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"Four pour la fabrication de l'acier et procédé pour la mise en oeuvre du dit four."
On connaît des fours dans de nombreuses formes d'exécution pour la fabrication de l'acier en procédant à un travail métallurgique au laitier. Dans un four à arc électrique, le travail d'affinage ne peut avoir qu'une étendue limitée et, de ce fait, sa charge brute ne peut contenir que de faibles proportions de fonte brute. L'action des élé- ments d'accompagnement gênants de la mitraille introduite est parfois
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plus désavantageuse que dans le four Siemens-Martin dont la charge en fonte brute est plus grande.
Les aciers électriques, fondus dans un four à arc électrique, présentent un degré de pureté élevé en ce qui concerne les inclusions non-métalliques, toutefois, en raison de l'io- nisation par le gaz dans 1'atmosphère du four, leur teneur en gaz dis- sous, plus particulièrement en azote et en hydrogène, est si élevée que ceci est considère comme une réduction de la qualité.
Ainsi que connu, la cinétique de la réaction laitier/bain ayant lieu dans le four, est essentiellement déterminée par les processus de circulation dans le bain. Etant donné que dans le four à arc élec- trique la réaction d'affinage en tant que génératrice de la circula- tion du bain, frit essentiellement défaut, les fours à arc électrique, plus particulièrement ceux à grande profondeur pour le bain et à dia- mètre élevé, ont été fréquemment équipés de bobines d'agitation qui, sans développer une action de chauffe, engendrent par voie inductive la circulation dans le bain.
Afin. de pouvoir également traiter des charges brutes ayant des proportions élevées de fonte brute, les aciers électriques sont fré- quemment fabriques par un double procédé. Dans /ce cas, la charge brute est d'abord pré-affinée dans un four à sole ou dans un convertisseur. ensuite la fusion est traitée dans un four à arc électrique dans le- quel 1. 'acier est achevé. En ne tenant même pas compte de la dépense élevée entraînée par l'installation, de la perte de température et de l'absorption d'oxygène lors de la transmission du four de pré-fusion au four à arc électrique, les aciers électriques, fabriqués au moyen ..le ce double procédé présentent naturellement également les teneurs élevées citées en gaz dissous.
De ce fait, pour la fabrication de l'acier en procédant à un travail métallurgique au laitier, on a déjà proposé des fours où un four Siemens-Martin et un four à arc électrique sont réunis en un ensemble. Au point de vue de la construction, un tel four combiné se présente sous la forme d'un four Siemens-Martin dans la voQte duquel sent disposées les électrodes pour l'arc électrique. En vue de fondre et J'affiner l'acier, ce dernier est chauffé au moyen de combustibles solldes, liquides ou gazeux, tandis que l'achèvement dans le même
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four est effectué avec un chauffage à l'arc électrique en excluant l' i air et le gaz.
Il est à noter qu'un tel four combiné est muni de deux dispositifs de chauffe différents qui, toutefois, ne peuvent pas être mis en oeuvre simultanément, mais uniquement l'un après l'autre. Les ; fours combinés connus sont munis d'une sole plate qui est désavantageu- se pour la formation d'une circulation suffisante, de manière que dans ces fours également l'utilisation de bobines d'agitation, inductives! est à conseiller.
En outre, dans la technique des procédés Métallurgiques, on con- naît des fours à induction à gouttière qui, toutefois, ne permettent pas un travail au laitier et qui ne servent principalement qu'à nain* tenir et à surchauffer les fers de fonderies à des températures com- prises entre 1300 et 1500 C.
L'invention est relative à un four pour la fabrication d'acier en procédant à un travail métallurgique @ laitier, four qui est équi- pé de deux dispositifs de chauffe différents, et l'invention concerne également un procède pour la mise en oeuvre du dit four.
