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BREVET d'INVENTION procédé perfectionné de fabrication d'alliages de chrome pauvres en carbone.
Cette invention a trait à un procédé de fabrication d'alliages de chrome pauvres en carbone tels que le ferro.. ohrome et le fer et l'acier alliés au chrome, du genre dans lequel un alliage de chrome ayant une teneur relativement élevée en carbone est raffiné à l'aide d'un bain de laitier contenant
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contenant de l'oxyde de chrome et chauffé par de l'énergie électrique.
L'invention consiste principalement dans le fait qu'on égalise la température des couches supérieure et inférieure du laitier en remuant le bain de laitier à l'aide d'oxyde de carbone engendré dans la réaction entre des oxydes facilement réductibles tels que FeO et Cr2O3 contenus dans le laitier et une matière introduite sous forme de poudre, de grains, de fragments coupés, etc.. et contenant le carbure d'un métal appelé à constituer un des ingrédients de l'alliage fini, cette matière étant fournie d'une façon continue au cours d'une longue période de temps ou étant. introduite en quantités convenables à de courts intervalles de temps dans le but d'assurer une agitation assez uniforme et efficace du bain de laitier.
Dans la fabrication d'alliages de chrome par le raffinage d'un alliage de chrome à haute teneur en carbone à l'aide d'un bain de laitier contenant de l'oxyde de chrome, de grandes difficultés ont jusqu'à ce jour été occasionnées par le fa it que le raffinage a tendance à avoir lieu d'une façon intermittente, de sorte que le développement de gaz s'effectue souvent avec une violence telle que le laitier ainsi que le métal sont projetés hors du four ou vers les parois du four, où ils se solidifient.
En genéral, le procédé connu estréalisé de la façon suivante. On fond d'abord l'alliage de chrome riche en carbone au-dessous d'un laitier relativementpauvre en oxyde de chrome et on le décarbonise alors par l'apport de grandes quantités de minerai de chrome. Comme le minerai de chrome possède un poids spécifique assez élevé, les additions de ce minerai s'enfoncent jusqu'à la couche la plus basse du bain
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bain de laitier et provoquant la solidification de cette couche. Le laitier, qui est chauffé par la partie supérieure à l'aide d'énergie électrique fournie par des électrodes, est mainenant surchauffé dans sa couche supérieure et, finalement, la couche de laitier inférieure recommence à fondre.
Aussitôt qu'une liaison est rétablie entre l'alliage de chrome sous-jacent et la partie fondue du bain du laitier, il s'établit une réaction donnant naissance à un dégagement de gaz assez intense qui a pour effet d'agiter le laitier de telle manière que le laitier surchauffé entre brisquement en contact avec le métal. La réaction prend alors presque l'allure d'une explosion de telle sorte que le métal et le laitier sont projetés dans tous les sens.
Il en résulte que le bain de laitier est considérablement refroidi et que sa couche inférieure se solidifie de nouveau.
Il s'établit maintenant une période calme sans raffinage jusqu'au moment où la partie solidifiée du laitier a de nouveau fondu au-dessus du métal, une nouvelle période de raffinage analogue à une explosion s'établissant alors. La présente invention élimine ces inconvénients en ce sens que, dans le procédé suivant l'invention, le bain de laitier entier possède une température relativement uniforme, de telle sorte que la solidification du bain de laitier se trouve évitée. Suivant l'invention, le laitier est maintenu à l'état complètement fondu même dans la couche qui est directement en contact avec le métal, et le raffinage a par conséquent lieu uniformément, efficacement et sans perturbations appréciables.
Ainsi qu'on l'a dit précédemment, le procédé peut être appliqué en vue de la fabrication de ferro-chrome pauvre en carbone ainsi que d'alliages d'acier ou de fer pauvres en carbone
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carbone et de chrome. four fabriquer le ferro-chrome pauvre en carbone, il est préférable d'employer un ferro-chrome de teneur relativement élevée en carbone, par exemple de 6 à 10% C, à titre de matière première.
On broie le ferro-chrome de telle manière qu'une partie considérable, au moins, de la .poudre, par exemple la moitié ou plus de la moitie, soit composée de grains dent les dimensions sont inférieures à 0,5mm Le raffinage est réalisé dans un four électrique auquel le courant est fourni à l'aide d'électrodes qui sont disposées au-dessus d'un bain de laitier contenant de l'oxyde de chrome et qui, de préférence, sont mobiles verticalement. Le bain de laitier employé pour le procède doit posseder un point de fusion élevé et, en outre, une surface de bain fondu relativement grande.
