<Desc/Clms Page number 1>
" Procédé de déphosphoration et de désulfuration de 1'acier " Demandes de brevets italien du 7 mars 1934 et allemand du 19 décem- bre 1934 en sa faveur.
La présente invention a pour objet un procédé pour déphosphorer et désulfurer les aciers.
Il est admis et enseigné que la désulfuration de l'a- cier ne se produit pratiquement que dans une atmosphère ré- ductrice, on présence d'un laitier contenant des bases fortes à l'état libre, et en présence de réducteurs destinés à dimi- nuer au maximum la teneur en oxyde de fer du laitier réagis- sant. C'ost d'ailleurs ce principe qui est mis en applica- tion, par exemple, au four électrique basique dans lequel il est courant d'arriver à des teneurs finales en soufre extrê- mement faibles.
A
<Desc/Clms Page number 2>
On a cependant constaté parfois qu'une certaine désul- furation se produisait au convertisseur Thomas, au cours du soufflage, c'est-à-dire en milieu essentiellement oxydant ; mais cette désulfuration était toujours très faible, irrégu- lière et insuffisante pour les aciers fins ou spéciaux.
En ce qui concerne la déphosphoration des aciers, la demanderesse, dans son brevet italien N 300.442 du 31 Août
1931, a indiqué un procédé de déphosphoration de l'acier, ex- trêmement rapide, consistant essentiellement à brasser éner- giquement le métal à déphosphorer avec un laitier très fluide basique et oxydant, la violence du brassage étant telle que le ' laitier se trouve subdivisé en fines particules et se mette en émulsion dais l'acier. Un des modes opératoires prévu pour la mise en oeuvre de ce procédé consiste à verser avec violence, c'est-à-dire en mettant en jeu une énergie cinétique impor- tante, le métal sur le laitier préalablement fondu.
Sous l'effet de la vitesse du jet de métal, le laitier est pulvérisé et entraîné au sein du métal et l'ensemble de la masse ainsi formée est animé do mouvements tourbillonnaires louaux et généraux. Une fois le métal versé, on laisse décanter le laitier et on peut couler le métal déphosphoré.
Un autre mode opératoire pour réaliser le procédé en question, en vue d'obtenir une déphosphoration très poussée - limité d'ailleurs à un cas particulier - consiste, après réali- sation par un premier soufflage d'une certaine déphosphoration au convertisseur basique, à enlever le laitier de déphosphora- tion formé, puis à charger sur le métal un laitier synthétique de déphosphoration très fluide et enfin à redonner le vent pendant quelques secondes afin de provoquer le brassage intense nécessaire entre le métal et le laitier frais.
<Desc/Clms Page number 3>
Enfin, dans les demandes de brevets aux Etats-Unis N 695.194 du 25 Octobre 1933 et N 695.195 du 25 Octobre 1933, au nom de René PERRIN la demanderesse a exposé, entre autres, un autre mode opératoire permettant d'obtenir la mise on émulsion du laitier dans le métal et des opérations extrê- mement rapides. Ce mode opératoire peut, en particulier, être appliqué à la déphosphoration.
Conformément à la présente invention, la demanderesse s'est rendu compte que l'on pouvait, par l'un quelconque des modes opératoires indiqués dans les brevets ou demandes de brevets rappalés ci-dessus, obtenir, en même temps qu'une déphosphoration, une désulfuration très importante de l'acier, allant pratiquement jusqu!aux teneurs nécessaires pour les aciers fins, et ceci dans un temps très court, ou même d'une façon quasi instantanée, suivant le mode opératoire utilisé, en brassant ensemble, de manière à obtenir une pénétration réciproque, l'acier et un laitier synthétique, très fluide, qui ne soit pas seulement comme les laitiers de déphosphora- tion, basique et oxydant, mais qui soit très oxydant et qui présente un grand excès de basicité,
l'opération étant con- duite dans des conditions telles que le laitier conserve jusqu'à la fin son caractère fortement basique et oxydant malgré l'enrichissement en P205 et l'appauvrissement en FeO.
