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La présente invention est relative au traitement des métaux et alliages fondus.
Dans le traitement des métaux et alliages fondus, il est fréquemment nécessaire d'ajouter des matières solides formant des scories à la masse fondue. Par exemple, dans l'enlèvement des impuretés du fer fondu par oxydation, il est nécessaire que soient présentes des scories qui non seulement procureront un agent oxydant convenable, mais également se combineront avec les impuretés oxydées par la suite pour empêcher leur réintroduction dans le métal fondu. Des scories de composition appropriée sont
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également nécessaires pour obtenir d'autres actions chimiques et physiques. Une partie de la durée du traitement est prise par la production de ces scories, en un état convenable.
Ceci a habituel= lement été effectué jusqu'à présent en ajoutant manuellement ou mécaniquement les matières produisant les scories à la surface du métal fondu et en procurant de la chaleur sur une période de temps suivante, jusqu'à ce que les additions soient fondues, mé- langées et dans un état actif et récepteur. De plus, de la cha- leur doit être fournie pour empêcher le refroidissement du métal fondu durant le temps pendant lequel la matière formant les sco- ries est amenée à l'état fondu.
Un but de la présente invention est de procurer un procédé comprenant l'introduction de matières formant des scories sur la surface d'un bain de métal-fondu, dans lequel les matières sont chauffés et fondues immédiatement lors de leur addition au bain, en réduisant ainsi la. perte de temps pour le chauffage et la fusion des matières et en réduisant la chaleur requise pour retenir.le métal à sa température opératoire.
Suivant la présente invention, un procédé pour le traitement d'un métal ou alliage fondu comprend l'établissement d'un arc électrique entre une électrode tubulaire et la masse fondue, et l'alimentation d'ure matière formant des scories dans ou à travers l'électrode afin qu'elle passe à travers l'arc avant d'atteindre la masse fondue.
Dans leur passage à travers l'arc, les matières sont chauffées, fondues et/ou dissoutes mutuellement, et/ou rendues plus réceptrices par rapport aux impuretés oxydées qu'elles sont destinées à retenir.
Lorsqu'une électrode creuse est utilisée suivant la présente invention, l'arc est plus concentré directement sous 1'éectrude que dans le cas d'une électrode pleine habituelle.
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Cette aire se trouvant directement sous 1'électrode est une aire de grande turbulence et .de température élevée et elle est en con- séquence spécialement utile pour aider à la formation d'une scroite Les matières formant des scories atteignent la masse fondue dans cette aire et sont, de ce fait, très rapidement fonaues et amenées en contact intime avec le métal. Un autre avantage du procédé de la présente invention est que les constituants de la matière formant des scories peuvent être intimement mélangés avant de pé- nétrer dans l'électrode. Cela permet la production d'une scorie uniforme en un temps plus court que ce n'est possible avec des méthodes courantes.
Dans le procédé de la présente invention, on préfère utiliser une électrode creuse de faible vitesse ou taux de con- sommation ou d'usure, c'est-à-dire une électrode réalisée en une matière, telle que le graphite, qui, en fonctionnement, est con- sommée très lentement comparativement, par exemple, avec une électrode d'acier qui est rapidement fondue à la température de l'arc-.-La matière formant des scories, sous forme pulvérulente ou granulaire, peut être fournie à travers une telle électrode,.en suspension dans un gaz porteur. Ou bien, elle peut être alimentée mécaniquement par gravité à travers l'électrode, le mouvement étant aidé, si on le désire, par un courant de gaz porteur.
Dans une autre variante, la matière peut être bourrée dans un tube qui sera rapidement fondu dans l'arc, un courant de gaz étant passé entre le tube et la paroi interne de l'électrode, si on le désire.
Lorsqu'un gaz porteur est utilisé, le gaz circulant à travers l'électrode creuse est rapidement chauffé et se dilate lors de son passage à travers l'arc, et sert ainsi à entraîner la matière formant les scories, fondue dans l'arc, dans l'aire de haute turbulence et de haute température existant en dessous de l'éle.ctrode. Le mélange rapide et efficace de la matière formant
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les scories et du métal du bain ainsi obtenu mène à un affinage efficace et est spécialement de valeur dans la fabrication d'acier au four électrique, dans laquelle le facteur temps-est d'extrême importance. De plus, le courant de gaz à travers l'électrode aide au transfert de chaleur de l'électrode au métal ét ainsi au maintien du bain de métal'à.la température opératoire correcte.
