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Dans un procédé connu de fabrication d'acier, la fonte liquide est décarburée dans un four Martin, par les minerais de fer, avec extraction du fer de ces derniers. La réduction des minerais de fer consommant une quantité impor- tante de chaleur, le four Martin doit être chauffé de telle façon que la chaleur soit cédée le plus rapidement et le plus complètement possible à la scorie et au métal, ce qui est difficile à réaliser dans les fours à sole à grand laboratoire.
La présente invention résout le problème de la combinaison de la fabri- cation de l'acier à partir de la fonte avec l'extraction du fer des minerais ou autres oxydes de cet élément en proposant de mettre en oeuvre ce procédé connu en soi- dans un four à arc triphasé ( four électrique) et de partir d'une charge composée d'au moins 20% de fonte liquide et de riblons sous forme de courts dé- chets d'acier moulé, d'acier forgé ou de chutes de tôle,.
Dans le traitement d'une telle charge on utilise selon la présente in- vention le comportement suivant du chauffage à l'arc:
Les ares sortant des électrodes du four fondent rapidement les riblons situés à leur voisinage immédiato Ils tendent à établir une liaison rapide avec la fonte liquide se trouvant sur la sole du fouro Dans la chargé solide prennent ainsi naissance des canaux verticaux fermés en bas par le bain de fonte liquide..
Plus les riblons d'acier fondent facilement, plus lesdits canaux ver- ticaux dirigés vera la fonte liquide se forment rapidement. Ces canaux constituent pratiquement, jusqu'à la terminaison de la fusion des riblons d'acier, des vases de fusion dans lesquels se concentre la chaleur produite par les arcs.
C'est de ce comportement des arcs dans un four électrique triphasé alimenté en fonte liquide et riblons facilement fusibles que la présente inven- tion fait usage en proposant d'incorporer les minerais et les autres additions nécessaires pour l'affinage de la fonte et pour la production du fer, dans la partie solide d'une charge composée d'au moins 20% de fonte et de riblons faci- lement fusibles, pendant le chargement du four, de préférence aux endroits aux- quels les arcs sortant des électrodes forment des canaux verticaux s'étendant vers la charge liquide.
Dès que la partie solide de la charge aura été fondue au fur et à mesure de l'ex- tension progressive desdits canaux verticaux, la charge liquide déjà affinée dans une large mesure sera transformée en acier, à la manière habituelleo
Du reste, la quantité de minerais à incorporer dans la partie solide de la charge peut être supérieure à la quantité de carbone contenue dans la fonte et destinée à réduire les minerais.
Dans ce cas, l'appoint de carbone nécessaire est incorporé dans la partie solide de la charge, par exemple sous forme de coke ou de charbon concassé, en même temps que les minerais et les additions scorifiantes, comme décrit plus haut
Toutefois, on peut employer comme agents réducteurs toutes autres ma- tières comme le ferro-silicium et l'aluminium.
D'autre part, on peut incorporer une certaine partie des minerais de fer et des autres additions dans les riblons d'acier, pendant le chargement du four, comme décrit plus haut, et déverser le reste plus tard sur la fonte liqui- de, à travers les canaux précités.
Le procédé suivant l'invention présente un intérêt tout particulier du fait que la réduction des minerais de fer a lieu dans des espaces qui consti- tuent pratiquement des creusets de fusion, où la chaleur produite par les arcs est concentrée dans un espace relativement petit.
Comme la partie inférieure desdits creusets communique directement avec la fonte liquide, l'affinage de cette dernière et la réduction des minerais de fer s'effectuent beaucoup plus rapidement et avec une consommation de chaleur
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beaucoup moindre que dans les procédés classiqueso
D'ailleurs, par suite de la cession de la chaleur à la fonte, les ca- naux verticaux précités ne s'élargissent que graduellement.