On a trouvé qu'il est possible de satisfaire à ces deux conditions d'une manière satisfaisante en se servant d'électrodes possedant une grande section transversale et une charge moyenne relativement faible, .ainsi, il convient que la section transversale de l'électrode ne soit pas infé- rieure à 70 dm, mesurée sur l'électrode avant le service.
La charge en KW par dm2 ne doit pas excéder 10 KW. On a obtenu un bon résultat à l'aide d'un four triphasé muni d'élec- trodes de 1350 mm de diamètre chacune et une charge de 1000 KW environ sur chaque électrode. De cette manière, le risque de zones locales surchauffées du bain de laitier est notablement diminué. On ajoute le ferrotcnrome pulvérisé à ce bain de laitier, soit d'une façon continue, soitpar petites portions introduites à de courts intervalles de temps.
La quantité ajoutéepar unité de temps est choisiede telle manière que la production d'oxyde de carbone rdsultant de la réaction entre l'oxyde de chrome/du laitier et le carbone du ferrochrome soumet le bain de laitier à une agitation efficace mais néanmoins relativement uniforme, cequi assure l'avan- -tage
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tage que la température du laitier est maintenue à une valeur pratiquement uniforme dans toutes ses parties. De cette manière, on évite que la réaction ait par intermittence l'allure d'une explosion et l'on obtient l'avantage que le laitier exerce une action de raffinage efficace non seulement sur des particules métalliques en suspension dans ce laitier, mais aussi sur le bain de métal situé au-dessous de lui. De préférence, le ferro-chrome est entièrement introduit à l'état pulvérisé.
Toutefois, comme le bain de laitier est maintenu animé d'un mouvement vif, il est possible sans risque de perturbations plus grandes, d'introduire une partie du ferro-chrome sous forme de morceaux. Il convient que de telles additions de morceaux soient effectués en plusieurs fois pendant la même période de temps que celle pendant laquelle on effectue les additions de ferro-chrome pul- vérisé, Lorsque l'addition du ferro-chrome estterminée, on soumet le bain à un chauffage continu, de préférence jusqu'à ce que le mouvement du laitier commence à cesser ou ait diminué considérablement, et l'on effectue alors la coulée du métal. De préférence, on laisse le laitier dans le four de façon qu'il serve de laitier de raffinage pour une nouvelle quantité de ferro-chrome.
En raison de la réaction du. carbone que contient le ferro-chrome riche en carbone avec l'oxyde de chrome du laitier, l'oxyde de chrome que contient le laitier a tendance à être réduit et cette réduction tend à son tour à donner au laitier une composition qui convient moins à l'opération de raffinage; c'est pourquoi on a jugé nécessaire de compenser cette tendance. il est préférable d'effectuer cette compensation par l'apport d'une matière riche en oxyde de chrome, telle que le minerai de chrome, l'oxyde de chrome ou une matière contenant de l'oxyde de chrome et résultant de l'oxydation du ferro-chrome.
Il convient que les mati ères.
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matières à base d'oxyde de chrome ainsi ajoutées aient une teneur relativement faible en oxydes donnant naissance à du laitier, étant donné qu'il est alors plus facile d'obtenir la composition désirée du bain de laitier. Le réglage de la teneur en oxyde de chrome du laitier peut aussi être obtenue par l'oxydation d'une partie de ferro-chrome présente dans le four. A cet effet, on peut insuffler de l'air ou de l'oxygène dans le bain de métal ou faire en sorte qu'ait accès à la surface du bain de laitier une quantité d'air suffisante pour qu'une partie des particules métalliques fondues en suspension dans le bain de laitier soit oxydée sous l'influence de l'air.
Il convient de faire usage de matières premières dont la teneur en soufre est si faible que, abstraction faite de l'action de raffinage de soufre possible du laitier, une teneur en soufre Inférieure à 0,025% soit obtenue dans l'alliage fini. Toutefois, on additionne généralement le laitier d'un peu de chaux pour faciliter l'obtention d'une faible teneur en soufre dans le produit fini. Si la teneur en oxyde de chrome du laitier augmente dans une mesure Indésirable, on peut effectuer un réglage par la fourniture d'un agent réducteur carbonifère tel que les cokes, l'anthracite ou le charbon de bois. Si la quantité de laitier que renferme le four s'élève au-dessus de la quantité désirée, on retire l'excédent.
Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, le fer et l'acier alliés au chrome; par exemple les fers et aciers dits " inoxydables " et " à l'épreuve du feu ", dont la teneur en chrome est comprise entre 11 et 30% environ, peuvent être fabriqués avantageusement suivant l'invention. Dans ce cas encore, il est préférable d'appliquer un ferro-chrome de grande teneur en carbone, par exemple 6 à 10%, et d'une teneur en chrome suprieure à 60%, à titre de matère premiè- re riche en carbone, quoique, bien entendu, on puisse aussi employer
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employer d'autres sortes de ferro-chrome de teneurs moindres en carbone et en chrome.
Le ferro-chrome est introduit à l'é- tat pulvérisé et de la même manière que dans le procédé pré- cédemment decit de fabrication de ferro-chrome pauvre en car- bone. Le fer nécessaire pour le procédé est de préférence ajou- té à l'état métallique, par exemple sous forme de riblons de forge, de fonte ou de fer spongieux. Si les addisions sont cons- tituées par un fer relativement pauvre en carbone, il est pré- ferable de fondre ce fer avant ou après la période pendant la- quelle les additions de matière pulvérulente contenant du car- bure métallique sont effectuées et, si on le désire, on peut introduire le fer sous forme de morceaux relativement gros.
Il en est de même en ce qui concerne la refonte de déchets des fers et des aciers alliés au chrome fabriqués par le pré- sent procédé. On a toutefois trouvé qu'il convient de fournir au moins la majeure partie d'un fer (ou alliage de fer) pauvre en carbone de ce genre en plusieurs fois pendant la période au cours de laquelle la matière contenant le carbure métalli- que est introduite sous forme de poudre, de grains, de fragments coupés, etc. Si le fer est fourni sous forme de fonte, de fer forgé ou d'acier dont la teneur en carbone est plus grande que celle désirée dans l'alliage fini, il est préférable d'intro- duire ce fer sous forme de grains ou de poudre, par exemple sous forme de grains broyés, s'il est composé de fer forgé on d'acier.
De telles additions de fer riche en carbone sous forme de grains, poudre ou fragments coupes peuvent être appliquées conjointement avec un ferro-chrome pulvérisé à titre de mélange contenant du carbure métallique dans le but d'effectuer une égalisation de la température du laitier. A titre d'alternative, ces éléments peuvent être appliqués séparément pour le but en- visagé. Si l'on se sert de ferro-chrome pulvérisé ainsi que de fer
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fer pour égaliser la température, on peut introduire ces élé ments à l'état de mélange entre eux ou pendant la même pério- de de temps ou introduire les additions de ferro-chrome pendant une période et les additions de fer finement divise pendant une autre période.
S'il s'agit de fabriquer suivant l'in- vention des alliages de fer, de nickel et de chrome, par exemple les qualités dites " à l'épreuve du feu ou inoxydables ", il est préférable d'ajouter du nickel métallique au commencement de la iusion. Pour qu'on soit sur que la teneur en chrome ne sera pas trop faible, on peut, dans la fabrication des fers et aciers alliés au chrome, choisir la charge de telle manière qu'on obtienne d'abord une teneur en chrome un peu trop grande. Dans ce cas, lorsque le raffinage est terminé, ou au cours du stade final du raifinage, on ajoute à la charge une quantite de minerai de fer ou d'une autre matière riche en oxyde de fer suffisante pour oxyder l'excès de chrome.
On a trouvé qu' une telle façon de réaliser le réglage final en ce qui concerne la teneur en chrome assure le résultat désire d'une façon plus rapide et plus certaine que si le réglage final était effectue par une addition de fer métallique. Une augmentation de la teneur en chrome, dans le cas où une telle augmentation serait necessaire, peut être obtenue par l'apport d'une nouvelle quantité de ferro-chrome ou en diminuant une partie de la teneur en oxyde de chrome du laitier, par excmple par une ad- dition d'aluminium, de silicium-fer, de silicium-chrome ou d'autres alliages contenant du silicium ou de l'aluminium, ou par une addition d'un agent réducteur carbonifère.
En outre, dans la fabrication de fers et aciers allies au chrome, il est recomandable d'employer des matières premières dont la teneur en soufre est si faible que, abstraction faite de 1; action de raffinage de soufre du laitier, l'alliage obtenu aurait une teneur en soufre inférieure à 0,025%, ce qui rend possible de déterminer la composition du laitier de la manière
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manière qui est la plus appropriée au raffinage, c'est à dire sans qu'on ait besoin de s'occuper dans une mesure plus grande de la question de savoir si le laitier doitexercer une action de raffinage du soufre.
