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Production d'aciers contenant du chrome.
La présente invention concerne la production d'aciers contenant du chrome dans un four à oxygène basique.
Le four dit "à oxygène basique" dans lequel un bain de fer en fusion est affiné au moyen d'un jet d'oxygène à grande vitesse qui est introduit dans le bain par le haut, est utilisé pour produire des aciers au carbone et certains aciers alliés.
Bien qu'on ait déjà proposé de produire des alliages d'acier contenant de grandes quantités de chrome (par exemple plus de 5%) avec ou sans nickel (aciers dits inoxydables) dans un four à oxygène basique, ceci n'a pas été possible en raison de la tendance prononcée du chrome à s'oxyder et à passer dans le laitier plutôt
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qu'à. s'allier au métal du bain. De plus, la présence de chrome dans le laitier provoque le renvoi,, dans le métal du bain, du phosphore contenu dans le laitier, Pour éviter cet inconvénient, on a proposé de fondre au préalable le chrome, auquel on ajoute éventuellement du nickel, dans un four électrique,et de les mélanger ensuite à de l'acier au carbone provenant d'un four à oxygène basique dans la poche de coulée du four pendant la coulée du métal.
Comme deux opérations d'affinage séparées et simultanées sont nécessaires, cette technique est très onéreuse et n'offre pas d'avantages déterminés par rapport aux techniques classiques.
Cela étant, l'invention procure un procédé pour produire un acier contenant du chrome dans un four à oxygène basique, caractérisé en ce qu'on charge un four à oxygène basique de fonte en fusion contenant du carbone, du silicium et du phosphore et formant un bain de métal en fusion, et de matières solides formant le laitier, on introduit de l'oxygène dans le métal en fusion en y soufflantun jet d'oxygène visant à oxyder le carbone, le silicium et le phosphore et à former un laitier liquide, on maintient le bain à une température suffisamment basse pour provoquer le transfert du phosphore fondu dans le métal vers le laitier et ainsi diminuer la teneur en phosphore du métal jusqu'au ,niveau peu élevé désiré, on arrête le débit de l'oxygène, on enlève en substance la totalité du laitier du four,
en ajoute des éléments supplémentaires pour former le laitier comprenant une matière qui réagit exothermiquement avec l'oxygène, en une quantité suffisante pour élever notablement la température du bain afin de faire fondre le chrome lorsqu'il est oxydé, on rétablit le débit de l'oxygène pour faire réagir l'oxygène avec la matière qui réagit oxothermiquement avec l'oxygène .afin d'élever la température du bain à une valeur suffisante pour faire fondre le
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chrome et liquéfier les matières formant le laitier de manière à obtenir un laitier qui dilue toutlelaitier contenant du phosphore restant dans le four après l'enlèvement du premier laitier précité, on arrête le débit de l'oxygène, on enlève le laitier du four pour assurer en substance l'enlèvement du phosphore entraîné du four,
on ajoute du chrome, du silicium et des élémen ts formant le lai- tier au four, on reprend l'injection d'oxygène dans le bain pour permettre au chrome d'oxyder en partie le silicium et de liquéfier le laitier en vue d'affiner davantage le métal et on coupe le débit de l'oxygène tandis que le bain contient encore suffisam.- ment de silicium pour empêçher toute oxydation importante du chrome.
Ces buts de l'invention ainsi que d'autres encore , ressortiront clairement de la description donnée ci-après avec référence au dessin annexé qui est une vue schématique d'un four à oxygène basique.
Un four à oxygène basique que l'on peut utiliser pour mettre l'invention en pratique comprend une cuve tapissée de matière réfractaire 2 et comportant une embouchure ouverte 4 formée par une lèvre 6 entourant son extrémité supérieure, par laquelle une lance à oxygène mobile en va-et-vient 8 est intro- duite et retirée. De l'oxygène provenant d'une source appropriée (non représentée) passe à grande vitesse dans la lance dont l'extrémité inférieure est placée à une hauteur appropriée au- dessus du bain de métal dans la cuve 2 et est ainsi dirigé pro- fondément dans le bain de métal. Cette addition d'oxygène est parfois appelée soufflage à l'oxygène.
