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La .présente invention est relative au traitement des métaux dans la production et l'affinage des métaux et des al- liages de métaux. @
Dans la production des métaux et de leurs alliages, une grande partie de la durée totale de traitement est prise par la fusion des déchêts lourds de la charge.
Un but de la présente invention est de procurer un procédé pour le traitement de métaux, dans la production et l'af- finage des métaux et des alliages de métaux, grâce auquel la pério-
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de de temps nécessaire pour la fusion des déchets est sensible- ment réduite.
Suivant la présente invention, un procédé pour trai- ter les métaux dans la production et l'affinage des métaux et des alliages de métaux comprend l'établissement d'un arc entre le mé- tal et une électrode tubulaire de charbon ou matière similaire de relativement faible taux ou vitesse d'usure, et le passage d'un gaz inerte ou réducteur à travers l'alésage de l'électrode vers l'arc.
Lorsqu'on utilise une électrode tubulaire, il est connu que l'arc est plus concentré en dessous dé l'électrode qu' avec une électrode pleine habituelle. Lorsqu'un gaz est passé à travers l'alésage de 1'électrode vers l'arc, suivant la présente invention, il y a un transfert de chaleur plus efficace, de l'arc au métal. De plus, le gaz en passant à travers l'alésage de l'é- lectrode est préchauffé et agit pour refroidir l'intérieur de l'é- lectrode. Le gaz pénétrant dans l'arc est chauffé très rapidement, et ce gaz chaud est chassé vers le bas sur la surface des déchets à fondre. La haute température et la grande vitesse de la'flamme de l'arc augmentent la vitesse de fusion des déchets.
En procédant suivant la présente invention, l'usu- re ou consommation de l'électrode est sensiblement réduite, à la fois grâce à la vitesse accrue de fusion des déchets, ce qui si- gnifie que l'électrode est en usage durant une période plus courte, et à cause de l'effet de refroidissement du gaz passant à travers l'électrode.
De plus, lorsque les electrodes tubulaires sont uti- lisées sans qu'un gaz les traverse, il est connu qu'il y a un ef fet de cheminée " au bout de l'électrode, provoqué par le gaz ascendant provenant du four, et l'usure de l'électrode est ainsi accrue. En faisant passer le gaz vers le bas à travers l'alésage de l'électrode, suivant l'invention, ce désavantage de 1'utilsa-
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tion des électrodes tubulaires est évité et l'usure de l'électro- de est même moindre que celle des électrodes pleines habituelles.
Des exemples de gaz inertes ou réducteurs, qu'on peut utiliser dans le procédé de la présente invention, sont l'ar- gon, l'helium, l'azote, l'hydrogène, l'oxyde de carbone et des mé- langes gazeux contenant de l'hydrogène, tels que le gaz de houille, le gaz naturel, le gaz de gazogène, le gaz de four à coke, le gaz à l'eau et le gaz de haut-fourneau, et des mélanges de deux ou plusieurs de ces gaz ou mélanges de gaz. Le choix du gaz particu-. lier utilise durant le cycle de fusion dépendra du métal ou de l'alliage traité et du procédé d'affinage ultérieur auquel le-mé- tal fondu doit être soumis.
Le passage d'un gaz à travers l'alésage de l'élec- trode permet également le réglage de la composition de l'atmosphè- re du four à tout stade quelconque du cycle d'opérations, en fai- sant varier la composition du gaz passé à travers l'électrode. Par exemple, dans la production.d'acier, on peut ajouter de l'argon, de l'hélium ou autre gaz exempt d'hydrogène à travers l'électrode durant les phases finales, afin de réduire la souillure du produit par l'hydrogène.
Si on le désire, on peut employer plus d'une élec- trode tubulaire et on peut employer une ou plusieurs électrodes creuses en combinaison avec une ou plusieurs électrodes pleines habituelles.
Une forme de réalisation de l'appareil destiné à être utilisé dans le procédé de la présente invention est montrée en coupe schématique au dessin annexé.
