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L'avantage principal de 'l'élaboration de leader dans le four à sole résidait auparavant dans les quantités considérables de mitrailles et de déchets de laminoirs qu'il y a quelques dizaines d'années encore les aciéries avaient à leur disposition en quantités excédantes, et qu'elles pouvaient traiter en addition à la fonte dans les fouisà sole.
Le développement considérable de la production de l'acier dans les dernières dizaines d'années a eu pour
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conséquence de réduire toujours davantage les quantités de mitrailles disponibles pour le procédé autour à sole dans le monde entier. On s'est donc efforcé de réduire autant que possible la proportion de mitrailles dans la charge et d'augmenter la proportion de fonte. Toutefois, si la proportion de fonte dans la charge augmente,le travail d'affinage à fournir dans le four à sole s'élève de telle sotte que la fusion se tire en longueur il en résulte une plus grande consommation d'énergie et de matières réfractaires ainsi qu'une augmentation des frais de main d'oeuvre.
On a depuis longtemps cherché à rendre plus économique le procédé fonte-mitrailles en augmentant le pourcentage de fonte dans la plus grande mesure possible. Ces tentatives étaient basées sur la connaissance de l'avantage qu'il y avait de mettre à la disposition du four d'aciérie une fonte qui répondait dans une grande mesure aux exigences du travail d'affinage.
Dans ce but, la fonte doit être aussi chaude que possible, afin que les frais de combustible de l'aciérie soient contenus dans des limites modérées et que la durée de la fusion ne devienne pas trop longue. En outre sa teneur en silicium doit être aussi faible que possible afin qu'il ne se forme pas de trop grandes quantités de laitier dans le four à sole. D'autre part, la fonte doit être à basse teneur en soufre afin que la désulfuration dans le four d'aciérie ne donne lieu à aucune difficulté.
Enfin, au point de vue de la teneur des autres éléments accompagnant la fonte, comme le phosphore, elle doit se présenter dans des conditions aussi uniformes que possible, afin que l'usine puisse employer un processus d'élaboration constant. La teneur en phosphore d'une fonte à traiter par le procédé fonte-mitraille doit être aussi basse que possible.
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Tàus les essais qui ont été faits pour obtenir au haut-fourneau une fonte qui réponde à toutes' les conditions mentionnées ci-dessus ont toutefois échoué . Ainsi, on obtient au haut-fourneau une fonte chaude en général relativement riche en silicium car toutes autres conditions restant égales si la température augmente, la teneur en silicium de fonte croit également. Une fonte pauvre en silicium obtenue par une marche froide du haut-fourneau tend de nouveau à présenter une teneur.en soufre relativement élevée ear-la teneur en soufre croit à mesure que la teneur en silicium diminue.
On a ainsi été amené à éliminer les défauts inhérents à la fonte habituelle du haut-fourneau par un traitement approprié de la fonte liquide avant son introduction dans le four à sole. Le plus souvent le traitement préalable de la fonte est effectué dans des mélangeurs susceptibles d'être chauffés, éventuellement avec addition de chaux et de minerais de fer. Le mélangeur d'affinage préalable, sus- ceptible de chauffe a essentiellement pour fonction de ré- duire la teneur en silicium de la fonte et d'augmenter la température de celle-ci. La teneur en phosphore de la fonte @ n'est pratiquement pas changée par le traitement habituel dans le mélangeur.
Toutefois un effet sensible du traitement d'affinage préalable ne peut être obtenu que si la fonte . séjourne assez longtemps dans le mélangeur, ce qui est de sa; . part., lié à une dépense considérable de combusti- ble, d'additions, de matières réfractaires et de main ,-t'oeuvre. Le procédé de fabrication de l'acier est ainsi rendu plus coûteux par un traitement préalable efficace dans le mélangeur.
Pour remédier à cet inconvénient on a étudié des procédés qui ont pour objet d'effectuer le traitement préalable de la fonte à l'intérieur de la poche de coulée
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dans laquelle elle est amenée du. haut -fourneau à l'aciérie, par soufflage d'oxygène. L'affinage préalable au moyen d'oxygène permet d'obtenir d'une façon certaine au bout de peu de temps une réduction de la teneur surélevée en silicium et une augmentation de la température. La teneur en phosphore ne peut de toute façon pas non plus être abaissée pratiquement par ce procédé, parce que l'oxyda- tion du phosphore lors de l'affinage préalable à l'oxygène - de la même manière que dans un convertisseur Thomas - ne se produit que lorsque le carbone est brûle d'une ma- nière essentielle.