La cuve 2 est montée à pivot sur des tourillons 10 et peut basculer sous l'action d'un mécanisme approprié de sa position de soufflage verticale A à une position B pour déverser
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le laitier quelle contient dans un pot à laitier 12 placé à côté de la cuve ou pour couler le métal affiné dans une poche de coulée 14 en inclinant la cuve dans le sens opposé vers la position C.
Des additifsaptes à former le laitier tels que de la chaux calcinée, de la fluorine, du minerai de fer, du ferrosilicium et des matières analogues peuvent être introduits aans la cuve 2 avant ou pendant le soufflage,par une goulotte 20 qui s'ouvre dans une hotte d'évacuation 22, ces deux éléwents pouvant être soulevés par un mécanisme approprié (non représenté) afin de permettre l'inclinaison de la cuve. La goulotte peut également être utilisée pour charger de la mitraille dans la cuve, cette mitraille formant une partie de la charbe ou servant au refroidissement, pendant ou après le soufflage. 'La charge de métal chaud (fonte en fusion) est habituellement versée dans la cuve à partir d'une poche de coulée appropriée pendant que la cuve est inclinée d'un côté.
Si on veut produire de l'acier contenant du nickel, on peut.incorporer du nickel à la charge de base.
Suivant l'invention, on introduit une charge de fer en fusion contenant du carbone, du phosphore et du silicium,de la mitraille, de la chaux calcinée et de la fluorine dans la cuve à oxygène basique 2 d'une manière classique et on souffle cette charge en injectant de l'oxygène au moyen de la lance 8 jusqu'à ce que la teneur en carbone de la charge soit abaissée de préfé- rence à une valeur comprise entre 1 et 3%. Pendant cette période, la température est maintenue à une valeur peu élevée, par exem- ple inférieure à environ l566 C pour faciliter l'élimination du phosphore. Une manière commode de maintenir la température con- siste à interrompre le soufflage par intermittence, à verser le laitier en partie et à ajouter des formateurs de laitier
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supplémentaires.
La teneur en phosphore doit de préférence être abaissée à moins de 0,01% pendant cette fraction du soufflage.
Lorsqu'on atteint le niveau de carbone et de phosphore voulu, on incline la cuve vers la position B pour pouvoir déverser le laitier. Cette opération peut être assistée à la main par des ouvriers utilisant un ringard pour attirer le laitier vers l'embouchure 4 de la cuve. On forme ensuite un second laitier en ajoutant des formateurs de laitiers classiques tels que de la chaux calcinée, de la fluorine et des battitures. De plus, on ajoute une ou plusieurs matières qui réagissent exothermiquement avec l'oxygène, telles que du ferrosilicium, de l'aluminium, du titane et du graphite, ces matières aidant notablement à élever la température du bain à une valeur suffisante pour faire fondre facilement le chrome que l'on ajoute après cette partie de l'opération d'affinage. Le silicium sert également de forma- teur de laitier.
On souffle le bain à l'oxygène jusqu'à ce que la teneur en carbone soit inférieure à environ 0,5%. On ,arrête ensuite le soufflage et on déverse à nouveau le laitier, comme décrit plus haut,
Après avoir déversé le second laitier, on ajoute du chrome et du silicium au four par la goulotte 20. Cette addition peut être effectuée sous forme d'un alliage de chromo et de silcium. Au moment de l'addition du chrome, la température du bain doit être supérieure à 1649 C et de préférence de 1704. à 1760 C afin de faciliter la fusion du chrome. Le silicium sert à nouveau de formateur de laitier et aide à maintenir la température du bain suffisamment élevée pour faire fondre rapidement le chrome. Sa pré- sence empêche également en substance toute oxydation du chrome.
