<Desc/Clms Page number 1>
Matières pour la construction de chaudières à haute et très haute pression et procédé pour leur fabrication."
Le but essentiel de la présente invention consiste dans la fabrication de matières et dans l'utilisation de celles-ci pour la construction de tubes et corps de chaudières à haute et très haute pression, par exemple pour des chaudières de 100 atm. et plus on moins. Il se présente dans ce cas des problèmes spéciaux pour la matière servant à la fabrication de ces
<Desc/Clms Page number 2>
chaudières.
L'épaisseur extraordinaire, nécessaire en raison des propriétés de résistance à obtenir, de la paroi, en particulier des parcis de tubes, donne au coefficient de conductibilité de la chaleur et au coefficient de dilatation de la matière une importance qu'ils n'ont pas pour les parois de chaudières ordi- naires et dont on ne tenait par suite pas compte jusqu'ici dans leur construction. Toutefois le problème est complexe à diffé- rents points de vue.
Il ne s'agit pas seulement d'obtenir un coefficient de conductibilité calorifique aussi élevé que possi- ble et un coefficient de dilatation aussi faible que possible, ce qui est important parce que le contenu de la chaudière possède une température beaucoup plus élevée que jusqu'ici et parce qu'une limitation des surfaces des parois s'impose en raison des frais, mais il importe qu'un acier, ayant un coefficient de conductibilité calorifique aussi élevé que possible et un coefficient de dilatation aussi faible que possible, possède également les propriétés nécessaires de résistance et de facilité d'usinage.
Dans ce cas, la température plus élevé sur la face extérieure de la chaudière produira ou pourra produire, par suite de la dilatation plus forte des couches extérieures de la paroi relativement aux couches intérieures, une certaine flexion de la paroi. C'est pourquoi la limite d'élasticité d'un tel acier servant a la construction de chaudières présente une importance plus grande et toute autre que pour des chaudières soumises aux pressions habituellement employées jusqu'ici.
Il est connu qu'une addition de manganèse abaisse le coefficient de conductibilité calorifique (cf les publications, par exemple du Prof.Dr.Max Jakob in Landolt et Boernstein "phys. et chem. Tabellen", ainsi que l'article dans Chaleur et Industrie 1924, n 55, pages 557 et ss.), mains il a aussi été démontré expérimentalement que le coefficient de dilatation de l'acier
<Desc/Clms Page number 3>
considéré n'est tout au moins pas accru.
Les coefficients de conductibilité calorifique pour des aciers à différentes teneurs en manganèse ont été déterminés par voie d'essais scientifiques au laboratoire, sans que ces essais aient conduit jusqu'ici à un résultat industriel utilisable,c'est à dire à un acier répondant à toutes les conditions imposées comme facilité d'usinage et pour le fonctionnement des chaudières, notamment aussi en tenant compte de leur refroidissement répété.
Il est également connu que le manganèse possède deux autres propriétés essentielles ; sert, dans la fabrication de l'acier, .principalement à absorber le soufre existant, avec formation de sulfure de manganèse, et en outre a fixer l'oxygène dans l'acier, en formant des composés oxygénés du manganèse.
On supprime ou on élimine de cette manière les propriétés de l'acier d'être cassant au rouge, propriétés qui sont dues notamment à la présence du soufre et de l'oxygène. Enfin on connait également la propriété du manganèse au point de vue de l'acroissement de la résistance.
Il résultait de ceci le problème spécial consistant! obtenir en premier lieu un acier qui, pour une très faible teneur en manganèse, possédât les propriétés nécessaires de résistance et ne pût pas cassant au rouge.
Pour des tubes et des corps de chaudières, qui sont utilisés pour la production de vapeur à haute pression, il est nécessaire de couler de grands blocs d'acier, qui doivent être soumis aux opérations de forgeage, poinçonnage et matriçage. On rencontre des difficultés particulières dans le forgeage de grands blocs d'acier Martin ou d'acier au four électrique, lorsque la teneur en manganèse doit descendre en-dessous d'une limite déterminée. Cette condition est due à ce qu'il existe un lieu, scientifiquement démontré, entre la teneur en manganèse et la conductibilité
<Desc/Clms Page number 4>
calorifique.
L'expérience acquise jusqu'ici a montré que, dans le cas de blocs d'acier Martin, qui doivent être forgés, on ne doit pas descendre en dessous d'une teneur de 0,60 % en Mn et que, dans le cas d'acier au four électrique,on ne doit pas descendre en-dessous d'une teneur de 0,30 % en Mn. Pour obtenir la meilleure conduction de la chaleur, on a considéré comme nécessaire une teneur maximum de 0,40 % en Mn pour l'acier Martin, et une teneur maximum de 0,20 % en Mn pour l'acier au four électrique.
