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La société dite :FAGERSTA BRUKS AKTIEBOLAG à Fagersta (Suède). Procédé de production d'acier Bessemer acide ou d'acier Thomas à. faible teneur en azote. Convention Internationale Demande de brevet suédois N 5/.723 déposée le 10 juillet 1944.
'Il existe une nette différence dans certaines propriétés entre l'acier Bessemer acide et l'acier Thomas acier obtenu dans un convertisseur (dit ci-après ;-/au convertis- seur) d'une part, et ltaoier produit selon d'autres procé- dés, par exemple l'acier Martin, d'autre part.
Il est apparu, à la suite dressais comparatifs, que s'est la teneur plus élevée en azote de l'acier au convertisseur qui provoque ,cette différence dans.les; propriétés également dans de l'a- cier donnant la même analyse: chimique pour les autres cons- tituants. La forte teneur en azote dépend de la méthode de production. S'est pourquoi, une forte absorption d'azote a lieu dans le processus habituellement appliqué jusqu'ici, lorsque le courant d'air est; pressé à travers l'acier au moment du soufflage. Ceci ressort nettement des analyses d'azote donnant les valeurs suivantes': acier Martin 0,003- 0,007% d'azote; acier au convertisseur 0,010-0,030% d'azete.
Les propriétés spéciales que la teneur élevée en azote confère à l'acier au convertisseur par rapport à l'a- eièr Martin sont par exemple : une plus grande résistance àla traction (env. 7 kg/mm2) une limite d'élasticité plus élevée, une plus grande aptitude au vieillissement et une plus grande dureté et fragilité, après traitement à froid.
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Les propriétés duroissantes sont aussi influencées par la teneur en azote. Dans certaines circonstances, par exemple dans la production de certaines espèces d'acier pour outils, d'acier automatique, de tubes et de rails pour chemins de fer, certaines de ces propriétés pourraient être désirables.
Toutefois, en règle générale, elles ne le sont pas. Dans la production normale de fer marchand, la teneur élevée en azote dans l'acier au convertisseur est le plus souvt préjudiciable, particulièrement eu égard au fait que l'azote provoque une dureté et une fragilité de l'acier après traitement à froid qui sont plus élevées que celles dtautres aciers, par exemple l'acier Martin après lemême degré de traitement à froid:;
ceci est apparu comme étamt un grand désavantage pour l'acier au convertisseur, entre autres au cours de l'étirage à froid de fils et au cours de l'estampage de métal en feilles,
On a cependent constaté qu'un acier au convertisseur produit avec une teneur en azote intérieure à la normale, conformément à la présente invention, ne présente pas les propriétés spécifiques énoncées, mais est tout à fait oompa- rable avec un acier Martin de première qualité, par exemple.
Le problème de l'abaissement de la teneur en azote de l'acier au convertisseur a jusqu'à présent été résolu sur une grande échelle industrielle, d'une façon telle qu'une fois le soufflage terminé, l'aoier au convertisseur était dirigé vers un autre four de production d'acier,généralement un four à acier ouvert ou électrique, et soumis à un raffinage ultérieur dame le: four en question. Un abaissement de la teneur en azote a entre autres été obtenu au cours de cette seconde étape du processus en deux temps.
Il serait par conséquent très important au point de vue économique qu'un tel processus en deux temps puisse être évité, et qu'un acier à faible teneur en azote puisse être produit directement dams un convertisseur. Diverses suggestions pour résoudre ce problème ont déjà été faites précédemment. Par exemple, on a suggéré d'effectuer le soufflage à l'aide d'un mélange gazeux oxydant contenant peu d'azote, ou d'arriver à faire bouillir la masse fondue en ajoutait une matière oxydante une fois le soufflage terminé ou presque terminé, ce qui a pour effet d t abaisser la teneur en azote.
