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Êtoo6a de '.i.h;5t",r b*aei inoxydable.
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ta présente invention e rapporte un procède de roduc- . tiOft d'âcler1 inoxydable. î<'acier inondable cs t . rt ui,t a- 1* heure actuelle dans un <ttt:f' 6i'e olédtifique ClaSirne qui convient de anl-jre iaéale pour 1 tufonte de eiblonds ;rw,:.t, uaiis .6 roccac ciftîisiruc, le tour à cïC '.'x4t4"41?,UI;Qr èt :...'.L.-'...C>:1l utilise Cû/rae (1) récipient de rfiduc- : t4on .ivit&llttfë'iciue et (2) réclpifeiit d'affiaaÉe par loaqrgae.
Or, les four* à are électrique ne sont pag connus pour une telle combinaison 6"6aiplols et, u vrai dire ils prdâêtitent certaines insuffisances inhérentes lorsqu'ils sont utilisas c: ct..aai.r$v Par i:.:,.-,,ï,le procédé de nure qui concis te à fondre r,as ritions'ct eu orrochro;ne cuis 3. chrc c in.t.'1 w , . ' " d.x'Lu1'cr au - oyen d'un
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soufflage d'oxygène, à ajouter et il refondre une ou souvent @aux scories différentes, à réduire le chrome et le fer oxydés aves du silicium et finalement à procéder à la finition de la coulée avec un alliage final et/ou une addition de riblon, provoque des effets d'érosion importants sur les matériaux réfractaires qui constituent la sole, les parois et la voûte du four.
Le remplacement et la réparation des matériaux réfractaires qui s'ensuivent sont coûteux et ont pour résultat un retard onéreux. L'érosion des matériaux ré- fractaires a tendance à produire en outre des inclusions non métalli- ques oui sont Incompatibles avec l'acier fini..
On a constaté,en relation avec la fusion à l'arc électrique d'acier inoxydable, que de l'oxygène peut être injecté dans le four pour abaisser la teneur en carbone du fer. Cependant, le procédé clas. sique de langage d'oxygène dans un acier inoxydable est basé sur l'eu* ploi d'exigences chimiques et thermiques qui s'opposent, ce qui a pour résultat un compromis évident, par exemple le rapport de température chrome-carbone qui existe dans ce système est tel que l'oxydation minimale duchrome est obtenue lorsque raffinage, par l'oxygène est exécuté après que le bain d'acier ait atteint une température très élevée (plus de 3000 F, 1650 C);
cependant à cause du fait que la réaction par l'oxygène élève la température de l'acier jusqu'à un point où l'attaque des matériaux réfractaires devient excessive, un compromis est choisi en commençant l'insufflation d'oxygène à une température faible (suivant certaines pratiques, on commence l'insuf- flation avant que la charge soit complètement fondue) et en refroidit* tant périodiquement le bain avec des additions de métal froid lorsque la température s'élève à des niveaux désavantageusement élevés.
Ce compromis a pour résultat l'oxydation d'une grande quantité du consti- tuant le plus coûteux, à savoir le chrome, qui forme une scorie rigide impossible à travailler sur le bain d'acier. L'oxyde de chrome doit être fondu avec de la chaux pour former une scorie suscepti- ble d'être travaillée sous l' arc. Les oxydes métalliques dans la scorie sont alors réduits avec du silicium tel que du silicium au
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ferrochrome ou d'autres alliages contenant du silicium afin de récu- pérer les métaux élémentaires tels que le chrome et le nickel dans la plus grande mesure possible.
Cette phse de réduction constituant une réaction exothermique a tendance à faire monter le température de l'acier et est très inefficace lorsqu'elle est réalisée dans de grands fours de fusion à l'arc à cause de la surface spécifique importante, de la stratification à l'intérieur de la scorie et du bain fondu, et de la difficulté d'assurer une agitation et un mélan- ge adéquats des substances en réaction.
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Dans les techniques clnssioues de fusion à l'arc électrique pendant la décarburation de la coulée d'acier avec de l'oxygène, la teneur en azote dans la coulée d'acier inoxydable est géyj,±±&l#ïi ment inférieure de quelques centièmes pour-cent, par exemple une masse fondue titrant 0,03 à 0,0,4,ü d'azote sera diminuée jusqu'à 9,92 à 0,03;:! d'azote et une masse fondue ayant une teneur en azte de 0,05 à 0,08 sera abaissée jusqu'à 0,04 à 0..05,;
d'azte, Cependant! lorsde la formation de la scorie de réduction, en réduisant les valeurs de métal oxydé et en soumettant la coulée à la finition, le niveau d'azote s'élève de nouveau Jusqu'à des valeurs supérieur* ?
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Cela a été attribué à la formation d'azote naissant dans J.. rouir à arc électrique et à l'exposition prolongée à l'azote dans ;,'a'ttltphr re du four. Pour de nombreuses qualités d'acier inoxydable, une
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teneur élevée en azots est nuisible pour le produit fini.
