Procédé de fabrication d'acier inoxydable. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'acier inoxydable. On entend en général par aciers inoxydables desq alliages de fer à teneur en chrome variant de, 10 jusqu'à<B>35%</B> et contenant éventuellement d'autres éléments comme le silicium, le man ganèse, le cuivre, le nickel, le cobalt, le mo lybdène, le tungstène, le titane, le vanadium, 1e oolumbium, le soufre, .le phosphore,
le tellure, etc., suivant les, propriétés particu lières que doit posséder le produit fini. Leur teneur en carbone est généralement com- priseentre 0,03 et 0,20%.
Un acier inoxydable se distingue donc nettement de l'alliage ferrochrome, dans lequel la teneur en chrome est d'au moins 60% et peut aller jusqu'à 75%, et qui a perdu la plupart des caractéristiques de l'acier pour prendre celles -du chrome. La différence ne réside pas seulement dans les propriétés physiques du produit solide, mais aussi dans celles des produits fondus, par exemple dans le point,de solidification, dans la fluidité, etc.
On connaît déjà différents procédés per mettait -de fabriquer de l'acier inoxydable à partir du minerai @de chrome, par exemple celui décrit au brevet américain N <B>1</B>954 400, mais le procédé selon la présente invention se distingue de ces procédés connus par le fait que, dans la fusion initiale, on utilise une matière carbonée comme agent réducteur, la quelle est plus facilement accessible et meilleur marché que le ferrosiiicium,
par exemple un agent réducteur non carboné n'étant utilisé que subsidiairement dans la phase finale du procédé pour récupérer le métal se trouvant à l'état d'oxyde dans le laitier. L'emploi d'une matière carbonée comme réducteur, au cours -de la fusion, exige une décarburation subséquente de l'acier dont la teneur en carbone est trop élevée.
Le procédé selon l'invention comprend la fusion dans un premier four d'une charge contenant du minerai -de chrome et une ma tière carbonée - du fer métallique ou sous forme d'oxyde étant également présent -, charge dont les constituants sont en des pro portions telles que l'on obtienne un acier au chrome impur de teneurs en chrome -et en fer égah3s approximativement à celles de l'acier fini et consécutivement, dans un se- rond foui.
la décarburation de l'acier im pur par oxydation en présence d'un laitier et la récupération dans une phase finale d'une partie au moins. du chrome se trouvant sous forme d'oxyde dans ledit laitier, à l'aide d'un agent réducteur non carboné.
Pour réaliser la présente invention, on peut, par exemple, pratiquer comme suit: Dans une première étape on fond une charge contenant un minerai -de faible teneur en chrome, -du fer, par exemple sous forme d'un, minerai de fer ou de déchets d'atier en petits morceaux, et un agent carboné de ré duction- tel que du coke, dans un four con- venable à ferro-alliages.
On mélange intime- ment les ingrédients dans les proportions vou lues sur le sol de la fonderie. On charge les matièresdans un four triphasé à marche con- tinue pour ferro-alliages, de préférence un four à revêtement de magnésite. On a trouvé qu'avec une telle garniture l'usure du revête ment par le métal et les scories est très fai ble.
A côté de ces ingrédients, on peut ajou ter à la charge de la chaux pour servir de fondant et pour faciliter la formation des scories. Pour économiser de la puissance, on prend soin que les ingrédients chargés soient autant que possible secs. On utilise donc de préférence un minerai à faible teneur de chrome, au contraire 4e ce qui se passe dans la production de ferro-chro-me où un mine rai de haute teneur en chrome ,et par suite, re lativement cher est nécessaire pour obtenir un bon résultat.
Par minerai à faible teneur en chrome, on entend un minerai dans le quel le rapport du chrome aux oxydes irré- ductibles, comme l'alumine et la magnésie, est petit.
Ce minerai peut contenir de 15 à 45 d'oxyde de chrome (Cr2O3), 35 % d'oxyde de fer (FeO), 3 à 25 % d'alumine (A1203) et 6,5 à 35 % de magnésie (blgO), de la silice et de petites quantités d'autres substances. Le présent procédé est particulièrement avan- tageux dans les régions où lest déchets de fer et d'acier sont abondants et où un minerai à faible teneur en chrome est disponible.
Ce procédé trouvera aussi son utilité dans des régions où le prix de la puissance électrique est extrêmement bas, facilitant ainsi l'utili sation des minerais pauvres, jusqu'à présent peu estimés, danse des fours électriques. Là où le minerai. de chrome est riche en chrome, la quantité du fer employée est augmentée de façon correspondante. On choisit les matières premières de façon que la quantité de chrome de l'ingrédient contenant du chrome et la quantité de fer de l'ingrédient qui contient le fer soient dans le- rapport voulu.
