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La présente invention est relative à la fabrication d' acier par affinage pneumatique à. partir de.fonte phosphereuse au moyen d'un gaz ou d'un mélange gazeux oxydant.
Elle est applicable quelle que soit la nature du. gaz ou du mélange gazeux utilisé.
On sait que par le Procédé Thomas ordinaire de fabri- cation de l'acier par conversion de la fonte, on obtient difficilement des aciers à très basse teneur en phosphore à moins de pousser très loin la teneur en fer des scories, ce qui entraîne d'une part une perte de métal élevée et d'autre part une oxydation trop poussée du métal.
Le procédé suivant l'invention, qui permet d'obtenir des aciers !très basse teneur en P tout en empêchant une oxydation
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exagérée du métal, consiste essentiellement à conduire l'opération de conversion en deux stades,
On commence d'abord la conversion dans un premier appareil d'affinage en enlevant le phosphore jusqu'à une teneur de l'or- dre de 0, 05 à 0, 4 % , selon un procédé connu, soit par affinage par le bas dans un convertisseur ordinaire, soit par affinage par le haut dans un convertisseur à fond plein, soit encore par affinage dans un four rotatif ou dans un convertisseur à soufflage combiné par le haut et par le bas.
Le ,métal ainsi obtenu après ce premier affinage est soigneuse- ment.séparé de la scorie d'affinage, repris dans une poche et introduit dans .un second appareil d'affinage dans lequel on termine la conversion au moyen d'oxygène industriellement pur ou de tout autre gaz ou mélan- ge gazeux injecté sur, ou/et dans le bain à traiter, après avoir ajouté et/ou en ajoutant le ou les agents déphosphorants nécessaires à l'élimi- nation finale du phosphore. L'appareil dans lequel a lieu ce second affinage peut être soit un convertisseur à fond plein, soit un four rotatif, soit tout autre appareil permettant le soufflage par le haut.
Au besoin, le bain est éventuellement recarburé après le premier affinage en y additionnant des recarburants soit dans le pre- mier appareil d'affinage, soit dans la poche, soit encore dans le second appareil d'affinage avant ou/et pendant le second affinage. Ces recarbu- rants peuvent être soit du carbone, soit du CaC2 soit de la fonte, soit tout autre recarburant connu.
Les agents déphosphorants nécessaires à l'élimination finale du phosphore et ajoutés avant et/ou pendant le second affinage sont constitués de bases et, au besoin, de fondants. Les bases et/ou les fondants peuvent être remplacés en tout ou en partie par des scories préfabriquées solides ou liquides. Les bases peuvent être soit de la chaux, soit de la soude, soit du Na2O, du K20, soit toute autre base, soit un mélange de ces bases et leur quantité équivaut ou est supérieure à la quantité de bases qui correspond à la teneur en P du bain après le premier affinage'.
En même temps que ces bases, on ajoute, au besoin, en vue d'abaisser le point de fusion et/ou la viscosité de la scorie du second affinage, des fondants qui peuvent être soit de l'alumine, soit du spath-fluor, soit des oxydes métalliques, soit tout autre fondant, soit encore un mélange de ces fondants. Les scories préfabriquées qu'on peut ajouter avant ou/et pendant le second affinage en remplacement partiel ou total des bases et/ou des fondants contiennent des bases et/ou des oxydes métalliques et/ou des fondants.
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Il a été .trouvé que, dans certains cas, il était utile et même nécessaire d'ajouter avant ou/et pendant le second affinage des matières=qui, au contact de l'oxygène, sont exothermiques telles que du
Mn, du Si, du CaC2, du ca de la fonte solide ou liquide, etc-.
Il a été trouvé aussi que le fait de retenir dans le second appareil d'affinage la totalté ou une partie de la scorie du second affina- ge d'une coulée afin de réutiliser cette'scorie lors du premier ou du second affinage de la codée suivante présentait de grands avantages métallurgiques et éconconiques
Il a ét trouvé -également qu'on obtenait des résultats excellents en préfabriqueant des scories dans l'appareil même où se fera le second affinage, n soufflant de l'oxygène industriellement pur ou tout autre gaz ou mélange de gaz oxydants sur une faible quantité de mé- tal introduite et/o/ retenue à cet effet dans l'appareil, additionnée de- bases et/ou d'oxdes métalliques et/ou de scories d'une coulée anté- rieure et, au besoin,
de fondants et en versant ensuite le métal à traiter sur cette scori préfabriqueée ' . Il a été trouvé enfin qu'on obtenait une qualité de métal plus régulièr une plus grande rapidité du premier affinage et une te- neur réduite an fer de la première scorie en choisissant comme premier appareil d'finage un appareil ayant une capacité nettement supérieure à, celle du si cond appareil ( par exemple double ou triple), et en rem- @ plaçant la dantité de métal enlevée de ce premier appareil en vue du second affiage, par une quantité correspondante de métal frais,
ajoutée ainsi au nétal restant dans le premier appareil dans lequel le décrassa- ge d'une partie de la scorie se fait de préférence après avoir laissé réagir métal frais avec. cette scorie-de manière à en diminuer la teneur'en fer. On poursuit ensuite le premier affinage, jusqu'à des te- neurs en P de l'ordre de, 0, 05 à 0,4%. après, avoir ajouté les bases né- cessares.
