Procédé de fabrication d'acier inoxydable. Certains procédés de fabrication de l'acier inoxydable comportent la préparation dans un four convenable de fonte d'acier à faible teneur en carbone et de brande pureté et l'in troduction de chrome dans cette fonte par l'addition d'alliage ferreux raffinés comme le ferrochrome à faible teneur en carboné. Ces procédés exigent cependant l'emploi de ma tières coûteuses de qualité supérieure et ne permettent pas d'obtenir un acier inoxydable d'un bas prix de revient.
D'autres procédés plus récents comportent l'emploi de matières brutes relativement peu coûteuses. Ces procédés comprennent essen tiellement la fusion dans un four convena ble d'un ou de plusieurs ingrédients chro- mifères peu coûteux tels que du ferrochrome à haute teneur en carbone, du minerai de chrome -et des déchets d'acier inoxydable, pour produire un bain de ferré-chrome protégé par une couverture de laitier. Dans ces procédés, on récupère les métaux contenus dans. le lai tier à l'aide d'un agent réducteur convenable.
Dans les procédés les plus récents, on a rencontré des difficultés lors de la fusion de la charge -et finalement lors du raffinage de la fonte. Par fusion de la charge des matières premières ordinairement exécutée dans un four électrique, cn forme un bain de métal ierreux qui contient de brandes quantités de chrome Pt des quantités appréciables de car bone.
Pendant la fusion, un laitier actif vis- à-vis du carbone et contenant de grandes quantités d'oxydes, notamment des oxydes de fer et de chrome, se forme. Ce laitier est ca pable d'éliminer le carbone du bain de métal et contient donc des quantités importantes de fer -et de chrome.
Cependant, ce laitier a normalement une consistance épaisse, devient dur -et se couvre d'une croûte malgré la chaleur intense ré gnant dans le four. On attribue cela à la. pré sence de brandes quantités d'oxyde de chrome. A cause de son manque de fluidité, ce laitier rend difficile l'adjonction au bain de métal de mitraille d'acier inoxydable ou d'autres ingrédients d'alliage par exemple. Les ma tières ajoutées sont retenues dans le laitier et ne passent pas dans le métal en fusion en proportion satisfaisante.
En outre, un dépla cement du laitier pâteux causé par le fonc- tio@nnement -de l'arc du four, par l'addition de matière-ou par un brassage, laisse le bain métallique indûment exposé à une contami nation par du carbone provenant de l'exté rieur.
Le carbone qui entre dans le bain, en par- ticulier vers la fin de la phase d'oxydation du métal et pendant la phase de réduction, devient gym. élément permanent de l'alliage et affecte clone la composition finale de l'acier fini.
Pendant la période -de réduction, lorsque le chrome et le fer sont récupérés du laitier par l'addition d'une matière réductrice non carbonée telle que le ferro-silicium par exeni- ple, la. mauvaise fusibilité du laitier est la cause de pertes considérables en fer et en. chrome.
Les oxydes sont réduits en partie seulement à cause du mélange défectueux du laitier épais -et de la matière réductrice, et de plus le transfert du métal formé dans le bain, est entravé par le laitier épais.. C'est ainsi qu'une quantité notable de métal et d'oxydes précieux reste dans le laitier et est perdue.
La présente invention comprend un pro cédé de fabrication inoxydable au four élec trique par fusion de matières contenant du fer et du chrome et donnant lieu à la forma tion d'un bain métallique et d'un laitier, et réduction subséquente, à l'aide d'un agent ré ducteur non carboné, d'une partie au moins des oxydes de fer et de chrome présents dans le laitier,
caractérisé en ce que lesdites ma tières sont constituées en partie par des dé chets contenant du chrome et en ce qu'on in- troduit dans le four, au plus tard pendant ladite réduction, un agent riche en oxyde de titane, en quantité suffisante pour fluidifier le laitier.
Le procédé selon l'invention peut être exé cuté comme suit: On utilise un four électrique de 13 tonnes de capacité, du type Héroult bien connu. Ce four est revêtu de briques en chrômite jusqu'à un niveau un peu supérieur à celui du lai tier et le reste des parois est garni avec des briques d'acide silicique. Les électrodes sont en carbone ou graphite et peuvent fonction ner sous. une tension qui peut varier au cours des opérations de 100 à 275 volts.
