"Procédé de traitement métallurgique"
La présente invention est relative à un procédé de traitement métallurgique, comprenant une réduction directe d'un métal à
partir d'un oxyde de celui-ci, que l'on ajoute à un métal en fusion
dans un convertisseur métallurgique. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé d'utilisation d'une métallurgie à é-mulsion pour la réduction directe d'un métal à partir d'un oxyde de celui-ci.
Il existe de nombreux procédés métallurgiques qui supposent l'injection, dans le métal en fusion, d'une ou deux phases qui sont émulsionnées et dispersées dans uné phase de matrice fluide. Une sphère dans laquelle des procédés de ce genre sont particulièrement importants est connue en pratique sous le nom de métallurgie à émulsion. Les procédés tirent parti dans ce domaine du contact intime entre le métal en fusion, des solides et un gaz que l'on peut obtenir dans des systèmes tout à-fait dispersés et qui sont intéressants particulièrement pour des procédés de fabrication et d'affinage du fer et de l'acier. De tels procédés, dans lesquels des suspensions de poudres dans des phases fluides sont introduites en dessous de la surface du métal en fusion donnent
de la sorte des surfaces de réaction plus grandes comparativement à des procédés dans lesquels l'agent à introduire est placé sur
la masse fondue.
La métallurgie à émulsion peut s'utiliser avantageusement pour la réduction de poudres d'oxydes de métaux, c'est-à-dire la réduction de poudres d'oxydes de fer en vue de la production de fer brut et/ou pour des besoins de décarburation. L'un des principaux problèmes dans la mise en oeuvre de tels procédés de réduction est toutefois l'entretien de la température du métal en fusion car l'injection de la poudre d'oxyde de métal et les réactions entre l'oxyde et l'agent de réduction, habituellement du carbone, produisent une réduction considérable de la température dans le métal. Evidemment, il est possible, comme on l'a proposé antérieurement, de résoudre ce problème en utilisant des récipients de traitement sous forme de fours traditionnels à arc. Des fours traditionnels à arc n'utilisenttoutefois pas l'énergie électrique de façon efficace.
On a également proposé de chauffer la masse globale du métal que l'on traite dans des récipients de chauffage à induction électrique, qui font un usage beaucoup plus efficace de l'énergie électrique que les fours à arc électrique. Cependant, un chauffage par induction du contenu total d'un convertisseur exigerait des frais d'investissement d'une importance qu'il serait difficile de justifier à une échelle industrielle. De plus, l'efficacité électrique relativement élevée des récipients chauffés par induction exige un revêtement mince du récipient. Un revête-
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tageux pour des raisons pratiques, notamment du fait du risque
de dégâts provoqués par l'usure du revêtement durant le fonctionnement. Par contre, si l'épaisseur du revêtement est accrue, l'efficacité électrique élevée sera perdue.
La demanderesse a maintenant trouvé qu'il est possible de tirer parti des avantages du chauffage par induction électrique, sans avoir à résoudre les problèmes des convertisseurs à revêtement mince, l'ensemble de ceux-ci étant entouré par des bobines de chauffage par induction. Suivant un aspect de l'invention, on utilise un convertisseur qui est pourvu d'au moins une partie en saillie comportant un canal qui est en communication avec le récipient convertisseur, ce canal comportant au moins une zone de chauffage espacée du récipient, ce canal s'ouvrant dans le récipient à un niveau qui se situe en dessous de la surface du métal en fusion durant le fonctionnement, la zone de chauffage comportant un revêtement réfractaire qui est nettement plus mince que
le revêtement du récipient et comportant des moyens pour chauffer le contenu de la zone par un chauffage par induction électrique jusqu'à un degré tel qu'un gradient de température puisse s'établir entre le contenu de la zone et le contenu du récipient.
Les dimensions exactes de la zone de chauffage ne sont pas critiques mais il est nécessaire qu'une fraction relativement faible de la totalité du métal en fusion se trouvant dans l'appareil soit localisée dans la zone de chauffage de manière qu'elle puisse être chauffée par induction jusqu'à une température suffisamment plus élevée que celle de la masse principale du métal en fusion pour donner un gradient de température suffisant afin de maintenir la masse du métal en fusion à la température désirée ou d'élever cette masse jusqu'à la température désirée.
