Procédé de fabrication d'acier inoxydable. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'acier inoxydable. On entend en général par aciers inoxydables desq alliages de fer à teneur en chrome variant de, 10 jusqu'à<B>35%</B> et contenant éventuellement d'autres éléments comme le silicium, le man ganèse, le cuivre, le nickel, le cobalt, le mo lybdène, le tungstène, le titane, le vanadium, 1e oolumbium, le soufre, .le phosphore,
le tellure, etc., suivant les, propriétés particu lières que doit posséder le produit fini. Leur teneur en carbone est généralement com- priseentre 0,03 et 0,20%.
Un acier inoxydable se distingue donc nettement de l'alliage ferrochrome, dans lequel la teneur en chrome est d'au moins 60% et peut aller jusqu'à 75%, et qui a perdu la plupart des caractéristiques de l'acier pour prendre celles -du chrome. La différence ne réside pas seulement dans les propriétés physiques du produit solide, mais aussi dans celles des produits fondus, par exemple dans le point,de solidification, dans la fluidité, etc.
On connaît déjà différents procédés per mettait -de fabriquer de l'acier inoxydable à partir du minerai @de chrome, par exemple celui décrit au brevet américain N <B>1</B>954 400, mais le procédé selon la présente invention se distingue de ces procédés connus par le fait que, dans la fusion initiale, on utilise une matière carbonée comme agent réducteur, la quelle est plus facilement accessible et meilleur marché que le ferrosiiicium,
par exemple un agent réducteur non carboné n'étant utilisé que subsidiairement dans la phase finale du procédé pour récupérer le métal se trouvant à l'état d'oxyde dans le laitier. L'emploi d'une matière carbonée comme réducteur, au cours -de la fusion, exige une décarburation subséquente de l'acier dont la teneur en carbone est trop élevée.
Le procédé selon l'invention comprend la fusion dans un premier four d'une charge contenant du minerai -de chrome et une ma tière carbonée - du fer métallique ou sous forme d'oxyde étant également présent -, charge dont les constituants sont en des pro portions telles que l'on obtienne un acier au chrome impur de teneurs en chrome -et en fer égah3s approximativement à celles de l'acier fini et consécutivement, dans un se- rond foui.
la décarburation de l'acier im pur par oxydation en présence d'un laitier et la récupération dans une phase finale d'une partie au moins. du chrome se trouvant sous forme d'oxyde dans ledit laitier, à l'aide d'un agent réducteur non carboné.
Pour réaliser la présente invention, on peut, par exemple, pratiquer comme suit: Dans une première étape on fond une charge contenant un minerai -de faible teneur en chrome, -du fer, par exemple sous forme d'un, minerai de fer ou de déchets d'atier en petits morceaux, et un agent carboné de ré duction- tel que du coke, dans un four con- venable à ferro-alliages.
On mélange intime- ment les ingrédients dans les proportions vou lues sur le sol de la fonderie. On charge les matièresdans un four triphasé à marche con- tinue pour ferro-alliages, de préférence un four à revêtement de magnésite. On a trouvé qu'avec une telle garniture l'usure du revête ment par le métal et les scories est très fai ble.
A côté de ces ingrédients, on peut ajou ter à la charge de la chaux pour servir de fondant et pour faciliter la formation des scories. Pour économiser de la puissance, on prend soin que les ingrédients chargés soient autant que possible secs. On utilise donc de préférence un minerai à faible teneur de chrome, au contraire 4e ce qui se passe dans la production de ferro-chro-me où un mine rai de haute teneur en chrome ,et par suite, re lativement cher est nécessaire pour obtenir un bon résultat.
Par minerai à faible teneur en chrome, on entend un minerai dans le quel le rapport du chrome aux oxydes irré- ductibles, comme l'alumine et la magnésie, est petit.
Ce minerai peut contenir de 15 à 45 d'oxyde de chrome (Cr2O3), 35 % d'oxyde de fer (FeO), 3 à 25 % d'alumine (A1203) et 6,5 à 35 % de magnésie (blgO), de la silice et de petites quantités d'autres substances. Le présent procédé est particulièrement avan- tageux dans les régions où lest déchets de fer et d'acier sont abondants et où un minerai à faible teneur en chrome est disponible.