Le procédé classique ae fusion à l'arc électrique pour produire de l'acier inoxydable est basé sur la refonte des riblons qu'il s'agisse de riblons proauita à l'usine ou de riblons acheté!!
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aux rnrcharrds. Ces riblons sont généralement constituas par un zée lanie de déchets d'acier inoxydable et ae déchets faiblement all1ôS suivant les disponibilités et le prix ainsi due suivant la qualité.
Cette pratique demande une énergie électrique considérable et ? tendance à augmenter la concentration en éléments nuisible? pré-
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sents normalement sous la forme de traces, (tels que du plomb, dty zinc, du cuivre, etc) dans le produit.
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Un but principal de la présente invention est de produire un acier inoxydable qui ne dépende pas pour sa production d'un pro- céda de fusion à l'arc électrique.
La présente invention a également pour buts de procurer un acier inoxydable de uualité améliorée et à un moindre coût que celui qui était connu ou produit par le procédé à l'arc électrique; un acier inoxydable dans lequel des installations classi- ques autres que celles utilisées dans le procédé de fusion à l'arc électrique peuvent être utilisées; un procédé pour fabriquer de l'acier inoxydable en utili- sant@@ métal fondu versé directement du haut fourneau ou d'un autre type de four à combustion;
un nouveau procédé pour produire des aciers Inoxydables, type 430 aussi bien que d'autres types d'acier inoxydable et des aciers thermorésistants contenant plus de chrome que ce n'est gêné... ralement le cas dans l'acier au carbone classique.
D'autres buts et avantages de la présente Invention appa- raitrent au eeurs de la deserlptien qui va suivre
Pendant la fabrication d'acier classique le chrome est susceptible de s'oxyder lors de la réduction du carbone dans la masse fondue. Cela a été particulièrement remarqué au cours de la fabrication d'acier inoxydable dans les fours à arc électrique clas- siques où. le chrome s'oxyde aux températures régnant pendant l'opé- ration d'insufflation pour la réduction du carbone.
La Demanderesse a constaté que si la température de la mpsse fondue peut être éle- vée pendant l'opération d'insufflation d'oxygène, de manière suffi- sante pour réduire le carbone et si de grandes quantités d'ingré- dients comportant du chrome sont introduites dans la masse fondue après que la tempérautre ait atteint environ 3100 F (1700 C), le chrome n'est pas perdu comme ce serait le cas si le chrome osait présent pendant oue la température est amende jusqu'à 3100 F (1700 C) pendant la réduction du carbone.
Lès lors, suivent une l'orme de réa-
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lisation du procédé de la présente invention pour produire de l'acier inoxydable, du fer fondu qui est pratiquement exempt de chrome peut être versé directement d'un haut fourneau ou d'un autre type de four à combustion dans un récipient a'affinage par l'oxygène où il est soumis à une chaleur suffisante pour élever la température ce qui est favorable à la décarburation. Apres que la température ait atteint environ 3100 F' (1700 C), les ingrédients comportant du chrome sont ajoutes à la masse fondue dans des quantités suffisantes pour éviter sa réfrigération.
La masse fondue est alors soumise à une seconde oxydation ou à une insufflation d'oxygène dans le récipient d'affinage par l'oxygène jusqu'à ce que le carbone et le silicium atteignent un niveau inférieur prédéterminé. Dans le cas où la scorie à la fin de la seconde oxydation est riche en chrome, cet élé- ment peut être récupéré si on le désire dans un récipient de r'ac- tion dans lequel la scorie est versée.
Dans le récipient de réac- tion du silicium au ferrochrome ou des alliages de silicium dont ajoutés à la scorie suite à quoi du métal riche en chrome est récu- péré et peut être utilisé, si on le désire, ultérieurement dans le ; récipient d'affinage par l'oxygène pour contrôler la teneur en chrome de l'acier inoxydable qui y est produit.
En variante, le chromé présent dans la scorie riche en chrome peut être récupéré dans le récipient d'affinage par l'oxygène en introduisant du silicium aw ferrochrome ou des alliages de sili- cium directement dans le récipient d'affinage par l'oxygène, suite ! à quoi la réaction s'effectue à la fin de l'insufflation d'oxygène.
Une modification de la présente invention comprend l'em- ploi de fer comportant du chrome sous la forme fondue et son affi- ; nage dans un récipient d'affinage par l'oxygène. tans un tel cas, une cuantité suffisante de silicium est utilisée pour restreindre l'oxydation du chrome dans le récipient d'affinage jusqu'à ce que la température atteigne environ 3100 F (1700 C) ou plus, tempéatu- re à laquelle le chrome s'allie facilement avec le fer pour produire de l'acier inoxydable.