Pour obtenir l'avantage maximum du gradient de température et pour permettre que les procédés désirés'de réduction se réalisent de façon efficace dans toutes les parties du récipient, l'oxyde de métal sous forme de poudre en suspension dans un gaz porteur est injecté dans le métal en fusion se trouvant dans le récipient par une tuyère traversant le revêtement du récipient
et se terminant dans celui-ci à une certaine distance des ouvertures du canal, la suspension étant injectée par la tuyère susdite de telle sorte que les particules solides de l'oxyde de métal, entraînées dans la suspension, provoqueront, sans pénétrer dans la zone de chauffage, un transport rapide du métal plus chaud se trouvant à l'extérieur de la ou des ouvertures du canal, en même temps que l'oxyde de métal vers toutes les parties du métal en fusion se trouvant dans le récipient, où les processus désirés
de réduction pourront ainsi s'effectuer de façon efficace à une température appropriée. En même temps, le transport efficace du métal chaud depuis la ou les ouvertures du canal éliminera ou tout au moins réduira sensiblement le risque d'une solidification du métal en fusion dans la zone de la tuyère.
La demanderesse à trouvé qu'il est commode d'utiliser la zone de chauffage en tant que faisant partie d'une boucle formée par le canal entre deux extrémités (ouvertures) prévues dans la paroi ou le fond du récipient, le métal contenu dans celui-ci re-liant les deux extrémités ou ouvertures du canal. Les extrémités du canal pénètrent de préférence dans la paroi du récipient ou dans le fond de celui-ci au même niveau. Il est également possible d'opérer avec plus d'une boucle ou d'utiliser un simple prolongement du corps principal du convertisseur, comportant une seule communication avec celui-ci. Quelle que soit la forme physique exacte de la zone de chauffage, il est avantageux que cette zone soit totalement entourée par les bobines chauffées par induction.
Le récipient et les moyens de chauffage peuvent aussi être construits suivant une conception traditionnelle et peuvent de même présenter des dimensions classiques. Cela signifie que le récipient a une épaisseur suffisante de revêtement pour résister à l'usure sévère se produisant durant le fonctionnement. En outre, le récipient comporte un bord libre suffisant au-dessus de la surface du métal en fusion pour éviter une éclaboussure et une formation de mousse dans le laitier et le métal durant le fonctionnement. La hauteur du bord libre est de préférence au moins égale à la profondeur du métal en fusion durant le fonctionnement. Le convertisseur est de préférence du type pouvant être basculé de telle sorte que le métal en fusion peut être retiré du récipient sans enlever ce métal en fusion de la zone de chauffage.
La boucle de chauffage ou autre canal de chauffage peut être construit suivant les principes décrits d'une façon
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1969, par Yngve Sundberg, Ugnsbyran, ASEA, Vasteras, Suède.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé, par exemple, pour la réduction directe de concentrés de minerais de fer sous forme d'oxyde en poudre par du carbone pour obtenir du fer brut et/ou de l'acier. Le procédé suivant l'invention peut également s'utiliser dans la production d'un acier de haute qualité, l'oxyde étant non seulement de l'oxyde de fer mais étant aussi avantageusement constitué au moins partiellement par d'autres oxydes de métaux, qui peuvent être réduits par du carbone dans le métal en fusion, les métaux en question étant destinés à être introduits en tant qu'éléments d'alliage dans l'acier que l'on produit.
Un but de la présente invention est par conséquent de créer une technique dans les traitements métallurgiques à émulsion, le caractère de cette technique étant extrêmement souple, ce qui signifie qu'elle peut s'appliquer dans différents domaines de la métallurgie très éloignés les uns des autres, c'est-à-dire non seulement dans la métallurgie du fer.mais également dans la métallurgie de certains autres métaux.
Un but important de l'invention est également de prévoir un procédé grâce auquel on peut utiliser des matières premières très peu coûteuses pour la production d'un acier de haute qualité ou pour la production d'acier très pur, qui, suivant la pratique intérieure étaient produits grâce au procédé Martin ou par une refusion du type électroslag. En outre, un but de l'invention est aussi de prévoir une technique qui soit particulièrement intéressante pour des travaux spécialisés d'obtention de produits métallurgiques de haute qualité. A titre d'exemple, le procédé de l'invention peut être avantageusement adapté à la production d'aciers pour outils, d'aciers pour hautes vitesses, d'aciers au chrome martensitiques, d'aciers pour paliers à billes, d'aciers au nickel pour des besoins cryogéniques, et d'aciers au silicium pour des besoins électriques, etc.
Il est même possible de tirer parti des avantages du procédé de l'invention dans toutes les phases de production d'aciers inoxydables depuis la réduction effective du minerai de fer et du minerai de chrome jusqu'à la décarburation finale de la masse fondue d'acier inoxydable. Ce-pendant, le procédé de l'invention peut également être combiné
à d'autres traitements qu'une réduction d'oxydes de métaux, dans
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signifie que le procédé de réduction suivant l'invention peut constituer une phase dans un procédé duplex ou multiplex.
