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La présente invention se rapporte à l'affinage de fonte phosphoreuse fondue en acier, au moyen d'oxygène, dans un four tournant, par exemple selon le brevet suédois n 137 382 de telle façon qu'il n'y ait qu'une très faible perte de fer dans la scorie, et à ce quton ait un très haut rendement de métal, en même temps que la possibilité, particulièrement, lorsque la teneur en phosphore de la fon- te est élevée, d'extraire le phosphore sous la forme d'une scorie au phosphate de chaux de valeur commerciale notable.
Lorsqu'on affine une fonte dans un four tour- nant avec de l'oxygène envoyé dans le four à travers une ou plusieurs tuyères qui se terminent dans le bain ou au- dessus du bain, par exemple selon le brevet suédois préci- té, il s'est révélé possible de faire en sorte que les réactions entre le bain de métal et le bain de scories approchent relativement vite de l'équilibre, particuliè- rement avec une grande vitesse de rotation du four, ce qui permet d'obtenir une teneur en fer particulièrement faible . dans les scories, tant que la teneur du bain en carbone est supérieure à une certaine limite. En même temps, on a trouvé possible, contrairement au mode opératoire du pro' cédé Thomas, d'oxyder la majeure partie du phosphore de la fonte lorsque la teneur en carbone est encore grande.
Par suite des circonstances spéciales qui se rencontrent dans ce procédé, le soufre contenu dans la fonte passe effectivement dans les scories très tôt puis revient ensui te dans le fer lorsque la teneur en carbone diminue et que la teneur des scories en FeO augmente, vers la fin de l'opération.
'On a découvert la possibilité de régler le mode opératoire, dans le four tournant, de telle façor
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'qu'il se forme une scorie pauvre en fer et contenant la ma- jeure partie du phosphore et du soufre contenus dans le bain, à un certain stade de l'oxydation, et dans un état si fluide qu'on peut la faire couler du four sans difficul- té, ensuite on termine le soufflage après avoir ajouté les quantités nécessaires de minerai, de chaux, de ferrail- les etc...
Cette élimination des scories, qui doit être effectuée lorsque la teneur en carbone a une valeur appro- priée, est facilitée quand on applique le procédé dans un four tournant, du fait que le soufflage peut être interrom- pu sans difficulté à une teneur en carbone désirée quel- conque, contrairement aux possibilités d'autres procédés d'oxydation par l'air en four basique.
Les scories formées dans la période finale de soufflage possèdent généralement une teneur en fer considé- rablement plus forte, mais par suite de la quantité rela- tivement peu importante de scories, la parte totale en fer est nettement moins grande que si le soufflage est effec- tué sans élimination des scories. Comme les scories fina- les, en outre du fer, ont une forte teneur en CaO et en même temps une teneur relativement faible en soufre et en phosphore, elles ont une valeur importante comme matières premières soit dans la production de la fonte, soit, au lieu de minerai, dans la production de l'acier.
La façon la plus correcte d'utiliser ces scories s'est révélée comme étant de les conserver dans le four quand on coule l'acier et de les utiliser pendant le premier stade du soufflage suivant, leur contenu en fer étant alors, dans une large mesure, réduit à nouveau et entrant dans le bain métallique et la haute teneur en chaux implique une diminution de la castine nécessaire. On peut également procéder de.telle façon que les scories soient d'abord
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coulées du four lors du soutirage de l'acier ou avant, après quoi les scories, à ltétat fondu ou solide, sont ren- voyàes au four pour une opération ultérieure.
Si les sco- ries sont retenues dans le four quand on coule l'acier, on a trouvé avantageux, dans certains cas de ne pas soutirer l'acier complètement mais de conserver aussi une partie de l'acier dans le four, de préférence 5 à 25 % du poids du métal. Il sera alors plus facile d'empêcher effectivement les scories de se mélanger à l'acier dans la poche de cou- lée lors du soutirage.
A la première coulée des scories, la teneur en carbone de l'acier ne doit pas dépasser environ 0,5 %. Il peut être avantageux de l'effectuer également une ou même plusieurs fois entre les premières scories et les scories finales, afin de réduire ainsi, entre autres, la perte en fer. Ces scories intermédiaires peuvent aussi être utili- sées avantageusement dans la première période de soufflage d'une opération suivante.
