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Il Prooédé de fabrioation d'acier à partir de fonte".
Priorité de la demande de orevet déposée en Alleage
La fabrication de l'acier à partir de fonte Martin, c'est-à-dire de fonte ayant à peu près la composition suivante:
3,5 à 4,5% de 0
0,7 à 4,0% de Mn
0,3 à 1,3% de Si
0,08%d P ou plue 0,06$ de S au maimum a lieu habituellement dune des fours marin-Siemens. En outre, on connaît la fabrication d'acier à partir de fonte Martin par u procède d'affinage a soufflage par en haut. Dans ce procédé,
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on insuffle, par des tuyères refroidie à l'eau, de l'oxygène à 99,55 de pureté sur le bain situé dans un creuset.
La fabrication de l'acier à partir de fonte Thomas, c'est- à-dire de fonte composée environ de
3,4 à 4,0% de 0
0,8 à 1,3% de Mn
0,3 à 0,6% de Si
1,3 à 2,0% de P
0,04 à 0,08% de 8 a lieu habituellement par affinage, dans un convertisseur à revêtement basique à soufflage par le fond, avec de l'air ou un vent de soufflage enrichi en oxygène jusqu'à environ 40%.
On ne peut pas utiliser des teneurs en oxygène plus élevées pour des raisons de conservation des fonds de convertisseur*
Gomme, dans un très grand nombre d'aoiéries, on doit fabriquer de l'acier aussi bien à partir de fonte Martin que de fonte Thomas, il est nécessaire d'utiliser, pour le traite- ment de la fonte Martin et de la fonte Thomas, des installations différentes. Habituellement, de telles aciéries comprennent d'une part une installation Martin-Siemens ou une installation d'affinage à soufflage par en haut et, d'autre part, une instal- lation Thomas.
L'appareillage, les frais d'entretien et les frais de main-d'oeuvre d'une telle installation d'aciérie en deux par- ties sont considérables. Le même état de choses existe lorsqu'une installation d'aciérie fonctionne uniquement par le procédé d'affinage à soufflage par en haut et qu'on traite ainsi dans un creuset aussi bien de la fente Martin que, d'après un procédé modifia de la fonte contenant jusqu'à environ 2% de phosphore, car, pour le traitement de ces dernières sortes de fonte, des appareillages supplémentaires, par exemple pour le soufflage de chaux finement pulvérisée avec l'oxygène, ainsi que des opéra- tions supplémentaires,telles que le changement de scorie,
sont
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néoessaires.
Les inconvénients mentionnés ci-dessus devaient jusqu'à présent être acceptés par l'industrie sidérurgique, oar il n'existait aucune possibilité de changer quoi que ce soit à cet état de choses.
C'est alors qu'intervient la présente invention. Elle a pour but de fabriquer de l'acier de qualité Martin aussi bien à partir de fonte Martin qu'à partir de fonte Thomas d'une manière très simple et surtout beaucoup plus économique qu'on ne le pouvait jusqu'à présent en utilisant un groupe de pro- duotion unique, à savoir un convertisseur basique à soufflage par le fond.
L'invention a pour objet un procède de fabrication d'acier à partir de fonte par affinage à soufflage par le fond au moyen d'un vent dont la teneur en oxygène, pendant l'opéra- tion d'affinage, et par exemple momentanément seulement, est enrichie jusqu'à environ 48%/ Selon l'invention, dans un con- vertisseur basique à soufflage par le fond, on produit d'abord par soufflage de l'aoier à partir de fonte Martin, tout en amenant la soorie correspondante dans un état compris entre l'état pâteux et l'état solide, on laisse cette scorie dans le convertisseur après évacuation du bain de fonte à la fin du soufflage,
on y mélange de la ohaux et l'on introduit dans le môme convertisseur de la fonte Thomas que l'on affine pour obtenir de l'acier*
Pour amener la scorie à l'état pâteux mentionné ci-desus, il existe plusieurs possibilités selon l'invention et, dans le cadre des opérations décrites, on peut opérer de façon telle qu'un excès considérable de chaux soit admis dans le bain de fonte Martin.
