Procédé pour abaisser les teneurs en silicium et en soufre de la fonte Dans le brevet principal, on a décrit un procédé qui permet de réaliser la désiliciation et la désulfuration de la fonte en traitant la fonte par un laitier renfermant, à côté d'élé ments désulfurants, des oxydes en quantité telle qu'ils oxydent la quantité de silicium que l'on désire éliminer de la fonte, et en prolon geant l'action du laitier, après cette oxydation du silicium, pendant un temps suffisant pour que les éléments désulfurants puissent exercer leur action.
Il s'agit donc d'un traitement en une seule opération, le laitier étant de préfé rence composé de bases, telles CaO, MgO, etc., et d'oxydes métalliques, essentiellement oxy des de fer et de manganèse, et éventuellement de corps fluidifiants. Au cours de ce traite ment, le silicium de la fonte réduit d'abord la plus grande partie de ces oxydes, et le laitier, de composition ainsi modifiée, devient désulfu- rant à l'égard de la fonte, si bien qu'en prolon geant l'opération, on obtient une désulfuration importante.
Un excellent mode de réalisation consiste à charger la fonte et le laitier dans un appareil rotatif, animé d'une vitesse de rotation de 10 à 40 tours/minute par exemple, et de préfé rence à section non cylindrique, par exemple ovale, ou à section cylindrique, mais muni de redans, de façon qu'au cours de chaque rotation, la fonte retombe sur le laitier et pro voque ainsi un brassage intense, qui permette d'arriver très vite à l'équilibre.
Il a été maintenant découvert que l'on pouvait remplacer, pour l'oxydation du sili cium, la totalité ou une partie des oxydes ré ductibles introduits dans le laitier par un ap port d'oxygène sous forme gazeuse. Le présent brevet a donc pour objet un- procédé pour abaisser les teneurs en silicium et en soufre de la fonte, qui est caractérisé en ce que, dans une première phase, on oxyde une partie au moins du silicium contenu dans la fonte, cette oxydation étant effectuée au moins partielle ment à l'aide d'oxygène gazeux, et en ce qu'on traite ensuite la fonte avec un laitier de com position telle, compte tenu de la silice prove nant de l'oxydation susdite, qu'il soit à même d'exercer une action désulfurante,
pendant un temps suffisant pour amener une désulfuration de la fonte.
Un laitier ou des éléments de laitier peu vent être chargés à l'état solide, préchauffés ou non. Au début de l'opération, grâce au contact renouvelé avec l'oxygène, il y a oxydation de manganèse, de fer et de silicium de la. fonte, oxydation accompagnée d'un dégagement de chaleur important. Les oxydes ainsi formés scorifient les éléments de laitier préalablement ajoutés sur le bain. Quand il y a brassage vio lent entre le laitier formé et le métal, le sili cium agit constamment sur ce laitier en rédui sant les oxydes de fer et de manganèse. Quand le brassage est faible, le laitier peut contenir encore de ces oxydes.
De toute manière, à la fin de l'introduction de gaz contenant de l'oxygène, on a une scorie composée essentiel lement de silice, de bases, et éventuellement d'oxydes de fer et de manganèse. La quantité de silicium oxydée peut être, à ce moment, inférieure à celle que l'on s'est proposé d'éliminer, quand il reste des oxydes de fer et de manganèse dans le laitier. On prolonge alors l'opération après avoir arrêté l'introduc tion de gaz contenant de l'oxygène : le silicium subsistant dans la fonte réduit alors la plus grande partie des oxydes métalliques réducti bles, si bien que, finalement, l'élimination du silicium correspond sensiblement à la quantité de l'oxygène total introduit, tant sous forme d'oxygène gazeux que sous forme d'oxydes.
Le laitier devient parallèlement progressivement désulfurant si la quantité de laitier initial (ou d'éléments de laitier) et sa composition ont été judicieusement choisies et, en prolongeant l'opération, on obtient un abaissement impor tant de la teneur en S de la fonte. Il y a inté rêt, dans cette dernière partie de l'opération, à provoquer un brassage intense entre laitier et métal.
L'introduction de gaz contenant de l'oxy gène peut se faire par tous moyens connus, par exemple injection par une tuyère à l'intérieur de l'appareil rotatif, ce qui permet de bien injecter la quantité déterminée d'oxygène que l'on désire. On peut aussi simplement laisser une ouverture dans le four ; l'absorption d'oxy gène par la fonte, sans contrepartie de déga- gament de CO - car le carbone n'est prati quement pas oxydé tant qu'il reste du Si dans la fonte -, provoque une nouvelle entrée d'oxygène dans le four, mais ce mode de réali sation rend moins aisée l'introduction d'un poids déterminé d'oxygène. Quand ce poids d'oxygène a été atteint, on arrête l'injection ou l'on ferme les orifices du four.
