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L'invention a trait à un procédé d'affinage de fonte dont la teneur en silicium est inférieure à 0,5%, par l'emploi d'oxygène ou d'air enrichi d'oxygène comme gaz de soufflage. Ce procédé concerne tout par- ticulièrement la déphosphoration d'une pareille fonte, c'est-à-dire la production d'un acier contenant moins de 0,050% de phosphore.
Il existe des procédés d'affinage de la fonte au moyen d'oxy- gène dans des convertisseurs, dans lesquels l'oxygène est soufflé sur la surface de la masse en fusion par une tuyère placée au-dessus de cette surface. Les adjuvants, tels que la chaux par exemple, nécessaires à la scorification des substances mélangées au fer, sont incorporés au bain au début ou au cour du procédé de soufflage. Dans ces procédés con- nus, la réaction se produit de telle manière, qu'après allumage et forma- tion d'un centre de réaction limité et surchauffé à la surface de la masse liquide, le silicium et la majeure partie du manganèse sont brillés pen- dant les premières minutes du processus.
Cela donne lieu simultanément à la production d'un fort excédent de chaleur, à une augmentation de tem- pérature de la fonte et à une liquéfaction partielle des substances scori- fiantes. La combustion du carbone commence en même temps que celle du silicium, continue de façon régulière et constante tant que le bain con- tient encore du carbone, et provoque un brassage intensif de la masse par suite du dégagement des produits gazeux de la réaction, tels que l'oxyde de carbone par exemple. Ce brassage de la masse est absolument nécessaire pour assurer l'évolution adéquate de la réaction d'affinage, parce que les courants de convexion continus qui s'établissent entre les parties affinées et les parties non encore affinées, empêchent qu'il se produise des phénomènes de sur-affinage et qu'il se constitue un excès d'oxygène dans le bain.
Alors que les susdites réactions se conçoivent aisément et sont relativement faciles à contrôler au point de vue de leur comportement métallurgique, il est par contre fort difficile de provoquer une sco- rification du phosphore. Les efforts doivent tendre à faire débuter la déphosphoration le plus tôt possible et à la terminer avant la période de décarbonisation, car le brassage du bain cesse dès que le carbone est brûlé.
Il est vrai que le phosphore se laisse scorifier plus facilement après enlèvement du carbone, mais ce procédé de "soufflage secondaire" comporte de sérieux désavantages surtout au point de vue de la qualité de l'acier. La combustion du phosphore entraîne notamment la combustion simultanée d'une trop grande quantité de fer, les scories contiennent trop de FeO et le bain lui-même contient en dissolution une proportion inadmissible de FeO provenant des interactions d'équilibre flux/scories. I1 en résulte un danger de métissage, de consistence cassante et de diminution de la résistance à la corrosion.
Des charges dont,,on n'a pas réussi à retirer la majeure partie du phosphore pendant la période de décarbonisation, sont inutilisables dans les applications qui exigent des aciers de haute qualité. Il arrive même fréquemment qu'elles doivent être simplement retransformées en mitraille.
Pour surmonter ces difficultés, on a déjà proposé d'ajouter au bain de fusion, en même temps que les matières calcaires ou immédiatement après celles-ci, des oxydes minéraux. La présence d'oxydes de fer favorise la formation des scories ferri-calciques basiques pouvant entrer en réaction et capables de déclencher une déphosphoration rapide. Ce procédé bien connu exige toutefois un fort excédent de chaleur, du fait qu'il s'agit d'une réaction endothermique. Les scories ferricalcaires ne sont à même d'absorber le phosphore que lorsqu'elles sont très fortement chauffées et relativement coulantes.
Si ces conditions ne sont pas suffisamment remplies, ce qui peut être le cas lorsque la fonte ne contient pas suffisamment de matières chimi- co-calorifiques, tels que le silicium et le manganèse, cette addition d'oxydes minéraux ne conduit pas au résultat désiré. Le refroidissement intensif résultant de cette addition de minerais provoque au contraire un fort accroissement de la viscosité des scories liquides et conduit non seulement à des échecs au point de vue de la déphosphoration, mais à un déséquilibre de toutes les réactions métallurgiques.