Des exemples de gaz porteurs convenables sont l'azote, l'argon, l'hélium, l'anhydride carbonique, l'oxyde de carbone, l'hydrogène, la vapeur d'eau, le méthane, et des mélanges gazeux, tels que le gaz de haut-fourneau, le gaz de gazogène, le gaz de four à coke, le gaz à l'eau, le gaz naturel, et des mélanges de ceux-ci.
Dans une autre méthode de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, la matière formant desscories, sous for- me granulaire ou pulvérulente est bourrée dans une électrode tu- bulaire se consommant rapidement, réalisée, par exemple, en feuil- le ou tube d'acier. De la sorte, comme'en fonctionnement l'élec- trode se consume , la matière est libérée ét tombe à travers l'arc vers la surface de la masse fondue.
Les matières formant dès-scories de la.présente in- vention peuvent comprendre des fondants et des agents' oxydants.
C'est ainsi, par exemple, que, lorsque la présente invention est appliquée à la fabrication d'acier dans un four électrique, la matière formant des scories peut comprendre de la chaux, de la pirre à chaux, de l'oxyde de fer comme minerai, des écailles de fer, de la poussière de convertisseur, ou des fumées, du spath fluor et de la bauxite.
L'addition de la matière formant les scories à la masse fondue peut être poursuivie aussi longtemps que nécessaire.
Si on le désire, on peut employer plus d'une électrode creuse, et on peut utiliser une ou plusieurs électrodes creuses en combinaison avec une ou plusieurs électrodes pleines courantes.
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L'invention, sera décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 montre,en coupe schématique,une forme de réalisation d'appareil destiné à être utilisé dans le procédé de la présente invention.
La figure 2 illustre une autre méthode d'alimentation des matières formant des scories, à travers l'électrode, creuse de la figure 1.
La figure 3 montre une autre forme d'électrode creuse destinée à être utilisée dans 1'appareil de la figure 1.
En se référant à la figure 1, l'appareil comprend un four électrique habituel 10 à travers la voûte duquel passent deux électrodes de charbon 11 et 12.' L'électrode 11 est une tige pleine habituelle, tandis que l'électrode 12 est de forme tubu- laire. L'intérieur de l'électrode 12 est connecté par son extré- mité extérieure, à l'aide d'un tube ou tuyau 13, à une chambre d'injection 14 à laquelle la matière formant les scories est ali- mentée continuellement @ depuis une trémie 15 grâce à un dispositif d'alimentation à vis 16 actionné par un moteur à vi- tesse variable 17. Un gaz porteur est alimenté à la chambre 14 par un tube 18 qui se termine dans la chambre 14 par une tuyère d'injection 19. Le courant de gaz porteur alimenté par le tube 18 est réglé par une vanne 20.
Les électrodes 11 et 12 sont connectées à une alimen- tation de puissance convenable par des moyens non représentés à la figure 1. Les moyens peuvent comprendre un conducteur 21 connec- té à une bague électriquement conductrice 22 entourant et en con- tact électrique avec l'électrode, comme montré aux figures 2 et 3.
En fonctionnement, des ;arcs sont d'abord établis entre les électrodes 11 et 12 et la charge de métal se trouvant dans le four 10 La matière formant des scories pulvérulente péné-
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trant dans la chambre 14 est entraînée dans le courant de gaz por- teur quittant la tuyère 19 et est emportée en suspension dans le gaz port.eur par le tube 13 dans l'intérieur de l'électrode 12 et, de là, à travers l'arc vers la masse fondue. Dans son passage à travers l'arc, la matière est chauffée et fondue, et elle atteint la masse fondue dans un état : actif.
Afin d'ilustrer les avantages du procédé de la pré- sente invention, deux expériences ont-été réalisées en utilisant le four de la figure 1. Dans la première expérience, l'électrode 12 était remplacée par une tige solide habituelle identique à l'électrode 11. Le four était chargé de 100 livres de déchets d'acier et fonctionnait à 100 volts et à 600 ampères. La charge était totalement fondue en 40 mincîtes. Un échantillon était pré- levé et, à l'analyse, on trouvait qu'il contenait 0,45% de car- bone, 0,30% de silicium, 0,05% de phosphore et 0,065 de soufre.
Les matières formant les scories consistant en 2,5 livres de minerai de fer, 2,5 livres de chaux et 0,5 livre de spath fluor étaient chargées sur la surface de la masse fondue et le chauffage était repris pendant une période de 30 minutes, durant laquelle une scorie fluide était formée et l'affinage de la masse fondue s'effectuait. Un second éch.antillon était ensuite prélevé et on trouvait qu'il contenait 0,22% de carbone, 0,10% de silicium; 0,02% de phosphore et 0,05% de soufre. La scorie était ensuite enlevée sur une période de 5 minutes et une seconde addition de matières formant des scories était réalisée, qui consistait en 2,5 livres de chaux et 0,5 livre de spath fluor. Après chauffage pendant une nouvelle période de 10 minutes, une scorie active flui de était formée.