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La teneur en azote d'un acier qui est en équilibre avec une phase gazeuse est directement proportionnelle à la
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racine carrée de la pression partielle de 3. aamre dams le mélange gazeux. Afin d'éviter ou de retarder l'absorption de l'azote dams l'acier en ehangeamt la o#aposition de la phase gazeuse ou pour obtenir simplement un abaissement de la teneur en azote de l'scieur à.valeur pr1m1t1vamen.t plus élevée (ciénii:rat1on), il est donc nécessaire d'abaisser la teneur en azote du mélange gazeux. Dans le gaz traversait l'acier dams le convertisseur an cours d'un soufflage normal, la teneur en azote se situe environ à 70%. Afin d'obtenir une dénitration, la teneur moyenne doit être beaucoup plus basse.
Aveo des teneurs comprises entre la normale (environ
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70%) et celle qui est requise: pour la dénitration, la vitesse d'absorption de l'azote décroît d'autant plus que s'abaisse sa teneur.
Ainsi qu'il a déjà été dit, on sait qu'une basse pression partielle de l'azote dens la phase gazeuse peut
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être obtenue en influènqant la composition de l'air soufflé admis dans la convertisseur avant que l'air ne vienne en contact avec 1'acier, ce qui peut se réaliser par exemple en
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enrichissant en oxygène l'air sauf fié.
Le but de la présente invention conaiste à ne pas influencer la. compositi6n de la phase gazeuse avant qutel le ne soit entrée en 'contact avec l'acier, en l'additionnant
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d'un agmt oxydant, par exemple un minerai de,fe9 dans le convertisseur une Qu plusieurs fois au cours du soufflage.
Af1:g. d'obtenir une déni trat10n ou tout au moins une entrave considérable à llk absorption de @le azote, grâce à une telle addition, il est cependant nécessaire que, conformément à l'invention, l'alimentation en air soufflé ou en mélange air-gaz soufflé soit, au moins après l'addition, conditionnée de telle façon que l'air soufflé traverse uniquement une cer-
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taine potion de la masse fondue, tandis qa-e It autre portion n'est pas soumise à l'influence directe de l'air soufflé ou du mélange air-gaz soufflé.
Plusieurs procédés pour effectuer un soufflage par-
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tiel, conformément à l'in*ention, sont possibles* Dans un e#vertisseur muni d'un fond utilisé jusqu'ici, ce soufflage Mt
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obtenu par une inolinaison telle du convertisseur que la majeure partie de la masse fondue se trouve sur la paroi du four et qu'une plus petite partie seulement est en oontact avec le fond du four et est ainsi amené à s'écouler par l'air soufflé. On peut aussi procéder de telle façon que ltair soufflé ne soit admis qu'au travers d'une partie du fond du four et au travers de la paroi du four.
En ajoutant des agents oxydants, c'est principalement le silioium, le manganèse, le carbone et le fer et, dans une méthode basique, aussi le phosphore, qui sont oxydés.
Dans le cas de l'oxydation de carbone seulement, le produit de réaction est un gaz, ce qui permet, par son addition à la phase gazeuse, de réaliser une réduction de la pression par- tielle des composants fixes, et parmi ceux-ci l'azote.
Un facteur avantageux, quoique non déterminant du processus, consiste en ce que les teneurs des substances au. très que le carbone et le fer sont maintenues aussi basses que désirables à d'autres points de vue. En effet, leurs produits de réaction ne sont pas compris dans la phase ga- zeuse et ainsi ils ne contribuent pas à abaisser la pression partielle de l'azote.
En particulier dans le procédé Bessemer acide, il est en outre désirable, quoique non nécessaire, que les teneurs de ces substances soient faibles, car alors l'ébullition, qui est une condition de la dénitration ou de l'entrave à l'absorption d'azote, entre plus rapidement en action et son intensité devient plus forte.
