Procédé pour l'amélioration des aciers. La désoxydation de l'acier est un pro blème fondamental de l'élaboration de l'acier, la qualité de l'acier obtenu ayant un rapport direct avec le plus ou moins grand degré de désoxydation obtenu. On peut dire dans ce sens que le problème général de la fabrication de l'acier se résume, déphosphoration et dé sulfuration mises à, part, par le but suivant à obtenir: éliminer les oxydes dissous en provo quant le minimum d'inclusions non métalli ques oxydées restant en suspension et em prisonnées à la solidification, par exemple inclusions d'alumine, de silicates, de titana tes, etc.
La solution de ce problème implique qu'au moment des additions de Si, de Al, de Ti, le bain contienne déjà très peu de FeO et de MnO dissous, sinon les additions faites rédui sent ces oxydes et provoquent des inclusions. D'où deux grands groupes de procédés d'ob tention de métal sans soufflures: le Procédés où l'on part de matières pre mières pures et où l'on cherche à oxyder le bain su minimum avant les opérations fi nales, à. savoir procédés mettant en oeuvre soit le four Martin acide, soit le four élec trique marchant en simple fusion, .soit le creu set, soit le four à haute fréquence, ces procé dés résolvant le problème par la suppression de la. difficulté.
20 Procédés à oxydation initiale forte de l'acier, à savoir les procédés basés sur l'em ploi du four Thomas, du four Martin basique, du four électrique en affinage, ces procédés faisant appel à des matières premières quel conques, donc bon marché. Dans ce cas, sui vant l'engin employé, on procède à une dés oxydation plus ou moins complète avant l'ad dition des désoxydants normaux; la qualité des produits obtenus est, de ce fait, plus ou moins grande, allant en sens croissant du pro cédé Thomas au procédé électrique. Mais l'obtention de produits de qualité ne peut se faire qu'au prix d'opérations lorL- gues et, par suite, coûteuses.
Dans le cas des aciers durs, la désoxyda tion avant addition est faite, en partie, à l'aide du carbone ajouté, par ébullition du CO et, en partie, par action dissolvante du laitier; dans le cas des aciers doux la désoxy dation a lieu uniquement à. l'aide de laitiers, dont le pouvoir dissolvant agit en éliminant progressivement par diffusion le FeO dissous dans le bain. Le laitier agit sur la surface du métal immédiatement en contact avec lui en se mettant en équilibre avec elle; de l'oxyde de fer diffuse des autres couches vers la sur face et, si l'on a soin de désoxyder continuel lement le laitier, on arrive à soutirer, au prix d'un temps long, continuellement de l'oxyde du bain.
L'exemple extrême de ce pro cédé est la méthode dite en laitier carburant au four électrique.
Dans le cas des aciers carburés, la dés oxydation est faite à. la fois par l'action du carbone et par celle du laitier. La désoxyda tion par le carbone présente d'ailleurs l'incon vénient de donner un rendement irrégulier du carbone ajouté, une partie se dissolvant dans le bain et l'autre se dégageant sous forme de C0, ce qui nécessite des corrections ulté rieures pour arriver à la teneur en carbone visée pour l'acier, et une prolongation des opérations.
Il manquait doie jusqu'ici un moyen sim ple, rapide et économique permettant d'éli miner la plus grande partie du FeO et du MnO dissous dans l'acier et d'obtenir très rapidement, à partir d'un métal oxydé, un métal suffisamment désoxydé pour que des additions finales (Si, Al, Ti, etc.), produi sent un minimum d'inclusion, donc un acier de qualité assimilable, par exemple à l'acier élaboré au four électrique.
La présente invention a pour but de four nir un moyen particulièrement simple et ra pide d'obtenir ce résultat.
Selon l'invention, on brasse énergique ment avec l'acier à désoxyder, en état de<B>fu-</B> sion, un laitier préalablement fondu très fluide et possédant un l@uucuïr @lï < -ul@,,ui élevé à l'égard des oxydes dis.ou. ,lai, ;':, cier, de préférence un laitier acide i-outenaiit une quantité faible de FeO, le bra@..a@. ,." question et la fluidité du laitier assurant un contact très intime entre les différentes par ticules du métal et du laitier, par une véri table pulvérisation du laitier dans la masse du métal.
