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" Perfectionnement à l'affinage des métaux ferreux suivant le procédé Bessemer".
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La présente invention a pour objet un procédé d'affi- nage des métaux ferreux suivant le procédé Bessemer.
Elle se rapporte plus particulièrement à l'affinage des métaux ferreux ne pouvant s'adapter ni au procédé Bessemer acide, ni au procédé Bessemer basique .
La présente invention a pour objet un traitement combiné ou duplex Bessemer, acide et basique d'affinage des métaux ferreux, traitement permettant l'obtention de résultats qui n'ont pu être antérieurement atteints qu'avec des procédés spéciaux extrêmement coûteux.
On sait qu'il existe deux procédés d'affinage des métaux ferreux au Bessemer, c'est-à-dire en soufflant de l'air à travers le métal fondu en vue de l'affiner par oxydation de certains de ses constituants.
Un des procédés est le procédé Bessemer acide utilisé aux Etats-Unis d'Amérique et l'autre est le procédé Besse- mer basique utilisé en Europe.
Dans le procédé Bessemer acide, on utilise un conver- tisseur Bessemer avec un revêtement réfractaire ailiceux ou acide et la principale source de combustible pour fournir la température au métal est le silicium présent dans le métal lui-même . L'oxydation du silicium fournit la chaleur, le produit d'oxydation étant la silice qui a un caractère acide . Le laitier formé lors de l'affinage Besse- mer acide du métal ferreux présente donc un caractère nettement acide et comprend du silicate de fer avec une certaine quantité d'oxyde de manganèse formé par l'oxyda- tion du manganèse dans le métal .
La formation du laitier acide d'affinage oblige à revêtir le convertisseur d'une matière réfractaire acide,
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Lors de l'affinage Bessemer acide du métal ferreux, il ne peut se produire aucune déphosphoratior. étant donné que l'élimination du phosphore ne nécessite pas seulement un réactif oxydant, mais également un laitier basique pour retenir le pentoxyde de phosphore qui est le produit d'oxy- dation du phosphore.
Pour cette raison, la gamme dans laquelle on peut choisir le métal ferreux à affiner par le procédé Bessemer acide est réduite, en ce qui concerne la teneur en phosphore le métal doit être choisi de façon à ne pas avoir avant l'af- finage plus de phosphore que n'en doit contenir le métal traité au Bessemer. Cependant, la teneur en phosphore du métal affiné au Bessemer acide est légèrement supé- rieur.e à la teneur en phosphore du métal chargé dans le convertisseur. Ceci est dû au fait qu'il se produit pendant l'affinage une certaine perte de métal sans perte corres- pondante de phosphore . La teneur en phosphore du métal fer- reux affiné par le procédé Bessemer acide se situe généra- lement aux environs de 10 % au-dessus de la teneur en p hos- phore du métal ferreux chargé dans le convertisseur.
Si,par exemple, le métal ferreux chargé dans le convertisseur contient 0,10 % de phosphore, le métal affiné contiendra environ 0,11 % de phosphore . En conséquence, lorsque l'on doit utiliser le procédé Bessemer acide pour affiner des métaux ferreux, les métaux à affiner doivent être soigneusement choisis de sorte que leur teneur en phosphore ne soit pas supérieure et soit même légèrement inférieure à la teneur en phosphore spécifiée pour le métal affiné.
Dans le procédé Bessemer basique, le convertisseur est muni d'un revêtement réfractaire basique tel que la dolo- mie du la magnésite.
Dans le procédé Bessemer basique, il n'est pas possi- ble d'utiliser le silicium contenu dans le métal de charge
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comme source principale de combustible destiné à fournir la chaleur, étant donna que comme mentionné ci-dessus, le produit d'oxydation du silicium est la silice qui est nettement acide et réagirait avec le revêtement basique du convertisseur, revêtement qu'elle détruirait. En conséquence, lors de l'affinage Bessemer basique, on utilise un fer à faible teneur en silicium, la teneur en phosphore étant utilisée comme source principale de combustible .
