Procédé pour lu fabrication d'alliages de fer à faible teneur eu carbone ou libres de carbone. Il est connu de fabriquer des alliages de fer à faible teneur en carbone ou libres de carbone, en réduisant par réaction exother mique avec un agent réducteur à base de si licium, un ou -des composés réductibles d'un on de plusieurs métaux de l'alliage.
Dans le procédé suivant l'invention, on effectue cette réduction en présence d'un fort excédent du ou des composés réduetibles sur la quantité chimiquement équivalente à l'a: gent réducteur, dans le but d'obtenir un al liage à faible teneur en silicium aussi bien qu'en carbone.
Par un fort excédent, ,on entend ici un excédent du composé réductible qui ne soit pas inférieur à 10 à 25 %, la quantité d'ex cédent variant suivant qu'un métal .à faible te neur en chrome, comme un métal internissa.- ble, ou bien un métal à forte teneur en chrome, comme le ferrochrome est en préparation et suivant aussi que la, température du four est plus ou moins élevée et les scories plus ou moins fluides, la fabrication d'un métal à forte teneur en chrome et des scories très fluides exigeant, les autres conditions .étant égales,
un plus grand excédent que la fabri cation d'un métal à faible teneur en- chro,.ne ou quand les scories sont moins fluides.
L'expérience a démontré que, d'une part, contrairement à ce qui se passe lorsqu'on opère avec des :quantités équivalentes des substances -de réaction, l'emploi d'un excé dent du composé métallique .à réduire a pour effet d'empêcher l'absorption de silicium par le métal réduit et que, d'autre part, la quan tité de cet élément ainsi absorbée peut être diminuée de manière à donner, pour tous buts pratiques, un .alliage dont la teneur en silicium n'est pas de nature à entrer en ligne de compte.
La réduction peut s'effectuer- en présence d'un réactif qui est doué d'une affinité spé ciale pour le silicium oxyde, en tenant compte de la nature, de l'état et du mode de travail du four, et qui peut être constitué, par exem ple par de la castine ou de la chaux se com- binant avec la. silice et formant avec elle un laitier.
Le bain dans lequel s'effectue la réduc tion par le silicium peut être du ferro-sili- cium fondu de teneur relativement faible en silicium, ce bain de réduction étant .établi à l'aide d'une charge en fusion de ter ou d'a cier doux dans laquelle charge en fusion est diluée la. quantité voulue d'un ferro-silicium dont la teneur en silicium est élevée, par exemple de 80 à 90 t. La teneur en carbone du ferro-silicium doit être connue de façon L ce que l'on soit en mesure d'en tenir compte en préparant le bain suivant la nature du métal que l'on désire obtenir.
Le procédé selon l'invention peut en par ticulier être employé pour la fabrication d'al- iia.ges de fer et -de chrome, tels que, par exemple: ferro-chronie et métal du type com mercialement connu sous le nom de fer et acier iritei-nissable. Pour fabriquer du fer in ternissable, on a.
coutume jusqu'à présent de prendre l'espèce de ferro-ehrome d'une faible teneur en carbone, ne dépassant pas 0,10 Etant donné que cet alliage de ferrochrome, tel qu'on peut l'obtenir d'ordinaire, est com parativement cher, il s'ensuit que la fabrica tion du fer internissable en partant de cet alliage est coûteuse en conséquence; c'est pourquoi l'emploi de ce fer internisable est restreint en pratique à l'obtention d'articles de grand prix ou de prix relativement élevé.
Le fer chromé ou l'acier cliroiné sa.n, fache petit se produire -dire ci.enient en effec tuant la réduction d'un compos@# oxydé ap proprié de chrome, tel due la chiomite, dans un bain de fer ou cl'c eir@r fondu qui est libre de carbone ou qui en renferme une teneur telle qu'on obtiendra. la proportion visée de carbone clans le métal d'alliage final.
