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Publication number: BE509791A
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Description


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  PROCEDE DE F-ABRICATION DE   L'ACIER   PAR REDUCTION   D'OXYDE   DE FER. 



   Cette invention a pour objet un procédé de fabrication de l'a- cier présentant une certaine corrélation avec l'objet d'un brevet jumeau ap- partenant à la même Société et ayant pour titre "Pièce en acier de densité déterminée et son procédé de production". 



   La pratique industrielle normale communément suivie à l'heu- re actuelle dans la fabrication de l'acier comprend un grand nombre d'opéra- tions et une phase de fusion de l'acier. 



   Le procédé qui fait l'objet de l'invention, consiste en vue de la fabrication d'acier, à enfermer une masse de particules relativement fines d'un oxyde de fer, à chauffer cette masse à une température de réduc- tion inférieure à la température de fusion du fer métallique, à soumettre cette masse à l'action d'un agent réducteur tandis qu'elle se trouve à la tem- pérature de réduction jusqu'à ce que la masse soit complètement réduite à l'é- tat de fer métallique, à introduire du carbone dans le fer métallique avant de laisser refroidir ce dernier pour donner naissance à un acier cellulifère ayant une teneur en carbone prédéterminée, à maintenir la température à peu près constante mais à une valeur inférieure au point de fusion de l'acier qui se forme pendant l'introduction du carbone dans le fer métallique,

   afin de favoriser un liaisonnement convenable entre les diverses particules d'acier, puis à soumettre l'acier à un traitement capable de lui donner une forme sen- siblement non cellulifère. 



   D'autres particularités du présent procédé découlent de la suite de cette description et du dessin annexé. 



   - La figure unique de ce dessin est une micro-photographie de la structure après attaque d'un acier fabriqué par le présent procédé, avec un grossissement égal à 500, cet acier ayant une teneur en carbone éga- 

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 le à 0,35% et une densité égale à 7,2 gr. par cm3. 



   Suivant l'invention, on enferme une masse de particules re- lativement fines d'oxyde de fer et on soumet la masse à des conditions de ré- duction suivant la pratique communément suivie en matière de réduction. 



  C'eat ainsi par exemple qu'on peut entourer la masse de coke et de pierre à chaux dans la proportion de 100 parties d'oxyde de fer pour 36 parties de co- ke et 4 parties de pierre à chaux (en poids). On place dans un récipient convenable la masse formée par les particules d'oxyde de fer, par le coke et par la pierre à chaux, et on la chauffe de façon convenable jusqu'à une température de l'ordre de 1065 Ce On maintient la masse à une température élevée pendant un laps de temps appelé   ici   "temps de maintien", qui se com- pose d'une période dite de réduction et d'une période dite de contrôle ou de commande.

   La période de réduction commence au moment où la masse a atteint la température de réduction prédéterminée et se prolonge jusqu'à ce que la masse d'oxyde de fer ait été réduite à l'état de fer métallique sous la forme de fer spongieux qui dénote ce qu'on appelle en métallurgie la "réduction com- plète". En fait, les techniciens entendent par "réduction complète" une ré- duction de l'ordre de   98%   à 100%. Dans tous les cas   où,   comme on le suppose dans la présente description, on utilise de l'oxyde de carbone comme agent réducteur,la teneur en carbone du fer métallique commence à s'élever un peu avant que la réduction complète ne soit atteinte.

   La période dite "de con- trôle" ou de "commande" s'étend depuis le point de réduction complète jusqu'à la fin du temps de maintien; elle sert à déterminer la teneur en carbone de l'acier cellulifère résultant. 



   Les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater que la densité de l'acier qu'on fabrique ainsi est également affec- tée par la durée de la période de commande et aussi par la température à la- quelle l'opération est conduite pendant cette période de commande. Cette tem- pérature doit à un moment quelconque être inférieure à la température de fu- sion de l'acier à n'importe quel moment, mais doit être supérieure à 730 C environ. En règle générale, la température pendant la période de commande doit être cependant inférieure à 1230 C environ, cette valeur étant légère- ment inférieure au point de fusion de l'acier contenant 1,4% de carbone. Il est également désirable de maintenir la température de réduction au-dessous de cette valeur pour éviter un risque de fusion quelconque pendant la totali- té du temps de maintien.

   On traite ensuite à chaud l'acier cellulifère résul- tant, afin de développer les propriétés et la densité de l'acier convention- nel 
La micro-photographie qui constitue le dessin annexé montre avec un grossissement de 500 une structure normale d'acier ayant une teneur en carbone égale à   0,35 %   environ. Les zones noires représentent du métal   perlitique,   et les   zones   blanches de la ferrite. La masse contient quelques particules solides (noires) d'impuretés telles que de la silice. 



   Cette vue est une coupe d'un échantillon d'acier qui a été préparé en tassant des battitures ou des déchets ayant une grosseur de grain de 0,175 mm dans des tubes en papier ayant un diamètre égal à 37,5 mm, et en plaçant 31 kg,5 environ de ces tubes ainsi chargés dans un mélange de 18 kg environ de braise de coke fine et de 1 kg,8 environ de pierre à chaux fine- ment broyée. Le récipient est constitué par un moufle en métal fermé hermé- tiquement pour être à peu près rigoureusement à l'abri de l'air. On maintient ce moufle à une température approximative de 1065 C pendant 24 heures. 



   Les barres d'acier   cellulifère   qu'on recueille ont une te- neur én carbone égale à 0,35% et une densité de 3,2. On étanchéise la sur- face de ces barres en les estampant légèrement, de manière à réduire au mini- mum l'oxydation pendant le réchauffement ultérieur. 



