Procédé pour améliorer la propreté micrographique d'un acier. Des études métallurgiques récentes ont mis en évidence l'influence considérable qu'ont sur les propriétés des aciers, en géné ral, des quantités relativement très petites d'aluminium présentes dans l'acier, et que de faibles variations de ces teneurs suffisent pour modifier profondément nombre de pro priétés de l'acier, telles que grosseur de grain à l'essai Mac Quaid Ehn, normalité, profon deur de trempe, aptitude à la surchauffe, propriétés mécaniques, etc.
Il a été montré, en particulier, que des additions substan tielles d'aluminium dans l'acier permettent d'obtenir, sans avoir recours à des additions coûteuses comme le vanadium par exemple, des aciers à grain fin, très avantageux pour de nombreux usages. Si l'aluminium est ajouté dans la poche ou la lingotière, il faut alors avoir recours, selon les auteurs, à des additions d'aluminium allant de 0,025 à 0,050% et même quelquefois davantage. Mais il est reconnu en général, par les auteurs, que ces additions ont des effets défavorables sur la propreté micrographique de l'acier et qu'en tous cas, pour éviter ces effets, il est néces saire de pousser la désoxydation à un degré très élevé, sa-us que d'ailleurs soit précisé comment ce résultat peut être obtenu.
Les ad ditions d'aluminium tendent aussi à augmen ter le nombre et l'importance des défauts in ternes de l'acier apparaissant à l'usinage sous forme de lignes capillaires (désignées en an glais sous le nom de "haïr lines"). Ces addi tions tendent également à provoquer la for mation de groupes d'inclusions appelées "grappes d'alumine" (en anglais "alumina clusters" ou "alumina stringers" et en alle mand " Tonerdeschleiern") très défavorables à l'aspect micrographique de l'acier.
Par ailleurs, on a déjà étudié des laitiers à base d'alumine, de chaux, de silice et de coke en vue de rechercher l'effet de tels lai tiers sur la déphosphoration, la désulfuration et la désoxydation de l'acier.. Les résultats de ces travaux avaient amené aux conclusions suivantes 1.
Il est possible, en faisant agir sur l'acier de tels laitiers, d'obtenir une désul- furation et même une désoxydation, en opé rant comme il est de pratique usuelle au four électrique basique, avec des laitiers purement calcaires, à savoir en chargeant sur le bain un laitier composé d'Al\O', Ca.O, Si0= et colle en formant ainsi un laitier carburé que l'on laisse agir pendant une durée assez lon gue. Un tel procédé ne fait que répéter, avec un laitier chargé en alumine, la technique bien connue de la désoxydation et désulfura tion par laitier carburé au four électrique.
Il ne donne aucun avantage spécial par rapport à cette technique; il en a les mêmes inconvé nients: durée, carburation progressive du mé tal rendant la précision de teneur en carbone plus difficile à obtenir, très grande difficulté d'application aux aciers extra-doux. Il pré sente, par contre, par rapport aux laitiers carburés purement calcaires de graves incon vénients: attaque plus grande du revêtement par des laitiers qui sont corrosifs vis-à,-vis de celui-ci et, d'autre part, augmentation impor tante du prix des matières premières, donc de l'opération, qui n'est compensée ni par un avantage technique, ni par une économie due à. un raccourcissement de l'opération.
2. Un tel procédé nécessite la présence d'une atmosphère réductrice et une tempé rature élevée ne pouvant pratiquement être atteinte, pour l'élaboration de l'acier, que dans les fours électriques. Ce procédé est donc pratiquement limité au four électrique, comme du reste les procédés usuels faisant appel aux laitiers basiques "blancs" ou "car burés".
3,. Les 'laitiers alumineux utilisés dans ces expériences s'épaississaient an fur et à mesure de la formation des carbures. Leur fluidité diminuait donc au fur et à. mesure que leur efficacité augmentait.
La demanderesse a établi un procédé, qui fait l'objet de la présente invention, permet tant d'obtenir régulièrement et dans des con ditions remarquablement simples, des aciers présentant une extrême propreté microgra- phique, quelle que soit leur finesse de gain et même s'ils reçoivent ultérieurement au four, en poche ou en lingotière, des additions relativement importantes d'aluminium (jus qu'à (i,020 à. 0,03f1,%, oti plus).
U n tel résultat est en outre obtenu aussi bien. sur des aciers doux que sur des aciers mi-durs ou durs, quoiqu'il soit bien connu que des aciers doux sont beaucoup plus difficile à obtenir propres, surtout lorsqu'ils sont à grain fin.
Selon le procédé faisant l'objet de l'inven tion, on soumet le bain d'acier à améliorer contenant un réducteur suffisamment éner gique pour réduire de l'alumine dans les con ditions opératoires et dont l'oxyde est acide, à l'action d'un laitier non carburé contenant initialement au moins 50 d'alumine et de basses alcalines ou alcalino-terreuses, le tout de telle façon que la teneur finale du laitier en oxyde de fer soit inférieure à 25%, est à noter qu'un tel laitier final ne, contiendra parallèlement que des proportion faible, d'oxyde de manganèse.
i Ce procédé ne nécessite pas une tecnpé-#1 rature anormalement haute et. peut aussi' être appliqué au four Martin qu'au four élec trique on dans tout autre appareil d'élabora tion.
La carburation du laitier, par exemple an moyen de colle, s'avère inutile: il n'y a pas dans le présent. procédé de carburation du laitier, car celle-ci est complètement in utile, l<B>a</B> réussite de l'opération n'étant nulle ment conditionnée par la, formation de ea.r- bures. Il suffit, comme indiqué ci-dessus, de laisser a-ir le réducteur suffisamment lon,;
- temps oïl assez vivement pour que la. teneur du laitier en oxydes métalliques, tels que FeO et 11m0, devienne extrêmement faible (inférieure à \? ô pour le FeOi, ce qui a. lieu dans un temps relativement court on même extrêmement court si l'on applique le mode opératoire avec brassage violent: tel que décrit plus loin.
Le laitier, quoiqu'il devienne de plus en plus pauvre en oxydes métalliques ré ductibles par le réducteur susdit capable de réduire de l'alumine dans les conditions opP- ratoires et dont l'oxyde est acide, reste en effet fluide pendant toute l'opération et est ainsi particulièrement apte à réagir rapide ment avec le métal. Ledit réducteur, tel que le silicium, par exemple, est ajouté au bain avant ou pendant l'action du laitier. L'addi tion peut être faite sur un bain très oxydé, renfermant par exemple 0,080% d'oxygène, et il est remarquable de constater que, même dans ce cas, le résultat final d'extrême pro preté micrographique est obtenu.
L'action dudit réducteur a essentiellement, pour but, combinée avec l'action du laitier alumineux employé selon l'invention, de ré duire de l'alumine et d'introduire parallèle ment de l'aluminium dans le métal, ce qui ne s'obtient pratiquement que lorsque l'action du réducteur a été conduite de façon à abaisser la teneur en FeO à des valeurs extrêmement basses comme le montrent les exemples cités plus loin.
Cette influence du réducteur est prouvée par le fait, par exemple, que si l'on hras@f@, comme dans l'une des méthodes d'exé- eutiori de l'invention indiquées plus loin, un acier ne contenant pas de silicium ou de réducteur équivalent défini précédemment, avec un laitier à employer selon l'invention, à teneur initiale cependant très faible en oxyde de fer, 0,4% par exemple, on n'obtient pas l'effet d'affinage du grain Me, Quaid Ehn,
qui serait dû à la réintroduction d'Al indiquée ci-dessus et ceci même avec des aciers à haute teneur en carbone.
On constate que les quelques très petites inclusions oxydées existant, après solidifica tion, dans l'acier traité conformément au pro cédé suivant l'invention, sont cristallines, peu groupées, et ne s'allongent pas lors du lami nage et du forgeage. L'acier ne présente pas, ou extrêmement peu de défauts capillaires ou "haïr unes" et ceux-ci, lorsqu'ils existent, sont de très petites dimensions.
