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L'invention est relative à un procédé de fabrication d'un avant-métal ou acier à partir de fonte de première fusion phosphoreuse, dans des récipients fixes d'affinage ou des fours de type quelconque.
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Elle consiste en un procédé à l'aide duquel il est possi- ble d'assurer la déphosphoration, en particulier à partir de teneurs initiales en phosphore relativement élevées et de l'ordre de gran- deur de 2% environ, et jusqu'à des teneurs finales en phosphore très basses ou d'une valeur désirée, sensiblement avant même la période de décarburation ou pendant cette période, et d'obtenir par ce moyen une grande indépendance de la déphosphoration par rapport à la teneur en carbone de l'acier ou avant-métal élaboré. la principe du nouveau procédé est également applicable, en particulier, tant pour l'affinage préalable de fonte à traiter ultérieurement au four Martin, que lors de l'accomplissement de l'ensemble de l'opération d'affinage dans le four Martin même. la.
mise à l'épreuve pratique des nombreux procédés déjà proposés et publiés dans le même but a montré qu'on ne peut obtenir une scorification du phosphore avant la fin de la combustion du car- bone, dans des récipients d'affinage fonctionnant par soufflage de l'agent gazeux d'affinage à travers le fond, que dans le cas excep- tionnel d'une fonte très pauvre en phosphore (fonte pour acier) .- c'est-à-dire des teneurs en phosphore de l'ordre de grandeur de 0,20% et moins - et encore que si l'on utilise en même temps des flux comme le spath fluor et comme agent de soufflage un mélange formé d'un vent enrichi en oxygène, ou d'oxygène et de vapeur d'eau.
Cela s'explique par le fait que, dans de pareilles condi- tions, il ne se forme des scories calcaires liquides riches en FeO qu'à un stade relativement tardif du processus, alors que précédem- ment l'enrichissement suffisant de la scorie en FeO était empêché par la combustion du carbone. la connaissance de ce fait a conduit à la mise au point des procédés de soufflage par le dessus, dans lesquels l'agent ga- zeux d'affinage agit sur le bain par le haut.
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L'un de ces procédés connus consiste à souffler sur le bain de l'oxygène de pureté industrielle sous haute pression et à une vitesse si élevée, à savoir une vitesse supersonique, que l'oxy- gène pénètre dans le 'bain de fonte, en traversant la couche de sco- rie, en quelque sorte comme un solide. Or, ce procédé également ne permet, comme le montre l'expérience, d'obtenir une scorification du phosphore avant la fin de la combustion du carbone que pour des teneurs en phosphore très faibles dans la fonte.
Même lors de l'affinage de fonte teneurs en phosphore plus élevées, il n'a pas été possible jusqu'ici d'obtenir des résultats satisfaisants avec le procédé ci-dessus décrit de soufflage par le dessus.
On a déjà proposé, d'autre part, lorsqu'on souffle de l'oxygène pur par le haut, et pour éviter une suroxydation, de souffler le jet d'oxygène sur la surface du bain avec une énergie cinétique relativement faible, de telle sorte qu'il ne pénètre que relativement peu dans le bain. Ce procédé ne convient que pour des teneurs en phosphore relativement faibles.
Un inconvénient particulier de tous les procédés connus d'affinage de nuances de fonte relativement riches en phosphore, consiste dans la médiocre certitude d'obtenir des teneurs en phos- phorefaibles avant la fin de la période de décarburation, et dans la très longue durée de soufflage qui est nécessaire pour une élimi- nation suffisante du phosphore.
D'autre part, on ne parvient, avec aucun des procédés connus de soufflage par le haut, à éviter la formation de la fumée brune de fer, avec les inconvénients qui en résultent et la nécessi- té d'édifier des installations coûteuses pour la rendre inoffensive.