Ces laitiers contiennent une ou plusieurs bases libres en très fortes proportions vis-à-vis des éléments acides, la teneur de ceux-ci, y compris P2O5, étant faible.-
La fluidité desdits laitiers est réalisée par tous moyens respectant ces deux conditions d'excès de basicité ot de pouvoir nettement oxydant.. A cet effet, des fondants tels que le spath fluor peuvent leur être ajoutés, ou encore
<Desc/Clms Page number 4>
de la silice, ou de l'oxyde de titane, en faibles quantités, ou d'autres corps semblables à la condition cependant que les laitiers demeurent très basiques.
Afin de ne pas introduire dans le laitier d'éléments acides susceptibles de modifier son caractère très basique nécessaire, le récipient dans lequel l'opération de déphospho- ration et de désulfuration est effectuée, sera de préférence constitué intérieurement en matériaux basiques ou neutres.
Dans le cas de matériaux neutres ou acides, ceux-ci devront ne passer dans le laitier qu'on quantités telles qu'ils laissent subsister les propriétés de haute basicité et de grand pouvoir oxydant du laitier. Ceci est obtenu soit par la nature même du revêtement du récipient, soit par la rapidité d'exécution du procédé.
Une fois remplies les deux conditions indiquées ci- dessus, il est possible d'effectuer avec le même laitier et simultanément, une déphosphoration et une désulfuration très poussées de l'acier. Il y aura lieu cependant soit de -partir d'un métal ayant des teneurs initiales suffisamment faibles ou phosphore, silicium (ou éventuellement d'autres corps, dont les oxydes sont acides), soit de choisir la quantité de lai- tier à mettre en oeuvre, de telle sorte que par le brassage les teneurs en acide phosphorique, silice, etc. provenant du phosphore, du silicium, etc. du métal ne soient pas trop éle- vées; autrement dit il sera nécessaire d'opérer avec un lai- tier d'autant plus fortement basique, ou avec une quantité de laitier d'autant plus grande, que les teneurs initiales du mé- tal en phosphore, silicium, etc. seront plus élevées.
Faute d'une telle précaution, le phosphore ou le silicium s'oxydant par priorité,il y aurait un enrichissement en P2O5 ou SiO2 du
<Desc/Clms Page number 5>
faible teneur en P2O5, SiO2, etc. est imposée par la premièro condition ci-dessus, à savoir l'obligation dans laquelle on se trouve d'avoir des bases libres en grand excès dans le laitier.,
Les laitiers mis en jeu, peuvent être préparés de diffé.- rentes manières; on peut par exemple les fondre préalablement dans un four; on peut également les ajouter à l'état solide, au métal, et se servir de la chaleur même du métal pour les fondre, chaleur qui peut être apportée au besoin par une sour- ce auxiliaire.
L'essentiel est, pour que la réaction cherchée s'accomplisse et que l'on arrive pratiquement à un équilibre entre laitier et métal, qu'un brassage suffisant ait lieu en- tre le métal et le laitier, une fois que ce dernier a été fondu et estdevenu fluide.
Il est possible, dans certains cas, de simplifier encore l'opération, conformément à l'invention, par la mise on 'oeuvre des moyens suivants dont la demanderesse a reconnu l'efficacité.
On s'est rendu compte tout d'abord que l'on peut, au liou de charger, en vue de le brasser avec l'acier, le laitier lui-même, ne charger que les constituants de ce laitier et laisser le laitier se former en cours d'opération à partir des dits constituants, par exemple sur le bain.
Cette formation sera d'autant plus aisée et plus, rapide que le métal sera brassé plus énergiquement avec les éléments constitutifs du laitier:,
Il y aura intérêt, sans que ce soit indispensable, à introduire en même temps que les éléments du laitier, un fon- dant qui en amorce en quelque sorte la fusion, grâce à quoi, en particulier, il sera possible d'amener à fondre, avec la seule chaleur du métal, des corps comme la chaux dont le point
<Desc/Clms Page number 6>
de fusion est cependant très élevé.