L'invention est encore plus complètement décrite ci-après avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en coupe verticale à travers un convertisseur que l'on utilise pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II u convertisseur de la figure 1. La figure 3 est un diagramme illustrant la production d'un acier non allié suivant le procédé de l'invention. La figure 4 est un diagramme illustrant schématiquement <EMI ID=4.1> La figure 5 est un diagramme illustrant schématiquement la production d'un acier pour outils faiblement allié, contenant du chrome et du tungstène.
L'invention sera plus complètement décrite avec référence aux figures 1 et 2.
Le convertisseur, désigné d'une façon générale par la ré-
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inférieure inclinée 7a et, à l'opposé de cette dernière, des
parties inférieures inclinées 7b et 7c. Le convertisseur lui-même consiste en une enveloppe en acier 2 garnie intérieurement d'un revêtement réfractaire 3. L'épaisseur du.revêtement 3 est suffisante pour résister à l'usure durant le fonctionnement de l'appareil. Des axes 4 sont montés dans des paliers (non représentés) de manière que le convertisseur puisse être basculé autour d'un . axe de symétrie passant par ces axes 4.
Un canal de fusion 8 est prévu à l'extrémité inférieure de la partie inférieure en pente 7a, où la garniture réfractaire a été enlevée pour former une cavité légèrement conique 5 dans cette partie inférieure 7a. Le canal 8 forme une boucle entre deux ouvertures 9 et 10 prévues dans le corps principal du convertisseur, dans la zone de la cavité 5. Les ouvertures 9 et 10 se trouvent au même niveau dans cette cavité 5. Le canal 8 est entouré par des bobines à induction 12 en vue du chauffage du contenu de ce canal 8. Celui-ci comporte un revêtement réfractaire, non représenté par les dessins, qui est refroidi à l'eau et est nettement plus mince que le revêtement 3 du récipient afin d'assurer une haute efficacité de chauffage de l'unité à induction.
Une tuyère 14 est localisée dans la partie inférieure 7b, à l'opposé du_canal 8. Cette tuyère 14 s'ouvre perpendiculairement à la partie inférieure en pente 7b et elle est dirigée vers la partie inférieure opposée 7a, où la cavité 5 est prévue. Le récipient 1 comporte un bord libre 18 au-dessus de la surface
du métal en fusion pour permettre les éclaboussures et la formation d'écume, qui sont inévitables durant le développement des réactions métallurgiques. Suivant la forme de réalisation illustrée par les dessins, ce bord libre a une hauteur qui est égale à environ deux fois la profondeur du métal en fusion durant le fonctionnement. Un trou de coulée 15 est prévu dans la paroi du convertisseur, au-dessus de la ligne prévue de laitier, et du même côté de ce convertisseur que la boucle 8. Ce trou de coulée peut être maintenu fermé par une attaque de coulée coulissante 16, tandis que le convertisseur est en fonctionnement. Le haut du convertisseur comporte une lumière de chargement 17.
Un distributeur de poudre (non représenté) fluidise
la poudre d'oxyde de métal à introduire dans le convertisseur et une suspension de poudre est alors transportée par le gaz porteur et le gaz de fluidisation vers la tuyère 14. Le gaz de fluidisation peut être du même type que le gaz porteur ou il peut s'agir d'un gaz différent. Il est également possible d'utiliser des distributeurs dans lesquels la totalité du gaz porteur
est employée pour fluidiser la poudre d'oxyde de métal.
Bien que l'appareil décrit ci-dessus comporte une seule boucle de fusion, il est possible de prévoir un convertisseur comprenant plus d'une boucle du type illustré par les figures 1
et 2. De plus, il n'est pas essentiel que la zone de chauffage par induction soit sous la forme d'une boucle avec deux extrémités de canal dans la paroi du convertisseur mais on peut au contraire avoir une seule zone de chauffage par induction présentant une seule ouverture dans la paroi du convertisseur. Il est aussi possible de prévoir plus d'une tuyère dans la paroi ou le fond du convertisseur, en combinaison avec un ou plusieurs canaux qui sont agencés de façon appropriée à l'opposé de la tuyère, au moins une tuyère étant dirigée vers chacun des canaux se terminant dans la paroi ou le fond du convertisseur. Normalement, la boucle de chauffage 8 est maintenue remplie de métal en fusion,
qui est maintenu à l'état fondu entre les séquences de l'opération, c'est-à-dire que la boucle n'est pas vidée lorsque la masse du métal en fusion se trouvant dans le convertisseur est coulée par
le trou de coulée 15.