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Suivant une forme de réalisation de la présente invention le fer comportant du chrome est produit dans le haut fourneau et est versé directement dans le récipient d'affinage. Le fer compor- tant du chrome peut être obtenu dans le haut fourneau en utilisant un minerai comportant du chrome avec les minerais de fer comme par- tie du fonctionnement normal du four. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le matériau comportant du chrome est mêlé au coke utilisé dans la charge du haut fourneau. Suivant cet- te dernière forme de réalisation, les matières comportant du chrome descendent dans la cuve du haut fourneau avec le coke vers la zone des tuyères oà elles sent rapidement chauffées jusqu'à la tempéra- ture de réduction et s'allient facilement avec le .fer dans la sole du four.
Lorsque du fer contenant du chrome est utilisé, le fer fondu est soumis à l'intérieur du récipient d'affinage par l'oxygène à une quantité suffisante d'oxygène pour élever la température de la masse fondue jusqu'à un point qui est favorable à la décarbura- tion et à une faible oxydation du chrome. Lorsque la teneur en chrome dans le fer contenant du chrome fondu est insuffisante pour produire la composition désirée pour l'acier inoxydable, des alliages comportant du chrome, du minerai ou des déchets peuvent être ajoutés à la charge à l'intérieur du récipient d'affinage par l'oxygène com- me c'est le cas lorsque du fer ne contenant pas de.chrome est utilisé.
La scorie contenant du chrome oxydé provenant du récipient d'affinage ; par l'oxygène, peut être versée, si on le désire, dans un récipient de réaction séparé et réduite afin que le chrome métallique contenu dans la scorie puisse être ramené au récipient d'affinage par l'oxy- gène pour une utilisation ultérieure et un réglage de la teneur en chrome de l'acier inoxydable produit.
La présente invention comprend un procédé de fabrication de coke contenant du chrome destineà être utilisé dans un haut four- neau comme indiqué plus haut. Un tel procédé peut être réalisé en, broyant du charbon jusqu'à un degré de finesse désiré et en mélan-
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géant du minerai contenant du chrome au charbon broyé.
Le arélaniçt
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est alors traité dans un four à coke et pendant cette opération
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le minerai est mêlé au coke et y est maintenu naan,queeni:r
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L'invention a été décrite en termes généraux ci-dessus.
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D'autres formes de réalisation préférées seront détaillées ci-aprts
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en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
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Fig. 1 est un schéma d'opérations successives Montrant
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une forme de réalisation de la. présente invention suivant laquelle,
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on utilise du fer fondu qui est veraé directement dans un écpie
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d'affinage par l'oxygène;
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Fig. 2 représente un schéma, analogue montrant une aux forme de réalisation de la présente invention suivant 4u fer fondu contenant du chrome est, versé directement dans m venir
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pient d'affinage par l'oxygène;
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Fis. 3 montre une çutre tome de réailsat-ion de la Priez aente invention suivant laquelle d'autres alliages tels que du nickel, du manganèse., du titane, du ntobium, etc, peuvent être ajoutés au récipient d'affinage par l'oxygène, 9% en le dir<.
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Bien que le procédé sera illustré par la irisation
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d'acier inondable type 430, Il y 4 Heu de n9teï' eu? 4faUtr$ types de fer et d'acier theroesists pet 9<!'re prQ4#4 grâce au procédé de la présente invention.
En péféiôinfie m bÇb6** d'opérations successives de la Fig. 1, du ffr è l'état fondu pro tiquèrent exempt de chrome à environ 24.00 à 2900'F (1315 i 15900ci en même temps que des agglomérés et de la chaux est intro4t4t di- rectement dans un récipient âeafri4iage par l'oxygène en provenais,* d'un haut fourneau ou d'un atitre type de four à combustion, Le
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récipient d'affinage par l'oxygène est de préférence susceptible
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de tourner de manière à faciliter la transmission de chaleur nécM saire à la :nasse fondue et à protéger le doublage à l'intérieur du récipient de la surchauffa.
La masse fondue est ensuite oo%mi#f4 à un courant d'oxygène dans *equel le silicium, le phosphore et , le carbone de la niasse fendue sont oxydés et soutirés co< pro4Vt<f
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gazeux ou sous la forme d'une. scorie initiale ou préliminaire
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par réaction avec l'oxygène.
A une température d'environ 1000? (1700 C) ou plus, ce qui a pour résultat une diminution nette de l'affinité du chrome pour l'oxygène, de la chromite (minerai de
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chrome) et de la chaux sont .introduites dans le récipient d'affi" nage et forcent par la reprise de l'insufflation d'oxygène une scorie riche en Cr203' LA masse fondue est maintenue à une te,pr.. ture favorable comprise entre 2800 et 34000F (1540 et 18700C) et des alliages de ferrochrome et/ou des déchets d'acier sont t,xp duits dans le récipient d'affinage en quantités suffisantes pour élever la teneur en chrome dans l'acier jusuu'à de 14 à 18%,.