Le résultat essentiel à obtenir est qu'à la fin de la deuxième période de l'opération, c'est-à-dire après réduction des oxydes par le silicium, le laitier soit bien fondu et ait un caractère dé- sulfurant. On détermine à l'avance dans ce but la nature et la quantité du laitier ou des élé ments de laitier que l'on charge dans le four pour obtenir le résultat cherché.
Pour ce faire, on choisit d'ordinaire à l'avance la composition d'un laitier final connu comme désulfurant de la fonte et fondu à la température finale de celle-ci ; ce laitier doit contenir de la silice ; on se fixe, d'autre part, la quantité de Si que l'on veut éliminer. Cette quantité détermine sensiblement le poids d'oxygène à introduire dans le bain, tant sous forme d'oxygène gazeux qu'éventuellement sous forme d'oxydes ajoutés. Un très léger excès est nécessaire, car le laitier final con tient toujours de faibles quantités de FeO et MnO.
Si l'on admet en première approximation que toute la silice du laitier final proviendra de l'oxydation du Si, la teneur en silice du lai tier final choisi, comparée au poids de silicium à éliminer, détermine le poids du laitier final et, par là même, le poids du laitier ou des di vers éléments du laitier initial à charger avec la fonte, en vertu de l'analyse du laitier choisi. Dans la pratique, on a recours, pour ne pas être astreint à charger des matières premières très pures, et de ce fait chères, à un laitier ini tial ou des éléments de laitier contenant de faibles quantités de silice ; on ajuste facilement en conséquence le calcul du poids du laitier et des matières à charger au début de l'opération.
On peut injecter dans le four soit de l'air, soit de l'air enrichi en oxygène, soit de l'oxy gène pratiquement pur, en mélange ou non, avec des gaz tels que CO, ou H.O partielle ment réductibles par le silicium, le manga nèse ou le fer et cédant ainsi une partie de leur oxygène.
Le choix entre ces gaz, ou mélange de gaz, est essentiellement dicté par la température finale de la fonte désirée ; il est aisé de faire le calcul du dégagement de chaleur totale qui se produit dans le four, car finalement tout se passe, à la fin de l'opération, comme si c'était pratiquement le silicium seul qui avait brûlé ou réduit CO., H.,O et les oxydes éventuelle ment ajoutés et qui s'est uni aux bases. Il est également aisé de calculer les chaleurs absor bées par les gaz, le réchauffage et la fusion du laitier et par la fonte.
L'introduction dans le four d'une certaine quantité d'oxydes de fer ou manganèse sous forme libre ou combinée dans le laitier ou les éléments de laitier est d'ailleurs un moyen d'agir sur la température ; dans le cas de telles additions, la quantité d'oxygène à introduire sous forme gazeuse est à diminuer, comme in diqué ci-dessus, en tenant compte de l'oxy gène introduit sous forme d'oxydes, mais la réduction des oxydes par le Si dégage moins de chaleur que la combustion de celui-ci par l'oxygène gazeux.
On dispose ainsi d'un nom bre de facteurs importants qui permettent dans chaque cas particulier d'aboutir au triple ré sultat que l'on se propose d'atteindre : enlè vement d'une quantité déterminée de Si, dé- sulfuration importante et fonte sortant du four à une température déterminée. Tous les élé ments du problème peuvent être approximati vement calculés à l'avance en possession des données acquises : chaleur spécifique, chaleur dégagée, pouvoir désulfurant des divers lai tiers, etc. Il suffit ensuite de quelques expé riences pour déterminer tous les éléments de l'opération industrielle.
Ce procédé qui s'inspire des mêmes prin cipes que le procédé décrit dans le brevet prin cipal a l'inconvénient, par rapport à celui-ci, de ne pas réintroduire ou de ne réintroduire que peu de fer ou de manganèse à partir du laitier par l'action du silicium, ce qui grève le prix de revient comparé, cette récupération étant avantageuse. Il a, par contre, l'avantage de donner un dégagement de chaleur beaucoup plus important dû à l'oxydation du Si par l'oxygène gazeux.
Ce fait se traduit par deux possibilités 1) utiliser bien plus facilement un laitier ini tial solide à l'état froid, ou préchauffé, ou même simplement des éléments séparés du laitier ; 2) aboutir à des températures finales de la fonte et du laitier plus élevées, ce qui per met de choisir un laitier final fondant à température plus élevée ; ce fait apporte à son tour deux avantages a) le laitier final peut être plus basique et, par là même, posséder un pouvoir désulfu- rant plus élevé;
b) on peut choisir un laitier final plus riche en silice, et contenant moins de corps comme A1203 ou TiO2 qui abaissent les points de fusion des laitiers contenant si lice et chaux, et dans ces conditions, pour une même élimination recherchée de sili cium, on peut utiliser une quantité de lai tier ou d'éléments du laitier plus faible. Le choix entre le procédé décrit par le bre vet principal et celui décrit par le présent bre vet est à faire en fonction de toutes les don nées techniques et économiques, en particulier prix des diverses matières premières, de l'éner gie, etc.
