FR2476140A1 - Procede pour la production d'acier a haute teneur en chrome - Google Patents

Abstract

A.PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'ACIER A HAUTE TENEUR EN CHROME. B.PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'ACIER A HAUTE TENEUR EN CHROME, CARACTERISE EN CE QUE, DANS DE LA FONTE DISPOSEE DANS UN FOUR A FUSION, ON INTRODUIT UNE SOURCE DE CHROME SOLIDE, DE LA POUDRE CARBONEE ET DU GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE, EN PROPORTIONS CONTROLEES DE FACON A MAINTENIR LA MASSE FONDUE A UNE TEMPERATURE D'ORDRE INFERIEUR A 1650C ET SUPERIEUR A LA TEMPERATURE DE FUSION MINIMUM POUR LES PROPORTIONS SPECIFIQUES DE CARBONE ET DE CHROME, CE PROCEDE POUVANT EFFECTUER UNE DECARBURATION PREFERENTIELLE TOUT EN INHIBANT L'OXYDATION DU CHROME.

Description

L'invention concerne un procédé économique pour

la production de fonte à haute teneur en chrome, à teneur moyen-

ne en carbone, que l'on obtient comme intermédiaire dans la production d'aciers à haute teneur en chrome tels que les aciers inoxydables et les aciers réfractaires. A la suite du développement récent et du résultat commercial d'opérations secondaires d'affinage tels que le procédé de décarburation par l'oxygène sous vide (VOD) et de décarburation à l'oxygène sous argon (AOD), qui reposent sur une décarburation préférentielle, les aciéries prennent plus d'intérêt à la production de fonte brute à haute teneur en

chrome pour abaisser les coûts de la production de l'acier ino-

xydable. Le brevet japonais publié sous le No 4486/77, intitulé "Procédé pour la production d'acier inoxydable", dont l'inventeur est Toyosuke Tanove et al. déposé par Sumitomo Métal Industry C0 Ltd, décrit un procédé pour la production

d'acier inoxydable, utilisant comme source de chrome un ferro-

chrome à haute teneur en carbone. Cette invention antérieure utilise une source de chrome composée de chrome à haute teneur en carbone à l'état fondu chaud et diffère essentiellement du procédé suivant l'invention qui est basé sur l'utilisation de ferro-chrome solide à haute teneur en carbone, à la température ordinaire, comme source de chrome. Les raisons de ce choix sont les suivantes: (1) - Il n'est économiquement pas pratique d'obtenir des matières chaudes dans une aciérie à acier inoxydable, de sorte

qu'il est généralement difficile, pour le procédé de cette in-

vention antérieure d'obtenir le ferro-chrome à haute teneur en carbone à l'état fondu;

(2) - En conséquence pour exécuter le procédé, il est générale-

ment nécessaire d'utiliser le ferro-chrome solide à haute teneur en carbone d'abord à la température ordinaire et de le chauffer ensuite dans un four électrique à une température plus haute que le point de fusion pour former le ferro-chrome à l'état fondu

à haute teneur en carbone.

Dans l'invention, on introduit les teneurs prévues de chrome et de carbone (en poids %) dans le fer en fusion, de

façon à dissoudre le ferro-chrome solide à haute teneur en car-

bone dans la masse en fusion à une température inférieure à son

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point de fusion (c'est-à-dire sans le chauffer jusqu'à ce point).

De ce fait, la conception de l'invention diffère essentiellement de celle de l'invention antérieure. La voie suivie par le procédé Sumitomo est la Voie I qui est illustrée dans la figure 10 des dessins annexés. La voie II de cette figure représente la fusion de ferro-chrome solide à haute teneur en carbone pour réaliser le ferro-chrome à haute teneur en carbone fondu. La voie suivie par le procédé de l'invention n'est pas II -> I, mais III qui indique que le ferro-chrome solide à haute teneur en carbone entre en solution dans la masse en fusion à une température

inférieure au point de fusion de ce ferro-chrome.

Ensuite vient la demande de brevet japonaise (OPI) No 108116/75 (Le terme OPI tel qu'il est utilisé ici désigne une demande de brevet japonais non examinée, publiée>. Cette demande est intitulée "Procédé pour la production d'acier à faible teneur en chrome et d'alliage ferro-chrome". L'invention a pour objet de produire un acier à haute teneur en chrome et à faible teneur en carbone (moins de 0,05 %) en affinant un métal fondu à haute teneur en carbone contenant du chrome avec de l'oxygène sans que l'on aie les difficultés rencontrées dans les procédés connus, c'est-àdire formation d'une scorie qui contienne une proportion indésirable de chrome et attaque de la garniture réfractaire du creuset d'affinage. Pour réduire la teneur en chrome de la scorie, l'invention place une ou plusieurs tuyères, autour de chaque tuyère d'injection, d'oxygène, par o on envoie du carbone solide servant de vecteur, sous forme de poudre, sous la surface du bain de métal fondu, de sorte que le

jet d'oxygène est entouré d'un jet de fines particules de car-

bone constituant un vecteur. Dans ce procédé de la technique antérieure, le carbone est fourni pour éviter l'oxydation du

chrome. Dans ce procédé si le jet d'oxygène est fourni directe-

ment dans le métal fondu de façon à produire un acier à haute teneur en chrome dont la teneur en carbone soit inférieure à 0,05 %, il se produit une oxydation du chrome, et pour éviter ce défaut, le procédé fournit un jet enveloppant de carbone en

fines particules qui entoure le jet d'oxygène.

Dans le procédé de la présente invention, le car-

bone n'est pas utilisé pour éviter l'oxydation du chrome, mais il est fourni comme source de chaleur pour dissoudre une source solide de chrome, telle que du ferro-chrome à haute teneur en carbone, à basse température, dans la masse à teneur moyenne en carbone qui se trouve déjà dans un four de fusion. La masse fondue produite par le procédé de l'invention contient une proportion moyenne de carbone. Quand il est fourni une source de carbone dans le four par le bas dans le procédé de l'inven- tion, elle est fournie par une tuyère placée à la base du four du type à tube triple concentrique, composée d'un tube intérieur de fourniture de carbone, d'un tube intermédiaire par o arrive

de l'oxygène et d'un tube extérieur, qui amène un fluide refroi-

dissant. De ce fait, le procédé de l'invention a en vue un produit intermédiaire à un taux de carbone différent de celui du produit envisagé par les procédés de la technique antérieure, et du fait que l'on introduit du carbone par soufflage dans des buts différents, dans les deux procédés, la construction de la

tuyère de base utilisée diffère aussi dans les deux procédés.

En conséquence, le procédé de la demande de brevet japonais (OPI) N0 108116/75 diffère du procédé de l'invention dans son

objet, sa construction, et son action.

Une troisième référence de technique antérieure est la demande de brevet japonais (OPI) No 10319/78 intitulée "procédé et installation pour l'affinage de métal", déposée par British Steel Corporation. Elle décrit une invention qui concerne la fabrication d'acier et en particulier concerne un procédé et une installation qui permettent de convertir des matières solides contenant du fer en acier fondu dans une opération continue, semi-continue, ou par lots. Suivant un aspect de l'invention, il est prévu, dans un procédé de fabrication d'acier dans un creuset métallurgique contenant un métal ferreux fondu, un procédé pour augmenter le niveau d'énergie dans la masse en fusion comprenant l'injection de matières carbonées solides sous la surface de cette masse et l'introduction d'oxygène ou d'un gaz contenant de l'oxygène dans le creuset pour réagir avec la matière carbonée en libérant de la chaleur. L'invention utilise du carbone pour engendrer de la chaleur mais elle n'envisage pas du tout la production d'acier contenant du chrome. Au contraire le procédé suivant la présente invention envisage, comme produit intermédiaire le fer fondu brut à haute teneur en

chrome, et pour le fabriquer à moindres frais, la présente inven-

tion utilise la chaleur engendrée en utilisant du carbone en accord avec la teneur en carbone et en chrome (en poids %) de l'acier fondu. En conséquence, les deux inventions peuvent être analogues entre elles par l'utilisation de carbone comme source de chaleur, mais elles diffèrent l'une de l'autre par leur

objet, la construction de l'installation et l'action envisagée.

L'objet principal de la présente invention est de réaliser un procédé économique pour produire une masse fondue brute à haute teneur en chrome, que l'on obtient comme produit intermédiaire dans la production d'aciers à haute teneur en chrome tels que l'acier inoxydable. L'invention propose à cet effet les procédés suivants I. Procédé pour la production d'acier à haute teneur en chrome, caractérisé en ce qu'on introduit du fer en fusion dans un four de fusion, et introduit aussi une source solide de chrome, une

poudre carbonée, et un gaz contenant de l'oxygène dans des pro-

portions ajustées de façon à maintenir la masse en fusion à une

température d'ordre inférieur à 16500C et supérieur à la tempé-

rature minimum de fusion pour lesproportions spécifiques de carbone et de chrome dans la masse en fusion, ce procédé étant capable de réaliser une décarburation préférentielle tout en inhibant l'oxydation du chrome, le terme source solide de chrome

étant utilisé ici pour désigner une source qui soit composée -

d'une ou de plusieurs substances, choisies dans le groupe-

constitué par le ferro-chrome à haute teneur en carbone, le ferro-chrome à teneur moyenne en carbone, le ferro-chrome à basse teneur en carbone, le chrome métal, le minérai de chrome, des billes de chrome partiellement réduit, et la mitraille

contenant du chrome et qui contient du chrome non-fondu.

2. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la température supérieure à la température minimum de fusion est définie par les formules (2), (3), (4), et (5) suivantes Température de la (OC) > 17,5 (Cr-- + 1200 (2) masse en fusion Cc> Température de la (-C)s -l40 (C(%)) + 1650 (3) masse en fusion 3 Température de la (0C) 110 (cC%) + 1050 (4) - masse en fusion Température de la (OC) -273 + 15673 masse 8,84 + log 813 (C % 4,0 (5) -3. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la formule (3) est remplacée par la formule (13) Température de la masse (0C) > -140 (C(%i) + 1710 (13) 4. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la

masse est maintenue à une température inférieure à 1580'C.

5. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion est assurée par

dissolution dans cette masse d'une poudre carbonée et par intro-

duction d'un gaz contenant de l'oxygène par des tuyères placées

dans la partie inférieure du four.

6. Procédé suivant le paragraphe 5, caractérisé en ce que les tuyères sont du type à tube triple, concentrique, composé d'un passage central par o on souffle un gaz vecteur avec une matière carbonée en poudre, d'un passage annulaire par O on souffle un gaz contenant de l'oxygène, et d'un passage annulaire extérieur par o on souffle un fluide destiné à refroidir la tuyère. 7. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion est obtenu en dissolvant dans cette masse des morceaux de matière carbonée

fournis par le haut du four.

8. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion est obtenu en dissolvant dans cette masse une matière carbonée en poudre et un gaz contenant de l'oxygène fourni par la lance soufflant en

haut du four, placée dans la partie supérieure du four.

9. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la source solide de chrome est introduite dans la masse qui se

trouve dans le four de fusion par portions séparées.

10. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que le gaz contenant de l'oxygène est fourni par une lance placée en

haut du four, et par des tuyères placées dans la partie infé-

rieure de ce four.

11. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la matière carbonée en poudre est remplacée partiellement par une

poudre carbonée constituée par des particules carbonées aux-

quelles adhère du nickel métal.

12. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la masse est de plus alimentée avec de l'oxyde de nickel que l'on

a réduit préalablement à l'extérieur du four de fusion.

13. Procédé suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce que la

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forme du convertisseur constituant le four de fusion est telle qu'il répond aux conditions de la formule (11) suivante S1> S2 > 1,2 Wf S1

TI (11)

1,2 Wf S1 5 S3 >0,8 Wf S1 o S1 (m2> est la surface moyenne en coupe transversale de la partie la plus haute ( 3) de la masse fondue finale dont la hauteur est H (m), le niveau de la masse fondue étant immobile, S2 (m 2) est la surface moyenne en coupe transversale de la

2 H 2

partie moyenne ( 3), S3 (m) est la surface moyenne en coupe transversale de la partie inférieure Wi ( t) est la quantité initiale de masse fondue, et Wf ( t) est la quantité

déterminée à l'avance de masse en fusion finale.

14. Procédé suivant-le paragraphe 1, caractérisé en ce qu'on l'utilise pour produire un acier à faible teneur en carbone, à

haute teneur en chrome en faisant subir une décarburation sup-

plémentaire à la masse fondue à teneur moyenne en carbone, à

haute teneur en chrome obtenue suivant l'invention.

15. Procédé de traitement de la masse fondue obtenue suivant le paragraphe 1, caractérisé en ce qu'on transforme cette masse dont on a contr8îé la teneur moyenne en carbone et la haute teneur en chrome, en acier à faible teneur en carbone et à

haute teneur en chrome en lui ajoutant de l'acier fondu ne con-

tenant pas de chrome, cette addition étant suivie d'une décar-

buration de la masse fondue ainsi contrôlée.

L'invention sera mieux comprise en regard de la

description ci-après et des dessins annexés, représentant des

exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique en vue générale d'une installation pour l'exécution du procédé de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation de la tuyère installée sur le creuset de réaction, - la figure 3 est un diagramme illustrant l'effet

de la température de fusion sur l'usure de la garniture réfrac-

taire, - la figure 4 donne des diagrammes qui illustrent

les conditions optimum (partie hachurée) d'opération de l'in-

vention en termes de taux de carbone (%) par rapport à la tem-

pérature de la masse fondue pour des taux de chrome de 5 %, 18 %, 30 % et 60 %, qui sont définies par les formules (2), (3), (4) et (5), - la figure 5 est une représentation schématique d'une section transversale latérale du creuset en forme de convertisseur utilisé pour la mise en pratique de l'invention,

- les figures 6 à 9 sont des diagrammes qui indi-

quent le comportement des taux de carbone et de chrome et de la température, le changement de l'arrivée d'oxygène soufflé par le haut, le changement de tonnage d'acier fondu suivant la

charge de ferro-chrome à haute teneurde carbone, et le change-

ment de la fourniture de coke dans la dissolution du ferro-

chrome à haute teneuren carbone suivant les exemples 1, 2, 3, 4 respectivement,

- la figure 10 montre schématiquement les caracté-

ristiques du procédé de l'invention par un diagramme indiquant

la relation entre le taux de carbone (en poids %) et la tempéra-

ture (OC) dans la masse en fusion dans un four de fusion, la courbe A indiquant schématiquement la température de liquidus du ferrochrome. L'invention concerne un procédé économique pour produire de la fonte à teneur en carbone moyenne et à haute teneur en chrome, que l'on obtient comme intermédiaire dans la production d'aciers à haute teneur en chrome tels que les aciers inoxydables. Le terme "fonte à teneur moyenne en carbone et à haute teneur en chrome", tel qu'il est utilisé ici signifie que le fer contient au moins 12 % de chrome quand il est obtenu comme intermédiaire pour la fabrication d'acier inoxydable, et au moins 4 % de chrome quand il est obtenu comme intermédiaire pour la fabrication d'autres types d'aciers à haute teneur en chrome. La limite supérieure du taux de chrome est déterminée

par la quantité de ferro-chrome à haute teneur en carbone uti-

lisée pour l'apport de chrome et est généralement inférieure à 65 %. Le taux de carbone dépenddu taux de chrome et le terme "teneur moyenne en carbone" a ici la signification courante et est défini par le pourcentage de saturation en carbone x (0,05 à 0,6). Plus particulièrement, la fonte à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome tel qu'il est envisagé dans l'invention présente un taux de chrome de 4 à 65 % en poids, et son rapport Cr (%) / C (%) est de l'ordre de 8 à 30. Le procédé de l'invention est décrit ci-après comme si on l'utilisait pour produire de la fonte à teneur moyenne en carbone, à haute teneur

en chrome que l'on obtient comme intermédiaire pour la fabrica-

tion d'acier inoxydable, mais on comprendra facilement que la

description ci-après s'applique, sans changement notable, au

cas o le procédé de l'invention est utilisé pour produire de la fonte à teneur moyenne en carbone et à haute teneur en chrome

destiné à constituer un intermédiaire pour la fabrication d'au-

tres types d'acier à haute teneur en chrome.

L'acier inoxydable est composé principalement de Fe-Cr et de Fe-Cr-Ni. Normalement, les sources de chrome sont

le ferro-chrome et des scraps ou de la mitraille d'acier inoxy-

dable, les sources de fer sont du fer solide (par exemple de la mitraille de fer et du fer réduit) et du fer à l'état fondu (par exemple de la fonte ou de l'acier fondu) et les sources de nickel sont des scraps d'acier inoxydable, du ferro-nickel, du nickel métal ou du NiO. Pour fabriquer de l'acier inoxydable a partir de ces sources, on les fond, les mélange, et les soumfiet à un affinage primaire dans le four de fabrication de l'acier pour former une masse brute fondue à haute teneur en chrome, (contenant plus d'impuretés telles que le carbone que l'acier inoxydable qui constituera le produit final) que l'on soumet

ensuite à un affinage secondaire.

L'invention est le résultat d'études expérimenta-

les faites pour réaliser un procédé économique de production de la masse fondue brute à haute teneur en chrome qui satisfasse aux exigences mentionnées ci-dessous, de façon à permettre d'arriver à une fabrication économique d'acier inoxydable et

d'autres aciers à haute teneur en chrome.

On trouvera ci-après quelques-unes des exigences que pose la production à faible coût d'une masse fondue brute à haute teneur en chrome (1) Disposer de matières premières peu conteuses. Les sources typiques de chrome sont le ferrochrome solide à-haute teneur en

carbone, le ferrochrome fondu à haute teneur en carbone, le ferro-

chrome à teneur moyenne en carbone, le ferrochrome à faible

teneur en carbone et la mitraille ou les scraps d'acier inoxy-

dable. Les ferrochromes à teneurs moyenne et faible en carbone, que l'on utilise comme composants d'alliage, et qui sont produits en traitant du ferrochrome à haute teneur en carbone dans l'état actuel de la technique, se montrent très peu économiques quand on les utilise comme sources primaires de chrome. S'il se trouve une usine de ferrochrome dans le voisinage du four de fabrication de l'acier, on peut envoyer directement à ce dernier four le

ferrochrome fondu à haute teneur en carbone, sous forme de ferro-

chrome provenant du four électrique de l'atelier de ferrochrome.