Aussitôt la désoxydation réalisée, ce qui a lieu dans un temps extraordinairement court, on peut séparer, par exemple par dé cantation, l:aeier désoxydé d'avec le laitier qui s'est chargé en oxydes.
La façon dont le brassage est effectué importe peu, pourvifi que l'on obtiennele contact intime de la masse totale du laitier avec la masse totale du métal. A titre d'exemple non limitatif, ce brassage peut être obtenu en cou lant le métal sur le laitier fondu, dans un four ou dans une poche, ou en coulant simul tanément métal et laitier dans la poche ou le four. La seule durée de la coulée suffit pour que la désoxydation se produise. En versant le métal sur le laitier, on obtient une pulvéri sation du laitier dans le métal, donnant lieu à. une émulsion non stable.
Cette dernière existe pendant un temps relativement court, mais cependant suffisant pour que la réaction entre le laitier et le métal puisse se produire. D'autres moyens peuvent être conçus pour arriver au même résultat.
L'expérience prouve que, dans ces condi tions, le brassage rend très rapide une réac tion qui se ferait lentement entre les deux li quides de densités très différentes s'ils étaient simplement superposés en deux couches. Le brassage du laitier fondu, hors d'équilibre en tous ses points avec le métal, entraîne en effet une désoxydation extrêmement importante et rapide de celui-ci.
Il a été constaté, par exem ple, qu'un brassage énergique avec un laitier fondu répondant aux caractéristiques énon cées ci-dessus, brassage dont la durée a été inférieure à. une minute, a suffi pour qu'un métal extra-doux, suroxydé volontairement, ait pu être calmé avec une addition de 0,06 ô d'Al, généralement nécessaire dans la prati- que courante pour calmer un métal de même composition après une longue désoxydation d'une à deux heures au four électrique basi que et une addition préalable de 0,3,",o' de Si.
On constate naturellement un enrichisse ment parallèle en oxyde de fer du laitier acide fondu.
Ce résultat est évidemment tout à fait sur prenant et remarquable et impossible à. pré voir à priori.
Il en résulte que le présent. procédé ap porte. un moyen entièrement nouveau, extr-- rnement simple et rapide de désoxyder les aciers.
A titre d'exemple non limitatif, il permet. en particulier d'obtenir à partir de métal Thomas doux, en quelques minutes au plus, sans apport de chaleur extérieure, un acier au moins aussi désoxydé, avant toute addi tion, que de l'acier doux désoxydé longuement an four électrique basique et ayant déjà reçu. des additions de Si.
Dans le cas de métal carburé, ce procédé permet d'obtenir le rendement quasi intégral du carbone ajouté, en même temps qu'une bonne désoxydation.
Il a été question jusqu'ici de métal calmé, mais l'on peut aussi désoxyder ainsi du mé tal destiné à être coulé non calmé.
La composition des laitiers mis en oeuvre pour l'application de la présente invention peut varier dans de très larges limites, à- con dition que ces laitiers contiennent très peu d'oyde de fer pour pouvoir ainsi dissoudre le FeO dissous dans l'acier: leur action sera d'autant plus énergique qu'ils seront plus avides de FeO, donc en principe plus acides, sous la réserve qu'ils soient bien fondus afin de pouvoir se mélanger intimement au métal. Des fondants pourront, dans ce but, être ajou tés au laitier.
II y a avantage, au point de vue écono mique, à recharger dans le four à fusion de laitier les laitiers oxydés et à les, y traiter par un réducteur, afin de les réutiliser à, nou veau pour la désoxydation.
Voici, à. titre d'exemple, deux opérations effectuées sans moyens spéciaux propres à augineyzter le brassage et le contact laitier métal et qui montrent suffisamment les .énor mes possibilités apportées par la présente in vention.
Premier exemple: On a coulé dans une po che environ une tonne de laitier liquide de composition
EMI0003.0021
SiO2 <SEP> environ <SEP> 58, <SEP> par <SEP> exemple <SEP> 57,80
<tb> Al2o@ <SEP> " <SEP> 15,5 <SEP> " <SEP> 15,60%
<tb> Cao <SEP> <B>1</B>2,5 <SEP> 12,50%
<tb> Mn0 <SEP> 4 <SEP> 4,07
<tb> Fe0 <SEP> 2 <SEP> 2,04
<tb> Na2o <SEP> 8 <SEP> 8,00 rendu plus fluide par cette addition de .soude. Sur ce laitier, on a coulé quatorze tonnes de métal ayant à. l'analyse.
