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" PROCEDE POUR ELIMINER DU FER ET DE SES ALLIAGES -LE SOUFRE,
L'ARSENIC ET LES AUTRES CONSTITUANTS NUISIBLES ".
Il est d'usage d'éliminer du fer et de ses alliages, le soufre, l'arsenic et d'autres constituants nuisibles, en faisant agir sur le bain liquide, par exemple dans le four Siemens-Martin ou dans le four électrique, des agents d'affinage tels que la chaux, la soude, etc..... de telle façon que les éléments nuisi- bles sont absorbés par la scorie qui se forme. L'expérience a montré que le degré d'élimination des éléments nuisibles dépend de divers facteurs, par exemple, de.la température, de la durée de réaction, de la basicité de la scorie et de sa teneur en FeO.
En général ce n'est que dans des circonstances particu- lièrement favorables que, par les moyens usuels à ce jour, on
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peut obtenir une élimination très poussée du soufre et des autres éléments nocifs. C'est par exemple le cas dans le four électrique dans lequel il est relativement facile d'atteindre de hautes températures et où il est possible au surplus, à. l'opposé de beaucoup d'autres fours métallurgiques, de travailler en atmosphère neutre, c'est-à-dire avec une scorie pauvre en oxydule de fer, appelée " scorie blanche ". Si la teneur en soufre de la matière à traiter n'est que de quelque 0,05 à 0,1% on peut compter, dans bien des cas, sur une désulfuration suffisante, moyennant un ou deux renouvellements de scorie.
Pour éliminer des teneurs plus élevées en soufre dans la matière à traiter, allant par exemple de 0,5 à 0,6 il n'y a, en vérité, pas de difficultés techniques; cependant il est nécessaire, dans ce cas, de renouveler fréquemment la scorie, ce qui prolonge de façon considérable la durée de la fusion et influence dans une mesure très défavorable le rendement du four et l'économie du procédé.
Dans le four Siemens-Martin une haute teneur en soufre de la matière introduite prend une importance encore beaucoup plus grande. Par suite de son atmosphère oxydante et de sa scorie obligatoirement riche en oxydule de fer, il n'est pas possible d'y éliminer économiquement, dans des conditions normales, des teneurs en soufre de la matière à traiter supérieures à 0,2 %.
Dans les fours métallurgiques prémentionnés l'efficacité d'un désulfurant n'est pas grande, en particulier lorsque la charge a une teneur élevée en soufre, pour la raison que les réactions ne se produisent qu'à la surface de contact entre le bain métallique et la scorie désulfurante. Pour que le désulfurant ne reste pas complètement inefficace, il est nécessaire par un brassage intense - par exemple par l'effet du courant électrique dans certains types de fours électriques ou du processus d'ébullition dans le four Siemens-Martin - d'amener continuellement de nouvelles masses métalliques au contact de la scorie d'affinage, afin d'empêcher la création d'un état d'équilibre entre les teneurs en soufre du bain et de la scorie.
Les difficultés de la désulfuration deviennent d'autant
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plus défavorables que la teneur en soufre de la matière à traiter est plus'élevée. Si l'on veut fabriquer de l'acier d'une charge qui contient-par exemple 0,5 à 0,6 % de soufre, on est obligé, dans l'état actuel de la technique, de renoncer absolument au four Siemens-Martin. Au surplus il ne peut être question du four électrique que si l'économie n'est pas la condition déterminante.
Par le procédé suivant l'invention ces difficultés sont pratiquement écartées de façon complète.
Suivant l'invention, on réalise une élimination très approfondie des éléments nuisibles par le fait que l'on mélange, à froid, le fer ou alliage ferreux, se trouvant sous la forme de petits morceaux, avec le produit d'affinage à l'état finement granuleux, et que l'on fait fondre ce mélange, pendant l'opération de fusion, le fer tombe goutte à goutte au travers du produit d'affinage et entre avec ce dernier, en contact si intime que ses constituants nuisibles sont totalement absorbés par celui-ci. Lorsque le bain est devenu entièrement liquide le produit d'affinage surnage en formant une scorie à la surface. Il est recommandable d'enlever, immédiatement après la fusion, cette scorie formée au cours de celle-ci et qui dans certains cas n'apparait pas sous la forme fondue ; ensuite le bain est parachevé en formant une seconde scorie de la manière usuelle.
L'avantage considérable du présent procédé est donc dans le fait que la désulfuration d'une charge initialement riche en soufre est, dès achèvement de la fusion, avancée à tel point que la teneur en soufre du bain fondu n'est pas plus élevée que lorsqu'on traite une charge normale moins sulfureuse. Il en résulte aussi que pour une charge initiale riche en soufre, le renouvellement fréquent de la scorie n'est plus nécessaire. En outre la durée de la fusion n'est pas plus longue que celle en usage pour une charge pauvre en soufre. Les frais de fusion ne sont donc pas plus élevés que pour celle-ci.
Un exemple permettra d'expliquer le mode opératoire et l'avantage du nouveau procédé comparativement à ceux connus jusqu'à présent.
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Essai 1.
On a fondu des loupes avec une teneur en soufre de 0,6 le puis, en brassant, on a ajouté 5% de carbure de calcium. La teneur en soufre du bain final était de 0,44 % Essai 2.
Une même quantité des loupes a été mélangée, à froid, avec 5% de carbure de calcium et l'ensemble a été fondu. La scorie obtenue, qui n'était pas sous forme liquide, contenait 8% de soufre et fut enlevée. Le bain final contenait 0,035% de soufre.