En se reportant à nouveau à le Fig. 1, bien que cette réaction puisse être réalisée dans le récipient d'affinage par l'oxygène, à titre de variante, il peut être avantageux de verser
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la scorie riche en C%'203 dans un récipient de réaction t,xan$po table ou dans une poche de coulée conque à cet effet, et d'a,jo!t alors le silicium ou les alliages de silicium au ferrochrome pen- dant l'opération de versement.
L'alliage à haute teneur en chrome ainsi produit et appela "métal de retour" peut alors être ;ri1.1'en dans l'acier restant dans le récipient d'affinage par ifoxygbnp pour amener l'acier inoxydable à une composition désirée ou il peut être coulé directement en un lingot et utilisé dans unw e,ri' ultérieure, lorsqu'on récupère le chrome dans le récipient 4* g4gçm tion, une scorie finale de base est produite et peut être rainer4d* au récipient d'affinage par l'oxygène pour un traitaient ultérieur.
Dans ce cas, cette scorie finale diminue la ouantité d'aggloméré et de chaux nécessaire au début de la réaction lorsque le récipient d'affinage par l'oxygène est en opération continue.
Suivant la òrne d'exécution modifiée de la présente invention telle nue représentée sur la Fig. 2, du fer contenant du chrome peut être utilisé au lieu du fer pratiquement exempt de c..rome obtenu normalement dans un haut fourneau. Ce fer contenant
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du chrome peut être produit dans le haut fourneau par l'in.PQ4o\,
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de minerais comportant du chrome avec les minerais de fer dans le fonctionnement normal du four. Une forme de réalisation modifiée de la présente invention comprend la -réparation de coke compor- tant du chrome au lieu d'Utiliser dès minerais comportant eu chrome mélanges! s.vec les minerais de fer.
Dans chaque cas, du silicium est présent dans des quantités suffisantes pour réduire les pertes en chrome dans le récipient d'affinage par tandis que la température est élevée jusqu'au point où le chrome s'allie avec le fer pour former de l'acier inoxydable. Cette température est de l'ordre de 3100 F (1700 C) ou plus.
L'introduction de silicium dans le fer comportant du chrome produit une réaction exothermique pendant 2'insufflation d'oxygène oui inverse les affinités du carbone et du chrome pour l'oxygène, suite à quoi le silicium et le carbone sont brû@és dans le récipient d'affinage par l'oxygène avant que le chrome soit perdu par oxydation. La réaction exothermique provoquée par l'oxy- dation du silicium élève rapidement la température du fer contenant du chrome jusqu'à 3100 F (1700 C) ou plus, température à laquelle la perte de Chrome due à l'insufflation d'oxygène est fortement ré- duite.
Dans de tels cas, jusqu'à environ 5% de silicium sont satis- faisants pour éviter l'oxydation du chrome jusqu'à ce que le degré désiré de température soit atteint. Le carbone présent dans le fer contenant du chrome brûle simultanément avec le silicium dans le récipient d'affinage par l'oxygène jusqu'à ce que le carbone et le silicium atteignent un niveau faible avantageux. Suivant celte forme de production d'acier inoxydable on préfère utiliser le fer con- tenant du chrome à une composition proche de l'eutectique dans le système fer, Chrome, car'bone, silicium, et comprenant environ 5 à 2fyi dé chrome et environ 0,50 à 5,00% de silicium.
La chaux et la chromite (minerai de chrome) sont ajoutées au récipient d'af- finage par l'oxygène au lieu de l'aggloméré et de la chaux lorsque ' du fer contenant du chrome est utilisé avec pour résultat que le récipient est en fonctionnement jusqu'à ce que le carbone atteigne
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le degré faible optimal* Lorsque la teneur en chrome du fer conte- nant du chrome n'atteint pas un niveau initialement élevé (par exemple 8 à 15%) il est alors avantageux d'élever la teneur en chrome dans l'acier inoxydable par l'addition d'alliages de ferro- ' . chrome et de déchets d'acier en quantité suffisante pour produire la teneur en chrome désirée.
Comme dans l'exemple précédent, en uti- lisant du fer ne contenant pas de chrome, la teneur en chrome de la scorie de base riche en chrome provenant de l'oxydation à l'in- térieur du récipient d'affinage par l'oxygène peut être récupérée dans le récipient d'affinage par l'oxygène ou dans un récipient de réaction par l'addition d'agents réducteurs, tels que du ferrochro-
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top du Silicium OU d'autres &133ages de fer. Dans ce dernier cas, l'alliage à h4uto teneur en chrome ainsi produit peut être alors frtlnèné dans le récipient d'affinage pai'L'oxygëne dans des proportions suffisantes pour amener l'acier inoxydable à la composition désirée.