Le main tien, conformément à l'invention, de la te neur en chrome du métal dans le four à une valeur relativement petite, comparée à celle du chrome dans les ferro-chromes,, permet la simplification des opérations de raffinage et l'obtention d'une teneur relativement basse en carbone.
Une haute teneur en chrome a ten dance à élever le point de fusion du métal, tendance que l'on. combat, dans la fabrica- tion des ferro-alliages, en élevant la teneur en carbone.
Pendant le stade de fusion, la matière carbonée, sous l'effet de la chaleur de l'arc électrique, réagit avec les oxydes de chrome et de fer dans la charge. Cette réaction s'effectue dans les régions où le chauffage est le plus intense, c'est-à-dire dans la région de l'interface entre les scories ou laitier et le métal en fusion. Cette réaction produit des gaz qui, en montant,
s'infiltrent dans la charge solide et -forment une couverture de gaz à haute température. Ces .gaz chauds pro voquent un nettoyage efficace de- la charge en vaporisant et chassant toute humidité et pré viennent ainsi l'absorption par le métal de tout hydrogène qui pourrait résulter de la dissociation de l'humidité de la charge initiale. Toute contamination ultérieure, du métal est donc évitée.
En conséquence, l'humidité -de la charge initiale est éliminée en grande partie avant que la charge ne soit incorporée dans le produit-en fusion, de sorte qu'aucun séchage préliminaire des in grédients n'est nécessaire.
La fusion s'effectue de préférence en con tinu. On soutire les scories de temps en temps pour éviter que leur quantité ne devienne excessive et pour créer de la place pour une nouvelle charge. La charge est ajoutée len tement et d'une manière continue. Le métal produit, un acier inoxydable impur, est main tenu en fusion dans le four jusqu'à ce qu'il soit prêt à être soutiré au moment où les fours de raffinage sont disponibles.
L'analyse du métal soutiré à la fin de la phase de fusion donne environ 10 à 35 de .chrome, moins de 2 % de carbone, le reste étant principalement du fer. Les impuretés consistent en silice, alumine, magnésie et par- foiss un peu de chaux. Cet acier inoxydable impur a approximativement la teneur dési- rée en chrome de l'acier inoxydable raffiné. Il ne reste donc dans l'étape de; raffinage qu'à éliminer une quantité relativement petite de carbone et d'impuretés.
Le degré jusqu'auquel l'absorption -de car bone par l'acier impur peut être évitée pen dant la fusion dépend largement du degré jusqu'auquel on peut pousser la récupération du chrome du minerai. Si l'on effectue le processus de fusion en, présence d'un excès appréciable de matière de réduction carbonée, on intensifie la récupération .du chrome.
On intensifie cependant aussi l'absorption du car bone dans le métal et cette absorption déter- irüne une limite au delà de laquelle la ré- cupération du chrome par fusion directe ne peut plus avoir lieu. On a trouvé cependant que<B>90%</B> du chrome .ou davantage même peuvent être récupérés du minerai sans aug menter l'absorption du carbone au delà de 11%.
Malgré cela il est probable qu'une fu sion ne pourrait pas être exécutée avec succès avec une teneur en carbone inférieure à 0,25%, parce que la récupération de chrome du minerai .ne serait alors pas suffisamment élevée eu<I>égard à</I> la quantité diminuée de matière carbonée employée; la faible teneur en carbone empêcherait aussi le bain de mé tal d'être assez fluide pour rester encore ma niable sous les lourdes scories présentes.
Bien qu'on préfère, dans la plupart des cas, employer du minerai de fer à côté de minerai de chrome comme source de tout le fer nécessaire, on peut aussi procéder autre ment. Par exemple, là où le minerai -de chrome ,disponible a une haute teneur en fer en com paraison de sa teneur en chrome, il peut n'être pas nécessaire d'ajouter à ce minerai des quantités supplémentaires de fer. Si cepen dant une telle adjonction doit être faite, .on peut utiliser pour cela des déchets d'acier. Le choix entre minerai -de fer et déchets est une question économique.
Un facteur qui doit être pris en considération est que les déchets d'acier exigent une consommation de puis sance moindre et une charge réductrice plus petite que le minerai.
Là où on emploie des déchets d'acier, on prend de préférence des copeaux de tours, de machines à aléser, à per cer et à cisailler, en prenant garde que chaque morceau d'acier soit assez petit pour ne pas faire pont entre les électrodes et occa- sionner des difficultés opératoires.