C 0,075 Si 0,040 Mn 0,095 obtenu par affinage poussé très loin dans un four électrique basique, métal auquel on avait ajouté préalablement 250 hg d'une fonte syn thétique contenant: C 3,50 Si 6,00 bIn <B>0,73%</B> dans le but d'aboutir à une teneur en carbone de 0,14% environ.
La coulée du métal sur le laitier durant une minute a provoqué un brassage énergique; immédiatement après, on a coulé en lingo- tières.
Les lingots ont retassé sous charbon de bois sans addition supplémentaire; ils avaient <B>,à</B> l'analyse: C 0,145 Si 0,140% Mn 0,100 On a donc réalisé en une minute, à par tir de métal suroxydé, un acier doux, avec pour toute addition calmante,<B>0,110%</B> de Si, résultats qu'il serait extrêmement difficile, sinon impossible, d'obtenir en four électrique, même après une désoxydation de plusieurs heures par les laitiers pratiquée à la. manière ordinaire.
Cet acier étant parfaitement calme, ce qui prouve qu'on était arrivé à un état de désoxy dation très poussée.
Le laitier après brassage a donné une te neur en FeO de 4,6<B>70.</B>
Deuxième <I>exemple:</I> On a coulé dans une poche 1200 kg de laitier liquide de composi tion:
EMI0004.0004
Si02 <SEP> environ <SEP> 68, <SEP> par <SEP> exemple <SEP> 68,20
<tb> A1203 <SEP> 12 <SEP> <B><I>15</I></B> <SEP> 11,92
<tb> CaO <SEP> 8 <SEP> 8,08
<tb> Mn0 <SEP> 4 <SEP> 4,19/%
<tb> Fe0 <SEP> 0,25 <SEP> 0,25
<tb> Na2O <SEP> 7 <SEP> <B>7,00%</B> Sur ce laitier, on a coulé quatorze tonnes d'un métal ayant à, l'analyse:
C 10,020%, si 0,010% Mn 0,025 c'est-à-dire équivalent aux fers les plus doux obtenus industriellement, ceci au prix d'un suraffinage qui avait bien entendu suroxydé en même temps le fer.
Après brassage intime<B>dû</B> à la coulée, du rant une minute dix secondes, on a coulé sur lingotières avec additions d'Al croissantes dans les différentes lingotières. Dès l'addition de<B>0,06%</B> d'Al, le métal a retassé profondé ment sous charbon de bois, résultat tout à. fait remarquable indiquant une désoxydation par faite pour une telle qualité d'acier.
Trroisième <I>exemple:</I> On a fabriqué du mé tal extra-doux après décrassage ayant les te neurs suivantes C 0,050% Si 0,010% Mn 0,042 Ce métal a été carburé après addition d'anthracite jusqu'à une teneur de Carbone de 0,475%, ceci sur un bain nu, sans forma tion de laitier, ni action de désoxydant quel conque. Ce métal a été versé dans une poche sur 1200 kg de laitier ayant la composition ci- après Silice 70 Soude 25 Chaux 5 On a immédiatement coulé des lingots avec additions d'aluminium croissantes.
Dès l'addi tion d'une teur en aluminium de<B>0,010%1</B> quantité donc infime, l'acier a retassé parfai tement sous charbon de bois.
Process for improving steels. The deoxidation of steel is a fundamental problem in the production of steel, the quality of the steel obtained having a direct relationship with the greater or lesser degree of deoxidation obtained. We can say in this sense that the general problem of the manufacture of steel can be summed up, dephosphorization and desulphurization set apart, by the following goal to be obtained: to eliminate the dissolved oxides by causing the minimum of non-metallic inclusions. oxidized materials remaining in suspension and trapped on solidification, for example inclusions of alumina, silicates, titanates, etc.
The solution of this problem implies that at the time of the additions of Si, Al, Ti, the bath already contains very little dissolved FeO and MnO, otherwise the additions made reduce these oxides and cause inclusions. Hence two main groups of processes for obtaining metal without blowholes: the Processes where one starts from pure raw materials and where one seeks to oxidize the bath at a minimum before the fi nal operations. namely processes using either the acid Martin furnace, or the electric furnace working in simple fusion,. or the hollow set, or the high frequency furnace, these processes dice solving the problem by eliminating the. difficulty.