Le pentoxyde de phosphore, c'est-à-dire le produit d'oxydation du phosphore, possède un caractère très faiblement acide, presque neutre et ne réagit pas sensiblement avec le revêtement basique du convertisseur étant donné spécialement qu'on introduit dans la pratique normale de l'affinage au Bessemer basique, une certaine quantité de chaux, avele métal de charge.
Afin de fournir suffisamment de combustible dans le procédé Bessemer basique, et afin de développer la tempéra- ture d'affinage désirable, le métal de charge doit conte- nir au moins environ 2 % de phosphore . Les minerais européens ont une teneur en phosphore suffisamment élevée pour fournir la quantité d'environ 2% de phosphore dans la charge du convertisseur. En fait, c'est cette circonstan- ce qui impose l'emploi du procédé d'affinage au Ressemer basique en Europe.
Aux Etats-Unis d'Amérique, on dispose de minerai de fer contenant une quantité suffisamment réduite de phospho- re pour que le métal à affiner au Bessemer puisse en être produit tout en ayant une teneur en phosphore suffisamment faible pour qu'aucune déphosphoration ne soit nécessaire.
Ce métal est affiné par le procédé Bessemer acide,en utilisant le silicium contenu dans le métal comme source de combustible . Néanmoins, il existe un degré intermédiai- re de minerai à partir duquel on produit un métal ferreux,
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minerai qui contient une quantité de phosphore si élevée que le métal qui est produit à partir de ce minerai ne peut être affiné de façon satisfaisante par le procédé
Bessemer-acide, étant donné que le produit affiné serait trop riche en phosphore, et qu'il ne peut pas non plus être affiné de façon satisfaisante par le procédé Bessemer basique, étant donné que la quantité de phosphore dans le métal n'est pas suffisante pour fournir la quantité de combustible requise dans ce procédé . Ce minerai donne des métaux ferreux ayant une teneur en phosphore se si- tuant entre 0,20 et 0,30 %.
Ce métal ferreux a donc été affiné, par nécessité, dans des fours Martin basiques ou dans des fours basiques électriques. Tout essai d'affinage par Bessemer acide devrait être suivi d'un traitement spécial et coûteux de déphosphoration. Les minerais à par- tir desquels ce métal est produit, sont disponibles en tsès grande quantité de sorte que le problème de la dé- phosphoration est particulièrement coûteux.
La présente invention a pour objet un procédé d'affi- nage des métaux ferreux du type précité ne nécessitant pas le traitement spécial et coûteux de déphosphoration.
Le procédé consiste à affiner au Bessemer acide une quantité inférieure à la totalité de métal à oxyder au
Bessemer et à oxyder ensuite au Bessemer basique le reste des constituants du métal à oxyder au Bessemer.
La première partie du traitement d'affinage peut être effectuée dans un convertisseur Bessemer acide ; que la deuxième partie du traitement d'affinage peut être effectuée dans un convertisseur Bessemer basique .
Le procédé donne un rendement élevé étant donné que l'on peut utiliser aussi bien le silicium que le phosphore comme combustible et que l'on n'a besoin d'aucun traite- ment spécial de déphosphoration. Le métal peut être soufflé
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dans nn convertisseur Bessemer acide jusqu'à ce que le si- licium ait été grandement ou presque entièrement oxydé, après quoi la charge peut être transférée à un convertis- seur basique dans lequel on peut oxyder la quantité dési- rée de phosphore . Le degré d'oxydation du phosphore dans la deuxième phase sera contrôlé de façon à produire dans le métal affiné le pourcentage de phosphore spécifié.