Une séquence typique de fonctionnement de l'appareil lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention se présente comme suit. Une quantité appropriée du métal en fusion est chargée dans le convertisseur 1 par la lumière d'admission 17. La température de ce métal en fusion est mesurée et, si nécessaire pour le procédé de réduction désiré, elle est élevée par réglage de l'amenée de puissance électrique aux bobines d'induction 12. Lorsque la température désirée a été atteinte, la suspension de poudre d'oxyde de métal est injectée par la tuyère 14. Préalablement, cette suspension est préparée dans un distributeur de poudre et est alimentée par un conduit à la tuyère 14. Cette tuyère
14 est donc prévue dans la partie inférieure du convertisseur, qui est opposée à l'endroit où se trouve la boucle de fusion 8.
Ceci, en combinaison avec une vitesse d'injection appropriée des particules solides d'oxyde, permet un déplacement rapide du métal plus chaud se trouvant dans la cavité 5, c'est-à-dire dans
la zone extérieure aux ouvertures de canal 9 et 10,et ce sans
que des particules solides d'oxyde métallique en provenance de
la tuyère ne pénètrent dans le canal 8. De la sorte, le métal plus chaud de la cavité 5, qui est extérieur aux ouvertures de canal
9 et 10, sera remplacé de façon efficace par du métal plus froid venant d'autres parties de la masse de métal en fusion se trouvant dans le convertisseur 1, ce qui améliore l'échange de chaleur entre le canal 8 et la masse du métal en fusion de ce convertisseur
1. En outre, la poudre d'oxyde de métal, injectée par la tuyère
14, est distribuée rapidement, en même temps que le métal chaud provenant du canal de chauffage 8, dans la totalité de la masse
du métal en fusion se trouvant dans le convertisseur, ce qui est important pour la cinétique du procédé désiré de réduction et permet le développement du procédé de réduction à l'intervention d'une réaction entre l'oxyde de métal et un agent de réduction dans toutes les parties du récipient à une température appropriée. Un avantage supplémentaire de l'interréaction entre le métal chaud provenant du canal de chauffage 8 et la suspension qui est injectée par la tuyère 14 est que le métal venant du canal de chauffage 8 empêche l'embouchure de la tuyère de se solidifier, tandis que l'effet de refroidissement créé par la suspension injectée protège le revêtement de la cavité 5, en sorte que le revêtement existant dans la zone des ouvertures de canal n'est pas usé trop rapidement.
Habituellement, l'agent de réduction participant au procédé de réduction est formé par du carbone. Ce carbone peut être dissous depuis le départ dans le métal en fusion se trouvant dans le convertisseur ou bien il peut être alimenté par la suite durant
le fonctionnement. A titre d'exemple, on peut mélanger du carbone sous forme d'une poudre de charbon avec la poudre d'oxyde de métal, avec injection en même temps que cet oxyde 'par la tuyère, et/ou
le carbone peut aussi être alimenté par le haut du métal en fusion.
Lorsque le ou les procédés de réduction sont terminés, l'injection de la poudre d'oxyde de métal est interrompue et, après ajustement de la composition chimique, le convertisseur est basculé de telle sorte que le métal puisse être coulé par le trou de coulée 15. Avant la coulée, le laitier est habituellement enlevé par la lumière 17, où un soufflage continu d'air ou d'un autre gaz par la tuyère 14 facilite l'enlèvement de ce laitier. Habituellement, le métal en fusion est conservé dans le canal 8
et dans l'espace de la cavité 5, de sorte que les extrémités ou ouvertures 9 et 10 du canal sont interconnectées pour former une boucle fermée. Avant la coulée, le métal en fusion peut également être affiné par un traitement sous vide, en même temps que la poudre d'oxyde de métal est injectée par la tuyère 14. En outre, on peut envisager d'autres traitements, notamment des opérations d'affinage connues en soi.
L'invention sera plus complètement expliquée encore ciaprès par des exemples d'opération, qui illustrent l'invention.
1. Production de fer brut
Une réduction directe d'un minerai de fer peut, suivant le procédé métallurgique de l'invention, être réalisée de façon continue ou discontinue. Un procédé de réduction directe, agissant de façon discontinue, pour la production de fer peut être mis en oeuvre dans un convertisseur du type décrit avec référence aux figures 1 et 2. Une séquence possible de traitement est la suivante. Dans ce convertisseur, on charge d'abord une masse fondue de départ, de préférence du fer brut en fusion (fonte brute). On peut aussi utiliser un acier en fusion.
