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Méthode de réduction des métaux et de fabrication des alliages
Convention Internationale- Demande de Brevet en Angleterre
La présente invention se rapporte à une méthode de réduc- tion des métaux et à .La fabrication des alliages au moyen de la- quelle on fabrique des produits connus comme ne tachant pas et ne rouillant pas (acier et fer stainless) par la réaction d'un mélange réducteur exothermique de minerai de chrome et par exemple d'aluminium, de silice ou d'un autre agent de réduction exothermique sur la scorie surnageant sur un bain de métal.
Un tel procédé peut être exécuté très facilement dans un four électrique,par exemple de la manière décrite dans les brevets anglais déposés par Messieurs HAMILTON & EVANS, le 9 Novembre 1922 pour "perfectionnement et méthodes de production des métaux et de fabrication des alliages", le 14 Novembre 1922 pour "perfec-
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tionnements à la fabrication des alliages de fer et acier" et le 23 Février 1923 pour " perfectionnements aux méthodes de réduction des métaux et de fabrication des alliages".
En exécutant ce procédé,il est nécessaire de prévoir suf- fisamment de chaleur pendant l'opération pour arriver à la fois à maintenir le bain de métal sous-jacent à une température suf- fisante pour que,le métal puisse être coulé à la fin de l'opéra- tion et pour réaliser complètement la réduction de la couche de scorie qui surnage.La chaleur qu'il faut fournir à la couche de scorie doit être suffisante non seulement pour amorcer la réac- tion exothermique dans le mélange réducteur,mais aussi pour main- tenir la scorie et le mélange réducteur à une température suffi- samment élevée pour assurer la réduction complète.
La réaction dans le mélange réducteur,quoique exothermique. ne se propagera pas d'elle-même dans l'action du mélange réduc- teur sur la scorie,de telle sorte qu'il faudra maintenir constam- ment un apport de chaleur pour que la réduction puisse être effectuée avec un bon rendement tans un temps raisonnable et sans refroidissement excessif de la couche de scorie ou du bain de métal,
Dans le cas ou on utilise un four électrique,il est possi- ble de fournir cette chaleur à la fois au bain et à la scorie directement par l'arc électrique;mais dans le cas d'un four Martin basique auquel s'applique la présente invention,la seule source de chaleur dont on dispose e, st le courant de gaz chaud et la chaleur rayonnant du dôme du four.
Si on désire faire usage d'un mélange réducteur exother- mique en exécutant lé réduction dans la couche de scorie qui surnage,la grande quantité de scorie qu'il est nécessaire d'uti- liser n'ayant qu'une faible conductivité ne permet pas d'obtenir une chaleur suffisante pour exécuter le procédé avec succès,soit dans la couche de scorie,soit dans le bain de métal.L'inventeur à découvert que si certaines conditions qui vont être exposées sont réalisées,il est possible de réaliser le procédé rapidement et avec un bon rendement dans un four Martin basique.
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Selon la présente invention, une charge est fondue dans un four Martin 'basique de la manière ordinaire, et, pendant cette opération, une scorie basique se forme à la surface du métal,laquelle consiste en différents corps qui ferment d'or- dinaire la scorie basique tels que la chaux avec de la fluo- rine et de l'oxyde de fer.Pour obtenir une quantité suffisante de scorie/,la quantité de matière formant d'ordinaire la scorie basique telle que la chaux est augmentée jusqu'à deux ou plusieurs fois celle-/ employée d'ordinaire dans un four Martin basique et la quantité d'oxyde de fer incorporée dans la scorie,soit par addition,,
Doit par la fusion de la charge du four est réglée de manière à atteindre de 3 à 20 % du poids de minerai de chrome utilisé dans le mélange réducteur, Cette:; proportion pourra varier selon le minerai de chrome employé et le chauffage préalable donné au mélange réducteur. Dans certains cas,la quantité nécessaire d'oxyde de fer se trou- vera dans la scorie sans qu'aucune addition spéciale soit nécessaire ; dans d'autres cas,il sera nécessaire d'ajouter une nouvelle quantité d'oxyde de fer;
c'est un des points essentiel du procédé qui fait l'objet de la présente invention qu'une quantité suffisante d'oxyde de fer soit présente dans la scorie.
En utilisant la scorie spéciale qu'on vient de décrire, on peut obtenir suffisamment de chaleur dans la couche de scorie qui surnage et dans le bain de métal pour amorcer et pour Maintenir la réaction dans le mélange réducteur qu'on réchauffe préalablement pour éviter, lorsqu' on ajoute le mélange réducteur,
un refroidissement indésirable de la scorie et aussi pour maintenir la température du bain de métal sous-jacent supé- rieure ou égale à celle nécessaire pour la fusion. Outre via'on réchauffe d'abord le mélange réducteur avant de l'ajouter dans la scorie, on y incorpord une quantité suffisante d'agent réducteur pour réduire non seulement le rainerai du mélange nais aussi l'oxyde de fer de la scorie.