Ce procédé trouvera aussi son utilité dans des régions où le prix de la puissance électrique est extrêmement bas, facilitant ainsi l'utili sation des minerais pauvres, jusqu'à présent peu estimés, danse des fours électriques. Là où le minerai. de chrome est riche en chrome, la quantité du fer employée est augmentée de façon correspondante. On choisit les matières premières de façon que la quantité de chrome de l'ingrédient contenant du chrome et la quantité de fer de l'ingrédient qui contient le fer soient dans le- rapport voulu.
Le main tien, conformément à l'invention, de la te neur en chrome du métal dans le four à une valeur relativement petite, comparée à celle du chrome dans les ferro-chromes,, permet la simplification des opérations de raffinage et l'obtention d'une teneur relativement basse en carbone.
Une haute teneur en chrome a ten dance à élever le point de fusion du métal, tendance que l'on. combat, dans la fabrica- tion des ferro-alliages, en élevant la teneur en carbone.
Pendant le stade de fusion, la matière carbonée, sous l'effet de la chaleur de l'arc électrique, réagit avec les oxydes de chrome et de fer dans la charge. Cette réaction s'effectue dans les régions où le chauffage est le plus intense, c'est-à-dire dans la région de l'interface entre les scories ou laitier et le métal en fusion. Cette réaction produit des gaz qui, en montant,
s'infiltrent dans la charge solide et -forment une couverture de gaz à haute température. Ces .gaz chauds pro voquent un nettoyage efficace de- la charge en vaporisant et chassant toute humidité et pré viennent ainsi l'absorption par le métal de tout hydrogène qui pourrait résulter de la dissociation de l'humidité de la charge initiale. Toute contamination ultérieure, du métal est donc évitée.
En conséquence, l'humidité -de la charge initiale est éliminée en grande partie avant que la charge ne soit incorporée dans le produit-en fusion, de sorte qu'aucun séchage préliminaire des in grédients n'est nécessaire.
La fusion s'effectue de préférence en con tinu. On soutire les scories de temps en temps pour éviter que leur quantité ne devienne excessive et pour créer de la place pour une nouvelle charge. La charge est ajoutée len tement et d'une manière continue. Le métal produit, un acier inoxydable impur, est main tenu en fusion dans le four jusqu'à ce qu'il soit prêt à être soutiré au moment où les fours de raffinage sont disponibles.
L'analyse du métal soutiré à la fin de la phase de fusion donne environ 10 à 35 de .chrome, moins de 2 % de carbone, le reste étant principalement du fer. Les impuretés consistent en silice, alumine, magnésie et par- foiss un peu de chaux. Cet acier inoxydable impur a approximativement la teneur dési- rée en chrome de l'acier inoxydable raffiné. Il ne reste donc dans l'étape de; raffinage qu'à éliminer une quantité relativement petite de carbone et d'impuretés.
Le degré jusqu'auquel l'absorption -de car bone par l'acier impur peut être évitée pen dant la fusion dépend largement du degré jusqu'auquel on peut pousser la récupération du chrome du minerai. Si l'on effectue le processus de fusion en, présence d'un excès appréciable de matière de réduction carbonée, on intensifie la récupération .du chrome.
On intensifie cependant aussi l'absorption du car bone dans le métal et cette absorption déter- irüne une limite au delà de laquelle la ré- cupération du chrome par fusion directe ne peut plus avoir lieu. On a trouvé cependant que<B>90%</B> du chrome .ou davantage même peuvent être récupérés du minerai sans aug menter l'absorption du carbone au delà de 11%.
Malgré cela il est probable qu'une fu sion ne pourrait pas être exécutée avec succès avec une teneur en carbone inférieure à 0,25%, parce que la récupération de chrome du minerai .ne serait alors pas suffisamment élevée eu<I>égard à</I> la quantité diminuée de matière carbonée employée; la faible teneur en carbone empêcherait aussi le bain de mé tal d'être assez fluide pour rester encore ma niable sous les lourdes scories présentes.