Conformément aux observations précédentes relatives à la fabrication du ferro-chrome pauvre en carbone suivant l'invention, il existe aussi, dans la fabrication des fers et aciers alliés au chrome, une ten- dance à la réduction de la teneur en oxydede chrome du laitier sous l'influence de la teneur en carbone de l'addition de ferro chrome riche en carbone et du fer riche en carbone susceptible d'être ajouté.
Dans ce cas encore, il convient de contrecarrer cette tendance en faisant en sorte que l'air ait amplement accès à la surface fondue du bain de laitier au voisinage des électrodes, afin qu'une partie des particules métalliques en suspension dans le bain de laitier soit oxydée sous l'influence de l'air. Un accroissement de la teneur en oxyde de chrome du bain de laitier peut toutefois aussi être obtenu partiellement ou entièrement d'une autre manière, par exemple par la fourniture de minerai de fer, de minerai de chrome ou d'une autre matière riche en chrome.
En maintenant la teneur du laitier en silice à une valeur faible en comparaison de sa teneur en oxyde de chrome dans le procédé, il est possible de fabriquer un alliage de fer et de chrome dont la teneur en chrome soit, par exemple, comprise entre 10 et 24 %, la teneur en carbone inférieure à 0,1% et la teneur en silicium comprise entre 0,1 et des traces. Il convient de maintenir de cette manière la teneur en silicium inférieure à 0,15 %, étant donné qu'on a trouvé que, en pareil cas, on obtient un alliage de fer et de chrome possédant de très bonnes propriétés en ce qui concerne la résistance à la traction ainsi que la facilité avec laquelle la matière
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matière peut être travaillée.
La composition et la température du laitier ont une grande importance pour le procédé, et il est préférable que le laitier soit maintenu assez fluide pendant l'opération de fuaion entière, Pour assurer une décarbonisation assez rapide par la réaction, entre l'oxyde de chrome du laitier et le carbure du métal, il est nécessaire que le laitier soit chauffe à une température élevée. La réaction est d'autant plus rapide et plus complète que la température du laitier est plus élevée. Entre certaines limites, un accroissement de la température effectue par conséquent une diminution de la quantité d'énergie électrique dépensée par unité de produit fabriquée.
Toutefois, aux températures trop élevées, il se produit:des phénomènes de gazéification ayant une influence nuisible sur le procédé. Ainsi, on a constaté que la température que possède le bain de laitier pendant l'opération de raffinage ne doit pas être inférieure à 1700' 0 et qu'il est préférable que le laitier soit chauffé à une température comprise entre 1800 et 21000' C,
Un autre facteur important réside dans la teneur en oxyde de chrome du laitier. Il convient que cette teneur ne soit normalement pas inférieure à 15% et il est préférable quelle soitmaintenue entre 25 et 60%.
On a en outre trouvé qu'il est recommandable de régler la composition du laitier à d'autres égards de telle manière que l'oxyde de chrome qu'il renfeme ne soit pas, comme résultat de la présence de pourcentages élevés d'oxydes fortement basiques, fixé à ces derniera avec une force telle que l'oxyde de chrome soitmoins réactif. En comptant en molécules, il convient par conséquent que la quantité totale d'oxydes de calcium et de magnésium que
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que renferme lelaitier ne soitpas supérieure à 1,5 fois la teneur totale en oxydes de chrome, d'aluminium et de silicium dudit laitier, et il est préférable que la proportion des oxydes mentionnés en premier lieu soit choisie telle quelle n'atteigne pas la proportion des oxydes mentionnés en second lieu.
En ce qui concerne le fait qu'il est désirable d'obtenir un alliage de faible teneur en siliciu, la teneur en silice du laitier est généralement maintenue faible, soit inférieure à 20%, et de préférence comprise entre 5 et 15 %, Lorsque la teneur en oxyde de chrome est élevée, par exemple supérieure à 30%, il est possible, dans certains cas, d'emplo- yer aussi avantageusement des laitiers contenant une proportion de silice beaucoup plus grande que celle qui vient d'être mentionnée.
Pour faciliter le raffinage, il est bon de Maintenir la pression partielle de l'oxyde de carbone à une valeur faible, au moins au dessus . d'une partie de la surface fondue du bain de laitier. Ce résultat peut être obtenu d'une manière très simple en brûlant l'oxyde de carbone immédiatement au dessus d'une partie de la surface du bain de laitier, par exemple à l'aide d'air. Il est préférable de disposer le four de telle manière que l'air nécessaire à cet effet soit admis par un tirage naturel.
