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"PROCEDES DE FABRICATION DES ACIERS AU NICKEL"
L'invention concerne un procédé pour la fabrication des aciers au nickel dont il existe dans le commerce un certain nombre de variétés. On connait, par exemple, les aciers nickel et nickel-chrome à haute résistance, beaucoup utilisés dans l'industrie automobile; l'acier contenant en- viron 35% de nickel et qui est connu dans le commerce sous le nom d'invar; les aciers nickel-chrome inoxydables dont le prototype contient environ 18% de chrome et 8% de nickel.
L'invention concerne particulièrement les aciers inoxydables contenant, avec le nickel, suffisamment de chrome pour qu'ils
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résistent fortement à la corrosion mais elle est également applicable à la fabrication des autres aciers au nickel.
Les métaux devant constituer 1'alliage sont habituel- lement introduits dans l'acier en les ajoutant à l'état métallique. Ainsi, dans la fabrication des aciers nickel- chrome inoxydables, on ajoute habituellement le chrome sous forme de ferrochrome. Dans d'autres procédés pour la fabri- cation des alliages d'acier, procédés connus sous le nom de "procédés directs", un composé chimique d'un métal devant former l'alliage est réduit en présence d'un bain d'acier dans lequel ce métal se trouve ainsi incorporé.
Les procédés directs ont été particulièrement retenus pour la fabrication des aciers inoxydables, mais seulement pour l'introduction du chrome. Dans la fabrication des aciers au nickel on ajoute toujours le nickel à l'état réduit, tels qu'un nickel ou un alliage de nickel commercialement pur, et cela même lorsque le chrome est introduit dans cet acier par un procédé direct.
Conformément à la présente invention, l'introduction du nickel dans un acier au nickel est obtenue en décomposant de la matte (sulfure de nickel) avec du silicium en présence d'un bain d'acier. Une économie importante est ainsi réali- sée, le prix du nickel-métal étant considérablement plus élevé que le prix d'une quantité égale de nickel sous forme de .natte. La réaction entre les sulfures de métaux lourds et le silicium, grâce à laquelle ces sulfures sont réduits, est connue, mais autant que la Demanderesse le sache aucune indication ne permettait de conclure que cette réaction pouvait être appliquée à la fabrication directe d'aciers au nickel suffisamment pauvresen soufre pour répondre aux exigences les plus rigoureuses.
Le silicium utilisé pour réduire la matte de nickel peut l'être sous forme de silicium ou de ferro-silicium commerciaux mais, dans la plupart des cas, il est avantageux
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d'utiliser un alliage de silicium qui contienne lui-même le métal à introduire dans l'acier. Ainsi si l'on utilise un alliage de silicium et de nickel ou du ferro-nickel silicium pour réduire la matte de nickel, cette matte et l'agent de réduction contribueront tous deux à l'introduc- tion du nickel dans l'acier. L'agent de réduction peut également contenir d'autres métaux à introduire dans l'al- liage, par exemple du chrome, soit en même temps que le nickel, soit à la place du nickel. Tout autre métal allié au silicium dans l'agent de réduction sera évidemment in- corporé dans l'acier.
Une sérieuse difficulté dans la fabrication des aciers inoxydables résulte du fait que la teneur en carbone de ces aciers doit être extrêmement basse. Suivant la pré- sente invention, pour fabriquer des aciers suffisamment pauvres en carbone, il est nécessaire d'utiliser des agents de réduction contenant assez de silicium pour en retirer sensiblement tout le carbone. Du silicium commercial et les qualités de ferro-silicium qui ont une forte teneur en silicium ne contiennent pas suffisamment de carbone pour donner lieu à des inconvénients mais si l'agent de réduction est riche en chrome, il a une si forte tendance à absorber le carbone que la teneur en silicium de cet agent de ré- duction doit être élevée, habituellement 30% ou plus, pour faire baisser suffisamment la teneur en carbone.
Lorsque l'agent de réduction est un alliage de silicium et de nickel ou un ferro-nickel silicium contenant peu ou pas de chrome, une teneur en silicium de 25 % convient habituellement. Le ferro-chrome silicium, pratiquement, exempt de carbone, et qui est un agent de réduction excellent pour le présent procédé, dans son application à la fabrication d'aciers au nickel contenant du chrome, et particulièrement des aciers inoxydables, peut être obtenu en réduisant simultanément la chromite et la silice avec du carbone dans un four élec-
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trique.
La matte de nickel réduite avec du carbone dans un four ordinaire donne du métal tellement souillé en carbone et en soufre qu'il ne peut pas être utilise dans la fabrication de l'acier, mais si la silice est réduite avec la matte on obtient un alliage de silicium et de nickel pauvre en carbone et en soufre, qui peut être uti- lisa très avantageusement comme agent de réduction dans le procédé conforme à l'invention. Suivant cette variante, le nickel est extrait de la matte de deux façons différen- tes, une par l'intermédiaire du silicium-nickel et l'autre directement de la matte avec laquelle le silicium-nickel réagit, et est introduit dans l'acier au nickel obtenu.
L'invention vise également la réduction d'un composé de tout autre métal à introduire dans l'alliage, tel que la chromite, avec la matte de nickel et la silice, ce qui permet d'obtenir ainsi un agent de réduction contenant plusieurs métaux pouvant être introduits dans l'alliage.