Dans ce qui suit on va décrire le nouveau procédé en référence au dessin ci-annexé. Sur ce dessin:
La figure 1 est une coupe longitudinale verticale du four électrique et de sa charge Avant la fusion ;
La figure 2 est une coupe du laboratoire de ce four, rempli de la charge, suivant la ligne II - II de la figure 1;
La figure 3 est une coupe longitudinale verticale du four. électrique et de sa charge après la formation des canaux verticaux dans cette charge ;
La figure 4 est une coupe par le contenu du four suivant la ligne IV - IV de la figure 3;
La figure 5 est une coupe longitudinale verticale du four et de son contenu peu avant la fusion du reste de la charge solide;
La figure 6 est une coupe par le contenu du four suivant la ligne VI- VI de la figure 5.
Conformément à la présente invention, on déverse d'abord la charge solide dans le four électrique 1, cette charge étant constituée par de courts dé- chets 2 d'acier moulé, d'acier forgé ou de tôle, ainsi que par des minerais de fer et des additions scorifiantes telles par exemple que chaux et spath fluoro
Lors de leur enfournement, les minerais de fer et les additions scori- fiantes 3 sont incorporés dans les riblons de façon à se trouver de préférence là où des canaux verticaux prendront naissance sous l'action des arcs des électro- des 4.
Ensuite, on enfourne la fonte liquide 5.
La figure 3 représente l'état de fusion du contenu du four après le commencement de la fusion.
Les arcs partant des électrodes 4 ont pratiqué dans les riblons 2 des canaux verticaux 6 dirigés vers le bain de fonte 5.
En même temps, les minerais et les additions scorifiantes situés au droit des arcs ont été fondus en une scorie 7 contenant un pourcentage élevé de fer et sur- nageant à la surface du bain de fonte 5. Ici, les oxydes de fer contenus dans la scorie 7 sont réduits en fer par le carbone de la fonte 50
Ce processus se déroule très rapidement, car la chaleur produite par les arcs est concentrée dans les canaux 6.
La figure 5 montre l'état de fusion de la charge du four électrique peu avant la fusion du reste des riblons 2.
Après la fusion de ce reste, le bain de fonte 5 est mis au point comme il est connu,afin d'obtenir l'acier voulu.
L'exemple de mise en oeuvre suivant donne des chiffres pour le procédé conforme à l'inventions
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1 Caractéristiques du four :
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Type .oaooooeo....o......e..e.o........o à arc triphas Contenance .00...0.......0.....0......0. 12 T.
Puissance du transformateur ............ 3500 KVg.
Diamètre des électrodes de graphite................................ 350 mm Nature du revêtement ................... basique Nature des matériaux de
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la voûte 0000.00.........0000..000000000 silice 2 - Charge et rendement :
Riblons d'acier ........................ 5300 kgs
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Fonte liquide o0oooooeoooeosooeooesoseso 3620 kgs Charge métallique ...................... 8920 kgs Minerai à 66-68% d'Fe .................. 4500 kgs Teneur en fer du minerai ............... 3000 kgs soit le tiers de la charge métallique Teneur en métal de la charge
EMI3.4
totale .0.0......0...............0.00..0 11920 kgs Rendement en acier brut liquide ........ 11180 kgs Proportion d'acier brut liquide obtenu par rapport à la charge
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métallique 0..0.0...000.....0..........
125,5%
Proportion d'acier brut liquide obtenu par rapport à la teneur en métal de la charge totale .......... 93,8 % 3 - Durée de l'opération :
Durée comprise entre la fermeture du circuit de courant et la fin de la fusion des riblons et autres additions (bain à 0,48% de C, à environ 1550 cdes, scorie à
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10,2,% dPFe)emoooeoooeeoeaoseoooosoeoaooo 3 h. 5 min.
Durée comprise entre le fermeture du circuit de courant et la coulée (acier à 0,13% de C, à 1670
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edes) ................................. 4 tle 25 min.
4 - Consommation d'énergie :
Consommation depuis le fermeture du circuit.de courant jusqu'à la fin de la fusion des riblons et autres additions............................... 8500 kw-h
Consommation depuis la fermeture du circuit de courant jusqu'à la
EMI3.8
COLl.eoooooooooaeoeoosoooeooooooooooeooe 10500 kw-h
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Dans le procédé conforme à l'invention, l'extraction directe du fer des minerais et des oxydes de fer est combinée dans @ conditions industrielles particulièrement favorables à la transformation de ce fer et de la fonte enfournée en acier de haute qualité.