La présente invention envisage la fabrication de fer comportant du chrome à partir de coke contenant du chrome. Cela est réalisé fin introduisant du minerai de chromite dans un haut fourneau ou dans un autre type de four à combustion en mélangeant tout d'abord le minerai de chromite dans le charbon qui est intro-
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duit Sans le tour à coke. Plus particulièrement, du charbon brut ou en morceaux peut être broyé jusqu'à obtenir une finesse suffi- Ittntl pour faire passer ë0 en poids par des ouvertures de mailles de 1/K pouce (1,2 3nt, et du minerai de chromite ayant environ 3 mallléi est mélangé avec le charbon broyé. Le mélange de minerai de ehromite et de charbon est alors introduit dans un four à coke ordinaire et est soumis à unechaleur d'environ 2AOO"F (1115C) pour transformer le charbon en coke.
Les particules de minerai de chrome en étant mélangées avec le charbon de cette manière sont dispersées complètement dans toute la structure du coke. Dans un tel cas, le
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matériau comprenant du chrome contient environ 20,0' en poids du mélange sur la base d'un minerai de chromite contenant environ 'os en poids de Cr2018 Lors de l'enlèvement du ookbycomportant du chrome
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du four à coke et lors de l'introduction dans un haut fournée les particules de minerai de chromite se déplacent vers la zone des tuyères du four où elles sont rapidement chauffées jusqu'à une température de réduction et s'allient facilement avec le fer lors- qu'elles descendent vers la sole du four.
L'emploi de coke de cette manière permet une charge nor- male du haut fourneau ou des autres types de fours à combustion car le minerai du chrome ne devient cas actif avait eue le coke ne soit consumé dans la partie-inférieure du four. Par exemple, à la température élevée de la zone des tuyères, le Fe0 et le Cr203 comprenant le minerai de chrome sont réduits en chrome métallique et en fer. Comme ces éléments sont intimement enfermés dans le cristal du minerai,la formation immédiate d'un alliage de fer et de chrome en résulte. Les articules de ferrochrome ainsi produites sont dissoutes dans le fer fondu pendant cu'il descend versais sole du four.
Le minerai de chrome étant un matériau fortement réfrac- taire n'est pas libéré dans la masse fondue avant que le consti- tuant carbone du coke ne soit consumé et, dès lors, le chrome dans le coke ne peut participer à la réaction qui s'effectue à l'inté- rieur de la cheminée du four au-dessus de la sole. C'est pour cette raison que les particules de chrome sont libérées à @ne faible hau- teur dans le four et comme elles sont solubles dans le fer fondu, elles sont immédiatement dissoutes par le fer dans la sole.
En pro- duisant ainsi du fer avec une teneur en chrome de 5 à 25%, le mtal dans la sole est dans la zone eutectique du système fer, chrome, carbone, silicium et les difficultés bien connues de la production de ferrochrome dans le haut fourneau ou dans un autre type due four à combustion sont évitées.
Comme autre réalisation, cue ce soit dans le cas où l'on utilise du fer contenant du chrome ou dans le cas où oh utilise du fer ne contenant pas de chrome, des éléments d'alliage tels que du nickel, du manganèse, et d'autres métaux à faible teneur en carbone peuvent être ajoutés à la charge pendant les phases finales .
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de l'oxydation pour régler la teneur en ces éléments de racler inoxydable.
Ces additions d'alliage sont indiquées dans le Fig. 3.
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Plus ::articu11èrement, et en référence à la Fig. le des dessins, un haut fourneau ou un autre type de four à combustion
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est représenté en le età partir de ce four, z0 livrés (1016 kg) de fer contenant 0,7'5, de silicium et 4,20 de carbone sont coulées z environ 27000F (1480oc) dans un récipient rotatif d'affinage par l'oxygène représenté par le rectangle 2.
Suivant la mise en ,rat1 que normale, les limites supérieures et inférieures de la gamme pré- férée pour les teneurs en silicium et en carbone à l'intérieur du
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four h la température de coulée désirée sont les suivantes : 0,50 à 5,00 Si
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4,50 à '3,00,; C Reste fer 21.00 à 2900"F (1315 à 1590*C)
Si le fer provenant du four est pratiquement exempt de phosphore, alors une opération de formation de scorie préliminaire (élimination de la scorie) n'est pas nécessaire. Cependant, si du
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Phosphepo est wt'ttvnt dans de lalopol't.1ons désavantageuses, une opération de formation préalable de scories est avantageuse 'Jour éliminer ..e phosphore.
Dans une technique normale, 2,2% d'agglo- mères ou de minerai de fer et 2,5; de chaux sur la base du poids du fer dans la charge, ainsi qu'indiqué en 3, sont introduits dans le récipient d'affinage par' l'oxygène. La chaux utilisée dans le procède est une chaux éteinte du commerce qui titre environ 9'Si de CaO avec environ 5, d'impuretés, telles que de- la silice et de l'alumine. L'oxygène représente par le rectangle 4 est alors intro- duit dans le récipient d'affinage jusqu'à ce qu'une crémière scorie ou scorie préliminaire, lorsque des quantités indésirables de phos- phore sont présentes, se forme en 5,
ce ui a pour résultat une composition typique comme ci-dessous
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4 , 1i Ciao 3J.,lÎ: B102 ""\ 3, a, FeO
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Le reste pour faire look comprend du MgO, de l'alumine, du A1203.. , du phosphore, du P2 '5 et de l'oxyde de manganèse.