Pour protéger le revêtement de briques ou chromite contre une érosion par le métal fondu et le laitier, un enduit de chaux vive est appliqué au revêtement. Ordinairement, une proportion de chaux d'à peu près 5 à 10 kg par tonne d'acier suffit à cet effet. On chauffe le four de n'importe quelle manière convenable avant le chargement.
On introduit dans le four chauffé soit en semble, sait à la suite les uns des autres, des déchets de métaux contenant du chrome, tels que des déchets d'acier inoxydable, du ferro- chrome à haute teneur de carbone et du mi- nerai de chrome.
Ces déchets peuvent être des déchets provenant -des fosses et des poches. de coulée, des déchets de fontes à haute teneur en carbone et chrome, des fragments de lin gots, des chutes de barres, de l'écaille de la minoir, des rognures, du poussier de meulage, etc. On tient compte dans la constitution de la charge des conditions permettant une bonne marche,du four et des variations qui peuvent se produire dans la disponibilité des matières et dans les fluctuations des prix du marché.
On charge également dans le four des ma tières à haute teneur en oxydes de titane, par exemple de l'ilménite, de la titanite ou du rutile et quand .c'est nécessaire, du fer ordi naire ou de la mitraille d'acier et/ou une quan tité importante d'oxyde de fer, tel que de l'écaille de laminoirs d'acier à faible teneur en carbone.
On fait passer le courant électrique dans le four et fond la charge, qui donne naissance à un bain d'alliage métallique sur lequel sur nage un laitier. La fusion a lieu dans des conditions fortement oxydantes .de sorte qu'il y aura une élimination rapide du carbone dans la fonte. Malheureusement, il se produit aussi une oxydation du chrome dans le bain métallique. Ce chrome passe dans le laitier comme oxyde de chrome.
Vers la fin. de la phase de fusion, la fonte comporte un bain d'acier à faible teneur -en cîrbone et à teneur appréciable -en chrome, sous une couverture surnageante de laitier.
On peut par exemple charger dans le four: 2115 kg de minerai de -chrome donnant à l'analyse 48%' d'oxyde de chrome (Cr03); 8640 kg de mitraille d'acier non oxydable composé d'environ 18,3 % de chrome, 8,5 de nickel, moins de 0,20% @de -carbone, le reste étant du fer; 85,5 kg de déchets d'acier au nickel- d'une faible teneur en carbone; 225 kg de uéchets d'mier d'une faible teneur en carbone à 8 % de chrome et 3 % de nickel;
216 kg de ferrochrome fortement carburé contenant approximativement 65 % de chrome, 5 % de carbone, le reste étant du fer; 2385 kg d'acier d'écaille de laminoirs d'une faible teneur en carbone; et 326 kg d'ilmén;te (FeTiO.) comportant approximativement42 d'oxyde de titane (Ti02), 34,2 % d'oxyde de fer (Fe0); 2,76% de silicium,<B>1,35%</B> d'alu mine et<B>1,90</B> % de magnésie.
Le laitier liquide, qui contient de grandes quantités d'oxydes de fer, oxyde très effica- cement le carbone qui provient de la charge et celui qui provient des électrodes. L'oxyde de fer ajouté avec la charge est en excès par rapport à celui exigé théoriquement pour l'oxydation du carbone de la charge et du :car bone qui passe dans le bain. pendant la fu sion.
La présence initiale d'une quantité rela tivement grande d'oxyde ide chrome dans, le laitier empêche l'oxydation de chrome dans le métal en fusion parce que l'intensité de l'oxydation du chrome est inversement pro- portionnelle à la quantité d'oxyde de chrome déjà .contenu dans le laitier.
La liquidité du laitier assure un contact intime entre l'oxyde de fer du laitier et le carbone dans le métal en fusion -et, en outre, l'arc électrique du four ne peut produire un déplacement du laitier -et par suite la mise à découvert du métal. Le laitier provoque une oxydation énergique du carbone, qui donne rapidement un produit à faible teneur :en carbone, lequel. est apte à subir facilement une purification et un raf finage dans les phases subséquentes du pro cédé.
La fusion de la charge et l'élimination du carbone seront accélérées .en employait une haute température de fusion. L'effet d'oxy dation du laitier s'intensifie à de hautes tem- pératures et, de plus, on obtient un laitier extrêmement fluide. Avec une haute tempé rature de fusion et un laitier très fluide, la fusion des ingrédients et l'élimination du car bone du bain métallique sont accomplies avec succès en environ une heure et demie.