En outre et contrairement à ce que laissaient prévoir les travaux rappelés ci-dessus, le procédé suivant l'invention assure une désulfuration de l'acier, même si l'on part de teneurs en soufre déjà, basses, par exemple de l'ôrdre de 0.020 /'0, de sorte qu'on obtient des aciers 6ga- lement très propres du point de vue des in clusions de sulfures.
L'expérience prouve que l'acier traité con formément à l'invention contient une certaine quantité d'aluminium. On remarque en effet que, même si l'on n'a pas ajouté d'aluminium au métal, en cours d'opération ou ultérieure ment, ni introduit dans les laitiers de dés oxydants contenant de l'aluminium, l'acier obtenu - qui retasse profondément en lingo- tière, avec masselottes et charbon de bois sur la tête des lingots - présente quelques rares inclusions contenant de l'alumine, ce qui montre une introduction d'aluminium dans le métal;
d'autre part, cette introduction et la présence d'aluminium dissous dans le métal est également prouvée par le fait que des ad ditions extrêmement faibles d'aluminium dans la poche ou en lingotière, de l'ordre de 0,005 % par exemple, suffisent pour obtenir des aciers à grain Me Quaid Ehn fin, ce qui ne peut habituellement être obtenu, même sur des aciers bien désoxydés au préalable, qu'avec des additions d'aluminium de 3. à. 10 fois plus importantes. Ce fait constitue d'ailleurs .l'un des avantages du procédé fai sant l'objet de l'invention.
Un autre avantage de ce procédé est de permettre l'obtention de très bonnes surfaces de lingots, ce qui diminue les frais de buri- nage et de meulage.
Voici quelques exemples de mise en ouvre du procédé suivant l'invention, qui montrent des résultats remarquables procurés par l'ap plication de l'invention. Exemple <I>l:</I> Une charge de 15 tonnes d'acier a été fon due au four électrique, en vue de la fabrica tion d'un acier au nickel-chrome de cémen tation.
Après décrassage du laitier de fusion, on a effectué dans le bain suroxydé, des addi tions de chrome et de manganèse et on a ajouté 0,40:0% de silicium, puis l'on a brassé violemment l'acier avec 4 % d'un laitier alu- mino-alcalino-terreux, préalablement fondu, placé au fond de la poche de coulée et qui avait la composition suivante:
EMI0004.0002
A1203 <SEP> 43i% <SEP> Fe0 <SEP> <B>1,15 <SEP> Ofi</B>
<tb> CaO <SEP> 47% <SEP> Ti02 <SEP> 1,4
<tb> SiO2 <SEP> 7 Après le brassage violent du métal et du laitier, le laitier qui était remonté au-dessus du métal avait la composition suivante:
EMI0004.0003
A1203 <SEP> <B>35%</B> <SEP> Mg0 <SEP> ?,5
<tb> Ca0 <SEP> 46% <SEP> FeO <SEP> 0,6
<tb> SiO2 <SEP> 14% <SEP> MnO <SEP> 0,5
<tb> TiQ_, <SEP> 1,9 Le MgO provient de la portion du laitier de fusion qui passe avec le métal lors des ver sements en poche.
L'analyse du métal après traitement était:
EMI0004.0005
C <SEP> <B>0,135%</B> <SEP> Cr <SEP> <B>0,73-</B> <SEP> ?;
<tb> Si <SEP> <B>0,265%</B> <SEP> S <SEP> 0,006
<tb> Mn <SEP> <B>0.390%</B> <SEP> P <SEP> 0,009?;
<tb> NTi <SEP> <B>2,81</B> le reste étant pratiquement du fer, avec des corps dont la présence peut être, dans une certaine mesure, négligée.
La teneur en oxygène du métal était de 0,072 immédiatement après décrassage: 0,021 % après addition du manganèse, du sili cium et du chrome et 0,0025 % après le bras sage violent. La teneur en soufre a été abais sée à la teneur, extrêmement basse pour un acier doux, de 0,006%.
Une addition de 0,005 % d'aluminium lors de la coulée en lingotières a suffi pour con férer à ce métal un grain austénitique unifor mément fin (6-7 à l'essai Mac Quaid Ehn).
L'exploration par tournages aux dia mètres successivement décroissants de<B>75,65</B> et 55 mm d'une barre ronde de 85 mm de diamètre et de 1 m de longueur-exploration qui a consisté dans l'examen, sur la surface finement usinée, de tous les défauts capil laires visibles, n'a. permis, dans le métal à. grain fin, de déceler au total pour les trois passes d'usinage qu'un seul défaut de 1,5 mm et neuf défauts ponctuels de longueur infé- i rieure à 1 mm.
Le nombrage des inclusions oxydées sur la demi-coupe longitudinale d'une billette carrée de 80 mm de côté, provenant de la ré gion médiane d'un lingot n'ayant reçu aucune addition d'aluminium a été effectué. Ce nom- brage a porté sur une largeur de<B>1,76</B> mm, la longueur des inclusions rencontrées ayant été notée et, dans le cas des groupes d'inclusions, la. longueur totale du groupe ayant été notée comme telle. L'examen a décelé seulement quatre inclusions de longueur comprises entre 0,07 et 0,1.7 mm et une inclusion de 0,20 mm.
Le même examen effectué sur un lingot de la même coulée ayant reçu une addition de (1,020 % d'aluminium en lingotière a décelé cinq inclusions comprises entre 0,07 et <B>0,17</B> mm et aucune de dimension supérieure.
Toutes ces inclusions sont constituées par de l'alumine.
Exe).zple <I>II:</I> Le même traitement a été appliqué à une coulée de 1.5 tonnes d'un acier dur au chrome avec le même laitier initial que dans l'exem ple I. On avait ajouté au métal<B>0,350%</B> de silicium.
Après traitement. conforme au procédé, le laitier présentait la. composition suivante:
EMI0004.0022
Al.;03 <SEP> 39 <SEP> % <SEP> Fe0 <SEP> 0,6
<tb> Ca,O <SEP> 4 <SEP> 7 <SEP> % <SEP> MnO <SEP> \,4 <SEP> 7o
<tb> SiO.- <SEP> <B>10,5%</B> <SEP> Ti0- <SEP> 1,1 <SEP> %
<tb> M <SEP> g0 <SEP> 1,5 L'analyse du métal, après traitement, était-
EMI0004.0023
<B>c <SEP> 1,030%</B> <SEP> Cr <SEP> 1,37 <SEP> . ;
<tb> Si <SEP> 0,265 <SEP> % <SEP> S <SEP> 0,005
<tb> @In <SEP> 0,3()0 <SEP> % <SEP> P <SEP> <B>(1,(1()8%</B> le reste étant principalement du fer.
Sa teneur en oxy,'ène total, qui était de 0,0075 % après addition de Mn, Si, Cr, a été abaissée à 0,(1015, ô et la teneur en soufre ; jusqu'à 0,005, ,,,, L'essai d'exploration par tournage décrit plus haut a mis en évidence dans les mêmes conditions seulement quatre défauts ponctuels de inférieure à 1 mm pour un lin- , got à, grain fin.
Le nombrage des inclusions oxydées, qui étaient toutes d'alumine, effectué également dans les mêmes conditions, a décelé seulement quatre inclusions de longueur comprise entre ï 0,07 et 0,17 mm et aucune de dimension supérieure. Un lingot ayant reçu une addition de 0,020, " d'aluminium en lingotière, montra trois inclusions de longueur comprise entre 0,07.et 0,17 mm et une de 0,22 mm de Ion- (ueur. Le grain austénitique,
d'après l'essai Mac Quaid Ehn, a été trouvé uniformément. fin dès une addition d'aluminium de 0,007 %.