En se référant au dessin, l'appareil comprend un four électrique courant 10 à travers la voûte duquel passent des électrodes de charbon de forme tubulaire. On a représenté deux de ces électrodes, 11 et 12 au dessin. Les alésages des él'ectrodes
11 et 12 sont connectés par leurs extrémités extérieures à une
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source de gaz (non représentée) respectivement grâce à des tubes 13 et 14. Les électrodes 11 et 12 sont connectées à une source con- venable de puissance respectivement par des conducteurs 15 et 16.
En fonctionnement, des arcs sont d'abord établis entre les electrodes 11 et 12 et la charge de déchets dans le four 10. Un courant de gaz est alors alimenté par les tubes 13 et 14 aux électrodes 11 et 12 et, par celles-ci, aux arcs. Le passage du gaz est poursuivi jusqu'à ce que tous-les déchets soient fondus et que le bain fondu soit amené à la température de traitement re- quise. Comme mentionné ci-avant., du gaz peut être envoyé à travers les électrodes durant les phases subséquentes del'affinage du mé- tal, afin de produire une atmosphère de four d'une composition dé- sirée.
Afin d'illustrer les avantages du procédé de la pré- sente invention, deux expériences ont été effectuées dans le four électrique montré au dessin. Dans la première expérience, aucun gaz n'était envoyé à travers les électrodes. Le four était chargé de 100 livres de déchets d'acier et était mis'en fonctionnement à 600 ampères et à 100 volts. Le bain était fondu totalement et ame- né à une température de'1550 C en 40 minutes. Le oain était ensui- te affiné de la manière habituelle, en utilisant une injection nabituelle d'oxygène. sur le cycle,total des opérations, la consom- mation ou usure totale de l'électrode était de 1 livre.
Dans la seconde expérience, le même four était cnargé de 100 livres de déchets d'acier et à nouveau mis en fonc- tionnement à 600 ampères et à 100 volts. Un mélange d'azote et d'hydrogène contenant 50% en volumes d'hydrogène était passé à un taux de 2 pieds cubes par minute durant la fusion. Le bain etait fondu totalement et amené à une température .de 1550 C en
30 minutes. La masse fondue était ensuite affinée comme ci-avant, tout hydrogène absorbé .par la masse fondue étant enlevé par la décarburation. L'usure totale de l'électrode etait de 1/2 livre.
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On verra qu'en utilisant le procédé de la présente invention, on obtient une reduction de 25 % de la période de temps nécessaire pour élever la tenpérature du bain jusqu'à 1550 C et une réduction de 50% de l'usure totale de l'électrode.
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1. Un procédé pour le traitement du métal, dans la production et l'affinage des métaux et des alliages de métaux, comprenant l'établissement d'un arc entre le métal et une électro- de tubulaire de charbon ou matière similaire de relativement'fai- ble taux ou vitesse d'usure,et le passage d'un gaz inerte ou ré- ducteur à travers l'alésage de l'électrode vers l'arc.
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The present invention relates to the treatment of metals in the production and refining of metals and metal alloys. @
In the production of metals and their alloys, a large part of the total processing time is taken up by melting the heavy waste from the feed.
An object of the present invention is to provide a process for the treatment of metals, in the production and refining of metals and metal alloys, whereby the period
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The time required for melting the waste is significantly reduced.
In accordance with the present invention, a method for treating metals in the production and refining of metals and metal alloys comprises establishing an arc between the metal and a tubular electrode of carbon or the like of carbon. relatively low rate or rate of wear, and the passage of an inert or reducing gas through the electrode bore to the arc.
When using a tubular electrode, it is known that the arc is more concentrated below the electrode than with a usual solid electrode. When a gas is passed through the electrode bore to the arc, in accordance with the present invention, there is more efficient heat transfer from the arc to the metal. In addition, the gas passing through the electrode bore is preheated and acts to cool the interior of the electrode. The gas entering the arc is heated very quickly, and this hot gas is forced down onto the surface of the waste to be melted. The high temperature and high speed of the arc flame increase the speed of melting of the waste.