Ces deux conditions devaient par suite apparaitre comme inconciliables. On ne pouvait pas non plus espérer modifier les propriétés de résistance uniquement par des additions usuelles d'autres éléments, tels que le nickel, le chrome, etc.., étant donné qu'elles exerçaient une influence très sensible au point de vue d'une diminution de la conduction de la chaleur.
Le problème se limitait par suite à obtenir un acier, qui ne fût pas allié! plusieurs éléments et qui, d'une part, possédât assez de carbone pour avoir des propriétés de résistance désirées et d'autre part, fût d'un usinage facile, tout en respectant la faible teneur exigée en manganèse.
Il est évident qu'il s'agissait également d'obtenir un tel acier avec les moyens habituellement employés et, en particulier, de l'obtenir dans un four Martin et aussi dans un four électrique.
Il y a également lieu de considérer que, pour l'élimina tion du manganèse, on ne peut en général avoir recours qu'à l'oxydation par l'oxygène provenant de l'air de combustion, des gaz de chauffage, du minerai et d'autres véhicules d'oxygène. Le carbone diminue aussi par ce fait et on rencontre par suite une grande difficulté à conserver,
<Desc/Clms Page number 5>
pour la teneur extrêmement faible en manganèse qui est exigée, autant de carbone que l'acier doit en posséder, cet acier devant encore toutefois ne pas être cassant au rouge.
Par suite de la conductibilité calorifique élevée nécessaire, il n'est pas possible d'éviter la rupture au rouge par l'addition de véhicules de manganèse. De même, l'accroissement de la teneur en carbone au moyen de véhicules de carbone n'est pas particable, en raison de l'influence exercée sur la qualité de l'acier.
La demanderesse a réussi à obtenir de l'acier avec une teneur en manganèse de 0,30 % au four Martin et de 0,17 % au four électrique, qui n'est pas cassant au rouge lors du forgeage et qui se laisse également laminer d'après les procédés habituels a l'état de tubes sans joint.
Toutefois cet acier possède un coefficient de conductibili- té calorifique qui est plusieurs fois plus élevé que celui des matières habituellement employées pour la con- struction d'éléments de chaudières. Il a ainsi été constaté que les hypothèses, admises jusqu'ici sur l'élimination de la propriété de rupture au rouge due à des teneurs plus élevées en manganèse, n'ont pas une valeur absolue.
Pour la fabrication de cet acier, on procède avantageu- sement de la manière suivante: On choisit soigneusement la charge pour le four Martin, comprenant en général 1/3 de fonte et 2/3 de riblons ou mitraille, de sorte qu'elle contienne aussi peu de manganèse que possible et qu'il ne se trouve, en particulier dans les riblons, pas de mor- ceaux cassants au rouge. Si, dés le début, il existe ainsi déjà un rapport favorable entre la teneur en carbone et la teneur en manganèse, ce rapport peut être moins facilement transformé en un rapport défavorable par l'action oxydante
<Desc/Clms Page number 6>
des gaz de la combustion.
Il a en outre été constaté qu'il est avantageux, quand le traietement est effectué dans le four Martin, de tra- vailler avec la quantité théorique d'air. Un contrôle de la teneur en oxygène des gaz perdus de la combustion par l'analyse est nécessaire; de même on doit veiller à ce que la teneur de l'oxygène libre dans les gaz perdus de la combustion ne dépasse pas 1 %.
Il a été constaté que dans @e telles conditions* l'oxy- dation du manganèse s'effectue de manière satisfaisante et peut être complètement contrôlée.
Pur les motifs induqués, on doit veiller a ce gue la charge soit aussi exempte de soufre que passible et que la teneur des gaz de chauffage en soufre soit nulle ou aussi faible que possible.
De cette façon, on peut, dans un four Martin seul, obtenir de l'acier d'une teneur en manganèse descendant jusqu'à 0,30 %. En suivant les conditions générales de la fabrication de l'acier au four électrique, la demanderesse a pu obtenir, au four électrique, une teneur en manganèse descendant jusqu'à 0,17 %. Ces deux genres d'acier répon- daient aux exigences de la facilité d'usinage et de la conduction de chaleur.
Si un acier à conductibilité calorifique élevée men- tionné ci-dessus, avec un coefficient de dilatation plus faible, est plus spécialement utilisable pour la fabrication des tubes et corps de chaudières pour des chaudières à haute pression de 100 atm. ou plus ou moins, de tels aciers peuvent évidemment aussi être employés pour la fabrication de chaudières a pression plus basse et pour d'autres chau- dières, dans lesquelles la rapidité de la transmission de chaleur est importante.