Une réduction de la teneur en carbone de la fonte ne peut toutefois pas être effectuée dans les poches de cJulée habituelles à cause des expulsions qui se produisent lors de l'affinage. '
Comme on ne peut donc pas réduire dans une mesure sensible la teneur en phosphore de la fonte ni par le trai- tement préalable de la fonte dans un mélangeur susceptible d'être chauffé ni par affinage préalable au moyen d'oxygène dans la poche de coulée, on a dù dans les deux procédés, partir d'une fonte qui présentait déjà au haut-fourneau invariablement la teneur maximum en phosphore de 0,305 nécessaire au traitement dans le four à sole d'après le procédé fonte-mitraille.
Une fonte qui possède cette teneur maximum en phosphore ne peut être produite dans le haut-fourneau qua par-l'emploi d'un minerai pauvre en phosphore. Toutefois la fourniture de tels minerais rencontre fréquemment des difficultés, du fait notamment des dépenses considérables de transport. mais dans l'industrie sidérurgique il est d'une grande importance au point de vue économique de pou- voir toujours traiter les minerais qui peuvent être livrés aux prix les plus bas et dans les conditions les plus favo- rables du transport, sans que leurs propriétés de fusibilité @
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ne soient soumises à des restrictions par des limites d'analyse trop étroites spécialement en ce qui concerne la teneur en phosphore.
La présente invention procure un procédé qui permet de transformer d'une manière simple et économique en un métal préliminaire le plus apporprié, à l'élaboration de l'acier dans le four à sole ou le four électrique, pratiquement toute fonte venant du haut-fourneau, sans que des conditions restrictives ne soient posées quant à sa.composition, avant tout au point de vue de la teneur en phosphore.
Suivant l'invention on produit, en partant d'une fonte phosphoreuse, un métal préliminaire pour l'élaboration de l'acier au four à.sole ou au four électrique en soumettant à un affinage préalable de la fonte brute à une teneur en phosphore de plus de 0,30 % dans un tambour, garni de matière réfractaire et tournant autour d'un axe horizontal ou pratiquement horizontal, à l'intérieur duquel un agent d'affinage enrichi d'oxygène, de préférence de l'oxygène industriellement pur est insufflé dans le bain de fusion au moyen de tuyères qui pénètrent, par des ouvertures pratiquées dans les parois d'extrémités du tambour, à l'intérieur de celui-ci et immergent de haut en bas au travers de la couche de laitier, de préférence o- bliquement, sous la surface du bain.
Abstraction faite de la combustion des éléments silicium et manganèse qui se fait de la manière usuelle, l'oxydation du phosphore se produit alors en même temps que celle du carbone, le phosphore s'oxydant plus rapidement que le carbone.
Des essais ont montré que par exemple une fonte brute à 1,85% de phosphore et 3,8 % de carbone présentait après le traitement d'affinage ci-dessus décrit dans le récipient d'affinage rotatif, au bout de 35 minutes, une teneur de 0,30 % en phosphore et de 1,45% en carbone.
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La température s'était alors élevée de 1340 c que la fonte présentait après coulée du haut-fourneau à 1490 c le procédé suivant l'invention permet donc d'amener les fontes brutes provenant du haut-fourneau et dont la teneur en phosphore est considérablement plus élevée que celle admissible pour les fontes destinées normalement aux aciéries, à une teneur en phosphore semblable à celle que doivent présenter les charges de fonte dans le procédé fonte-mitraille usuel.
L'emploi du procédé proposé libère les aciéries même la dans une mesure étendue des soucis de désulfuration Comme pour la fonte destinée au procédé d'affinage préliminaire suivant le procédé décrit, les hauts-fourneaux ne sont pra- tiquement plus liés à des limites maxima de teneur en sili- cium de la fonte, ils peuvent fournir simplement une fonte relativement pauvre en soufre avec une teneur en silicium accrue de manière correspondante, car le silicium est élimi- né dans le traitement d'affinage préalable.