Les avantages du procédé deviennent particuliè- rement visibles dans l'affinage de la fonte phosphoreuse, ayant une teneur en phosphore de 0,5 % environ, ou davan- tage, et on peut obtenir des résultats excellents avec de la fonte ordinaire Thomas d'une teneur en phosphore de 1,5 à 2,5%. On a illustré, dans ce qui suit immédiate- ment, le procédé d'affinage de la fonte de cette qualité.
Lorsqu'on calcule les pertes de fer dans les scories, il faut, en outre de la teneur en fer des scories, considérer aussi la quantité de scories, ladite quantité étant déterminée en premier lieu par la composition de la fonte. Dans un four basique et avec de la chaux pour la formation de scories, il faut théoriquement 5,0 kgs de scories par kilog.de phosphore, pour former la composition
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(PO4)2Ca et 6,15 kgs pour former la composition Si03Ca,CaO. En réalité la quantité de scories sera encore plus grande par suite d'un excès de chaux, de l'attaque du revêtement du four, de la gangue du minerai ajouté et des oxydes de fer et de manganèse.
Ainsi, par exemple, 240 kg de scories par tonne de fonte est une quantité normale quand on utilise une fonte phosphoreuse ordinaire pour procédé Thomas à 2,0 % de phosphore et 0,4 % de silicium, et, comme dans le procédé Thomas, la teneur en fer des scories est d'environ 12-15 %, la perte en fer par les 'scories, pour environ 0,05 % de phosphore dans l'acier obtenu, s'élèvera dans ce cas à environ 30 à 35 kgs par tonne de fonte. Dans la fabrication d'acier de teneur en phosphore plus petite, la teneur en fer des scories sera encore plus grande.
On sait que cette perte en fer peut être dimi- nuée en interrompant le vent dans le procédé Thomas à une teneur en phosphore plus élevée (0,07 à 0,20 % de P) et en éliminant la majeure partie (70 à 90 %) des scories qui, avec cette haute teneur en phosphore contiennent seulement 5 à 10 % de fer, et en finissant ensuite le soufflage aved les scories restant dans le four. Dans ce cas également, les scories finales auront une haute teneur en fer, mais la perte totale en fer sera moindre à cause de la quantité plus petite des scories finales.
Mais, dans le procédé Thomas un tel soutirage des scories ne peut être effectué qu'à une faible teneur en carbone, (inférieure à 0,05 % de C) étant donné que les scories ne fondent pas jusqu'à ce que le carbone soit presque complètement brûlé, et à une température' qui est au moins aussi élevée que la tempéra- ture de coulée, c'est-à-dire entre 1600 et 1650 C.
Nais on a trouvé que dans l'affinage de la fonte très phosphoreuse, au moyen d'oxygène dans un four tour- nant, la majeure partie du phosphore peut passer dans les
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scories mê:ne à une teneur relativement élevée en carbone, (1 à 2 %) avec formation d'une scorie très fluide, riche en phosphore et ne contenant que 3 à 4 % de fer, et ceci même % une température plus basse, c'est-à-dire à environ 1500 à 1600 C. Il s'est révélé possibleen outre d'abais- ser la teneur des scories en fer dans le four tournant, mais les scories deviennent alors trop visqueuses, et, par suite, difficiles à couler.
La teneur en fer des scories et par suite leur fluidité, sont affectées par la vitesse de rotation du four et le mode d'alimentation en oxygène. Une vitesse de rota-. tion plus grande du four implique une teneur en fer moindre dans les scories. De même, la teneur en fer deviendra moindre si ltoxygène est insufflé dans le bain. Dans cha- que cas ces facteurs doivent être réglés de telle façon qu'on obtienne la teneur en fer et la température qui sont nécessaires pour permettre la coulée des scories.
Du fait que les scories, dans ce cas, sont élimi- nées à une teneur en carbone relativement grande, il ne se présente aucune difficulté pour obtenir une température satisfaisante de coulée après avoir retiré les scories, et,,,¯ à ce point de vue, la coulée des scories peut être effec- tué à une température plus basse que dans le procédé Tho- mas. On dispose également de chaleur en excès pour la fu- @ sion de chaux supplémentaire ou dtautres constituants des scories, ou de ferrailles, de sorte que le soufflage final ne doit pas nécessairement avoir lieu simplement avec les scories résiduelles riches en phosphore,ou avec des sco- ries fondues séparément, ce qui a été proposé pour le pro. cédé Thomas.
