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"DECARBURATION DES METAUX ET ALLIAGES FONDUS"
La présente invention est relative à la fabrication de métaux et alliages ne contenant que de faibles quantités de carbone. On la décrira ci-après en se référant particulièrement à la fabrication d'unferrochrome pauvre en carbone, mais il est évident qu'elle est applicable à la fabrication de métaux et alliages contenant du chrome, du zirdonium, du vanadium, du colombium, du tantale, du molybdène, du tungstène ou du manganèse et des mélanges de deux ou plus de deux de ces métaux, avec ou sans autres métaux tels que le fer.
Dans le commerce, on classe le ferrochrome conformément à sa teneur en carbone. C'est ainsi que le ferrochrome
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est habituellement dit "riche en carbone" ou "pauvre en carbone" selon que sa teneur en carbone est supérieure à 4% ou inférieure à 2%, respectivement, Le ferrochrome riche en carbone est de fabrication relativement facile et peu coûteuse, maisla fabrication du ferrochrome pauvre en carbone de rapport élevé entre le chrome et le carbone par les pro- cédés directs est oeaucoup plus difficile et coûteuse. Or l'industrie demande des quantités de plus en plus grandes de ces ferrochromes pauvres en carbone, ce qui rend désirable le développement d'un procédé simple et économique pour sa fabrication. Un procédé qui a été proposé consiste à décarburer un ferrochrome riche en carbone.
De nombreux efforts ont déjà été tentés en vue d'effectuer économiquement la décarburation du ferrochrome riche en carbone, et l'on a proposé, entre autres moyens, la fusion de cette matière avec un minerai de chrome, le traitement d'un bain fondu de ferrochrome par un courant d'air, le cas échéant enrichi par de l'oxygène, ou par un courant d'oxygène pur ou d'autres gaz. On a aussi déjà proposé d'utiliser l'hydrogène et la vapeur d'eau d'une manière analogue et, dans la fabridation du fer inoxydable, on a proposé de traiter l'alliage fondu par un courant d'hydrogène. Un inconvénient commun à tous les procédés proposés jusqu'à ce jour est que, ou bien ils entraînent une perte élevée en chrome, habituellement par oxydation, ou bien la teneur en carbone n'est pas réduite dans une mesure importante.
Il est important que le rapport du chrome au carbone soit élevé parce que le ferrochrome pauvre en carbone
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est principalement utilisé pour fabriquer des aciers au chrome pauvres en carbone. C'est ainsi que, dans la décarburation du ferrochrome, il est essentiel que la réduction de la teneur eh carbone soit beaucoup plus rapide que celle de la teneur en chrome.
L'invention a pour objet : un procédé perfectionné de fabrication de métaux ne contenant qu'une proportion relativement faible de carbone; un procédé permettant d'élever à 100 :1 ou davantage le rapport du chrome au carbone dans un alliage de ferrochrome ; et un procédé permettant de décarburer un ferrochrome riche en carbone tout en évitant les inconvénients des procédés proposés antérieurement.
Conformément à la présente invention, on peut aisément décarburer par l'hydrogène des métaux fondus si l'on préchauffe l'hydrogène à une température très élevée. L'invention consiste par conséquent à traiter un bain fondu de métal, de préférence en présence de magnésie, par de l'hydrogène porté à une température sensiblement supérieure au point de fusion dudit métal. On peut projeter un courant d'hydrogène sur la surface du bain ou insuffler l'hydrogène dans le bain de la manière dont on procède dans les convertisseurs servant à la fabrication de l'acier, la surface du bain étant de préférence exempte de quantités sensibles de laitier.
Si du laitier est présent en faibles quantités, par exemple telles que celles susceptibles d'être engendrées par le garnissage du four, ce laitier sera de préférence d'un type tel qu'il puisse se disperser ou se volatiliser facilement sous l'action d'un arc électrique comme c'est le cas, par exemple, des laitiers riches en magnésie. Les résultats
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avantageux sont encore meilleurs si le métal fondu est surchauffé de plusieurs centaines de degrés.