Bien qu'on préfère, dans la plupart des cas, employer du minerai de fer à côté de minerai de chrome comme source de tout le fer nécessaire, on peut aussi procéder autre ment. Par exemple, là où le minerai -de chrome ,disponible a une haute teneur en fer en com paraison de sa teneur en chrome, il peut n'être pas nécessaire d'ajouter à ce minerai des quantités supplémentaires de fer. Si cepen dant une telle adjonction doit être faite, .on peut utiliser pour cela des déchets d'acier. Le choix entre minerai -de fer et déchets est une question économique.
Un facteur qui doit être pris en considération est que les déchets d'acier exigent une consommation de puis sance moindre et une charge réductrice plus petite que le minerai.
Là où on emploie des déchets d'acier, on prend de préférence des copeaux de tours, de machines à aléser, à per cer et à cisailler, en prenant garde que chaque morceau d'acier soit assez petit pour ne pas faire pont entre les électrodes et occa- sionner des difficultés opératoires.
Après avoir réduit suffisamment le mé tal du minerai, on maintient l'acier inoxy dable impur qui -en résulte à l'état fluide dans le four où on le soutire pour le trans férer dans un four Héroult triphasé d'une capacité de 6 à 20 tonnes muni d'un revête ment de chromite allant jusqu'au niveau de la scorie. On charge l'acier inoxydable impur dans le four de raffinage simultanément avec une quantité suffisante d'un agent oxydant con- <RTI
ID="0003.0054"> venable, par exemple de l'hématite (FeO,), pour abaisser la teneur en carbone à la va leur désirée de 0,03 à 0,02 %. Cet agent -oxy dant permet de maintenir la quantité des scories à un minimum et d'augmenter par là le volume de métal qui peut être traité.
Quoiqu'il soit désirable de maintenir le volume des scories oxydantes à un minimum. pour les raisons mentionnées ci-dessus, on a trouvé qu'il est souvent avantageux d'ajou ter une certaine quantité de chrome pendant cette phase du procédé pour profiter de la cha leur disponible du four -et de l'intervalle de temps nécessaire pour éliminer le carbone. La présence d'oxyde de chrome dans les scories à ce moment est aussi efficace pour empê cher la migration du chrome du métal vers les scories sous la forme d'oxyde de chrome.
L'utilisation simultanée de magnétite comme agent oxydant permet de régler la composi- tion du bain, de façon que sa teneur en. chrome reste approximativement celle que doit avoir le métal terminé.
L'oxyde de chrome ajouté pendant le ra,f- finage peut provenir des scories qui résultent de la phase -de fusion. Ceci est particulière ment avantageux dans le cas où l'on conduit la fusion de façon à arriver à un produit à très petite teneur en carbone en sacrifiant un peu la récupération du chrome. On peut uti- liser -ces scories ou d'autres sources de chrome additionnel dans cette phase d'oxydation.
Une réduction notable de puissance est obtenue par le transfert de métal fondu, di rectement -du four de fusion au four de raffi nage. De préférence, on surchauffe le métal à une température au-dessus de la température de fusion. L'étape du raffinage peut alors être rapidement exécutée et avantageusement avec une petite dépense de puissance.
On a trouvé qu'il est très avantageux :de sécher préalablement le minerai de fer avant qu'il soit chargé dans le four. On évite par là toute contamination du métal par l'hydro gène.
Tandis que la teneur en carbone est ré duite à la valeur voulue par oxydation à l'aide de l'oxyde de fer contenu dans les scories, une certaine quantité de chrome du métal s'oxyde en même temps et passe dans les scories..
Il est désirable de récupérer ce chrome ainsi que c@1ui introduit directement soies forme de minerai de chrome ou de scories pro venant de la. fusion. Dans ce but, dans une troisième phase de la fabrication, on ajoute un agent désoxydant au bain, par exemple un ferro-silicium, de préférence en quantité lé gèrement en excès (5 à 20%) de celle exigée théoriquement.