Mais cette opération est difficile habituellement à moins de refondre le ferrochrome avant de l'amener au four de fabrication de l'acier. En conséquence, la source primaire de chrome pratique et peu onéreuse est le ferrochrome solide à haute teneur en carbone, et le procédé de sa fusion et de sa décarburation est

un facteur important dans la fabrication de l'acier inoxydable.

Dans une aciérie qui ne produit pas seulement de l'acier inoxydable mais aussi de l'acier au carbone courant, il est économique d'utiliser de la fonte brute ou de l'acier fondu plut8t que du fer solide comme source de fer, car il faut alors

moins d'énergie pour préparer la source de fer.

La plupart des aciéries ne peuvent utiliser des sources de nickel seulement à l'état solide et le choix de la source de nickel qui est la plus économique dépend des exigences

économiques de chaque usine.

En conséquence, le four de fabrication de l'acier doit utiliser des sources de fer ordinaire à l'état fondu et une grande quantité de matières solides pour les alliages ne se basant sur les économies de matières premières. Mais en même temps, ces matières doivent assurer une fourniture efficace d'énergie pour la fusion ainsi que pour un affinage primaire

efficace, pour satisfaire aux conditions exigées pour la compo-

sition de la masse en fusion brute pour le four d'affinage secondaire. (2) On doit obtenir un rendement élevé de la chaleur si l'on utilise une énergie peu co teuse. Il existe plusieurs procédés pour fournir l'énergie de fusion. Par exemple un four électrique

est capable de fondre une charge contenant une certaine propor-

tion de solides. Mais d'une part, l'électricité est une forme dispendieuse d'énergie, et d'autre part, la fusion dans un four électrique (en particulier un four à arc) se fait dans des conditions relativement non-oxydantes qui peuvent provoquer un abaissement du taux de carbone suivant les proportions des sources séparées, et une tentative pour décarburer la charge fondue en soufflant de l'oxygène soulève souvent un problème tel que des jaillissements d'éclaboussures. En conséquence, on n'a pas avantage à utiliser le four électrique quand on utilise la VOD, o l'on demande une masse fondue brute à haute teneur en chrome et une teneur en carbone relativement faible, comme

procédé de décarburation secondaire.

Dans un convertisseur qui réaliser un affinage oxydant, la chaleur d'oxydation qui est engendrée par la réaction d'oxygène soufflé avec addition de ferrosilicium ou d'Al peut être utilisée pour augmenter la quantité de solide, mais l'énergie utilisée, le ferrosilicium et autres se trouvent sous une forme aussi onéreuse que celle que l'on obtient avec l'électricité, et il se forme une grande quantité de scorie qui peut poser un problème dans l'opération d'affinage et peut

réduire le rendement en chrome.

La chaleur engendrée par la combustion de combus-

tibles peut être utilisée comme énergie pour la fusion parce qu'elle donne une énergie peu coteuse pour une quantité donnée de chaleur engendrée. Mais alors, la grande possibilité de

réoxydation des composants métalliques rend difficile l'obten-

tion du chauffage avec un important rendement calorifique.

(3) Le rendement en chrome doit être élevé et en même temps la charge réfractaire doit être faible. La quantité de chrome oxydé au cours de la décarburation de la masse fondue à haute teneur en chrome dépend du taux de chrome, du taux de carbone et de la température de cette masse, et plus cette température est élevée, plus il est facile de contr8ler l'oxydation du chrome. La charge du réfractaire du creuset est affectée par la température de la masse en fusion et par la composition de la scorie, et on demande une basse température pour réduire au minimum la charge du réfractaire. Pour réaliser un compromis

entre ces exigences apparemment incompatibles de la décarbura-

tion et de la charge réfractaire, il est très important de

choisir des conditions appropriées d'opération, en ce qui con-

concerne le comportement de la température et la composition de

la masse en fusion au cours de l'opération d'affinage.

Il est réalisé, suivant l'invention, un procédé pour la production d'acier à haute teneur en chrome qui comprend l'introduction dans le four de fusion de la fonte avec une

source solide de chrome, une poudre carbonée, et un gaz conte-

nant de l'oxygène dans des proportions contr8lées de façon à maintenir la masse en fusion à une température de l'ordre de 1650'C au maximum mais supérieure à la température minimum de fusion qui correspond aux taux de carbone et de chrome dans la

masse en fusion, procédé qui est capable de réaliser une décar-

buration préférentielle tout en inhibant l'oxydation du chrome.

L'invention sera maintenant décriteen détail dans ce qui suit avec référence aux dessins annexés. Un mode de réalisation de l'installation utilisée pour la mise en pratique

de l'invention est illustré en coupe latérale dans la figure 1.

L'installation comprend un creuset 1 de réaction, en forme de convertisseur, garni de réfractaire et des tuyères à la base 2 par o on fournit le gaz contenant de l'oxygène et une matière carbonée telle que du coke en poudre. La gueule du creuset 1 est pourvue d'une lance 3 soufflant de l'oxygène, capable de coulisser verticalement et est reliée à un four rotatif 4 qui

est relié d'autre part à une trémie 5 remplie de la charge 6.

La première raison que l'on a d'introduire dans la masse en fusion une matière carbonée telle que du coke en poudre est que l'on doit recarburer la masse en fusion de façon qu'elle réponde aux exigences de composition définies ci-dessous, et la seconde raison est que l'on doit fournir un supplément de chaleur de

fusion qui est exigé en fonction des quantités de matières soli-

des ajoutées à la masse en fusion. En ce qui concerne la chaleur

supplémentaire pour la fusion, la chaleur de réaction représen-

tée par le schéma (C) + (0) (ou 2 02)->Co... (7) est utilisée.

La fourniture à la masse en fusion d'une matière

carbonée liquide ou gazeuse, telle qu'une huile ou un gaz hydro-

carbure, ne répond pas à ce qui est nécessaire suivant l'inven-

tion, car elle absorberait une importante quantité de chaleur pour sa décomposition. En conséquence, dans l'invention, on utilise des matières carbonées solides telles que du coke en

poudre, du charbon pulvérisé et du graphite en poudre par exem-

ple du graphite de fonderie. Suivant l'invention, on envoie aussi dans la masse en fusion un gaz contenant de l'oxygène. La première raison est que l'on doit réaliser la fusion avec la chaleur de réaction du schéma (7) et la seconde raison est que l'on doit décarburer la masse pour satisfaire aux exigences de composition spécifiées ci-après. En raison de l'absorption de

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chaleur qui se produit quand la matière carbonée entre en solu-

tion dans la masse fondue, la surface qui entoure chaque tuyère est facilement refroidie de-façon à provoquer un blocage de

cette tuyère, de sorte qu'une autre raison de souffler de l'oxy-

gène ou un gaz contenant de l'oxygène dans la masse en fusion réside dans la nécessité de suspendre ce problème en amorçant une réaction exothermique dans la partie inférieure de la masse en fusion. Pour arriver à ce résultat, le taux d'alimentation en oxygène v (kg/min), et le taux d'alimentation en carbone Vc (kg/min) 2 l'alimentation en matière carbonée étant exprimé en termes de carbone pur fourni), doit répondre à la relation suivante v > 0,3v (8) 02 - c Une autre raison encore de souffler de l'oxygène par le fond est d'engendrer du gaz monoxyde de carbone afin de réaliser un moyen pour agiter la masse en fusion, ce qui est nécessaire pour la décarburation préférentielle de la masse à

haute teneur en chrome. Pour l'obtenir, 2 v0 (kg/min) c'est-à-

dire une approximation du taux de CO forme dans la masse en fusion et la quantité représentée par cette masse GM (t) devront de préférence répondre à la relation suivante 26 v 02 120 GM Mais s'il se forme une quantitéexcessive de CO, elle sera perdue et n'augmentera pas efficacement la force d'agitation. Un excès de gaz CO pourra aussi rendre instable la composition de la masse en fusion et peut être la cause d'un faible rendement en produit recherché. Il est en cons4quence souhaitable que la relation représentée par

16 9 M - (10) soit aussi satis-

02 faite.

Pour arriver à ce résultat, la matière carbonée et le gaz contenant de l'oxygène sont introduits dans la masse en fusion par une tuyère à triple tube concentrique du type illustré par la figure 2, et qui comprend un tube intérieur 15, un tube intermédiaire 14 et un tube extérieur 13. L'espace entre le tube extérieur 13 et la garniture ll est rempli d'une couche de matière réfractaire 12. Un gaz inerte (par exemple N2, Ar, CO ou C02, ou un mélange de ces gaz) peut véhiculer la matière solide carbonée et est fourni par le tube intérieur 15. Pour obtenir une alimentation continue stable de la masse en fusion, la dimension des particules de matière carbonée sera de préfé- rence telle qu'au moins 80 % du poids total est amené à une

dimension inférieure au tiers du diamètre intérieur de ce tube.