On pourrait évidemment, sans sortir du cadre de l'invention, ajouter à l'acier, outre le silicium (ou éventuellement le titane ou le zirconium), de l'aluminium avant ou pendant le traitement par le lai tier alumineux et alcalin-alcalino-terreux. Cette addition ne paraît toutefois présenter aucun intérêt spécial, l'essentiel restant l'ac tion du silicium (ou éventuellement du titane ou du zirconium) sur un tel laitier, prolongée jusqu'à ce que le laitier contienne très peu d'oxyde de fer et relativement peu d'oxyde > de manganèse.
D'autre part, le laitier peut contenir ini tialement une certaine proportion d'oxydes de fer et de manganèse, à condition que le laitier final soit très pauvre en ces matières; 3 mais l'inconvénient d'une telle façon d'opérer serait d'occasionner une consommation inutile d'agent réducteur dont l'oxyde est acide (silicium, par exemple) incorporé à l'acier, une partie de cet agent devant alors servir à 5 réduire les oxydes de fer et de manganèse, ce qui conduirait à en ajouter une plus grande quantité.
Il est vrai que la réduction de ces oxydes pourrait être effectuée par de l'alu minium, mais ce moyen conduirait également à une dépense supplémentaire. Il est donc avantageux de partir de laitiers ne contenant pas une proportion excessive des susdits oxydes. Cependant, la considération essen tielle .qui doit entrer en ligne de compte est, comme il a. déjà été souligné, la composition finale du laitier, sur lequel le silicium ou autre métal réducteur suffisamment éner gique ajouté au métal a exercé son action ré- ductrice, au moment où le métal est prêt à être coulé en lingotière.
Outre la faible te- ; neur en oxydes de fer et de manganèse, cette composition doit correspondre à un laitier contenant principalement de l'alumine et des bases alcalino-terreuses et/ou alcalines. Le laitier final peut toutefois contenir une cer- ; taine quantité de silice, et si l'on fait croître celle-ci, on n'observe pas de coupure brutale dans les résultats obtenus, mais ces résultats deviennent progressivement moins bons.
Voici un exemple (qui n'est pas un exemple de, mise en ceuvre du procédé selon l'invention) qui, par comparaison avec les résultats indi qués plus haut, montre l'influence défavo rable que peut avoir l'emploi d'un laitier riche en alumine et en bases alcalino- terreuses mais contenant, à côté de ces sub stances, une proportion relativement impor tante de silice: Une coulée d'acier nickel-chrome de cémentation a été traitée par brassage violent, au moyen d'un laitier du type de ceux des exemples indiqués ci-dessus, mais plus riche en silice. Le réducteur employé était le même que dans ces exemples.
Après traitement, la composition finale de ce laitier a été la sui vante:
EMI0005.0027
SiO. <SEP> 40,8% <SEP> Mn0 <SEP> 3,3%
<tb> A1203 <SEP> 21 <SEP> % <SEP> <B>MgO</B> <SEP> 3.,5
<tb> Ca0 <SEP> <B>27,5%</B> <SEP> TiOz <SEP> 1,2 Fe0 <SEP> 0,7 Après traitement par ce laitier alumi- neux, la composition du métal était:
EMI0005.0030
C <SEP> <B>0,090%</B> <SEP> Cr <SEP> 0,74
<tb> Si <SEP> 0-,415% <SEP> S <SEP> 0,015
<tb> Mn <SEP> <B>0,375%</B> <SEP> P <SEP> 0,012
<tb> Ni <SEP> 2,68 le reste étant principalement du fer.
Avec une addition de 0,012 % d'alumi nium en lingotières, l'acier était encore à grain Me Quaid Ehn mélangé, non uniformé ment fin. Le nombrage des inclusions fait sur un lingot ayant reçu une telle addition d'aluminium a donné 25 inclusions de 0,07 à 0,17 mm; cinq inclusions de 0,17 à 0,35 mm, trois inclusions de 0,35 à<B>0,70</B> min et deux inclusions de longueur supérieure à . 0,70 mm. La propreté de cet acier est donc nettement inférieure à celle des aciers obtenus dans les exemples précédemment décri ls.
Si l'on utilise des laitiers de départ com posés uniquement ou principalement d'alu mine et de chaux, avec de la silice par exem ple, il est préférable que les proportions de ces éléments soient telles que la teneur finale en silice du laitier ne dépasse pas 30<B>/'0,</B> la teneur en alumine atteignant au moins 20;
ô. A titre d'exemples non limitatifs, d'excellents résultats peuvent être obtenus avec des lai tiers donnant finalement les compositions sui vantes
EMI0006.0005
Alumine <SEP> <B>30% <SEP> <I>MgO</I></B> <SEP> 8
<tb> Ca0 <SEP> 40% <SEP> FeO <SEP> 0,8
<tb> Si02 <SEP> 20% <SEP> MnO <SEP> <B>J,</B>?
<tb> ou
<tb> A1203 <SEP> 40% <SEP> FeO <SEP> 0, <SEP> 5
<tb> Ca0 <SEP> 44% <SEP> MnO <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> ?@
<tb> Si02 <SEP> 15
<tb> ou
<tb> Alumine <SEP> <B>35%</B> <SEP> MgO <SEP> 4
<tb> Ca0 <SEP> 47% <SEP> Fe0 <SEP> 0,5 <SEP> ;
<tb> S'02 <SEP> <B>10%</B> <SEP> MnO <SEP> 0,5 <SEP> %
<tb> TiOü <SEP> 2 <SEP> % Bien entendu, ne sortirait pas du cadre de l'invention le fait d'ajouter des fluidifiants comme, par exemple, le spathfluor, l'acide titanique ou la zircone en quantités plus im portantes que cela n'est le cas dans les exem ples précédents.
On peut encore procéder, par exemple, de l'une des manières suivantes: S'agissant d'un acier élaboré au four élec trique, ou au four Martin, on élimine le lai tier existant dans le four, par exemple après i la fusion de la charge et la mise à tempéra ture, puis l'on charge sur le métal les élé ments du laitier alumineux. La fusion est plus rapide si l'on a formé au préalable, par fusion, un laitier synthétique de la composi tion voulue et que l'on charge ce laitier so lide en petits morceaux. Le laitier peut aussi être chargé liquide, ce qui est encore plus rapide.
Des additions comportant du silicium sont. faites dans le métal en même temps que l'on charge le laitier alumineux dans le four, ou avant ou après le chargement de ce laitier, et on laisse agir le silicium jusqu'î <B>,</B> i ce que le laitier ait la composition voulue définie ci- dessus et soit, en particulier, pratiquement exempt d'oxyde de fer. Des additions de manganèse et des additions éventuelles d'élé ments d'alliages peuvent être faites à un mo ment quelconque de l'opération.
Cependant., il est- parfois relativement long d'obtenir dans le four même, sans autre précaution, une action réductrice poussée très loin du silicium du métal sur le laitier alu mineux. Aussi, contrairement à une pratique très répandue et recommandée par des au teurs spécialisés et qui consiste à retenir au tant que possible le laitier pour éviter son mélange avec l'acier au moment de la coulée, une mesure extrêmement favorable et abré geant de toute façon l'opération, consiste à couler le laitier alumineux dans la.
poche de coulée, avant ou en même temps que le métal, en réalisant un brassage aussi intense que possible, pour obtenir l'effet recherché. Ceci a le très gros intérêt en dehors du gain de temps, de diminuer l'attaque du revêtement par le laitier alumineux à employer selon l'invention, qui a sur lui une action corrosive, ainsi qu'une altération dudit laitier et, en particulier, d'amoindrir un enrichissement de ce laitier en silice et: en oxydes métalliques provenant soit du revêtement du four, soit des briques de la voûte ou de toutes autres causes secondaires.
Les exemples donnés ci-dessous illustrent l'immense intérêt de ce mode opératoire. Exemple <I>III:</I> Une charge. de 15 tonnes d'acier au nickel-chroine de cémentation renfermant du silicium et ayant une analyse voisine de celle décrite à l'exemple I, a été traitée (après dé crassage du laitier de fusion et addition de Mn, de Cr et de 0,350,0o' de Si) par 4,0b' en poids d'un laitier synthétique alumino- alealino-terreux préalablement formé, chargé solide au four électrique et fondu sur le bain d'acier liquide. La fusion du laitier a duré 10 minutes.