Après l'addition du chrome et du silicium, on reprend à nouveau le soufflage à l'oxygène et on ajoute à nouveau des formateurs de
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laitier tels que de la chaux calcinée et de la fluorine pour former un troisième laitier. Pendant le soufflage, le silicium s'oxyde en silice en produisant de la chaleur et passe dans le laitier. Avant que la teneur en silicium du bain soit abaissée en dessous de 0,2%, le soufflage est terminé, Si un supplément de chrome est nécessaire pour amener la teneur en chrome à la valeur voulue, on peut l'ajou- ter à la poche de coulée pendant que l'acier de la cuve est déversé dans cette poche.
Il faut que le laitier présent lors de l'addition du chrome soit en substance exempt de phosphore car, s'il contient du phosphore, ce dernier retourne dans le bain et l'acier affiné présente alors une teneur en phosphore excessive. Il faut également que la température du bain soit suffisamment élevée pour faire fondre le chrome et qu'une certaine quantité de silicium soit pré- sente,pendant et après l'addition de chrome, pour empêcher toute oxydation importante du chrome et son transfert dans le laitier.
Après la période d'affinage, on peut abaisser la tempé- rature du bain à une température de coulée souhaitable inférieure à 1649 C et de préférence comprise entre 1482 et 1593 C par des additions de mitraille ou d'autres agents de refroidissement.
A titre d'exemple spécifique de l'invention, on charge, .dans un four de sidérurgie à oxygène pesant 40 tonnes, 7350 kg de mitraille et 19400 kg de métal chaud contenant 4,35% de car- bone, 0,57% de manganèse, 0,088% de phosphore, 0,022% de soufre et 1,28 de silicium, 136 kg de minerai de fer aggloméré, 1360 kg de chaux calcinée et 225 kg de fluorine. On enclenche . le soufflage à l'oxygène et on le maintient pendant un total de 8 minutes. Pendant ce temps, on coupe l'arrivée d'oxygène quatre fols et on déverse le laitier en partie à chaque interruption.
Ainsi, après 2 minutes, on arrête le soufflage et on déverse en
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partie le laitier, puis on reprend .le soufflage -et on -ajoute 91 kg de fluorine et 91 kg de battitures, puis on poursuit le-soufflage pendant environ 2 minutes, après quoi on l'arrête à nouveau et on déverse à nouveau en partie le laitier. On reprend ensuite le soufflage pendant environ 2 minutes et on ajoute à nouveau 91 kg de fluorine et de battitures. A.la fin des 2 minutes, on arrête le soufflage et on déverse en partie le laitier pour la troisième fois.
On reprend à nouveau le soufflage pendant 2 minutes environ et on ajoute 91 kg de fluorine et 91 kg de battitures. A la fin de cette période, on arrête le soufflage et on déverse le laitier en s'aidant,pour cela,de ringards en bois. On enlève légèrement plus de laitier que dans les trois opérations partielles qui précèdent mais on ne l'enlève pas entièrement. La température du bain, à ce moment, est voisine de 1371 C et on effectue l'essai métallur- gique n 1. On reprend ensuite le soufflage et on ajoute 91 kg de fluorine et 91 kg de battitures. Après 2 minutes, on arrête le soufflage et on déverse en substance la totalité du laitier à l'aide de ringards en bois.
Les multiples opérations de déversement partielles , plus les additions de fluorine et de battitures assurent la fluidité du laitier ainsi que son expansion et main- tiennent la température à une valeur -relativement -peu élevée, infé- rieure à 1567 C,pour assurer une élimination rapide du phosphore.
A la suite de l'essai métallurgique nQ 1, la teneur en carbone est de 2,27% et celle en phosphore de 0,008%, c'est-à-dire inférieure à 0,01%. On considère que ce traitement est la phase de premier lai- tier de l'opération.
Après élimination en substance complète du premier laitier, on ajoute 315 kg de ferrosilicium à 90 et 113 kg de graphite et on reprend le soufflage. -On ajoute en'suite 2170 kg de chaux calcinée et 180 kg de fluorine -pour former le second
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laitier. Après in minutes de soufflage, m ooewe 3' à1Pew- gène et on déverse le laitier; à ce Namsa3. tevp&atmm du bé1n est de 1693 C. A la suite de lassai mstàllmrsis 39* 2e la tmew en carbone est de 0,037c; et la teneur es z#aos#b*re és3 1B#fl$. .