Si ce diamètre intérieur du tube intérieur est de 10 mm, on pourra utiliser comme matière carbonée le poussier de coke

0/10 tel qu'il est produit pour le commerce dans une cokerie.

Si la matière carbonée est fournie par le tube annulaire exté-

rieur 14' plut8t que par le tube intérieur 15, on ne pourra obtenir une alimentation stable qu'avec une poudre ayant une dimension de particules très petite (c'est-à-dire moins de 0,1 mm 0) qui est difficile à préparer et à manipuler. La matière carbonée peut être fournie sous la forme d'un mélange avec un flux composé d'une poudre calcique (en particulier de chaux vive). On obtient ainsi les avantages suivants: (1) Le poussier de coke et les autres matières carbonées, fournies seules, peuvent provoquer l'usure du tube intérieur en raison de la friction. Cette usure peut être fortement réduite

en utilisant un mélange de matière carbonée et de poudre calci-

que (en particulier de chaux vive) car les fines particules forment alors un revêtement sur la paroi du tube intérieur. Un autre procédé pour diminuer l'usure consiste à remplacer au moins 2 % de la teneur en carbone du poussier de coke par du carbone en fines particules ou de graphite. En fournissant ces matières en commun avec la matière carbonée, on peut réduire

l'usure du tube dans la proportion de 20 à 95 %.

(2) Le coke contient une gangue qui est composée principalement de Sio2, et il est important que la fusion et la formation de saorie progresse rapidement pour que progresse la réaction

scorie-métal telle que la désulfuration. On obtient des condi-

tions avantageuses pour la progression de la formation de la

scorie en fournissant le coke et la chaux par le même tube.

(3) La désulfuration s'opère rapidement.

On envoie dans la masse en fusion, pour terminer les réactions oxydantes (décarburation et désiliciation) qui se passent dans cette masse, afin d'arriver à une génération de chaleur efficace, par le tube annulaire 14' intermédiaire, de l'oxygène ou un gaz oxydant composé d'oxygène et d'un autre gaz pour réaliser le potentiel oxygène voulu. Quand ces réactions oxydantes sont terminées, on envoie par le tube annulaire 14'

intermédiaire, un gaz non-oxydant, tel que N2 ou Ar. La four-

niture de gaz oxydant par le tube annulaire 14' a les avantages suivants sur l'alimentation par le tube intérieur 15: (a) le gaz oxydant entre en contact avec le fer fondu sur une

large surface afin d'éviter une oxydation excessive de la masse.

(b) La durée de la tuyère d'alimentation en oxygène est augmen-

tée car elle est refroidie à la fois par le gaz refroidissant protecteur fourni par le tube extérieur comme il est décrit plus loin et par la poudre carbonée et le gaz vecteur fournis par le

tube intérieur.

(c) Quand le gaz oxydant est projeté à grande vitesse dans

l'espace annulaire situé entre les tubes intérieur et intermé-

diaire, la pression dans le tube intérieur est réduite pour rendre plus facile la fourniture de poudre carbonée par le tube intérieur et la quantité de gaz vecteur nécessaire est ainsi réduite. Comme autre avantage il ne se produit aucun blocage dans le tube intérieur, même si l'alimentation en gaz vecteur est interrompue temporairement après l'arrêt de la fourniture

de poudre.

(c) Comme la poudre carbonée fournie par le tube intérieur est entouré d'un jet enveloppant de gaz oxydant, sa température augmente rapidement et elle est facilement prise en solution par la masse fondue quand elle entre en contact avec elle. En conséquence, il est rare que le soufflage de poudre carbonée produise des effets défavorables même si le bain n'a pas la

profondeur désirée.

On envoie, par le vide annulaire 13' qui sépare le tube extérieur 13 du tube intermédiaire 14, un gaz protecteur

(par exemple un gaz hydrocarbure tel que du propane, un brouil-

lard d'huile ou un gaz inerte tel que Ar ou N2) afin de réduire au minimum l'usure et l'oxydation de la matière dont est faite

la tuyère.

Suivant une caractéristique de l'invention, une fourniture supplémentaire de chaleur nécessaire pour la fusion de la matière solide telle que du ferrochrome à haute teneur en carbone est prévue afin de brûler la matière carbonée ajoutée à la masse en fusion. L'importance de la décarburation requise ou la quantité d'oxygène fourni est inévitablement augmentée. Mais

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si la réaction peut durer seulement pendant un temps limité, il se produit quelque fois que l'on ne peut pas souffler par le

fond toute la quantité d'oxygène voulue, en raison de la limi-

tation imposée par la formule (10). Si cela se produit la quan-

tité restante d'oxygène peut être injectée sur la surface de la

masse en fusion par la lance 3 soufflant sur le dessus, illus-

trée dans la figure 1.

La matière carbonée solide peut être fournie par la surface supérieure du four au lieu de l'tre par le fond, et dans ce soufflage par le haut, les considérations suivantes sont nécessaires pour augmenter l'efficacité du chauffage de la masse fondue au moyen de carbone: 1) Pour assurer l'agitation de la masse, on soufflera au moins - un gaz (par exemple N2, Ar ou un gaz contenant de 1'02) par le dessous du four; 2) On peut simplement fournir, par le dessus du four, une

matière carbonée solide composée de particules ayant une dimen-

sion supérieure à 10 mm, mais on souffle dans la masse en fusion ou dans la scorie, au moyen d'une lance submergée, une

matière carbonée composée de particules de dimensions infé-

rieures à 10 mm. La matière carbonée envoyée dans la masse en fusion donne des résultats qui sont sensiblement égaux à ceux que l'on obtient par l'introduction par le dessous. La lance submergée peut être composée d'un tube dont le bout est revêtu de matière réfractaire. On aura avantage à utiliser, comme gaz vecteur un gaz inerte tel que N2 ou Ar. La matière carbonée fournie dans la scorie peut réduire les oxydes de fer ou de chrome qui se trouvent dans la scorie, et l'utilisation du carbone obtenu peut se monter jusqu'à 30 à 70 % de ce qui est obtenu quand la matière carbonée est introduite par le dessous

du four.

Comme c'est une des caractéristiques de l'invention d'introduire dans le fer en fusion une importante quantité de matière solide qui entre en solution dans la masse fondue, l'enceinte de réaction doit 8tre telle que l'on obtienne un affinage stable avec l'oxygène quelles que soient les variations de la quantité de fer en fusion. En d'autres termes, l'affinage doit être réalisé, que le creuset contienne une faible quantité de masse en fusion dans la phase initiale,- ou qu'une quantité déterminée à l'avance de masse en fusion soit contenue dans la

phase finale.

A la suite de différentes études sur la forme de four qui réponde aux exigences, on a constaté que le four voulu doit 9tre construit dans les conditions suivantes 51 2 > 1,2 Wif S1 1,2 -Wi S > S O8 i S. Oa Wf 1 - 3 ' Wf 1 j ou S1 (m2) est la surface moyenne en coupe transversale de la partie la plus haute ( nH) de la masse fondue finale dont la hauteur est H (m), le niveau de la masse fondue étant immobile, S2 (m 2) est la surface moyenne en eoupe transversale de la partie moyenne ( 3-), S3 (m2) est la surface moyenne en coupe transversale de la partie inférieure ( -), Wi t) est la quantité initiale de masse fondue, et Wf ( t) est la quantité déterminée à l'avance de masse en fusion finale. Si S2 et S3 sont plus petits qu'il n'est indiqué dans la formule (11), l'usure du réfractaire augmente et en particulier, il se produit

facilement une réduction du rendement en masse en fusion dans -

la phase finale de l'opération d'affinage. Si S2 et S3 sont plus grands qu'il n'est indiqué dans la formule (11), il est obtenu un faible rendement thermique parce que l'affinage avec de l'oxygène est instable dans la phase initiale et que la

matière carbonée soufflée n'est pas mise d'une façon satisfai-

sante en solution dans la masse en fusion. Un exemple de forme de four qui réponde aux exigences spécifiées dans la formule (11) est illustré par la figure 1 (sous la référence 1) ou dans

la figure 5.

Pour fondre une plus grande quantité de matières

solides, il y a avantage à préchauffer la charge. Dans l'opéra-

tion d'affinage suivant l'invention dans laquelle il est fourni.

de la matière carbonée, on obtient une augmentation correspon-

dante de la quantité de gaz CO si l'on compare avec l'affinage oxydant courant, de sorte que l'on a avantage à utiliser la chaleur sensible et la chaleur latente du gaz perdu obtenues pour préchauffer la charge. On utilise à la fois la trémie 5 et le four rotatif 4 de la figure 1 pour préchauffer la charge 6. On peut envoyer dans la masse en fusion, dans l'enceinte de

réaction, au moment voulu, au moyen de ces unités de préchauf-

fage, un ferro-alliage et de la mitraille de dimensions conve-

nables. De la mitraille ayant une forme spéciale incapable de passer dans les éléments préchauffeurs peut être envoyée dans le vaisseau de réaction, par portions, avec ou sans préchauffage

dans un dispositif extérieur.