Le métal partiellement affiné obtenu après la première phase (dans le convertisseur Bessemer acide) doit être du métal entièrement séparé du laitier acide . La séparation/d'avec le laitier est facilitée du fait qu'à peu près au moment où la première phase est achevée, c'est-à-dire lorsque le silicium a été en grande partie ou presque entièrement oxydé, la laitier atteint la condition de viscosité maximum. Ceci rend possible l'inclinaison du convertis- seur/et le versement du métal ferreux partiellement affi- né, le laitier grandement visqueux adhérant au convertis- seur aux environs de l'ouverture de déversement et aux parties voisines du bec en formant un pont au-dessus de ce bec.
Il en résulte que le métal peut être versé à travers le laitier en forme de pont, n'entraînant avec lui que très peu de laitier. De cette façon, le procédé est largement facilité du fait qu'il n'est nécessaire d'utiliser aucun dispositif spécial pour retenir le lai- tier lorsqu'on verse le métal et qu'il n'est pas nécessai- re de décrasser. De plus, la viscosité du laitier peut être utilisée comme un indice de la condition du métal, la première phase d'affinage dans le convertisseur acide étant achevée et le métal étant prêt à être versé lorsque le laitier atteint sa condition de viscosité maximum.
On transfère le métal du convertisseur acide dans le convertisseur basique . Le métal peut être versé directe- ment du convertisseur acide dans le convertisseur basique -
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ou bien être versé dukonvertisseur acide dans une poche de transport et de là dans le convertisseur basique . Il est désirable, lorsque l'on verse le métal dans le con- vertisseur basique, d'ajouter une certaine quantité de chaux afin d'assurer la formation d'un laitier nettement basique .
Lorsque le métal ferreux chargé dans le convertisseur acide au début du procédé d'affinage possède une teneur trop faible en silicium, on peut ajouter, en vue du réglage, du silicium par exemple sous la forme de ferosilicium.
Si la teneur en silicium de la charge initiale est exceptionnellement élevée, le soufflage dans le conver- tisseur acide est prolongé jusqu'à ce que le silicium soit en grande partie ou presque entièrement oxydé.
A titre d'exemple de la mise en oeuvre du procédé duplex d'affinage au Bessemer faisant l'objet de la présente invention, on peut citer le cas d'un métal ferreux fondu ayant une teneur en phosphore d'environ 0,25 % et qui est chargé dans le convertisseur Bessemer acide.
On souffle la charge dans le convertisseur acide jusqu'à ce que le silicium ait été en grande partie ou presque entièrement oxydé. Lors de l'oxydation du silicium, une certaine quantité de manganèse est également oxydée, mais une très faible quantité seulement de carbone est oxydée, tandis qu'aucune quantité sensible de phosphore n'est oxydée. Lorsque le silicium a été oxydé en grande partie ou d'une façon sensiblement totale, on arrête l'opération d'affinage au Bessemer et le métal partiellement/affiné est soutiré du convertisseur acide .
Etant donné que la première phase d'affinage dans le convertisseur acide se limite sensiblement à l'élimination du silicium, le lai- tier d'affinage dans le convertisseur acide est un laitier
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à silicate de fer contenant une certaine quantité d'oxyde de manganèse, mais dans lequel la teneur en silice est très élevée par rapport à la teneur en oxyde de fer et en oxyde de manganèse . Par exemple, le laitier dans le convertisseur acide à la fin de la première phase du procédé d'affinage duplex au Bessemer conforme à la présente invention a une composition se rapprochant de :
SiO2 75,5 %
FeO Il,02 % MnO 9,02 %
A1203 2,40 %
Un laitier ayant cette composition possède un point de fusion très élevé et en conséquence est extrêmement visqueux et virtuellement solidifié et granuleux. Cette condition du laitier rend possible , cornue expliqué ci-dessus, l'écoulement du métal partiellement affiné, tout en effectuant une séparation nette entre le métal et le laitier acide
L'utilisation de dispositifs auxiliaires, tels qu'une séparation insérée dans le bec du convertisseur, un ringard ou de tous autres dispositifs est inutile.
