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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES METALLURGIQUES.
La présente invention est relative aux procédés métallur- giques, plus spécialement aux procédés de fabrication de l'acier par le procédé basique tel que le bessemer basique pu procédé Thomas dans four à réverbère ou four électrique. L'invention n'est cependant pas limitée à ces procédés basiques mais peut également être appliquée aux procédés acides, dans les cas où l'élimination du soufre et le contrôle de la teneur en manga- nèse présentent de l'intérêt.
On peut admettre qu'une certaine quantité de manganèse est requise dans chaque procédé de fabrication d'acier, cette quantité étant plus grande dans les procédés basiques dans les- quels on spécifie une fonte à'basse teneur en silicium, la première fonction du manganèse étant de protéger le bain métal- lique contre une oxydation excessive par le fait que l'oxygène présente une affinité plus élevée pour le manganèse que pour le fer aux températures qui entrent en jeu dans la pratique, Une @
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deuxième fonction du manganèse eè't'<.'dê '1aciiter .élimination du soufre, le soufre ayant également une plus forte affinité pour le manganèse que pour le fer, tandis qu'une troisième fonc- tion, comme addition à la fin du processus,
est d'effectuer une désoxydation complète ou substantiellement complète, et d'ache- ver et de régler l'analyse finale désirée de l'acier quant au. carbone et au manganèse.
La nécessité d'une forte teneur en manganèse de la fonte (1,25 % ou plus ont été en général spécifiés) dans le procédé bessemer basique résulte de la température plus basse, due à la teneur très basse en silicium de la fonte bessemer basique (en général en-dessous de 0,5 %), produite pendant le soufflage par rapport au soufflage du bessemer acide où la haute teneur en silicium de 1,5 à a % fournit assez de chaleur pour élever le bain au-dessus de la température à laquelle les courbes d'af- finité du carbone et du fer (c'est-à-dire les courbes montrant la relation entre la température et l'affinit é pour l'oxygène du carbone et du fer respectivement) se coupent, et à le,quelle le carbone ne protège plus le fer contre l'oxydation, parce que à des températures en-dessous du point de rencontre,
la courbe du carbone est en-dessous de la courbe du fer, c'est-à- dire le fer s'oxyde avec le carbone, ou avant celui-ci. Le pro- cédé bessemer acide produit par conséquent un meilleur acier lorsque la teneur en silicium est substantiellement plus élevée que celle du manganèse, et un grand nombre des désavantages attribués à l'acier bessemer basique l'ont été à cause précisé- ment du renversement de cette relation.
L'objet principal de la présente invention est de réduire la perte en manganèse et par conséquent la quantité de manganèse utilisée dans le procédé de fabrication d'acier en partant de fonte liquide, tout en maintenant ou en améliorant les qualités. des produits. @
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Avec cet objet en vue, l'invention oonsiste en un prooé- dé de fabrication de fonte etd'acier, qui comprend le remplacement en tout ou en majeure partie du manganèse ordinairement ajouté sous forme de minerai manganifère à la charge de minerai de fer du haut fourneau par des agents.de désulfuration, par exemple des alcalis ajoutés au matai liquide, en ajoutant ensuite, si nécessaire, le manganèse sous forme de minerai ou de métal requis pour satisfaire aux spécifications imposées pour la fon- te,
en évitant ainsi la perte en manganèse dans le laitier du haut fourneau.
L'invention consiste également en un procédé suivant l'alinéa, précédent qui comprend l'emploi d'une fonte contenant seulement le manganèse naturel résultant du chargement de mine- rais de fer ordinaires sans l'addition de matière manganifère.
L'invention consiste également en un procédé de fabrica- tion d'acier en partant de fonte fabriquée suivant n'importe laquelle des méthodes décrites dans les deux alinéas précédents, avec une consommation minima de manganèse comme indiqué ci-des- sus et dans laquelle une éaonomie supplémentaire en manganèse est effectuée par le fait qu'on empêche une oxydation excessive de se produire grâce à une élévation de la teneur en silicium et à un abaissement de la teneur en manganèse de la fonte, par exemple dans le cas du.procédé bessemer basique la teneur en silicium dans la fonte sera élevée substantiellement au-dessus de 0,5 et plus particulièrement dans le voisinage de 1 % et même au-dessus de 1 %, et la teneur en manganèse sera en-dessous de 1,25% et de préférence en-dessous de 1 %.
L'invention consiste également en procédés perfectionnés de fabrication de fonte et d'acier , en substance tels que décrits et couvre également les produits nouveaux fabriqués par ces procédés.