Comme indiqué ci-dessus, un excellent mode de réalisation consiste à charger la fonte et les éléments du laitier initial dans un appa reil rotatif assurant un bon contact entre fonte et laitier et à insuffler un gaz contenant de l'oxygène pendant la première partie de l'opé ration, puis à prolonger la rotation après avoir cessé l'introduction d'oxygène, mais d'autres moyens que de tels fours rotatifs peuvent être utilisés, pourvu qu'ils assurent un bon contact et, de préférence, un brassage énergique con duisant finalement pratiquement à l'équilibre laitier-métal désiré.
On peut également con duire les deux parties de l'opération dans deux réceptacles séparés, par exemple insuffler l'oxygène dans une poche à fonte, en ajoutant les éléments du laitier initial, puis une fois la désiliciation partielle obtenue, reverser le tout dans un appareil donnant un bon brassage pour effectuer la 2e partie de l'opération ; on peut également, dans un tel mode opératoire en deux réceptacles, ajouter les éléments du laitier uniquement dans le 2e appareil, en re versant dans celui-ci la fonte et le laitier formé par la combustion du silicium, du manganèse et du fer, etc.
On peut, enfin, mettre en aeu- vre tous autres moyens de brassage actuelle ment connus, par exemple le brassage par souf- fla,-,,e de gaz, lebrassage électromagnétique, etc.
Les points communs de tous ces modes opératoires sont l'insufflation de l'oxygène sous n'importe quelle forme (y compris C02 et H.O) en quantité voulue pour oxyder la quantité de Si que l'on désire enlever (en te nant compte éventuellement de l'O ajouté sous forme de MnO ou FeO ou Fe2O3), et la pour suite de l'opération en atmosphère pratique ment non oxydante pour réduire les oxydes de manganèse et de fer pouvant subsister dans le laitier, et ceci en présence d'un laitier en quan tité et d'une analyse calculées pour que, après la formation du laitier final, celui-ci ait un pou voir désulfurant notable vis-à-vis de la fonte.
L'expérience prouve qu'en procédant de la sorte, en dehors du Si et du soufre, l'analyse de la fonte reste pratiquement inchangée, en particulier les teneurs en C, Mn, P, grâce à quoi on transfère au four d'affinage, convertis seur, four Martin ou autre, une fonte d'analyse régulière correspondant au Si et S près à celle de la fonte produite, ce qui est essentiel pour assurer un contrôle régulier de l'opération d'af finage dans les fours transformant la fonte en acier.
<I>Exemple</I> On a introduit dans un appareil rotatif per mettant d'assurer un brassage énergique 15 tonnes de fonte liquide ayant la composition suivante
EMI0004.0012
C <SEP> 3,44 <SEP> %
<tb> si <SEP> 0,832%
<tb> Mn <SEP> 0,75011/o
<tb> S <SEP> 0,0410/0
<tb> P <SEP> 1,868 <SEP> 0/0 On a ajouté au bain 60 kg de bauxite grise déferrée titrant environ 78 % d'alumine, 20 % de silice et 140 kg de chaux, ainsi que 10 kg de spath fluor.
On a soufflé dans le bain environ 70 kg d'oxygène pratiquement pur. Une fois ce souf flage terminé, on a fait tourner l'appareil pen dant 3 minutes, de manière à brasser intime- ment la fonte avec le laitier qui s'était formé au cours du soufflage, à partir des éléments oxydés de la fonte et de la bauxite et de la 5o chaux ajoutés.
Après ce brassage, le laitier surnageant le bain de fonte avait la composition suivante
EMI0004.0024
SiO2 <SEP> 34,4 <SEP> %
<tb> A120;3 <SEP> 11 <SEP> 0/0
<tb> CaO <SEP> 43 <SEP> %
<tb> FeO <SEP> 1,4 <SEP> 0/0
<tb> Mn0 <SEP> 1,5 <SEP> 0/0
<tb> CaF2 <SEP> 4,8 <SEP> %
<tb> S <SEP> 1,15 <SEP> 0/0 La fonte ne contenait plus que 0,02 % de soufre. La teneur en silicium s'était abaissée à 0,514. Les teneurs des autres éléments n'avaient pas sensiblement varié.