Lorsqu'une opération d'élimination préliminaire des scories est indiquée suite à une teneur en phosphore ainsi que mentionné ci-dessus, il est avantageux de verser la scorie lorsque le phosphore présente un point prédéterminé peu élevé, ce qui se
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produit lorsque le carbone représente environ 0,20 à 0,70. Après que la scorie préliminaire ait été décantée du récipient d'affinage ! et pendant que ce dernier est en rotation, une seconde décarbu-
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ration avec de l'oxygène ou une insufflation commence, ainsi qu'in- diqué par le rectangle désigné par 6. Au début ou pendant la seconde insufflation, environ 4,;. du minerai de chrome et 6,17/. de la chaux sur la base du poids du fer dans la charge sont introduits dans le récipient d'affinage par l'oxygène ainsi qu'indiqua par le rectangle en 7.
Pendant la seconde insufflation, des alliages de
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ferrochrome et/ou des déchets d'acier compatibles avec le maintien d'une température élevée avantageuse dans la masse fondue, par exem-
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ple 3100 F (1700 C) ou plus, sont ajoutés au récipient d'affinage par l'oxygène ainsi qu'indiqué par le rectangle désigné par 8.
Avant la fin de la seconde insufflation, la composition de l'allia-
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ge d'acier est à peu près la suivante 14,92% Cr
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0$06% C 0,00% ai Reste : fer La température optimale de la masse fondue pendant la
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Seconde Insufflation est environ 3OO6F (7.7b0 C) ou plus.
La teneur en chrome de la scorie de base riche en chrome qui titre environ 15% Cr2o3$ wei CaO, et 25% 8102p le reste étant du fer, du 'LI203 et du MgO, est alors récupérée en faisant réagir cette scorie avec du silicium sous la forme de silicium ou d'un alliage de silicium au ferrochrome ainsi qu'indiqué par le rectangle en 9. Ainsi qu'il ressort du schéma d'opérations successives, cette réaction peut être réalisée dans le récipient à oxygène, ou.
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11 peut être avantageux, dans certains cas, de verser la scorie provenant du récipient à oxygène dans un récipient de réaction trans portable ou dans une poche de coulée, ainsi qu'indiqué par le rectangle désigné par 10. Dans ce dernier cas, le silicium ou l'alliage de silicium au ferrochrome est de préférence ajouté au courant fondu au cours du déversement du récipient à oxygène dans le récipient de réaction en assurant ainsi un mélange convenable des additifs dans la scorie.
La scorie initiale ou liée formée à l'intérieur du récipient de réaction indiquée par le rectangle désigné par 11 peut varier en composition comme suit :
2 à 3% Cr203
40 à 55% CaO
20 à 40% Si02
Du silicium ou des alliages de silicium au ferrochrome sont alors ajoutés au récipient de réaction comme agents réducteurs.
Le mélange du silicium ou des alliages de silicium au ferrochrome à l'intérieur du récipient de réaction par réaction chimique réduit le Cr203 à environ 0,7%, le CaO à environ 51,8% le reste étant constitué par environ 38,11% de Si02 et du Fe0, de A'A1203 et du Mg0. Cela produit une scorie finale indiquée par le rectangle désigné par 12. La scorie finale peut alors être remise en circula- tion dans le récipient d'affinage par l'oxygène 2, ainsi qu'indiqué par les traits interrompus et dans ce cas l'aggloméré et la chaux représentés en 3 sur le schéma d'opérations successives peuvent être éliminés de la charge lorsque le récipient d'affinage par l'oxygène est en fonctionnement continu.
La composition du chrome métallique après la formation de la scorie à l'intérieur du récipient de réaction titre environ 60,4% Cr, 18,2% Si, 0,03% C, le reste .tant du fer indiqué par le rectangle désigné par 13 et intitulé "métal de retour'.
Les limites supérieure et inférieure de la gamme préférée du chrome métallique produit dans le récipient de réaction sont les suivantes :
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59 à 80% Cr 20% Si maximum
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0,20% C maximum
Reste t fer
Pendant que le chrome est produit dans le récipient de, réaction, le métal restant dans le récipient à oxygène est analyse* Si ce métal nécessite plus de chrome, alors le chrome du récipient de réaction est ramené dans le récipient à oxygène dans les pro- portions désirées ou nécessaires pour amener la teneur en chrome jusqu'au niveau désiré. Si le métal de retour provenant du réci- pient de réaction n'est pas immédiatement désiré ni nécessaire, il
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est alors coulé et utilisé lors d'une charge ultérieure siasi u)1n diqué par le rectangle désigné par 14.
Pendant la seconde insufflation, la proportion d'alliages ou de déchets ajoutés et le moment auquel ils sont joutes varient .