   On chauffe ensuite les barres ayant un diamètre approximati- vement égal à 28 mm. jusqu'à une température de 870 C et on les forge au mar- 

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 teau-pilon à vapeur de façon à amener leur section droite à une valeur de 12 mm,5 sur 6 mm,25 environ. Les vides existant dans les barres ont été sensiblement éliminés comme cela est mis en évidence.par la micro-photogra- phie en question et aussi par le fait que la densité à augmenté de 3,2 à 7,2. Après le travail à haud dont il vient d'être parlé, l'acier est com- parable aux aciers qu'on trouve sur le marché industriel, qui ont la même teneur en carbone et qui sont produits par les méthodes standard en usage à l'heure actuelle. 



   On peut utiliser n'importe quelle méthode de travail bien connue comme le laminage, le forgeage par estampage, le martelage, l'embou- tissage ou les opérations équivalentes. Bien qu'il soit préférable que l'acier cellulifère soit travaillé dansune atmosphère non oxydante pendant le maintient de sa température après le cycle de réduction, il est évident que le travail en question peut être effectué après un chauffage séparé. 



   L'invention englobe également la production des aciers alliés. Dans le cas d'oxydes métalliques subissant la réduction avec la même facilité que l'oxyde de fer, pour l'agent réducteur particulier indi- qué et à la température mentionnée, on peut mélanger les oxydes de ces mé- taux selon les proportions désirées avec les particules d'oxyde de fer avant la réduction de ces dernières. Pendant le processus, ces oxydes sont réduits à l'état de métal capable de s'allier avec le fer. Parmi les exemples d'oxy- des de ce genre qui sont utilisables on peut mentionner l'oxyde de vanadium et l'oxyde de cobalt. 



   Toutefois, dans certains cas, l'introduction de l'élément d'alliage sous la forme d'un métal au stade initial du processus est plus avantageuse. Les éléments d'alliage en question doivent être introduits sous la forme d'une poudre métallique mélangée à l'oxyde de fer. Cette modi- fication convient particulièrement bien à l'incorporation d'éléments d'allia- ge tels que le manganèse et le chrome. Le mode particulier-d'introduction de l'élément d'alliage employé dépend des conditions de la réduction, qui sont choisies pour opérer la réduction de l'oxyde de fer, et de leur effet sur l'é- lément d'alliage ou sur ses composés. 



   Il existe une catégorie supplémentaire' d'éléments d'alliage tels que le tungstène, pour lesquels on ne peut introduire l'élément que sous la forme d'une poudre métallique mélangée à l'oxyde de fer. 



   .Les.,détails de réalisation du procédé en question peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalen- ces techniques.

Claims

REVENDICATION So 1. - Procédé de fabrication de l'acier consistant, en com- binaison, à enfermer une masse de particules relativement fines d'un oxyde de fer, à chauffer cette masse à une température de réduction inférieure à la température de fusion du fer métallique, à soumettre cette masse à l'action d'un agent réfucteur tandis qu'elle se trouve à la température de réduction jusqu'à ce que la masse soit complètement réduite à 1/état de fer métallique, à introduire du carbone dans le fer métallique avant de laisser refroidir ce dernier pour donner naissance à un acier cellulifère ayant une teneur en car- bone prédéterminée,

à maintenir la température à peu près constante mais à une valeur comprise entre 730 C et le point de fusion-de l'acier formépar l'introduction de carbone dans le fer métallique afin de favoriser un liai- sonnement convenable entre les diverses particules d'acier, puis à soumettre l'acier cellulifère à un traitement à chaud capable de lui donner une forme sensiblement non cellulifère.

2. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendi- <Desc/Clms Page number 4> cation 1, caractérisé en ce qu'on traite à chaud l'acier cellulifère dans une atmosphère non oxydante avant que cet acier cellulifère ne se soit re- froidi.

3. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'on laisse l'acier cellulifère se refroidir dans une atmosphère non oxydante, on réchauffe l'acier cellulifère et on le traite à chaud jusqu'à ce qu'il prenne une forme sensiblement non cellulifère.

4. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'on ajoute un élément d'alliage à l'oxyde de fer avant la réduction de ce dernier, cet élément d'alliage se présentant sous une forme lui permettant d'être modifié par les conditions de réduction im- posées à l'oxyde de fer pour former un métal d'alliage, et de s'allier ensui- te à l'acier en cours de formation.

5. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'on ajoute un métal d'alliage sous la forme de poudre métallique à la masse de particules d'oxyde de fer avant leur réduc - tion.

6. - Procédé de fabrication de l'acier, consistant à réduire une masse de particules relativement fines et tassées d'un oxyde de fer pour obtenir du fer métallique, à introduire une quantité prédéterminée de carbo- ne dans le fer métallique à une température comprise entre 730 C et 1230 C mais inférieure au point de fusion de l'acier cellulifère ainsi formé, puis à traiter à chaud l'acier cellulifère pour lui donner une forme sensiblement non cellulifère.

7. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendi- cation 6, consistant à effectuer la réduction de manière à obtenir du fer spon- gieux et à introduire le carbone dans ce fer spongieux pendant un laps dé temps prédéterminé afin d'obtenir un acier cellulifère ayant une teneur en carbone prédéterminée.

8. - Procédé de fabrication de l'acier suivant la revendica- tion 7, consistant à réduire un mélange bien tassé d'oxyde de fer finement divisé et d'un élément d'alliage dans une atmosphère réductrice pour lui don- ner la forme d'une masse de fer spongieux renfermant ledit élément d'alliage et à traiter ce fer et l'élément d'alliage en vue de sa transformation en acier.