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" Procédé poux l'affinage de métaux" La. présente invention concerne l'affinage d'un bain de métal carboné, en particulier mais non exclusive- ment de fonte.et d'autres substances ferreuses carbonées ou non alliées alliées/l'affinage étant effectué en soufflant un gaz riche en oxygène sur le bain dans un four à garnissage ré- fractaire, et muni de moyens pour produire un mouvement relatif entre le bain et le garnissage.
L'invention a principalement pour objetun procé- dé d'élaboration d'un métal extrêmement propre, en parti- culier de l'acier. L'invention se propose également de fournir un procédé d'élaboration d'un métal avec une faible teneur en gaz occlus, par exemple de l'hydrogène, en évitant ainsi les petites fissurations intérieures, appelées flocons, ainsi que d'autres défauts dus à la présence de gaz
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dans le métal.
L'affinage de bains de métaux carbonés par souf- flage d'un gaz riche en oxygène sur le bain dans des fours à garnissage réfractaire, est connu. Le mouvement relatif entre le bain et le garnissage peut être produit par diffé- rents no ens, électromagnétiques, pneumatiques ou mécaniques de par exemple, et on a déjà proposé/les utiliser dans l'affi- nage de bains de métaux en fusion,
Selon l'invention, la teneur en gaz et en laitier du métal affiné est diminuée de la manière suivante : une fraction importante de la chaleur engendrée dans le four est transmise au bain par le garnissage du four. Le garnis- sage de four utilisé a une teneur élevée en silice.
Le lai- tier formé dans l'opération est maintenu à une teneur éle- vée un silice mais contient aussi du fer et éventuellement d'autres oxydes de manière à le rendre légèrement fluide.
Dans une certaine phase de l'affinage, de préférence en der- nier, la silice du garnissage est réduite par le carbone du bain et le silicium ainsi produit est dissout dans le bain de métal jusqu' à ce que celui-ci contienne entre 0,05 et 0,5% en poids de silicium.
La réduction de la silice, conformément à la for- mule : . 20 + SiO2 = 2CO + Si est endothermique et elle est favorisée par une température et par une forte teneur en carbone dans le métal. La temperature élevée/à laquelle la réaction s'amorce, est d'autant plus élevée que la teneur en carbone du métal est basse, La réac- tion se produit essentiellement à l'interface entre le garnis- sage et le bain de métal. De ce fait, les conditions d'éta-
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blissement de cette réaction sont particulièrement favorables dans des fours où la chaleur est transmise au bain par l'intermédiaire du garnissage du four, le garnissage ayant alors une température supérieure à celle du bain de métal.
Il est évident que la chaleur peur être engenarée à l'extérieur du four et transmise au bain au travers du garnissage, mais il est plus commode et d'un meilleur rendement thermique que la chaleur soit engendrée à l'intérieur du four, de préférence en brûlant l'oxyde de carbone résul- tant de l'oxydation du carbone dans le bain sous l'effet de l'oxygène et des oxydes existant dans le laitier et dans le garnissage. Pour assurer cette transmission de chaleur par le garnissage au bain, on déplace avantageusement ce garnissage pour qu'il vienne alternativement en contact avec les gaz de combustion et le bain.
En mettant en oeuvre la présonte invention, on a pu élaborer un acier présentant une très faible teneur en laitier. La teneur en laitier de l'acier peut être déterminée on mesurant la teneur de l'acier en oxygène. Comme la teneur en oxygène dépend aussi de la teneur en carbone, on peut utiliser comme une indication de la teneur en laitier,le produit de la teneur en carbone exprimée en pourcent et de la teneur en oxygène exprimée en ppm (parties par millier. L'invention a permisd'obtenir 28 ppm d'oxygène pour une teneur en carbone de 1,04%, le produit de ces doux va- leur.,; étant égal à 29, qui correspond à un très bon résultat industriel.
Un laitier pauvre en chaux mais riche en silice, ne présente pas une grande capacité d'absorption d'hydrogène
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à partir de l'atmosphère environnante. En utilisant un laitier du type indiqué, l'absorption d'hydrogène dans l'acier et par conséquent la formation de flocons sont évitées dans une large mesure. En outre, le fait que les bulles d'oxyde de carbone formées par la réduction de la silice à l'interface cintre bain et garnissage s'élèvent dans le bain et entraînent l'hydrogène qui pourrait s'y trouver, contribue également à établir la faible teneur en hydrogène de l'acier acide.