Bien que l'on ne connaisse pas encore de méthode sûre pour déterminer la température du métal fondu situé immédiatement sous la couverture du laitier; on estime cependant que cette température est comprise entre 1704 et 1788 C,
ce qui correspond à une tempéra ture supérieure d'environ 66 à 149"C à la température réalisée ordinairement dans les procédés électriques pour la fabrication d'acier. Cette haute température sera appelée ci-après "température de surchauffe".
Après la fusion de la charge, on prend des échantillons du bain pour les analyser, ce qui nécessite envïrou 15 minutes. En ce qui concerne l'exemple donné- les échantillons indiquent une teneur en carbone de 0,039L , teneur qui est considérablement en dessous de la teneur maximum en carbone admissible.
On récupère le fer et le chrome des oxydes de fer et de chrome se trouvant dans le laitier pendant la période de réduction consécutive à la fusion. Dans ce but, on introduit dans le laitier qui recouvre le métal une :charge d'un ingrédient réducteur non carboné tel qu'un alliage d'aluminium, de silicium et de fer broyé ou du ferro-chrome-silicium broyé, en excès par rapport à la quantité nécessaire pour la réduction des .oxydes de fer et de chrome présents dans le laitier.
On abaisse un peu la puissance électrique consommée par le four au-dessous de celle né cessaire pour arriver à la température de sur chauffe, pendant que l'agent réducteur non carboné se fond dans le laitier. L'état fluide du laitier permet une réaction complète entre l'agent réducteur et les oxydes de fer et de chrome. Le fer et le chrome récupérés retour nent promptement à travers le laitier dans le bain métallique.
L'agent utilisé pour rendre le laitier fluide n'est pas décomposé par l'agent réduc teur non carboné. En outre, il n'est pas dé- composé non plus par la chaleur du four ni par l'arc électrique. Il maintient donc la flui dité du laitier au cours de toute la période de réduction sans introduire de titane dans la. fonte.
Une récupération complète du fer et du chrome est obtenue en amenant progressive ment dans le laitier fluide du ferro-silicium d'une teneur de 50ô en ferro-silicilim jusqu'à un total de 1956,5 kg et 225 kg de ferro- ailicium d'une teneur de 75% en ferro-sili- clllm.
Une contamination de la fonte par dit sili cium pendant la période de réduction .est pra- tiqu:emeut évitée en ajoutant de la. chaux vive en quantité suffisante pour conserver au laitier son caractère basique. L'état fluide du laitier dû à la présence de l'agent fluidifiant, tel que l'ilménite, permet une bonne dispersion dans le laitier de la chaux et de l'agent réducteur non carboné, aidant ainsi à la réduction com plète des oxydes de fer et de chrome et assu rant une formation plus complète de silicates basiques de chaux stables comme composants du laitier.
La chaux est ajoutée au laitier par charges successives et alternées avec le ferro- s:ilicium et conjointement avec un ingrédient fluidifiant si c'est nécessaire. On a trouvé pratique de mélanger la cbaux @et le férro- silicium sur le plancher du hangar :de la fon derie et d'alimenter le four .avec ce mélange.
Pour la charge donnée comme exemple, on a trouvé qu'un poids de 4140 kg de chaux vive prévient toute .contamination par le :silicium malgré les grandes quantités de ferro-silicium :employées.
En même temps que l'agent réducteur non carboné et la chaux vive et éventuellement des ingrédients fluidifiants, on a introduit dans le four 1485 kg de minerai de chrome. Le minerai de chrome constitue une source de chrome peu coûteuse, ce qui est important dans 1% pro duction d'acier inoxydable à haute teneur en chrome et l'enfournement de cette quantité de minerai à .cette étape -du procédé permet un meilleur contrôle: du volume du laitier pen dant la, période commençante de la fusion;
ce minerai sera facilement réduit :en chrome mé tallique dans le laitier fluide.
Après que le ferro-silicium et la chaux (et éventuellement le minerai de chrome) ont été introduits dans le four et ont réagi, ce qui dure environ 1 heure trois quarts, la période de réduction est terminée. Ceci .se maniféste par un changement de couleur dans les échan tillons successifs pris dans le four, qui passent du noir du vert clair ou gris clair. On retire alors du four le laitier :dont le fer et le chrome ont été récupérés, avec une faible perte, après quoi on retire aussi le bain de métal fondu.