Le métal partiellement affiné évacué hors du conver- tisseur acide est chargé dans un convertisseur basique, soit directement, soit au moyen d'une poche de transport.
Normalement, il est désirable de transporter le métal du convertisseur acide au convertisseur basique au moyen d'une poche de transport bien que les deux convertisseurs soient de préférence disposée très près l'un de l'autre. Avant ou pendant l'affinage du métal dans le convertisseur basi- que, on ajoute une certaine quantité de chaux en vue de former un laitier nettement basique dont le convertisseur basique s'accommode aisément.
Dans ce convertisseur, on oxyde les quantités restantes de manganèse et de carbone,et
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après que pratiquement tout le carbone a été éliminé, le phosphore est oxydé jusqu'au degré voulu, Le pentoxy- de de phosphore, c'est-à-dire le produit d'oxydation du phosphore, réagit avec le CaO de l'addition de chaux et forme un laitier stable à phosphate de calcium. La quantité de phosphore éliminée dans la deuxième phase (dans le convertisseur basique) peut être réglée selon le désir à tout degré voulu en réglant la durée de soufflage après que l'élimination du carbone a été ache- vée .
Lorsque la quantité désirée de phosphore a été éliminée, l'affinage dans le convertisseur basique est achevé et le métal affiné est évacué par versement et peut être utilisé pour le moulage de lingots ou dans tout autre but. Le métal s'adapte facilement à la production de fer de forge par le procédé Aston bien connu .
Le procédé duplex d'affinage au Bessemer conforme à la présente invention convient à l'affinage d'une très large gamme de métaux plus particulièrement en ce qui concerne les teneurs en silicium et en phosphore.
De même, il permet de produire un métal affiné ayant une teneur en phosphore désirée sans aucune opération spéciale de déphosphoration et quelle que soit la teneur en phosphore du métal de départ.
Il va de soi que la présente invention se prête à diverses variantes pouvant être réalisées sans s'écarter de l'esprit de la présente invention.
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"Improvement in the refining of ferrous metals according to the Bessemer process".
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The present invention relates to a process for refining ferrous metals according to the Bessemer process.
It relates more particularly to the refining of ferrous metals which cannot be adapted either to the acid Bessemer process or to the basic Bessemer process.
The present invention relates to a combined treatment or Bessemer duplex, acid and basic for refining ferrous metals, treatment allowing results to be obtained which could previously only be achieved with extremely expensive special processes.
It is known that there are two processes for refining ferrous metals with Bessemer, that is to say by blowing air through the molten metal with a view to refining it by oxidation of some of its constituents.
One of the processes is the Acid Bessemer process used in the United States of America and the other is the Basic Bessemer process used in Europe.
In the Acid Bessemer process, a Bessemer converter with a sour or acidic refractory coating is used and the primary fuel source to provide the temperature to the metal is the silicon present in the metal itself. The oxidation of silicon provides heat, the oxidation product being silica which has an acidic character. The slag formed during the acidic Besesser refining of the ferrous metal therefore exhibits a distinctly acidic character and comprises iron silicate with a certain amount of manganese oxide formed by the oxidation of manganese in the metal.
The formation of the acidic refining slag requires coating the converter with an acidic refractory material,
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During acid bessemer refining of the ferrous metal, no dephosphoratior can occur. since the removal of phosphorus not only requires an oxidizing reagent, but also a basic slag to retain the phosphorus pentoxide which is the oxidation product of phosphorus.
For this reason, the range in which one can choose the ferrous metal to be refined by the acidic Bessemer process is reduced, with regard to the phosphorus content the metal must be chosen so that it does not have before the refining more phosphorus than must be contained in the Bessemer treated metal. However, the phosphorus content of the acidic Bessemer refined metal is slightly higher than the phosphorus content of the metal charged to the converter. This is because some loss of metal occurs during refining without a corresponding loss of phosphorus. The phosphorus content of the ferrous metal refined by the Bessemer acid process is generally about 10% above the phosphorus content of the ferrous metal loaded into the converter.