Si par exemple un bain nécessite 50 kg de ohaux par tonne, il est recommandé, selon lonveitonk,d'augmenter la quantité de ohaux jusqu'à environ 80 à 100 kg/t. Il en résulte
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qu'à la fin du soufflage la scorie n'est liquéfiée que pour une très faible part et que la soorie pâteuse demeure dans le con- vertisseur sans difficulté opératoire lorsqu'on vide le bain .de fonte Martin après la fin du soufflage. On n'ajoute à la scorie que le complément de chaux nécessaire pour le bain Thomas, on introduit la fonte Thomas et l'on effectue le soufflage de celle-ci.
On peut aussi, éventuellement en combinaison avec le mode opératoire qui vient d'être décrit, pousser l'allure du convertisseur avec une faible pression de vent, environ 0,5 atmosphère effective, après avoir vidé le bain de fonte Martin ayant subi le soufflage, tout en laissant la scorie correspon- dante dans le convertisseur et, pendant qu'on pousse ainsi l'al- lure, ajouter la quantité de ohaux qui manque encore pour le bain Thomas, de sorte que cette chaux se mélange bien avec la scorie restante.
Une autre mesure qui aide à augmenter la viscosité de la scorie consiste à ajouter au bain de fonte Thomas, après que son affinage est presque terminé, des produits fournissant du carbone, de préférence des matières contenant à la fois du car- bone et du fer, telles que de la fonte granulée, des briquettes de fer carburé ou autre matière analogue. Sous l'effet réduc- teur du carbone, la teneur de la scorie en oxyde de fier agissant comme fondant est diminuée; la fusion du fer refroidit le bain, ce qui aide également à rendre la soorie plus difficilement fusible.
L'addition des matières qui viennent d'être mention- nées procure aussi un autre avantage ;si le bain est eecessi- vement soufflé ou si vers la fin du soufflage il a une tempé- rature trop élevée, deux choses qui peuvent se produire assez facilement, le bain présente une trop forte teneur en oxygène, circonstance dont l'effet défavorable sur la qualité de l'acier final ne peut pas être éliminé par les procédés habituels de
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désoxydation seuls.
Aveo des bains de oe genre le carbone ajouté avant la coulée, par suite de sa grande affinité avec l'oxygène, a en outre pour effet que le produit de réaction des deux élé- monte, c'est-à-dire l'oxyde de carbone, est chasse du bain, de aorte que la teneur en oxygène de celui-ci est abaissée. La désoxydation effectuée ensuite ne conduit alors plue à une te- neur en alumine indésislemetn élevée dans l'acier final.
Avec le procédé proposé par l'invention, que l'on peut appeler procédé combiné ou procédé jumelé, on obtient des sien- tages extrêmement importants de diverses sortes.
Avant tout, la capacité d'une aciérie Thomas cet accrue de 10 à 15% environ par ce prooédé, et cela grâce aux mesures suivantes: a) dans l'affinage du bain de fonte Martin, on économise, par rapport à un bain Thomas, environ 2,5 mn de soufflage sup- plémentaire par coulée; b) on supprime le soutirage des scories du bain de fonte Martin.
On obtient ainsi encore une économie de 3 mn par coulée; c) grâce à la température élevée de la scorie qui reste dans le convertisseur après le soufflage du bain de fonte Martin, les réactions du bain Thomas sont plus rapides, ce qui donne encore un* économie de temps de soufflage d'au moins 1 un envi- ron par charge. La chaleur disponible peut être utilisée pour la réduction de minerai ou pour la fusion de ferraille.