En réalisant l'invention suivant un mode donné à titre
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d'exemple, appliqué à du fer contenant un excès de soufre, une charge de 25 tonnes du haut fourneau qui donnait à l'analyse :
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Si : 1,14 %; S : 0,276 's Mu : 0,$75 ; P : 1,.92 %, fut traitée avec 114 kilos de carbonate sodique, l'analyse étant alors
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Si: 0,74%; S t 0,089%'; 3IIn t Os32 ci P 1,93%.
La fonte ainsi traitée fut chargée dans un convertisseur bessemer basique, donnant l'analyse suivante pour l'acier après les additions usuelles de 7 kilos ou environ de ferro-manganèse par tonne d'acier à la fin du procédé:
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3 : 0,04 %; S : 0,039 %; 3 0,49 # P : s Os04 .
En améliorant le rapport entre le silicium et le manga- nèse, c'est-à-dire en élevant la teneur en silicium et en abais- sant celle-ci en manganèse, le bain est protégé contre une oxy- dation excessive et on obtient un acier de haute qualité., De plus, avec la teneur en silicium dans la fonte élevée substan- tiellement au-dessus de 0,5% et plus particulièrement dans le voisinage de 1% et même au-dessus de 1%, et avec une teneur en manganèse au-dessous de 1,25 et de préférence en-dessous de 1 %, le soufflage a lieu d'une façon plus régulière avec moins de crachements et avec moins de pertes de convertisseur qu'avec l'ancienne spécification de faible teneur en silicium et haute teneur en manganèse, Puisque la chaleur d'oxydation du silicium est plus élevée que celle du manganèse,
la quantité de silicium additionnelle requise pour fournir de la chaleur pendant le soufflage est substantiellement moindre que celle du manganèse qu'elle remplace, c'est-à-dire, l'augmentation de la teneur en silicium ne doit pas être de loin aussi grande que la quantité de laquelle la teneur en manganèse est diminuée, Le rendement en acier de la fonte est ainsi amélioré pour deux raisons; d'abord en éliminant la forte perte en manganèse pen- dant le soufflage qui s'élève normalement à environ 90% de la
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quantité totale dans le fer; et en deuxième lieu en évitant les crachements et le rejet hors du convertisseur de quantités con- sidérables de métal soufflé.
Il a été trouvé également que plus la température ini- tiale de la fonte est élevée, moins la teneur en silicium doit être élevée par rapport au manganèse, et lorsqu'une fonte qui est physiquement très chaude est traitée dans le convertisseur beasemer basique, il n'est pas nécessaire d'élever la teneur en silicium aussi fortement que lorsque le métal est plus froid.
Puisque le silicium est relativement cher et qu'il est perdu il dilue par le soufflage, et que de plus/le laitier de phosphate basi- que, en réduisant sa valeur commerciale, la présente invention envisage de porter le bain dans le convertisseur à la tempéra- ture la plus élevée possible par la haute température de la fonte fondue. Cela est obtenu en maintenant soigneusement la température de la fonte par exemple en transportant celle-ci dans des poches de coulée préchauffées et recouvertes, et en fournissant de la chaleur au mélangeur dans lequel se trouve stocka le métal des divers fours. Dans ces conditions il a été trouvé pratique et économique de faire marcher des convertis- seurs bessemer basiques avec du silicium à teneur moyenne de 0,50% à 0,70 %, et du manganèse à teneur moyenne entre 0,60 % et 0,80 %.
Il a été cependant trouvé que lorsque la. température s'abaisse, la teneur en silicium doit être augmentée.
L'une des économies importantes réalisée par ce mode de travail réside dans le fait qu'il n'est plus nécessaire de four- nir une fonte à haute teneur en manganèse dans les procédés basiques de fabrication de l'aoier.
Le coût de production d'une fonte à haute teneur en man- ganèse, telle que spécifiée pour les procédés bessemer basiques, est plus élevé que le coût du manganèse ajouté à la charge du haut fourneau, pour la raison qu'une grande quantité de manganèse est perdue dans le haut foutneau. Lorsque du manganèse obtenu
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de minerais manganifères ou autres substances contenant du man- ganèse, est ajouté à la charge de minerai de fer du haut four- neau, la perte en manganèse dans le laitier du haut fourneau s'élève à entre 25 et 60 %' ou plus, suivant la basicité du lai- tier de haut fourneau, plus le laitier est basique, moindre est la quantité de manganèse perdue; plus le laitier est acide, plus il y aura de manganèse absorbé par le laitier.
De plus, il y a une perte de manganèse par volatilisation aux tuyères qui représente une quantité plus faible mais est approximativement constante dans toutes les conditions.