If, for example, the ferrous metal loaded into the converter contains 0.10% phosphorus, the refined metal will contain about 0.11% phosphorus. Accordingly, when the acidic Bessemer process is to be used to refine ferrous metals, the metals to be refined must be carefully chosen so that their phosphorus content is not greater than and even slightly less than the phosphorus content specified for the refined metal.
In the basic Bessemer process, the converter is provided with a basic refractory coating such as the dolomite of magnesite.
In the basic Bessemer process, it is not possible to use the silicon contained in the filler metal.
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as the main source of fuel to provide heat, given that as mentioned above, the oxidation product of silicon is silica which is markedly acidic and would react with the basic coating of the converter, which coating would destroy. Accordingly, in the basic Bessemer refining, low silicon iron is used, the phosphorus content being used as the main fuel source.
Phosphorus pentoxide, i.e. the oxidation product of phosphorus, has a very weakly acidic, almost neutral character and does not react appreciably with the basic coating of the converter, especially since it is introduced in practice. normal refining with basic Bessemer, a certain quantity of lime, with the filler metal.
In order to provide sufficient fuel in the basic Bessemer process, and in order to develop the desirable refining temperature, the feed metal must contain at least about 2% phosphorus. European ores have a phosphorus content high enough to provide the amount of about 2% phosphorus in the converter feed. In fact, it is this circumstance which imposes the use of the basic Resemer refining process in Europe.
In the United States of America iron ore is available which contains a sufficiently small quantity of phosphorus that the metal to be refined with Bessemer can be produced therefrom while having a sufficiently low phosphorus content that no dephosphorization can occur. is necessary.
This metal is refined by the Bessemer acid process, using the silicon contained in the metal as a fuel source. However, there is an intermediate grade of ore from which a ferrous metal is produced,
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ore which contains such a high amount of phosphorus that the metal which is produced from this ore cannot be satisfactorily refined by the process
Bessemer-acid, since the refined product would be too rich in phosphorus, and also cannot be satisfactorily refined by the basic Bessemer process, since the amount of phosphorus in the metal is not sufficient to provide the amount of fuel required in this process. This ore produces ferrous metals with a phosphorus content of between 0.20 and 0.30%.
This ferrous metal has therefore been refined, by necessity, in basic Martin furnaces or in basic electric furnaces. Any trial of acid Bessemer refining should be followed by a special and expensive dephosphorization treatment. The ores from which this metal is produced are available in very large quantities so that the problem of de-phosphorization is particularly expensive.
The present invention relates to a process for refining ferrous metals of the above-mentioned type which does not require the special and expensive dephosphorization treatment.
The process consists in refining with acid Bessemer a quantity less than the totality of metal to be oxidized with
Bessemer and then oxidizing with basic Bessemer the rest of the constituents of the metal to be oxidized with Bessemer.
The first part of the refining treatment can be carried out in an acid Bessemer converter; that the second part of the refining treatment can be carried out in a Bessemer basic converter.
The process gives a high efficiency since both silicon and phosphorus can be used as fuel and no special dephosphorization treatment is required. Metal can be blown
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in an acidic Bessemer converter until the silicon has been largely or almost completely oxidized, after which the charge can be transferred to a basic converter in which the desired amount of phosphorus can be oxidized. The degree of phosphorus oxidation in the second phase will be controlled so as to produce the specified percentage of phosphorus in the refined metal.
The partially refined metal obtained after the first phase (in the Bessemer acid converter) must be metal completely separated from the acid slag. The separation from / from the slag is facilitated by the fact that at about the time when the first phase is completed, i.e. when the silicon has been largely or almost entirely oxidized, the slag reaches the maximum viscosity condition. This makes possible the tilting of the converter and the pouring of the partially refined ferrous metal, the highly viscous slag adhering to the converter in the vicinity of the discharge opening and to neighboring parts of the spout forming a bridge to the spout. above this beak.