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Cela dépend de la mesure dans laquelle la réaction M 'effectue à l'intérieur du récipient à oxygène. à clef du fonctionnement est la.1>empére;cure élevée à laquelle le récipient fonet.'.onras, mats en pratique, l'observation du volume et do la couleur aie la flamme émise par le récipient détermine le moment et la proportion d'allia- ges de ferrochrome ou de déchets à ajouter au récipient. Per exemp1., la vitesse à laquelle les alliages ou les déchets sont ajoutés est critique. Elle est déterminée par l'observation et le maintien
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de la flamme de carbone au volume désiré et pendant une durée 1ndt.- quée.
En pratique, les alliages ou les déchets ne sont pas ajouté$ avant que la flamme pour la seconde insufflation ne soit vraiment bien établie, Le matériau est ajouté aussitôt que la flamme est bien établie, Les proportions sont Introduites plus rapidement
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ou plus lentement suivant les exigences pour maintenir la 11&1l1li' établie etTTa températureelevée désirée de la masse fondu*. La proportion totale d'alliages ou de déchets de fer introduits est calculée au préalable suivant le pourcentage désiré dans la coulée finale, lorsque la flamme de carbone diminue d'intensité, le car.' .
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bone représente environ le pourcentage le plus faible qui peut être obtenu.
Durant l'insufflation d'oxygène, on peut choisir entre des alliages à teneur élevée en carbone ou des alliages à faible teneur en carbone. Il est préférable, cependant, d'utiliser des alliages à teneur élevée en carbone pendant l'insufflation et des alliage* % faible teneur en carbone à la fin de l'insufflation*
A un moment proche de l'achèvement de la seconde insuffla- tion d'oxygène, si l'on désire plus de chrome, le métal de retour provenant du récipient de réaction ou une quantité supplémentaire de ferrochrome à basse teneur en carbone peut ê tre introduit dans le récipient à oxygène. Cela peut être réalisé simplement par une opération de mélange résultant de la rotation du récipient à oxy- gène.
Au moment de l'achèvement de ce mélange, le métal est versé du récipient à oxygène dans une poche et lorsqu'il a atteint la température convenable il est coulé ainsi qu'indiqué par le rectan- gle désigné par 15. le produit coulé final peut peser environ 2975 livres/ 1347 kg) et a une composition d'environ 16,17% Cr, 0,056% C, 0,013% 8, 0,002% N2' le reste étant principalement du fer. lies limites supérieure et inférieure préférées du chrome et les limiter maximales pour les autres ingrédients constituant le produit coulé final sont les suivantes
14 à 18% Cr 0,12% C maximum 1% Si maxinum
1 % Mn maximum
0,040% P maximum
0,030% S maximum
Reste :
fer
Suivant l'autre forme de réalisation du procédé décrit ci-dessus et en référence à la fig. 2, un haut fourneau ou un autre type de four à combustion est représenté par le rectangle désigné par 16, et dans ce four 2240 livres (1016 kg) de fer contenant; du chrome produit à partir de coke comportant du chrome et conte-
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nant du silicium dans des proportions suffisantes pour éviter
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1'64at1n du chrome sont versées directement dans un récipient d'affinage par l'oxygène indiqua par le rectangle désigné par 17 à environ 2k4GF (3.:
4G'C Les limites supérieure et inférieure et la gamme de températures correspondante du fer comportant du chrome qui est introduit dans le récipient à oxygène sont les suivantes :
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5 à, 25% Cr 0,50 à 5,00% Si
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3,00 à 5poo% c Reste g for 2400 à 2900 1 (131$ à 1590C). lorsque la chaleur, rapidement élevée par la réaction exothermique produite par l'oxydation du silicium dans la masse
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tondue, atteint la température de 32000F (1760 C) ou plus portr réduire l'oxydation du chrome, le récipient d'affinage par loxygne est rempli d'environ 8,'p de minerai de chrome et d'environ 2,7% de chaux sur la bade du poids dû fer dans la charge, ainsi qu'in-
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diqué par le rectangle daigne par 18.
La masse fondue est alors Soumise à une décarburatiôn ultérieure avec de l'oxygène ainsi qu'indique par le rectangle en 19. La réaction est maintenue
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jusqu'à ce que le carbone brûlé à un degré faible optimal.
