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L'invention est relative au procédé d'élaboration d'un avant-métal ou d'acier à partir de fonte phosphoreuse ayant une terreur
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en phosphore quelconque, par affinage suivant le principe de souf- flage, sur la surface du bain, d'agents d'affinage gazeux contenant de l'oxygène, de préférence de l'oxygène pur, avec addition de produits donnant naissance à des scories, dans des convertisseurs ou d'autres récipients d'affinage, ce procédé faisant l'objet du brevet principal et consistant en ce qu'on insuffle l'agent de soufflage dans des condi- tions telles sur et dans la couche de scorie qu'il ne perce pas complè- tement la couche de scorie formée sur le bain au cours d'une phase ini- tiale de l'opération d'affinage, ou qu'il ne vienne pas au contact de la surface du bain même et que, de cette fagon,
il fasse passer d'une manière constante le FeO contenu dans la scorie à l'état de Fe2O3. Ce Fe203 se charge, sur la surface limite comprise entre la scorie et le bain, de la déphosphoration, le FeO qui se forme alors étant à nouveau oxydé de façon continue en Fe2O3 par l'oxygène de l'agent d'affinage. '
Par cette manière d'assurer le processus d'affinage indirec- tement par l'intermédiaire de la scorie, on obtient un avancement, dans le temps, de la déphosphoration, et plus particulièrement une déphosphoration qui s'accomplit pendant la décaruration. Les phéno- mènes d'oxydation se déroulent, par l'intermédiaire de l'oxydation de la scorie, essentiellement par diffusion dans la surface limite entre la scorie et le bain.
Au cours de la décarburation qui s'accomplit en même temps que la déphosphoration, il se produit, en particulier par suite du dé- gagement d'oxyde de carbone, une intense formation d'écume dans la sco- rie, et cela d'autant plus fortement que la tension superficielle de la scorie est plus grande.
Cette intense formation d'écume dans la scorie augmente con- sidérablement d'une manière en elle-même désirable, la surface de cette scorie et par conséquent aussi la surface de contact entre la scorie et le bain, ce qui a pour résultat une vitesse élevée des réactions qui s'accomplissent au cours de la déphosphoration.
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Comme le déséquilibre nécessaire à cet avancement de la déphosphoration ou le potentiel oxygéné élevé de la scorie pourrait, en particulier dans le cas d'une forte tension superficielle de la scorie et d'une faible viscosité.de cette dernière, conduire à une formation d'écume si intense, par cette scorie, qu'il en résulterait des projections et, par conséquent, des pertes d'acier, on maintient la hauteur du bain dans le récipient d'affinage à une valeur très faible, à savoir à 40 cm.
au maximum, comme ordre de grandeuro
L'objet de la'présente invention consiste en des perfection- nements du procédé ci-dessus décrit, perfectionnements au moyen desquels on simplifie encore davantage sa mise en oeuvre, on accroît le caractère économique du mode opératoire, et on améliore la qualité des produits obtenus, qu'il s'agisse d'acier ou d'un avant-métal.
Selon la première'caractéristique de la présente invention, on évite d'une manière.encore plus parfaite les projections nuisibles qui peuvent se produire comme conséquence de la forte formation d'écu- me par la scorie en donnant au volume intérieur du récipient d'affinage de très grandes dimensions par rapport à la charge, tout en conservant la hauteur de bain de 40 cm..au maximum, comme ordre de grandeur, con- formément à ce qui'a été proposé dans le brevet principal, et en donnant plus spécialement au volume intérieur du récipient d'affinage des di- mensions telles qu'indépendamment de la forme, ronde, hexagonale, allon- gée, ou en hauteur, du récipient d'affinage, on dispose, dans ce dernier, pour chaque tonne de fonte, d'un volume minimum de l'ordre de grandeur de 1,3 m3.
La figure unique du dessin annexé représente schématiquement, en une coupe dans laquelle on,a supprimé tous les détails qui ne sont pas nécessaires à la compréhension de la présente invention, un récipient d'affinage qui répond à ces conditions. Cette figure montre le grand volume de l'espace libre existant au-dessus de la scorie dans le réci- pient d'affinage a, par comparaison avec la quantité de fonte introduite
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ou la hauteur de bain.
Dans cette figure, b désigne la lance, la zone que vient frapper l'agent de soufflage sur la couche de scorie d située au-dessus du bain de métal.
