CH104601A - Procédé de fabrication d'aciers et fers spéciaux. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication d'aciers et fers spéciaux.    La présente invention a     pour    objet un  procédé de fabrication d'aciers et fers spé  ciaux. Par ce terme on désigne des alliages  de fer à faible teneur en carbone, au-dessous  de 2,2     0A0,    auxquels on a ajouté intentionnel  lement un ou plusieurs autres éléments d'al  liage.  



  Dans la fabrication d'aciers et fers spé  ciaux, telle que pratiquée actuellement de ma  nière générale, les éléments d'alliage, déjà  réduits à l'état métallique, le plus fréquem  ment sous forme d'un alliage de fer, sont  <B>z</B> ajoutés dans un bain fondu d'acier ou de fer.  Par exemple, pour obtenir les aciers respec  tifs on ajoute à l'acier, pendant qu'il est à  l'état de fusion dans le four ou après qu'il  a été versé dans la poche de coulée, du     fer-          romanganése,    du ferrochrome, du     ferrotitane,     du     fer#rotttirgsténe,    du     ferrovanaditrm,    du     fer-          rouranium,    du     ferromolybdène,

      du     ferronickel     ou du nickel métallique, et du     ferrocobalt    ou  du cobalt métallique. Comme les qualités  commerciales usuelles de ces alliages de fer con  tiennent une quantité appréciable de carbone,    cette manière de procéder introduit une quan  tité inadmissible de carbone dans l'acier.  Lorsqu'on se sert de qualités spéciales d'al  liages de fer à faible teneur en carbone, le  prix de ces alliages est relativement si élevé  qu'il     augmente    de manière prohibitive le prix  de l'acier fabriqué.

   Ces inconvénients se font  particulièrement ressentir pour les aciers dans  lesquels la teneur de l'élément d'alliage doit être  élevée et la teneur de carbone doit être faible,  tels que les aciers ou les fers dits     "internis-          sables",    qui ont une teneur de chrome de 9  à     150o    et une faible teneur de carbone.  



  Le mode opératoire qui consiste à se ser  vir des alliages de fer usuels à forte teneur  de carbone et à décarburer l'acier après leur  addition, n'est commercialement pas applica  ble, car l'oxydation du carbone est accom  pagnée par une oxydation et en conséquence  une perte des éléments d'alliage coûteux.  



  Un autre inconvénient des méthodes ac  tuelles de fabrication d'aciers spéciaux par  addition d'alliages métalliques de fer réside  dans le phénomène de la     ségrégation.    L'al-           liage    étant ajouté â l'état solide, sous forme  (le morceaux répandus sur la surface de l'a  cier fondu, provoque la formation de points  de concentration de l'élément d'alliage à l'em  placement de chacun de ces morceaux.

   Comme  pour éviter une     oxydation    inadmissible de  l'élément d'alliage, l'acier est soutiré     imnié-          diateinent    après fusion des morceaux, ces  points de concentration plus forte n'ont pas  l'occasion de s'égaliser sur la totalité de la  masse du métal par     diffusion.    De plus les  alliages de fer possèdent divers     constituants     dont les points de fusion et les degrés de  solubilité     diffèrent,    par exemple les carbures  dans les qualités ordinaires d'alliage. Ces  carbures possèdent     titi    point de fusion     plus     élevé que le reste de l'alliage.

   L'addition à  l'acier d'un alliage de fer de ce genre conte  riant des carbures a pour résultat que; lors  que le reste de l'alliage est complètement  assimilé, le carbure est encore à l'état solide  et flotte dans l'acier fondu, sans céder     ait    bain  sa teneur en élément d'alliage. Ces particules  solides â forte teneur d'élément d'alliage per  sistent dans l'acier lors de la solidification,  et forment une ségrégation.  