L'addition des produits déphosphorants nécessaires penant la lère et la 2ème phase du procédé, suivant l'invention, ainsi - qui l'addition éventuelle d'agents recarburants ou d'agents exothermi- que après le ler affinage, peuvent se faire en réduisant ces agents dé- posphorants, recarburants ou exothermiques, en granulés ou en pou- de fine et en les injectant sur et/ou dans le bain métallique au moyen :l'un gaz ou d'un mélange gazeux. Cette façon de procéder a l'avantage de régulariser les réactions et d'éviter les inconvénients généralement inhérents aux additions de produits en amsse à un bain métallique.
Le gaz ou mélange gazeux peut être employé simplement comme support
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des produits à véhiculer, mais il est prévu également que lorsqu'il sert de support aux agents déphosphorants, ce gaz ou mélange gazeux peut être oxydant et utilisé en même temps soit comme agent d'affinage exclu- sif, soit comme agent d'affinage secondaire.
Il a notamment été trouvé particulièrement avantageux d'injecter de la chaux en poudre au cours de la seconde phase du procé- dé objet de l'invention, en la transportant au moyen d'oxygène industriel- lement pur insufflé comme gaz d'affinage sur et/ou dans le bain à trai- ter.On peut d'ailleurs n'injecter, qu'une partie des agents déphosphorants, recarburants ou exothermiques au moyen d'un gaz ou mélange gazeux, le reste étant ajouté suivant la méthode classique,
Il est spécifié que le fait d'effectuer les deux opérations successivement dans un même appareil en ayant soin d'éviter la conta- mination du bain, lors du second affinage, par les scories du premier affinage, ne sort pas du cadre de la présente invention.
Il a déjà été proposé de transformer en acier des fontes phosphoreuses uniquement par soufflage par le haut, Ce, procédé ne per- met pas l'obtention de très basses teneur's en P sans les inconvénients précités, à savoir teneur élevée en fer des scories et suroxydation du métal ; la durée de l'opération est par ailleurs exagérée.
Il a également déjà été proposé d'affiner de la fonte dans un convertisseur ou four rotatif jusqu'à des teneurs en P comprises entre 0, 05 et 0,300% et de terminer l'opération dans un four Martin ou électrique. Ce procédé a l'inconvénient d'être beaucoup plus onéreux et beaucoup plus lent que le procédé selon l'invention qui prévoit l'élimina- .tion finale du P dans une cornue ou tout autre appareil à soufflage par le haut.
Le procédé selon l'invention a non seulement l'avantage de produire un acier à très bas P et une scorie Thomas à faible teneur en fer, mais les conditions de l'opération sont telles qu'on arrive à abaisser la teneur en azote du métal et à produire un acier à très basse teneur en oxygène convenant tout aussi bien à la fabrication d'aciers effervescents qu'à celle d'aciers calmés.
Les quelques cas suivants d'application du procédé selon l'invention sont donnés à titre exemplatif et non limitatif.
Exemple I :
De la fonte phosphoreuse est affinée dans un convertis- seur basique à soufflage par le bas jusqu'à une teneur en P de l'ordre
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de 0,100%, Le fer de la scorie est à ce moment compris entre 5 et 10% Cette scorie est décrassée et le métal est repris dans une poche où, par addition de recarburants connus, le métal est recarburé jusqu'à 0,30% de C ou plus. Le métal ainsi traité .est' réenfourné dans une cornue ou dans un four rotatif à soufflage par. le haut où,* aprèsaddition de chaux et, au besoin, de fondants, on procède à l'élimination finale du P ; l'éli- mination du P sera d'autant plusrapide que la scorie sera formée plus rapidement.
A cet effet, il y a intérât à former la scorie avant l'enfour- nement du métal en traitant dans le second appareil une faible quantité de métal et.les basés nécessaires ainsi qu'au besoin des fondants au moyen d'oxygène soufflé par le haut et en versant ensuite sur la scorie ainsi. formée le métal provenant du premier affinage.
Exemple 11.