En même temps que ce ferro- silicium, .on ajoute une quantité de chaux suf fisante pour se combiner avec l'excès de sili cium et former un silicate de calcium. Il peut se former un silicate de calcium et d'alu minium, l'alumine venant du minerai de chrome ajouté pendant la seconde phase ou phase d'élimination du carbone.
Le silicium ajouté réduit d'abord les oxydes de chrome et de fer dans les scories., de sorte que le chrome et le fer libérés re tournent dans le métal. On a trouvé que du ferro-silicium à faible teneur, par exemple à 40 % ou moins de silicium, est utilisé avec avantage en le chargeant dans le four à l'état fondu.
On peut aussi charger le ferro-silicium à l'état pulvérisé -ou granulé, directement dans les scories et hors de contact avec la couche inférieure de la fournée de métal, afin de provoquer la réaction réductrice surtout sur la couche de scories: plutôt que sur l'interface entre scories et métal.
On a trouvé possible de substituer le ferrochromo-silicium au ferro-silicium comme agent de réduction. Cependant, vu qu'il est difficile d'employer le ferrochromo-silicium comme agent de réduction sans utiliser en même temps une certaine quantité de ferro silicium ordinaire, le ferrochromo-silicium ne peut pas remplacer complètement le ferro- silicium.
Cette phase, de réduction :est terminée quand le métal des scories est récupéré. L'alliage est alors terminé et on peut le sou tirer. Le métal fini est versé dans des lingo- tières pour s'y solidifier et se refroidir. L'analyse montrera qu'il a une teneur en chrome de 10 à 35 % comme la charge initiale d'acier inoxydable impur. La teneur en car bone sera de<B>0,03</B> à 0,20%. Si l'on désire effectuer des adjonctions, d'autres. éléments, on ajoute avantageusement ceux-ci au métal pendant la phase de finissage.
Stainless steel manufacturing process. The present invention relates to a method of manufacturing stainless steel. In general, stainless steels are understood to mean iron alloys with a chromium content varying from 10 up to <B> 35% </B> and possibly containing other elements such as silicon, man ganese, copper, nickel, cobalt, mo lybdenum, tungsten, titanium, vanadium, olumbium, sulfur, phosphorus,
tellurium, etc., depending on the particular properties which the finished product must have. Their carbon content is generally between 0.03 and 0.20%.
A stainless steel is therefore clearly distinguished from the ferrochromic alloy, in which the chromium content is at least 60% and can go up to 75%, and which has lost most of the characteristics of the steel to take those - chrome. The difference is not only in the physical properties of the solid product, but also in those of the molten products, for example in point, solidification, fluidity, etc.
Various processes are already known for making stainless steel from chromium ore, for example that described in US Patent No. 954,400, but the process according to the present invention is distinguished from these known processes by the fact that, in the initial melting, a carbonaceous material is used as a reducing agent, which is more easily accessible and cheaper than ferrosiiicon,
for example, a non-carbonaceous reducing agent being used only subsidiarily in the final phase of the process for recovering the metal in the oxide state in the slag. The use of carbonaceous material as a reducing agent during melting requires subsequent decarburization of the steel which has too high a carbon content.
The process according to the invention comprises the melting in a first furnace of a charge containing ore - of chromium and a carbonaceous material - metallic iron or in the form of an oxide being also present -, the charge of which the constituents are in pro portions such as to obtain an impure chromium steel of chromium and iron contents approximately equal to those of the finished steel and consecutively in a fired round.
the decarburization of the im pure steel by oxidation in the presence of a slag and the recovery in a final phase of at least part. chromium in oxide form in said slag, using a non-carbon reducing agent.
To carry out the present invention, it is possible, for example, to practice as follows: In a first step, a charge containing an ore - low in chromium content, - iron, for example in the form of an iron ore or scrap metal waste, and a carbon reducing agent, such as coke, in a suitable ferroalloy furnace.