Le mode de fonctionnement de l'installation illustrée par la figure 1 est décrite ci-après. On place dans l'enceinte de réaction une masse d'amorçage de la fusion ou une source de fer à l'état fondu telle que du fer ou de l'acier fondu que l'on transfère d'un autre four. En variante, on peut retenir dans le convertisseur une partie de la masse en fusion

d'une opération d'affinage précédente. Comme l'invention envi-

sage le cas qui exige de la chaleur engendrée par l'oxydation

d'une matière carbonée, la quantité de masse d'amorçage initia-

lement chargée est inférieure à 83 % de la quantité de masse en fusion finale. Dans la masse d'amorçage ainsi préparée, on envoie par des tuyères de la base du four une matière carbonée

solide, un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de refroidisse-

ment, afin d'augmenter la température de la masse en fusion, pendant qu'en même temps on charge par le haut du convertisseur, une matière solide préchauffée (par exemple un ferro-alliage et de la mitraille), de façon qu'elle soit mise en solution dans la masse fondue chauffée. C'est le principal objet de l'invention qu' "augmenter le rendement en chrome et réduire

l'usure de la garniture réfractaire" en choisissant les condi-

tions d'opération appropriées quand la fusion et la décarbura-

* tion sont réalisées en même temps.

La figure 3 montre I 'effet de la température de

la masse en fusion sur l'indice d'érosion du réfractaire.

L'érosion de ce réfractaire augmente brusquement quand la tempé-

rature de la masse en fusion dépasse 1650C. Aussi, pour ce qui

fait l'objet de l'invention, il est nécessaire que la tempéra-

ture de la masse en fusion soit maintenue à une température

qui ne dépasse pas 1650'C au cours de l'opération d'affinage.

Température de la masse en fusion (0C) _ 1650 (1)

Une température inférieure à 1580C est particu-

lièrement recommandée suivant la figure 3. L'exigence spécifiée par la formule (1) est plus basse que ce qui est défini pour les techniques courantes de réalisation d'une décarburation préférentielle d'une masse en fusion à haute teneur en chrome par soufflage d'oxygène. Pour arriver économiquement à réaliser la décarburation préférentielle tout en inhibant l'oxydation

du chrome dans la limite de ces exigences de température, l'in-

vention choisit et observe de strictes conditions d'opération (au point de vue de la combinaison de la température et des taux de C et de Cr en particulier. L'exigence de réaliser la décarburation tout en inhibant l'oxydation du chrome, avec une vitesse d'alimentation en oxygène convenablement faible est représentée par la formule (2): Température de la masse en fusion (C)> 17,5 ( + 1200 (2) Dans l'invention, on envoie, par les tuyères de la

base, un gaz porteur de la matière carbonée et un gaz hydrocar-

bure pour le refroidissement de la tuyère, et il en résulte que la pression partielle de CO dans les bulles formées dans la masse en fusion est réduite. Pour obtenir la formule (2), on a conduit une expérience sur l'équilibre entre (cr),(c), et la température de la masse en fusion pour Cr w 0 à 65 %, Pco = 1 kg/cm2 et l'activité de Cr 0 dans la scorie = 1, en 2 3 tenant compte de la réduction de la pression partielle du monoxyde de carbone (Pco), qui accompagne inévitablement la fourniture de gaz vecteur et de gaz hydrocarbure. Il n'est pas besoin de dire que la poursuite de la décarburation pourrait être obtenue en fournissant plus de gaz diluant mais une telle

réduction intentionnelle de Pco n'est pas une pratique économi-

que.

Les deux conditions pour des dynamiques de décar-

buration qui prédominent sur l'oxydation du chrome sont repré-

sentées par les formules (3) et (4) suivantes: Température de la masse en fusion (OC) > -140 (C (%))+ 1650 (3) Température de la masse en fusion (^C).^ 110 (C(%)) + 1050 (4) Dans l'affinage d'une masse à haute teneur en chrome par soufflage d'oxygène, il se forme d'abord un oxyde de chrome (CR03), qui est ensuite réduit par le (C) de la masse par une réaction répondant à la formule suivante: (Cr203) + 3 (C)-> 2 Cr + 3C0 (12) La vitesse de formation de Cr203 est déterminée par la vitesse d'alimentation en oxygène presque directement, et la limite supérieure de vitesse de réaction de la formule (12) est déterminée par des facteurs tels que la composition, la température, et les conditions d'agitation de la masse en fusion, Si la vitesse de réduction de Cr203 est plus faible que sa vitesse d'oxydation, le Cr203 passé dans la scorie provoque une

augmentation de la perte de chrome et rend impossible la stati-

bilité de l'affinage en raison des propriétés indésirables que prend la scorie (viscosité élevée par exemple). Si l'affinage est réalisé avec une faible vitesse de réduction de Cr203, il

faut souffler de l'oxygène à une faible vitesse pour une décar-

buration qui prédomine sur l'oxydation du chrome, ce qui n'est pas désirable car la productivité de l'installation d'affinage

se trouve diminuée.

On a en conséquence entrepris des études sur les conditions de taux de Cr et de C et sur la température qui augmentent la vitesse de réduction de Cr203 suivant la formule (12), et on a constaté que le taux de carbone affecte beaucoup la vitesse de réduction de Cr203. Si la formule (3) n'est pas respectée, l'activité de (C) est trop faible,- et la viscosité de la masse en fusion est élevée de sorte que la vitesse de réaction de la formule (12) diminue brusquement. La condition qui doit être remplie pour éviter ce défaut est représentée par la formule (3), ou mieux par la formule (13): Température de la masse (OC) > -140 @C(%>) + 1710 (13) Si la formule (4) n'est pas respectée, la fluidité de la masse en fusion devient aussi faible, et la vitesse de réaction de la formule (12) diminue à nouveau brusquement. On a confirmé expérimentalement que le taux de carbone qui provoque cette réduction brusque dépend peu du taux de chrome. La vitesse de réaction de la formule (12) est proportionnelle à la vitesse à laquelle le gaz CO se dévelpppe, et cette vitesse de

développement de CO est proportionnelle à la vitesse de souf-

flage de l'oxygène dans des conditions favorables à la facilité

de la progression de la décarburation.

Comme on le décrit ci-dessus, l'invention assure

avec succès la décarburation à basse température tout en inhi-

bant l'oxydation du chrome, en réalisant une opération d'affi-

nage régulière (en termes de température et de taux de C et de Cr) dans un ordre de grandeur moyen de la teneur en carbone

auquel on a attaché peu d'attention dans les techniques antérieures.

Un exemple de procédé destiné à répondre aux condi-

tions définies par lés formules (1), (2), (3), et (4) est décrit cidessous. Tout d'abord, on procède à intervalles appropriés, a une mesure de la température de la masse en fusion ainsi qu'à un échantillonnage et à des analyses. Si la température commence à dépasser la limite supérieure, on réduit l'alimentation en oxygène, ou l'on augmente la vitesse d'alimentation de matière

solide (par exemple de ferrochrome à haute teneur en carbone).

Si la température commence à descendre en- dessous de la limite inférieure, on augmente l'alimentation en oxygène, ou diminue la-vitesse d'alimentation en matière solide. Le taux de chrome (%) est déterminé presque directement par la quantité de chrome fournie au vaisseau de réaction. Quand le taux de chrome (%)

commence à dépasser la limite supérieure, on augmente l'alimen-

tation en oxygène, ou on diminue l'alimentation en matière

carbonée, et quand le taux de carbone commence à descendre en-

dessous de la limite inférieure, on diminue l'arrivée d'oxygène, ou augmente l'alimentation en matière carbonée. Il y a lieu de faire remarquer que, pour maintenir les conditions appropriées des taux de Cr et C et de température, la substance fournie au

vase réactionnel doit réagir (par dissolution dans la masse,-

ou par réaction chimique) avec la masse à une vitesse suffi-

samment grande pour que l'on obtienne une réponse rapide de la température et des taux de Cr et de C après ajustement de l'arrivée de la matière en question. La réaction entre la matière carbonée et la masse, aussi bien que la réaction entre l'oxygène et cette masse se font très rapidement et assurent une réponse suffisamment rapide, si les conditions spécifiées plus haut sont respectées. Mais si l'on envoie du ferrochrome dans le vase de réaction dans des conditions inappropriées, il faut beaucoup de temps pour le dissoudre dans la masse, et la réponse par ajustement de la températute et des taux de Cr et C est si lente qu'il est difficile de remplir des conditions spécifiées par les formules (1), (2), (3), et (4). On a en conséquence procédé à des études expérimentales pour connaître l'effet de différents facteurs sur la vitesse de dissolution de ferrochrome à haute teneur en carbone. On a constaté d'après ces études que la vitesse de dissolution v (mm/sec)-est représentée par la formule (14) suivante lo v 15673 +8,36 + log 8,3 - Lf- (14) log T ' 4,0 (4

o T ( K) est la température de la masse en fusion, Le ferro-

chrome à haute teneur en carbone courant est composé de morceaux ayant tous un c8té inférieur à 200 mm, de sorte que, pour les

dissoudre dans la masse en une durée de 5 minutes qui est consi-

dérée comme un délai court de réponse dans les opérations actuelles de contrôle, la vitesse de dissolution v doit etre supérieure à 0,33 mm/s',c, ou l'on doit respecter la relation (5) suivante Température de la masse (0C> -273 + 8,84 + log 4,0 (5) Comme la mitraille d'acier inoxydable est généralement constituée de petits morceaux, ces derniers se mettent en solution dans la masse suffisamment vite pour qu'ils n'aient aucun effet défavorable sur l'ajustabilité de la température et des taux de Cr et de C. Si l'affinage est réalisé en alimentant le vase de réaction avec de l'oxygène et des matières solides à des vitesses propres à maintenir les conditions de température et de taux de Cr et de C qui respectent les formules (1) à (5), la charge que constitue la garniture réfractaire est diminuée, l'oxydation de chrome est inhibée, et en même temps, la fusion du ferrochrome à haute teneur en carbone et de la mitraille

peut être assurée d'une façon stable, aussi bien pour l'équili-

bre que pour la dynamique.

