 1800 C et un rendement, en gaz d'au moins 300 1..
Le carbure da calcium à point de fusion inférieur à 18000 C, autant que possible entre 1650 et 1700 C, est incorporé au lit . de fusion en quantités qui atteignent sensiblement 4 % du poids du fer du lit de fusion du cubilot, de préférence en quantités qui forment sensiblement 2 % de ce poids.
La chaleur qui se libère dans le cubilot par suite de la dissociation du carbure de calcium, permet de réaliser une éco- nomie de coke considérable. Par exemple, lorsque la charge du carbure de calcium à point de fusion situé entre 1650 et 1700 0 représente 2 %, on réalise une économie de coke de 30 à 50 %, la température du fer liquide ne marquant aucune diminution par rapport à celle du lit de fusion qui a été fondu en l'absence de carbure de calcium.
Cette diminution de la quantité de coke *
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
pour résultat une diminution également à .jO",o(j}6. du la teneur en soufre par rapport à cella d'une fonte au cubilot élaborée. sana carbure de calcium,, mais avec une propoi, ,i,.rz de coke dana les charges .plus élevée, en conséquence. D'autre part, la capacité du cubilot augmente, vu la consignation de coke plus réduite.
Grâce à la température de fusion élevée atteinte au-dessus du niveau des tuyères, on obtient une recarburation plus poussée de la fonte au cubilot que ce n'est le cas lorsque la fusion est effectuée sans carbure de calcium. Ceci permet, lorsqu'il s'agit de produire des espèces de fer de haute qualité, de réduire la proportion de fonte brute, c'est-à-dire d'augmenter celle des riblons, et d'améliorer ainsi l'économie de la marche du cubilot.
L'emploi du carbure de calcium à point de fusion moins élevé,
EMI4.2
opast-à-dire situé au-dessous de 1800 C, offre en outre l'avan- tage du au fait que ce carbure possède une puissance réactionnelle et une rapidité de réaction plus grandes qu'un carbure à point de fusion plus elevé, soit. de 1800 0 0 et plus.
Lorsque du carbure de calcium est incorporé au lit de fu- sion du cubilot, on obtient au-dessus des tuyères de celui-ci des températures qui,,, autrement, ne pouvaient être réalisées que dans les fours dits à vent chaud, en réchauffant le vent à une
EMI4.3
température de 400-600Q C ou plus. Ces températures élevées dé- terminent la température de réduction de l'acide silicique, de sorte que, grâce à une réduction de SiO2, par exemple à partir de la scorie,,-on évite une combustion du silicium à partir du lit
EMI4.4
de fusion, ce qui contribue également à Itamélioration de illéco nomie de la marche du cubilot.
EMI4.5
Les températures du fer constatées au trou de coulée dans le cas où.il est fait usage d'un carbure de calcium à point de fusion moins .levé, soit 1660 - 1100Q e. ne sont nullement inf4" rieures aux températures dal COU16f) obtenues en utilisant la car- . bure de calcium à point de fusion plias élevé, soit de 1800 C
<Desc/Clms Page number 5>
et plus, la quantité de coke utilisée étant la même.En tout cas. en économisant 30-00 % de coke et en utilisant 2 % de carbure de calcium,, rapportés à la charge de fer, on a pu obtenir les mêmes températures de coulée qu'en opérant la fusion avec una charge de coke de 30-50% plus élevée, mais sans l'emploi de carbure de calcium.
Finalement, et vu la faible consommation de coke dans le cubilot et la teneur réduite en soufre, qui en résulta l'ensemble de la marche du four, à savoir, entre autres, l'usure du garnissage, est exactement identique, en ce qui concerne les effets économiques et métallurgiques, que dans le cas de cubilot fonctionnant au vent chaud. La carbure de calcium est da préfé- rence chargé sous forme de morceaux dans le lit de fusion du cubilot, les dimensions des morceaux étant avantageusement choi- sies suffisamment grandes pour que ceux-ci ne soient pas choses par le vent.
Du carbure de calcium peut aussi être introduit ou insufflé dans le creuset, respectivement en morceaux ou en poudre, à travée les tuyères ou en un point situé au-dessus de celles-ci.
On peut en outre charger du carbure de calcium dans un cubi@ lot à vent chaud: Dans ce cas, on réalise, outre les économies dues à l'emploi du vent chaud, celles qui proviennent d'une réduc, tion de la consommation de coke, ainsi que des avantages métal- lurgiques précités, tels que, par exemple, un abaissement plus marqué de la teneur en soufre.