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La présente invention a pour but de provoquerla déphosphora- tion de la fonte à faible teneur en silicium, et qui ne répond donc pas aux conditions nécessaires à une scorification du phosphore au moyen de chaux ferrique. La fabrication d'acier à faible teneur en phosphore à partir d'une telle fonte s'était avérée jusqu'ici impossible à réaliser par un procédé de soufflage, ou ne pouvait être obtenue que par soufflage secondaire après enlèvement du carbone, ce qui entraînait toutefois les divers inconvénients mentionnés ci-dessus. Si donc on parvient à produire la déphosphoration de fontes à faible teneur en silicium au moyen d'un procédé d'affinage par soufflage, cela constituera un grand progrès de la technique.
La présente invention décrit un pareil procédé. Il est basé sur la notion assez imprévue, que la déphosphoration peut aussi être pro- duite par des scories silico-calcaires très coulantes de basicité déter- minée et dont la formation n'exige pas d'apport excédentaire d'énergie ca- lorifique. Conformément à l'invention, de pareilles scories sont obtenues par addition de corps siliceux au bain de fusion après que l'on ait ajouté comme d'habitude l'appoint de calcaire, au début ou partiellement pendant le processus d'affinage.
Alors que les points de fusion de CaO et de SiO2 purs se situent aux environs de 2600 C et 1800 C respectivement, le mé- lange de ces substances aux autres composantes des scories, tel que du FeO donne naissance à un flux qui est déjà suffisamment coulant aux environs de 1400 à 1500 C . On obtient les meilleurs résultats au point de vue du pouvoir de réaction, lorsque les scories ont une teneur d'environ 10 à 18% en SiO2. C'est dans ces conditions qu'on obtient à la fois la basi- cité suffisante à la scorification du phosphore, et la liquéfaction suffi- sante des scories.
Comme dans l'affinage de fonte dont la teneur en sili- cium est inférieure à 0.5%, on ne peut obtenir par oxydation qu'un maximum de 8% de SiO2 dans les scories (par addition de 5% de chaux par exemple). l'invention prévoit une addition de substance siliceuse en telle quantité qu'elle donne lieu à une teneur de 10 à 18% dans les scories. Comme matiè- re siliceuse on peut prendre des minerais contenant du SiO2, du sable quartzique ou d'autres substances semblables. Il est toutefois également possi- ble de doter le bain de la quantité voulue de silicium en y ajoutant celui- ci sous forme de ferro-silicium que la combustion transforme immédiatement en FeO et SiO. La chaleur dégagée au cours de ce processus conduit à une augmentation 2de température du bain et constitue donc un effet supplémentai- re.
De ce fait, il est possible, par le procédé conforme à l'invention, de transformer en acier à faible teneur en phosphore des fontes brutes qu'il eut été jusqu'ici impossible de traiter par un procédé de soufflage à cause de leur trop faible pouvoir chimico-calorifique.
L'exemple suivant décrit le procédé d'affinage conforme à l'in- vention, étant bien entendu, que les données, les conditions et les autres détails mentionnés dans cet exemple ne sont nullement limitatifs.
Exemple.
Une charge de 14.000 kg de fonte brute en fusion, contenant 4.20% C, 0,34% Si, 2,10% Mn, 0,135% P et 0,038% S fut versée dans un convertisseur piriforme, et additionnée d'une quantité de 2300 kg de mitraille dont la ccm - position comprenait 0,20% C, 0,50% Mn,0,050% P, 0,04% S, des traces de Si, le restant étant du fer. Une tuyère raccordée à une source d'oxygène était disposée au haut du convertisseur,-en position centrale au-dessus de la sur- face du bain. L'oxygène utilisé avaut une pureté minimum de 98% 02. La dis- tance de la tuyère à la surface du métal en fusion comprenait environ 50 cm, et l'oxygène était amené à une pression d'environ 8 atm.