Toutefois, le métal en fusion devrait de préférence être riche en carbone, ce qui signifie au moins 3% de carbone en poids, afin d'obtenir un point de liquidus bas, qui est une condition nécessaire pour une basse température de traitement (réduction), ce qui est à son tour une exigence pour assurer une très faible usure du revêtement. L'importance
de la masse fondue de départ est déterminée par les dimensions du récipient de réaction, étant entendu que cette masse de départ devrait avoir une profondeur suffisante pour rendre possible la réaction de réduction désirée, avec utilisation des conditions cinétiques propres que le procédé et l'installation peuvent. offrir.
Ensuite, la réaction de réduction est amorcée par l'injection d'un concentré de minerai de fer en poudre dans le métal en fusion se trouvant dans le convertisseur par la tuyère 14, à l'intervention d'un gaz porteur. On peut alimenter du minerai de fer supplémentaire depuis le haut dans le convertisseur sous la forme d'un aggloméré, par exemple sous forme de pastilles. Ensuite,
on ajoute du carbone au métal en fusion en des quantités essentiellement stoechiométriques pour la mise en oeuvre de la réaction
de réduction suivante dans le cas où le minerai est de l'hématite:
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dans le cas où le minerai est de la magnétite.
On peut aussi envisager des mélanges de différents minerais, le carbone étant alimenté, dans de tels cas, en une relation essentiellement stoechiométrique par rapport au concentré de minerai combiné , afin que la totalité du fer du concentré combiné soit libérée par réduction.
On peut alimenter le carbone sous là forme d'une matière carbonée solide, par exemple du graphite, des produits du charbon
(anthracite et charbon de bois) et du coke, mais également sous la forme de composés carbonés combustibles, comme un huile combustible et des hydrocarbures gazeux. Toutefois, on alimente ce carbone de façon convenable sous la forme d'un charbon et plus particulièrement sous la forme d'un coke. Ce charbon peut être alimenté par le haut. Il est aussi possible de l'introduire dans la masse en fusion par une ou plusieurs tuyères distinctes, qui ne sont pas représentées sur les dessins.
Cependant, d'une manière particulièrement appropriée, on prépare à l'avance un mélange d'un concentré, de minerai finement pulvérulent et d'une matière carbonée finement pulvérulente, ce mélange contenant des quantités au moins stoechiométriques de carbone et de minerai pour la réaction de réduction. En mélangeant du minerai et du charbon à l'avance, on peut éviter des problèmes de réglage. Le mélange est insufflé dans le métal en fusion grâce au gaz porteur par la tuyère 14. On peut aussi alimenter par le haut du minerai et du carbone supplémentaires.
Pour des raisons économiques, on utilise de préférence
de l'air à titre de gaz porteur pour la mise en oeuvre de ce procédé de réduction. Ceci exige une addition supplémentaire de car-bone, correspondant à la quantité d'oxygène alimentée avec l'air.
Au lieu d'air, on peut envisager des gaz de réduction, comme par exemple certains hydrocarbures, ainsi que des gaz inertes, comme l'argon. Toutefois, on préfère l'air.
Le procédé de réduction consomme des quantités importantes d'énergie thermique en provenance du métal en fusion se trouvant dans le récipient. Il y a par conséquent une tendance à ce qu'une chute très rapide de température se produise dans la masse du métal en fusion. Par conséquent, la température est maintenue essentiellement constante durant le procédé de réduction par amenée d'une énergie électrique suffisante aux bobines d'induction 12 entourant le canal 8. Le métal plus chaud provenant du canal est "pompé" dans la cavité 5 depuis laquelle il est emmené, en même temps que le courant issu de la tuyère 14, vers toutes les parties du récipient. De cette manière, le procédé de réduction peut se développer dans toutes les parties de la masse du métal
en fusion, à la température désirée. La température est de préférence maintenue à un niveau se situant juste au-dessus de la température de liquidus du métal se trouvant dans le convertisseur, plus particulièrement dans un intervalle de températures allant de la température de liquidus jusqu'à 200[deg.]C au-dessus de cette température, mais de préférence jusqu'à une température non supérieure à 100[deg.]C au-dessus de cette température de liquidus, ce que l'on provoque par un réglage de l'amenée de l'énergie électrique à l'unité d'induction. L'injection du concentré de minerai et du charbon est poursuivie jusqu'à ce que l'on ait obtenu la quantité désirée de fer. Ensuite, le métal en fusion peut être, suivant
le type de traitement, affiné pour éliminer le soufre, par injection de CaO ou d'autres agents de désulfuration par la même tuyère
14 que celle utilisée pour l'injection de minerai et de charbon.
Avant la coulée, la température du métal en fusion est élevée jusqu'à une température convenable de coulée par augmentation de la puissance électrique fournie à l'unité d'induction opérant en coopération avec le canal de chauffage 8.