Il va de soi que le carbure de calcium à point de fusion plus bas peut être utilisé dans un cubilot à garnissage basique ou neutre, une scorification basique ou neutre étant avantageuse le cas échéant, il est bien entendu que le carbure de calcium est fondu conjointement avec les additions de chaux utilisées norma- lement dans la conduite d'un oubilot.
Afin de réduire la teneur, en soufre du fer, le carbure de calcium à point de fusion moins élevé. ou le carbure de calcium
<Desc/Clms Page number 6>
@ccoupagné de substances d'addition inertes, peut être incorpora soit'dans la poche, soit dans un four électrique à garnissage basique ou acide, soit encore dans un -.four à tambour.
Finalement, on a.constaté que l'on.pouvait obtenir un effet particulièrement favorable en additionnai en outre le carbure de calcium -dont le point de fusion est inférieur à 1800 C et se situe de préférence entre 1650 et 1700 C- d'autres matièrus inertes et solides, propres à abaisseur davantage le point de fusion.
A ce propos, la chaux calcinée, utilisée en melnge par- fait avec la carbure de calcium, a: donné des résultats particu- librement,avantageux, étant donné qu'elle contribue à accélérer davantage et de facon favorable l'action du carbure dans le éubi- lot et qu'ainsi la réactif principale du carbure a lieu é@@ tuellement déjà au niveau de fusion du cubilot ou à une faible distance'au-dessous de ce niveau.
Par conséquent, l'effet du carbure de calcium à point de fusion moins.élevé peut-se constater des la première poche, c.est-à-dire déjà à la première coulée, contrairement à ce qui se passa lorsqu'on emploie un carbure de calcium normal à point de fusion élevé, dont l'influence n'appa- raît qu'après 5 à 7 charges formant le lit de fusion..
Un peut cependant réaliser le même effet. en utilisant un carbure normal du commerce, et en provoquant l'abaissement du point de fusion par l'addition de matières solides inertes susceptibles de produire cet abaissement, notamment la chaux calcinée, ce qui permet d'obtenir un carbure de calcium à point de fusion moins élevé, de préférence entre 1650 et 1700 C. Le carbure, en morceaux de la grandeur connue, est chargé-dans le cubilot simultanément avec la chaux calciné.Avantageusement, la chaux calcinée uti- lises à cet effet présente sensiblement la même grosseur de grain que le carbure de calcium.
Selon une variante, le carbura de calcium à point de fusion plus bas, ou le carbure de calcium comportant des adtitions inertes-, peut être utilisé sous une
<Desc/Clms Page number 7>
grosseur de grain plus grande ou plus petite ou sous forme de poudre, et être éventuellement insufflé dans le four. D'ailleurs, la matière d'addition inerte peut être utilisée sous une grosseur de grain autre que le carbure de calcium. il était connu à cejour de charger de la castine dans le cubilot dans une proportion de 3 à 7 % environ du poids du fer dans le lit de fusion. Par contre, l'emploi de chaux calcinée en tant que fondant est nouveau et fait aussi l'objet de la pré- sente invention.
L'ensemble de l'action du carbure de calcium, en particulier l'élévation de la température dans la zone de fusion, est parti- culièrement favorisa lorsque le carbure de calcium, seul ou additionné de substances inertes, est charge dans des enveloppa- ges. On empêche ainsi la décomposition de la charge de carbure de calcium, seul ou en mélange avec la chaux calcinée, par l'eau contenue dans l'air de combustion.
En effet, par temps humide, lorsque le coke et le fer brut risquent d'être particulièrement humides, il se produit une décomposition prématurée du carbure de calcium lorsque celui-ci est chargé sans enveloppage. Cette décomposition peut être évitée si le carbure .de calcium, éven- tuellement en mélange avec de la chaux calcinée, est char dans le cubilot, dans des enveloppages combustibles, c'est-à-dire des sacs ou sachets en matière synthétique ou en papier, ou encore dans des enveloppages non combustibles.
La tôle de fer convient particulièrement pour de tels enveloppages, dans lequel cas on emploie le carbure de calcium, en mélange parfait avec la chaux, éventuellement tassé en paquets sous enveloppage en tôle ou en une matière analogue, L'avantage qui résulte du fait d'emballer ou de tasser la carbure de calcium dans des enveloppages de tôle, c'est-à-dire dans des enveloppages non combustibles, réside dans le fait que,
<Desc/Clms Page number 8>
dans le cubilot, le carbure de calcium s'avance, ensemble avec les matières à fondre, jusqu'à la zone de fusion, sans être décompose par la teneur en eau de l'air de combustion, (vent de soufflage).
