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La présente invention est relative au traitement des métaux et des alliages fondus.
Dans le traitement des métaux et alliages fondus, il est fréquemment nécessaire d'ajouter des matières solides au bain de,métal fondu, comme moyen de réduction ou d'élimination de l'oxy- dation excessive et/ou de réglage de la composition du métal, sui- vant les désirs. Par exemple,'dans l'enlèvement des impuretés hors du fer fondu par oxydation, de telle matières peuvent-être ajoutées après que le traitement oxydant a été effectué au degré désiré. Lorsque de tels désoxydants ou addition d'alliage doivent
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être ajoutés à la masse fondue, de telles additions ont été faites jusqu'à présent en introduisant la matière sous forme granulaire ou de blocs sur la surface du métal fondu par des moyens mécani- ques ou manuels.
Cette méthode d'introduction de ces matières les expose à une perte importante par oxydation ou par réaction avec la scorie présente et comme les matièresemployées, spécialement si elles sont des additions d'alliage, sontsouvent de prix rela- tivement élevé, il est désirable qu'une telle perte soit réduite au minimum. A- ce stade de la fabrication d'acier, spécialement dans la fabrication au four électrique, il est également essen- tiel que le métal fondu soit énergiquement agité ou brassé durant toutes les phases de désoxydation, de décarburation ou de désulfu- ration et durant l'addition finale de matières d'alliage, afin d'empêcher l'effet bien connu de formation de couches dans le bair et d'augmenter la vitesse de réaction entre le métal et la scorie.
De plus, on perd du temps pour la fusion de la¯ matière solide, et de la chaleur doit être fournie pour empêcher le refroidissement du métal fondu durant la période de temps pendant laquelle la matière solide est en cours de fusion.
Un but de la présente invention est de procurer un procédé d'introduction des matières désoxydantes et d'alliage sur la surface d'un bain de métal fondu, dans lequel les matières sont chauffées et fondues immédiatement lors de leur addition au bain, en réduisant ainsi la perte de temps pour le chauffage et la fusion de la matière et en réduisant la chaleur requise pour maintenir le métal à sa température opératoire.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé dans lequel la perte de matière de valeur par oxydation ou réac- tion avec la socrie est sensiblement réduite.
Un autre but encore de l'invention est de réduire "l'effet de formation de couches ou statification, spécialement dans les fours électriques.
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Suivant la présente invention, un procédé de traite- ment d'un métal ou alliage fondu comprend l'établissement d'un arc électrique entre une électrode tubulaire et la masse fondue) et l'alimentation de la matière désoxydante et/ou d'alliage dans ou à travers l'électrode de sorte qu'elle passe à travers l'arc avant d'attèindre la masse fondue.
Lors de leur passage à travers'l'arc., les matières sont chauffées et fondues.
Lorsqutne,électrode creuse est utilisée suivant.la présente invention, l'arc, est plus concentré directement sous l'électrode que dans le cas de l'électrode pleine habituelle.
Cette aire-se-trouvant directement en dessous de l'électrode est une aire dehaute turbulence et de haute température. Du fait de ' la turbulence du bain de métal en dess'ous de l'arc, le danger de perte de matière par oxydation ou réaction avec la s-corie est considérablement réduit. Ce danger peut être réduit'encore par , l'utilisation d'un gaz inerte pour protéger les matières, comme décrit ci-après.
Dans le procédé de la présente invention, on,préfère utiliser une électrode creuse de faible taux ou vitesse de con- sommation ou d'usure, c'est-à dire, une électrode réalisée'en une matière, telle que le graphite, qui en fonctionnement est élimi- née très lentement, comparativement, par exemple, avec une élec- trode d'acier qui est rapidement,fondue à la température de l'arc..
La matière, sous forme pulvérulente ou granulaire, peut tre four- nie à travers une telle électrode, en suspension dans un gaz por- teur. Ou bien, elle peut être alimentée mécaniquement ou par gra- vité à travers l'électrode, le mouvement étant aidé, si on le dé- sire, par un courant de gaz. Dans une autre variante, la matière peut être bourrée dans: un tube réalisé en une matière qui sera -rapidement fondue dans l'arc-, un courant de gaz étant passé entre le tube et la paroi interne de 1 électrode, si on ,le .désire.