L'invention est avantageusement mise en oeuvre en deux ou trois .phases. Dans une première phase, les éléments formant le laitier et une fraction importante du carbone dans le métal, sont oxydés à des températures inférieures à celles nécessaires pour amorcer la réduction de silice pour la teneur réelle en carbone. Dans une seconde phase, l'affinage est poursuivi en augmentant la température jusqu'à une valeur entraînant le démarrage de réduction de la silice. Les teneurs en laitier et en gaz peuvent encore être diminuées dans une troisième phace, dans laquelle il n'y a sensiblement pas de soufflage de gaz riche en oxygène ni de mouvement relatif entre bain et garnissage.
Suivant le procédé'de l' invention, on peut u- tiliser tout type de four dans lequel de la chaleur est transmise nu bain par le garnissage du four, mais on ob- tient les meilleurs résultats on utilisant un four tour- nant, en particulier un four dans lequel le garnissage est chauffé dans le volume occupé par les gez ot cède sa chaleur lorsqu'il entre en contact avec le bain en fusion au cours de sa rotation,
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p'autre 8 avantagea et oarnot riatiquea de lin.., vent ion sont mia en évidepoo dans la suite de la das- . QJ P<1 n tç9.'un 'exemple de réalisation omportant un four .
<.,t'h)t1on. ' ' >ft',,,a>lietlt1on omportant four. tournant, en référence.au dessin qui représente uno vue <m 1 't . f ' v u r. annexé , qui ,eréaente uno vuo foél, ; figujnnnt . f;;:;,1\r tourn ' est' type pans 7;C n r q a ' tourn.. est'du type Ii,. connu dans KALDO à ' d ' acier 't" \'..l..It,J""i :r'jO" par affinage'de "o.'e:'.'t.d d'un ga riche en oxygène.
La four comporte.,dê,!!I.ynS pour amene . le gaz riche en oxygène dans le olûméstu.b au-dessus il bain de manière
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de ,
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'' à. oxyder 1. carbone du bain en oxyde /q , a. brûle ensuite 1 n dessus .u bain en se transformant gaz carbonique. r >";t.=tÉon du four autour d'un axe h<izontal ou inclinés uuo ps.rtie lachaleur.x.géï2drfa par : combustion de
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l'Oxyde de*'carbone et-'absorbée par le garnissage du four
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peut ôtre 'transmise bain métal ertfusion lOrsque} peut Ôtre transmise au bain de métal effusion lorsque du fait''-
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du fait'
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if le garnissage passe graduellement sous a surface du bain d la rotation-dû four, jans l'exemple considéré, le 'our 1, qui est -- ' 2 ' .' :
oui qui V pourvu d'un gamiasage/ricbe'en 8:1.1100, " avec de préférence ' tme teneur en,silice supérieure'à 75% poids, est chargé d'une matière métallique initiale se c posant de fonte en i10tia Le*four est entouré par une oss zure 2 présentant do;..';J anneaux s'appuyant sur des 6. Le rouleau 5 iJ' F:.triné par un moteur 7 de telle manière que le four
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puisse tourner autour de son'axe. En fonctionnement,un gaz
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riche en oxygène peut être soufflé par la lance'12 dans le
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volume situé au-dessus du bain . L'oxydation par l'oxygène libre, du carbone et des.éléments formant le laitier et .
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classiquemcMitjprésents dajs .1 métal tnli- que silicium,
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manganèse et une petite fraction de fer, s'effectue exo-
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. b
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'2t;Z,'..2tié:.lar.t.
La {'motion de chaleur dégagée, qui n'est j)--t!3 .tcwa: aiz pour auT,:nter la température du bain et pour cor.ensr d4 s partes calorifiques duns l'atmosphère I!;bi:ùltc et d.zn:, les gaz d' échapptinent, peut être utilisée pour fon.1re le:1 ;,i.itiénes contenant du fer, telles que la mitraille, minerai de fer et minorai pr-rëduit, en vue d'augmenter la quantité d'acier produite par tonne de fonte introduite.