11 est particulièrement avantageux, au cours de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, dans lesdites conditions, de régler, c'est-à-dire de diminuer ou d'augmenter la tension superficiel- le de la scorie méthodiquement en lui donnant une valeur qui soit fonc- tion de la hauteur du bain et de la capacité du convertisseur et optimum pour le déroulement du processus de formation d'écume.
Selon cette caractéristique de la présente invention, ceci s'effectue, dans le sens d'une diminution de la tension superficielle, par addition de base à l'état de poussière, comme de la poussière de chaux ou de carbonate de soude, et, dans le sens d'une augmentation de la tension superficielle, par l'addition de flux comme, notamment, de borax et de fluorures.
On peut alors reconnaître que la réaction se déroule d'une manière régulière à ce qu'il ne se produit pas de fumée brune due au fer.
Pour obtenir ce résultat également dans la première phase de l'opération d'affinage, c'est-à-dire tant que la couche de scorie qui empêche le contact direct entre l'agent d'affinage et le bain, et à l'intérieur de laquelle s'accomplit le processus,de réaction, n'existe pas encore, on ajoute, dans cette phase, suivant la proposition antérieu- re, à l'agent de soufflage, de la vapeur d'eau surchauffée, pour refroi- dir par ce moyen le foyer, c'est-à-dire la région dans laquelle l'agent de soufflage vient frapper le bain de fonte, dans une mesure telle que la combustion du fer soit rendue impossible dans une large mesure.
Dans le but d'améliorer encore cet effet, on fixe, selon une autre caractéristique de la présente invention, l'ordra de grandeur de la proportion de vapeur d'eau par rapport à l'oxygène de l'agent d'affi-
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nage au rapport 1:3, tout en limitant le temps pendant lequel on procède à l'addition de vapeur d'eau à l'agent de soufflage à 25%, au maximum, de la durée totale du soufflage.
On a observé que, lorsqu'on suit cette règle également dans la première phase, non seulement on empêche complètement la combustion du fer et, par conséquent, la formation de fumées brunes de fer, mais on accélère en même temps la formation de FeO et on obtient que la décar- buration s'arrête d'une façon qui est désirable, aU cours de cette phase initiale.
Lorsqu'il s'agit d'élaborer, suivant le procédé décrit, de l'acier directement, et non d'élaborer un avant-métal dans un autre ré- cipient du four pour l'affiner et en obtenir finalement de l'acier, on se heurte, par suite du déroulement relativement rapide, comme dans tous les procédés pneumatiques, du processus d'affinage, à des difficul- tés de réglage de la teneur en carbone à la valeur finale désirée, quand .il s'agit d'élaborer des aciers ayant des teneurs en carbone relative- ment élevées, plus spécialement d'un ordre de grandeur supérieur à 0,10%.
Ce réglage doit toujours se faire en commençant par abaisser, par l'affinage, la teneur en carbone jusqu'à une valeur inférieure à la teneur à réaliser, éventuellement en poussant jusqu'à la décarburation complète, et alors en remontant la teneur en carbone à la valeur voulue au prix d'une dépense supplémentaire et d'un temps plus long. De ce fait, on perd une partie de l'avantage que représente en elle-même la possi- bilité offerte d'assurer l'ensemble du procédé dans un seul et même réci- pient d'affinage.
Ces difficultés qui se produisent lors de l'élaboration di- recte de l'acier par le procédé décrit ci-dessus sont supprimées, selon une autre caractéristique de la présente invention, en même temps qu'on améliore la qualité de l'acier élaboré de cette manière à un degré tel que celle qualité égale celle d'un acier Martin.
On sait que la qualité particulière de l'acier Martin est
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due pour une part essentielle à la durée relativement longue de son maintien à l'état liquide, ce qui, d'une part, permet de recueillir ai- sément la masse fondue à des teneurs exactement définies en carbone, mais provoque aussi, d'autre part, l'élimination, au cours du chauffage de la masse liquide, d'une grande partie des gaz et impuretés non métal- liques contenus dans la masse fondue.
Cette longue période de chauffage de la masse liquide est une caractéristique nécessaire de tous les procédés d'élaboration de l'acier au four à sole.