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constitue la phase de second laitier du traitement.
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A ce moment, on ajoute '910 kg 4e ferTdh?!ama-<sl!Lam et 1820 kg de ferrochrome à basse teneur ea e.ab<sm3. ]Le 11L dans le ferrochrome-sîlîcîum ajouté se marnte à emjran 19 àe silicium par tonne de charge. On reprend le soufflage à l'oeJqogéne et on forme le troisieiae laitier (final) à aj(oatau;t lye kg de chaux calcinée et 136 kg de fluorine. Après 4 rnlaimbes on a-zV!5te le soufflage, on constate que la teqpératum du bain -est ée 17500C et on effectue alors l'essai métauurgliquene 3, cet essai donnant une teneur en carbone pour le ba de 0,Qje#olg <et des teneurs en silicium et en e respeutîvemmt de Qe2U et 4,80%.
On ajoute alors 454 kg de ferrochr-s3..rc:.e t un )Pro- duit 2345 kg de ferrochrome à basse teneur en carbmee pals un reprend le soufflage pendant 2 minutes supplétsemtaires et un ettectue à ce Moment l'sssai métallurgique n" 4 qui dwme une teuter
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de 0..033% en carbone, 0,23 en silicium et 7,'o0% en flmme et maa température du bain de 1715*C. On règle alors la tatqaér.aibtM's de bain par des additions séparées de mitraille de 1910 kg et de 4 kg ainsi que de 225 kg de chaux. Apres .'ad d3t,3.oa de la cbmxo la température du bain est de 1f1 0? apurés i'ad3;t3a des 910 ke de mitraille, la température du bain est de 1682OU et après 13addttlm des 450 kg de mitraille, la température 'du bain est àe 1,3',.
Comme cette température est inférieure à lËr.9' elle pemoet dé couler le métal d'une manière satisfaisante du iàat, Un sltie ensuite 1.13 kg de ferromanganese à teneur mnyeixne en e, 113 kg de calcium-silicium, 225 kg 1.ax et 80 acg de 4azre-
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chrome à basse teneur en carbone à la poche de coulée pendant'la.
,coulée du métal du four, ce qui donne -un acier présentant l'analyse suivante:
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.Q. fâ 2. Ii êi On Ni Cr !19. Al N
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<tb> 0,076 <SEP> 0,66 <SEP> 0,027 <SEP> 0,007 <SEP> 0,32 <SEP> 0,02 <SEP> 0,1010,61 <SEP> 0,02 <SEP> 0,77 <SEP> 0,03
<tb> qui <SEP> se <SEP> rapproche <SEP> de <SEP> l'analyse <SEP> recherchée <SEP> de <SEP> :
<tb> C <SEP> Hn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Al
<tb> 0,08 <SEP> max <SEP> 20/75 <SEP> 0,03 <SEP> max <SEP> 0,03 <SEP> max <SEP> 26/75 <SEP> 10,50/12,00 <SEP> 5,0/1,00
<tb>
Les analyses des quatre essais métallurgiques-précités dans l'exemple' spécifique qui précède d'un-anode d'exécution préféré de l'invention sont indiquées dans.le tableau suivant:
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C zj P .ê. ill:.
Cu Ni QI.!i<2.
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Essai <SEP> n l <SEP> 2,27 <SEP> 0,14 <SEP> 0,008 <SEP> 0,010
<tb> Essai <SEP> n 2 <SEP> 0,037 <SEP> 0,08 <SEP> 0,008 <SEP> 0,010 <SEP> 0,007 <SEP> 0,02 <SEP> 0,02 <SEP> 0,02 <SEP> 0,01
<tb> Essai <SEP> n 3 <SEP> 0,032 <SEP> 0,14 <SEP> 0,015 <SEP> 0,011 <SEP> 0,20 <SEP> 0,03 <SEP> 0,02 <SEP> 4,80 <SEP> 0,0.1
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Essai ne4 0,033 0,15 0,025 0,011 0,3 0,03 0,0) 7,60 o,01
Bien entendu, l'Invention n'est pas limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.