C'est la conséquence du principe, commun à tous les pro- cédés ci-dessus décrits de soufflage par le haut et à leurs variantes,
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principe qui consiste à faire entrer l'oxygène, soit sous la forme pure, soit en mélange avec d'autres gaz, en réaction directe avec la fonte à l'état de fusion, du fait que le jet d'oxygène pénètre profondément dans le bain. L'effet d'affinage direct du bain de fonte conduit à une forte gazéification de la fonte à la surface de contact entre le jet d'oxygène et le bain métallique (ce qu'on appelle le foyer) et à une intense combustion du fer en cet endroit.
Dans un autre procédé connu qui opère également avec soufflage de l'agent d'affinage sur la surface du bain et qui utilise comme agent d'affinage de l'oxygène ou, le cas échéant, des mélanges d'oxygène et de vapeur d'eau, on utilise comme réci- pient d'affinage un récipient tournant. Dans ce procédé, on veut éviter la formation de la fumée brune de fer, mais, par suite du fonctionnement dans un récipient tournant, il se produit un déplace- ment constant et impératif de la couche relativement légère de scorie par rapport au bain de fonte qui est plus lourd et, par conséquent, sur 1% bain de fonte une action directe et inévitable de l'agent de soufflage qui, évidemment, favorise la formation de la fumée de fer même lorsque le soufflage de l'agent d'affinage ne se fait pas ver- ticalement sur la surface du bain,
sans compter les difficultés qui sont'déjà inhérentes à l'utilisation d'un récipient d'affinage rotatif.
La présente invention résoud le problème ci-dessus défini d'une déphosphoration poussée, à partir d'une valeur initiale quel- conque située parmi les valeurs qu'on rencontre dans la pratique, et jusqu'à une valeur finale déterminée qu'on désire obtenir, essentiel- lement avant et pendant la période de décarburation, et par consé- quent de façon très indépendante de la décarburation, dans un réci- pient d'affinage fixe, en adoptant une voie fondamentalement nou- velle, sans augmentation de la durée totale de soufflage et en évi- tant de façon sûre la formation des gaz bruns d'échappement.
Les conditions nécessaires à cet effet s'obtiennent par
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un mode opératoire fondamentalement nouveau qui consiste à former tout d'abord,pendant un temps correspondant à 15 à 25% de la durée totale de l'opération d'affinage, et directement à la surface du bain de fonte qui se trouve dans le récipient fixe, presque exclu- sivement du protoxyde de fer en la quantité nécessaire à la fluidi- fication de la chaux nécessaire dans le cas considéré, et, par con- séquent, d'une quantité correspondante de scorie liquide, et à @ continuer ensuite à opérer de telle sorte que le protoxyde de fer et le sesquioxyde de fer provoquent, par diffusion à la surface li- mite entre le bain et la scorie,
une scorification continue du phos- phore et des autres éléments d'accompagnement, le sesquioxyde de fer qui est réduit par la diffusion étant constamment remplacé par des quantités nouvellement formées de cet oxyde. Ce procédé, qu'on peut appeler un procédé de diffusion et réaction de la scorie, opère donc, au fond, en ce qui concerne le déroulement de l'opération d'oxyda- tion,de façon analogue au procédé Martin, mais avec cette différen- ce fondamentale que, dans le fonctionnement normal du four Martin,* l'oxydation de la scorie a lieu, suivant un principe entièrement dif- férent,par les gaz de la flamme, et dans le nouveau procédé par de l'oxygène pur.
Le déroulement ci-dessus décrit de l'opération d'affinage s'obtient,dans le procédé de la présente invention, et par diffé- rence avec tous les procédés connus de soufflage par le haut, par le fait qu'après formation d'une scorie calcaire contenant un oxyde de fer, on souffle l'agent de soufflage, constitué, de préférence, par de l'oxygène pratiquement pur, sur ou dans la couche de scorie re- couvrant le bain de fonte qui se trouve dans le récipient fixe, dans des conditions telles qu'il ne perce pas la couche de scorie jusqu'à la surface métallique du bain ou ne vient pas au contact de cette sur- face, ce qui a pour résultat que son action, c'est-à-dire l'opération d'oxydation, s'accomplit par l'intermédiaire de Fe2O3 de façon pri- maire dans la scorie.