2, Production d'aciers non alliés
Dans la production d'aciers non alliés suivant l'invention, le convertisseur est d'abord chargé par une quantité suffisante de fonte brute en fusion. A titre de variante, une quantité suffisante de fer brut est produite in situ dans le convertisseur suivant les principes décrits ci-dessus. La température du
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aux bobines électriques 12 entourant le canal 8. Ensuite, une poudre de minerai de fer est injectée en étant entraînée dans de l'air par la tuyère 14. Durant la première période d'injection, le silicium et le manganèse sont oxydés. Suivant la température de la masse en fusion, une certaine quantité de carbone est enlevée simultanément. Lorsque le silicium et le manganèse ont été oxydés, le laitier est enlevé de la surface du métal en fusion, puis on peut amorcer la décarburation principale. De préférence au cours d'une phase unique, la masse fondue est amenée à la teneur désirée de carbone grace à une poudre d'oxyde de fer qui est injectée par la tuyère. De l'air est habituellement utilisé comme gaz porteur. Lorsque la teneur désirée de carbone a été atteinte, on remplace l'air à titre de gaz par de l'argon et on
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charge les additions nécessaires d'alliage, habituellement par le
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néisation rapide de la masse fondue. Durant la décarburation, la
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puissance alimentée aux bobines électriques 12. Comme la tempe-
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sance alimentée aix bobines électriques 12, afin que la température soit maintenue entre la température de liquidus et une température de 200[deg.]C au-dessus de cette température de liquidus, de préférence entre la température de liquidus et une température
se situant à 100[deg.]C au-dessus de celle-ci. Il est aussi possible d'utiliser l'installation suivant les figures 1 et 2 pour la fusion d'une mitraille dans la production d'acier. Si la teneur de carbone est trop élevée lorsque la totalité de la mitraille a été fondue, l'excès de carbone peut être éliminé par l'injection d'un concentré de minerai de fer pulvérulent de'la manière décrite précédemment, en même temps que la température de la masse fondue est maintenue au-dessus de la température de liquidus grâce à l'unité d'induction.
On décrira maintenant un exemple en se référant au diagramme de la figure 3, qui illustre la décarburation d'une fonte brute suivant le procédé de l'invention. Le convertisseur des figures 1 et 2 est chargé par environ 4,5 tonnes métriques d'une fonte brute en fusion. L'espace 5 et le canal 8 contiennent par conséquent 800 kg d'acier en fusion. Le métal en fusion combiné présente la composition approximative suivante en poids: 3,8% de C; 1,4% de Si; 0,3% de Mn; le restant: du fer et des impuretés accidentelles. Une suspension d'un concentré de minerai de magnétite (Fe304) dans de l'air est injectée par la tuyère 14. Une quantité totale d'environ 1000 kg de concentré Fe304 est introduite et émulsionnée dans la fonte brute en fusion se trouvant dans le convertisseur.
Sur le diagramme de la figure 3, la courbe I illustre le concentré de minerai accumulé, injecté durant le développement de cette période. La courbe de température montre comment la température du métal en fusion est élevée durant cette
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Les autres courbes montrent comment les teneurs de carbone, de silicium et de manganèse se modifient durant l'injection de l'oxyde de fer. C'est ainsi que, durant la période initiale, pratiquement
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ment la période principale de décarburation se développe. Lorsqu'on a injecté 1000 kg de concentré de minerai, la teneur de carbone a été réduite jusqu'à environ 1,0%. Le concentré de minerai contient environ 90% de Fe304. Lorsque le taux désiré de carbone a été atteint, on ajoute du manganèse et du silicium au métal en fusion depuis le haut et on homogénéise par injection d'argon par la tuyère 14. En même temps, la température du métal en fusion est élevée jusqu'à environ 1600[deg.]C, ce qui constitue une température convenable de coulée.