Les additions peuvent être introduites avant le début du soufflage, pendant un arrêt du soufflage et/ou
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pondant l'alimentation en gaz riche en oxygène. La quanti- té d'agents de refroidissement qui peut être ajoutée est
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dLt4rIn.nc:4 par leur capacité de refroidissement, par la t0J:Jpr'turtJ et lus analyses de la fonte et de l'acier pro- duit, par la composition du Gaz introduit, par les dimensions du four et par les intervalles entre chaudes ou cou-
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liées. Le t::'z riche en oxygène peut tre de l'air enrichi en oxygène et ayant une teneur en oxygène au moins égale à 40% en volume, il peut aussi être constitué avantageusement par de l'oxygène pur industriel, qui présente une teneur en oxygène supérieure à 95% en volume.
Il se forme à la partie supérieure du bain de métal un laitier riche
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en po0. Ce laitiir réagit, en même temps que l'oxyde de fer qui peut se former si le fer entre-en contact direct avec l'oxygène, avec le carbone du bain en formant de l'oxyde de carbone qui est brûlé sous forme .de gaz carbo- nique avec l'oxygène existant dans l'atmosphère existant
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.1u-dessus du baiu de iaétal en fusion. La chaleur ainsi engendrée est absorbée en majeure partie par le garni'}. Du fait de la rotation du four, le garnissage transfère au
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bain la chaleur absorbée.
Initialement, l'affinage est effectué en maintcnant un mouvement relatif assez rapide entre le bain et le garnissage, en faisant tourner le four à une vitesse au moins égale à 15t/mn, mais inférieure à la vitesse à laquelle les forces centrifuges gênent le mouvement relatif entre le bain et le garnissage.
Pour obtenir un affinage rapide , il est nécessaire d'avoir un laitier légèrement fluide et réactif, ce qui suppose au préalable qu'il n'est pas saturé en silice. La fluidité du laitier peut être augmentée par addition de chaux.
Cependant, il est à noter qu'une telle addition doit être limitée pour empêcher l'attaque du garnissage du four par le laitier et pour éviter que le laitier n'absorbe de l'hydrogène. C'est pourquoi la teneur en chaux ne doit pac dépasser environ 10% en poids du laitier et est do préférence maintenue aux environs de 3%.
Pour empêcher que le laitier ait une trop forte teneur en FeO avant que la température soit suffisamment élevée pour qu'il y ait réaction entre le FcO et le carbone du bain, il peut être bon d'introduire un combustible conte- nant du carbone et ayant une faible teneur en phosphore ct en soufre, par exemple du graphite ou. du méthane, dans le four.
Après cette première phase, dans laquelle une grande partie du carbone, tout le silicium et d'autres cliente qui peuvent se trouver dans le bain du fusion ont été oxydes, le laitier est partiellement soutira et on détermine la température et le composition du bain. A ce moment, la teneur en carbone du métal doit être de préférence supérieure
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de 0,5 à 1% à la valeur de l'analyse finale, tandis que la température du bain est comprise entre 1500 et 1600 C. et que la teneur en FcO du laitier est juste suffisamment élevée pour rendre la laitier fluido.
Si la charge a une faible teneur en manganèse et si par conséquent la teneur en MnO du laitier est faible, on peut ajouter une substance formant laitier et contenant du manganèse avant de poursuivre . l'affinage dans la seconde phas. De même on peut ajouter à ce moment des éléments d'alliage, par exemple du chroma. Ces additions peuvent être faites sous forme élémentaire ou sous forme de composas réductibles par le carbone aux températures
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existant,::,, qui 0Uvent Ctre de 1600 C ou plus.
Les additions d'agents de refroidissoilloht et d'oxygène sont ré- glées de manière que les températures du garnissage du
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four et du bain de fusion deviennent Buffisrumn3nt élevées pour amorcer la réduction de la silice à la teneur réelle en carbone du bain de métal en fusion.
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L'affirw# cst poursuivi en temps que s' cîfectua 1: r6rillc tlon. dû la silice jusqu'à co que le b[1 ln atteigne ll tcm)f#aturo dt'siree ainsi que les teneurs voulues ....n carbone t: t cn silicium.