Le manganèse qui est réduit du minerai dans le haut four- neau et qui entre dans la fonte dans le creuset du haut four- neau, est porté avec la fonte dans le processus de fabrication de l'acier, et est exposé à de nouvelles pertes, même dans une plus grande mesure, au cours de la fabrication de l'acier. Le raffinage de la fonte pour produire de l'acier est un procédé oxydant, et à cause de l'aff inité du manganèse pour 1*oxygène plus grande que celle du fer aux températures en jeu, le man- ganèse est perdu en grande partie, plus particulièrement dans le procédé bessemer dans lequel l'oxydation est la plus intense, spécialement après l'enlèvement très complet du carbone et à cause de cet enlèvement.
En fait, lorsque l'acier est achevé et qu'une certaine quantité de manganèse métallique sous forme de ferro-manganèse ou ferro-spiegel doit être ajoutée pour déso- xyder le bain et ramener la teneur en manganèse aux spéifica- tions imposées pour l'acier, il y a peu:de manganèse résiduel laissé, et environ 90% de l'addition de manganèse au haut four- neau auront été perdue quant à la teneur finale en manganèse.
Le manganèse a une autre fonction dans les procédés de fabrication de fonte et d'acier en plus d'assurer la protection du métal contre l'oxydation, notamment l'élimination du soufre, et lorsqu'on part d'une fonte qui ne contient qu'une faible
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teneur en manganèse, qui est en général en-dessous de 0,6 % et souvent seulement de 0,2 % ou 0,3 %, et plus particulièrement lorsqu'on emploie du coke ou des minerais à haute teneur en soufre, alors on doit trouver d'autres moyens pour éliminer le soufre.
Il a été trouvé par des opérations à échelle commerciale que même la plus grande quantitéde soufre trouvée dans la fon- te peut être éliminée avec succès par la haute température du métal fondu, et l'addition de la quantité requise d'alcali, de préférence préchauffée ou fondue, ou d'autres agents dêsulfu- rants de point de fusion appropriée de préférence en-dessous de celui du laitier de haut fourneau, ou par d'autres moyens tels que par exemple des gaz, tels que du gaz hydrogène.
Par la méthode décrite ci-dessus, on a produit un acier contenant moins de 0,05 % soufre en partant de fonte contenant jusque 0,8% de soufre et de grandes quantités d'acier ont été fabriquées ayant mains de 0,04% soufre en partant de fonte en contenant plus de 0,2 %. Les alcalis les moins chers qui peuvent être utilisés à présent dans ce but sont le carbonate sodique (Na2CO3) au la soude caustique (NaOH), tous deux dans les condi- tiens et température exiatantes, étant décomposés en libérant du sodium métallique qui se combine avec le soufre dans le mé- tal. On peut employer aussi de la potasse. La potasse tout en étant plus chère présente l'avantage que la potasse non volati- lisée dans le procédé se retrouve dahs le laitier basique.
Ce laitier, ainsi qu'il est bien connu., contient plus du phosphore dans la charge originale sous forme de P2O5 et forme un engrais- précieux après avoir été broyé. L'addition de potesse à ce lai- tier augmente fortement sa valeur et dans certaines conditions par conséquent, l'emploi de la potasse est plus économique dans ce but que celui du carbonate sodique.
Ou bien de nouveau, un mélange.de chaux et de fluorine,
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avec ou sans addition d'alcali, peut être utilisé comme agent de désulfuration à point de fusion plus bas que celui des lai- tiers de haut fourneau.
Quelques exemples typiques de fonte et d'acier en résul- tant, fabriqués en convertisseur bessemer basique sont donnes ci-après :
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EXEMPLE 1. Silicium Soufre Phosphore Jànp;e.nès8
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<tb> Fonte <SEP> 1,06 <SEP> 0,360 <SEP> 1,84 <SEP> 0,28
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<tb> 1,14 <SEP> 0,276 <SEP> 1,92 <SEP> 0,35
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<tb> Carbone
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<tb> %
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<tb> ]Létal <SEP> soufflé <SEP> 0,03 <SEP> 0,11 <SEP> 0,047 <SEP> 0,045
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<tb> Acier <SEP> fini <SEP> 0,04 <SEP> 0,059 <SEP> 0,048 <SEP> 0,49
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IDCmPL"E 2.
siliium Soufre Phosphore Mancanèse
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<tb> Fonte <SEP> 1,20 <SEP> 0,274 <SEP> 1,90 <SEP> 0,34
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<tb> Carbone
<tb>
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<tb> Acier <SEP> fini <SEP> 0,04 <SEP> 0,038 <SEP> 0,038 <SEP> 0,40
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Dans le traitement ultérieur dans les laminoirs et appa- reils finisseurs et dans les essais finals, ces aciers se sont montrés comme étant de très haute qualité.