3. Production d'aciers alliés
Des aciers contenant des teneurs moyennes de chrome, c'est-à-dire environ 1-15% de chrome, peuvent être produits suivant l'invention de la manière ci-après. On charge d'abord une masse fondue de fer, riche en carbone, dans la convertisseur illustré par les figures 1 et 2. A titre de variante, la masse fondue de fer peut être préparée in situ dans le récipient, comme
on l'a décrit précédemment. La température du métal en fusion est élevée grâce aux bobines d'induction 12 jusqu'à une température comprise entre 1600 et 1750[deg.]C, de préférence entre 1600 et
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par la tuyère 14 une suspension d'un concentré de minerai de chrome oxydique, en suspension dans de l'air. Le minerai de chrome oxydique est de préférence de la chromite, c'est-à-dire
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pulvérulent est réparti dans toutes les parties du récipient, en emmenant avec lui le métal plus chaud de la cavité 5 extérieure aux ouvertures de canal 9 et 10. La température durant cette injection de chromite est maintenue dans l'intervalle de 1600 à
1750[deg.]C, de préférence de 1600 à 1700[deg.]C, par réglage de la puissance d'entrée aux bobines électriques 12. Si la teneur de carbone de la masse fondue est suffisamment élevée, la réaction (3) suivante se développera de la gauche vers la droite:
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Suivant une forme de réalisation du procédé de l'invention pour la production d'aciers à teneur moyenne de chrome, la teneur de carbone sera d'au moins 1% durant l'injection de l'oxyde de chrome. Cela signifie qu'une quantité supplémentaire de carbone doit être ajoutée à la masse fondue si la teneur de carbone est réduite jusqu'à 1%, avant que la teneur désirée de chrome n'ait été atteinte. Il est également très possible d'ajouter du carbone durant le développement de l'injection d'oxyde de chrome, soit depuis le haut, soit en même temps que la poudre d'oxyde. La teneur de carbone est de préférence maintenue au-dessus de 2% durant la réduction de l'oxyde de chrome par le carbone.
Lorsque la teneur désirée de chrome a été atteinte dans la masse fondue, la teneur de carbone peut encore être réduite par injection de concentré de minerai de fer en même temps que la température est maintenue à peu près constante dans la masse du métal en fusion.
Le diagramme de la figure 4 illustre schématiquement un exemple de production d'un acier à teneur moyenne de chrome dans le convertisseur illustré par les figures 1 et 2. Dans ce convertisseur, on charge d'abord une fonte brute qui est mélangée avec le métal en fusion se trouvant dans le canal 8 et dans l'espace 5, de sorte que le métal combiné arrive à la composition suivante en % en poids: 3, 8% de C; 1,6% de Si; 0,8% de Mn; 0,01% de S; le restant: fer et impuretés accidentelles.
La température de ce métal en fusion est d'abord élevée jusqu'à environ 1650[deg.]C grace aux bobines électriques 12. Lorsque cette température a été atteinte, on injecte par la tuyère 14, environ 1025 kg de concentré de minerai de chromite sous forme d'une poudre, en même temps que de la chaux puvérulente comme agent formateur de laitier, que l'on entraîne sous forme d'une suspension dans de l'air. La courbe II du diagramme montre le concentré de minerai accumulé injecté dans le métal en fusion durant le développement de cette phase. La température est maintenue entre 1600 et 1750[deg.]C, de préférence entre 1600 et 1700[deg.]C durant
la totalité de la période d'injection de chromite. La poudre
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rompue lorsque la teneur de carbone a été.réduite jusqu'à 1%. La teneur de chrome du métal fondu a alors été élevée jusqu'à environ 5,5%. En même temps, la teneur de soufre a été augmentée,
du fait des impuretés de soufre se trouvant dans le concentré de chromite. Pour séparer le soufre, on injecte par conséquent de
la chaux CaO (courbe III du diagramme de la figure 4). Finalement, les teneurs de manganèse et de silicium sont réglées par addition de ces éléments d'alliage depuis le haut, de l'argon étant injecté par la tuyère 14 dans le but de provoquer une agitation de la masse fondue se trouvant dans le récipient.
Un acier inoxydable et d'autres aciers au chrome, comportant des teneurs de chrome supérieures à 15%, peuvent également être produits suivant les principes décrits ci-dessus. Toutefois, un acier inoxydable et d'autres alliages à haute teneur dé chrome sont plus particulièrement fondus d'abord de manière traditionnelle dans un four à arc électrique, puis l'alliage en fusion présentant la teneur désirée de chrome est chargé dans un convertisseur du type illustré par les figures 1 et 2, où l'alliage est décarburé. Pour cette décarburation, on utilise de l'oxyde de fer ou un autre oxyde de métal, qui est plus facilement réductible que l'oxyde de chrome, par exemple de l'oxyde de nickel Nid. Cette décarburation est réalisée par l'injection de l'oxyde pulvérulent dans un gaz porteur par la tuyère 14.
En outre, dans ce cas, la température est de préférence maintenue à environ 1600-1750[deg.]C, de préférence à 1600-1700[deg.]C, par contrôle de la puissance électrique alimentée aux bobines d'induction 12. Pour l'injection, on utilise de préférence de l'air comme gaz porteur jusqu'à ce que la teneur de carbone ait été réduite jusqu'à environ 1%. Ensuite, on utilise de préférence de l'argon et/ou de la vapeur-d'eau comme gaz porteur, au lieu de l'air, afin d'éviter une fixation d'azote dans l'acier en fusion. Pour obtenir des teneurs basses de carbone sans oxydation de chrome, la concentration de l'argon et/ou de la vapeur d'eau devrait être suffisamment élevée.