The ingredients are thoroughly mixed in the desired proportions on the foundry floor. The materials are charged to a continuous three phase ferroalloy furnace, preferably a magnesite coated furnace. It has been found that with such a lining the wear of the coating by the metal and the slag is very low.
Besides these ingredients, we can add lime to the load to serve as a flux and to facilitate the formation of slag. To save power, care is taken that the loaded ingredients are as dry as possible. Preferably, therefore, an ore with a low chromium content is used, in contrast to what happens in the production of ferro-chro-me where a high chromium mine, and therefore relatively expensive, is necessary to obtain a good result.
By low chromium ore is meant an ore in which the ratio of chromium to irreducible oxides, such as alumina and magnesia, is small.
This ore may contain 15 to 45 chromium oxide (Cr2O3), 35% iron oxide (FeO), 3 to 25% alumina (A1203) and 6.5 to 35% magnesia (blgO) , silica and small amounts of other substances. The present process is particularly advantageous in regions where iron and steel scrap ballast is abundant and where low chromium ore is available.
This process will also find utility in regions where the price of electric power is extremely low, thus facilitating the use of poor ores, hitherto little estimated, in electric furnaces. Where the ore. of chromium is rich in chromium, the amount of iron used is correspondingly increased. The raw materials are chosen so that the amount of chromium of the ingredient containing chromium and the amount of iron of the ingredient which contains iron are in the desired ratio.
Maintaining, in accordance with the invention, the chromium content of the metal in the furnace at a relatively small value, compared to that of chromium in ferro-chromes, allows the simplification of the refining operations and the obtaining relatively low in carbon.
A high chromium content tends to raise the melting point of the metal, which tendency is. combat, in the manufacture of ferro-alloys, by raising the carbon content.
During the melting stage, the carbonaceous material, under the effect of the heat of the electric arc, reacts with the oxides of chromium and iron in the charge. This reaction takes place in the regions where the heating is most intense, that is to say in the region of the interface between the slag or slag and the molten metal. This reaction produces gases which, as they rise,
infiltrate the solid charge and form a blanket of gas at high temperature. These hot gases cause effective cleaning of the charge by vaporizing and removing moisture and thus prevent absorption by the metal of any hydrogen which might result from moisture dissociation from the initial charge. Any subsequent contamination of the metal is therefore avoided.
As a result, much of the moisture in the initial charge is removed before the charge is incorporated into the molten product, so that no preliminary drying of the ingredients is necessary.
The melting is preferably carried out continuously. The slag is removed from time to time to prevent its quantity from becoming excessive and to create room for a new charge. The load is added slowly and continuously. The metal produced, an impure stainless steel, is hand held molten in the furnace until it is ready to be drawn off when the refining furnaces are available.
Analysis of the metal withdrawn at the end of the melting phase gives about 10 to 35 chromium, less than 2% carbon, the remainder being mainly iron. The impurities consist of silica, alumina, magnesia and some lime scent. This impure stainless steel has approximately the desired chromium content of refined stainless steel. So it only remains in the step of; refining only to remove a relatively small amount of carbon and impurities.
The degree to which carbon uptake by impure steel can be avoided during smelting depends largely on the degree to which the recovery of chromium from the ore can be extended. If the smelting process is carried out in the presence of an appreciable excess of carbonaceous reducing material, the recovery of chromium is enhanced.
However, the absorption of carbon in the metal is also intensified, and this absorption deter- mines a limit beyond which the recovery of chromium by direct melting can no longer take place. It has been found, however, that <B> 90% </B> of the chromium or even more can be recovered from the ore without increasing the carbon absorption beyond 11%.
Despite this it is probable that a fusion could not be carried out successfully with a carbon content of less than 0.25%, because the recovery of chromium from the ore would then not be sufficiently high with regard to </I> the reduced quantity of carbonaceous material employed; the low carbon content would also prevent the metal bath from being fluid enough to remain manageable under the heavy slag present.
Although in most cases it is preferred to employ iron ore alongside chromium ore as the source of all the iron needed, it is also possible to do otherwise. For example, where the available chromium ore has a high iron content compared to its chromium content, it may not be necessary to add additional amounts of iron to this ore. If, however, such an addition has to be made, scrap steel can be used for this. The choice between iron ore and waste is an economic question.