Bien qu'il ne s'agisse pas là d'un procédé d'extraction continue du fer, la grande importance du nouveau procédé réside dans le fait qu' une quantité importante de fer nécessaire pour la préparation de l'acier provient directement des minerais.
Les fours électriques triphasés se prêtent particulièrement bien à l'application du procédé suivant l'invention.
Cependant, on peut avantageusement employer les fours circulaires équi- pés avec des brûleurs, dont les flammes provenant de la voûte du four lèchent la charge solide comme les arcs des électrodes des fours électriques, pour former des canaux verticaux s'étendant vers le bain de fonte liquide.
Pour le nouveaux procédé on peut partir de toutes fontes connues, c' est-à-dire tant des fontes pauvres en phosphore que de celles contenant de 0,2 à 2,0% de cet élément.
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In a known process for manufacturing steel, liquid cast iron is decarburized in a Martin furnace, by iron ores, with extraction of the iron from the latter. Since iron ore reduction consumes a large amount of heat, the Martin furnace must be heated in such a way that the heat is transferred as quickly and as completely as possible to the slag and the metal, which is difficult to achieve. in large laboratory hearth furnaces.
The present invention solves the problem of the combination of the manufacture of steel from cast iron with the extraction of iron from ores or other oxides of this element by proposing to carry out this process known in itself. a three-phase arc furnace (electric furnace) and starting from a load made up of at least 20% liquid iron and scrap in the form of short pieces of cast steel, forged steel or scrap sheet ,.
In the treatment of such a charge, the following behavior of the arc heating is used according to the present invention:
The ares emerging from the electrodes of the furnace quickly melt the scrap located in their immediate vicinity o They tend to establish a rapid connection with the liquid cast iron on the bottom of the furnace o In the solid charge thus arise vertical channels closed at the bottom by the bath liquid cast iron.
The more easily the scrap steel melts, the more quickly said vertical channels directed towards the liquid iron are formed. These channels practically constitute, until the end of the melting of the scrap steel, melting vessels in which the heat produced by the arcs is concentrated.
It is of this behavior of the arcs in a three-phase electric furnace supplied with liquid iron and easily fusible scrap that the present invention makes use of by proposing to incorporate the ores and other additions necessary for the refining of the iron and for the production of iron, in the solid part of a load composed of at least 20% of cast iron and easily fusible scrap, during the charging of the furnace, preferably at the places where the arcs coming out of the electrodes form vertical channels extending towards the liquid feed.
As soon as the solid part of the charge has been melted as the gradual extension of said vertical channels, the liquid charge already refined to a large extent will be transformed into steel, in the usual way.
Moreover, the quantity of ores to be incorporated into the solid part of the charge may be greater than the quantity of carbon contained in the cast iron and intended to reduce the ores.
In this case, the necessary additional carbon is incorporated into the solid part of the feed, for example in the form of coke or crushed coal, together with the ores and the slag additions, as described above.
However, any other materials such as ferro-silicon and aluminum can be used as reducing agents.
On the other hand, some of the iron ores and other additions can be incorporated into the scrap steel, while charging the furnace, as described above, and the remainder later poured onto the liquid cast iron, through the aforementioned channels.
The process according to the invention is of particular interest because the reduction of iron ores takes place in spaces which practically constitute melting crucibles, where the heat produced by the arcs is concentrated in a relatively small space.
As the lower part of said crucibles communicates directly with the liquid iron, the refining of the latter and the reduction of iron ores are carried out much more quickly and with a consumption of heat.
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much less than in conventional processes
Moreover, as a result of the transfer of heat to the cast iron, the aforementioned vertical channels widen only gradually.