  Les inconvénients mentionnés ci-dessus  sont supprimés par le procédé faisant l'objet  de la présente invention. Suivant ce procédé,  ou forme     tin    bain de fer ou d'acier fondu à  couche de métal renfermant un- agent réduc  teur, par exemple du silicium, et à couche  de scorie renfermant un composé     non-réduit     de l'élément d'alliage, par exemple     titi    mine  rai de chrome, et on maintient le bain à une  température suffisante pour occasionner une  réaction contre l'agent réducteur dans la cou  che de métal et le composé     non-réduit    du  métal d'alliage dans la couche de scorie, pour  réduire par là directement le métal d'alliage  dans le bain.  



  Il convient d'ajouter l'agent réducteur et  le composé oxydé de l'élément d'alliage sé  parément au bain et de leur permettre de se  disséminer dans la couche de métal et dans  la couche de scorie respectivement. Si l'agent  réducteur, par exemple du silicium, est ajouté  en premier lieu, il peut se disséminer à tra-    vers la couche     d'acier    avant que le minerai  d'alliage par exemple soit jeté dans la scorie.  Lorsque le minerai d'alliage est jeté dans la  couche de scorie, il se     diffuse    dans cette cou  che et rencontre     l'agent    réducteur à     -la    sur  face de contact entre la scorie et l'acier, la  réaction s'effectuant sur l'ensemble de la sur  face de contact.

   Le métal d'alliage réduit  est en contact     à,    l'état naissant avec le bain  d'acier, et on     s''assure    en     conséquence    les  meilleures conditions pour l'alliage et la dis  sémination     uniforme    du métal d'alliage clans       l'ensemble    de l'acier. Il est     également        bort     d'ajouter     ît    la couche de scorie     titi    fondant  produisant une scorie avec la gangue du     mi-          nerai    de métal d'alliage employé.  



  L'action clic minerai d'alliage en oxydant  l'agent réducteur     contenu    dans l'acier et l'ac  tion du fondant ajouté, en général de la chaux,  en absorbant et neutralisant le réducteur  oxydé, ainsi que les métalloïdes dont la pré  sence n'est pas désirée, par exemple le phos  phore et le soufre, assurent un affinage de  l'acier simultanément à la production de l'al  liage.  



  Le procédé peut être exécuté par exemple  de la manière suie     ante     Le fer ou l'acier, auquel l'élément d'al  liage doit être ajouté, est porté tout d'abord  à l'état de fusion, dans un four de produc  tion d'acier ordinaire, par exemple     titi    four       Siemens-Alartin,        titi    four électrique, ou     titi    au  tre four convenable.

   Puis l'agent réducteur,  qui peut être une matière carbonée, par  exemple sous forme     d'riri    carbure métallique,  tel que la fonte ou de la fonte épurée,     oii     qui peut     être        titi    agent réducteur métallique,  tel que le silicium, le manganèse, le calcium,  le magnésium, etc.... est ajouté au bain d'a  cier fondu, et on lui laisse le temps néces  saire pour son assimilation complète à tra  vers la masse de métal fondu. Ces réduc  teurs, lorsqu'ils sont ajoutés sur le haut. du  bain, descendent facilement à travers la cou  che de scorie et passent dans la couche de  métal.

   La quantité de cet agent réducteur  est suffisante pour réduire le pourcentage re  quis d'élément d'alliage de la matière brute      qui le contient et qui doit être ajoutée dans  l'opération suivante du procédé. La matière  d'alliage brute est ensuite ajoutée en propor  tions convenables, ou avec     titi    léger excès, de  préférence en présence de     chaux,    ou de chaux,  de spath fluor et de borax, comme fondant.  Le but et le rôle du fondant est de produire  une scorie avec la gangue de la matière  brute contenant l'élément d'alliage, et ce fon  dant est de nature telle qu'il enlève     effecti-          vement    par     combinaison    chimique le produit  formé par oxydation de l'agent réducteur.

   Eu  conséquence, le résultat pratique obtenu par  le fondant est la suppression de la présence  (le l'agent     réducteur    dans l'acier terminé. Par  exemple,     titi    fondant de chaux se combine  avec l'oxyde de silicium formé, lorsque le si  licium est l'agent réducteur, et neutralise cet  oxyde. Le poids spécifique de la matière d'al  liage brut est tel qu'elle reste dans la cou  che de scorie. Cette matière brute et le fon  dant, se combinent à la température du four,  forment une couche liquide non métallique  qui flotte sur le corps fondu     '-d'acier    métalli  que et est en contact avec lui.