Il appecait que dans
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ter contenus aans La scorie. on se sera eJa assuré de OB fait en composant la scorie comme il a été décrit ci-dessus. L'oxyde de fer de la scorie est ainsi réduit avec les autres oxydes métalliques réductibles et la présence dans la scorie avant le commencement de la réaction d'une quantité suffisante d'oxy- de de fer déjà chauffé à la température de la scorie, permet à la réduction de se propager dans tout le mélange contenu dans ou sur la scorie, sans aucun refroidissement nuisible de la scorie ou du métal
Pour obtenir les meilleurs résultats,
on doit employer des métaux aussi exempts que possible de phosphore. En raison de la grande quantité de chaux dont on fait usage dans la scorie, on est assuré d'obtenir une scorie suffisamment basique et ceci assure suffisamment que le phosphore contenu dans le métal reste dans la scorie et ne retourne pas dans le métal qui se trouve au-dessous.
Si cela est nécessaire,on ajoute soità la scorie, soit au mélange réducteur,tout autre agent basique convenable, par exemple de la soude caustique,de la cendre de soude ou un corps analogue,de manière à assurer la basicité de la scorie jusqu'à la fin de l'opération.
L' exemple suivant est donné pour montrer moment l'invention peut être réalisée pratiquement. Avec des minerais différents et des mélanges réducteurs différents,les conditions devront bien entendu varier de façon appropriée.
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Dans un four 11arsin. 5.,000 Yvo de Piè-4 - d'acier et 150 X de coke sont fonduset on fondune scorie réceptrice composée de 1000 K de chaux et de 650 K de fluorine.Au moment ou la teneur en carbone est de 0,08 %,la totalité de la scorie a été fondue et on a préparé un mélange réducteur exothermique composé de 4200 K de minerai de chrome et de 1200 K de ferro-silicium. Ce mélange est réchauffé jusqu'à 650 centigrade et est divisé en douze charges que l'on ajoute successivement au cours d'une période de' quarante
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L'alliage obtenu révéla à l'analyse les proportions suivantes
Carbone 0, 09 % chrome 12,10%
Silicium 0,56%
Manganèse 0,60 %
Le chauffage préalable peut être porté à toute tempéra- ture inférieure à celle pour laquelle la réaction exothermique commence ,par exemple à 1250-1550 Farenheit, pourvu que la scorie ne soit pas trop-refroidie.on pourra faire usage dans certains cas d'une température de dépassant pas 7000 Farenheit.
Le mélange réducteur réchauffé préalablement est ajouté dans la scorie lorsque cette dernière est à l'état fluide et. si la scorie tend à devenir visqueuse à un moment quelconque pendant l'addition du mélange réducteur il ne faut pas continuer à ajouter 'ce mélange jusqu'à ce que la scorie soit redevenue fluide,,Tous les agents de réduction oxydés qui résultent de la réaction seront neutralisés par la chaux ou autre subs- tance alcaline contenue dans la scorie, la quantité de chaux ou d'autre substance contenudans la scorie étant suffisante pour obtenir ce résultat.
Dans une variante d'exécution de la présente invention, on peut soutirer une certaine quantité du bain de métal d'un four Martin basique contenant la quantitéordinaire de scorie,de manière à augmenter ainsi la quantité de scorie relativement à la quantité de métal restant dans le four.Le mét tal ainsi évacué peut bien entendu être traité de la manière oridnaire.La scorie restante est traitée de manière à contenir les proportions de chaux et d'oxyde de fer qui ont été rapportées plus haut,et les corps fondus qui restent sont traités conformément au procédé qui a été décrit plus haut;
Cette variante présente des avantages commerciaux con- sidérables si on ne désire pas affiner tout le métal, puisque la scorie qui,d'ordinaire,serait mise de côté; est utilisée
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comme agent pour effectuer la réduction et de telle manière que la chaleur qu'elle contient est utilisée dans un Tout utile au lieu d'être perdue.
Différentsalliages peuvent être obtenus d'après le procédé conforme à la.présente invention par exemple, ceux contenant : de 0,01 % à 2,50 % de carbone
0,05 " " maganese " 8 " 25 chrome " 0,05 " " 3,50 " " silicium et aussi d'autres métaux tels que le nickel, le tungstène, le cobalt,le molybdène ou les autres composants des alliages d'acier, On comprendra en outre , que l'invention n'est pas limitée à ces proportions et à ces corps particuliers mais peut servir à fabriquer tous les fers et aciers ne tachant pas, résistant à la rouille , c'est-à-dire tous les alliages contenant au moins 8 % de chrome.