Lors de l'addition d'un agent oxydant au cours d'un soufflage - normal, par exemple quand l'acier soufflé traverse pratiquement toute la masse fon.due, on n'obtient aucune dénitration malgré l'addition, sauf peut être une faible diminution de la vitesse d'absorption de l'azote. L'explioaticn- en est que le volume de ltoxyde de carbone formé par unité de temps au cours de l'oxydation, est faible par rapport au volume dtair soufflé admis dams le bain d'acier au cours du même temps et en comparaison de l'oxyde de carbone tonné à partir de celui-ci.
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Ltabaissement de la pression partielle de l'azote dans la phase gazeuse devient alors trop ,faible pour influencer considérablement la teneur en azote de l'acier. Par conséquent, une suggestion déjà comme pour abaisser- la teneur en azote au cours du soufflage Thomas en ajoutant du minerai durant la période de déphesphorisation n'apporte pas un abaissement considérable de la. teneur en azote, , Quand.l'addition de l'agent oxydant se trouve combiné avec unsoufflage partiel conformément à l'invention, les choses sont cependant différentes, car dans ce cas deux procossus d'oxydation, qui somt différents maisqui se fondent en un seul, auront lieu dans- la masse fondue.
Une partie de la masse fondue est oxydée par l'air soufflé tout autant que par l'agent oxydant ajouté spécialement. Dans une autre-partie, au travers de laquelle l'air soufflé ne passe pas, l'oxydation est provoquée essentiellement par ltagent oxydant ajouté spécialement. Il nty a pas bien entendu une limite bien tracée entre ces parties.
Dans la partie de la masse fendue mentionnée tout d'abord, la teneur en azote de la phase gazeuse est relativement élevée, et il existe-donc des facteurs pour- rendre l'absorption dtazote possible.
Dans l'autre partie de la masse fendue, la phase gazeuse consiste essentiellement en oxyde de carbone* La dénitration peut donc avoir lieu dama la phase¯en question.
Afin d'obtenir une faible teneur en azote, on veillera par conséquent à ce que la portion de la masse fondue dans laquelle l'air soufflé n'est.pas admis, soit relativement grande.
Pourtant, l'autre portion,que l'air soufflé traverse, ne doit pas être trop petite non plus car en pareil cas la vitesse d'oxydation devient trop faible. De plus, en ce qui concerne l'agent oxydant ajouté spécialement, son pouvoir oxydant est réduit si l'agitation. de la masse fendue produite par l'air soufflé arrive à ralentir*
Au cours de l'emploi de certains agents oxydants, par exemple de minerai de fer, des quantités de chaleur considé- rables sont requises pour réduire l'agent oxydant.
met appel de chaleur peut être comblé , suivamt des procédés connus précédemment, en admettant de l'air soufflé également au-desaus de la surface du bain, etest à dire en soufflant selon une
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direction oblique ou par l'intermédiaire de tuyères spécia- les dams les parois du four.
Ceci peut également s'effectuer en admettant de l'air soufflé dans le bain d'acier à une profondeur assez faible au-dessous de la surface, pour que l'oxygène de l'air soufflé n'ait pas le temps d'être consommé durant le passage à travers le bain d'acier. L'oxygène,qui est admis suivant un de des moyens au-dessus de la surface du bain d'acier.provoque la combustion partielle de l'oxyde de carbone formé à l'intérieur du convertisseur et dégage une quantité de chaleur suffisante pour la réduction sus-mentiqnnée.
Au cours du procédé suivant l'invention, on peut produire un acier au convertisseur qui possède les mêmes propriétés qu'un acide Martin d'une analyse correspondante. Au cours d'essais effectués, il a été possible de réduire la teneur en azote de l'acier au convertisseur à des valeurs qui sont caractéristiques de l'acier Martin normal.
Le procédé suivant l'invention peut évidemment être employé avec avemtage aussi lorsqu'un mélange gazeux oxydant plus pauvre en azote est insufflé au lieu d'air.
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The company known as: FAGERSTA BRUKS AKTIEBOLAG in Fagersta (Sweden). A process for producing acidic Bessemer steel or Thomas steel. low nitrogen content. International Convention Swedish patent application N 5 / .723 filed July 10, 1944.