On peut régler la composition du laitier par des additions convenables contenant les oxydes en lesquels il est désirable d'enrichir le laitier, par exemple de minerai de chrome ou d'une autre matière riche en chrome, de chaux, de quartz, de terre réfractaire, de bauxite, d'alundum, etc... On peut toutefois régler la composition du laitier par l'oxydation du chrome du bain métallique, par l'oxydation de particules métalliques contenant du chrome en suspension
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suspension dans le laitier ou par la réduction d'oxyde de chrome à l'aide d'une addition de carbone réducteur.
Lorsqu'on coule le métal, on laisse généralement le laitier dans le four pour qu'il serve de laitier de raffinage pour une nouvelle charge. Chaque fois que le volume du bain de laitier s'élève au dessus de la quantité désirée, on retire l'excédent, de préference par une coulée de laitier séparée. Si des matières premières pauvres en soufre sont employées, il est possible de travailler longtemps avec le même bain de laitier sans le régénérer. Il est préférable de réaliser la régénération nécessaire d'une manière propre à permettre une augmentation lente du volume de bain de laitier et une coulée de l'excédent de temps à autre. Dans la fabrication d'un ferro-chrome pauvre en carbone, on ajoute généralement du minerai de chrome pour augmenter la teneur en chrome du laitier.
Comme le minerai de chrome contient des pourcentages considérables d'oxydes de magnésium et d'aluminium, on obtient de cette manière un accroissementlent du bain de laitier. Dans la fabrication de fers et aciers alliés au chrome, il est préférable d'effectuer le réglage de la teneur en chrome du laitier par des additions de minerai de fer riche de sorte que, en pareil cas, le volume du bain de laitier n'augmente pas sensiblement, à moins que ceci ne soit particulièrement désiré, par exemple dans le but de diminuer la teneur en soufre.
Des éléments d'alliage spéciaux tels que le nickel peuvent occasionnellement être ajoutés à l'état fondu ou non fondu, soit dans le four de raffinage proprement dit, soit en tout ou en partie dans une pohe, mélangeur ou four distinct dans lequel l'alliage est coulé dans un but de réglage.
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réglage.
Lorsque la fabrication d'un alliage contenant une proportion basez grande de tiokel est envisagée et que le nickel est ajouté en partie sous forme de déchets d'alliage de fer et de nickel et en partie sous forme de nickel métallique ou d'un autre alliage riche en nickel, il estpréférable de réaliser le procedé de telle manière que les déchets contenant le nickel soient introduits dans le four de raffinage, tandisque les additions de nickel métallique sont effectuées dans la poche ou le mélangeur ou dans le four de reglage. Le but d'une telle subdivision des additions contenant du nickel est en premier lieu de faciliter, lorsque cela est necessaire, un changement du procedé de fabrication en vue de l'obtention d'un produit pauvre en nickel ou exempt de nickel.
Comme il importe que le four de raffinage ne soit pas entièrement vida du métal qu'il contient, un changement rapide en vue de l'obtention d'un produit pauvre en nickel serait rendu difficile par une teneur élevée en nickel du métal présent dans le four de raffinage.
Si les déchets contenant du nickel ont une teneur relativement grande en carbone, il est préférable qu'ils soient introduits à l'état non fondu et que cette introduction soit effectuée par petites quantités à la fois au cours d'une longuepériode de temps, Far contre, il est possible d'ajouter à volonté à l'etat fondu ou non fondu des déchets pauvres en carbone ainsi qu'un autre fer pauvre en carbone faisant partie de la charge.
Lorsqu'on retire l'alliage de fer ou d'acier du four de raffinage, sa température est si élevée qu'il est généralement possible de dissoudre des quantités même considérables de matières, par exemple de nickel métallique, introduites dans la poche de coulée, sans qu'il soit nécessaire de fondre préalablement des matières de ce genre.
Si l'on désire incorporer des quantités plus ou moins grandes de manganèse, il convient que les ingrédients supplémen- taires
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supplémentaires contenant du ti-ngè-,nse ne soient incorpores qu'après la coulée hors du four de rajfinage, étant donne que le manganèse se volatiliserait en grande partie en raison de la température élevée régnant dans le four. De faibles additions de silicium peuvent aussi être effectuées, de préférence après la coulée, par exemple dans la poche.
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