En se basant sur l'état cité de la technique, l'invention vise à permettre la fabrication, avantageuse au point de vue des frais, d' un acier 5 degré de pureté élevé et n'ayant plus particulièrement que de faibles teneurs en soufre, phosphore et gaz et qui réunit donc les propriétés, avantageuses au point de vue qualité tant de l'acier Siemens-Martin que dun acier obtenu au four à arc électrique, sans toutefois présenter les désavantages de ces aciers. La solution du problème technique qui est à la base de l'invention, est obtenue plus particulièrement du fait que dans le système à deux phases bain/laitier on prévoit une répartition de la température qui favorise la cinéti- que de réaction et qu'on engendre un mouvement suffisamment fort du bain, indépendamment du déroulement dans le temps du travail métal- lurgique.
Par rapport aux fours connus, le four conforme à l'invention se caractérise du fait qu'il est subdivisé en un four supérieur, chauffe depuis le haut par un dispositif de chauffe permettant d'obtenir une température élevée du gaz ainsi qu'un rendement élevé, et en un four inférieur qui est formé par une ou plusieurs gouttières chauffées par induction électrique.
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Le four conforme à l'invention peut être exécuté de différentes manières en ce qui concerne les détails. Plus particulièrement, le four supérieur peut être équipé d'un chauffage à arc électrique ou bien d'un brûleur alimenté par un mélange combustible/oxygène,
Lorsqu'il s'agit d'un four à arc électrique, la température éle- vée du canal à arc électrique, formant une partie de l'atmosphère du four, est obtenue par voie physique au moyen d'une décharge de gaz, tandis que lorsqu'il s'agit du brûleur mentionné, elle est obtenue par voie chimique par la combustion du combustible au moyen de l'oxy- gène introduit.
Outre la température élevée du gaz, les fours des dif- férentes formes d'exécution conformes à l'invention ont en commun qu'ils présentent un rendement élevé (énergie de chaleur engendrée par tonne de charge du four).
Pour la mise en oeuvre du four conforme à l'invention, il est à conseiller que pendant la période du chauffage faisant suite a@ char- gement de la charge solide, l'énergie de chaleur nécessaire soit ame- née à la charge, au moins pour la plus grande partie, par l'intermé- diaire du chauffage du four supérieur. \près le chauffage, poussé par- fois jusqu'à la température voisine de la température de fusion, il est par contre plus avantageux que l'énergie de chaleur nécessaire soit amenée à la charge, au moins pour la plus grande partie, par 1' intermédiaire du chauffage par induction du four inférieur.
De cette manière on obtient une action intense de l'énergie pendant toute la fusion (y compris la période pour le chauffage), étant donné que lors- qu'il s'agit d'une charge froide, le chauffage au gaz à température élevée est plus rapide et plus économique, tandis que le chauffage par induction par l'intermédiaire du four inférieur de la charge ayant une température élevée est plus avantageux au point de vue de l'exploita- tion de l'énergie.
Lorsqu'il s'agit du procédé conforme à l'invention, le four est avantageusement mis en oe: vre de manière que le four inférieur, exécu- té sous la forme de gouttière à induction, soit chargé avec une charge fluide, plus particulièrement de fonte brute, tandis que le four su- périeur est chargé avec une charge solide, plus particulièrement de la mitraille. La charge solide est fondue essentiellement au moyen du
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chauffage du four supérieur et la charge du four est ensuite affile.
Afin de favoriser la réaction de l'affinage, l'invention conseille, er. outre, que le chauffage du four supérieur continue pendant l'affi- nage, de manière à obtenir un laitier chaud, apte à la réaction.
Lorsque le four est équipé d'un brûleur au combustible/oxygène, l'af- finage peut être favorisa davantage en prévoyant un excès d'oxygène.
Toutefois, lorsqu'il s'agit de supprimer la formation de fumée brune, il est à conseiller que le brûleur soit mis en oeuvre au voisinage du rapport stoechimétrique combustible/oxygène.
Lorsque, à la fin de la période d'affinage, la charge est essen- tiellement chauffée'par le chauffage à induction du four inférieur, la charge peut être reglée avec une grande précision à la température nominale, voulue dans chaque cas, pour la coulée. En outre, en procé- dant de cette manière, il est possible de réduire considérablement la dissolution dans l'acier à achever des gaz contenus dans l'atmosphère du four. Pour ces raisons il peut être avantageux qu'en pratique la charge soit maintenue à la tempéature nécessaire par l'intermédiaire de la gouttière à induction du four inférieur pendant toute la période de l'affinage.