Tla réduction de la silice est favorisée par une t<ùip1JriAtiir.. <,luu.; cu Cette condition peut Otru r''alisc-u un utilicrI1t im four tournant :3. la vitesse du rotation prcit m.nis elle peut 4tre am(.lior(,o encore dv:1,..'1t arj." dl diminuant graduellement ou brutalement la vits:;:; df' jut,.ti3a, Un doit cependant maintuuir un ,ouvom0nt r'L'Hi' i i>o;14r>5 et il jst bon de conserver unw vitensc de rotation du four 1l ,;o.ln3 6c'alu à 5 t/mn.
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Bien souvent, on a constata qu'il était avant,;ceux dans une troisième phase, d'opérer un arrêtant pratiquement le souflage d'oxygène et la rotation du four lorsque la teneur on carbone dépasse la teneur finale en carbone désirée dans le métal d'environ 0,05% on poids du bain de métal. En particulier, dans certains cas où la teneur en oxygène du laitier et du métal à la fin de l'affi- nage est élevée, un arrêt de quelques minutes peut diminuer la teneur en oxygène sans modifier la teneur en silicium.
Dans certains cas, il est avantageux, avanb la troisième phase, de maintenir d'abord un mouvement relatif vigoureux entre le bain et le garnissage jusqu'à ce que le bain soit affiné à une teneur en carbone qui dépasse la teneur finale d'environ 0,2% en poids du métal, puis de maintenir un mouvement relatif modéré entre le bain at le garnissage jusqu'à ce que la teneur en carbone dépasse la teneur finale d'environ 0,05% en poids.
Pour empêcher la partie du garnissage de four qui sort du bain pendant la période d'arrêt de dégager de la chaleur par rayonnement, le bec du four est de préférence maintenu fermé pendant la phase de réduction de la silice. éventuellement, l'oxyde de carbone formé dans cette réduction de silice peut être oxydé en gaz carbonique en injectant avec précaution une petite quantité d'exygène gazeux pendant la période d'arrt en vue de diminuer les portes calorifiques.
Si au contraire, oh laisse la partie de garnissage située au-dessus du bain perdre une partie de sa chaleur de manière que sa température tombe en dessous de la valeur nécessaire pour la réduction de silice, la réaction peut être arrêtée à un instant approprié on amenant
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C(.tt.t) F:#ti, du garnissage en contact avec le bain,
Une variante de la troisième phase consista on en outre/l'introduction d'un gaz inerte, par exemple de l'ar-
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gon, àmms lu four tout en maintenant un mouvement rotatif mar. ? le bain ût le garnissage.
A lu fin de l'opération exécutée suivant l'invention, on d5t.Jr':llinc les teneurs en carbone =àt en silicium d'un:, .''ni-3re connue et la température est également enre- gistrée à la manière connue. Avant la coulée, on peut ajou-
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ter les quantités nécessaires d'1ments d'alliage, par ,":c}J:lp10 nous la for4l du FcSi, Fe;.n et FeCr, Au moins lors- qu'on les ajoute en quantités importantes, ces élémants jouent le rôle d'agents de refroidissement. et, lorsqu'ils sont ajouta en quantités suffisantes, ils interrompent alors la réduction de la silice.
Lorsqu'on effectue la coulée par basculement du four, il est avantageux que le laitier soit durci dans la zone proche du bec du four, nar
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';;:X014Ù... 0r. introduisant du quartz ou du laitier broyé et refroidi provenant de coulées précédentes, de maniére telle quo le laitier durci forme ainsi un pont au bec du four, ce qui empêcha le laitier plus fluide qui se trouve en ar-
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rière du pont d'Cbre entraîné avec l'acier pendant la cou- lée.
Dans certains cas, il peut être avantaseux d'uti- liser au main:::' une partie du laitior dans une coulée ulté- rieure, par exemple lorsqu'on utilise un métal contenant
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une faible teneur en silicium qui se traduit par une iiisuf- fisancc: de silice dans le laitier. Lorsqu'on utilise de tels types de métaux, il peut donc être bon d'utiliser le même laitier dans un certain nombre de coulées ultérieures.