La figure 4 reproduit des diagrammes qui montrent la relation entre le taux de carbone (%) et la température de la masse, qui respectent les formules (1) à (5), pour des taux

de chrome de 5 %, 18 %, 30 % et 60 %.

Par le procédé décrit ci-dessus, la matière solide peut être mise en solution par la masse en fusion de façon à réaliser très économiquement une masse brute à haute teneur en chrome. Si cette masse contient plus de chrome qu'il n'est prévu pour le produit final, on peut la mélanger avec, par exemple, de l'acier fondu à faible teneur en carbone, avant de l'envoyer à l'étape d'affinage secondaire. Si la masse contient plus de carbone que le taux de carbone demandé pour le four

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d'affinage secondaire, on peut arrgter l'alimentation en matière carbonée après la matière solide est passée en solution dans la masse en fusion, et l'on souffle de l'oxygène dans la

masse en même temps que du gaz diluant dans une proportion dé-

terminée par le taux de carbone voulu. Dans l'invention, si l'on utilise, comme matière carbonée du coke ou du charbon pulvérisés contenant uneassèz forte proportion de soufre et de phosphore comme impuretés, il est produit une masse dont le taux de soufre et de phosphore est élevé. Si l'on a besoin d'éliminer seulement le soufre, on forme une scorie o le rapport CaO/SiO2 est de 1,2 à 2 dans le vase de réaction après avoir achevé l'alimentation en oxygène, et l'on ajoute du ferro-silicium à la masse que l'on agite ensuite en y soufflant du gaz. Si l'on doit éliminer aussi le phosphore, il est nécessaire de mettre en oeuvre une technique spéciale de déphosphoration, car une masse en fusion contenant du chrome ne peut pas 9tre déphosphorisée au moyen d'une scorie oxydante basique que l'on l'utilise couramment pour la déphosphoration du fer ou de l'acier fondu. La technique spéciale comprend la réaction de la masse décarburée avec un flux CaC2-CaF2. La masse décarburée n'est plus saturée de carbone de sorte qu'après

addition de CaC2-CaF2, Ca est libéré pour assurer la déphospho-

ration ainsi que désulfuration. L'utilisation de flux CaC2-Cap2 est aussi accompagnée d'une.recarburation (C = 0,1 à 0,3 %), mais il n'en résulte aucune difficulté parce que la masse en fusion ainsi traitée est ensuite soumise à une décarburation secondaire. Certaines impuretés peuvent être éliminées par le procédé décrit ci-dessus de sorte que le procédé d'affinage envisagé suivant l'invention permet de choisir les matières carbonées les moins conteuses sans teneur compte de leur teneur

en impuretés.

Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour produire une masse en fusion à haute teneur en chrome et

à teneur moyenne en carbone, comme intermédiaire pour la fabrica-

tion d'acier inoxydable austénitique contenant du nickel, et si

l'on utilise NiO comme source de nickel, le procédé de fabrica-

tion le plus efficace consiste à mélanger Nio en poudre avec

une poudre carbonée telle que du coke en poudre, dans la pro-

portion de 15 à 180 % de la quantité formant l'équivalent pour la réduction suivant NiO + C 4 Ni + CO, façonne le mélange

en briquettes, envoie ces dernières dans des unités de préchauf-

fage (par exemple le four rotatif 4 et la trémie 5 de la figure 1) pour préchauffer et réduire l'oxyde de nickel (NiO). Si la proportion de poudre carbonée mélangée avec NiO en poudre est inférieure à l'équivalent nécessaire pour la réduction, on n'obtiendra qu'un faible rendement de réduction en raison de la réoxydation, et si la proportion de matière carbonée dépasse %, on n'obtiendra que des briquettes fragiles et le Ni se dispersera facilement. La proportion optimum de matière carbonée que l'on pourra mélanger avec le NiO en poudre est de 30 à 70 % de l'équivalent nécessaire pour la réduction. Dans le procédé le plus recommandé, on coupe à des dimensions appropriées un tube de fer rempli d'un mélange de NiO et de coke en poudre, ou on façonne à la forme adéquate un mélange que l'on enferme dans une t8le de fer. Par ce procédé, on peut obtenir un rendement de réduction préliminaire de 98 % ou plus, et un rendement en nickel dans la masse en fusion de 99 % ou plus. Les avantages d'utiliser NiO comme source de nickel par ce moyen comprennent les suivants:

(i) On peut utiliser comme source de fer une plus grande quan-

tité de masse fondue que si l'on utilise du ferro-nickel, de sorte que l'on obtient facilement la caractéristique du procédé envisagé suivant l'invention (utilisation de fonte comme source

de fer).

(ii) Le Nio est moins coûteux que le nickel métal.

En conséquence, on peut produire économiquement, par le procédé de l'invention, une masse fondue, contenant du nickel, à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome (utilisable comme intermédiaire pour la fabrication d'acier

inoxydable du type austénite).

Une autre matière que l'on peut utiliser dans la production d'une masse contenant du nickel, à teneur moyenne

en carbone, à haute teneur en chrome est une poudre o du ferro-

nickel est combiné avec une matière carbonée solide. Cette poudre est préparée de la façon suivante: on chauffe du minerai de nickel, du coke (ou de l'anthracite), et un chlorure à une température supérieure à 9000C, pour libérer le nickel sous la forme de chlorure que l'on réduit ensuite avec de la poudre de coke pour former du ferro-nickel (contenant plus de nickel), que le ferro-nickel ordinaire qui est à 40 à 50 % déposé sur la surface des particules de coke. Pour réaliser un ferro-nickel au taux utilisé dans l'étape courante de fabrication d'acier, le ferro-nickel ainsi préparé, combiné avec une matière carbonée

solide doit être traité, par refroidissement, séparation magné-

tique et fusion. Mais dans le procédé de l'invention, un tel

produit intermédiaire (C = 2 à 30 %), dans lequel le ferro-

nickel est combiné avec une matière carbonée solide peut être utilisé efficacement en soufflant la poudre de ce produit dans la masse en fusion par le bas comme une partie de la matière carbonée solide, ou en fournissant des briquettes de ce produit par le haut du four. Cette dernière méthode est efficace pour obtenir un rendement thermique élevé en raison de l'efficacité du contact avec la masse, car la combinaison de ferro-nickel et de matière carbonée solide a une densité plus grande que la

matière carbonée solide courante.

Les billes de chrome partiellement réduit que l'on produit comme intermédiaire dans la fabrication de ferro-

chrome à haute teneur en carbone et qui contiennent Cr203,

peuvent 9tre utiliséescomme une partie de la source de chrome.

On prépare cette dernière en chauffant des billes ou briquettes d'un mélange de chromite et de matière carbonée telle que du

coke en poudre, à une température supérieure à 14000C. La com-

position type de ces billes ou briquettes de chrome est la suivante T. Cr 34,1 %, rapport de réduction du chrome 50 % (par rapport de réduction du Cr, on doit comprendre le rapport entre le chrome métal et le chrome métal plus l'oxyde de chrome), T. Fe 14,8 %, rapport de réduction de Fe 95 %, SiO2 8 %, MgO 14 %, et A1203 12 %. On peut utiliser de telles billes ou briquettes de chrome

comme partie de la source de chrome (de préférence dans la pro-

portion de 10 à 30 % de la source de chrome). Si la proportion de ces billes ou briquettes de chrome dépasse 30 %, la quantité

de chrome que l'on devra réduire dans le vase de réaction aug-

mente, et la productivité diminue, et en outre, la gangue des billes ou briquettes forme une quantité accrue de scorie. Si l'on utilise une proportion de 10 à 30 %, le MgO qui se trouve dans la gangue aide à réduire l'usure du réfractaire et l'Al0 de la gangue augmente la-fluidité de la scorie ce qui 2 3 el ageaget afudt el crec u

permet de diminuer le taux de Cr dans cette scorie.

Le procédé de l'invention permet d'obtenir une

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production économique d'acier inoxydable dans une aciérie qui fabrique non seulement de l'acier inoxydable mais aussi de l'acier au carbone simple. Le procédé utilise de la fonte peu couteux comme source de fer, et dissout dans la masse en fusion une matière solide au moyen de chaleur engendrée non par

l'électricité mais au moyen d'une énergie primaire peu onéreuse.