En se guidant dtaprès ce qui a été exposé ci-dessus, le procédé steffectue de préférence de la façon suivante :
Avant le soufflage ou au commencement de cette
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action le four tournant est chargé non seulement de fonte mais aussi de chaux en quantité nécessaire pour la réduc- tion en scories de tout le silicium et de la plus grande partie du phosphore qui se trouvent dans la fonte. Pen- dant la rotation du four, on introduit de l'oxygène,'et alors la production considérable de chaleur obtenue par oxydation des éléments alliés au fer est plus que suffi- sante pour la fusion des éléments formant les scories et élever la température de la masse métal-scorie entre 1550 - 1600 . On peut utiliser la chaleur en excès pour la fusion de ferrailleou de minerai.
Selon ce qui précè- de, la teneur en fer des scories à cette température @ s'établit de telle façon que la fluidité des scories sera suffisante pour la coulée. Une condition est que l'équi- libre chimique entre le bain de scories et le bain de métal, dans ce cas, ne demande pas une teneur des scories en fer plus grande que la teneur minimum nécessaire pour qu'elles soient suffisamment fluides. Cette condition est remplie si l'acier contient plus de 0,1 % de phosphore ou plus de 0,20 % de carbone.
En pratique, toutefois, il s'est révélé avanta- geux, quand on utilise de la fonte phosphoreuse pour pro- cédé Thomas avec une teneur en phosphore de 2 %, d'effec- tuer une première coulée de scories à une teneur en phos- phore quelque peu plus élevée dans l'acier mais inférieure cependant à environ 0,5 %.
Il est avantageux, et on n'y aura d'ailleurs aucune difficulté, de maintenir la teneur en carbone au-des- sus de 0,5 %. On a alors des conditions très favorables pour obtenir de premières scories, pauvres en fer et riches en phosphore, convenant particulièrement bien comme en- grais. La teneur du fer en phosphore peut être diminuée sans difficulté au-dessous de 0,3 % avec une teneur en
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carbone dépassant 1,0% dans ce procédé de soufflage. En même temps on peut obtenir un affinage en ce qui concerne le soufre, allant jusqu'à 80 %.
A titre d'exemples on peut citer les valeurs suivantes obtenues pour les scories et pour l'acier au moment de la coulée des scories.: Analyse de la fonte :
C = 3,35 Si = 0,19 Mn = 0,46 P = 1,60 S = 0,060% Addition avant ltaffinage : minerai fritté 5 %, chaux 9,4 % de la fonte.
Analyse de l'acier après l'affinage : C 1,44 P = 0,22
S = 0,015 %.
Analyse des scories après l'affinage: Fetot= 3,4%
P2O5 =21,3 % Température de l'acier 1570 C.
Deux exemples encore sont illustrés dans le des- sin ci-joint, comprenant les figures 1 et 2 et représen- tant des schémas de soufflage de deux opérations. Les diagrammes montrent les pourcentages de carbone (C) et de phosphore (P) dans le bain métallique et les pourcentages de P205 et de Fe dans les scories. L'échelle pour les pourcentages de carbone (C) et de phosphore (P) est indi- quée à l'extrême gauche, et ltéchelle pour le fer (Fe) et P2O5 à l'extrême droite dans le diagramme. Ce diagramme indique également par une courbe, (Temp.) la température de l'acier au cours du soufflage qui, naturellement, est exprimé en m3 d'O2 par tonne de fonte et représente ltaxe des abscisses dans le diagramme. Les lignes verticales ta et st représentent respectivement les coulées de scories''' et d'acier.
Le soufflage selon la figure 1 montre ainsi comment une fonte comportant 3,54 % de carbone et 1,83 % de phosphore pendant la première période du soufflage est transformé en un acier contenant 1,83 % ae carbone et
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0,346 % de phosphore, proportions qui, pendant la période finale du soufflage ont été réduites respectivement à 0,39' de carbone et 0,018 % de phosphore. En même temps, la te- neur en soufre, qui, dans la fonte de départ, était de 0,058 % a été abaissée à 0,016 % dans la première période et à 0,013 % dans les dernières périodes.