La réduction de la chromitf, s'effectue avec un agent réducteur approprié à base d_ silicium, par exemple du silicium et des sili- ciures, tels que le siliciure de calcium, de sorte qu'on est en mesure d'obtenir directe ment un alliage à faible teneur en carbone ou libre de carbone. Toutefois. l'emploi d'un agent réducteur à base de silicium donne comme résultat la, production d'un alliage contenant, suivant les circonstances, une pro portion variable, mais généralement appré ciable de silicium.
Pour la production dire--te de métal in- terniùsabIe, on peut, par exemple, chauffer ensemble la. eliromite et l'a.gent réducteur à une température approchant celle de réduc tion et ajouter au mélange préalablement chauffé la quantité requise de fer ou d'acier fondu, une chauffe étant ultérieurement ap pliquée, suivant. le besoin, pour assurer l'a chèvement de la réaction ou la production d'une masse fondue homogène.
L'excédent de la chromite ou d'autre subs- tance .analogue que l'on emploie dépend né cessairement des circonstances, telles que la nature du composé réductible ou la composi tion particulière du bain; mais une -simple expérience préliminaire suffit à déterminer les proportions lus plus avantageuses des substances de réaction dans un cas donné.
Des exemples d'un excédent approprié aussi bien pour la, production de ferro=chrome que pour la préparation dii ecte de fer chroin@, in- ternissable sont donnés ci-après; mais les per sonnes au courant de la. question se rendent aisément compte que l'excédent indiqué dans ces exemple: n'est donné qu'à titre d'indi cation;
en effet, avec une chromite de com position différente ou avec. un bain constitui'# d'une façon différente, on peut rendre cet excédent soit plus grand, soit plus faible qu- les eliiffrus qui sont indiqués pour obtenir un résultat semblable.
On se r < -iidra- bien compte aussi que la. teneur de l'agent réducteur mis clans 1,: bain de fer ou d'acier fondu détermine le pourceri- ta.be en -chrome de l'alliage final, bien que la charge totale ajoutée audit. bain ne soit pas amenée à. l'état métallique.
Suivant les cir constances, telles que la nature, l'état et le mode de fonctionnement du four, le rende ment de métal réduit varie et, régulièrement, on constatera qu'il sera. considérablement in férieur o-., la quantité de l'élément métallique qui est théoriquement susceptible de s'obtenir du composé métallique de celui-ci, c'est-à- dire qu'il se produit une perte résultant du procédé dont on ,doit tenir compte, ainsi que le comprendront les gens de métier.
Toute fois, les détails de l'opération dans n'importe quel cas donné peuvent se déterminer aisé ment par un simple essai préliminaire.
Avant d'ajouter le ferro-silicium ou ma.- tiére semblable, on peut faire un essai, de la teneur -en carbone du bain, de telle sorte qu'en tenant compte de l'addition .de l'agent de ré duction, on peut savoir si la teneur en car bone ne se trouve pas en excès de la quantité de cet élément que l'on désire dans l'alliagF final.
Il est également avantageux, plus parti culièrement lorsqu'on fabrique du fer inter- nissable, de faire fondre dans le bain, afin de purifier celui-ci avant l'addition de l'a-gent réducteur et avant de travailler avec ce bain, une faible proportion d'un réactif désoxy dant plus efficace, tel que: ferro-manganèse, silico-manganèse.
Le procédé peut s'effectuer dans n'im porte quel four - dont on peut tirer parti, pour-Tu que celui-ci soit susceptible de main tenir la fusion complète des matières d'un bout à l'autre du procédé et de permettre de verser -ou couler le produit fini dans les mou les. On peut appliquer de la chaleur externe afin de maintenir la haute température re quise pendant toute la durée de la réduction. On peut employer convenablement un four électrique du type Heroult ou Schneider par exemple.
La matière après réaction peut être sou mise à un soufflage oxydant et, .dans ce cas, on préfère -effectuer cette opération suivant le procédé décrit dans le brevet suisse no 105089 en présence .d'un élément (manga nèse par exemple) plus facilement oxydable que le chrome à la température on s'opère le soufflage par jet. Cet élément peut être in troduit -pendant la, réduction, ainsi qu'il est décrit dans le brevet suisse mentionné ci- dessus.