En raison de la sélection de conditions non courantes qui assu-

rent une fusion stable et une décarburation sous une température

faible, dans un ordre de grandeur d'une teneur moyenne en car-

bone, élevée en chrome, le procédé de l'invention permet une réduction drastique des coûts et une opération d'affinage stable,

ce qui permet d'en attendre une importante contribution à l'in-

dustrie de fabrication de l'acier.

Le procédé de l'invention est décrit ci-après en plus grand détail avec référence aux exemples suivants, qui sont donnés seulement à titre d'illustration et qui ne peuvent en

aucun cas être considérés comme limitatifs.

Exemple I:

On utilise un vase de réaction, ou convertisseur, ayant la forme qui est illustrée dans la figure 5. La quantité finale de masse en fusion est d'environ 50 tonnes. Le vase porte dans la partie inférieure cinq tuyères du type à triple

tube concentrique.

0 intérieur 0 extérieur Tube intérieur (acier inoxydable) 6 mm 9 mm

Tube intermédiaire (acier inoxy-

dable) 12 mm 14 mm Tube extérieur (cuivre, pour la fourniture de 50 Nm3/h de propane) 15 mm 17 mm Le vase contient 15 tonnes de fonte que l'on a retenu d'une opération d'affinage précédente (Cr 40 %, C 3 %, température 15700C). On souffle dans la masse, par le tube intérieur, du coke en poudre qui est entraîné par de l'azote

que l'on fournit à une vitesse constante de 30 Nm 3/h.

Composition du coke C (% Sio (à) A19O0 M% ,5 2,5 Dimension des particules de coke (en poids %) + 0,5 mm 0,5 à 0,25 mm 0,25 à 0,15 mm 0,15 à 0,06 mm -0,06 mm 3,6 9,2 30 20,4 le reste

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On a fait varier l'alimentation en coke suivant l'état du four comme il est indiqué dans la figure 6. On a soufflé de l'oxygène par le tube intermédiaire à une vitesse constante de 800 Nm3/h. On a aussi fourni de l'oxygène par une lance soufflant du haut à une vitesse qui-a varié de O à 1000 Nm /h suivant l'état du four comme il est indiqué dans la figure 6. On a envoyé par le haut du four, en passant par un four rotatif des particules de ferrochrome à haute teneur en

carbone préchauffées (dimensions de ces particules 10 à 50 mm).

On a fait varier la quantité de ferrochrome à haute teneur en

carbone envoyée dans le four en changeant la vitesse de rota-

tion du four de 2 à 6 tpm (voir figure 6).

Composition du ferrochrome à haute teneur en carbone (en poids %) Cr Si C P S

55 % 2,5 % 8 % 0,033 % 0,03 %

(Température moyenne de préchauffage: 800C) (Vitesse moyenne d'alimentation: 17 t/h) On a introduit de la chaux vive par le haut du four

en huit portions de 300 kg, à 15 minutes d'intervalle.

On a mesuré la température de la masse avec une lance de détection toutes les 10 minutes. Le taux de chrome:

a été calculé d'après la balance des masses que l'on a intro-

duites dans le four. Le taux de carbone peut aussi être déter-

miné par analyse d'échantillons prélevés à 10 minutes d'inter-

valle. La température de la masse a été maintenue entre 1550 et 15800C. A cette fin, on a diminué la vitesse d'alimentation de ferrochrome à haute teneur en carbone, et d'oxygène soufflé par le haut, quand la température a commencé à augmenter et

on a fait l'inverse quand la température a commencé à descendre.

Le taux de carbone a été maintenu entre 3 et 3,3 %. A cette fin, on a soufflé plus de carbone dans la masse quand on a constaté par l'analyse que le taux de carbone baissait, et on

a soufflé moins de carbone quand on a constaté qu'il augmentait.

En suivant ces prescriptions pendant 130 minutes, on a fait

entrer en solution dans la masse en fusion 36 tonnes de ferro-

chrome à haute teneur en carbone, et on a produit une fonte a teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome (Cr 51 %,

C 3,1 %, 15800C).

Ensuite on a arrêté de souffler de l'oxygène par

le haut, et on a envoyé par le fond de l'argon au lieu d'oxy-

gène. Après addition de 250 kg de ferro- silicium, on a agité la masse pendant 5 minutes et l'a mélangée dans la poche avec tonnes d'acier fondu à faible teneur en carbone (C 0,03 %, Si 0,2 %, 16500C), produit dans un convertisseur et l'on a obtenu une fonte contenant 16,5 % Cr et 0,97 % C. Cette fonte a été affinée en soufflant de l'oxygène de façon à réaliser un acier inoxydable contenant 16,2 % Cr et 0,05 % C en soufflant

de l'oxygène sous vide.

La composition de la scorie (après réduction) était la suivante: CaO SiO MqO T.Cr T.Fe S

49,3 % 43,4 % 5,2 % 0,9 % 0,2 % 0,8 %

Exemple 2

On a produit un acier à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome en utilisant les mêmes enceintes de réaction, tuyères, fonte résiduelle, type de coke en poudre et

type de ferrochrome à haute teneur en carbone que l'on a utili-

sés dans l'exemple 1. En plus du ferrochrome à haute teneur en carbone, on a utilisé des billes de chrome partiellement réduit (comme il a été défini plus haut) comme une partie de la source

de chrome.

Oxygène Source de chrome Matière carbonée solide : Soufflage par le fond: 1500 Nm3/h (constant) Soufflage par le haut: 500 à 2000 Nm3/h (voir figure 7) : Ferrochrome à haute teneur en carbone

(figure 7).

Billes de chrome partiellement réduites ces dernières ont été préchauffées à environ 10000C par un réchauffeur extérieur et ont été introduitespar le haut du four à 10 minutes d'intervalle, à une vitesse constante de

4,1 t/h.

Coke en poudre, soufflé par le fond (figure 7).

Morceaux de coke: ceux qui avaient un dia-

mètre de 10 à 30 mm et la même composition que le coke en poudre ont été introduitspar portions de 200 kg, à 10 minutes d'intervalle,

en même temps que les billes de chrome par-

tiellement réduites.

Chaux: Chaux en poudre: ce qui avait une dimen-

sion inférieure à 1 mm a été introduit en commun avec le coke en poudre soufflé par le fond dans la proportion de 10 % de la quantité de coke en poudre. Chaux en morceaux: fournie à intervalles de 10 minutes, en même temps que les billes

de chrome partiellement réduites.

La figure 7 montre l'évolution de la température et de la composition de la masse en fusion. Latempérature a été

-maintenue dans un ordre de 1510 à 15700C. Le procédé de con-

tr8ôle de la température et du taux de carbone a été à peu près le m&me que l'on a utilisé dans l'exemple 1. Cent quatre-vingts heures-plus tard, on a ajouté 350 kg de Ca-Si pour réaliser une masse fondue et une scorie ayant les compositions suivantes: Cr C Si P S Température

52,5 % 4,1% 0,2 % 0,043 % 0,025 % - 1590 C

CaO SiO2_ A12 03__ MqO

,2 % 17,6 % 22,6 % 23,8 %

On a ajouté à 50 tonnes de masse fondue que l'on

avait coulée dans une poche, un flux composé d'un mélange pul-

vérisé de CaC2 (500 kg) et CaF2 (65 kg). Grâce à cette addition de fondant, le taux de phosphore est descendu de 0,043 % à 0,025 %, le taux de soufre de 0,025 % à 0,010 %, et le taux de carbone est monté de 4 % à 4,3 %. On a alors combiné la masse

avec de l'acier fondu à faible teneur en carbone plus l'a trans-

férée dans un four AOD o l'on a décarburé pour obtenir un acier inoxydable fondu contenant 17,2 % Cr et.O,05 % C.

Exemple 3

On a utilisé un convertisseur courant d'une capa-

cité de 150 tonnes pourvu de quatre tuyères de fond du meme

type à triple tube concentrique qui avaient servi dans l'exem-

ple 1. On a chargé le convertisseur avec 110 tonnes de fonte (C = 3,9 %, Si < 0,1 %, P = 0,010 %, température 1370 C) qui avait été déphosphoré dans la poche. On a ajouté à la masse en fusion de l'oxygène soufflé par le haut et par le bas), de la

poudre de coke (soufflée par le bas), du charbon en fines par-

ticules (soufflé par le bas), du ferrochrome à haute teneur en carbone préchauffé à 10000C (introduit par le haut, -et de la chaux (les morceaux introduits par le haut, la poudre soufflée

2 $'776140

par le bas en commun avec le coke en poudre).

Oxygène:soufflé par le bas, 1500 Nm3/h (constant) soufflé par le haut, voir figure 8

Source de chrome:Ferrochrome à haute teneur en carbone (pré-

chauffé à 1000C, fourni par le haut, voir

figure 8).

Matière carbonée solide Chaux Gaz vecteur de la poudre : coke en poudre soufflé par le fond (voir

figure 8).

Charbon pulvérisé: 80 % C, 7 % matières volatiles, 12 % cendre, mélangé avec du

coke en poudre dans la proportion de 10 %.

: Chaux en morceaux: introduite par le haut Chaux en poudre: soufflée par le bas, en mélange avec le coke en poudre dans la

proportion de 10 %.

: N: 70 Nm2/h (constant).