On voit en ou- tre, d'après le diagramme, que la température de l'acier, lors de la première coulée de scories, s'est trouvée quel- que peu, en dessous de 1600 C, température qui a été légè- rement augmentée pendant la période finale du traitement de soufflage. Les premières scories coulées contenaient en- % viron 3 % de fer et environ 22 % de P2O5 tandis que les scories finales contenaient environ 13,5 % de fer et envi- ron 10 % de P2O5.
De même, la figure 2 représente l'affinage d'une fonte contenant 3,66 j de carbone, 1,85 % de phosphore et 0,036 % de soufre, et qui, pendant la première période, a été transformé en un acier'à 1,71 % de carbone, 0,276 % de phosphore et 0,014 % de soufre, et, à la fin, en un acier à 0,14 % de carbone, 0,016 % de phosphore, et 0,009 % de soufre. A la première coulée de scories la température de l'acier était environ 1550 C, et elle a augmenté un peu vers la fin du soufflage. Les premières scories soutirées contenaient environ 3 % de fer et environ 21 % de P2O5 et les scories finales environ 14 % de fer et'environ % de P2O5.
Après l'élimination des scories, on ne fait d'ad- ditions qu'en quantité nécessaire pour se combiner au phosphore résiduel et à la silice du minerai ajouté. Ces scories auront une teneur en fer relativement grande. En conservant les scories dans le four pour l'opération sui- vante, on peut récupérer la plus grande partie de cette teneur en fer, ce qui fait que la quantité résultante de
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fer oxydé pendant l'opération est réduite, des 30 à 35 kg indiqués plus haut par tonne de fonte dans le procédé Tho- mas à 10 kg environ. En même temps sa teneur en phosphore est transférée aux scories de phosphate ce qui fait que la teneur totale en phosphore de la fonte se trouve dans les premières scories, qui ont une, composition qui convient particulièrement comme amendement.
Si la teneur en phosphore de la fonte est infé- rieure à ce qui est normal dans le procédé Thomas, l'enlè- vement des scories devrait être effectué à une teneur de l'acier en phosphore proportionnellement plus basse. On peut dire, d'une façon générale, qu'au moins les trois quarts de la teneur en phosphore devraient être oxydés avant la première coulée de scories.
Les avantages de ce nouveau procédé d'affinage doivent être tout à fait évidents d'après la description ci-dessus. La chaleur est produite en contact direct avec les scories qui sont ainsi fondues très rapidement au début du soufflage. Le phosphore est oxydé en même temps que le carbone, et n'est pas réduit à nouveau si aisément, car il peut réagir directement avec les scories fondues pour former des phosphates de calcium difficilement réduc- tibles. Ces réactions ont lieu avant que la teneur en carbone du bain de fusion ait diminué suffisamment par oxydation, pour qu'une oxydation importante de fer puisse se produire.
Le refroidissement causé par la coulée des scories et l'addition de nouvelles charges, n'est pas gênant, car la teneur résiduelle en carbone et autres élé- ments combustibles dans le bain suffit pour élever la tem- @ pérature à la température appropriée de coulée pendant le soufflage final et, dans la plupart des cas, elle est plus que suffisante, de sorte que le surplus peut être utilisé pour la fusion de ferrailles ou pour la réduction de mine-
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rai supplémentaire, ajouté à la seconde charge de castine, et pour empêcher, en même temps, la réoxydation de fer déjà réduit.
REVENDICATIONS
La présente invention a pour objet : 1 Un procédé d'affinage de la fonte phosphoreuse par de l'oxygène, pour la transformer en acier, dans un four tournant à revêtement basique, caractérisée en ce que, pendant une première période de l'opération, le raffinage est effectué juste assez pour que la teneur en carbone soit encore au moins de 0,5 %, pendant que le four tourne et que de l'oxygène gazeux est fourni de façon 'à donner une scorie fluide à faible teneur en fer, puis ces scories sont coulées entièrement ou partiellement, après quoi on ajoute de nouvelles charges et on continue le soufflage, avec éventuellement, encore une ou plusieurs coulées de scories jusqutà ce qu'on obtienne la teneur en carbone désirée.
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