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BREVET D'IMPCRTATION BASE SUR LE BREVET BRITANNIQUE N 484.958 DEMANDE LE 6 SEPTEMBRE 1937 (date légale) AU NOM DE : ALBERT COLLINSON NESFIELD DONT LA DEMAN- DERESSE EST L'AVANT-DROIT.
Perfectionnements à l'affinage de la fonte et à la produc- tion de l'acier ordinaire, ou d'aciers spéciaux.
La présente invention se rapporte à l'affinage de la fonte et à la production de l'acier ordinaire ou d'aciers spéciaux à partir de fonte ou de mitraille qui, d'une faÇon générale, seront appelés "fonte" dans ce qui'suit .
Un des buts de l'invention est de créer un procédé nouveau et moins coûteux d'affinage de la fonte pour la pro- duction, en fin de compte, d'acier ordinaire ou d'aciers spé- c iaux.
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L'invention a encore pour but de réduirela aurée nécessaire pour produirede l'acier à partir de la fonte.
Un- procédé bien connu pour l'affinage de l@ fonte consiste à employer un four à puddler dans lequel- la tempéra- ture est maintenue au dessus du point de f@sion de la fonte mais au-dessous de celui du fer affine. D'autre part, dans le procédé bien connu de Bessemer pour la fabrication de l'acier; la fonte en fusion est traitée par des jets d'air dans le but d'oxyder des impuretés prés'nies, telles que le silicium, le manganèse et le carbone. Dans ceprocédé; on ajoute certaines matières d'alliage dans le convertisseur ressemer avant l'enlèvement de la charge fondue.
Le procédé, objet de la présente inve@tion, qui vise la production de fer affiné a parti@ de la fonte, comporte les opérations suivantes : -l'amenée de fonte en fusion à un four à puddler, le maintien de la fonte en fusion au-dessus du point de fusion du fer affiné (c'es-t a dire a ,environ 16C@, a 1650 C) l'élimination de carbone de l@ charge au moyen de minerai de fer, de battitures de laminage ou d'un autre, oxyde de fer ajoutés à cette charge,
l'élimination simultanée du silicium et du manganèse par injection d'air et l'arrêt de 1'injection d'air après l'élimination de ces dernièr.es impu- retés dans la mesure désirée et avan-u Que cette injection d'air agisse pour éliminer du carbone dans' des proportions no- tables..
Le fer puddler ainsi produit peut être coulé facile- ment. dans des lingotières et il reste "mort" dans ces lingo- tières, contrairement à ce qui se passe pour l'acier produit normalement par le procédé Bessemer avant l'addition des ma- tières d'alliage.. usuelles pour l'introduction de carbone, et de manganèse et/ou de silicium.
.Dans la fabrication de l'acier ou d'aciers spéciaux conformément à l'invention, on transfèreimmédiatement le fer
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affiné fondu du four- à puddler- à un four électrique où on 11-élève à la température de 1700 à 1750 C et- où on le trans- forme en acier ordinaire ou.en acier spécial par l'addition des matières d'alliage ou. autres nécessaires.
Le procédé préféré pour,la fabrication de l'acier ordinaire ou des aciers spéciaux à. partir de la fonte confor- mément à la présente invention, consiste à fondre de la fonte dans un four à réverbère à la température de 1450 C environ, à transférer' une partie de la charge de fonte en.fusion à un four à puddler, à chauffer- celui-ci de manière à maintenir, une température de 1600 à 1650 C, à éliminer du carbone' de la charge du four à puddler au moyen-de minerai de fer' ou d'un autre oxyde de fer introduit dans ce four, à éliminer simultanément du. silicium et du, manganèse- par injection. d'air par-dessus la surface de la charge ou à travers la charge du four à puddler, à arrêter l'injection d'air avant qu'elle agisse pour éliminer une quantité, notable de carbone, à enle- ver.
le fer- affiné en fusion du four à puddler, à l'introduire dans un four électrique du type à arc ou du type à induction, à chauffer- le fer affiné à une. température de 1700 à 1750 C et à ajouter les matières d'alliage ouautres matières à la charge contenue dans le four électrique précité.
De préférence, on élimine tout le soufre présent dans la fonte , par l'action de carbonate de sodium, avant l'intro- duction de la charge dans.le four à puddler employé pour l'af- finage, tandis que le phosphore peut être enlevé par l'addition à la façon connue, de scorie de chaux dans le four à puddler,.