La fonte phosphoreuse est introduite dans un four rota- tif de 90 tonnes ou plus et'affinée au moyen d'oxygène insufflé dans et/ou. sur le bain jusqu'à des teneurs en P de l'ordre de 0,150% et de C de l, à 1, 5%. A ce moment on reprend 25 tonnes ou plus du métal, on l'en- fourne dans un convertisseur ou four rotatif à soufflage par le haut et on termine le traiteme.nt comme dans l'exemple I mais sans recarburation préalable, qui, dans ce cas, est inutile.
Le métal enlevé dans le premier four rotatif est remplacé par de la fonte additionnée au besoin de riblons; le four est remis en rotation pendant quelques minutes sans apport de gaz oxydants afin de diminuer la'teneur en fer des scories qu'on décras- se ensuite partiellement ;' on ajoute les bases et les fondants correspon- dant à la quantité de la fonte ajoutée et on reprend l'affinage comme pré- cédemment jusqu'à des teneurs en P de'l'ordre de 0,150% . On enlevé de nouveau 25 tonnes ou plus de métal qu'on remet dans un autre appareil en vue de l'élimination finale 'du P et ainsi de suite .
Exemple III,
La fonte phosphoreuse est introduite dans un convertis- seur oufour rotatif à soufflage par le haut et affinée jusqu'à des teneurs en P de l'ordre de 0,200% ; le métal est repris dans une poche et remis, après l'avoir au besoin recarburé, soit dans un autre convertisseur ou four rotatif à soufflage par le haut, soit dans le premier appareil qu'on aura au préalable vidangé des scories résiduelles de la première conver, sion. Le second stade de la conversion est ensuite poursuivi de la maniè.. re décrite dans le premier exemple.
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The present invention relates to the manufacture of steel by pneumatic refining. from phosphate melting by means of an oxidizing gas or gas mixture.
It is applicable whatever the nature of. gas or gas mixture used.
It is known that by the ordinary Thomas Process for the manufacture of steel by converting cast iron, steels with a very low phosphorus content are difficult to obtain unless the iron content of the slag is greatly increased, which results in d 'on the one hand a high loss of metal and on the other hand an excessive oxidation of the metal.
The process according to the invention, which makes it possible to obtain steels with very low P content while preventing oxidation
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exaggeration of the metal, essentially consists of carrying out the conversion operation in two stages,
The conversion is first started in a first refining apparatus by removing the phosphorus to a content of the order of 0.05 to 0.4%, according to a known process, or by bottom refining. in an ordinary converter, either by top-refining in a solid-bottom converter, or else by refining in a rotary kiln or in a combined top-and-bottom blown converter.
The metal thus obtained after this first refining is carefully separated from the refining slag, taken up in a ladle and introduced into a second refining apparatus in which the conversion is completed by means of industrially pure oxygen or any other gas or gaseous mixture injected into or / and into the bath to be treated, after having added and / or by adding the dephosphorizing agent (s) necessary for the final elimination of the phosphorus. The apparatus in which this second refining takes place can be either a full-bottom converter, or a rotary kiln, or any other apparatus allowing blowing from the top.
If necessary, the bath is possibly recarburized after the first refining by adding recarfuels either in the first refining apparatus, or in the ladle, or again in the second refining apparatus before or / and during the second refining. . These refuels can be either carbon, or CaC2, or cast iron, or any other known refuel.
The dephosphorus agents required for the final phosphorus removal and added before and / or during the second refining consist of bases and, if necessary, of fluxes. The bases and / or the fluxes can be replaced in whole or in part by solid or liquid prefabricated slag. The bases can be either lime, or soda, or Na2O, K20, or any other base, or a mixture of these bases and their quantity is equivalent to or is greater than the quantity of bases which corresponds to the content of P of the bath after the first refining '.
At the same time as these bases, one adds, if necessary, with a view to lowering the melting point and / or the viscosity of the slag from the second refining, fluxes which can be either alumina or fluorspar. , either metal oxides, or any other flux, or a mixture of these fluxes. The prefabricated slags which can be added before and / and during the second refining as a partial or total replacement of the bases and / or fluxes contain bases and / or metal oxides and / or fluxes.
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It has been found that in some cases it is useful and even necessary to add before and / and during the second refining of materials = which, in contact with oxygen, are exothermic such as
Mn, Si, CaC2, ca, solid or liquid cast iron, etc-.