Arrivé dans la zone de fusion, le carbure de calcium est amené à fondre simultanément avec le lit de fusion, et peut exercer dans cette zone du cubilot, à un degré concentré, son effet consistant à élever la température et à réduire la teneur en soufre, On a pu constater que le procédé selon l'inven- tion, c'est-à-dire l'emploi du carbure de calcium normal du commerce, ensemble avec la chaux calcinée, permet d'obtenir les mêmes avantages techniques que l'emploi du carbure de calcium à point de fusion moins élevé.En particulier, on a constaté que la teneur en soufre dans le fer diminue, par l'introduction de carbure de calcium et de chaux calcinée, dans la marne mesure où la consommation de coke diminue, de sorte qu'une désulfuration supplémentaire dans la poche devient superflue, De plus,
on consa- tate les mêmes phénomènes favorables et avantageux de recarbura tion. En outre, on atteint la température de fusion élevée requit. dans la zone ou le plan de fusion, ou/immédiatement au-dessous de celui-ci, ainsi -qu'une élévation avantageuse, qui en résulte, de la température du fer de deuxième fusion. D'autre part, et grâce à la réduction des charges de coke, on obtient une élévation notable de la capacité du cubilot.
Exemple.
Par tonne! de charge métallique - constituée par de la fonte brute, des moulages cassés et des riblons, ainsi que des matières d'addition - on a introduit dans le cubilot 20 kg de carbure de calcium normal du commerce, d'une grosseur de grain de 5 à 50 mm environ, en mélange intime avec 1,48 kg de chaux calcinée d'une même grosseur de grain, ce qui représente 7,4 % du carbure de calciu, la mélange calure de calcium-chaux ayant été emballa
<Desc/Clms Page number 9>
dans des cylindres de tôle à parois minces. Le carbure de calcium du commerce avait un rendement en gaz de 300 litres d'acétylène par kg de carbure. Le point de fusion du carbure de calcium était supérieur à 1840 C.
A cela s'ajoutait l'addition habituelle de castine, qui était de 3 à 6 % du poids du fer, c'est-à-dire 30 à 60 kg environ.
La teneur en CaO de la chaux calcinée ajoutée au carbure de cal- cium était de 96 % environ. La charge de coke était de 12,5 % par exemple, alors qu'antérieurement, lorsqu'il n'était pas fait usage de carbure de calcium - avec ou sans chaux calcinée - celle-ci s'élevait à 19 % environ. Compte tenu de l'économie de coke allant de 33 à 35 %, et dont l'importance est déterminée par la composition du lit de fusion, la teneur en soufre du fer de deuxième fusion est ramenée de 0,19% environ à 0,13%. '- J'est- à-dire dans les mêmes proportions que la consommation de coke.
Le mélange de carbure de calcium normal du commerce avec 7,4 parties en poids de chaux calcinée, rapportées au poids de ce carbure, possède un point de fusion de 17000 C environ. Toutefois, en additionnant 100 parties en poids de calcium de carbure normal du commerce, avec un rendement en acétylène de 300 litres par kg de carbure, de 12 parties en poids de chaux calcinée, ce qui, pour une charge de cubilot comprenant 1000 kg de fer/et 20 kg de carbure de calcium normal du commerce, représente 2,4 kg de chaux calcinée de la grosseur de grain indiquée plus haut et une teneur en CaO de 96 % environ, on parvient à ramener le point de fusion du mélange à 16500 C, A ces températures, le carbure de calcium entre en fusion, conjointement avec la chaux calcinée, dans la zone de fusion,
et est ainsi amené à produire ses effets.
Cependant, il n'est pas indispensable d'introduire dans le cubilot un carbure de calcium à haut point de fusion et à rende- pent élevé en gaz, en mélange avec la chaux calcinée* Au contaire.
<Desc/Clms Page number 10>
il va de soi que l'on peut charger dans le cubilot du carbure de calcium à point de fusion plus bas à rendement en gaz moins élevé, par exemple de 270 litres seulement par kg de carbure, avec ceci que le point de fusion de ce carbure de calcium peut encore être abaissé davantage par un apport de chaux calcinée.