Les chiffres précités montrent que la teneur en soufre de la scorie formée est plus de 200 fois plus grande que celle du bain fini. Cette proportion extraordinairement favorable de la teneur en soufre de la scorie par rapport à celle du bain s'explique par le contact intime, pendant la période de chauffage et de fusion, entre le produit d'affinage et les combinaisons sulfureuses du fer.
La fusion de la charge peut se faire dans tout four à sole ou à creuset, ainsi par exemple dans le four Siemens-Martin ou dans le four électrique.
Des essais ont montré que le procédé peut être employé avec un résultat particulièrement bon dans un four rotatif à flammes, Le chauffage de ce four à flammes peut se faire de diverses façons par exemple au moyen de gaz ou de charbon pulvérisé. Il est avantageux d'utiliser de l'air de combustion préalablement chauffé. Le produit d'affinage à l'état finement granuleux est introduit avec le fer, à l'état froid, dans le four rotatif à flammes.
Par suite du mouvement de rotation, le produit d'affinage et les petits morceaux de fer sont mélangés intimement. Une opération de mélange entre la matière ferreuse et le produit d'affinage, avant introduction dans le four, n'est pas nécessaire dans ce cas. Lorsque la température s'élève, les particules de fer s'enrobent complètement dans le produit d'affinage ou respectivement dans la scorie qui en résulte. Dès que la température de fusion du fer est atteinte, le fer, à l'état pâteux, suinte lentement au travers du produit d'affinage pour tomber sur la sole du four. Ainsi se produit une captation très approfondie du soufre et des autres cons-
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tituants nuisibles.
Par suite du mélange continuel et du mouvement de rotation, l'affinage est encore bien plus efficace que lorsqu'on applique le procédé dans des fours fixes, Comparativement à ces derniers, pour la réalisation du processus de fusion et d'affinage, le four rotatif à flammes à encore l'avantage supplémentaire que la période de fusion elle-même est considérablement plus courte par le fait que la paroi du four, par sa rotation, apporte continuellement de la chaleur à la charge.
Dans la plupart des cas, il est recommandable d'ajouter à la charge du four, un combustible solide, par exemple du coke, des déchets de coke ou du charbon de bois, de manière à éviter l'oxydation nuisible du fer et l'absorption de l'oxyde par la scorie et à permettre en cas de besoin une carburation du fer lors de la fusion.
Comme agent d'affinage on peut employer suivant le procédé tous les produits connus, comme la chaux, le manganèse, la soude, le carbure de calcium et ainsi de suite.
Particulièrement lorsqu'on emploie le manganèse et la soude, il est recommandable de travailler avec une scorie très riche en ces produits. Après sa saturation par le soufre, la scorie d'affinage peut être traitée par oxydation, au cours d'un processus séparé, à basse température, par exemple dans des creusets de frittage pour éliminer, sous forme de S02 , la teneur en soufre. La scorie peut ensuite être réutilisée comme agent d'affinage.
Une autre forme de réalisation du procédé consiste à utiliser une scorie calcareuse à haute teneur en manganèse contenant par exemple 30% de manganèse et qui peut être retravaillée par la suite pour devenir entièrement ou en partie du ferro-manganèse. Le ferro-manganèse obtenu de cette façon peut être alors utilement avec de la chaux, employé à nouveau comme agent d'affinage. Par l'emploi de ferro-manganèse en circuit fermé on parvient à travailler moyennant des pertes absolues en manganèse relativement minimes, En cela le procédé suivant l'invention se distingué, à son avantage, de procédés connus, dans lesquels on réalise la désulfuration par l'emploi d'une scorie à haute teneur en-manganèse, mais où le manganèse est perdu dans la scorie.
Par l'ajoute de ferro-
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manganèse, il est possible, en plus de la fusion, de l'affinage du fer et de sa carburation éventuelle, de réaliser par la même opéra- tion l'obtention de la teneur exacte en manganèse requise pour les opérations ultérieures.
Le présent procédé convient particulièrement bien pour le travail des loupes obtenues par le procédé Krupp-Renn. T,es particularités métallurgiques de ce procédé sont telles qu'il n'est pas possible d'y obtenir une désulfuration poussée, particulièrement lorsque, pour des raisons d'économie, on utilise comme produit de réduction des combustibles de rebut généralement très sulfureux.
Les loupes ont le plus souvent des teneurs en,soufre de 0,2 à 0,5 % et, jusqu'à présent, dans bien des cas, lorsqu'on voulait les transformer en acier, il y avait de grandes difficultés éliminer le soufre. Par le procédé suivant l'invention, ces difficultés sont définitivement écartées.
Les loupes de fer produites par le procédé krupp-Renn sont en général en morceaux de granulation suffisamment fine. Lorsque la teneur en soufre n'est pas trop élevée, une dimension des grains en dessous de 20 m/m est déjà suffisante pour assurer une réaction convenable de l'agent d'affinage.
Pour des teneurs plus hautes en soufre il est recommandable de maintenir la granulation, si possible, en dessous de 3 m/m Des fusions comparatives ont donné par exemple, pour des loupes d'une granulation de 5 à 8 m/m, une désulfuration de 0,6 à 0,06 %, tandis qu'avec une granulation de 1 à. 3 m/m, la désulfuration a été portée jusqu'à. 0,02 %
Dans de nombreux cas, particulièrement lorsque les loupes doivent être introduites dans des bains ferreux liquides, il peut être avantageux d'agglomérer en briauettes les mélanges du fer finement granuleux avec l'agent d'affinage et le cas échéant avec les produits carbonés. Dans ce cas, les oxydes alcalino-terreux conviennent particulièrement bien comme agents d'affinage.
Lorsqu'il s'agit de traiter du fer en gros morceaux et contenant du soufre, il est recommandable de fondre d'abord le fer, de le granuler puis de la soumettre, en cet état, au processus décrit ci-dessus.