It has also been found that the fact of retaining in the second refining apparatus all or part of the slag from the second refining of a run in order to reuse this' scoria during the first or second refining of the code. following had great metallurgical and econconic advantages
It has also been found that excellent results were obtained by prefabricating slag in the same apparatus where the second refining will take place, by blowing industrially pure oxygen or any other gas or mixture of oxidizing gases on a small quantity. of metal introduced and / o / retained for this purpose in the apparatus, with the addition of bases and / or metal oxides and / or slag from a previous casting and, if necessary,
of fondants and then pouring the metal to be treated on this prefabricated scori '. Finally, it was found that a more regular metal quality was obtained, a greater speed of the first refining and a reduced iron content of the first slag by choosing as the first refining apparatus an apparatus having a capacity clearly greater than. , that of the si cond apparatus (for example double or triple), and by replacing the quantity of metal removed from this first apparatus for the second sharpening, by a corresponding quantity of fresh metal,
thus added to the netal remaining in the first apparatus in which the slagging of part of the slag is preferably carried out after allowing fresh metal to react with it. this slag-so as to reduce its iron content. The first refining is then continued, up to P contents of the order of 0.05 to 0.4%. then add the necessary bases.
The addition of the dephosphorants required during the 1st and 2nd phase of the process, according to the invention, as well as - the possible addition of recarburizing agents or exothermic agents after the 1st refining, can be done by reducing these de-posphorants, recarburizing or exothermic agents, in granules or in fine powder and by injecting them onto and / or into the metal bath by means of: a gas or a gas mixture. This way of proceeding has the advantage of regulating the reactions and avoiding the drawbacks generally inherent in the additions of products in amsse to a metal bath.
The gas or gas mixture can be used simply as a carrier
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products to be conveyed, but it is also provided that when it serves as a support for the dephosphorizing agents, this gas or gas mixture can be oxidizing and used at the same time either as an exclusive refining agent or as a refining agent secondary.
It has in particular been found particularly advantageous to inject powdered lime during the second phase of the process which is the subject of the invention, by transporting it by means of industrially pure oxygen blown as refining gas on. and / or in the bath to be treated. It is also possible to inject only a part of the dephosphorizing, re-fueling or exothermic agents by means of a gas or gas mixture, the remainder being added according to the conventional method,
It is specified that the fact of carrying out the two operations successively in the same apparatus, taking care to avoid contamination of the bath, during the second refining, by the slag of the first refining, does not go beyond the scope of this present invention. invention.
It has already been proposed to transform phosphorous cast irons into steel only by blowing from the top. This process does not make it possible to obtain very low P content without the aforementioned drawbacks, namely high iron content of the slag and overoxidation of the metal; the duration of the operation is also exaggerated.
It has also already been proposed to refine cast iron in a converter or rotary kiln to P contents of between 0.05 and 0.300% and to complete the operation in a Martin or electric kiln. This process has the drawback of being much more expensive and much slower than the process according to the invention which provides for the final elimination of the P in a retort or any other top-blown apparatus.
The process according to the invention not only has the advantage of producing a steel with a very low P and a Thomas slag with a low iron content, but the operating conditions are such that the nitrogen content of the product is reduced. metal and to produce a steel with a very low oxygen content suitable for the manufacture of effervescent steels as well as that of calmed steels.
The following few cases of application of the process according to the invention are given by way of example and not by way of limitation.
Example I:
Phosphorous iron is refined in a bottom-blown basic converter to a P content of the order of
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0.100%, The iron of the slag is at this time between 5 and 10% This slag is scoured and the metal is taken up in a ladle where, by addition of known recarfuels, the metal is recarburized up to 0.30% of C or more. The metal thus treated .est 'reinfourned in a retort or in a rotary blow-molding furnace by. the top where, * after addition of lime and, if necessary, fluxes, the final elimination of P is carried out; the more rapid the elimination of P will be, the more rapidly the slag is formed.
To this end, it is advantageous to form the slag before the metal is loaded by treating in the second apparatus a small quantity of metal and the necessary bases as well as the fluxes by means of oxygen blown by. up and then pouring over the slag as well. formed the metal from the first refining.
Example 11.
The phosphorous iron is introduced into a rotary kiln of 90 tons or more and refined by means of oxygen blown into and / or. on the bath up to P contents of the order of 0.150% and C contents of 1.5%. At this point 25 tons or more of the metal are taken up, passed into a converter or rotary furnace with blowing from the top and the treatment is completed as in Example I but without prior recarburization, which in this case is unnecessary.
The metal removed in the first rotary kiln is replaced by cast iron added, if necessary, with scrap; the furnace is rotated again for a few minutes without supplying oxidizing gases in order to reduce the iron content of the slag which is then partially crushed; ' the bases and the fluxes corresponding to the quantity of the melt added are added and the refining is resumed as before to P contents of the order of 0.150%. Another 25 tons or more of metal is removed and returned to another apparatus for final P removal and so on.
Example III,
The phosphorous cast iron is introduced into a converter or a rotary furnace blown from the top and refined to P contents of the order of 0.200%; the metal is taken up in a pocket and returned, after having recarburized it if necessary, either in another converter or rotary furnace with blowing from the top, or in the first apparatus which will have previously been emptied of residual slag from the first conversion. The second stage of the conversion is then continued as described in the first example.