Si l'on veut que le produit final contienne du nickel, il :est avantageux d'en ajouter à la charge initiale par .exemple sous la forure de déchets d'un alliage de nickel. Cependant, la charge initiale de nickel doit être contrôlée de sorte qù'une quantité de nickel quelque peu moindre que celle désirée dans l'alliage soit introduite dans la fonte, pour éviter toute surprise dans la composition finale. Le nickel de le charge initiale ne s'oxyde pas dans le four, c'est pourquoi il influence peu le laitier.
Plus tard, vers la fin de la période de réduc tion ou de la période de finissage du métal, une certaine quantité de nickel électrolytique, d'alliage de fer et de nickel, ou de nickel sous d'autres formes, mais exempt de matières contaminantes, est ajoutée à la fonte pour fixer la composition de l'alliage métallique.
Pendant la, période de réduction, surtout après la récupération du fer et :du chrome du laitier fluide, on fait une analyse pour déterminer exactement la quantité de nickel et celle des autres éléments de l'alliage.
Bien que le ni ckel ou d'autres éléments supplémentaires de l'alliage, tels que le tungstène, le vanadium, le columbium, le molybdène et les autres mé taux déjà mentionnés puissent être introduits dans le four pendant la période de finissage du métal, .en ajoutant du métal à la fin au vers la fin de la période de réduction, on obtient une fusion plus complètë et une meil leure dispersion du métal ajouté dans le bain métallique. Dans l'exemple décrit ci-dessus, on ajoute 495 kg de nickel électrolytique au bain métallique,
de préférence à la fin de la période de réduction.
Après l'enlèvement du laitier qui fait suite à la période de réduction, on peut ne pas retirer le métal du four, mais former sur lui un laitier non carboné de finissage. Ce laitier prévient l'oxydation du métal et per met d'ajceomplir un raffinage final ou une déso:xydation du métal.
On peut., par exemple, introduire dans le bain métallique d'abord un mélange compor tant approximativement<B>180</B> kg de chaux vive, 15,75 kg de ferro-.silicium d'un degré de pureté de 75% et 33,75 kg de spath ou une quantité convenable d'une autre matière fluidifiante telle que de l'ilménite, de la tita- nite ou :du rutile. Le mélange introduit fond et une quantité supplémentaire de 180 kg de chaux vive et 33,75 kg de spath ou d'un autre agent fluidifiant est ajoutée pour la formation du laitier de finissage.
Si c'est né cessaire, on introduit aussi dans le ,four du ferro-silicium et du ferro-manganèse en mor ceaux pour régler définitivement la teneur en manganèse et silicium de la charge de métal fondu.
Après avoir aclhevé le raffinage du métal, on arrête le courant électrique, on soulève les électrodes et on verse la charge métallique dans une poche de coulée. La période de finis sage, à partir du moment où on a retiré le laitier, après la période de réduction jusqu'à la vidange du four, prend une heure et demie. Dans l'exemple donné, la charge métallique produit en tout 13 365 kg d'acier inoxydable en lingots d'une composition approximative de 18,6 % de: chrome, 8,9 % de nickel, 0,03 , ; de carbone, 0,62 % de manganèse, 0,42% de silicium, le reste étant du fer.
Les déchets, bouts de lingots, représentent 562,5 kg don nant pour la fonix un total de 13 927,5 "kg. Le métal est sain et, en fait, exempt de toute inclusion d'oxyde. Après la coulée du métal, on répare le revêtement du four avec de la chromite et on établit une nouvelle couche d'an enduit protecteur avec .de la .chaux. On charge de nouveau le four et les opérations précédemment décrites sont répétées. Un cy cle complet d'opérations peut être achevé en moins de six heures.
C'est considérablement moins que le temps nécessaire pour exécuter les procédés connus jusqu'à aujourd'hui sans compter le gain dû à l'emploi de matières pr e- mières peu coûteuses.
L'une ou plusieurs des matières premières constituant la charge se trouvant dès le début dans le four et citée dans l'exemple exposé, peuvent aussi être ajoutées soit en totalité, soit partiellement à la fin ou avant la fin de la période de fusion. En particulier, bien qu'il y ait grand avantage à em.ployer une matière riche en oxyde de titane pour fluidifier le laitier pendant les périodes d'oxydation et de réduction, on obtient es résultats avanta -eux même si ladite matière est ajoutée seulement pendant la période de réduction.