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Lorsqu'on utilise un gaz porteur, le gaz circulant 9, 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, fondue dans l'arc, dans l'aire turbulente et de haute tem- pérature se trouvant sous l'électrode. De plus, le courant de gaz à travers l'électrode aide au transfert de chaleur, de l'électrode au métal et ainsi au maintien du bain de.métal à la température opératoire correcte. Les gaz utilisés, sont inertes ou réducteurs, par exemple, l'argon, l'hélium, le xénon, l'azote, l'hydrogène, l'oxyde de carbone ou des mélanges de ces gaz, le choix du gaz dépendant du métal traité et variant aussi si une souillure par certains gaz doit être évitée, comme le savent les techniciens en ce domaine.
Le passage d'un courant gazeux à travers l'électrode sert non seulement à protéger les additions, d'une perte par oxy- dation ou .réaction avec la scorie, mais également à chasser hors du bain de métal, des gaz dissous indésirables, tels que l'hydro- gène.
Lorsque l'addition est un métal ou alliage ductile, ,par exemple de l'aluminium agissant comme désoxydant, la matière peut être alimentée à travers l'électrode sous la forme d'un fil continu, si on le désire .en même temps qu'un courant de gaz pro- tecteur. Dans ce cas, un mécanisme d'alimentation du fil peut être utilisé, ce mécanisme étant du type couramment utilisé dans le soudage à l'arc protégé par gaz inerte.
Dans un autre procédé de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, la matière, sous forme granulaire ou pulvérulente, est bourrée dans une électrode tubulaire pouvant être rapidement éliminée, réalisée, par exemple, en partant d'une feuille ou tube d'acier. De la sorte, corme en fonctionnement l'électrode se consume, la matière est libérée et tombe à travers l'arc: sur la surface de la masse fondue.
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Des exemples de matières désoxydantes et d'alliage, qu'on peut alimenter à la masse fondue, suivant la présente invén- tion, sont, dans la fabrication de l'acier, de l'aluminium sous forme d'un fil ou de boulettes pour la désoxydation, ou de ferro- alliages sous forme granulaire ou pulvérulente pour la désoxyda- tion ou pour obtenir une composition désirée de métal dans la masse fondue.
L'addition de la matière 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 habituel- @ les.
L'invention sera maintenant décrite plus eh détails, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 montre, en coupe schématique,une forme de réalisation d'un appareil destiné à être utilisé dans le procédé de la présente invention.
La figure 2 illustre un autre procédé d'alimentation de 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 l'appareil de la figure 1".
En se référant à la figure 1, l'appareil comprend un four électrque courant 10 à travers-'la voùte 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 tubulaire.
L'intérieur de l'électrode 12 est relié, à son extrémité extérieure par un tube ou tuyau 13, à une chambre d'injection 14 à laquelle la matière pulvérulente est continuellement alimentée depuis une trémie 15 grâce à un dispositif d'alimentation à vis 16 actionné
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par un moteur à vitesse variable 17. Le 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 à tra- vers le tube 18 est réglé par une vanne 20.
Les électrodes 11 et 12 sont reliées à une source de puissance convenable par des moyens non représentés à la figure 1.
Les moyens peuvent comprendre un conducteur 21 connecté à un collier électriquement conducteur 22 entourant et en contact élec- trique avec l'électrode, comme montré aux figures 2 et 3.
En fonctionnement, des arcs sont d'abord établis en- tre les électrodes 11 et 12 et la charge de métal dans le four 1.
La matière pulvérulente pénétrant dans la chambre 14 est entra- née dans le courant de gaz porteur quittant l'ajutage 19 et est emportée en suspension dans ce gaz porteur à travers le tube 13 jusqu'à l'intérieur de l'électrode 12 et, de là, à.travers l'arc. est vers la masse fondue. Dans son passage à travers l'arc, la matières chauffée et fondue, et atteint la masse fondue dans un état actif.
Afin d'illustrer les avantages du procédé de la pré- sente invention, deux expériences ont été réalisées, en utilisant le four de la figure 1, pourvu d'un revêtement intérieur acide.