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Après formation de la scorie, il ne peut plus se former de fumée brune, parce que le jet d'oxygène ne vient plus au contact direct du bain de fonte, et que la couche de scorie interposée empêche une gazéi- fication du fer. D'autre part, comme il s'agit d'une oxydation indi- recte par l'intermédiaire de l'oxygène de la scorie, le degré de pureté de l'oxygène ne joue plus le rôle essentiel au point de vue de la teneur en azote de l'acier à produire, ce qui est une diffé- rence par rapport à d'autres procédés de soufflage par le haut. 11 se produit, en outre, une surchauffe considérable et souhaitable de la scorie.
Selon une autre caractéristique du nouveau procédé d'af- finage, la formation de fumée brune peut être évitée également pendant la première période de soufflage servant à la formation de la scorie, si, au cours de cet intervalle, on ajouta de la vapeur d'eau surchauffée au vent de soufflage. La résultat de cette manière de procéder est basé sur le fait que la chaleur de décomposition de la vapeur d'eau détermine dans cette phase un refroidissement du foyer et, par conséquent, empêche pratiquement la combustion.
Du fait de la suppression, alors presque complète, de la formation de fumée de fer,il n'est plus nécessaire non plus d'édifier de coûteuses installations d'épuration des gaz d'échappement.
L'addition de vapeur d'eau surchauffée au vent de soufflage dans cette première phase et le refroidissement qui en résulte favo- risent, en outre, la formation de FeO, tandis que la décarburation est en même temps arrêtée. Le fait que, dans le cas de 1-'addition de vapeur d'eau, il se produise dans les premières minutes de soufflage une certaine perte de déchets de fer de refroidissement n'a pas d'im- portance par comparaison avec l'avantage précité, car la durée du soufflage avec addition de vapeur d'eau est au maximum de 25% de la durée totale du soufflage, et que pendant le resta du temps de souf- flage on peut souffler avec de l'oxygène pur.
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Ce qui est essentiel pour l'obtention de l'effet favorable du nouveau procédé, puisque cet effet est basé sur des phénomènes de diffusion, c'est que la hauteur du bain de fonte dans le récipient soit relativement faible. Elle ne doit pas dépasser au maximum 40 cm.
Sinon, le déroulement de la réaction est moins favorable et il y a risque de phénomènes de projection de métal hors du récipient.
L'utilisation, nécessaire dans les procédés connus, d'agents de refroidissement gazeux ou de tels agents oxydés solides n'est plus nécessaire en elle-même avec le nouveau procédé. On peut donc assurer une compensation, éventuellement nécessaire, du bilan ther- mique simplement par..¯de la ferraille, sans nuire à la déphosphoration recherchée avant que se termine la combustion du carbone.
L'addition de chaux se fait, au début, en fonction de la teneur initiale en phosphore, et, lorsque c'est nécessaire, succes- sivement par portions pendanten tout cas, les 8 à 10 premières minutes de l'opération de soufflage. Il ne faut pas d'agents supplé- mentaires faisant office de flux, comme le spath fluor.
La déphosphoration poussée fournit, dans le cas d'une fon- te à teneur élevée en phosphore, une scorie à teneur élevée en acide phosphorique, d'une valeur élevée correspondante en tant qu'engrais.
Par un soutirage éventuel, effectué une ou deux fois, de la scorie, on peut, lorsqu'on le désire, recueillir des scories ayant des teneurs particulièrement élevées en acide phosphorique.
Corme la hauteur de-la couche de scorie qui se trouve au- dessus du bain de fonte peut être différente suivant la quantité de scorie, .laquelle résulte à son tour de la teneur en phosphore de la fonte, il faut modifier la pressicn de soufflage et la distance de la lance par rapport au bain en fonction des diverses circonstances, tout en donnant une forme judicieuse à la buse.