As a result, the metal can be poured through the bridge-shaped slag, carrying very little slag with it. In this way, the process is greatly facilitated since it is not necessary to use any special device for retaining the slag when pouring the metal and it is not necessary to scour. In addition, the viscosity of the slag can be used as an index of the condition of the metal, with the first phase of refining in the acid converter being completed and the metal ready to be poured when the slag reaches its maximum viscosity condition.
The metal is transferred from the acid converter to the basic converter. Metal can be poured directly from the acid converter into the base converter -
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or be poured from the acid converter into a transport bag and from there into the basic converter. It is desirable, when pouring the metal into the basic converter, to add some lime to ensure the formation of a distinctly basic slag.
When the ferrous metal charged into the acid converter at the start of the refining process has too low a silicon content, silicon, for example in the form of ferosilicon, can be added for adjustment.
If the silicon content of the initial charge is unusually high, the blowing in the acid converter is prolonged until the silicon is largely or almost completely oxidized.
As an example of the implementation of the duplex refining process with Bessemer which is the subject of the present invention, there may be mentioned the case of a molten ferrous metal having a phosphorus content of approximately 0.25%. and which is loaded into the Bessemer acid converter.
The charge is blown into the acid converter until the silicon has been largely or almost completely oxidized. In the oxidation of silicon, a certain amount of manganese is also oxidized, but only a very small amount of carbon is oxidized, while no substantial amount of phosphorus is oxidized. When the silicon has been largely or substantially totally oxidized, the Bessemer refining operation is stopped and the partially / refined metal is withdrawn from the acid converter.
Since the first phase of refining in the acid converter is substantially limited to the removal of silicon, the refining slag in the acid converter is slag.
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iron silicate containing a certain amount of manganese oxide, but in which the content of silica is very high compared to the content of iron oxide and manganese oxide. For example, the slag in the acid converter at the end of the first phase of the duplex Bessemer refining process according to the present invention has a composition approaching:
SiO2 75.5%
FeO II, 02% MnO 9.02%
A1203 2.40%
A slag having this composition has a very high melting point and therefore is extremely viscous and virtually solidified and granular. This condition of the slag makes possible, retorted explained above, the flow of the partially refined metal, while effecting a clean separation between the metal and the acidic slag.
The use of auxiliary devices, such as a partition inserted in the nozzle of the converter, a corny or any other device is unnecessary.
The partially refined metal discharged from the acid converter is charged into a basic converter, either directly or by means of a transport bag.
Normally, it is desirable to transport the metal from the acid converter to the base converter by means of a carrying bag although the two converters are preferably disposed very close to each other. Before or during the refining of the metal in the basic converter, a quantity of lime is added to form a distinctly basic slag which the basic converter easily accommodates.
In this converter, the remaining amounts of manganese and carbon are oxidized, and
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after most of the carbon has been removed, the phosphorus is oxidized to the desired degree. Phosphorus pentoxide, i.e. the oxidation product of phosphorus, reacts with the CaO of the addition lime and forms a stable calcium phosphate slag. The amount of phosphorus removed in the second phase (in the basic converter) can be adjusted as desired to any desired degree by adjusting the blast time after carbon removal has been completed.
When the desired amount of phosphorus has been removed, the refining in the basic converter is complete and the refined metal is poured off and can be used for ingot molding or for any other purpose. The metal readily adapts to the production of wrought iron by the well-known Aston process.
The duplex refining process with Bessemer in accordance with the present invention is suitable for refining a very wide range of metals, more particularly with regard to the silicon and phosphorus contents.
Likewise, it makes it possible to produce a refined metal having a desired phosphorus content without any special dephosphorization operation and regardless of the phosphorus content of the starting metal.
It goes without saying that the present invention lends itself to various variants which can be achieved without departing from the spirit of the present invention.
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