L'ensemble laitier-métal a été ensuite coulé dans une poche de façon à réa liser un brassage aussi intense que possible.
Le laitier présentait dans le four la com position suivante:
EMI0007.0001
A1203 <SEP> 32 <SEP> % <SEP> FeO <SEP> 1,6
<tb> Ca0 <SEP> 43 <SEP> % <SEP> Mn0 <SEP> 0,4
<tb> Si02 <SEP> 14,3% <SEP> TiO2 <SEP> 2,2%
<tb> MgO <SEP> 5,4 Le laitier en fin d'opération dans la poche avait pour composition:
EMI0007.0002
Al <SEP> ,03 <SEP> <B>30,5%</B> <SEP> FeO <SEP> 0,7
<tb> CaO <SEP> 42 <SEP> % <SEP> Mn0 <SEP> 0,7
<tb> <U>SiO</U>2 <SEP> <B>17,5%</B> <SEP> TiO2 <SEP> 2 <SEP> %
<tb> 112g0 <SEP> 5,5 La composition centésimale du métal après traitement était la suivante:
EMI0007.0004
C <SEP> <B><I>0,130%</I></B> <SEP> Cr <SEP> 0,7
<tb> Si <SEP> <B>0,195%</B> <SEP> S <SEP> 0,008
<tb> Mn <SEP> 0,445% <SEP> P <SEP> 0,010
<tb> Ni <SEP> 2,8 le reste étant pratiquement du fer.
Les teneurs en soufre et en oxygène ont été les suivantes Après addition du Si et avant fusion du laitier: S = 0,020 % 0 - 0,015 Après fusion du laitier: S = 0,015 % 0 - 0,007 % Après brassage violent: S = 0,008 % 0 - 0,003% Ces chiffres illustrent le très gros intérêt . du violent brassage final.
L'exploration par tournage et le nom- brage des inclusions dans les conditions dé crites plus haut ont montré respectivement: deux défauts capillaires de 1 mm et six dé i fauts ponctuels de longueur inférieure à 1 mm et, d'autre part, cinq inclusions ayant de 0,07 à 0,17 mm de longueur et deux in clusions de 0,25 mm. La grosseur de grain Mac Quaid Ehn était fine et a été obtenue avec<B>0,005%</B> d'Al.
Exemple <I>IV:</I> Une fusion de 15 tonnes d'acier dur au chrome a été traitée dans les mêmes condi tions que la fusion décrite à l'exemple précé dent.
La composition du laitier fondu sur le bain était, dans le four, la suivante:
EMI0007.0014
A1203 <SEP> 29 <SEP> % <SEP> FeO <SEP> 0,9
<tb> Ca0 <SEP> 47 <SEP> % <SEP> MnO <SEP> 0,3
<tb> SiO2 <SEP> <B>15,8%</B> <SEP> Ti02 <SEP> 1,2%
<tb> <B><I>MgO</I></B> <SEP> 5 Dans la poche, à la fin de l'opération, elle était devenue:
EMI0007.0015
A1203 <SEP> 2$ <SEP> % <SEP> FeO <SEP> 0,4
<tb> Ca0 <SEP> 46 <SEP> % <SEP> MnO <SEP> 0,7
<tb> SiO2 <SEP> 18 <SEP> % <SEP> - <SEP> TiO2 <SEP> 1,2%
<tb> <B>MgO</B> <SEP> 4,5 L'analyse centésimale du métal après traitement était:
EMI0007.0016
C <SEP> 1,020 <SEP> % <SEP> Cr <SEP> 1,42<B>%</B>
<tb> ,Si <SEP> 0,245 <SEP> 5vo <SEP> S <SEP> 0,006
<tb> Mn <SEP> 0;320 <SEP> % <SEP> P <SEP> 0,010 <SEP> <B><I>50V</I></B> le reste étant pratiquement du fer.
La teneur en soufre était tombée du four (juste avant de couler) à la poche (après brassage) de 0,019 à<B>0,00670</B> et celle en oxy gène de 0,009 à 0,1002%.
L'exploration par tournage a montré seu lement un défaut supérieur de 1 mm et six défauts ponctuels. Le nombrage des inclu sions oxydées n'a montré que cinq inclusions, nui étaient inférieures à 0,17 mm de lon gueur, et une comprise entre 0,17 et 0,34 mm.
On peut également .opérer conformément à l'invention dans un four ù haute fréquence, sur sole neutre ou basique ou en four Mar tin ou dans un récipient quelconque. Mais un mode opératoire particulièrement avantageux, applicable quel que soit le procédé d'élabora tion de l'acier et qui convient particulière ment bien aux grands modes classiques d'élaboration au four Martin ou au convertis- seur et qui permet d'obtenir avec régularité, dans des installations de ce type, des aciers de première qualité, quel que soit le point de vue sous lequel on les juge:
propreté micro graphique ou macrographique, analyse chi mique, caractéristiques mécaniques, en long et en travers, consiste à réaliser, notamment par des procédés analogues à ceux décrits dans les brevets suisses nos 164262 et 166850 de la société demanderesse, un brassage intense entre le métal, auquel on a ajouté du sili cium, et un laitier alumineux et alcalin ou alcalino-terreux, synthétique, préparé à l'avance à l'état fondu. Etant donné la.
faible quantité de laitier nécessaire, il est alors pos sible, avec un métal bien chaud, de mettre en oeuvre le laitier sous forme d'éléments solide, de préférence sous forme de laitier synthé tique préparé à l'avance, refroidi et broyé, que ce laitier sait alors froid ou chauffé. Il se produit une fusion du laitier dès le dé but du versement et le brassage avec laitier fondu est ainsi obtenu. On obtient ainsi en un temps très court la réaction du silicium sur un laitier alumineux qui est finalement très pauvre en FeO.
Dans la manière d'opérer qui vient d'être décrite, le laitier avec lequel on fait le bras sage peut contenir initialement une certaine quantité d'oxydes de fer et de manganèse, ce qui oblige seulement à. ajouter du silicium en plus grand excès par rapport à la. teneur que l'on désire conserver dans le métal, les oxydes en question étant réduits en grande partie par le silicium pendant le brassage, de sorte que le laitier est finalement pauvre en FeO et MnO.
La réduction des composés oxydés conte nus dans le laitier en dehors de l'alumine peut recevoir une application pratique inté ressante lorsque l'on veut obtenir des aciers contenant des éléments d'alliage. Cette ap plication consiste à introduire dans le laitier des composés oxydés de ces éléments d'al liage qui soient capables d'être réduits par le silicium ou autre réducteur équivalent ajouté à l'acier. Si ce réducteur est ajouté à l'acier en proportion suffisante, les composés oxydés des éléments d'alliage sont réduit pendant l'opération de traitement de l'acier et les éléments d'alliage libérés par cette ré duction passent dans l'acier.
Un exemple de l'application du procédé avec brassage violent. dans le cas d'une élabo ration de 40 tonnes d'acier au four Martin . est donné ci-dessous: Exemple <I>T':</I> <B>Un</B> bain de 40 tonnes a été élaboré dans un four Martin. La composition de cet acier, juste avant d'ajouter du silicium, était-
EMI0008.0022
<B>C <SEP> <I>0.60%</I></B> <SEP> P <SEP> 0,022 <SEP> 1,
<tb> Mn <SEP> 0,45û <SEP> S <SEP> 11,(t24,<B>\</B> le reste étant pratiquement du fer.