Par exemple, la composition à l'intérieur du récipient à oxygène est la suivante : 12,93% Cr
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0, 00$ Si 0,06% C
Reste :: fer
Lorsque la teneur en chrome du fer contenant du chrome initialement n'a pas un niveau élevé (par exemple 8 à 15%), on ajoute à la masse fondue à une température comprise entre 2800
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et 3400'F (1540 et l870"C) environ ou d'alliages de ferrochro- me qui peuvent comprendre environ 65pO% Cet, 0,50% Si et 0,05$ C en
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atnt temps Clú'tfiftfO*, '2.-4C de déchets qui peuvent comprendre envi- roi 16,2' Or et O,056 è sur la base du poids du fer dans la Charge; on obtient ainsi la composition suivante :
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13,23% Cr O,006 a 0,00% Si Reste t ter Lorsque la flamme à l'intérieur du récipient d'oxygène
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Commence a t'affaiblir, on sait que le carbone est présent i i11 pourcentage minimum et à ce moment l'insufflation d'oxygène Mt arrêtée et là masse fondue est prête pour la coulée ainsi qu'in- - -a'tq,,¯4-.tm if. ie nouveau I titre de variante, la scorie peut être versée dans le récipient de réaction 21 dans lequel le procédé correspond à celui qui a été décrit plus haut lorsque du fer ne Contenant pas de chrome est utilisé comme charge et ainsi qu'indi-
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que en O-26 dans le schéma d'opérations successives.
Dans un tel cas; le "métal de retour" provenant du récipient à oxygène qui comprend environ 6',9 a êt6% Si et OeO3% C, est ramené au réel. pient & oxygène, si nécessaire, pour élever la teneur en chrome jusqu'au niveau désiré. Dans un tel cas, l'acier inoxydable dans le produit Coulé final a une composition apparente d'environ 16,25% Cr,
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de56% bzz, b,4so Éi, 0,013 P, O,013 S, 0,002% N2$ le reste étant 4i* fer* iet limites supérieur et inférieure préférées pour le chrome et les limiter maximales pour les autres ingrédients dans le produit coulé final sont à peu près les suivantes :
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à z Cr 0,12% C maximum 1% Si maximum 1% Mn maximum
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0,0lez maximum 0,030% S maximum
Le procédé désigné par le rectangle 28 de la fig. 3 Indique que des alliages avantageux peuvent être utilisés ou
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Introduits dans le récipient d'affinage par l'oxygène après que l'insufflation d'oxygène ait été achevée. Ainsi qu'indiqué,ces
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additions d'alliage peuvent être effectuées lorsqu'on utilise du fer seul comme charge, ou lorsqu'on utilise du fer contenant du chrome comme charge.
Ces ingrédients sont des métaux à bas carbone.
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Ceux-ci ont, bien entendu, pour effwl de refroidir le bain Mais à ce moment la température est déjà trop élevée pour la coulée. Les produits désignés par l'expression autres alliages, peuvent être soi@ des éléments soit des alliages d'éléments tels que, par exemple, du
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ferronickel ou du nickel, du manganèse métallique ou du f erroman- ganêse, du titane métallique ou du ferxatitane. Dans certains cas. lorsque nécessaire, du niobium peut être ajouté sous la forme de ferroniobium.
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Dans les cas ou des alliages à bas carbone sort ajoutée au récipient à oxygène, les alliages de ferrochrome et les add1... tioris de riblons peuvent varier entre bzz, et 3)>>'% pour produira un acier inoxydable final dont la composition est la suivante t 18,2':' Car 9, 10% Ni ¯J),056% C ¯¯¯ ¯ ¯ 0, 5a Si
0,013% P 0,013$ S 0,002% N2
Reste fer
Il ressort de la description ci-dessus du procéda de préparation d'acier inoxydable que son application a de scabreux avantages importants.
Grâce à la chaleur importante produite à l'intérieur d récipientà oxygène pendant l'insufflation, les charges fondues de fer peuvent être transférées directement d'un haut fourneau ou. d'un autre four du type à combustion en conservant ainsi l'énergie qui, autrement, serait nécessaire pour fondre une charge solide*
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D'autres avantages sont les suivants la consommation de matériaux réfractaires est réduits en réalisant le procédé dans des installations conçues spécialement pour ces buts; des récupérations importantes de chrome sont possible pendant l'affinage par l'oxygène grâce à l'élimination du compromet de limites de température qui existe dans les procédés classiques;
on réduit la proportion de silicium nécessaire pour récupérer le chrome qui est oxydé par la réaction d'affinage par l'oxygène en réalisant ainsi une économie; il y a élimination complète d'une formation d'azote dans le récipient de réaction due à l'absence d'un arc électrique et on particulier le procédé de la présente invention a pour résultat une expulsion de l'anote atmosphérique par la formation d'autres gaz.
Essentiellement, l'invention rend la fabrication d'acier inoxydable finalement indépendante de sa longue subordination au four à arc électrique et au marché de riblons avec les..variations de disponibilité, de prix et de qualité qui s'y associant, ce qui a pour résultat un acier inoxydable qui contient des éléments nocifs sous forme de traces à des niveaux inférieurs à ce qui était jusqu'ici possible avec les procédés existants*
Comme l'invention peut être réalisée de différentes manières et comme de nombreuses modifications peuvent être appor- tées aux formes de réalisation données ci-dessus,à titre d'illus- tration,
il est bien entendu que les variantes décrites ici ou représentées dans les dessins annexés doivent être considérées comme illustratives seulement et comme ne limitant nullement la portée de l'invention.