Ceci est plus particulièrement valable lorsque, de manière connue on intercale un traitement sous vide de l'acier, par exemple entre l'affinage et le raffinage, afin d'obtenir des teneurs extrêmement faibles en gaz.
Le progrès technique, obtenu grâce à'l'invention, réside plus particulièrement dans le fait qu'au moyen d'une dépen.se beaucoup plus réduite pour l'appareillage et le procédé que celle entraînée par l' état actuel de la technique, il est possible d'obtenir des aciers au carbone non-alliés et alliés ayant .des teneurs particulièrement fai- bles en soufre, phosphore et gaz, plus particulièrement en azote et hydrogène.
L'invention sera décrite ci-après en détail à l'appui d'une for- me d'exécution illustrée au dessin annexé, dans lequel :
La fig. 1 est une coupe verticale d'un four conforme à l'inven- tion.
La fig. 2 est une coupe suivant le plan II-II du four de la fig.
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Suivant les fige 1 et 2, le four conforme à l'invention est formé par un. manteau métallique 1 muni d'un revêtement- réfractaire 2 et d'un couvx3e:Le 3. Ce four òrme un ensemble qui., suivant la ligne de sépa- ration de la fig. 1, est subdivisé en un four supérieur 4 et un four inférieur 5. Afin de faciliter les réparations, la paroi du four peut
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Otrc exécutée en plusieurs parties, par ex-piaple en deux parties (ce qui n'est pas représente au dessin), de Manière que le four inférieur et le four supérieur puissent être sépares l'un de l'autre. Le couver- cle 3 du four supérieur 4 est traversé par un dispositif de chauffe
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qui procure une tenl1.lérature élevée du gaz et un rendement élevé et qui, dans le cas représente, est forme par un brûleur à huile/oxygène 6.
Le fcuy inferibuf 5 comprend deux outtires 7, 8, séparées par un bras ;Oh.:"Un., bzz, Les gouttières 7, 8 sont chauffées par induction dlec- tr14ue par 1[in:czYCt;i:ctic,zre de la bobine a induction 10 qui traverse Í/al'tiellcmcnt le four inférieur S et qui est noyée dans un revêtement r0fr3ctirc 11 à refroidissement.
En principe, le four conforme a l'invention pour la fabrication d'acier en procédant à un travail métallurgique au laitier est Mis en .3uri: de la manicye suivante : Au \1.. but. du éharjerient, le four est chargé avec une charge de foute brutc fori.t3.nt environ 25 du 1 aids de la charge totale. Les j auttià:r<s 7, û çlu four inférieur 5 sont remplies d'une nasse fluide.
La ,..G,,() te:,ii;s on connecte le chauffage inductif du bain du iour infe- nem, J a rin . et.a5clrer des pertes de. telllpérature dans cette Masse flui- de. ensuite le four est charge de Mitraille et est fermé au Moyen du
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couvercle 3. Maintenant le mélange huile/oxy[;ène du brûleur b est al- lta;.,<à et la Mitraille est chauffée en accroissant le rendement du brQ- leur. Afin d'obtenir une action avantageuse de l'énergie, le rende- nent u lirtlleur .est réduit après le chauffage initial, tandis clue le rCl"deh1cnt du chauffage inductif est accru. Une aitraille qui est for- mée par des morceaux encombrants ,est introduite au fur et à mesure et est fondue.
En même temps on ajoute de la chaux et des additifs afin que le travail Métallurgique puisse débuter rapidement dans le four.
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Lorsque toute la charge est fondue, on procède à un travail d' affinage intense sous la couverture de laitier chaud, liquéfie entre- temps; le déroulement de la réaction d'affinage étant favorise davan- tage par le mouvement, obtenu par induction, du bain.
L'affinage est suivi par le raffinage de la fusion. A cette fin le premier laitier est enlevé et un laitier de raffinage est intro-
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duit. Le Houvoment, obtenu par induction, du bain procure l'action al- ternative intense voulue entre bain et laitier de raffinage qui est maintenu à une température suffisante pour se prêter volontiers à la
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réaction au moyen du brûleur 6 dont le rendement est maintenant r616 de manière à être faible. L'énergie de chauffe avenue au total au four
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pendant le raffinage, provient principalement du chauffage 1<lr isac- tion du four inférieur.