Une proportion de 0,4t @0 en poids de silicium a été ajoutée au métal, c'est-à-dire 160 kg de silicium. L'acier ainsi additionné a. été immédiatement coulé en rc-tenant dans le four le laitier qui surmontait le bain mé tallique, la coulée étant opérée en gros jet.
d'une hauteur relativement grande, dans une poche contenant. 1400 kg d'un laitier préala blement fondu, très fluide, ayant la composi tion suivante:
EMI0008.0027
Al#o; <SEP> 43,# <SEP> <B>00:'</B> <SEP> #rio# <SEP> 2,1 <SEP> <B>R</B>.,;
<tb> CaO <SEP> 47, <SEP> Fer <SEP> <B>()</B>,8
<tb> <B>SiO@</B> <SEP> 5,3 Après le versement violent de l'acier sur le laitier alumineux, versement qui a pris en viron une minute et demie, et après sépara tion naturelle du laitier, les compositions du métal et du laitier ont été respectivement les suivantes
EMI0008.0032
Acier:
<SEP> C <SEP> 0,60,%o <SEP> P <SEP> (),0'21 <SEP> ô
<tb> <B>Mil</B> <SEP> 0,45 <SEP> <B>0(7</B> <SEP> S <SEP> 0,007 <SEP> 0;
<tb> Si <SEP> 0,2 <SEP> ï <SEP> ;
<tb> Laitier: <SEP> Al_O:; <SEP> 40,2 <SEP> <B>'o</B> <SEP> TiO.> <SEP> 1,9
<tb> CaO <SEP> 47.? <SEP> FeO <SEP> 0,5 <SEP> ô
<tb> SiO! <SEP> 8,9 <SEP> 1In0 <SEP> <B>(J,5%</B> Lors de la coulée en lingotière et sans aucune addition d'aluminium, l'acier était parfaitement calme et sa grosseur de grain Me Quaid Ehn était J", d'où résulte la preuve d'une introduction importante d'alu minium dans l'acier.
Le nombrage des inclusions, effectué sui ; vant la même méthode que celle décrite dans les exemples précédents, n'a révélé que trois inclusions de 0,07 à 0,17 mm.
L'acier a été soumis à des essais de rési lience Mesnager après que l'acier eût été trempé puis revenu à 650 C.
On a trouvé une résilience en travers de 5,7, ce qui est extrêmement remarquable pour un acier dur de cette catégorie.
La coulée, transformée en fils très fins, a révélé une capacité très élevée de transfor mation et la mise au mille (il faut entendre par cette expression le poids de billettes à utiliser pour obtenir mille kilos de fil), de la billette aux fils fins, a été inférieure de 30 i à celle de coulées d'aciers de la même compo sition obtenus au four Martin, mais n'ayant pas été traités conformément au présent pro cédé.
Il n'a pas été donné ci-dessus, sauf dans les exemples, de chiffres absolus en ce qui concerne la proportion d'agent réducteur à ajouter à l'acier en vue de coopérer avec le laitier alumineux, conformément à la pré sente invention, parce que cette proportion varie avec les circonstances. Lorsque l'acier à traiter ne contient pas originairement de sili cium, une proportion comprise entre 0,150% et environ <B>0,750%</B> convient dans la plupart des cas pour la réalisation du procédé.
La ;proportion de silicium à ajouter à l'acier dé pend évidemment de la teneur finale de sili cium que l'on désire trouver dans l'acier et de la proportion de FeO, de MnO ou d'autres composés oxygénés à réduire.
On peut aussi réutiliser le laitier sans le laisser se solidifier, en le rechargeant liquide dans le four, sur l'acier à traiter, et en le ra menant le cas échéant dans les limites de composition désirées par des additions de corps contenant de l'alumine et/ou des bases alcalines ou alcalino-terreuses, ce laitier étant soumis à un réchauffage si cela est néces saire. Les laitiers éliminés peuvent, d'autre part,. être utilisés dans la fabrication des ciments, ce qui constitue un avantage écono mique supplémentaire du procédé.
Process for improving the micrographic cleanliness of a steel. Recent metallurgical studies have shown the considerable influence which relatively very small quantities of aluminum present in the steel have on the properties of steels, in general, and that small variations in these contents are sufficient to modify profoundly many properties of the steel, such as Mac Quaid Ehn test grain size, normality, quench depth, aptitude for overheating, mechanical properties, etc.
It has been shown, in particular, that substantial additions of aluminum in the steel make it possible to obtain, without having to resort to costly additions such as vanadium for example, fine-grained steels, which are very advantageous for many uses. . If the aluminum is added to the ladle or the mold, it is then necessary, according to the authors, to have recourse to additions of aluminum ranging from 0.025 to 0.050% and sometimes even more. But it is generally recognized by the authors that these additions have unfavorable effects on the micrographic cleanliness of the steel and that in any case, to avoid these effects, it is necessary to increase the deoxidation to a very high degree. high, except that it is specified how this result can be obtained.
The additions of aluminum also tend to increase the number and magnitude of internal steel defects which appear on machining in the form of capillary lines (referred to in English as "hate lines"). These additions also tend to cause the formation of groups of inclusions called "alumina clusters" (in English "alumina clusters" or "alumina stringers" and in German "Tonerdeschleiern") very unfavorable to the micrographic appearance of steel.
Furthermore, slags based on alumina, lime, silica and coke have already been studied with a view to investigating the effect of such layers on the dephosphorization, desulphurization and deoxidation of steel. The results of this work led to the following conclusions 1.
It is possible, by causing such slags to act on the steel, to obtain desulphurization and even deoxidation, by operating as usual in a basic electric oven, with purely calcareous slags, namely by loading on the bath a slag composed of Al \ O ', Ca.O, Si0 = and sticks, thus forming a carburized slag which is left to act for a fairly long period. Such a process merely repeats, with a slag loaded with alumina, the well-known technique of deoxidation and desulfurization by slag carburized in an electric furnace.
It does not give any special advantage over this technique; it has the same drawbacks: duration, progressive carburization of the metal making the precision of the carbon content more difficult to obtain, very great difficulty of application to extra-mild steels. On the other hand, it presents, compared to purely calcareous carburized slags, serious drawbacks: greater attack on the coating by slags which are corrosive to it and, on the other hand, a significant increase the price of raw materials, therefore the operation, which is offset neither by a technical advantage, nor by a saving due to. a shortening of the operation.
2. Such a process requires the presence of a reducing atmosphere and a high temperature which can practically be reached, for the production of steel, only in electric furnaces. This process is therefore practically limited to an electric oven, like, moreover, the usual processes using basic “white” or “carbonated” slags.
3 ,. The aluminous slags used in these experiments thickened as the carbides formed. Their fluidity therefore diminished over time. as their effectiveness increased.
The Applicant has established a process, which is the subject of the present invention, so that it is possible to obtain regularly and in remarkably simple conditions, steels having an extreme micrographic cleanliness, whatever their fineness of gain and even. if they subsequently receive in the oven, in a ladle or in an ingot mold, relatively large additions of aluminum (up to (i, 020 to. 0.03f1,%, oti more).
Such a result is furthermore obtained as well. on mild steels than on semi-hard or hard steels, although it is well known that mild steels are much more difficult to obtain clean, especially when they are fine-grained.
According to the process forming the subject of the invention, the steel bath to be improved containing a reducing agent sufficiently energetic to reduce alumina under the operating conditions and of which the oxide is acid, is subjected to action of a non-carburized slag initially containing at least 50 alumina and low alkaline or alkaline-earth metals, all such that the final iron oxide content of the slag is less than 25%, it should be noted that such a final slag will, at the same time, only contain a small proportion of manganese oxide.
This process does not require an abnormally high tecnpe- # 1 and. can also be applied in the Martin oven or in the electric oven or in any other processing apparatus.
The carburizing of the slag, for example by means of glue, proves useless: there is not in the present. slag carburizing process, because it is completely useless, the success of the operation is in no way conditioned by the formation of water. It suffices, as indicated above, to leave the reducing agent sufficiently long;
- oïl time briskly enough for the. content of the slag in metal oxides, such as FeO and 11m0, becomes extremely low (less than \? ô for FeOi, which takes place in a relatively short time or even extremely short if we apply the procedure with stirring violent: as described below.