La figure 8 montre l'évolution de la température

et de la composition de la masse en fusion. Le procédé de con-

tr8le de la température et du taux de carbone a été à peu près le même que celui utilisé dans l'exemple 1. Quand l'addition de ferrochrome solide a été achevée, on a arrêté la fourniture de carbone solide et d'oxygène soufflé par le haut. On a ensuite soufflé par le bas, pendant 14 minutes de l'oxygène et de l'azote pour décarburer la masse (pour la composition et le profil de température de la masse voir figure 8). Ensuite, on a ajouté 700 kg de ferrosilicium à la masse que l'on agitait avec de l'argon. La masse ainsi traitée a été coulée dans une poche et soumise à une décarburation secondaire par le procédé

de soufflage d'oxygène sous vide.

Exemple 4:

Dans cet exemple, on a utilisé du NiO (77 % Ni) comme source de nickel. On a rempli des bidons (50 mm 0 x 50 mm) faits de tôle de fer (2 mm d'épaisseur), avec un mélange de NiO en poudre (dimension des particules: moins de 0,5 mm) et de % en poids de coke en poudre (dimension inférieure à 0,2 mm0), que l'on a pré-réduit par chauffage au moyen de gaz perdu, et les a envoyés dans le four en continu ainsi quede ferrochrome à haute teneur en carbone. Le taux moyen de réduction de Ni a

2476140

été de 78 %. Toutes les autres conditions ont été sensiblement les mêmes que dans l'exemple 3, si ce n'est que le ferrochrome à haute teneur en carbone avait la composition suivante Cr Fe Si

55,2 % 38 % 3,3 %

La figure 9 montre l'évolution de la composition

et de la température de la masse. On a produit, avec un rende-

ment en nickel de 99,7 %, un acier fondu contenant du nickel, à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome, et qui avait la composition suivante: Cr Fe Ni P S 17,3 % bal. 8,1 % 0,021 % 0,025 %

Cet acier bruit a été affiné par traitement AOD.

Exemple 5:

On utilise comme sources de nickel et de carbone du ferronickel combiné avec du coke (tel qu'il est défini plus haut, celui-ci a été obtenu en chauffant du minerai de nickel,

du chlorure et de l'anthracite à environ 10000C).

Composition du ferronickel combiné avec le coke Ni Fe C P S

49,6 % 44,2 % 5,6 % 0,020 % 0,083 %

La combinaison a été pressée sous 15x lî(pascals briquettes mesurant 25 mm 0 x 30 mm, et les briquettes ont été introduites dans la masse par le haut du four, par portions de 1100 kg à 2 minutes d'intervalle. Toutes les autres conditions et le comportement de la température et de la composition de

la masse ont été sensiblement les mëmes que dans l'exemple 4.

On a ainsi produit un acier fondu contenant du nickel, à haute teneur en chrome, donnant un rendement en nickel de 99,5 %, et ayant la composition suivante: Cr Fe Ni P S 17,6 % bal. 7,8 % 0,019 % 0,020 %

Cet acier brut a été affiné par traitement AOD.

Exemple 6:

On a utilisé un convertisseur du même type que celui qui est illustré dans la figure 5 si ce n'est qu'il est

pourvu de quatre tuyères de base, du type à double tube concen-

trique spécifié ci-dessous: Diamètre intér.(ID) Diamètre extér. (OD) Tube intérieur 16 mm 18 mm Tube extérieur 19 mm 21 mm On a fourni de l'oxygène par le tube intérieur à une vitesse constante de 1500 Nm3/h et du propane, par le tube extérieur, à une vitesse constante de 50 Nm3/h. En haut du four, on a introduit dans le four du coke en poudre, et on a fourni de l'azote comme gaz vecteur à une lance submergée (tube de fer ayant un ID de 25 mm et un OD de 31 mm, dont le bout est protégé par A1203). Toutes les autres conditions ont été les mêmes que dans l'exemple 1. En fournissant du coke en poudre environ 1,7 fois plus vite que dans l'exemple I, on a obtenu un acier fondu à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en

chrome montrant à peu près le même comportement à la tempéra-

ture et la même composition que celui de l'exemple 1.

Exemple 7

On utilise un convertisseur du même type que celui

utilisé dans l'exemple 6, et l'on introduit, comme matière car-

bonée des morceaux de coke (10 à 50 mm 0) au lieu de coke en poudre. Les morceaux de coke sont introduits par le haut du four par portions, à intervalles d'environ une minute. Toutes

les autres conditions ont été les mêmes que dans l'exemple 1.

En introduisant la matière carbonée solide 'environ 2,1 fois plus vite que dans l'exemple I, on a obtenu un acier fondu à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome, montrant à peu près le même comportement à la température et la même composition.

R E V E N D I CA T I 0 N S

1 ) Procédé pour la production d'acier à haute teneur en chrome, caractérisé en ce qu'on introduit du fer en fusion dans un four de fusion, et introduit aussi une source solide de chrome, une poudre carbonée, et un gaz contenant de l'oxygène dans des proportions ajustées de façon à maintenir la masse en fusion à une température d'ordre inférieur à 1650 C

et supérieur à la température minimum de fusion pour les pro-

portions spécifiques de carbone et de chrome dans la masse en fusion, ce procédé étant capable de réaliser une décarburation préférentielle tout en inhibant l'oxydation du chrome, le terme source solide de chrome étant utilisé ici pour désigner une source qui soit composée d'une ou de plusieurs substances, choisies dans le groupe constitué par le ferrochrome à haute teneur en carbone, le ferro-chrome à teneur moyenne en carbone, le ferro-chrome à basse teneur en carbone, le chrome métal, le minerai de chrome, des billes de chrome partiellement réduit, et la mitraille contenant du chrome et qui contient du chrome non-fondu.

2 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la température supérieure à la température mini-

mum de fusion-est définie par les formules (2), (3), (4), et (5) suivantes:

+ 1200(2)

Température de la masse en fusion ( C)217,5 E + 1200 (2) Température de la masse en fusion ( C)" -140 (C(%)- + 1650 (3) Température de la masse en fusion ( C)> 110 (C(%)) + 1050 (4)

15673

Température de la masse ( C) -273 + 8,84 + log 8,3(C(%) 4,0 (5)

3 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la formule (3-) est remplacée par la formule (13): Température de la masse ( C). -140 (C(%)) + 1710 (13)

) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la masse est maintenue à une température infé-

rieure à 1580 C.

* ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

2 476140

risé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion

est assurée par dissolution dans cette masse d'une poudre car-

bonée et par introduction d'un gaz contenant de l'oxygène par

des tuyères placées dans la partie inférieure du four.

60) Procédé suivant la revendication 5, caracté-

risé en ce que les tuyères sont du type à tube triple, concen-

trique, composé d'un passage central par o on souffle un gaz

vecteur avec une matière carbonée en poudre, d'un passage annu-

laire par o on souffle un gaz contenant de l'oxygène, et d'un passage annulaire extérieur par o on souffle un fluide destiné

à refroidir la tuyère.

> Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion est obtenu en dissolvant dans cette masse des morceaux de

matière carbonée fournis par le haut du four.

) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'affinage de la masse dans le four de fusion est obtenu en dissolvant dans cette masse une matière carbonée en poudre et un gaz contenant de l'oxygène fourni par une lance soufflant en haut du four, placée dans la partie supérieure du four.

9 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la source solide de chrome est introduite dans la masse qui se trouve dans le four de fusion par portions

séparées.

) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que le gaz contenant de l'oxygène est fourni par une lance placée en haut du four, et par des tuyères placées

dans la partie inférieure de ce four.

110) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la matière carbonée en poudre est remplacée

partiellement par une poudre carbonée constituée par des parti-

cules carbonées auxquelles adhère du nickel métal.

) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la masse est de plus alimentée avec de l'oxyde de nickel que l'on a réduit préalablement à l'extérieur du four

de fusion.

13 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que la forme du convertisseur constituant le four de fusion est telle qu'il répond aux conditions de la formule

34 2 7 2476140

(11) suivante: S1 -k 1,2 W SWf (11) Wi 8 Wi S 1,2 Wf iS ,2 W S1 > S3 > 0, 8 Wf 1 o S1 (m2) est la surface moyenne en coupe transversale de la

1 H

partie la plus haute () de la masse fondue finale dont la hauteur est H (m), le niveau de la masse fondue étant immobile, S2 (m2) est la surface moyenne en coupe transversale de la

2 H2

partie moyenne ( 3-), S3 (m2) est la surface moyenne en coupe transversale de la partie inférieure ( H), Wi (. t.) est la quantité initiale de masse fondue, et Wf ( t) est la quantité

déterminée à l'avance de masse en fusion finale.

14 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'on l'utilise pour produire un acier à faible teneur en carbone, à haute teneur en chrome en faisant subir une décarburation supplémentaire à la masse fondue à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en chrome obtenue suivant l'invention. 15 ) Procédé de traitement de la masse fondue obtenue suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on transforme cette masse dont on a contr8lé la teneur moyenne en carbone et la haute teneur en chrome, en acier à faible teneur en carbone et à haute teneur en chrome en lui ajoutant de l'acier fondu ne contenant pas de chrome, cette addition étant

suivie d'une décarburation de la masse fondue ainsi contr8ôlée.