L'excédent de la charge réductible dont on a besoin pour abaisser le degré d'absorp- tion,du silicium .peut être fourni par un seul composé métallique ou par des composés mé talliques différents et cet excédent peut être introduit à n'importe qu'elle phase convena ble du procédé de réduction.
Par exemple, le procédé peut se commencer en chauffant en semble de la chromite et un agent réducteur à base de silicium en quantité chimiquement équivalentes et l'excédent requis mentionné plus haut peut -être procuré en ajoutant au mélange de réduction un composé réductible d'un autre métal (par exemple: oxyde fer reux ou ferrique) dont la présence dans l'al liage final ne sera. plus nuisible -ou est dési rée pour donner un composant métallique spé cial.
Ou bien, on peut ajouter un excédent partiel de chromite ou autre composé réduc tible d'un métal spécial et obtenir l'excédent total en ayant recours à un autre composé métallique réductible qui se prête à procurer l'équilibre voulu.
En opérant suivant la présente invention, on est en mesure d'obtenir aisément des fers et aciers internissables, dont la teneur moyenne en silicium peut s'évaluer de 0,14 à 0,40 %, tandis qu'en traitant dans les moins avantageuses conditions, on a obtenu des mé taux de ce type dont la teneur maximum en silicium était -de<B>1 '/0.</B>
Etant donné qu'on peut obtenir aisément et à un prix peu élevé du fer et de l'acier dont la teneur en carbone est faible et con nue, on se rend bien compte que l'invention procure un procédé simple destiné à- la pro duction directe d'acier et de fers d'alliage spéciaux, aussi bien qu'à la fabrication de ferrochrome et cela d'une manière commode, rapide et économique. Exemple <I>I:</I> On prépare un bain de 253,910 kg :
d'un alliage de ferro-silicium, en ajoutant, à un bain d'acier en fusion à faible teneur en car bone, du ferro-silicium à haute teneur en si licium (8â % de silicium) et à faible teneur en carbone et en faisant cette addition dans une -quantité telle qu'on obtient une masse fondue contenant approximativement 9 % de silicium.
On ajoute au bain une partie de la, charge du réactif qui forme laitier, c'cst-à- dire un mélange de chaux et de spathfluor, (t on y introduit ensuite, par charges succes sives, 199,581<B>kg</B> de minerai de fer chromé dosant 52,8 ïo de sesqui-oxyde de chrome (Cr'-'O') et le restant de la charge de réactif formant laitier, suivant les besoins, pour re prendre le silicium oxydé, rendre plus brande la fluidité du laitier et seconder l'obtention d'un bon rendement de métal réduit.
La charge totale du mélange formant laitier s'é lève à 18,1.14 lig de chaux et 10,886 kg de spathfluor. La réduction .achevée, on ajoute une faible proportion d'un agent. de désoxy- dation, tel que- manganèse, ferro-manbanèsz ou aluminium, suivant la. pratique connue, afin d'obtenir à coup sûr du métal en bon état susceptible de se couler dans des moules de n'importe quelle forme voulue.
On obtient ainsi un fer d'alliage internissable, dans le quel on constate à l'essai:
EMI0004.0024
Chrome <SEP> 12,95 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> 0,09
<tb> Silicium <SEP> 0,36 <SEP> %
<tb> Manganèse <SEP> 0,20 <SEP> %ô
<tb> Soufre <SEP> 0,032
<tb> Phosphore <SEP> 0,046 Le rendement, de fer internissa.ble ainsi produit est de ?.15,150 kg.
Il y lieu de faire remarquer ici due la teneur .du minerai en sesquioxyde de chrome, à savoir: 105,234 lb, était en excès de la. quantité réductible par la, quantité de ferro- silicium employé qui était théoriquement équivalente à environ 81,6.17 kg de l'oxyde.