Le mode d'exécution préféré du présent procédé est le suivant ; On introduit une quantité déterminée par exemple dix tonnes de fonte daris un four à réverbère 'et on chauffe .celui-ci à une température de 1350 à 1450 C. suivant'le point de fusion de la fonte. Pendant cette opération de fusion, on
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ajoute de préférence la scorie de chaux, de manière à couvrir la charge et à empêcher l'oxydation. La charge fondue du four à réverbère peut donc être considérée comme une réserve de fon- te en fusion destinée à être convertie en acier ou. à être affi- née. ,
Pour le procédé d'affinage ou de production d'acier, une partie (par exemple deux tonnes) de la fonte en fusion con- tenue dans le four à réverbère est soutirée à le façon usuelle dans une poche coulée.
De préférence, la poche contiendra du carbonate de sodium qui contribue, à la façon connue, à l'éli- mination du soufre. La teneur en soufre de la fonte en fusion peut, de cette façon, être réduite de 50 à 60% de la teneur to- tale en soufre, par l'emploi d'une quantité relativement fai- ble de carbonate de sodium.
Au.' voisinage du four à. réverbère se trouve un four à puddler dans lequel est introduite la fonte en fusion sans les scories dans la poche de coulée. Avant l'introduction de la fon- te en fusion, on revêt le fanci du four à puddler de minerai de fer ou de battitures de laminage capables de réduire la teneur en carbone de la fonte, et on peut ajouter en outre de la chaux pour réduire la teneur de la fonte en phosphore.
Quand on retire du four à réverbère une partie de la fonte en fusion, on y introduit une quantité correspondante de fonte. De préférence, cette fonte a été chauffée préalablement dans les carneaux du four à réverbère avant d'être introduite dans ce four, ce qui entraine une économie de chaleur. Si on soutirepar exemple deux tonnes de fonte en fusion, on intro- duit environ deux tonnes de fonte préalablement chauffée.
Cn chauffe la charge de fonte en fusion, introduite dans le four à puddler, à une température de 16CC à 1650 C @'est à dire au-dessus de la température de formation de la loupe. Le four à puddler suivant l'invention est pourvu de moyens pour injecter de l'air et pendant les opérations ult é- rieures de chauffage et d'affinage, on injecte de l'air par- .
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dessus la surface étendue de la charge, de préférence à partir des côtés.
Cette injection latérale d'air. entraîne l'abaisse- ' ment de la teneur du fer' en silicium et en manganèse et, si on en prolongeait la durée, elle contribuerait à l'élimination du carbone présent' Mais,conformément à l'invention, 1) injection d'air doit être arrêtée dès que le silicium et le manganèse ont été éliminés danà la mesure voulue et avant qu'une quantité notable de carbone ait été éliminée par' cette injection d'air, les dimensions et la couleur de la flamme étant observées à la façon. connue. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le carbone est éliminé au moyen. du. minerai de fer 'ou de battitures de la- minage. Sauf cela, le four à puddler- est conduit à la façon usuelle.
Pendant l'insufflation, lejet d'air doit être suffisamment puissant pour disperser- temporairement la couche de scorie et permettre à l'air d'agir directement sur- la surfa- ce du métal. Ensuite, la couche de scorie de chaux doit rester à la surface pour empêcher l'effet de carburation du. combustible sur le métal.
Dans la production d'acier- d'une grande résistance à la traction ou d'acier' spécial, on soutire la charge du four à puddler et on la transfère à un four électrique, de préférence du type à induction à, haute fréquence.. On a constaté que le fer affiné à la façon mentionnée plus haut dans le four à puddler peut être coulé dans des lingotières ou dans des poches de coulée et y rester "mort". on maintient une température de 1700 à 1750 C dans le four électrique et, s'il est nécessaire, la teneur -en carbone peut être corrigée encore davantage dans le four élec- trique par, une nouvelle addition- de minerai de fer ou de batti- tures de laminage.
De plus , tous éléments d'alliage à ajouter à l'acier-, éléments tels que le chrome, le nickel, le molybdène, le titane, peuvent être ajoutés à la charge pour produire l'acier' désiré.
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Un procédé de fabrication, de l'acier tel que le procédé qui vient d'être décrit plus haut est sensiblement continu en ce sens qu'il faut environ une heure pour fondre la charge sup- plémentaire de fonte dans le four à réverbère, une heure environ pour affiner la fonte, en fusion dans le four à puddler et environ une heure pour produirel'acier dans le four électrique.