Pour obtenir l'effet d'affinage "indirect" qui constitue la
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caractéristique du nouveau procédé, il faut procéder à cela, ainsi qu'on l'a observé, de telle sorte que le jet diffus d'oxygène balaie une partie considérable de la surface de la scorie, au moins 10% de cette surface,et de préférence davantage.
L'arrivée diffuse du jet d'oxygène dans les conditions à observer selon l'invention peut s'obtenir de la façon la plus avantageuse par l'utilisation de buses de soufflage disposées à une distance telle du bain que la courbe de la pression d'impact de l'agent de soufflage en fonction de la section du bain soit très peu incurvée et presque droite dans toute sa région du milieu.
On calclue @a pression à la lance de façon qu'une limite supérieure soit fixée à la pression d'impact du jet diffus sur le bain ou la scorie,cette limite étant déterminée par la règle selon laquelle la couche de scorie formée dans la première phase du proces- sus ne doit pas être perforée.
Bien entendu, il est possible, suivant la grandeur du four ou du récipient d'affinage, d'utiliser aussi bien une seule lance que plusieurs lances, par exemple plusieurs lances réparties à raison d'un certain nombre disposées en un cercle autour d'une lance centrale, pour remplir les conditions imposées concernant la pression maximum d'impact de l'agent de soufflage et l'interdiction de la perforation de la couche de scorie par cet agent.
Si on utilise le nouveau procédé, ainsi que cela. peur éga- lement se faire dans les limites de la présente invention, comme un procédé à une seule phase pour l'élaboration de l'acier à partir de la fonte dans le four Martin,on introduit de la même manière que ce qui a été décrit ci-dessus dans son principe, à travers la voûte du four et à l'intérieur de ce dernier, la lance ou plusieurs lances distri- buées d'uns manière appropriée et maintenues à une distance appropriée de la surface du bain, distance que l'on choisit suivant les conditions données.
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Sur la figure unique du dessin annexé, on a représenté, de façon schématique, en supprimant tous les détails qui ne sont pas nécessaires à la compréhension de l'invention, le mode de mise en oeuvre du nouveau procédé, afin de le faire ressortir encore mieux. Dans ce dessin, qui ne représente- en coupe que schématiquement ' un récipient quelconque d'affinage qui est fixe, on voit, en parti- culier, la hauteur du bain qui est relativement faible, notamment par rapport à l'épaisseur de la couche de scorie, le volume intérieur du récipient d'affinage au-dessus du bain, volume qui e très grand par comparaison avec celui qui est occupé par le bain et la scorie, ainsi que l'arrivée, en quelque sorte en éventail, du jet du vent de soufflage sur la surface de la scorie pour une distance de la lance par rapport à la surface.
de la scorie qui est plus grande que la hau- teur totale du bain et de la couche de scorie, et, d'autre part, la pression d'impact, indiquée par des hachures horizontales serrées, de l'agent de soufflage dans les différentes zones de la surface du bain.
Des exemples d'exécution du nouveau procédé, qui sont basés sur des chiffres déterminés dans un récipient d'affinage d'essai, vont être décrits ci-après. Les distances des lances et les pressions indiquées correspondent par conséquent aux valeurs qui résultent dans le cas de cet exemple de la règle fondamentale du procédé et qui changent.bien entendu de fagon correspondante avec des récipients d'af- finage plus grands.
Exemple 1
Cet exemple est relatif à l'élaboration d'un avant-métal à partir de fonte à teneur élevée en phosphore.
La charge était constituée par deux tonnes de fonte répon- dant à l'analyse suivante:
3,45 % C
0,33 % Si 0, 63 % Mn 1,76 % P 0,0075 % N
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Au début de la fusion, on a ajouté 40 kg. de chaux et 25 kg. de minerai par tonne de fonte, et après huit minutes de souf- flage 8 kg. de chaux et 25 kg. de minerai par tonne de fonte. On a soufflé de l'oxygène à haute teneur. Du début à la fin de la fusion, on a soufflé avec une distance de la lance de 900 mm. et une pression d'oxygène à la buse de deux atmosphères effectives, ce qui corres- pondait à une pression d'impact de l'oxygène sur le bain de 0,02 kg/ cm2.