Il est essentiel que l'hydrogène utilisé soit porté à une température sensiblement supérieure au point de fusion du métal en cours de traitement avant son introduction dans le bain. Si la température de l'hydrogène est inférieure, un effet de refroidissement localisé sera exercé sur le bain, et la décarburation sera exagérément retardée. Un tel effet de refroidissement localisé est considérable en raison de la chaleur spécifique élevée de l'hydrogène. Une façon préférée de chauffer l'hydrogène à la température désirée consiste à le soumettre à l'influence d'un arc électrique, par exemple, en le faisant passer à travers l'arc ou autour de l'arc. L'arc peut être maintenu entre des électrodes en graphite ou entre de telles électrodes et le bain de métal fondu.
Si on le désire, l'arc utilisé pour chauffer l'hydrogène peut aussi être utilisé pour chauffer le métal ou/ et pour le maintenir à l'état fondu.
Le présent procédé permet de réduire rapidement la teneur en carbone du ferrochrome à une valeur très faible sans effectuer une oxydation importante du chrome. Par exemple, dans un essai réalisé conformément à l'invention, la teneur en carbone d'un ferrochrome a été réduite de 1,8% environ à 0,064%, la teneur en chrome n'ayant été réduite que de 72,14% à 71,43%. Il s'ensuit que le rapport du chrome au carbone a été élevé de 40,7 à 111,4.
Dans un autre essai, la teneur en carbone d'un ferrochrome a été réduite en 40 minutes de 1,65% à 0,57%, alors que la teneur en chrome a été réduite de 71,4% à 69,8%. Le rapport du chrome au carbone a ainsi été élevé de 43,3 à 122,5.
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On peut réaliser la décarburation en deux stades, dont le premier peut être un traitement d'oxydation et le second un traitement par de l'hydrogène chauffé. Comme exemple d'une décarburation en deux stades du ferrochrome, on abaisse la teneur en carbone du ferrochrome, dans le stade de décarburation initial, de plus de 4% à une valeur comprise entre 0k15% et 2%, de préférence en soumettant le bain fondu de ferrochrome à l'action d'un courant d'air enrichi en oxygène, et on effectue alors un second stade de décarburation consistant à traiter le bain par de l'hydrogène chauffé jusqu'à ce que la teneur en carbone du bain ait été réduite à moins de 0,1%
On a décrit certains exemples particuliers de l'invention en se référant à la fabrication d'un ferrochrome pauvre en carbone,
mais l'invention peut être appliquée à la décarburation de nombreux métaux et alliages, comme expliqué précédemment. Par exemple, elle se prête avantageusement à la décarburation des alliages de fer et de chrome contenant 10 à 20% de chrome et à la décarburation du ferromanganèse. L'invention n'est limitée à aucun procédé particulier de chauffage de l'hydrogène utilisé, et on peut réaliser la décarburation soit en projetant uniquement un jet d'hydrogène fortement chauffé sur le bain fondu, soit en appliquant un procédé à deux stades dont le premier est tout procédé de décarburation connu et le second le traitement par del'hydrogène chaud.
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"DECARBURATION OF MELTED METALS AND ALLOYS"
The present invention relates to the manufacture of metals and alloys containing only small amounts of carbon. It will be described hereinafter with particular reference to the manufacture of a low carbon ferrochrome, but it is obvious that it is applicable to the manufacture of metals and alloys containing chromium, zirdonium, vanadium, colombium, copper. tantalum, molybdenum, tungsten or manganese and mixtures of two or more of these metals, with or without other metals such as iron.
Ferrochrome is commercially classified according to its carbon content. This is how ferrochrome
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is usually said to be "carbon-rich" or "carbon-poor" depending on whether its carbon content is greater than 4% or less than 2%, respectively. Carbon-rich ferrochrome is relatively easy to manufacture and inexpensive, but the manufacture of Low-carbon ferrochrome with a high chromium to carbon ratio by direct processes is much more difficult and expensive. However, the industry is demanding increasingly large quantities of these low-carbon ferrochromes, which makes it desirable to develop a simple and economical process for its manufacture. A method which has been proposed consists in decarburizing a ferrochrome rich in carbon.