En
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particulier, dans un tel mode de réalisation de l'inven-
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tion, il est avantageux de coulor 1.' acât:r pan 1' â.ntermé diaire d'un trou prévu dans la paroi de fond du four, ce trou de coulée étant de préférence obture au cours de la rotation du four, La coulée do l'acier par l'intermédiaire de ce trou est interrompue lorsque le laitier apurait.
On a décrit ci-après un exemple spécifique de mise en oeuvra de 1'invention : EXEMPLE
Une charge constituée de 17 tonnes degueuses de
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fonte chaudes à une téxipénaturc de 1220 C et 3,3 tonnée de déchets de laminoir ayant une faible teneur un phosphora et en soufre, a été introduite dans un four KALDO d'une capacité de 25 tonnes. Le four comportait un garnissege en briques de silice et la température do surface du gar-
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nissage était de l'ordre de 1000 C, sous l' uffut de la cha- leur résiduelle de la coulée précédente. Le four contennit également le laitier final de cette dito coulée.
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Dans une nromior0 phase, la fontu a ,t6 uffin-u en soufflant de l ' owjigt:n.i pur ir.,iu;trz1 p'# un'- lance refroidio à l'uau ta incll!l0v do 01 sur l'horizontale. Au bout de 13 minutes et après soufflage de 520 n5 el' oxy!!t'm0 dans lu four, on ,1 "out' uw cuanUté r;1..1.Pll1<:rÜnt;,Ü.rc de 3 tonnes de déchets, ","ld:,Ult les 15 minute: ..:uiV\nt0:3, on a souffle 480 iu3 d' ox;;;:Êv dans le four, qui .i tF ,IlS un ro-. tetion pendanth-os deux période de :::outn.:1Íc <t 'JIll. vi.tc.;\. du 26 t/m!.l .
A 1:; flh 4.= 1:: ,ïcor.üf, p<Jrio<t, de ;:oucl <;g<:, tout\... la ferraille Ftxit tondu..,:, et a t:.nTa'r ,tur: du t>;> Ln d'acier étiit (10 15'30 C ;:4u ':n a analyse un prunier ,cn'ntil1on cil
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l'acier, La majeure partie du laitier qui se composait
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. la fois du 1L iti:r de la coulée précédente et du laitior f .)rm\ pendant l'affinage, a été soutirée et on a ajouta 100 kg du ferro-manganèso pour augmenter la teneur en MnO du laitier laissé dans le four.
A partir de la teneur en carbone du premier échantillon d'acier, on a calculé la quantité d'oxygène nécessaire pour la poursuite de l'affinage dans la seconde phase. L'affinage a été terminé par soufflage de 180 m3 d'oxygène sur le bain pendant une période: totale de 7 minu-
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tes. Le four tournait alors à une vitesse do 20 t/mn,.près cette période du sou-Stage, la température du bain d'acier av,,it 164000. Après la prise d'un second échantillon d'acier, on a laissé le four dans la position horizontale pondant la troisième phas,; et le, bec a été fermé par un couvercle garni de briques réfractaires.
Il
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c'est produit >an- lbullitÈon engendrée par la néactjon du carbone du b.in avec 1 .silice du garnissage. 12 minutes rpr ; 1:. 1>nin< du ;;,;concl échantillon d' acic:r, on a prélové ian trol:.3i::T.'h: ,ctt million d'acier. La tempcraturqdu bain <t'Ùt :,1(1!,;; de 1615 C t l ' Ibullition #lGit presque cessé.
On :1 'lj<.1Ut(; les éléments d'alliage puis on a fait durcir li 1 ,iti,-r .;1;\[1:, 1 bec par addition dé quartz, en Ini. du for it%1. un barrage destiné il retenir le 18i ti8!' dinx 1<, four c:n3.tW .u: l'acier était coulé dans U11. poche.
L';:: :...n<!ly.3(;s du bain de métal sont don,iée,x dans 1" t,1 1', l (:'1l :;;zà : .nf,
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<tb> Fonte <SEP> 4,10 <SEP> 0,21 <SEP> 0,03 <SEP> 0,011 <SEP> 0,004
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Ec-h,-L--Ett j;illlloonn d'acier n l 1,65 0,02 0,03 0,016 0,001j.
" n 1,02 0,17 0,18 0,018 0,004 n 3 0,98 0,19 0,18 0,018 0, oey;