The slag, although it becomes increasingly poor in metal oxides which can be reduced by the aforesaid reducing agent capable of reducing alumina under the optional conditions and of which the oxide is acid, in fact remains fluid throughout the entire period. operation and is thus particularly capable of reacting rapidly with metal. Said reducing agent, such as silicon, for example, is added to the bath before or during the action of the slag. The addition can be made on a very oxidized bath, containing for example 0.080% oxygen, and it is remarkable to note that, even in this case, the final result of extreme micrographic cleanliness is obtained.
The action of said reducing agent essentially aims, combined with the action of the aluminous slag employed according to the invention, of reducing alumina and at the same time introducing aluminum into the metal, which does not apply. 'is obtained in practice only when the action of the reducing agent has been carried out so as to lower the FeO content to extremely low values as shown by the examples cited below.
This influence of the reducing agent is proved by the fact, for example, that if one hras @ f @, as in one of the execution methods of the invention indicated later, a steel not containing silicon or equivalent reducing agent defined above, with a slag to be used according to the invention, at an initial content however very low in iron oxide, 0.4% for example, the refining effect of the grain Me is not obtained, Quaid Ehn,
which would be due to the reintroduction of Al indicated above and this even with steels with a high carbon content.
It can be seen that the few very small oxidized inclusions existing, after solidification, in the steel treated in accordance with the process according to the invention, are crystalline, not very grouped, and do not elongate during lamination and forging. The steel has no, or extremely few, hairline or "hate" defects and these, when they exist, are very small.
In addition and contrary to what the work recalled above suggested, the process according to the invention provides desulphurization of the steel, even if the starting point is already low sulfur contents, for example of the order of 0.020 / '0, so that steels are obtained which are also very clean from the point of view of sulphide inclusions.
Experience shows that the steel treated according to the invention contains a certain amount of aluminum. We notice in fact that, even if we did not add aluminum to the metal, during the operation or subsequently, nor introduced in the slags of oxidizing de-oxidants containing aluminum, the steel obtained - which settles deeply in the ingot mold, with weights and charcoal on the heads of the ingots - presents a few rare inclusions containing alumina, which shows an introduction of aluminum into the metal;
on the other hand, this introduction and the presence of aluminum dissolved in the metal is also proved by the fact that extremely low additions of aluminum in the ladle or in the ingot mold, of the order of 0.005% for example, are sufficient. to obtain Me Quaid Ehn fine grain steels, which can usually only be achieved, even on well deoxidized steels beforehand, only with aluminum additions of 3 to. 10 times more important. This fact constitutes moreover .l'one of the advantages of the process forming the subject of the invention.
Another advantage of this process is that it allows very good ingot surfaces to be obtained, which reduces the costs of chiselling and grinding.
Here are some examples of implementation of the process according to the invention, which show remarkable results obtained by the application of the invention. Example <I> 1: </I> A charge of 15 tonnes of steel was melted in the electric furnace for the manufacture of nickel-chromium cementing steel.
After scouring the molten slag, additions of chromium and manganese were made in the superoxidized bath and 0.40: 0% silicon was added, then the steel was stirred violently with 4% d 'an alumino-alkaline-earth slag, previously melted, placed at the bottom of the ladle and which had the following composition:
EMI0004.0002
A1203 <SEP> 43i% <SEP> Fe0 <SEP> <B> 1.15 <SEP> Ofi </B>
<tb> CaO <SEP> 47% <SEP> Ti02 <SEP> 1.4
<tb> SiO2 <SEP> 7 After the violent stirring of the metal and the slag, the slag which had risen above the metal had the following composition:
EMI0004.0003
A1203 <SEP> <B> 35% </B> <SEP> Mg0 <SEP>?, 5
<tb> Ca0 <SEP> 46% <SEP> FeO <SEP> 0.6
<tb> SiO2 <SEP> 14% <SEP> MnO <SEP> 0.5
<tb> TiQ_, <SEP> 1.9 MgO comes from the portion of the smelting slag which passes with the metal during ladle pouring.
The analysis of the metal after treatment was:
EMI0004.0005
C <SEP> <B> 0.135% </B> <SEP> Cr <SEP> <B> 0.73- </B> <SEP>?;
<tb> If <SEP> <B> 0.265% </B> <SEP> S <SEP> 0.006
<tb> Mn <SEP> <B> 0.390% </B> <SEP> P <SEP> 0.009 ?;
<tb> NTi <SEP> <B> 2.81 </B> the rest being practically iron, with bodies whose presence can be, to some extent, neglected.
The oxygen content of the metal was 0.072 immediately after scrubbing: 0.021% after addition of manganese, silicon and chromium and 0.0025% after violent sage arm. The sulfur content has been reduced to the extremely low content for mild steel of 0.006%.
An addition of 0.005% aluminum during the casting in ingots was sufficient to give this metal a uniformly fine austenitic grain (6-7 in the Mac Quaid Ehn test).
The exploration by turning with successively decreasing diameters of <B> 75.65 </B> and 55 mm of a round bar 85 mm in diameter and 1 m in length - exploration which consisted in the examination, on the finely machined surface, all visible hair defects, no. allowed, in the metal to. fine grain, to detect in total for the three machining passes a single defect of 1.5 mm and nine point defects of length less than 1 mm.
The number of oxidized inclusions on the longitudinal half-section of a square billet with a side of 80 mm, originating from the median region of an ingot which had not received any addition of aluminum was carried out. This enumeration covered a width of <B> 1.76 </B> mm, the length of the inclusions encountered having been noted and, in the case of the inclusion groups, the. total length of the group having been noted as such. The examination detected only four inclusions of length between 0.07 and 0.1.7 mm and one inclusion of 0.20 mm.
The same examination carried out on an ingot of the same cast having received an addition of (1.020% aluminum in the ingot mold detected five inclusions between 0.07 and <B> 0.17 </B> mm and none of greater dimension .
All these inclusions are constituted by alumina.
Exe) .zple <I> II: </I> The same treatment was applied to a 1.5 ton cast of hard chromium steel with the same initial slag as in Example I. The metal was added <B> 0.350% </B> silicon.
After treatment. according to the process, the slag exhibited the. following composition:
EMI0004.0022
Al.; 03 <SEP> 39 <SEP>% <SEP> Fe0 <SEP> 0.6
<tb> Ca, O <SEP> 4 <SEP> 7 <SEP>% <SEP> MnO <SEP> \, 4 <SEP> 7o
<tb> SiO.- <SEP> <B> 10.5% </B> <SEP> Ti0- <SEP> 1.1 <SEP>%
<tb> M <SEP> g0 <SEP> 1.5 The analysis of the metal, after treatment, was-
EMI0004.0023
<B> c <SEP> 1.030% </B> <SEP> Cr <SEP> 1.37 <SEP>. ;
<tb> If <SEP> 0.265 <SEP>% <SEP> S <SEP> 0.005
<tb> @In <SEP> 0,3 () 0 <SEP>% <SEP> P <SEP> <B> (1, (1 () 8% </B> the rest being mostly iron.
Its total oxyene content, which was 0.0075% after addition of Mn, Si, Cr, was lowered to 0.1 (1015, 6 and the sulfur content; down to 0.005, ,,,, The exploration test by turning described above revealed under the same conditions only four point defects of less than 1 mm for a fine-grained lin-, taste.
The count of the oxidized inclusions, which were all alumina, also carried out under the same conditions, revealed only four inclusions of length between 0.07 and 0.17 mm and none of greater dimension. An ingot having received an addition of 0.020, "of aluminum in the ingot mold, showed three inclusions of length between 0.07 and 0.17 mm and one of 0.22 mm of ion- (ueur. The austenitic grain,
according to the Mac Quaid Ehn test, was found uniformly. fine from an aluminum addition of 0.007%.
It would obviously be possible, without departing from the scope of the invention, to add to the steel, in addition to silicon (or optionally titanium or zirconium), aluminum before or during the treatment with the aluminous and alkaline-alkaline slag. -terreux. However, this addition does not appear to be of any special interest, the main thing remaining the action of silicon (or possibly titanium or zirconium) on such a slag, prolonged until the slag contains very little iron oxide. and relatively little manganese oxide.