By proceeding according to the present invention, the wear or consumption of the electrode is significantly reduced, both by virtue of the increased rate of melting of the waste material, which means that the electrode is in use for a period of time. shorter, and because of the cooling effect of the gas passing through the electrode.
In addition, when the tubular electrodes are used without gas passing through them, it is known that there is a chimney effect "at the end of the electrode, caused by the rising gas from the furnace, and The wear of the electrode is thus increased By passing the gas downwardly through the bore of the electrode, according to the invention, this disadvantage of the use.
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The use of tubular electrodes is avoided and the wear of the electrode is even less than that of the usual solid electrodes.
Examples of inert or reducing gases which can be used in the process of the present invention are argon, helium, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and mixtures. gaseous gases containing hydrogen, such as coal gas, natural gas, generator gas, coke oven gas, water gas and blast furnace gas, and mixtures of two or several of these gases or gas mixtures. The choice of particulate gas. The bond used during the melt cycle will depend on the metal or alloy being processed and the subsequent refining process to which the molten metal is to be subjected.
Passing a gas through the bore of the electrode also allows the composition of the furnace atmosphere to be adjusted at any stage of the operating cycle, by varying the composition of the furnace. gas passed through the electrode. For example, in the production of steel, argon, helium or other hydrogen-free gas can be added through the electrode during the final stages, in order to reduce soiling of the product by the. hydrogen.
If desired, more than one tubular electrode can be employed and one or more hollow electrodes can be employed in combination with one or more customary solid electrodes.
One embodiment of the apparatus for use in the method of the present invention is shown in schematic section in the accompanying drawing.
Referring to the drawing, the apparatus comprises an electric furnace running 10 through the vault of which pass carbon electrodes of tubular shape. Two of these electrodes, 11 and 12, have been shown in the drawing. The bores of the electrodes
11 and 12 are connected by their outer ends to a
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gas source (not shown) respectively by means of tubes 13 and 14. The electrodes 11 and 12 are connected to a suitable source of power respectively by conductors 15 and 16.
In operation, arcs are first established between the electrodes 11 and 12 and the load of waste in the furnace 10. A current of gas is then supplied by the tubes 13 and 14 to the electrodes 11 and 12 and, by them. , with arches. Gas passage is continued until all waste is melted and the molten bath is brought to the required processing temperature. As mentioned above, gas can be passed through the electrodes during the subsequent stages of metal refining, in order to produce a furnace atmosphere of a desired composition.
In order to illustrate the advantages of the process of the present invention, two experiments were carried out in the electric furnace shown in the drawing. In the first experiment, no gas was sent through the electrodes. The furnace was loaded with 100 pounds of scrap steel and was operated at 600 amps and 100 volts. The bath was completely melted and brought to a temperature of 1550 C within 40 minutes. The wheat was then refined in the usual manner, using a conventional injection of oxygen. over the cycle, total operations, total electrode consumption or wear was 1 lb.
In the second experiment, the same furnace was loaded with 100 pounds of scrap steel and again operated at 600 amps and 100 volts. A mixture of nitrogen and hydrogen containing 50 vol% hydrogen was passed at a rate of 2 cubic feet per minute during melting. The bath was completely melted and brought to a temperature of 1550 C in
30 minutes. The melt was then refined as above, any hydrogen taken up by the melt being removed by decarburization. Total electrode wear was 1/2 pound.
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It will be seen that by using the process of the present invention a 25% reduction in the time period required to raise the bath temperature to 1550 ° C. and a 50% reduction in the total wear of the bath is obtained. 'electrode.
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1. A process for the treatment of metal, in the production and refining of metals and metal alloys, comprising establishing an arc between the metal and an electro- tubular carbon or similar material of relatively ' low rate or speed of wear, and the passage of an inert or reducing gas through the electrode bore to the arc.