Toutefois, on peut aussi , lors de l'application du procédé suivant l'in- vention, rendre très simplement utilisables pour les acié- ries des fontes même très riches en soufre , comme celles fournies par le procédé "a.cide" au haut-fourneau, car une désulfuration, par exemple à.l'aide de soude peut se faire purement et simplement avant le traitement d'affinage préli- minaire ou en jonction avec celui-ci.
On a constaté que lorsqu'on emploie au four à sole des fontes qui ont subi un affinage préliminaire suivant le procédé qui fait l'objet de l'invention, on obtient par rap- port au procédé appliqué jusqu'ici une augmentation de ren- dement pouvant atteindre 50 %. En outre il est très important que l'emploi du procédé d'affinage préliminaire suivant l'inven- tion de la charge de fonte permet,sans nuire au rendement du four d'aciérie,
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de dresser CQ,1sid rabicuient 1.s lit-itcs s Llr"',106'S connues jusqu'à présent du procédé fonte-mitri illes.
L'affinage prcalable selon l'invention doit être terminé avant que la teneur en carbone de le. fonte ait été réduite dans une mesure telle que la fonte soit rendue im propre à la production d'scier dans les fours à sole ou les fours électriques, Quand par exemple le four à sole n'est charge que de fonte,la teneur en carbone de la fonte doit être de 0,5% environ= quand le four à sole est charge' en partie de fonte et en partie de mitraille, il est nécessaire pour obtenir un affinage satisfaisait, que la fonte ait une teneur plus grande en, carbone d'pendant de la quantité de
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mitraille, lLt:tld, ;;>:
,1' exemple, 1- charge consiste en quantités égales de fonte et de mitraille, il est désirable que la. teneur en carbone de la fonte soit de 1,3 à 1,4% environ.
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L'emploi du proc d'5 d'ffinc.ge préalable proposé permet aussi de produire un m ¯tal préliminaire qui convient le mieux à l'élaboration au four électrique.
Lnfin, le procède suivent l'invention permet d'obte- nir au moyen d'une fonte phosphoreuse, comme la fonte Thomas, des alliages ferreux pour tous usages présentant une teneur en .carbone comprise entre 0,1 et 2,5 % l'élimination du phosphore dans la fonte étantrégléepar des mesures métallurgiques, A @ titre d'exemple, on peut obtenir de cette manière une fente à 2%c environ et à 0,2,: à 0,3% de P. comme c'est nécessaire dans la fabrication des tubes en acier coulé.
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Procédé pour la fabrication d'un métal préliminaire destine à la production d'acier dans les fours à sole ou los fours électriques, caractérisé on ce que la fonte ayant une teneur en phosphore de plus de 0,30 est soumise à un affi nage préalable dans un tambour garni de matière réfracta ire et tournant autour d'un axe horizontal ou pratiquement hori-
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zontal, dans lequel un agent d'affinage enrichi d'oxygène, de préférence d'oxygène industriellement pur, est insuflé dans le bain de fusion au moyen de tuyères pénétrant, par des ouver- tures pratiquées dans les parois frontales du tambour,
à l'in t 'rieur de celui-ci et immergeant de haut en bas au travers de lacouche de laitier, de préférence obliquement, sous la surface du bain , et en ce que l'affinage préalable est termina avant que 1- teneur en carbone de le fonte ait été réduite dans une mesure -telle que 1: fonte ait été rendue impropre à la production d'acier dans les fours à sole ou les fours électriques.
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The main advantage of the leading development in the hearth furnace previously resided in the considerable quantities of scrap and scrap from rolling mills that even a few decades ago steelworks had at their disposal in excess quantities, and that they could treat in addition to the cast iron in the fouisà sole.
The considerable development of steel production in recent decades has resulted in
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As a consequence of ever further reducing the quantities of scrap available for the hearth process around the world. An effort was therefore made to reduce as much as possible the proportion of scrap in the charge and to increase the proportion of melting. However, if the proportion of cast iron in the load increases, the refining work to be done in the hearth furnace increases so stupidly that the melting is drawn in length resulting in greater consumption of energy and materials. refractory as well as an increase in labor costs.