20 Methods with strong initial oxidation of steel, namely the methods based on the use of the Thomas furnace, the basic Martin furnace, the electric furnace in refining, these processes using raw materials whatever, therefore inexpensive . In this case, depending on the device used, a more or less complete deoxidation is carried out before the addition of normal deoxidizers; the quality of the products obtained is, therefore, more or less great, going in an increasing direction from the Thomas process to the electrical process. But obtaining quality products can only be achieved at the cost of long and, consequently, expensive operations.
In the case of hard steels, the deoxidation before addition is carried out, in part, using the added carbon, by boiling the CO and, in part, by the dissolving action of the slag; in the case of mild steels, deoxidation takes place only at. using slags, whose dissolving power works by gradually eliminating the FeO dissolved in the bath by diffusion. The slag acts on the surface of the metal immediately in contact with it, putting itself in equilibrium with it; iron oxide diffuses from the other layers towards the surface and, if care is taken to continuously deoxidize the slag, it is possible to withdraw, at the cost of a long time, continuously oxide from the bath.
The extreme example of this process is the so-called electric furnace slag fuel method.
In the case of carburized steels, the deoxidation is done at. both by the action of carbon and by that of the slag. Carbon deoxidation also has the drawback of giving an irregular yield of the added carbon, one part dissolving in the bath and the other being released in the form of C0, which requires subsequent corrections to arrive. to the carbon content targeted for the steel, and an extension of operations.
Until now, there has been a lack of a simple, rapid and economical means of eliminating most of the FeO and MnO dissolved in the steel and of obtaining very quickly, from an oxidized metal, a metal. sufficiently deoxidized for final additions (Si, Al, Ti, etc.) to produce a minimum of inclusion, therefore a quality steel which can be assimilated, for example to steel produced in an electric furnace.
The object of the present invention is to provide a particularly simple and rapid means of obtaining this result.
According to the invention, is vigorously stirred with the steel to be deoxidized, in a state of <B> melting </B> sion, a previously molten slag very fluid and having a l @ uucuïr @ lï <-ul @ ,, ui high with respect to dis.ou. Preferably an acidic slag i-outenaiit a small amount of FeO, the bra @ .. a @. ,. "question and the fluidity of the slag ensuring very intimate contact between the different particles of the metal and the slag, by a veritable spraying of the slag into the mass of the metal.
As soon as the deoxidation has been carried out, which takes place in an extraordinarily short time, it is possible to separate, for example by decantation, the deoxidized aeier from the slag which is loaded with oxides.
It does not matter how the stirring is carried out, so long as one obtains intimate contact of the total mass of the slag with the total mass of the metal. By way of non-limiting example, this mixing can be obtained by pouring the metal onto the molten slag, in an oven or in a ladle, or by simultaneously flowing metal and slag into the ladle or the oven. The duration of the casting alone is sufficient for deoxidation to occur. By pouring the metal on the slag, one obtains a pulverization of the slag in the metal, giving rise to. an unstable emulsion.
The latter exists for a relatively short time, but still sufficient for the reaction between the slag and the metal to take place. Other means can be devised to achieve the same result.
Experience proves that, under these conditions, the stirring makes very rapid a reaction which would take place slowly between two liquids of very different densities if they were simply superimposed in two layers. The stirring of the molten slag, out of equilibrium in all its points with the metal, in fact causes an extremely significant and rapid deoxidation of the latter.
It has been found, for example, that vigorous stirring with a molten slag meeting the characteristics enon Cés above, stirring the duration of which was less than. one minute was enough for an extra-soft metal, deliberately overoxidized, to be able to be calmed with an addition of 0.06% of Al, generally necessary in current practice to calm a metal of the same composition after a long deoxidation of one to two hours in a basic electric oven and a prior addition of 0.3, ", o 'of Si.
There is naturally a parallel enrichment of iron oxide in the molten acid slag.
This result is obviously quite overwhelming and remarkable and impossible to achieve. pre see a priori.
It follows that the present. process applied. an entirely new, extremely simple and fast way of deoxidizing steels.
By way of non-limiting example, it allows. in particular to obtain from soft Thomas metal, in a few minutes at most, without external heat input, a steel at least as deoxidized, before any addition, as mild steel deoxidized at length in a basic electric furnace and having already received. additions of Si.
