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PROOEDE D'EPURATION DE L'ACIER Monsieur Edmond Frangois Joseph WARNANT à BRUXELLES.
La présente invention a pour objet un perfectionnement aux méthodes d'élaboration de l'acier et destiné 1 améliorer la qualité du métal produit.
Elle consiste en un procédé nouveau de traitement du bain de métal affiné,permettant d'abaisser fortement les proportions d'oxygène et d'azote que contient le métal en fin d'opération d'affinage.Le procédé est applicable quelle que soit la méthode d'affinage utilisée.
A la fin de l'opération d'affinage le métal ne contient plus, en général que des teneurs très faibles en éléments autres que le fer sauf pour l'oxygène et l'azote dont les teneurs dépassent, presque toujours,les maxima compatibles avec les propriétés à conférer au métal.
Dans la pratique industrielle courante on se borne généralement , effectuer une désoxydation plus ou moins poussée du métal en y introduisant,.\ cet effet,et sous une forme appropriée,des désoxydante tels que le manganèse et le silicium,associés à un peu de carbone si l'addition se fait sous forme de fonte spéciale, Leur action est complétée parfois par une addition d'aluminium.
Le défaut de cette méthode est que le manganèse,le silicium et l'aluminium forment avec l'oxygène du bain,des constituants non volatils qui précipitent et dont une partie plus ou moins importante reste emprisonnée dans le métal pour y former,après @ solidification,des inclusions hautement nuisibles.
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Une des caractéristiques du procédé faisant l'objet de la présente invention,consiste à effectuer, AVANT l'addition éventuelle de manganòse, silicium, aluminium et quelle que soit la. nuance de l'acier à produire, une désoxydation par le CARBONE,dans le but de provoquer l'élimination sous forme d'un composé GAZEUX,de la plus grande partie possible de l'oxygéne contenu dana le bain; la proportion de carbone à introduire dans le bain tant évidemment conditionnée par la teneur initiale du bain en oxygène et par la nuance de l'acier à produire.
Le carbone ainsi introduit,réagit avec l'oxyde de fer contelli dans le bain,suivant la formule
Feo+ C=Fe+ 00
La réaction est réversible et donne lieu à un équilibre physico-chimique caractérisé par une relation qui lie les valeurs simultanées des concentrations cFeO et cC de l'oxyde de fer et du carbone en solution dans le métal,-), la valeur PCO de la pression de l'oxyde de carbone au contact des molécules qui réagissent.
Cette relation peut s'écrire approximativement: cFeO . cC =KpCO où k est un nombre qui ne dépend que de la température du système.
Aussi longtemps que pCO est supérieure la pression ambiant* l'oxyde de carbone se dégage du bain au fur et mesure qu'il se forme et la réaction se poursuit.Mais, cFeO et cC diminuant progressivement, il en est de même de pCO qui finit par tomber au niveau de la pression ambiante. Dans ces conditions le 00 formé ne peut plus se dégager et la réaction s'arrête.four 1'obliger se poursuivre il faut soit abaisser la pression ambiante en créant dans le four un vide plus ou moins pousse,soit évacuer par des moyens physiques le 00 emprisonné dans le bain.
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Un moyen simple consiste 1 entraîner co par un courant gazeux traversant le bain.Mais la nature du gaz employé cette fin influe considérablement sur le résultat final de l'opération.
Une caractéristique de l'invention consiste,en vue d'accroître .l'efficacité de l'action désoxydante du carbone, insuffler dans le bain un gaz non oxydant ne contenant pas d'oxyde de catbone ou n'en contenant que fort peu,la teneur tolérée devant être d'autant plus faible que l'on veut pousser plus loin la désoxydation du métal.En pratique,il sera avantageux de maintenir cette teneur aussi faible que possible et de préférence en dessous de 20 .
On comprend qu'en combinant les effets d'une addition de crbone au métal et d'une insufflation dans la masse d'une quantité suffisante d'un gaz non oxydant et pauvre en oxyde de carbone,on puisse arriver abaisser les concentrations finales en oxygne et en carbone,bien en dessous de ce que permettrait d'atteindre la seule action d'une addition de carbone. Ainsi on pourra réaliser, même pour les aciers des nuances les plus douces,une désoxy- dation très poussée du bain avant toute addition finale comportant du manganèse,du silicium ou de l'aluminium et éviter ainsi la rétention dans le métal d'une quantité excessive d'inclusions su susceptibles de compromettre les qualités du métal fini.
Par ailleurs,si le gaz insufflé est suffisamment pauvre en azote,une dénitruration du bain se produira par sortie de solutin de l'azote contenu dans le métal et son entraînement dans la phase gazeuse qui se dégage. L'action dénitrurante sera d'autant plus marquée que la teneur initiale en azote du gaz insufflé sera plus faible.
En pratique industrielle,on emploiera avantageusement pour
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l'insufflation,un gaz provenant de la distillation de la houille par exemple un gaz de fours à coke,épuré ou non. Si le gaz utilisé contient une proportion non négligeable d'hydrocarbures,il y aura lieu d'en tenir compte dans la détermination de la quantité de carbone ajouter au bain pour effectuer la désoxydation.
L'addition du carbone pourra se faire soit sous forme de carbone libre (anthracite pauvre en cendres et en soufre,coke de pétrole,charbon de bois,agglomérés de charbon épuré,etc.),méthode qui présente l'avantage de.n'introduire avec le carbone que des quantités négligeables de 16,Si et Al, mais qui, par contre a l'inconvénient de nécessiter un temps assez long pour la dissolution et la diffusion du carbone dans le bain métallique;
soit sous forme d'un alliage tel qu'une fonte de fer pauvre en éléments,comme Mn,Si ou Al,susceptibles de former avec l'oxy- gène du bain,des composés solides ou difficilement réductibles dans les conditions de l'opération.Les teneurs de la fonte en ces éléments seront de préférence inférieures à 0,4% pour Mn, 0,1% pour Si et 0,1 % pour Al et les teneurs en S et P seront aussi faibles que possible.
On produira aisément une fonte répndant aux conditions requises,en recarburant à saturation (par l'anthracite par exemple) une charge d'acier affiné.
La réduction de FeO par le carbone étant endothermique,ltopé- ration provoquera un refroidissement du bain qui s'intensifiera du fait de l'insufflation dans la mascc d'une quantité plus ou moins importante d'un gaz plus froid que le métal et et,éventuellement,du fait aussi de l'introduction à l'état solide,de la fonte
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Utilisée pour la desoXydaton.Ll pourra clone être necessn.ire.dans certains cas,
de faire un apport de chaleur au bain pour le mainte- nir la température optimum.Il sera donc avantageux d'effectuer l'opération dans un four muni d'un dispositif d'insufflation et pourvu d'un dispositif de chauffage électrique.Un convertisseur chauffé électriquement conviendra parfaitement.Pour réduire la consommation d'énergie électrique,il pourra être avantageux de réchauffer le gaz d'insufflation,avant son entrée dans le four.
En plus de sa fonction essentielle décrite dans ce qui précède,l'insufflation assure la rapide homogénéisation du bain,d'où résulte une plus grande vitesse et un meilleur accomplissement des réactions.Aussi sera-t-il avantageux de faire les additions finales dans la cornue même et de faire ensuite une brève insufflation de gaz;on obtiendra par ce moyen un métal très homogène.