Many efforts have already been made with a view to economically decarburizing the ferrochrome rich in carbon, and it has been proposed, among other means, the melting of this material with a chromium ore, the treatment of a molten bath. of ferrochrome by a stream of air, where appropriate enriched with oxygen, or by a stream of pure oxygen or other gases. It has also already been proposed to use hydrogen and water vapor in an analogous manner, and in the manufacture of stainless iron it has been proposed to treat the molten alloy with a stream of hydrogen. A drawback common to all the methods proposed to date is that either they result in a high loss of chromium, usually by oxidation, or the carbon content is not reduced to a significant extent.
It is important that the ratio of chromium to carbon is high because the low carbon ferrochrome
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is mainly used to make low carbon chromium steels. Thus, in the decarburization of ferrochrome, it is essential that the reduction of the carbon content be much faster than that of the chromium content.
The invention relates to: an improved process for the manufacture of metals containing only a relatively small proportion of carbon; a method of increasing the ratio of chromium to carbon in a ferrochrome alloy to 100: 1 or more; and a process for decarburizing a ferrochrome rich in carbon while avoiding the drawbacks of previously proposed processes.
In accordance with the present invention, molten metals can be easily decarburized with hydrogen if the hydrogen is preheated to a very high temperature. The invention therefore consists in treating a molten bath of metal, preferably in the presence of magnesia, with hydrogen brought to a temperature substantially above the melting point of said metal. A stream of hydrogen may be sprayed onto the surface of the bath or hydrogen may be blown into the bath in the manner in which steel converters are used, the surface of the bath preferably being free from substantial amounts. slag.
If slag is present in small amounts, for example such as those liable to be generated by the lining of the oven, this slag will preferably be of a type such that it can disperse or volatilize easily under the action of 'an electric arc as is the case, for example, with slags rich in magnesia. The results
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advantageous are even better if the molten metal is superheated by several hundred degrees.
It is essential that the hydrogen used be brought to a temperature substantially above the melting point of the metal being treated before it is introduced into the bath. If the temperature of the hydrogen is lower, a localized cooling effect will be exerted on the bath, and decarburization will be excessively delayed. Such a localized cooling effect is considerable due to the high specific heat of hydrogen. A preferred way to heat hydrogen to the desired temperature is to subject it to the influence of an electric arc, for example, by passing it through the arc or around the arc. The arc can be maintained between graphite electrodes or between such electrodes and the bath of molten metal.
If desired, the arc used to heat the hydrogen can also be used to heat the metal or / and to keep it in a molten state.
The present process makes it possible to rapidly reduce the carbon content of the ferrochrome to a very low value without effecting a significant oxidation of the chromium. For example, in a test carried out in accordance with the invention, the carbon content of a ferrochrome was reduced from about 1.8% to 0.064%, the chromium content having been reduced only from 72.14% to 71.43%. As a result, the ratio of chromium to carbon was increased from 40.7 to 111.4.
In another test, the carbon content of a ferrochrome was reduced in 40 minutes from 1.65% to 0.57%, while the chromium content was reduced from 71.4% to 69.8%. The ratio of chromium to carbon was thus increased from 43.3 to 122.5.
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The decarburization can be carried out in two stages, the first of which can be an oxidation treatment and the second a treatment with heated hydrogen. As an example of a two-stage decarburization of ferrochrome, the carbon content of the ferrochrome is lowered, in the initial decarburization stage, from more than 4% to a value between 0k15% and 2%, preferably by subjecting the bath molten ferrochrome to the action of a stream of air enriched in oxygen, and a second decarburization stage is then carried out consisting in treating the bath with heated hydrogen until the carbon content of the bath has been reduced to less than 0.1%
Certain specific examples of the invention have been described with reference to the manufacture of a low-carbon ferrochrome,
but the invention can be applied to the decarburization of numerous metals and alloys, as explained previously. For example, it is advantageously suited to the decarburization of iron and chromium alloys containing 10 to 20% chromium and to the decarburization of ferromanganese. The invention is not limited to any particular method of heating the hydrogen used, and the decarburization can be carried out either by projecting only a jet of strongly heated hydrogen onto the molten bath, or by applying a two-stage process including the first is any known decarburization process and the second is treatment with hot hydrogen.