On décrira maintenant l'invention dans son appli- cation particulière à la fabrication d'aciers nickel-chrome inoxydables, dans lesquels on introduit le chrome et le nickel par un procédé direct.
On utilise un minerai de chrome, une matte de nickel et un agent de réduction contenant du silicium, ces diffé- rents corps devant préférablement passer au tamis de 8 mailles. Dans certains cas il peut .être avantageux dtuti- liser ces matériaux en deux masses distinctes : masse contenant le minerai de chrome et l'agent de réduction et l'autre la matte de nickel et l'agent de réduction; le mincrai 'le chrome, la matte ,le nickel et l'agent de réduc- tion peuvent également ne former qu'une masse. En tous cas, les matériaux le réduction et à réduire doivent être bien mélangés. De 1=: chaux est ajoutée comme fondant et il peut quelquefois être avantageux d'ajouter d'autres fondants tels que le spath fluor.
Le mélange est introduit dans un
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four électrique à arc à air libre, du type courant, et à une vitesse telle que la fusion se produise d'une façon uniforme et qu'un bain fluide de scories soit maintenu en tout temps. On peut placer à l'intérieur du four, avant le commencement de la fusion, un bain d'acier pauvre en carbone soit en fondant des riblons d'acier en les décarbu- rant, si nécessaire, soit en alimentant le four avec du métal fondu arrivant d'un bessemer ou d'un four à sole.
Suivant une variante, les riblons d'acier peuvent être incorporés dans le lit de fusion ou même introduits dans le four après que la fusion a été achevée.
Pour obtenir un alliage pauvre en sulfure il est possible d'opérer avec une scorie fortement basique; si l'on considère plus particulièrement le rapport du CaO au SiO2, il est préférable de le maintenir au moins égal à 2 et un rapport de 3 ou même plus élevé peut donner satis- faction. Dans le cas où l'on utilise des scories fortement basiques, il peut être avantageux d'agir sur lu fluidité de la scorie par addition de spath fluor.
L'exemple suivant fait ressortir la production d'une chaude d'acier inoxydable dénommé acier inoxydable 18-8 et les résultats qui peuvent être obtenu::. par le procédé direct perfectionné conforme à l' invention.
On fond une masse d'acier dans un four d'aciérie électrique, cette masse étant décarburée au moyen d'une scorie oxydante, jusqu'à ne contenir que 0.02% de carbone.
On fait écouler la plus grande partie de la scorie oxydan-
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te, après quoi une autre scorie est produite par fusion de/ Icl?uX j. A et d'une petite quantité de spath fluor. On introduit ensuite dans le four une masse dont la composition est la suivante :
EMI5.2
<tb> Minerai <SEP> de <SEP> chrome <SEP> 141 <SEP> parties
<tb>
<tb> Ferro <SEP> silicium <SEP> à <SEP> 75% <SEP> 34 <SEP> parties
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 150 <SEP> parties
<tb>
Le minerai de chrome contient 33,94 % de chrome. Le
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ferro silicium et la chaux sont ceux que l'on trouve habituellement dans le commerce.
Après achèvement du traitement au four de cette masse, on introduit dans le four une masse contenant du nickel et prêsentantla composi- tion suivante:
EMI6.1
<tb> Matte <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 24 <SEP> parties
<tb>
<tb> Ferrosilicium <SEP> à <SEP> 75% <SEP> 6 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> 30 <SEP> parties
<tb>
La matte de nickel contient 74.90% de nickel et 23.71% de soufre. A ce moment la scorie est enlevée et on ajoute à l'acier contenu dans le four 0.40% de manganèse sous forme de ferromanganèse à faible teneur en carbone,après quoi on introduit une scorie de finissage, composée de chaux et de quartzite. L'acier est travaillé sous cette scorie à laquelle on ajoute une petite quantité de ferro- silicium à 75% jusqu'à ce que la scorie et le métal soient bien désoxydés.
L'acier est ensuite déversé dans une poche, traité avec 0.25% de silicium sous forme de ferro- silicium à 50% et coulé en lingotières.
L'analyse de l'acier donne les résultats suivants:
EMI6.2
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Mn <SEP> %¯Si <SEP> % <SEP> S
<tb> 17.58 <SEP> 7.93 <SEP> 0.08 <SEP> 0.51 <SEP> 0.82 <SEP> 0.005
<tb>
La faible teneur en chrome et nickel des scories est satisfaisante; 80 % de chrome et 97 % de nickel se trouvant aans le métal terminé. On donnera ci-dessous les résultats des essais physiques effectués sur des éprouvet- tes prises dans des lingots coulés au moyen de la chaude ci-dessus. Les éprouvettes avaient été trempées à 1150 C.
EMI6.3
<tb>
Charge <SEP> de <SEP> rupture- <SEP> 7.875 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> cm2
<tb>
<tb> Déformation <SEP> élastique <SEP> - <SEP> 2. <SEP> 240 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> cm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> - <SEP> 52 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Striction <SEP> - <SEP> 60 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Choc <SEP> - <SEP> 15 <SEP> kilogrammètres(incurva-
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> Erichsen <SEP> - <SEP> 12.5 <SEP> tion)
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> Brunell <SEP> - <SEP> 143
<tb>
Ces chiffres montrent l'excellente qualité de 11-acier.