Dans la première expérience, l'électrode 12 était remplacée par une tige pleine habituelle identique à l'électrode 11. On fondait 100 livres de déchets d'acier dans le four, et à l'état totalement fondu, le bain contenant 0,30% de carbone. De l'oxygène était en- suite introduit de la manière habituelle pour l'affinage et, à la fin du soufflage, le bain contenait 0,15% de carbone, 0,10% de manganèse, la température étant élevée jusqu'à 1650 c. 0,3 livre de ferro-manganèse était ensuite ajoutée-au bain en le chargeant à la surface de la masse fondue et, après quelques secondes, la scorie était enlevée.
Le bain était ensuite désoxydé avec 0,5 livre de ferro-silicium et une scorie franche était réalisée en chargeant sur la surface du bain, de la brique réfractaire broyée,
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de la pierre à chaux et du sable dans les proportions requises.
Le bain était ensuite amené à la teneur requise de manganèse de 0,9% par l'addition de 1,25 livre de ferrmanganèse, celui-ci étant à nouveau ajouté par chargement sur -la surface de la masse fondue.
Dans la seconde expérience, le four de la figure 1 était utilisé avec l'électrode tubulaire 12 et les moyens de dis- tribution mis en place. 100 livres de déchets d'acier étaient fon- dues et affinées avec de l'oxygène, comme ci-avant. A la fin du soufflage, le bain contenait à nouveau 0,15% de carbone et 0,10% de manganèse. Avec la puissane appliquée, 0,2 livre de ferro- manganèse était distribuée à travers l'électrode 12 en utilisant de l'argon comme gaz porteur, de sorte que l'oxydation de l'addi- tion était empêchée avant son entrée dans le bain sous l'électro- de dans un état fonduAprès une courte période de temps pour les réactions dans le bain, la scorie était enlevée et le bain était désoxydé par addition de 0,4 livre de ferro-silicium distribué dans l'argon à travers l'électrode 12.
Une scorie fraîche était ensuite réalisée en chargeant de la pierre à chaux, de brique réfractaire broyée et du sable dans les marnes proportions, que dans la première expérience, sur la surface de la masse fondue, et on ajoutait ensuite 1 livre de ferro-manganèse par distribution dans de l'argon à travers l'élec- trode creuse. La composition finale du bain en ce qui concerne le manganèse était de 0,9%, comme dans la première expérience.
On verra que, par ajoute des additions désoxydantes et d'alliage à travers l'électrode creuse dans un courant d'argon, suivant la présente invention, on effectuait une économie de plus de 20% sur la quantité requise de ces additions. Un autre procédé d'alimentation de la matière à la masse fondue, suivant l'invention est' montré à la figure 2. Dans cette forme de réalisation, le tube
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dé
13 estconnecté et la matière pulvérulente est alimentée à travers l'électrode tubulaire 12, en étant bourrée dans un tube à paroi' mince 23 réalisé en une matière qui est rapidement éliminée dans l'arc.
Le tube 23 est d'un diamètre plus petit que le diamètre interne de l'électrode 12 pour faciliter l'alimentation du tube et, si on le désire, un courant de gaz peut être passé à travers l'électrode tout autour du tube en connectant l'extrémité exté- rieure de l'électrode à une alimentation de gaz. Ce courant de gaz aide à la décharge du tube fondu 23 et de son contenu sur la surface de la masse fondue.
Lorsqu'une matière désoxydante ou d'alliage consis- tant en un métal ou alliage ductile doit être ajoutée à la masse fondue, ceci peut être réalisé en remplaçant le tube 23 par un fil continu.
Comme variante d'utilisation d'une électrode creuse de faible taux d'usure ou consommation, l'électrode 12 peut être remplacée, comme montré à la figure 3, par une électrode tubulai- re 24 réalisée en une matière, telle que de 1' acier, qui est ra- pidement éliminée dans l'arc et dans laquelle est bourrée la ma- tière.sous forme pulvérulente ou granulaire.
L'utilisation du procédé de la présente invention pour l'addition des matières désoxydantes ou d'alliage n'est pas ' limitée aux'procédés métallurgiques ferreux ni aux procédés dans lesquels l'arc est le procédé normal de fusion du métal.
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