On s'est rendu compte en outre, conformément à l'in- vontion, que des éléments préexistants dans le métal peuvent eux-mêmes jouer le rôle do fondants vis-à-vis des corps ajou- tés ; c'est ainsi que la silice, l'anhydride phosphorique, l'o- xyde de fer, pourront produire cet effet. Cependant, ces der- niers corps sont non seulement, vis-à-vis des éléments du laitier, dos fondants ou des scorifiants, mais peuvent 8tre considérés eux-mêmes comme des constituants du laitier.
Parmi eux, la silice et l'anhydride phosphorique sont des consti- tuants nuisibles, et il serait par conséquent inoprortun de les introduire intentionnellement: on s'efforcera au con- traire d'en limiter la teneur grâce à l'utilisation d'une quantité totale suffisante de laitier, comme il a été exposé ci-dessus : mais par contre, l'oxyde de fer est un des éléments constitutifs indispensables'du laitier et il y aura tout inté- rêt à en provoquer l'introduction.
Etant donné cette possibilité d'introduction dans le laitier d'éléments provenant du métal, on s'est rendu oompte qu'il n'était pas obligatoire de charger sur le métal, en vue de la formation d'un laitier, tous les éléments consti- tutifs de ce laitier. On pourra réduire partiellement ou Môme tntalement toutes les additions susceptibles de se trou- ver dans le bain de métal lui-même, ou susceptibles d'y être formées.
C'est ainsi qu'il y aura intérêt à n'ajouter ni silice, ni anhydride phosphorique, puisque ceux-ci pourront se former dans le métal. On pourra également réduire ou sup- primer la quantité d'oxyde de fer à ajouter, car il y aura lieu de tenir compte de la quantité d'oxyde de fer déjà exis-
<Desc/Clms Page number 7>
tanto dans le métal, ou pouvant y prendre naissance.
Il est bien connu, on particulier, que dans le cas où l'on charge sur un métal los éléments constitutifs d'un laitier à l'état solide; en morceaux assez gros par oxemple, l'atmosphère exerce sur le métal mal protégé à causa des vides laisses par les morceaux, une .influence oxydante qui a pour effet de provoquer une for- mation d'oxydo de for en surface et de conduire automatiquement; à la formation, grâce à la scorification par cet oxyde des au- tres éléments, d'un laitior oxydé. C'ost la un fait observé fréquemment dans les fours à induction à haute fréquence.
Co dernier effet sera d'autant plus sensible que l'on opérera dans un milieu plus oxydant, tout particulièrement au conver- tisseur Thomas avec soufflage d'air. Dans ce dernier cas, on se trouve dans des conditions particulièrement favorables à la formation du laitier, puisqu'on y effectue un brassage énergique en atmosphère oxydante.
On pourra généralement, dans ce cas, se contenter de charger un seul des éléments du laitier, la chaux, los autres étant fournis par le métal lui-même.. Il suffira de souffler pendant un temps suffisant pour provoquer la formation d'une quantité d'oxyde de fer importante et donner ainsi au laitier le caractère très oxydant qui lui est nécessaire. Ce n'est qu'à partir de ce moment que le laitier sera à même de jouer son rôle désulfurant et il sera nécessaire, une fois qu'il sera bien formé, do prolonger encore légèrement le soufflage pour lui permettre de réagir sur le métal et de se mettre en équilibre avec lui.
On sera ainsi conduit pour obtenir une désulfuration importante, et en particulier celle qui est né- cessaire pour abaisser la teneur en soufre en dessous de 0,025, teneur exigée pour les aciers fins, à prolonger le soufflage
<Desc/Clms Page number 8>
au-delà de la durée que demanderait la déphosphoration seule.
On obtient ainsi un laitior fortement oxydant; la désulfura- tion n'est donc obtenue qu'au prix d'une oxydation plus énor- giquc de l'acier.- et la teneur en oxygène de celui-ci augmente.