'There is a clear difference in certain properties between acid Bessemer steel and Thomas steel obtained in a converter (hereinafter referred to as; - / at the converter) on the one hand, and the steel produced according to others. processes, for example Martin steel, on the other hand.
It appeared, following the comparative studies, that the higher nitrogen content of the steel at the converter is causing this difference in the; properties also in steel giving the same chemical analysis for the other constituents. The high nitrogen content depends on the production method. Therefore, a strong absorption of nitrogen takes place in the process usually applied so far, when the air current is; pressed through the steel at the time of blowing. This emerges clearly from the nitrogen analyzes giving the following values: Martin steel 0.003-0.007% nitrogen; converter steel 0.010-0.030% azete.
The special properties which the high nitrogen content gives to the steel in the converter compared to the Martin air are for example: higher tensile strength (approx. 7 kg / mm2) higher yield strength , a greater aptitude for aging and greater hardness and brittleness, after cold treatment.
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The hardening properties are also influenced by the nitrogen content. In certain circumstances, for example in the production of certain species of tool steel, automatic steel, railroad tubes and rails, some of these properties might be desirable.
However, as a rule, they are not. In the normal production of merchant iron, the high nitrogen content in the steel at the converter is most often detrimental, especially in view of the fact that nitrogen causes hardness and brittleness of the steel after cold treatment which are. higher than those of other steels, for example Martin steel after the same degree of cold treatment :;
this appeared to be a great disadvantage for the steel in the converter, inter alia during the cold drawing of wires and during the foil stamping of metal,
It has, however, been found that converter steel produced with an internal nitrogen content in accordance with the present invention does not exhibit the specific properties stated, but is quite comparable with premium Martin steel. , for example.
The problem of lowering the nitrogen content of the steel at the converter has heretofore been solved on a large industrial scale, in such a way that after the blowing was completed, the steel to the converter was directed. to another steel production furnace, generally an open or electric steel furnace, and subjected to subsequent refining in the furnace in question. Among other things, a lowering of the nitrogen content was obtained during this second step of the two-step process.
It would therefore be economically very important that such a two-step process could be avoided, and that a low-nitrogen steel could be produced directly from a converter. Various suggestions for solving this problem have already been made previously. For example, it has been suggested to carry out the blowing using an oxidizing gas mixture containing little nitrogen, or to get to boil the melt by adding an oxidizing material once the blowing is finished or almost finished. , which has the effect of lowering the nitrogen content.
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The nitrogen content of a steel which is in equilibrium with a gas phase is directly proportional to the
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square root of the partial pressure of 3. aamre in the gas mixture. In order to avoid or delay the absorption of nitrogen in the steel in exchange for the provision of the gas phase or to simply obtain a lowering of the nitrogen content of the sawmill to the value pr1m1t1vamen.t more high (ciénii: rat1on), it is therefore necessary to lower the nitrogen content of the gas mixture. In the gas passed through the steel in the converter during normal blowing, the nitrogen content is approximately 70%. In order to obtain denitration, the average content must be much lower.
Aveo contents between normal (approximately
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70%) and that which is required: for denitration, the rate of nitrogen absorption decreases as its content decreases.
As has already been said, it is known that a low partial pressure of nitrogen in the gas phase can
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be obtained by influencing the composition of the blown air admitted into the converter before the air comes into contact with the steel, which can be achieved for example by
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enriching the air except fied with oxygen.
The aim of the present invention conaiste not to influence the. composition of the gas phase before it has come into contact with the steel, by adding it
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of an oxidizing agent, for example an ore of, fe9 in the converter one Qu several times during the blowing.
Af1: g. to obtain a denial or at least a considerable hindrance to llk absorption of @le nitrogen, thanks to such an addition, it is however necessary that, according to the invention, the supply of blown air or air mixture. blown gas is, at least after the addition, conditioned in such a way that the blown air passes only a certain
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tain potion of the melt, while the other portion is not subject to the direct influence of the blown air or the blown air-gas mixture.