On peut indiquer à titre d'exemple que dans le cas de l'affinage d'une fonte contenant 4% de carbone, 2,25% de sili- cium, 0,4% de soufre, 0,4% de phosphore et C,5% de manganèse, la teneur en soufre a été réduite, avant l'interruption dans le four à puddler, à 0,02% environ. Par un traitement subséquent dans le four à puddler à une température comprise entre 1600 et 1650 C, la teneur en carbone a été réduite à C,C3%, celle en silicium à 0,01%, celle en soufre à O,OO8% et celle en phosphore à O,OO9% tandis qu'il ne restait plus qu'une trace de manganèse.
Lorsqu'on désire de l'acier à forte résistance à la trac- tion et à teneur plus élevée en carbone et en manganèse, on ne pousse pas la décarburation aussi loin dans le four à puddler et on ajoute le manganèse avec les autre;, métaux d'alliage dé- sirés lorsque la charge a été transférée au four électrique.
Bien que le procédé décrit plus haut soit préféré, il est évident que les détails tels que la façon de fondre la ma- tière fondamentale que constitue la fonte ou le type particulier de four électrique peuvent varier suivant les besoins.
Pour le- chauffage du four à réverbère et du four à puddler, il est préférable d'employer du charbon pulvérisé suivant l'un ou l'autre des procédés connus de chauffage au charbon pulvéri- sé.
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PRINT PATENT BASED ON BRITISH PATENT NO. 484.958 APPLIED ON SEPTEMBER 6, 1937 (legal date) IN THE NAME OF: ALBERT COLLINSON NESFIELD WHOSE RELEASE IS FRONT-RIGHT.
Improvements in the refining of cast iron and the production of ordinary steel, or special steels.
The present invention relates to the refining of pig iron and to the production of ordinary steel or special steels from pig iron or scrap which, generally, will be referred to as "pig iron" in what ' follows.
One of the objects of the invention is to provide a new and less expensive process for refining cast iron for the production, ultimately, of carbon steel or special steels.
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Another object of the invention is to reduce the aura necessary to produce steel from cast iron.
A well known method of refining pig iron is to employ a puddling furnace in which the temperature is maintained above the melting point of pig iron but below that of the refined iron. On the other hand, in the well-known Bessemer process for the manufacture of steel; the molten iron is treated with air jets in order to oxidize the impurities present, such as silicon, manganese and carbon. In this process; Certain alloying materials are added to the reseed converter prior to removal of the molten charge.
The process, object of the present invention, which aims at the production of refined iron from the cast iron, comprises the following operations: the supply of molten iron to a puddling furnace, the maintenance of the cast iron in smelting above the melting point of the refined iron (i.e. a, about 16C @, at 1650 C) removal of carbon from the feed by means of iron ore, mill scale or another, iron oxide added to this charge,
simultaneous removal of silicon and manganese by air injection and stopping the injection of air after removal of the latter impurities to the desired extent and before such injection of air acts to remove carbon in significant proportions.
The puddling iron thus produced can be easily cast. in ingot molds and it remains "dead" in these molds, unlike what happens for the steel produced normally by the Bessemer process before the addition of the alloying materials. customary for the introduction of carbon, and manganese and / or silicon.
In the manufacture of steel or special steels according to the invention, the iron is immediately transferred
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refined molten from the furnace- to puddler- to an electric furnace where it is raised to the temperature of 1700 to 1750 C and- where it is transformed into ordinary steel or. special steel by the addition of the alloying materials or. others needed.
The preferred process for the manufacture of ordinary steel or special steels. starting from the cast iron according to the present invention consists in melting cast iron in a reverberatory furnace at a temperature of about 1450 ° C., in transferring a part of the molten iron charge to a puddling furnace, to heat the latter so as to maintain a temperature of 1600 to 1650 C, to remove carbon 'from the charge of the puddling furnace by means of iron ore' or another iron oxide introduced into this oven, to be removed simultaneously from. silicon and manganese by injection. air over the surface of the charge or through the puddling furnace charge, to stop the injection of air before it acts to remove a significant amount of carbon to be removed.
the molten iron from the puddling furnace, to introduce it into an electric furnace of the arc type or of the induction type, to heat the refined iron to one. temperature of 1700 to 1750 C and adding alloying materials or other materials to the charge contained in the aforementioned electric furnace.