Il est aussi possible d'insuffler des concentrations élevées d'un gaz diluant (argon et/ou vapeur d'eau), en même temps que l'atmosphère régnant dans le convertisseur, au-dessus de la surface du métal en fusion, est mise sous vide par des pompes à vide appropriées, tandis que l'injection du concentré de minerai est poursuivie. Cette combinaison d'un traitement par gaz de dilution et d'une décarburation sous vide est de préférence utilisée pour la production d'aciers dits
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carbone et d'azote. Dans le cas présent, de très faibles teneurs signifient une quantité totale non supérieure à 0,03%, de préférence non supérieure à 0,015% de carbone et d'azote au total. Ces aciers contiennent souvent du molybdène à titre d'élément d'alliage. Ce molybdène peut être utilisé de préférence suivant une forme de réalisation du procédé de l'invention, d'après laquelle la décarburation du métal en fusion contenant du chrome est partielle-
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lent de la manière caractéristique suivant l'invention. En outre, on utilise de préférence de l'oxyde de nickel NiO à cet effet.
Si on se réfère maintenant à la figure 5, on décrira un exemple illustrant la production d'un acier spécial contenant plus d'un métal d'alliage. Suivant le diagramme schématique, le
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3,5% de C, 1,75% de Si, 0,5% de Mn. La température du métal en fusion est d'abord élevée jusqu'à 1600[deg.]C grâce aux bobines d'in- duction 12. Lorsque cette température a été atteinte, on injecte dans le convertisseur environ 200 kg d'un concentré de chromite, courbe II, du même type que dans le cas de l'exemple précédent, en même temps que la température est maintenue approximativement constante suivant les principes de l'invention. L'oxyde de chrome appartenant à la poudre de chromite injectée est réduit par le silicium et le manganèse présents dans la masse fondue et, dans une certaine mesure, par le carbone. On obtient ainsi environ 1,1% de chrome dans le métal en fusion. On utilise de l'air comme gaz porteur pour la poudre de'chromite.
Dans la phase suivante, on injecte 600 kg de concentré de scheelite, courbe IV sur la figure 5, dans le métal en fusion sous la forme d'une poudre entraînée dans de l'air. La scheelite est un minerai d'oxyde de tungstène et le concentré injecté dans le métal en fusion contient
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l'injection de scheelite également, par réglage de la puissance électrique alimentée aux bobines électriques 12. Le minerai de tungstène est réduit par le carbone présent dans la masse fondue, de sorte que l'on obtient environ 2,5% de tungstène dans cette masse. Durant cette phase, la teneur de carbone dans la masse fondue est réduite d'environ 2,25% jusqu'à environ 1,75%. Pour réduire encore la teneur de carbone du métal en fusion, on injecte environ 225 kg d'un concentré de minerai de magnétite, courbe I.
Ce concentré de minerai est également injecté en utilisant de l'air comme gaz porteur. L'injection suivant l'invention est interrompue lorsque le carbone est arrivé au taux de 0,5%. La température est maintenue à tous moments à environ 1600[deg.]C par alimentation d'une puissance électrique supplémentaire aux bobines d'induction
12. A titre de phase finale, on injecte 300 kg environ de CaO, courbe III, dans le métal en fusion, ce CaO étant entraîné dans de l'argon dans un but d'affinage par enlèvement de soufre.
Cet exemple illustre deux caractéristiques du procédé de l'invention, à savoir que, dans le cas d'un acier spécial ou d'un autre alliage contenant plus d'un métal d'alliage, les oxydes métalliques suivant l'invention sont injectés de manière graduelle, les oxydes étant injectés dans l'ordre correspondant à la diminution d'affinité pour l'oxygène. Ceci signifie que l'oxyde qui est le plus facile à réduire par le carbone ou un autre agent réducteur est injecté au cours de la dernière phase, tandis que l'oxyde qui est le plus difficile à réduire est introduit dans la première phase,. les autres oxydes métalliques possibles étant introduits intermédiairement suivant leur affinité vis-à-vis de l'oxygène.
L'exemple illustre également que le silicium et le manganèse existant dans la masse fondue de départ peuvent avantageusement être utilisés pour la réduction, par exemple, de l'oxyde de chrome injecté dans le métal en fusion au cours de la première phase du procédé suivant l'invention.
Un autre type d'aciers alliés que l'on peut produire suivant les principes de l'invention est un acier pour des besoins
cryogéniques (basse température), par exemple dés aciers à 5 ou
i 9% de nickel. Dans ce cas, on produit d'abord une masse fondue
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crit ci-dessus et on charge cette masse dans le convertisseur