Selon cette caractéristique de la présente invention on ré- soud le problème ci-dessus défini par le fait qu'en accomplissant l'opé- ration d'affinage dans un récipient quelconque, par exemple cylindrique ou encore allongé et couché, on obtient dans le même récipient la conti- nuation de la décarburation, allant jusqu'à la teneur en carbone à réa- liser, et qui fait suite à l'opération d'affinage au cours de laquelle on a obtenu un fer affiné dont la teneur en carbone est quelconque et comprise entre des limites étendues, et cela par le fait qu'après in- terruption ou réduction de l'arrivée d'oxygène, on procède à un nouveau chauffage du bain à l'aide de combustibles de haute valeur qui ont pour résultat que l'oxyde de fer contenu dans la scorie entre en réaction avec le carbone du bain plus lentement que dans la première phase.
De cette façon, on peut régler la teneur finale en carbone à la valeur pres- crite, et cela d'une manière qui se prête très simplement à un réglage par la façon dont se déroule cette période de chauffage et par sa durée.
Au cours de cette opération de chauffage de la masse fondue, il se produit simultanément, d'une manière avantageuse, comme dans l'opé- ration de traitement par la chaleur du procédé du four à sole, l'élimina- tion de la masse liquide des gaz contenus dans cette masse et des impu- retés non métalliques. la quantité de combustible nécessaire au cours de cette pé- riode consécutive de chauffage est extrêmement faible, parce qu'il
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suffit de couvrir uniquement les pertes du récipient, lesquelles sont, par exemple dans le cas d'un four de 20 tonnes, de l'ordre de grandeur de 0,3 x 106 kicel/heure, comme ordre de grandeur, ainsi que le montre l'expérience.
L'oxygène nécessaire pour cette opération de chauffage peut être introduit dans le four au moyen'de buses, de préférence sous une forme concentrée, c'est-à-dire sous la forme d'oxygène pur ou d'air en- richi en oxygène, afin de maintenir à un volume aussi faible que possible les quantités de gaz d'échappement et de pouvoir, en outre, renoncer au système régénérateur de chaleur.
On amorce cette seconde phase en laissant subsister sur le bain la couche de scorie existante. L'écoulement de la scorie, ou bien, dans le cas où l'on procède à plusieurs coulées de la scorie, la première coulée de cette dernière ne s'effectue qu'après que la teneur de la sco- rie en oxyde de fer s'est abaissée, par la réaction de cet oxyde avec le bain, à une valeur aussi faible que possible, de manière à réduira au maximum les pertes de fer.
Les avantages du mode opératoire décrit en dernier lieu con- sistent, non seulement dans la simplicité avec laquelle on réalise une- teneur finale déterminée en carbone et avec laquelle on obtient une bonne qualité d'acier élaborée de cette fagon, mais, en outre, aussi en ce que, pari comparaison avec les procédés utilisant les fours à sole, la capaci- té fde production augmente considérablement tandis que la consommation de chaleur diminue. Cette faible consommation de chaleur est la conséquence de ce que le carbone contenu dans le fer même fournit une grande partie de la chaleur nécessaire dans la seconde'phase.
Un autre avantage du nouveau procédé d'ensemble par rapport aux procédés purement pneumatiques d'élaboration de l'acier consiste dans la possibilité de travailler avec des additions plus importantes de ri- blons et de minerais. Le procédé est donc très apte à l'adaptation à la situation momentanée d'approvisionnement en matières premières'.
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Lors de la mise en oeuvre pratique du nouveau procédé, par exemple dans une poche ou cuve d'une capacité de 20 tonnes, on commence par procéder au soufflage pendant 30 minutes environ selon le procédé décrit dans le brevet principal, jusqu'à ce que la teneur en carbone soit d'environ 1% et qua la déphosphoration soit complète. A cette phase fait suite l'opération de chauffage de la masse en fusion, laquelle demande 30 à 45 minutes, suivant la teneur en carbone qu'on désire atteindre en fin d'opération.
Tl en résulte, donc une durée totale de traitement de 60 à 75 minutes, ce qui, compte tenu du temps nécessaire aux réparations dans une cuve d'une capacité de 20 tonnes, correspond à une production de 12 à 15 tonnes d'acier à l'heure.
Ces chiffres font clairement ressortir l'augmentation consi- dérable de production par rapport éun four à sole de même taille.
Comme combustible, pour le chauffage au cours de la seconde phase, on peut utiliser des combustibles de haute valeur quelconque et appropriés dont on dispose, comme l'huile, le charbon pulvérisé, le gaz naturel ou encore l'énergie électrique.