In what follows, the new process will be described with reference to the accompanying drawing. On this drawing:
Figure 1 is a vertical longitudinal section of the electric furnace and its load Before melting;
FIG. 2 is a section of the laboratory of this furnace, filled with the charge, along the line II - II of FIG. 1;
Figure 3 is a vertical longitudinal section of the oven. electrical and its charge after the formation of vertical channels in this charge;
Figure 4 is a section through the contents of the oven along the line IV - IV of Figure 3;
FIG. 5 is a vertical longitudinal section of the furnace and its contents shortly before the melting of the rest of the solid charge;
Figure 6 is a section through the contents of the oven along line VI-VI of Figure 5.
According to the present invention, the solid charge is first poured into the electric furnace 1, this charge consisting of short scrap 2 of cast steel, forged steel or sheet metal, as well as of ores. iron and slag additions such as lime and fluoro spar
During their charging, the iron ores and the scorifying additions 3 are incorporated into the scrap so as to be preferably located where vertical channels will arise under the action of the arcs of the electrodes 4.
Then, we put the liquid cast iron 5.
Figure 3 shows the state of melting of the contents of the furnace after the start of melting.
The arcs starting from the electrodes 4 formed in the scrap 2 vertical channels 6 directed towards the cast iron bath 5.
At the same time, the ores and the slag additions located to the right of the arcs were melted into a slag 7 containing a high percentage of iron and supernatant on the surface of the cast iron 5. Here, the iron oxides contained in the slag 7 are reduced to iron by the carbon of cast iron 50
This process takes place very quickly, as the heat produced by the arcs is concentrated in the 6 channels.
Figure 5 shows the state of fusion of the charge of the electric furnace shortly before the melting of the rest of the scrap 2.
After the melting of this residue, the cast iron bath 5 is developed as is known, in order to obtain the desired steel.
The following implementation example gives figures for the process in accordance with the inventions
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1 Features of the oven:
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Type .oaooooeo .... o ...... e..eo ....... o with three-phase arc Capacity .00 ... 0 ....... 0 ..... 0 ...... 0. 12 T.
Transformer power ............ 3500 KVg.
Diameter of graphite electrodes ................................ 350 mm Type of coating ........ ........... basic Nature of the materials
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the vault 0000.00 ......... 0000..000000000 silica 2 - Load and efficiency:
Steel scraps ........................ 5300 kgs
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Liquid cast iron o0oooooeoooeosooeooesoseso 3620 kgs Metal load ...................... 8920 kgs Ore at 66-68% Fe .......... ........ 4500 kgs Iron content of the ore ............... 3000 kgs or one third of the metal load Metal content of the load
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total .0.0 ...... 0 ............... 0.00..0 11920 kgs Yield of liquid crude steel ........ 11180 kgs Proportion of steel crude liquid obtained with respect to the load
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metallic 0..0.0 ... 000 ..... 0 ..........
125.5%
Proportion of liquid crude steel obtained in relation to the metal content of the total charge .......... 93.8% 3 - Duration of the operation:
Duration between the closing of the current circuit and the end of the melting of the scrap and other additions (bath at 0.48% C, at about 1550 cdes, slag at
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10.2,% dPFe) emoooeoooeeoeaoseoooosoeoaooo 3 h. 5 min.
Time between closing the current circuit and casting (steel at 0.13% C, at 1670
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edes) ................................. 4 times 25 min.
4 - Energy consumption:
Consumption from the closing of the current circuit until the end of the melting of the scrap and other additions ............................ ... 8500 kw-h
Consumption from the closing of the current circuit until the
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COLl.eoooooooooaeoeoosoooeooooooooooooeooe 10500 kw-h
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In the process according to the invention, the direct extraction of iron from ores and iron oxides is combined under industrial conditions which are particularly favorable to the transformation of this iron and of the cast iron in high quality steel.
Although this is not a continuous iron extraction process, the great importance of the new process is that a significant amount of iron required for the preparation of steel comes directly from the ores. .
Three-phase electric furnaces lend themselves particularly well to the application of the process according to the invention.
However, it is advantageously possible to use circular ovens equipped with burners, the flames of which coming from the roof of the oven lick the solid charge like the arcs of the electrodes of electric ovens, to form vertical channels extending towards the heating bath. liquid cast iron.
For the new process, it is possible to start from any known cast iron, that is to say both cast iron poor in phosphorus and those containing from 0.2 to 2.0% of this element.