On the other hand, the slag may initially contain a certain proportion of iron and manganese oxides, provided that the final slag is very poor in these matters; 3 but the drawback of such a way of operating would be to cause unnecessary consumption of reducing agent whose oxide is acidic (silicon, for example) incorporated into the steel, part of this agent then having to be used. to reduce the oxides of iron and manganese, which would lead to adding a larger amount.
It is true that the reduction of these oxides could be effected by aluminum, but this means would also lead to an additional expense. It is therefore advantageous to start with slags which do not contain an excessive proportion of the aforesaid oxides. However, the essential consideration which must be taken into account is, as he has. already underlined, the final composition of the slag, on which the silicon or other sufficiently energetic reducing metal added to the metal has exerted its reducing action, when the metal is ready to be cast in the mold.
Besides the low te-; Neur in iron and manganese oxides, this composition should correspond to a slag mainly containing alumina and alkaline-earth and / or alkaline bases. The final slag may however contain a cer-; a certain amount of silica, and if the latter is made to grow, no sudden cut-off is observed in the results obtained, but these results gradually become less good.
Here is an example (which is not an example of implementation of the method according to the invention) which, by comparison with the results indicated above, shows the unfavorable influence that the use of a slag rich in alumina and alkaline earth bases but containing, alongside these substances, a relatively large proportion of silica: A cast of nickel-chromium cementing steel was treated by violent stirring, using a slag of the type of those of the examples indicated above, but richer in silica. The reducer employed was the same as in these examples.
After treatment, the final composition of this slag was as follows:
EMI0005.0027
SiO. <SEP> 40.8% <SEP> Mn0 <SEP> 3.3%
<tb> A1203 <SEP> 21 <SEP>% <SEP> <B> MgO </B> <SEP> 3., 5
<tb> Ca0 <SEP> <B> 27.5% </B> <SEP> TiOz <SEP> 1.2 Fe0 <SEP> 0.7 After treatment with this alumi- nous slag, the composition of the metal was:
EMI0005.0030
C <SEP> <B> 0.090% </B> <SEP> Cr <SEP> 0.74
<tb> If <SEP> 0-, 415% <SEP> S <SEP> 0.015
<tb> Mn <SEP> <B> 0.375% </B> <SEP> P <SEP> 0.012
<tb> Ni <SEP> 2.68 the remainder being mainly iron.
With an addition of 0.012% aluminum in ingots, the steel was still mixed Me Quaid Ehn grain, not uniformly fine. The number of inclusions made on an ingot having received such an addition of aluminum gave 25 inclusions of 0.07 to 0.17 mm; five inclusions of 0.17 to 0.35 mm, three inclusions of 0.35 to <B> 0.70 </B> min and two inclusions of length greater than. 0.70 mm. The cleanliness of this steel is therefore markedly lower than that of the steels obtained in the examples described above.
If one uses starting slags composed only or mainly of alumina and lime, with silica for example, it is preferable that the proportions of these elements are such that the final silica content of the slag is not not exceed 30 <B> / '0, </B> the alumina content of at least 20;
oh. By way of nonlimiting examples, excellent results can be obtained with third layers finally giving the following compositions
EMI0006.0005
Alumina <SEP> <B> 30% <SEP> <I>MgO</I> </B> <SEP> 8
<tb> Ca0 <SEP> 40% <SEP> FeO <SEP> 0.8
<tb> Si02 <SEP> 20% <SEP> MnO <SEP> <B> J, </B>?
<tb> or
<tb> A1203 <SEP> 40% <SEP> FeO <SEP> 0, <SEP> 5
<tb> Ca0 <SEP> 44% <SEP> MnO <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>? @
<tb> Si02 <SEP> 15
<tb> or
<tb> Alumina <SEP> <B> 35% </B> <SEP> MgO <SEP> 4
<tb> Ca0 <SEP> 47% <SEP> Fe0 <SEP> 0.5 <SEP>;
<tb> S'02 <SEP> <B> 10% </B> <SEP> MnO <SEP> 0.5 <SEP>%
<tb> TiOü <SEP> 2 <SEP>% Of course, it would not depart from the scope of the invention to add thinners such as, for example, spathfluoride, titanic acid or zirconia in greater quantities. load-bearing than is the case in the previous examples.
It is also possible to proceed, for example, in one of the following ways: In the case of a steel produced in an electric furnace, or in a Martin furnace, the milk existing in the furnace is eliminated, for example after melting of the charge and the setting to temperature, then the elements of the aluminous slag are loaded onto the metal. Melting is faster if a synthetic slag of the desired composition has been previously formed by melting and this solid slag is loaded into small pieces. The slag can also be loaded with liquid, which is even faster.
Additions comprising silicon are. made in the metal at the same time as one loads the aluminous slag in the furnace, or before or after the loading of this slag, and the silicon is allowed to act until <B>, </B> i the slag has the desired composition defined above and is, in particular, substantially free of iron oxide. Additions of manganese and possible additions of alloying elements can be made at any time during the operation.
However, it is sometimes relatively long to obtain in the furnace itself, without other precaution, a reducing action pushed very far from the silicon of the metal on the aluminum slag. Also, contrary to a very widespread practice recommended by specialist au teurs and which consists in retaining the slag as much as possible to avoid its mixing with the steel at the time of casting, an extremely favorable and shortening measure anyway the operation consists in pouring the aluminous slag in the.
casting ladle, before or at the same time as the metal, by stirring as intensely as possible, to obtain the desired effect. This has the very great advantage, apart from saving time, of reducing the attack on the coating by the aluminous slag to be used according to the invention, which has a corrosive action on it, as well as an alteration of said slag and, in particular , to reduce an enrichment of this slag in silica and: in metal oxides originating either from the lining of the furnace, or from the bricks of the vault or from any other secondary causes.
The examples given below illustrate the immense benefit of this procedure. Example <I> III: </I> A charge. 15 tonnes of nickel-chrome carburizing steel containing silicon and having an analysis similar to that described in Example I, was treated (after de-soiling of the melting slag and addition of Mn, Cr and 0.350 0o 'of Si) per 4.0b' by weight of an alumino-alealino-earth synthetic slag previously formed, charged solid in an electric furnace and melted on the bath of liquid steel. The melting of the slag lasted 10 minutes.
The slag-metal assembly was then poured into a ladle so as to achieve as intense a stirring as possible.
The slag had the following com position in the oven:
EMI0007.0001
A1203 <SEP> 32 <SEP>% <SEP> FeO <SEP> 1.6
<tb> Ca0 <SEP> 43 <SEP>% <SEP> Mn0 <SEP> 0.4
<tb> Si02 <SEP> 14.3% <SEP> TiO2 <SEP> 2.2%
<tb> MgO <SEP> 5.4 The slag at the end of the operation in the bag was composed of:
EMI0007.0002
Al <SEP>, 03 <SEP> <B> 30.5% </B> <SEP> FeO <SEP> 0.7
<tb> CaO <SEP> 42 <SEP>% <SEP> Mn0 <SEP> 0.7
<tb> <U> SiO </U> 2 <SEP> <B> 17.5% </B> <SEP> TiO2 <SEP> 2 <SEP>%
<tb> 112g0 <SEP> 5.5 The percentage composition of the metal after treatment was as follows:
EMI0007.0004
C <SEP> <B><I>0,130%</I> </B> <SEP> Cr <SEP> 0.7
<tb> If <SEP> <B> 0.195% </B> <SEP> S <SEP> 0.008
<tb> Mn <SEP> 0.445% <SEP> P <SEP> 0.010
<tb> Ni <SEP> 2.8 the rest being practically iron.
The sulfur and oxygen contents were as follows After addition of Si and before melting of the slag: S = 0.020% 0 - 0.015 After melting of the slag: S = 0.015% 0 - 0.007% After violent stirring: S = 0.008% 0 - 0.003% These figures illustrate the very high interest. violent final stirring.