   La réaction  de réduction se fait alors à la surface de  contact des masses liquides non métallique  et métallique.     A,    la fin de cette période de  réaction, la température régnant dans le four  peut être élevée, par exemple dans le cas       d'rirr    four électrique; en augmentant la den  sité et le voltage du courant, afin d'éliminer  les dernières traces de réducteur dans l'acier       terminé,    en accélérant l'effet produit par les  fondants ajoutés dans ce but.  



  En général, il est préférable d'ajouter  l'agent réducteur à l'acier fondu en premier  lieu, et d'ajouter ensuite la matière brute  contenant l'élément d'alliage. Les limites de  tolérance pour la teneur dans l'acier terminé       en    éléments tels que le carbone ou le sili  cium, formant l'agent réducteur, sont d'ordi  naire moins étendues que les limites de to  lérance de la     teneur    en élément d'alliage, et  en introduisant l'agent réducteur en premier,  ces limites peuvent être observées de manière       sûre    par des additions successives de matière  d'alliage brute, jusqu'à ce que la présence    d'agent réducteur soit éliminée dans la me  sure désirée.

   D'autre part, si les limites de  tolérance pour l'élément d'alliage sont étroites,  l'ordre du mode opératoire peut être inversé  et la matière brute contenant l'élément d'al  liage peut être chargée en premier avec le  fondant, tandis que le réducteur est chargé  ensuite par portions successives, jusqu'à ce  qu'on ait atteint la limite d'alliage désirée.  



  L'agent réducteur métallique le plus gé  rréralement employé est le     ferrosilicium.    Mais  on peut aussi employer avantageusement du  silicium métallique ou tout autre alliage de  silicium, par exemple un alliage de silicium  contenant l'un des métaux d'alliage. Par  exemple, dans le cas de la fabrication d'acier  dit "sans tache", un alliage de silicium et de  chrome peut être incorporé dans l'acier fondu  et sa teneur en silicium petit être utilisée  pour réduire une autre     quantité    de chrome  du minerai de chrome ajouté au bain. Cet  alliage de silicium et de chrome peut être  constitué approximativement par 30 à 45     0/1o     de chrome, 25 à 30     1/o    de fer et<B>25 à</B> 40     11/10     de silicium.

   Cette manière de procéder est  particulièrement avantageuse dans     1ë    cas d'un  acier contenant un pourcentage élevé d'élé  ment d'alliage. Le silicium de l'alliage de  silicium et de chrome à incorporer dans l'a  cier fondu, abaisse le point de fusion de cet  alliage, de sorte que son utilisation est pos  sible dans des métaux à point de fusion  moins élevé. De plus, le silicium présent  dans l'alliage de silicium et de chrome, pos  sède une action de protection sur la teneur  en chrome et l'empêche de se combiner avec  les oxydes du métal ou avec l'oxygène de  l'atmosphère du four.  



  Dans le cas d'acier spéciaux contenant  plusieurs éléments d'alliage, on peut procéder  de la même manière, les matières     bruites,    en  proportions convenables et contenant les élé  ments d'alliage, étant chargées ensemble dans  le haut du bain d'acier fondu contenant le  réducteur. En pareil cas, un fondant peut  être ajouté séparément, ou bien les matières  d'alliage brutes peuvent être choisies de     fagon         que leur gangue contienne les constituants  nécessaires du fondant.  



  On peut aussi employer plusieurs réduc  teurs, par exemple un mélange de réducteurs  carbonés et métalliques, ou plusieurs réduc  teurs métalliques différents. On peut     em-          ploy        er    par exemple un alliage de     ferrosilicium     contenant du carbone, la teneur en     silicium     et la teneur en carbone étant toutes deux  utilisées pour la réduction. On peut aussi  utiliser l'un quelconque des agents réducteurs  qui sont présents au début dans le bain d'a  cier, auquel cas il se produit pendant la ré  duction     un    affinage simultané de l'acier ini  tial.