It has long been sought to make the melt-scrap process more economical by increasing the percentage of melt to the greatest extent possible. These attempts were based on the knowledge of the advantage of providing the steel furnace with a pig iron which to a large extent met the requirements of the refining work.
For this purpose, the cast iron should be as hot as possible, so that the fuel costs of the steelworks are contained within moderate limits and the duration of the melting does not become too long. In addition, its silicon content should be as low as possible so that excessive quantities of slag do not form in the hearth furnace. On the other hand, the cast iron must be low in sulfur so that the desulphurization in the steel furnace does not give rise to any difficulty.
Finally, from the point of view of the content of the other elements accompanying the melting, such as phosphorus, it must be presented under conditions as uniform as possible, so that the plant can employ a constant process of elaboration. The phosphorus content of a pig iron to be treated by the melt-scrap process should be as low as possible.
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All the attempts which have been made to obtain from the blast furnace a cast iron which meets all the conditions mentioned above have failed, however. Thus, a hot cast iron is obtained in the blast furnace which is generally relatively rich in silicon because, all other conditions remaining equal, if the temperature increases, the silicon content of the cast iron also increases. A low silicon cast iron obtained by a cool blast furnace operation again tends to have a relatively high sulfur content because the sulfur content increases as the silicon content decreases.
It has thus been necessary to eliminate the defects inherent in the usual cast iron of the blast furnace by an appropriate treatment of the liquid cast iron before its introduction into the hearth furnace. Most often the preliminary treatment of the cast iron is carried out in mixers capable of being heated, possibly with the addition of lime and iron ores. The primary function of the pre-refining mixer, which can be heated, is to reduce the silicon content of the cast iron and to increase the temperature thereof. The phosphorus content of the iron @ is hardly changed by the usual treatment in the mixer.
However, a significant effect of the prior refining treatment can only be obtained if the cast iron. stays long enough in the mixer, which is his; . part., due to a considerable expenditure of fuel, additions, refractories and labor. The steel making process is thus made more expensive by efficient pretreatment in the mixer.
To remedy this drawback, methods have been studied which aim to carry out the preliminary treatment of the cast iron inside the casting ladle.
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in which it is brought from. top-furnace at the steelworks, by blowing oxygen. The preliminary refining by means of oxygen makes it possible to obtain with certainty after a short time a reduction in the increased silicon content and an increase in temperature. Neither can the phosphorus content practically be lowered by this process anyway, because the oxidation of phosphorus during pre-refining with oxygen - in the same way as in a Thomas converter - does not occurs only when carbon is burnt in an essential way.
However, a reduction in the carbon content of the pig iron cannot be effected in the usual cJule pockets because of the expulsions which occur during refining. '
As it is therefore not possible to reduce to any appreciable extent the phosphorus content of the pig iron, neither by the preliminary treatment of the pig iron in a mixer capable of being heated nor by preliminary refining by means of oxygen in the ladle. In both processes, it was necessary to start from a cast iron which already had in the blast furnace invariably the maximum phosphorus content of 0.305 necessary for the treatment in the hearth furnace according to the cast iron-scrap process.
A pig iron which has this maximum phosphorus content can only be produced in the blast furnace by the use of an ore low in phosphorus. However, the supply of such minerals frequently encounters difficulties, in particular because of the considerable transport costs. but in the steel industry it is of great importance from an economic point of view to always be able to process the minerals which can be delivered at the lowest prices and under the most favorable conditions of transport, without their fusibility properties @
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are not subject to restrictions by excessively narrow analytical limits, especially with regard to the phosphorus content.
The present invention provides a process which makes it possible to transform in a simple and economical manner into a most suitable preliminary metal, for the production of steel in the hearth furnace or the electric furnace, practically any cast iron coming from the top. furnace, without restrictive conditions being laid down as to its composition, above all from the point of view of the phosphorus content.