The exploration by turning and the number of inclusions under the conditions described above showed respectively: two capillary defects of 1 mm and six point defects of length less than 1 mm and, on the other hand, five inclusions 0.07 to 0.17 mm in length and two 0.25 mm inclusions. The Mac Quaid Ehn grain size was fine and was obtained with <B> 0.005% </B> Al.
Example <I> IV: </I> A melting of 15 tonnes of hard chromium steel was treated under the same conditions as the melting described in the previous example.
The composition of the slag melted on the bath was, in the oven, as follows:
EMI0007.0014
A1203 <SEP> 29 <SEP>% <SEP> FeO <SEP> 0.9
<tb> Ca0 <SEP> 47 <SEP>% <SEP> MnO <SEP> 0.3
<tb> SiO2 <SEP> <B> 15.8% </B> <SEP> Ti02 <SEP> 1.2%
<tb> <B><I>MgO</I> </B> <SEP> 5 In the pocket, at the end of the operation, it had become:
EMI0007.0015
A1203 <SEP> 2 $ <SEP>% <SEP> FeO <SEP> 0.4
<tb> Ca0 <SEP> 46 <SEP>% <SEP> MnO <SEP> 0.7
<tb> SiO2 <SEP> 18 <SEP>% <SEP> - <SEP> TiO2 <SEP> 1.2%
<tb> <B> MgO </B> <SEP> 4.5 The percentage analysis of the metal after treatment was:
EMI0007.0016
C <SEP> 1,020 <SEP>% <SEP> Cr <SEP> 1,42 <B>% </B>
<tb>, Si <SEP> 0.245 <SEP> 5vo <SEP> S <SEP> 0.006
<tb> Mn <SEP> 0; 320 <SEP>% <SEP> P <SEP> 0.010 <SEP> <B><I>50V</I> </B> the rest being practically iron.
The sulfur content had fallen from the furnace (just before pouring) to the ladle (after stirring) from 0.019 to <B> 0.00670 </B> and that of oxygen from 0.009 to 0.1002%.
The exploration by turning showed only a superior defect of 1 mm and six point defects. The number of oxidized inclusions showed only five inclusions, which were less than 0.17 mm in length, and one between 0.17 and 0.34 mm.
It is also possible to operate according to the invention in a high frequency oven, on a neutral or basic hearth or in a marine oven or in any container. But a particularly advantageous operating mode, applicable whatever the steelmaking process and which is particularly well suited to the major conventional production methods in the Martin furnace or in the converter and which makes it possible to obtain with regularity , in installations of this type, first quality steels, regardless of the point of view from which they are judged:
micrographic or macrographic cleanliness, chemical analysis, mechanical characteristics, lengthwise and crosswise, consists in carrying out, in particular by methods similar to those described in Swiss patents 164262 and 166850 of the applicant company, an intense mixing between the metal , to which were added silicon, and a synthetic aluminous and alkaline or alkaline-earth slag, prepared in advance in the molten state. Given the.
small quantity of slag necessary, it is then possible, with a very hot metal, to use the slag in the form of solid elements, preferably in the form of synthetic slag prepared in advance, cooled and ground, which this slag then knows cold or heated. There is a melting of the slag from the start of pouring and mixing with molten slag is thus obtained. The reaction of silicon on an aluminous slag which is ultimately very poor in FeO is thus obtained in a very short time.
In the way of operating which has just been described, the slag with which one makes the wise arm may initially contain a certain quantity of iron and manganese oxides, which only requires. add silicon in greater excess compared to the. content that is desired to be retained in the metal, the oxides in question being largely reduced by the silicon during stirring, so that the slag is ultimately poor in FeO and MnO.
The reduction of the oxidized compounds contained in the slag apart from the alumina can be of useful practical application when it is desired to obtain steels containing alloying elements. This application consists in introducing into the slag oxidized compounds of these alloying elements which are capable of being reduced by silicon or other equivalent reducing agent added to the steel. If this reducing agent is added to the steel in sufficient proportion, the oxidized compounds of the alloying elements are reduced during the steel processing operation and the alloying elements released by this reduction pass into the steel.
An example of the application of the method with violent stirring. in the case of an elaboration of 40 tons of steel in the Martin furnace. is given below: Example <I> T ': </I> <B> A </B> 40 ton bath has been produced in a Martin furnace. The composition of this steel, just before adding silicon, was-
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<B> C <SEP> <I>0.60%</I> </B> <SEP> P <SEP> 0.022 <SEP> 1,
<tb> Mn <SEP> 0.45û <SEP> S <SEP> 11, (t24, <B> \ </B> the rest being practically iron.
A proportion of 0.4t @ 0 by weight of silicon was added to the metal, i.e. 160 kg of silicon. The steel thus added a. Was immediately poured by rc-holding in the furnace the slag which surmounted the metallic bath, the casting being operated in coarse jet.
of a relatively large height, in a pocket containing. 1400 kg of a previously melted, very fluid slag having the following composition:
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Al # o; <SEP> 43, # <SEP> <B> 00: '</B> <SEP> # rio # <SEP> 2,1 <SEP> <B> R </B>.,;
<tb> CaO <SEP> 47, <SEP> Iron <SEP> <B> () </B>, 8
<tb> <B> SiO @ </B> <SEP> 5.3 After pouring the steel violently on the aluminous slag, which took about a minute and a half, and after natural separation of the slag, the compositions of the metal and of the slag were respectively as follows
EMI0008.0032
Steel:
<SEP> C <SEP> 0.60,% o <SEP> P <SEP> (), 0'21 <SEP> ô
<tb> <B> Mil </B> <SEP> 0.45 <SEP> <B> 0 (7 </B> <SEP> S <SEP> 0.007 <SEP> 0;
<tb> If <SEP> 0.2 <SEP> ï <SEP>;
<tb> Milkman: <SEP> Al_O :; <SEP> 40.2 <SEP> <B> 'o </B> <SEP> TiO.> <SEP> 1.9
<tb> CaO <SEP> 47.? <SEP> FeO <SEP> 0.5 <SEP> ô
<tb> SiO! <SEP> 8.9 <SEP> 1In0 <SEP> <B> (J, 5% </B> During the ingot casting and without any addition of aluminum, the steel was perfectly calm and its grain size Me Quaid Ehn was J ", from which results the proof of a significant introduction of aluminum in the steel.
The number of inclusions, carried out sui; Using the same method as that described in the previous examples, only revealed three inclusions of 0.07 to 0.17 mm.
The steel was subjected to Mesnager strength tests after the steel had been quenched and then tempered to 650 C.
A cross resilience of 5.7 was found which is extremely remarkable for hard steel in this grade.
The casting, transformed into very fine threads, revealed a very high processing capacity and the setting to the thousandths (this expression should be understood as the weight of billets to be used to obtain one thousand kilograms of thread), of the billet with fine threads , was 30% lower than that of steel castings of the same composition obtained in the Martin furnace, but not having been treated in accordance with the present process.
Absolute figures have not been given above, except in the examples, with regard to the proportion of reducing agent to be added to the steel in order to cooperate with the aluminous slag, in accordance with the present invention. , because this proportion varies with the circumstances. When the steel to be treated does not originally contain silicon, a proportion of between 0.150% and approximately <B> 0.750% </B> is suitable in most cases for carrying out the process.
The proportion of silicon to be added to the steel obviously depends on the final silicon content which is desired in the steel and on the proportion of FeO, MnO or other oxygenates to be reduced.
The slag can also be reused without letting it solidify, by recharging it with liquid in the furnace, on the steel to be treated, and by bringing it back, if necessary, to the desired composition limits by additions of bodies containing alumina and / or alkaline or alkaline-earth bases, this slag being subjected to reheating if this is necessary. The eliminated slags can, on the other hand ,. be used in the manufacture of cements, which constitutes an additional economic advantage of the process.