Preferably, all sulfur present in the pig iron is removed by the action of sodium carbonate before the charge is introduced into the puddling furnace used for the refining, while the phosphorus can be removed by adding in the known manner, lime slag in the puddling oven ,.
The preferred embodiment of the present method is as follows; A determined quantity, for example ten tonnes of cast iron, is introduced into a reverberation furnace 'and the latter is heated to a temperature of 1350 to 1450 ° C. according to the melting point of the cast iron. During this merger operation, we
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preferably add lime slag, so as to cover the charge and prevent oxidation. The molten charge of the reverberation furnace can therefore be considered as a reserve of molten melt intended to be converted into steel or. to be refined. ,
For the refining or steel production process, a part (eg two tonnes) of the molten iron contained in the reverberation furnace is withdrawn in the usual manner into a ladle.
Preferably, the bag will contain sodium carbonate which, in known manner, contributes to the removal of sulfur. The sulfur content of the molten iron can in this way be reduced from 50 to 60% of the total sulfur content by the use of a relatively small amount of sodium carbonate.
At.' vicinity of the oven to. street light is a puddling furnace in which the molten iron is introduced without the slag in the ladle. Before the introduction of the molten melt, the fanci of the puddler is coated with iron ore or with rolling scale capable of reducing the carbon content of the pig iron, and lime can additionally be added to reduce the phosphorus content of the cast iron.
When part of the molten iron is removed from the reverberation furnace, a corresponding quantity of iron is introduced into it. Preferably, this cast iron has been heated beforehand in the flues of the reverberation furnace before being introduced into this furnace, which results in a saving of heat. If, for example, two tonnes of molten iron are withdrawn, about two tonnes of previously heated iron are introduced.
Cn heats the load of molten iron, introduced into the puddling furnace, to a temperature of 16 ° C. to 1650 ° C., ie above the temperature of formation of the magnifying glass. The puddling oven according to the invention is provided with means for injecting air and during the subsequent heating and refining operations, air is injected through it.
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above the extended surface of the load, preferably from the sides.
This lateral injection of air. results in the lowering of the iron content of silicon and manganese and, if this was prolonged, it would contribute to the removal of the carbon present. But, according to the invention, 1) injection of The air should be turned off as soon as the silicon and manganese have been removed to the desired extent and before a significant amount of carbon has been removed by this injection of air, the size and color of the flame being observed at way. known. As mentioned above, carbon is removed by means. of. iron ore 'or mill scale. Apart from this, the puddling oven is operated in the usual way.
During blowing, the air jet must be strong enough to temporarily disperse the slag layer and allow the air to act directly on the metal surface. Then the lime slag layer should remain on the surface to prevent the carburizing effect. combustible on metal.
In the production of high tensile steel or special steel, the charge is withdrawn from the puddling furnace and transferred to an electric furnace, preferably of the high frequency induction type. It has been found that iron refined as mentioned above in the puddling furnace can be poured into ingots or pouring ladles and remain "dead" there. a temperature of 1700 to 1750 C is maintained in the electric furnace and, if necessary, the carbon content can be further corrected in the electric furnace by a further addition of iron ore or batti - rolling tures.
In addition, any alloying elements to be added to the steel, such elements as chromium, nickel, molybdenum, titanium, can be added to the feed to produce the desired steel.
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A manufacturing process for steel such as the process just described above is substantially continuous in that it takes about an hour to melt the additional charge of cast iron in the reverberation furnace, one hour. about an hour to refine the molten cast iron in the puddling oven and about an hour to produce steel in the electric oven.
By way of example, it may be indicated that in the case of refining a pig iron containing 4% carbon, 2.25% silicon, 0.4% sulfur, 0.4% phosphorus and C , 5% manganese, the sulfur content was reduced, before the interruption in the puddling oven, to approximately 0.02%. By a subsequent treatment in the puddling furnace at a temperature between 1600 and 1650 C, the carbon content was reduced to C, C3%, that of silicon to 0.01%, that of sulfur to O, OO8% and that of phosphorus at 0.109% while only a trace of manganese remained.
When steel with high tensile strength and higher carbon and manganese content is desired, the decarburization is not pushed so far in the puddling furnace and the manganese is added with the others ;, alloy metals desired when the charge has been transferred to the electric furnace.
Although the process described above is preferred, it is evident that details such as how to melt the basic material of cast iron or the particular type of electric furnace may vary as required.
For the heating of the reverberation furnace and the puddling furnace, it is preferable to employ pulverized coal according to one or other of the known methods of heating with pulverized coal.