On ajoutait ensuite 0,5 livre de ferro-silicium broyé à la scorie. Un nouveau chauffage pendant 20 minutes était ensuite prévu pour achever l'affinage. Un échantillon était ensuite
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prélevé et on trouvait qu'il contenait 0,23% de carbone, 0,15% de silicium, 0,025 de phosphore et 0,025% de soufre.
On réalisait ensuite une seconde expérience en utili- sant l'appareil de la figure 1 avec. l'électrode tubulaire 12 mise en place. Le processus de la première expérience était répété exactement, sauf que dans les opérations de formation de scories, les matières étaient broyées à une dimension d'environ 100 mail- les, mélangées dans les proportions désirées et introduites dans la masse fondue, par l'électrode tubulaire suivant la présente invention '. Les matières pulvérulentes étaient introduites à une vitesse de 2 livres par minute, en utilisant de l'azote comme gaz porteur à un taux de 2 pieds cubes par minute. Vingt minutes après la première addition formant des scories, un échantillon était prélevé et on trouvait qu'il contenait 0,18% de carbone, 0,09% de silicium 0,015% de phosphore et 0,06% de soufre.
Après une se- conde addition, formant des scories, le ferro-silicium était immé- diatement ajouté directement à la surface et 20 minutes plus tard, on prélevait un échantillon et on trouvait qu'il contenait 0,20% de carbone, 0,17% de silicium, 0,018% de phosphore et 0,02% de soufre .
En comparant les deux expériences, an verra que . le procédé suivant la présente invention produisant des résultats égaux ou meilleurs en ce qui concerne l'affinage, avec une écono- mie totale de temps de 20 minutes sur une durée totale pour le procédé habituel de 105 minutes. L'économie de puissance électri- que était également d'environ 15 à 20% qui, traduite à une pra- tique normale à grande échelle, représentait une économie d'envi- ron 90 à 150 KWH par tonne d'acier préparée suivant la présente invention.
Une autre méthode d'alimentation de la matière formant des scories à la masse fondue suivant l'invention est montrée à la figure 2. Dans cette forme de réalisation, le tube 13 est dé
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connecté et la matière pulvérulente est alimentée à travers l'é- lectrode tubulaire 12 en étant bourrée dans un tube à paroi mince 23 réalisé en une matière qui est rapidement détruite dans l'arc.
Le tube 23 est d'un diamètre plus petit que le diamètre interne de l'électrode 12 pour faciliter l'alimentation de ce tube 23 et, si on le désire, un courant de gaz porteur peut être envoyé à tra- vers l'électrode tout autodru tube 23, et ce en reliant l'extré- mité extérieure de l'électrode à une alimentation de gaz. Ce cou- rant de gaz aide à la décharge du tube fondu 23 et de.son contenu sur la surface de la masse fondue.
Comme variante de l'utilisation d'une électrode creu- se de faible taux d'usure, l'électrode 12 peut être remplacée, comme montré à la figure 3, par une électrode tubulaire 24 réalisée est en une matière, telle que de l'acier, qui/rapidement détruite dans de. l'arc, et dans laquelle l'électrode 24 est bourrée/la matière fai- sant des scories, sous forme pulvérulente ou granulaire.
L'utilisation du procédé de la présente invention pour la production rapide d'une scorie fondue n'est pas limitée aux procédés métallurgiques ferreux ni aux procédés dans lesquels l'arc constitue le processus normal de fusion du métal.Par exemple, un convertisseur du type Bessemer peut être rempli de fer de la manière normale et une scorie oxydante fluide peut être alors amenée sur la surface du métal fondu par le procédé de la présente invention, en utilisant une électrode tubulaire et un agencement de fourniture de matière formant des scories, transpor- taoles, des connexions électriques convenables étant faites via la sole du convertisseur ou une autre électrode au voisinage ou sur la surface du bain de métal.
De cette manière, des réactions, telles qu'une déphosphorisation, peuvent être obtenues au début du soufflage normal, au lieu d'avoir à attendre l'enlèvement du carbone et la formation subséquente d'une scorie oxydante, comme
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dans le procédé normalement mis en pratique.
REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de métaux et d'alliages fon- dus, comprenant l'établissement d'un arc électrique entre une élec trode tubulaire et la masse fondue et l'alimentation d'une matiè- re formant des scories dans ou à travers l'électrode afin qu'elle passe à travers l'arc avant d'atteindre la masse fondue.