Stainless steel manufacturing process. Some processes for the manufacture of stainless steel involve the preparation in a suitable furnace of low carbon steel of high purity and the introduction of chromium therein by the addition of refined ferrous alloys such as. low carbon ferrochrome. However, these processes require the use of expensive materials of superior quality and do not make it possible to obtain stainless steel at a low cost.
Other more recent processes involve the use of relatively inexpensive raw materials. These processes essentially comprise the smelting in a suitable furnace of one or more inexpensive chromium-containing ingredients such as high carbon ferrochrome, chromium ore, and stainless steel scrap, to produce a high carbon ferrochrome. iron-chrome bath protected by a slag blanket. In these processes, the metals contained in are recovered. the milk using a suitable reducing agent.
In the most recent processes, difficulties have been encountered during the melting of the feed - and finally during the refining of the pig iron. By melting the feed of raw materials ordinarily carried out in an electric furnace, an earthy metal bath is formed which contains high amounts of Pt chromium and appreciable amounts of carbon.
During smelting, a carbon active slag containing large amounts of oxides, especially iron and chromium oxides, is formed. This slag is able to remove carbon from the metal bath and therefore contains significant amounts of iron and chromium.
However, this slag normally has a thick consistency, becomes hard and becomes crusted despite the intense heat in the oven. This is attributed to the. presence of high amounts of chromium oxide. Because of its lack of fluidity, this slag makes it difficult to add stainless steel scrap metal or other alloy ingredients, for example, to the metal bath. The materials added are retained in the slag and do not pass into the molten metal in a satisfactory proportion.
In addition, displacement of the pasty slag caused by the operation of the furnace arc, by the addition of material or by stirring, leaves the metal bath unduly exposed to carbon contamination. coming from outside.
The carbon which enters the bath, in particular towards the end of the metal oxidation phase and during the reduction phase, becomes gym. permanent element of the alloy and affects clone the final composition of the finished steel.
During the reduction period, when chromium and iron are recovered from the slag by the addition of a non-carbon reducing material such as ferro-silicon for example, la. poor melting of the slag is the cause of considerable losses of iron and iron. chromium.
The oxides are reduced in part only because of the defective mixing of the thick slag - and the reducing material, and moreover the transfer of the metal formed in the bath, is hampered by the thick slag. This is how a quantity Noticeable amount of precious metal and oxides remains in the slag and is lost.
The present invention comprises a process for the manufacture of stainless steel in an electric furnace by melting materials containing iron and chromium and resulting in the formation of a metal bath and a slag, and subsequent reduction, using a non-carbonaceous reducing agent, at least part of the iron and chromium oxides present in the slag,
characterized in that said materials consist in part of waste containing chromium and in that an agent rich in titanium oxide is introduced into the furnace, at the latest during said reduction, in an amount sufficient to thin the slag.
The process according to the invention can be carried out as follows: An electric furnace with a capacity of 13 tonnes, of the well known Héroult type, is used. This kiln is lined with bricks in chrômite to a level a little higher than that of the slag and the rest of the walls are lined with bricks of silicic acid. The electrodes are made of carbon or graphite and can work under. a voltage which can vary during operations from 100 to 275 volts.
To protect the brick or chromite coating against erosion by molten metal and slag, a quicklime coating is applied to the coating. Usually a lime ratio of about 5-10 kg per tonne of steel is sufficient for this purpose. The oven is heated in any suitable manner before loading.
Metal wastes containing chromium, such as stainless steel wastes, high carbon ferro-chromium and ore, are introduced into the heated furnace either together, known as one after the other. of chrome.
These wastes can be wastes from pits and pockets. castings, high carbon and chromium content of cast iron scrap, fragments of flax, bar scraps, minoir scale, clippings, grinding dust, etc. In the constitution of the load, account is taken of conditions permitting good operation, of the furnace and of variations which may occur in the availability of materials and in fluctuations in market prices.
Materials with a high content of titanium oxides, for example ilmenite, titanite or rutile, and when necessary, ordinary iron or steel scrap, are also charged into the furnace. / or a significant amount of iron oxide, such as flake from low carbon steel rolling mills.
The electric current is passed through the furnace and the charge is melted, which gives rise to a bath of metal alloy on which a slag swims. The melting takes place under strongly oxidizing conditions, so that there will be rapid removal of carbon from the cast iron. Unfortunately, there is also oxidation of chromium in the metal bath. This chromium passes into the slag as chromium oxide.