Si l'on désire préparer de l'acier internis- sable et si la quantité de carbone dans le métal employé pour la fabrication n'est pas suffisante pour procurer la proportion néces saire de carbone, cette quantité pouvant s'é lever presqu'à 0,7 %, le carbone encore requis peut être fourni à n'importe quelle phase convenable du procédé par l'addition de ma tières appropriées contenant du carbone, tel les qu'elles sont connues dans l'industrie, par exemple, soit au moyen des métaux employés pour le bain initial ou dans la. suite, c'est-à: dire par l'addition de la quantité requise de fonte pour la. char\.;
e du four, soit au moyen de charbon de terre ou de bois ajouté au iné- tal dans la<B>,</B> poche de coulée.
Exemple <I>Il:</I> Une charge de 226,797 <B>kg</B> de chramito do sant 52,8 \io' de sesquioxyde de chrome (C'r'Oa), 25, 401 kg de ferro-silicium à 83 %/0 de silicium, 18,14.1 kg de castine et 10,886 kg de spatlifluor, fut préalablement chauffée à.
une température juste en dessous de celle de réduction dans un convertisseur brûlant une charge d'huile minérale et on y introduisit ensuite 263,08.1 h- de métal Besse mer en fusion qui venait d'être soufflé. La, réaction fut complétée par application de chaleur externe, une faible proportion d'alu minium métallique fut ajoutée et la, masse en fusion fut déversée dans les moules.
On ob tient ainsi 317, 387,5 k- de fer internissable ayant la, composition:
EMI0004.0068
Chrome <SEP> 12,20%
<tb> Carbone <SEP> 0,03
<tb> Silicium <SEP> 0,35 <SEP> ô
<tb> Manganèse <SEP> 0,30 <SEP> ô
<tb> Soufre <SEP> et
<tb> Phosphore <SEP> 0,0-1 <SEP> ,â <I>Exemple III:</I> On fit un bain de la composition suivante:
EMI0004.0069
Tournures <SEP> d'acier <SEP> doux <SEP> <B>152,316</B> <SEP> l:b
<tb> Râlons <SEP> ou <SEP> d1ehets <SEP> de <SEP> fer <SEP> <B>50,7821)</B> <SEP> .,
<tb> Chroinite <SEP> -15,359 <SEP> "
<tb> Chaux <SEP> 18,144 Le mélange fut porté à. fusion complète et, à l'analyse, on constata qu'il contenait 0,06 'o de Barbon(> et 0,17 ô de chrome. On y ajouta, ensuite 24,720<B>kg</B> de ferro-siliaium dosant 83.3 â de silicium et (l,28 ïo de car bone.
Au bain ainsi préparé, on ajoute, par charges successives 13f),(_)78 <B>kg</B> de chromite à la, dose de 52,8 ".-_ de sesquioxyde de chrome en ayant soin d'évacuer le laitier de temps à autre.
Lorsque la, réaction fut finie, on y ajouta 1,361 kb de ferro-ma nbanèse pour amener le métal à l'état spécifique usuel et, pendant la. coulée, on ajouta 56,68 gr d'alu minium, conformément à. la pratique connu pour produire des lingots en bon état.
Le produit coulé pesait 237,600 kg et on v constata à l'essai-
EMI0005.0006
Chrome <SEP> 12,54
<tb> Manganèse <SEP> 0,-L4 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 0,44
<tb> Carbone <SEP> 0,09 <SEP> %
<tb> Soufre <SEP> 0,039 <SEP> %
<tb> Phosphore <SEP> 0,011 <SEP> % Théoriquement, pour la quantité de ferro- -silicium ajoutée et pour l'obtention d'un res tant de silicium:
conformément à la composi tion ayant le pourcentage que l'on a indiqué, il fallait environ 70,30-7 kg d'oxyde de chrome, tandis que la charge totale de chromite cor respondait à 95,708 kg de cet oxyde. Toute fois, il y a lieu de faire remarquer que la quantité de minerai ajouté postérieurement à l'addition .du ferro-silicium correspondait à 71,895 kg d'oxyde de chrome, c'est-à-dire que la quantité supplémentaire était approxymati- v eurent celle qui équivalait chimiquement à l'agent réducteur.