Après 20,5 minutes, on était en présence d'un avant-métal répondant à l'analyse suivante:
1,90 % 0 0,010 % P 0,002 % N
0,0 % Si
0,12 % Mn et la température du bain était de 15000 c.
Exemple 2
Cet exemple se rapporte également à l'élaboration d'un avant-métal à partir de fonte très phosphoreuse.
La charge a consisté en 2 tonnes de fonte répondant à l'analyse suivante:
3,65 % 0
0,41 % Si
0,65 % Mn 1,98 % P
0,0075 % N.
Au début de la fusion, on a ajouté 60 kg. de chaux par tonne de-fonte, et après 9 minutes de soufflage encore 60 kg. de chaux et 80 kg. de ferraille par tonne de fonte. Du début à la fin de l'opération de soufflage, on a soufflé de l'oxygène à haute te- neur. La distance de la lance était de 900 mm., et la pression de l'oxygène à la buse de deux atmosphères effectives, ce qui correspon-
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dait également à une pression d'impact de l'oxygène sur le bain de 0,02 kg/cm2.
Après 16 minutes de soufflage, on a soutiré un avant- métal contenant : 1,5 % C 0,045 % P 0,005 % N
0,0 % Si 0,14 % Mn la tempértaure du bain étant.:.de 15500 C.
Exemple 3 èt exemple est relatif à l'élaboration d'un acier doux non calmé. la charge a été de 2 tonnes de fonte répondant à l'analyse suivante :
3,45 % C
0,33 % Si
0,63 % Mn
1,76 % P
0,063 % S
0,0075 % N
Au début de la fusion,on a ajouté 50 kg. de chaux par tonne de.-fonte, et après 9 minutes de soufflage encore 90 kg. de .chaux et 25 kg. de minerai par tonne de fonte. Après 13 .minutes de soufflage,'on a procédé à une nouvelle addition, constituée-de 50 kg. de minerai par tonne de fonte.
Au cours de cette fusion, on a souf- flé de l'oxygène à haute teneur. la pureté de l'oxygène était de 97,8%. On a opéré avec une pression d'oxygène de deux atmosphères effectives mesurées à la buse et avec une distance de la buse de 900 mm., qui est restée constante pendant toute l'opération de souf- flage, ce qui correspondait à, une pression d'impact également de 0,02 kg/cm2 pour l'oxygène sur le bain.
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Par un soufflage de 26 minutes de durée, on a pu produire sans changement de scorie un acier répondant à l'analyse suivante :
0,04 % C 0,022 % P 0,004 % N
0,0 % Si 0,04. % Mn 0,011 % S la température du bain était de 1700 C.
Après la dés oxydation, on a porté la teneur en manganèse à 0,28 %.
Dans aucune des séries d'essai reproduites dans les exemples, on n'a observé l'apparition d'une fumée brune, excepté au cours des 3 à 4 premières minutes, c'est-à-dire au cours du temps pendant le- quel a lieu tout d'abord la formation de la scorie, et, ainsi que cela a été exposé ci-dessus, on peut empêcher cette formation, même dans cette phase par une addition de vapeur d'eau à l'agent de souf- flage.
L'application du nouveau procédé ne se limite pas à la dé- phosphoration des fontes très phosphoreuses; elle est avantageuse, au contraire, même lorsque la fonte dont on part a de faibles teneurs en phosphore. D'autre part, le principe du nouveau procédé est égale- ment observé lorsqu'on fait agir l'oxygène ou le gaz d'affinage oxy- géné sur la scorie, non pas par soufflage vertical par le haut, mais par soufflage suivant une autre direction, en n'agissant toutefois que sur cette scorie sans pénétrer dans le bain métallique.