Il convient de remarquer en outre que le carbure de calcium forme, avec l'oxyde de calcium, des combinaisons moléculaires instables, auxquelles correspondent des mélanges eutectiques différents. Un minimum, avec la température de fusion la plus basse, se situe à 1634 0 environ-. A partir de ce minimum, la température de fusion remonte, à mesure que la teneur en oxyde de calcium s'élève, jusqu'à ce qu'elle atteigne un nouveau maximum. il s'ensuit que, dans le cas des mélanges carbure de calcium - chaux à point de fusion moins élevé, deux ou plusieurs mélanges, comportant des proportions de chaux différentes, correspondent à une température déterminée.
Ces mélanges peuvent être considérés comme des solutions des combinaisons moléculaires instables dans l'oxyde de calcium, ou inversement.
Le progrès technique apporté par le procédé selon l'inven- tion réside dans le fait que le carbure de calcium à point de fu- sion abaissé, d'une part, et le carbure de calcium normal du commerce, convenablement additionné de chaux, d'autre part, entrent en.fusion, grâce à leur point de fusion peu élevé, en- semble avec le lit de fusion chargé dans le cubilot, cependant que le carbure de¯calcium exerce immédiatement son action dans le sens de la désulfuration et de l'élévation de la température.
De plus, cet apport de carbure determine une augmentation de la capacité d'un même ordre de grandeur que le pourcentage de l'économie de coke, de même qu'une réduction sensible de la teneur en soufre du fer de deuxième fusion, cette dernière réduc- tion dépendant évidemment du degré de basicité de la scorie.
Dans les cubilots à garnissage acicb , la scorie doit être
<Desc/Clms Page number 11>
maintenue à l'état acide, et l'abaissement réalisé dans la teneur en soufre du fer de deuxième fusion correspond, en pour-cent, à l'économie de coke réalisée comparativement à l'allure du cubilot avec vent froid et sans l'emploi de carbure de calcium avec de la chaux calcinée*.
Dans les cubilots à garnissage basique ou dans ceux dont le creuset comporte un garnissage neutre, par exemple en masse réfrac- taire damée à base de carbone, l'action désulfurante du carbure ' de calcium à point de fusion abaissé peut être accrue d'une façon très considérable, vu que le four peut être conduit avec une scorie désulfurante, hautement basique. De cette façon, on a la - possibilité da faire passer la presque totalité du soufre dans la scorie et d'obtenir des fers de deuxième fusion avec des te@aurs en soufre qui se situent dans l'ordre de grandeur d'envi 'on 0,01 à 0,02 et parfois moins.
La température de fusion très élevée, que l'on peut atteindre en amont des tuyères grâce à l'em- ploi de carbure de calcium accompagné de chaux calcinée, produit une recarburation adéquate du fer de deuxième fusion, c'est-à-dire une élevation de la teneur en carbone de ce dernier, avec tous les avantages qui en résultent du point de vue de la qualité.
Dans les cubilots à garnissage acide, l'apport quantitatif de carbure de calcium à point de fusion abaisse, seul ou en-mélange avec la chaux calcinée, doit être limité à la valeur à laquelle la scorie demeure encore à prédominance acide, c'est-à-dire contient de l'acide silicique. Il s'ensuit que la proportion, en pour-cent, de carbure de calcium seul ou additionné de chaux, dans le lit de fusion, est limitée quantitativement vers le haut.
Par contre, dans les cubilots à garnissage basique ou neutre, qui, tous deux, autorisent une allure hautement basique de la scorie, la proportion de carbure de calcium seul ou en mélange avec la chaux calcinée n'est pas. sujette à une limitation.
Par conséquent, le procédé selon l'invention - qui vise à
<Desc/Clms Page number 12>
abaisser la teneur en soufre du fer et à réduire la consommation de coke dans le cubilot, par l'emploi de carbure de calcium à point de fusion inférieur à 1800 C, de préférence de 1650 à 1700 C- offre non seulement des avantages métallurgiques considérables, notamment grâce à l'obtention de teneurs moins élevées en soufre et d'une meilleure recarburation, conjointement avec une surchauffe de fusion élevée et une précipitation de graphite, de plus grande finesse, qui en résulte, mais aussi des avantages économiques, étant donné que, grâce à une économie de:
coke considérable, et tout en tenant compte des frais imposés par l'emploi de carbure da calcium, @on peut réaliser un abaissement du coût de production. du fer en fusion.