Un mode opératoire particulièrement simple dans le cas du convertisseur Thomas, consistera à effectuer le soufflage de la fonte jusqu'à abaisser la teneur en phosphore à une certaine valeur, puis à décrasser, et à former le laitier déphosphorant et désulfurant, comme il vient d'être indiqué ci-dessus, on soufflant jusqu'à formation d'un laitier très oxydant. Il convient de remarquer qu'il peut y avoir intérêt, on vue de la rapidité de formation du laitier désulfurant, à maintenir sur le métal aprèécrassage, une faible quantité du premier laitier, qui servira de fondant pour le second.
Il y a lieu de remarquer que, quel que soit le mode opératoire utilisé et le mode de formation du laitier employé, la possibilité de désulfurer l'acier par le procédé faisant l'objet de l'invention, implique en même temps la possibilité de déphosphoration dans de bonnes conditions.
Tandis qu'inversement une déphosphoration de l'acier, même suivant le procédé revendiqué dans les demandes de brevets et brevets antérieurs rappelés ci-dessus, n'implique pas for- cément une désulfuration simultanée.
A titre d'exemples non limitatifs, voici les résul- tata de deux expériences réalisées :
1. ) de-l'acier renfermant 0,072 % de phosphore et 0,050 % de soufre, a été versé violemment, de manière à obtenir une émulsion, dans un laitier préalablement fondu contenant:
Chaux: 45 % - Silice: 20 % - Oxyde de fer: 10 % - Oxyde de manganèse: 6 % - Spath fluor: 10 %.
<Desc/Clms Page number 9>
Le métal après brassage ne renfermait plus que 0,020 % de phosphore, mais la teneur en soufre était de 0,048 %, donc pratiquement inchangée.
2. ) de l'acier renfermant 0,080 % de phosphore et 0,050 % de soufre a été versé violemment, de manière à obtenir une émulsion, dans un laitier préalablement fondu contenant :
FeO : 20 % - Chaux : 64 % - SiO : 1 % - Spath fluor:15%.
Le métal après brassage ne renfermait plus que 0,007 % de phosphore et 0,015 % de soufre.
La désulfuration s'est donc produite en même temps que la déphosphoration à cause de la teneur très faible en silice du laitier.
Dans les deux expériences, le poids de laitier mis en oeuvre a été d'environ 8 % du poids de métal.
Dans la grande majorité des cas, le laitier employé devra renfermer avant l'opération moins de 15 % de SiO2 et plus de 12 % de FeO.
Bien entendu, la teneur en SiO2 du laitier, avant l'opération, pourra être d'autant plus élevée que la teneur en P2O5 du laitier, après l'opération, sera faible, étant donné la teneur initiale du métal en phosphore,et réciproquement.
Enfin, étant donné qu'il se produit une réaction d'é- quilibre entre les différents éléments du laitier et ceux du métal, la teneur en soufre initiale des éléments du laitier chargé et en particulier de la chaux, intervient dans le résultat final. On pourra, pour obtenir un même résultat de désulfuration de l'acier, se permettre dos teneurs en silice ou en P2O5 d'autant plus importantes dans le laitier final que le soufre contenu dans les éléments du laitier chargé et tout spécialement dans la chaux sera en faible quantité.
@
<Desc/Clms Page number 10>
Il convient d'ajouter que si l'on opère avec un lai- tier ayant une composition convenable, même employé en quan- tité très importante, et si l'opération est faite dans un récipient à revêtement acide, tel que la silice, qui se dis- sout dans le laitier et augmente la teneur en silice do ce par exemple dernier jusqu'à 25 %, il se produira encore une déphosphoration, mais pas do désulfuration.
Il va de soi que si l'on a à traiter un acier déjà déphosphoré ou ne contenant naturellement pas de phosphore, le procédé cpnforme à l'invention peut être appliqué en vue de réaliser la seule opération de désulfuration.