Le procédé de l'invention se montre aussi très avataexu au point de vue de l'économie de matière. On économise au total environ 255 de chaux. Alors en effet que, dans l'exécution usuel- le de l'affinage de la fonte Martin et de la fonte Thomas dans des installations séparées, un total d'environ 180 kg de chaux par tonne est nécessaire, la consommation de chaux avec le procédé de l'invention n'est que de 130 à 140 kg/t environ. Au point de vue de l'économie de chaleur, ce procédé se montre très
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favorable oar la dépense de chaleur, qui dans le procédé Thomas usuel est nécessaire pour le chauffage et la fusion de la chaux, est en partie supprimée.
En outre, tout le fer contenu dans la scorie du bain de fonte Martin est rendu utilisable dans le bain Thomas qui suit, car l'oxyde de fer contenu dans cette scorie est largement réduit par les éléments d'accompagnement de la fonte Thomas, à savoir le silicium, le carbone et .le phosphore.
Le rendement du procédé de l'invention est ainsi considérablement meilleur que celui de l'affinage de fonte Martin ou du procédé Thomas, pris séparément.
D'autre part, le phosphore contenu dans la scorie de la fonte Martin a un effet favorable sur la scorie Thomas et est transformé en phosphate vendable. la silice contenue dans la scorie de la fonte Martin est aussi favorable à la scorie Thomas elle élève se teneur en silice et améliore ainsi sa solubilité dans l'acide citrique.
Enfin, le procédé selon l'invention procure aussi des avantages qui concernent l'acier.
Par la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on obtient à partir de fonte Thomas, avec sûreté, un acier final ayant un degré de pureté chimique particulièrement élevé avec un maximum de 0,02% de phosphore et un maximum de 0,02% de soufre. On ob- tient aussi des teneurs en azote particulièrement basses, envi- ron 0,003% en moyenne, si l'on soumet la fonte Martin, avant de l'introduire dans le soncertessur, à un traitement de pré- affinage, qui soaisse au-dessous de 0,2% sa teneur en silicium.
Il est recommandé d'affiner préalablement le bain dans la cuve ou dans le mélangeur avec un vent contenant 40 à 80% d'oxygène au moyen de buses immergées refroidies à l'eau. Dans le sour- flage de la fonte Thomas, on est en mesure, suivant les désirs et le mode opératoire, d'obtenir des aciers Thomas de qualité usuelle. En général, on préférera utiliser des mesures connues en elles-mêmes pour l'amélioration de la qualité de l'acier
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basique obtenu par affinage au vent.
On obtient une qualité semblable à celle de l'acier Martin en soumettant la fonte Thomas à un pré-affinage avant son introduction dans le conver- tisseur et eu effectuant le soufflage dans le convertisseur avec un vent d'affinage dont la teneur en oxygène est moment*, ndment enrichie jusqu'à 25 à 45$%.
Il est déjà connu, pour produire une scorie pauvre en fer dasn 1'affina au vent de l'acier Thomsa, de souffiler la scorie liquide finale d'une eharge précédente avec la fonte de la charge saiant, jusqu'à décaraburstuiob complète et dépgsopho- ration partielle et de soutirer ensuite la eoorie nous la forme d'une scorie pauvre en fer. On a aussi déjà proposé d'introduire la scorie à l'état liquide produite dans un four Martin dansun convertisseur Thomas comme addition de déphosphoration.
On a aussi déjà proposé d'introduire dans le convertie- cour des scories refroidies solides. par exemple des scories de four Martin, pour refroidir la charge et économiser une partit de la chaux nécessaire.L'utilisation d'une scorie froide solide a pour inconvénient qu'on n'utilise pas la chaleur contenue dans la scorie. En outre, cette manière d'opérer est compliquée et coûteuse, car elle comporte des frais de transport, des frais de broyage, eto. Elle n'a donc pas trouvé d'accès dans la pra- tique de l'aciérie.