Several methods for performing blowing by-
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according to the in * ention, are possible * In an e # vertisseur provided with a bottom used until now, this blowing Mt
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obtained by a tilting of the converter such that the major part of the melt is on the wall of the furnace and only a smaller part is in contact with the bottom of the furnace and is thus caused to flow by the air breath. It is also possible to proceed in such a way that the blown air is admitted only through part of the bottom of the oven and through the wall of the oven.
By adding oxidizing agents, it is mainly silioium, manganese, carbon and iron and, in a basic method, also phosphorus, which are oxidized.
In the case of the oxidation of carbon only, the reaction product is a gas, which allows, by its addition to the gas phase, to achieve a reduction in the partial pressure of the fixed components, and among these nitrogen.
An advantageous factor, although not determining the process, is that the contents of the substances. very much that carbon and iron are kept as low as desirable from other points of view. In fact, their reaction products are not included in the gaseous phase and thus they do not contribute to lowering the partial pressure of nitrogen.
Particularly in the acidic Bessemer process, it is further desirable, although not necessary, that the contents of these substances be low, since then boiling, which is a condition of denitration or of hindering the absorption of nitrogen, kicks in more quickly and its intensity becomes stronger.
During the addition of an oxidizing agent during normal blowing, for example when the blown steel passes through practically all the molten mass, no denitration is obtained despite the addition, except perhaps a small decrease in nitrogen absorption rate. The explanation is that the volume of carbon monoxide formed per unit of time during the oxidation is small compared to the volume of blown air admitted into the steel bath during the same time and compared to the carbon monoxide toned therefrom.
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The lowering of the partial pressure of nitrogen in the gas phase then becomes too low to considerably influence the nitrogen content of the steel. Therefore, a suggestion already as to lower the nitrogen content during Thomas blowing by adding ore during the dephesphorization period does not bring a considerable lowering of the. nitrogen content,, When the addition of the oxidizing agent is combined with a partial blowing according to the invention, however, things are different, because in this case two oxidation processes, which are different but which merge into only one, will take place in the melt.
Part of the melt is oxidized by the blown air as well as by the specially added oxidizing agent. In another part, through which the blown air does not pass, the oxidation is caused mainly by the specially added oxidizing agent. There is, of course, no clear line between these parts.
In the part of the split mass mentioned first, the nitrogen content of the gas phase is relatively high, and therefore there are factors to make nitrogen uptake possible.
In the other part of the split mass, the gaseous phase consists essentially of carbon monoxide * Denitration can therefore take place in the phase in question.
In order to obtain a low nitrogen content, it will therefore be ensured that the portion of the melt into which the blown air is not admitted, is relatively large.
However, the other portion, which the blown air passes through, must not be too small either because in such a case the rate of oxidation becomes too low. Moreover, with regard to the specially added oxidizing agent, its oxidizing power is reduced if the agitation. of the split mass produced by the blown air manages to slow down *
During the use of certain oxidizing agents, for example iron ore, considerable amounts of heat are required to reduce the oxidizing agent.
demand for heat can be filled, following previously known methods, by admitting air blown also above the surface of the bath, and that is to say by blowing in a
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oblique direction or by means of special nozzles in the walls of the furnace.
This can also be done by admitting blown air into the steel bath at a shallow enough depth below the surface so that the oxygen in the blown air does not have time to be. consumed during passage through the steel bath. The oxygen, which is admitted by one of the means above the surface of the steel bath, causes the partial combustion of the carbon monoxide formed inside the converter and releases a sufficient quantity of heat for the reduction above mentioned.
In the process according to the invention, a converter steel can be produced which has the same properties as a Martin acid of corresponding analysis. During tests carried out, it was possible to reduce the nitrogen content of the steel at the converter to values which are characteristic of normal Martin steel.
The process according to the invention can obviously be used with advance also when an oxidizing gas mixture which is poorer in nitrogen is blown in instead of air.