According to the invention, starting from a phosphorous iron, a preliminary metal is produced for the production of steel in a solenoid furnace or in an electric furnace by subjecting the pig iron to a prior refining to a phosphorus content more than 0.30% in a drum, lined with refractory material and rotating about a horizontal or substantially horizontal axis, within which a refining agent enriched with oxygen, preferably industrially pure oxygen is blown into the molten bath by means of nozzles which penetrate, through openings made in the end walls of the drum, inside the latter and immerse from top to bottom through the layer of slag, preferably, below the surface of the bath.
Apart from the combustion of the elements silicon and manganese which takes place in the usual way, the oxidation of phosphorus then takes place at the same time as that of carbon, phosphorus oxidizing more rapidly than carbon.
Tests have shown that for example a pig iron with 1.85% phosphorus and 3.8% carbon exhibits after the refining treatment described above in the rotary refining vessel, after 35 minutes, a content of 0.30% phosphorus and 1.45% carbon.
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The temperature had then risen from 1340 c that the cast iron exhibited after casting from the blast furnace to 1490 c. The process according to the invention therefore makes it possible to bring the crude cast iron from the blast furnace, the phosphorus content of which is considerably higher than that admissible for cast irons normally intended for steelworks, with a phosphorus content similar to that which must be present in the charges of pig iron in the usual cast iron-scrap process.
The use of the proposed process frees even steelworks to a large extent from the concerns of desulphurization As with the pig iron intended for the preliminary refining process according to the process described, the blast furnaces are practically no longer bound by maximum limits. Because of the silicon content of the pig iron, they can simply provide a relatively low sulfur pig iron with a correspondingly increased silicon content, since the silicon is removed in the pre-refining process.
However, it is also possible, during the application of the process according to the invention, to make very easily usable for steel plants even very rich in sulfur, such as those supplied by the "acid" process above. furnace, because desulphurization, for example using sodium hydroxide, can be carried out purely and simply before the preliminary refining treatment or in conjunction therewith.
It has been found that when cast iron which has undergone preliminary refining according to the process which forms the subject of the invention is used in a hearth furnace, an increase in yield is obtained compared with the process applied hitherto. up to 50%. In addition it is very important that the use of the preliminary refining process according to the invention of the pig iron charge allows, without adversely affecting the efficiency of the steelworks furnace,
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to train CQ, 1sid rabicuient 1.s lit-itcs s Llr "', 106'S known hitherto from the cast-mitri illes process.
The prcalable refining according to the invention must be completed before the carbon content of the. cast iron has been reduced to such an extent that the cast iron is made suitable for the production of sawn in hearth furnaces or electric furnaces, When for example the hearth furnace is loaded only with cast iron, the carbon content cast iron should be around 0.5% = when the hearth furnace is loaded partly with cast iron and partly with scrap, it is necessary to obtain satisfactory refining that the cast iron has a higher carbon content of during the amount of
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grape shot, lLt: tld, ;;>:
For example, the charge consists of equal amounts of cast iron and grape shot, it is desirable that the. the carbon content of the cast iron is approximately 1.3 to 1.4%.
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The use of the proposed preliminary thinning process also makes it possible to produce a preliminary metal which is best suited for elaboration in an electric furnace.
Finally, the process according to the invention makes it possible to obtain, by means of a phosphorous cast iron, such as Thomas cast iron, ferrous alloys for all uses having a carbon content of between 0.1 and 2.5% l. 'elimination of phosphorus in the cast iron being regulated by metallurgical measures, For example, a slit can be obtained in this way at about 2% c and at 0.2: at 0.3% P. like c' is necessary in the manufacture of cast steel pipes.
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Process for the production of a preliminary metal intended for the production of steel in hearth furnaces or electric furnaces, characterized in that the cast iron having a phosphorus content of more than 0.30 is subjected to a preliminary refining in a drum lined with refractory material and rotating about a horizontal or almost hori-
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zontal, in which a refining agent enriched with oxygen, preferably industrially pure oxygen, is blown into the molten bath by means of penetrating nozzles, through openings made in the front walls of the drum,
inside thereof and immersing from top to bottom through the slag layer, preferably obliquely, below the surface of the bath, and in that the pre-refining is completed before the The carbon of the cast iron has been reduced to such an extent that 1: cast iron has been made unsuitable for the production of steel in hearth furnaces or electric furnaces.