Towards the end. From the melting phase, the cast iron comprises a bath of steel with a low carbon content and an appreciable chromium content, under a supernatant slag blanket.
One can for example load in the furnace: 2115 kg of -chrome ore giving to the analysis 48% of chromium oxide (Cr03); 8640 kg of stainless steel scrap composed of approximately 18.3% chromium, 8.5% nickel, less than 0.20% carbon, the remainder being iron; 85.5 kg of scrap nickel steel - low carbon; 225 kg of metal waste with a low carbon content of 8% chromium and 3% nickel;
216 kg of highly carburized ferrochrome containing approximately 65% chromium, 5% carbon, the remainder being iron; 2385 kg of low carbon rolling mill scale steel; and 326 kg of ilmen; te (FeTiO.) comprising approximately 42 titanium oxide (TiO2), 34.2% iron oxide (FeO); 2.76% silicon, <B> 1.35% </B> alumina and <B> 1.90 </B>% magnesia.
Liquid slag, which contains large amounts of iron oxides, very efficiently oxidizes the carbon coming from the load and that coming from the electrodes. The iron oxide added with the filler is in excess with respect to that theoretically required for the oxidation of the carbon of the filler and of the carbon which passes through the bath. during the merger.
The initial presence of a relatively large amount of chromium oxide in the slag prevents the oxidation of chromium in the molten metal because the intensity of chromium oxidation is inversely proportional to the amount of chromium. chromium oxide already .contained in the slag.
The liquidity of the slag ensures an intimate contact between the iron oxide of the slag and the carbon in the molten metal -and, moreover, the electric arc of the furnace cannot produce a displacement of the slag -and consequently the setting to discovered metal. The slag causes vigorous oxidation of the carbon, which quickly results in a low-carbon product: which carbon. is able to easily undergo purification and refining in the subsequent phases of the process.
The melting of the charge and the removal of carbon will be accelerated by employing a high melting temperature. The oxidizing effect of the slag is intensified at high temperatures and furthermore an extremely fluid slag is obtained. With a high melting temperature and a very fluid slag, the melting of the ingredients and the removal of carbon from the metal bath is successfully accomplished in about an hour and a half.
Although a reliable method is not yet known to determine the temperature of the molten metal located immediately under the slag blanket; however, it is estimated that this temperature is between 1704 and 1788 C,
which corresponds to a temperature about 66 to 149 "C higher than the temperature ordinarily achieved in electrical processes for the manufacture of steel. This high temperature will hereinafter be referred to as" superheat temperature ".
After the charge has melted, samples are taken from the bath for analysis, which requires about 15 minutes. Regarding the example given - the samples indicate a carbon content of 0.039L, which content is considerably below the maximum allowable carbon content.
Iron and chromium are recovered from iron and chromium oxides in the slag during the post-smelting reduction period. For this purpose, is introduced into the slag which covers the metal a: charge of a non-carbonaceous reducing ingredient such as an alloy of aluminum, silicon and crushed iron or crushed ferro-chromium-silicon, in excess by relative to the amount necessary for the reduction of .oxides of iron and chromium present in the slag.
The electrical power consumed by the oven is lowered a little below that necessary to reach the overheating temperature, while the non-carbonaceous reducing agent melts into the slag. The fluid state of the slag allows a complete reaction between the reducing agent and the oxides of iron and chromium. The recovered iron and chromium promptly return through the slag in the metal bath.
The agent used to make the slag fluid is not broken down by the non-carbon reducing agent. In addition, it is not broken down either by the heat of the furnace or by the electric arc. It therefore maintains the fluidity of the slag throughout the reduction period without introducing titanium into the. melting.
Complete recovery of iron and chromium is obtained by gradually bringing ferro-silicon with a ferro-silicilim content of 50ô into the fluid slag up to a total of 1956.5 kg and 225 kg of ferro-silicon. 'a content of 75% ferro-sili- clllm.
Contamination of the cast iron with said silicon during the reduction period is practically avoided by adding. quicklime in sufficient quantity to keep the basic character of the slag. The fluid state of the slag due to the presence of the thinning agent, such as ilmenite, allows good dispersion in the slag of the lime and the non-carbon reducing agent, thus aiding in the complete reduction of the oxides. of iron and chromium and ensuring a more complete formation of basic lime silicates which are stable as components of the slag.