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La charge dont la composition et la température sont rt.'i1(.'c5 aux valeurs nominales voulues, est maintenant déversée dans des poches de coulée ou shlilaires. préparées à cet effet, cn culbutant le four.
Pour la fabrication d'un acier de la qualité SAle 4130, plus ort.î,cul..:r en6eW dans un four de 30 tonnes confornc a l'invention, on 1>rQcÇhl, pat' exeMple, de la manière suivante 7,5 tonnes de fonte d'acier brute fluide à 1280*C sont introdui- tes dans le four, tandis que le chauffage à 2000 kw. des gouttières est réglé à 35@ de leur rendement nominal.
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Immédiatemcnt après l'introduction de la fonte bruto, ce qui exige environ 5 minutes,le four est charge depuis le haut et à des in- tervalles de 15# 25 et 35 Minutes, de trois puniers à 8 tonnes de mi- traille, Après le chargement du premier panier, le brûleur a huile/ ox'I;izc, situe datie le couvercle du four, est allume et est mis en oeuvre avec un facteur d'air de 1,05 (le facteur d'air 1 représente le rapport entre la quantité d'oxygène amenée et la quantité d'oxygè-
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ne pour la combustion stoechionctrique totale). La rendement de chauf- fe Maximum du brûleur est de 12 millions kcal/h. En Même tenu's le rendeMent de la gouttière à induction qui, iiiitîaleniciit, est de 3S, est accru en 85 Minutes i'J. 35-95'e de son rendement nominal.
Ln olFosi- tion au four à arc électrique, il s'est avéré avantageux de ne char-
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ger les additifs formateurs de laitier, dans le cas présent lIe'u 1,^,
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de chaux et 100 kg de spath fluor, qu'avec le dernier panier afin de ne pas nuire à la transmission de chaleur depuis le brûleur jusqu'au bain fluide.
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A.';.'t9 140 minutes toute la charge métallique est liquéfiée et, avec une teneur en carbone de 0,68% et une teneur en fer de 11,8@ dans le laitier, le bain présente une température de 1540 C. A partir de ce moment le rendement du brûleur est réduit 3. 18-24%, cependant la va- leur du facteur air # est accrue à 2,30 afin d'obtenir une vitesse suffisamment élevée de l'affinage dans le bain.
Après une autre pério- de de 25 minutes et lorsque la teneur en C de l'acier est de 0,34%, le laitier (angle de culbutage du four : 7 degrés) est enlevé et après
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.'dlim.zzt.arz eiu résidus du laitier il 'ln..: température de 1660 C du bain,, on ajoute 400 kg, de chaux calcinée et 100 bzz de spath fluor.
":;xsws déconnexion du brûleur hlli° 3oxy;h.e, il se òrne rapidement une couche flttitte de laitier sur la surface du bain. La gouttiô..
1'0 = x steci 1 zl reste connectée pendant toute la période de l'élimina- tion <.1:1 laii;1. r. Apres addition de 140 ks de Pesai, 4(() kg de Fe!!n et 730 1.à de 1"ù(;;, il faut encore prévoir 35 Minutes pour obtenir la :v,isaiacau3e rc;ci:e pour 1t, coulle; afin d'obtenir la composition c<nuique voulue de l'acier de qualité SAli 4130, à savoir : 0,31 v O,S2 1 ' .ln; (1,7J % Si : 1,01 % Cr ; 0,olla P 0,010 ri s OeOO4 N ; - C)eOO2 t 0 cette- fusion, toute la période du traitement jusqu'à la cou- lée est de trois heures cinquante minutes.
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Lors Je l'utilisation de Mitraille on petits morceaux, il est a\l'rmta2m.t: de charger cette JC1'l1Íore en continu sous le foyer du brû- leur ttIicu:Yna. Du ce fait on évite une trop forte oxydation su- )orf'ciùl1c de ln mitraille pendant le pré-chauffage au-dessus de tout en Maintenant la durée du chargement au minimum.