Sur le total de 181,437 kg de chromite. équivalent à 65,544 kg de chrome métallique, il y eut environ 29,600 kg de chrome métal lique qui furent produits et absorbés par le bain, le rendement de métal étant, dans ce cas, approximativement 45,4 % .de celui qui était contenu dans toute la chramite utilisée dans la charge et approximativement 60 % de ce lui qui était contenu dans le minerai ajouté postérieurement à l'agent réducteur.
Exemple <I>IV:</I> On fit un bain ayant la composition sui vante:
EMI0005.0025
Tournures <SEP> d'acier <SEP> doux <SEP> 165,128 <SEP> kg
<tb> Déchets <SEP> de <SEP> limailles <SEP> d'acier <SEP> 63,482 <SEP> "
<tb> Chaux <SEP> 25,400 <SEP> " Ce mélange fut porté à fusion complète et, à l'essai, -on constata qu'il contenait 0,07<B>'/-</B> <B>de</B> carbone On y ajouta 223,586 kg du même ferro-silicium que ci-dessus et ensuite, par charges successives 181,375 71.g de chro- mite, donnant 52,8 % de sesquioxyde de chrome à l'essai, en ayant soin de faire éva cuer le laitier de temps en temps,
suivant les besoins.
On ajouta ensuite 16,329 kg de fer blanc de Suède et 1,814 kg de ferro-manganèse afin d'amener le métal à l'état spécifique requis, et pendant la coulée, on ajouta. 56 gr d'alu minium, métallique conformément à la pra tique connue.
Le produit coulé pesait 244,310 kg et, à l'essai, on y constata la présence de
EMI0005.0035
9,86 <SEP> % <SEP> de <SEP> chrome
<tb> 0,1,8 <SEP> % <SEP> @<B>de</B> <SEP> manganèse
<tb> 0,14 <SEP> % <SEP> de <SEP> silicium
<tb> 0,16 <SEP> % <SEP> de <SEP> carbone
<tb> <B>0,010%</B> <SEP> !de <SEP> soufre
<tb> <B>0,009%</B> <SEP> de <SEP> phosphore.
On remarquera que la chramite ajoutée au bain de réduction était en excès considérable sur la quantité équivalente au ferro-silicium. Théoriquement pour la quantité -de ferro-sili- cium ajoutée et pour l'obtention d'un restant de silicium conformément à :la composition ayant le pourcentage que l'on a indiqué, 69,400 1719 environ d'oxyde de chrome étaient nécessaires, tandis que la charge totale de la chromite correspondait à 95,76 kg de cet oxyde;
il y eut alors. 24,267 71g de chrome métallique produits et absorbés par le bain, chiffre correspondant à un rendement de 37 % environ.
Le métal internissable ainsi produit pos- séd'aii- à un haut degré les propriétés physi ques nécessaires pour se laisser déformer ou façonner par forgeage, laminage, estampage au mouton, étirage ou compression à froid et traitements semblables communément appli qués dans la fabrication d'objets pour les -quels le métal de -ce type se prête dans de bonnes conditions.
Exemple <I>V:</I> Dans un four électrique du type Schnei- der, on fit fondre une charge de 25,401 k de ferro-silicium contenant 83 % de silicium et on y ajouta à la masse fondue 226,797 kg de chromite à la dose de 52,8 % de sesqui- oxyde de chrome (Cr2O ), ainsi que 18,144 kg de castine et 10,886 1b .de Spa.thfluor. Tout le contenu du four fut porté à fusion com plète.<B>A la</B> coulée,
on obtint 65. <B>771</B> kg d@- ferrochrome où l'on constata à l'essai:
EMI0006.0014
Chrome <SEP> 60,70 <SEP> â
<tb> Carbone <SEP> 0.1? <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 1,90 <SEP> % La teneur en sesquioxydo de chrome de la chromite, c'est-à-dire 119,7.19 1b de l'oxyde, était en excès considérable de la valeur réduc tible par le ferro-silicium qui équivalait théo riquement à environ<B>75,750</B> lçg d'oxyde de chrome.