Une possibilité encore plus avantageuse d'accélérer le proces- sus de décarburation et de faire une économie de combustible au cours de l'élaboration directe de l'acier par le nouveau procédé consiste à assu- rer, après achèvement de la déphosphoration, la suite de l'opération de décarburation au cours d'une phase consécutive de traitement au cours de laquelle on entraîne la cuve d'affinage dans un mouvement de rotation au- tour de son axe. La rotation de la cuve peut se faire aussi bien lorsque l'axe est en position horizontale que!lorsqu'il est vertical, cette der- nière possibilité conduisant à une simplification de l'agencement cons- tructif de l'installation. On adopte pour ce mouvement des vitesses de rotation relativement faibles.
Ces dernières sont de l'ordre de grandeur d'environ 30 tours à la minute.
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Au cours de cette phase de traitement du procédé à deux phases selon l'invention, on paut, lorsque c'est nécessaire, procéder en même temps à un chauffage additionnel à l'aide de combustible de haute qualité, l'admission de l'oxygène dans le bain étant arrêtée complètement, ou bien, si l'oxygène fixé au fer dans la scorie ne devait pas être suffisant pour ramener la teneur en carbone par combustion de ce dernier à la valeur dé- sirée en fin d'opération, en faisant arriver encore juste la quantité de gaz d'affinage qui est nécessaire à l'obtention de ce résultat.
Ce dernier mode opératoire constitue donc une combinaison de la déphosphoration selon le brevet principal et de l'affinage dans des récipients rotatifs, qui en lui-même est connu. Il offre toutefois, par rapport aux procédés connus d'élaboration de l'acier dans des récipients rotatifs, les avantages suivants:
Lors de l'élaboration de l'acier dans des récipients rotatifs, on parvient certes à avancer la déphosphoration, mais il y a une limite au degré auquel on peut faire avancer la déphosphoration par rapport à la décarburation, limite qu'on ne peut pas dépasser pour des raisons d'ordre métallurgique qui sont dues au déséquilibre pas assez important entre la teneur en oxyde de fer de la scorie et la teneur en carbone du bain.
Pour l'élaboration d'aciers plus fortement carburés, il est toutefois souhaitable d'avancer très considérablement la déphosphoration, ou de parvenir à une teneur en carbone aussi élevée que possible à la fin de la période de déphosphoration, de manière à éviter autant que pos- sible l'obligation de procéder à une recarburation après coup. Quand on procède de la manière décrite, on met à profit entièrement cet avancement considérable, dans le temps, de la déphosphoration, qui est l'avantage essentiel du procédé sur lequel est basée la présente invention. Par ce moyen, il devient possible d'élaborer des aciers fortement carburés, pré- sentant une teneur en carbone dont l'ordre de grandeur atteint jusqu'à 1%, sans qu'il soit nécessaire de procéder après coup à une recarburation
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après la coulée.
En dehors des autres avantages déjà décrits, de la ré- duction de la durée totale de traitement et de l'économie de combustible, le nouveau procédé présente cet autre avantage que l'usure du garnissage réfractaire de la cuve d'affinage devient plus lente et que, par consé- quent, la durée des cuves d'affinage est augmentée, en particulier aussi par comparaison avec les procédés d'affinage connus appliqués dans leur ensemble dans des récipients rotatifs.
REVENDICATIONS
1.- Procédé d'élaboration d'un avant-métal ou d'un acier à partir de fonte phosphoreuse présentant une teneur en phosphore quelcon- que, par affinage suivant le principe de soufflage par le haut d'agents gazeux d'affinage contenant de l'oxygène, de préférence de l'oxygène pur, avec addition d'éléments concourant à la formation de la scorie ou du laitier, dans des convertisseurs ou autres récipients d'affinage, avec soufflage de l'agent gazeux dans des conditions telles, sur ou dans la couche de scorie ou laitier, que cet agent ne perce pas jusqu'à la sur- face du bain une couche de scorie ou laitier formée sur le bain au cours d'une phase initiale de l'opération d'affinage, ou que cet agent ne vien- ne pas au contact de ladite surface du bain,
et que ledit agent oxyde de façon continue en Fe203 le FeO contenu dans le laitier, cet oxyde assu- rant à la surface limite entre la scorie ou le laitier et le bain la dé- phosphoration, tandis que le FeO qui se forme au cours de cette opération est à nouveau oxydé de façon continue en Fe2O3 par l'oxygène de l'agent d'affinage, caractérisé par le fait que la contenance de la cuve d'affi- nage est d'un ordre de grandeur d'au moins 1,3 m3par tonne de fonte char- gée, pour une hauteur du bain d'environ 40 cm.