Dans ces condi- tions, le jet ayant subi une détente à la sortie de la tuyère venait frapper la surface de la masse en fusion avec une pression d'environ 0,5 atm, con- stituant ainsi un centre de réaction à très haute température, couvrant en- viron 1/25 de la surface totale.
Après qu'on eut ajouté au bain 750 kg de CaO nécessaires à la
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formation des scories, le jet d'oxygène fut dirigé sur la surface du métal en fusion ce qui donna lieu à un brassage uniforme de la masse par dégage- ment de CO. Après deux minutés de -soufflage, 80 kg de SiO2 sous forme de sable furent ajoutés à la charge, ce qui donna lieu à la formation de sco- ries très coulantes, propres à la réaction, convenant à l'absorption du phosphore contenu dans le bain. De la onzième à la quatorzième minute de soufflage, on ajouta par petites portions 200 kg de CaCO Quelques minutes plus tard, le dégagement de gaz diminua, ce qui indiquait que le car- bone contenu dans le bain était presqu'entièrement brülé.
A la fin du dé- gagement gazeux, la charge ainsi traitée avait la composition suivante : 0,05% C, 0,035 Mn, 0,020% P, 0,022% S, des traces de Si, le restant étant du fer. On voit donc que le phosphore contenu originellement dans la charge a été absorbé par les scories pendant la période de décarbonisation
La composition des scories et du bain de métal vers la fin du processus de soufflage a été déterminée en fonction de la quantité et de la nature des corps siliceux par de nombreuses séries d'analyses. On a ainsi trouvé qu'il existe une certaine proportionnalité entre la teneur en SiO2 et en fer des scories et la teneur en phosphore du bain de fusion.
Les résultats correspondants sont exposés dans le tableau suivant :
Composition des Scories.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Teneur <SEP> en <SEP> fer <SEP> % <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> SiO2% <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> phosphore <SEP> dans
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> le <SEP> métal <SEP> %
<tb> 17 <SEP> 14 <SEP> 0.015
<tb> 16 <SEP> 14 <SEP> 0. <SEP> 020
<tb> 15. <SEP> 8 <SEP> 15 <SEP> 0.022
<tb> 15 <SEP> 15 <SEP> 0. <SEP> 025
<tb> 14 <SEP> 16 <SEP> 0.035
<tb> 13 <SEP> 17 <SEP> 0.045
<tb>
Ces résultats d'essai démontrent clairement que pour une teneur en SiO2 de 14 à 17% dans les scories, la teneur en fer ne comporte que 12 à 17% et que ces scories conviennent parfaitement à une très large déphosphoration. Ce résultat est d'autant plus surprenant que dans une déphosphoration habituelle avec des scories ferri-calcaires, la teneur en fer dépassait toujours 18%.
Si l'on remplace le SiO2 par du ferrosilicium en guise de substance siliceuse, le processus de soufflage se déroule de manière fort semblable. La différence réside toutefois dans le fait que les scories deviennent plus rapidement très coulantes, parce que le ferro-silicium prend part à la réaction de manière exothermique.
Le procédé conforme à l'invention peut encore être avantageusement modifié par l'addition de substances que l'on connaît comme étant capables de constituer un flux, et qui ont la propriété d'abaisser le point de fusion, telle que le spath-fluor ou la bauxite comme substances de scorification, le domaine d'application de l'invention en étant élargi d'autant.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé d'affinage de fonte dont la teneur en silicium est inférieure à 0,5%, par soufflage d'oxygène ou d'air enrichi d'oxygène sur le bain de fusion, et addition de substances scorifiantes dans lequel la température nécessaire à la liquéfaction des scories est obtenue par combustion des additifs du fer et d'une partie du fer lui-même, caractérisé par le fait,qu'en vue de former des scories très coulantes se prêtantà la réaction, on ajoute au bain, après ou en même temps que la quantité voulue de calcaire, des corps siliceux.