   Les fondants ajoutés avec la matière  brute     contenant    l'élément d'alliage ont pour       rffet    secondaire de débarrasser l'acier, simul  tanément à la réduction, des métalloïdes tels  que le soufre et phosphore.  



  Si on le     désire,    après réduction de l'élé  ment ou des éléments d'alliage dans l'acier,  une faible quantité de     ferrosilicium    ou de       ferrornanganèse    additionnel peut être ajoutée  comme désoxydant, avant la coulée, comme  il est d'usage dans la fabrication d'aciers  spéciaux.  



  Les avantages du présent procédé d'alliage  sont particulièrement marqués lorsqu'on se  sert de silicium comme réducteur et qu'on  fabrique des aciers ou des fers à haute te  neur de l'élément d'alliage et faible teneur  de carbone. Comme exemple de ce genre,     orr     peut citer la fabrication de fer dit     "sans        ta-          che-,        contenant        de    9 à     15        %        de        chrome     et moins de 0,1  % de carbone.

   Les avantages  du présent procédé sont aussi évidents dans  le cas     oit    on allie à l'acier un élément très  oxydable et difficilement soluble, tel que     l'u-          ranirrru.    L'élément d'alliage étant produit à  l'état naissant et directement en contact avec  l'acier, les risques de son oxydation ou de  non dissolution sont réduits à un minimum.  De même, comme la teneur en carbone de  l'acier peut être réduite dans une mesure  désirée quelconque     pendant    la réduction et  simultanément à cette réduction, on peut at  teindre avec plus de précision le pourcentage       exact    de carbone dans l'acier terminé en re-    carburant avant coulée.

   Lorsqu'on se sert  d'agents réducteurs métalliques, leur présence  dans l'acier terminé est pratiquement sup  primée par l'action des fondants. En consé  quence, avec le procédé de la présente inven  tion, un acier de composition donnée     d6ter-          minée    peut être fabriqué plus sûrement qu'en  se servant d'alliage de fer.

   De plus; comme  les éléments d'alliage précieux n'existent à au  cun moment à l'état métallique,     sauf    étant  dissous et alliés dans l'acier lui-même, et  comme après leur dissolution dans l'acier, il  n'est pas nécessaire de soumettre cet acier à  une opération oxydante pour enlever le car  bone, par exemple, ainsi que dans les procé  dés     antérieurs,    il ne se produit avec le pré  sent procédé pas de pertes par oxydation,  ce qui rend le procédé     extrêmement    écono  mique.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication d'aciers et fers spé ciaux, suivant lequel on forme un bain de fer ou d'acier fondu à couche de métal renfermant un agent réducteur et à couche de scorie renfermant un composé non-réduit de l'élé ment d'alliage, et on maintient le bain à une température suffisante pour occasionner une réaction entre l'agent réducteur dans la cou che de métal et le composé nou-réduit du métal d'alliage dans la couche de scorie, pour réduire par là directement le métal d'alliage dans le bain.

   SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé suivant la revendication, dans le quel et) emploie un agent réducteur de poids spécifique tel qu'il puisse s'abaisser à travers la couche de scorie dans la couche de métal, alors qu'on emploie un composé non-réduit d'un métal d'alliage d'un poids spécifique tel qu'il reste dans la couche de scorie. 2 Procédé suivant la revendication, dans le quel on ajoute un minerai du métal d'al liage à la couche de scorie, laquelle con tient un fondant produisant une scorie avec la gangue du minerai et se combinant avec les produits d'oxydation de l'agent réducteur.

   3 Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 2, dans lequel on se sert du silicium comme agent réducteur. 4 Procédé suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 2, dans lequel on ajoute l'agent réducteur et le composé non- réduit du métal d'alliage séparément au bain et on leur permet de se disséminer dans la couche de métal et dans la couche de scorie respectivement. 5 Procédé suivant la revendication, dans le quel on produit, après que la réaction entre l'agent réducteur et le composé non-réduit du métal d'alliage a été sensiblement ache vée, une augmentation de la température du four pour éliminer sensiblement l'agent réducteur dans l'acier achevé.