Après avoir réduit suffisamment le mé tal du minerai, on maintient l'acier inoxy dable impur qui -en résulte à l'état fluide dans le four où on le soutire pour le trans férer dans un four Héroult triphasé d'une capacité de 6 à 20 tonnes muni d'un revête ment de chromite allant jusqu'au niveau de la scorie. On charge l'acier inoxydable impur dans le four de raffinage simultanément avec une quantité suffisante d'un agent oxydant con- <RTI
ID="0003.0054"> venable, par exemple de l'hématite (FeO,), pour abaisser la teneur en carbone à la va leur désirée de 0,03 à 0,02 %. Cet agent -oxy dant permet de maintenir la quantité des scories à un minimum et d'augmenter par là le volume de métal qui peut être traité.
Quoiqu'il soit désirable de maintenir le volume des scories oxydantes à un minimum. pour les raisons mentionnées ci-dessus, on a trouvé qu'il est souvent avantageux d'ajou ter une certaine quantité de chrome pendant cette phase du procédé pour profiter de la cha leur disponible du four -et de l'intervalle de temps nécessaire pour éliminer le carbone. La présence d'oxyde de chrome dans les scories à ce moment est aussi efficace pour empê cher la migration du chrome du métal vers les scories sous la forme d'oxyde de chrome.
L'utilisation simultanée de magnétite comme agent oxydant permet de régler la composi- tion du bain, de façon que sa teneur en. chrome reste approximativement celle que doit avoir le métal terminé.
L'oxyde de chrome ajouté pendant le ra,f- finage peut provenir des scories qui résultent de la phase -de fusion. Ceci est particulière ment avantageux dans le cas où l'on conduit la fusion de façon à arriver à un produit à très petite teneur en carbone en sacrifiant un peu la récupération du chrome. On peut uti- liser -ces scories ou d'autres sources de chrome additionnel dans cette phase d'oxydation.
Une réduction notable de puissance est obtenue par le transfert de métal fondu, di rectement -du four de fusion au four de raffi nage. De préférence, on surchauffe le métal à une température au-dessus de la température de fusion. L'étape du raffinage peut alors être rapidement exécutée et avantageusement avec une petite dépense de puissance.
On a trouvé qu'il est très avantageux :de sécher préalablement le minerai de fer avant qu'il soit chargé dans le four. On évite par là toute contamination du métal par l'hydro gène.
Tandis que la teneur en carbone est ré duite à la valeur voulue par oxydation à l'aide de l'oxyde de fer contenu dans les scories, une certaine quantité de chrome du métal s'oxyde en même temps et passe dans les scories..
Il est désirable de récupérer ce chrome ainsi que c@1ui introduit directement soies forme de minerai de chrome ou de scories pro venant de la. fusion. Dans ce but, dans une troisième phase de la fabrication, on ajoute un agent désoxydant au bain, par exemple un ferro-silicium, de préférence en quantité lé gèrement en excès (5 à 20%) de celle exigée théoriquement.
En même temps que ce ferro- silicium, .on ajoute une quantité de chaux suf fisante pour se combiner avec l'excès de sili cium et former un silicate de calcium. Il peut se former un silicate de calcium et d'alu minium, l'alumine venant du minerai de chrome ajouté pendant la seconde phase ou phase d'élimination du carbone.
Le silicium ajouté réduit d'abord les oxydes de chrome et de fer dans les scories., de sorte que le chrome et le fer libérés re tournent dans le métal. On a trouvé que du ferro-silicium à faible teneur, par exemple à 40 % ou moins de silicium, est utilisé avec avantage en le chargeant dans le four à l'état fondu.
On peut aussi charger le ferro-silicium à l'état pulvérisé -ou granulé, directement dans les scories et hors de contact avec la couche inférieure de la fournée de métal, afin de provoquer la réaction réductrice surtout sur la couche de scories: plutôt que sur l'interface entre scories et métal.
On a trouvé possible de substituer le ferrochromo-silicium au ferro-silicium comme agent de réduction. Cependant, vu qu'il est difficile d'employer le ferrochromo-silicium comme agent de réduction sans utiliser en même temps une certaine quantité de ferro silicium ordinaire, le ferrochromo-silicium ne peut pas remplacer complètement le ferro- silicium.
Cette phase, de réduction :est terminée quand le métal des scories est récupéré. L'alliage est alors terminé et on peut le sou tirer. Le métal fini est versé dans des lingo- tières pour s'y solidifier et se refroidir. L'analyse montrera qu'il a une teneur en chrome de 10 à 35 % comme la charge initiale d'acier inoxydable impur. La teneur en car bone sera de<B>0,03</B> à 0,20%. Si l'on désire effectuer des adjonctions, d'autres. éléments, on ajoute avantageusement ceux-ci au métal pendant la phase de finissage.