One factor which must be taken into consideration is that scrap steel requires less power consumption and a smaller reducing charge than ore.
Where scrap steel is used, shavings from lathes, boring, drilling and shearing machines are preferably taken, taking care that each piece of steel is small enough not to bridge the gap between them. electrodes and cause operative difficulties.
After having sufficiently reduced the metal in the ore, the impure stainless steel which results in a fluid state is kept in the furnace where it is withdrawn for transfer into a three-phase Héroult furnace with a capacity of 6 to 20 tons with a chromite coating up to the slag level. The impure stainless steel is charged to the refining furnace simultaneously with a sufficient amount of a suitable oxidizing agent.
ID = "0003.0054"> venable, for example hematite (FeO,), to lower the carbon content to the desired value of 0.03 to 0.02%. This -oxy agent makes it possible to keep the quantity of slag to a minimum and thereby increase the volume of metal which can be treated.
Although it is desirable to keep the volume of oxidizing slag to a minimum. for the reasons mentioned above, it has been found that it is often advantageous to add a certain quantity of chromium during this phase of the process in order to take advantage of the available heat of the furnace and the time interval necessary for remove carbon. The presence of chromium oxide in the slag at this time is also effective in preventing the migration of chromium from the metal to the slag in the form of chromium oxide.
The simultaneous use of magnetite as an oxidizing agent makes it possible to regulate the composition of the bath, so that its content. chrome remains approximately that which must have the finished metal.
The chromium oxide added during refining can originate from the slag which results from the melting phase. This is particularly advantageous in the case where the melting is carried out so as to obtain a product with a very low carbon content while sacrificing the recovery of chromium a little. This slag or other sources of additional chromium can be used in this oxidation phase.
A significant reduction in power is obtained by the transfer of molten metal, directly from the melting furnace to the refining furnace. Preferably, the metal is superheated to a temperature above the melting temperature. The refining step can then be carried out quickly and advantageously with a small expenditure of power.
It has been found to be very advantageous: to pre-dry the iron ore before it is loaded into the kiln. This avoids any contamination of the metal by hydrogen.
While the carbon content is reduced to the desired value by oxidation with the aid of the iron oxide contained in the slag, a certain amount of chromium in the metal oxidizes at the same time and passes into the slag.
It is desirable to recover this chromium as well as it directly introduces bristles in the form of chromium ore or slag from there. fusion. For this purpose, in a third phase of manufacture, a deoxidizing agent is added to the bath, for example a ferro-silicon, preferably in an amount slightly in excess (5 to 20%) of that required theoretically.
Along with this ferro-silicon, a sufficient amount of lime is added to combine with the excess silicon and form a calcium silicate. Calcium aluminum silicate can form, the alumina coming from the chromium ore added during the second phase or carbon removal phase.
The added silicon first reduces the chromium and iron oxides in the slag, so that the freed chromium and iron revolve back into the metal. It has been found that low content ferro-silicon, for example 40% or less silicon, is advantageously used by charging it to the furnace in the molten state.
It is also possible to charge the ferro-silicon in the pulverized or granulated state, directly in the slag and out of contact with the lower layer of the metal batch, in order to cause the reducing reaction, especially on the slag layer: rather than on the interface between slag and metal.
It has been found possible to substitute ferrochromosilicon for ferro-silicon as a reducing agent. However, since it is difficult to employ ferrochromosilicon as a reducing agent without using a certain amount of ordinary ferro-silicon at the same time, ferrochromo-silicon cannot completely replace ferro-silicon.
This phase, reduction: is completed when the slag metal is recovered. The alloy is then finished and we can draw it. The finished metal is poured into ingot molds to solidify and cool. Analysis will show that it has a chromium content of 10-35% as the initial charge of impure stainless steel. The carbon content will be <B> 0.03 </B> to 0.20%. If you want to make additions, others. elements, these are advantageously added to the metal during the finishing phase.