Si cependant, d'après les propositions déjà connues, on opère en ajoutant de la scorie liquide d'un bain Thomas, il se produit des réactions très violentes, éventuellement explosi- ves.Dans tous les cas, il en résulte des déchets important., qui abaissent le rendement. Ces procédés n'ont pu. pour cette raison, s'imposer. Au contraire, on constate qu'avec le procédé élan l'invention, il ne ce produit pas de réactions violentes ni de phénomènes de projection indésirables.
On a aussi eu connaissance des tentatives pour affiner de
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@ la fonte Martin dans un convertisseur basique à soufflage par le fond. On a alors constaté qu'en affinant par l'air, la com-o bustion des éléments d'accompagnement et du fer nécessaire pour le réglage des scories donne une quantité de calories qui n'est pas suffisante à elle seule pour une exécution parfaite et ga- ratie en grosse exploitation de l'affinage par le vent.
Le pro- cédé n'apparaît comme possible que si l'on utilise de la fonte physiquement chaude avec une teneur minimale de 0,5% de silicium, Mais également, si ces conditions sont remplie., oe procédé n'est pas satisfaisant car, avec une telle teneur en silice, les diffi- cultes connues de soufflage de la fonte interviennent et, par ailleurs, les aciers affinés au vent sont situés, quant à la qualité au-dessous des aciers Siemens-Martin du fait de leur teneur élevée en oxygène, phosphore et azote.
On a également oharohé. dans l'affinage des fontes en convertisseur soufflé par le fond, à enrichir le vent en oxygène, de manière à améliorer de cette façon le bilan thermique du procéda. L'enrichissement en oxygène du vent est fixé de façon connue à une limite supérieure d'environ 50% pour la tenue des bains de convertisseur.
Il a été démontré que l'affinage avec un vent d'une teneur en oxygène maximale de 50% pouvait améli- rer favorablement le bilan thermique du processus d'affinage et que les aciers d'une telle nature fabriqués à partir de fonte présentaient aussi une amélioration de qualité par rapport aux aciers affinée à l'air. Oar l'acier ainsi fabriqué n'était pas de même valeur en tous points, plus particulièrement en ce qui concerne la teneur en azote, que l'acier Martin-Siemens (Publication "Stahl und Missen" 1953.
page 992) et de ce fait, l'affinage des fontes en convertisseur soufflé par le fond et à revêtement basique n'a trouvé que peu ou pas d'applications dans la pratique technique. la proposition conforme à l'invention d'affiner en acier,
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dans un même et seul convertisseur, aussi bien des fontes Martin que des fontes Thomas par application des mesures ci-dess dé- taillées,apporte,à cote d'autres grande avantages, un abaisse- ment conséquent du prix dans la fabrication de l'acier et n'est donc pas comparable aux procédés qui appartiennent à la teohni- que antérieurement connue.
Il va de soi d'ailleurs que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux phases de procède qui viennent d'être déorites.
Le résumé qui va suivre et qui ne présente aucun carac- tère limitatif a simplement pour but d'énoncer un certain nombre de particularités principales et secondaires de l'invention, ces particularités pouvant être prises isolément ou en toutes combinaisons possibles.
REXUME La présente invention comprend notamment ;
1 ) Un procédé d'élaboration d'acier à partir de fonte par affinage au vent, avec soufflage par le fond, vent dont la teneur en oxygène, au cours du processus d'affinage, peut être enrichie jusqu'à environ 455. procédé selon lequel, à partir de fonte, l'acier est soumis à l'action du vent dans un conver- tisseur '* revêtement basique et à soufflage par le fond, de sorte que la scorie correspondante est amenée à un état compris entre l'état pâteux et l'état solide, ladite scorie demeurant dans le convertisseur lors de l'évacuation du bain à la fin du soufflage, ladite soorie étant alors mélangée à de la chaux, puis, subséquemment,
l'on ajoute dans le même convertisseur de la fonte Thomas que l'on affine pour obtenir de l'acier.
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