En opérant comme décrit ci-dessus, L'économie en manga- nèse peut être obtenue parce qu'il a été trouvé du'en mainte- nant une température suffisamment élevée dans la fonte fondue et en éliminant à la fin le soufre au moyen d'alcalis au autres agents désulfurants analogues à bas point de fusion, on peut se dispenser du manganèse dans la fonte excepté celui qui provient de la faible teneur en manganèse,inhérente dans le minerai de fer, laquelle sans des additions de manganèse donne ordinaire- ment une fonte contenant entre 0,25 % et 1 % de manganèse.
Les valeurs plus fortes entre ces limites sont suffisantes pour por- ter une charge bosseur basique à travers le procédé du conver- tisseur au point de vue de la température et pour empêcher une suroxydation du métal, pourvu que le procédé soit commencé et
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continue avec une température suffisamment élevée, qui peut être obtenue en coulant dans une poche de coulée préchauffée et recouverte, en coulant le métal dans un mélangeur fortement chauffé et, si nécessaire, en élevant la teneur en silicium de la fonte à au moins deux fois celle prescrite pour le procédé bessemer basique, ou de 0,30% silicium à 0,60 %,ou davantage.
Un procède est ainsi réalisé, qui économise les addi- tions de manganèse à la charge du haut fourneau et emploie l'ad- dition de manganèse seulement après que la fonte fondue a quitté le haut fourneau.
Il existe diverses méthodes d'application de l'inven- tion et ces méthodes dépendent de la teneur en soufre des ma- tières premières introduites dans le haut fourneau.
Si on peut fabriquer économiquement une fonte à faible teneur en soufre, l'absence du manganèse dans la fonte n'aura pas une grande importance en ce qui concerne la teneur en sou- fre de l'acier en résultant, si cependant, on ne peut pas fa- briquer une fonte à faible teneur en soufre, alors en l'absence de manganèse, des agents désulfurants devraient être appliqués au métal fondu avant l'addition de manganèse. Cela peut être fait sous forme d'alliages de manganèse ajoutés dans la poche de coulée, ou dans le mélangeur, ou dans le convertisseur.
Dans les cas où la teneur en soufre de la fonte est très élevée, ou lorsque les spécifications de l'acier prévoient de très faibles teneurs en soufre, il peut être nécessaire de sou- mettre la fonte fondue à un deuxième traitement par l'alcali ou autre agent désulfurant après que la fonte a quitté le mélangeur et dans la poche de coulée ou récipient qui transporte la. fon- te du mélangeur au convertisseur.
En tout cas le manganèse doit être ajoute après l'achèvement du traitement de désulfuration pour qu'une plus grande économie en manganèse soit réalisée. la méthode générale décrite ci-dessus de suppression des
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additions de manganèse à la charge du haut fourneau, de désul- furation du métal fondu et d'addition subséquente de manganèse requis dans la fonte pour la fabrication de l'acier, s'applique aussi bien au procédé avec four à réverbère qu'aux procédés bessemer; elle s'applique aussi bien au procéda acide qu'au procédé basique, les teneurs en manganèse requises par les pro- cédés acides de fabrication d'acier étant en général inférieu- res à celles requises par les procédés basiques de fabrication d'acier.
Alors que certaines méthodes de réalisation de l'inven- tion ont été décrites en détail, elles l'ont été seulement à titre d'exemple et les procédés peuvent être modifiés et variés. suivant les conditions et les nécessités..
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RBVMMIOATIONS ET RESMEB.
1. Procédé de fabrication de fonte convenant pour la fabrica- tion de l'acier, qui comprend le remplacement en tout ou en majeure partie du manganèse ordinairement ajoute sous forme de minerai manganifère à la charge de minerai de fer du haut four- neau par des agents de désulfuration, par exemple des alcalis ajoutés au métal liquide, en ajoutant ensuite, si nécessaire, le manganèse sous forme de minerai ou de métal requis pour sa- tisfaire aux spécifications imposées pour la fonte, en évitant ainsi la perte en manganèse dans le laitier du haut fourneau.
2. Procédé tel que revendiqué sous 1, qui comprend l'emploi. d'une fonte contenant seulement le manganèse. naturel résultant du chargement de minerais de fer ordinaires sans l'addition de matière. manganifère.
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