In the case of carburized metal, this process makes it possible to obtain the almost integral yield of the added carbon, at the same time as good deoxidation.
Quiet metal has hitherto been discussed, but it is also possible to deoxidize metal intended to be cast without calming.
The composition of the slags used for the application of the present invention can vary within very wide limits, provided that these slags contain very little iron oyide in order thus to be able to dissolve the FeO dissolved in the steel: their action will be all the more energetic the more they are greedy for FeO, therefore in principle more acidic, on condition that they are well melted in order to be able to mix intimately with the metal. For this purpose, fondants may be added to the slag.
From an economic point of view, there is an advantage in recharging the oxidized slag in the slag melting furnace and in treating them there with a reducing agent, in order to reuse them again for deoxidation.
Here, at. by way of example, two operations carried out without special means suitable for augineyzter the stirring and the metal slag contact and which sufficiently demonstrate the .énor my possibilities provided by the present invention.
First example: About a ton of liquid slag of composition
EMI0003.0021
SiO2 <SEP> approximately <SEP> 58, <SEP> by <SEP> example <SEP> 57.80
<tb> Al2o @ <SEP> "<SEP> 15.5 <SEP>" <SEP> 15.60%
<tb> Cao <SEP> <B> 1 </B> 2.5 <SEP> 12.50%
<tb> Mn0 <SEP> 4 <SEP> 4.07
<tb> Fe0 <SEP> 2 <SEP> 2.04
<tb> Na2o <SEP> 8 <SEP> 8.00 made more fluid by this addition of .soude. On this slag, we poured fourteen tons of metal having to. analysis.
C 0.075 Si 0.040 Mn 0.095 obtained by refining very far in a basic electric furnace, metal to which 250 hg of a synthetic iron containing: C 3.50 Si 6.00 bIn <B> 0.73% had previously been added </B> with the aim of achieving a carbon content of approximately 0.14%.
The pouring of the metal on the slag for a minute caused vigorous stirring; immediately afterwards, the mold was cast.
The ingots shrank under charcoal without additional addition; they had <B>, on </B> analysis: C 0.145 Si 0.140% Mn 0.100 We therefore produced in one minute, by firing superoxidized metal, a mild steel, with any calming addition, <B> 0.110% </B> of Si, results that would be extremely difficult, if not impossible, to obtain in an electric oven, even after deoxidation of several hours by the slags practiced at the. ordinary way.
This steel being perfectly calm, which proves that we had reached a state of very advanced deoxidation.
The slag after stirring gave an FeO content of 4.6 <B> 70. </B>
Second <I> example: </I> 1200 kg of liquid slag of the composition were poured into a pocket:
EMI0004.0004
Si02 <SEP> approximately <SEP> 68, <SEP> by <SEP> example <SEP> 68,20
<tb> A1203 <SEP> 12 <SEP> <B><I>15</I> </B> <SEP> 11.92
<tb> CaO <SEP> 8 <SEP> 8.08
<tb> Mn0 <SEP> 4 <SEP> 4,19 /%
<tb> Fe0 <SEP> 0.25 <SEP> 0.25
<tb> Na2O <SEP> 7 <SEP> <B> 7.00% </B> On this slag, we poured fourteen tons of a metal having to, the analysis:
C 10.020%, if 0.010% Mn 0.025, that is to say equivalent to the softest irons obtained industrially, this at the cost of over-refining which had of course overoxidized the iron at the same time.
After intimate stirring <B> due </B> to the casting, for one minute ten seconds, we poured onto ingots with increasing Al additions in the different ingots. As soon as <B> 0.06% </B> Al was added, the metal sank deeply under charcoal, the result. remarkable fact indicating a deoxidation made for such a quality of steel.
Third <I> example: </I> Extra-soft metal was manufactured after scouring having the following contents C 0.050% Si 0.010% Mn 0.042 This metal was carburized after addition of anthracite to a content of Carbon of 0.475%, this on a naked bath, without slag formation or deoxidizing action whatsoever. This metal was poured into a ladle onto 1200 kg of slag having the following composition Silica 70 Soda 25 Lime 5 Ingots were immediately cast with increasing aluminum additions.
As soon as an aluminum core of <B> 0.010% 1 </B> was added, therefore a tiny amount, the steel shrank perfectly under charcoal.