The lime is added to the slag in successive and alternating loads with the ferro- s: ilicium and together with a fluidifying ingredient if necessary. It has been found practical to mix the gas and the ferrosilicon on the floor of the foundry shed and to feed the furnace with this mixture.
For the filler given as an example, it has been found that a weight of 4140 kg of quicklime prevents any contamination by silicon despite the large quantities of ferro-silicon: employed.
At the same time as the non-carbonaceous reducing agent and quicklime and optionally thinning ingredients, 1,485 kg of chromium ore were introduced into the furnace. Chromium ore is an inexpensive source of chromium, which is important in 1% production of high chromium stainless steel and charging this quantity of ore at this stage of the process allows for better control. : the volume of the slag during the beginning of the melting period;
this ore will be easily reduced: to metallic chromium in the fluid slag.
After the ferro-silicon and lime (and possibly the chromium ore) have been introduced into the furnace and reacted, which lasts about 1 and three quarters hours, the reduction period is over. This is manifested by a change in color in successive samples taken in the oven, which change from black to light green or light gray. The slag is then removed from the furnace: from which iron and chromium have been recovered, with little loss, after which the bath of molten metal is also removed.
If it is desired that the final product contains nickel, it is advantageous to add it to the initial charge, for example under the drilling of scrap of a nickel alloy. However, the initial nickel load must be controlled so that somewhat less nickel than desired in the alloy is introduced into the cast iron, to avoid any surprises in the final composition. The nickel in the initial charge does not oxidize in the furnace, which is why it has little influence on the slag.
Later, towards the end of the reduction period or the metal finishing period, a certain amount of electrolytic nickel, an alloy of iron and nickel, or nickel in other forms, but free of materials contaminants, is added to the cast iron to fix the composition of the metal alloy.
During the reduction period, especially after the recovery of iron and chromium from the fluid slag, an analysis is made to determine exactly the amount of nickel and that of the other elements of the alloy.
Although ni ckel or other additional elements of the alloy, such as tungsten, vanadium, columbium, molybdenum and the other metals already mentioned can be introduced into the furnace during the metal finishing period, By adding metal at the end or near the end of the reduction period, a more complete melting is obtained and a better dispersion of the added metal in the metal bath. In the example described above, 495 kg of electrolytic nickel are added to the metal bath,
preferably at the end of the reduction period.
After removal of the slag following the reduction period, the metal may not be removed from the furnace, but a non-carbon finish slag formed thereon. This slag prevents oxidation of the metal and makes it possible to add a final refining or deoxidation of the metal.
It is possible, for example, to introduce into the metal bath first a mixture comprising approximately <B> 180 </B> kg of quicklime, 15.75 kg of ferro-silicon with a degree of purity of 75 % and 33.75 kg of spar or a suitable amount of other fluidifying material such as ilmenite, titanite or: rutile. The introduced mixture melts and an additional 180 kg of quicklime and 33.75 kg of spar or other thinning agent is added for the formation of the finishing slag.
If necessary, ferro-silicon and ferro-manganese in pieces are also introduced into the furnace in order to definitively adjust the manganese and silicon content of the molten metal charge.
After completing the refining of the metal, the electric current is stopped, the electrodes are lifted and the metal charge is poured into a ladle. The finishing period, from the time the slag is removed, after the reduction period until the oven is drained, takes an hour and a half. In the example given, the metal feed produces a total of 13,365 kg of stainless steel ingots having an approximate composition of 18.6% of: chromium, 8.9% nickel, 0.03,; carbon, 0.62% manganese, 0.42% silicon, the remainder being iron.
The scrap pieces of ingots represent 562.5 kg giving the base a total of 13 927.5 "kg. The metal is sound and, in fact, free of any oxide inclusions. After the metal has been poured, the furnace coating is repaired with chromite and a new layer of protective coating is established with lime. The furnace is re-charged and the previously described operations are repeated. A complete cycle of operations can be used. be completed in less than six hours.
This is considerably less than the time required to carry out the methods known heretofore, not to mention the saving due to the use of inexpensive raw materials.
One or more of the raw materials constituting the charge, which is found from the start in the furnace and cited in the example described, can also be added either entirely or partially at the end or before the end of the melting period. In particular, although there is great advantage in employing a material rich in titanium oxide to thin the slag during periods of oxidation and reduction, advantageous results are obtained even if said material is added only. during the reduction period.