Méthodes de fusion des métaux

La fusion de l’acier inoxydable par convertisseur est réalisée avec un soufflage d’air par le bas (méthodes Bessemer et Thomas), ainsi qu’avec un soufflage d’oxygène par le haut et par le bas. L’oxygène de l’air oxyde les impuretés, provoquant la transformation de la fonte en acier. La chaleur dégagée lors de l’oxydation chauffe la masse fondue à une température de 1600 °C.

1. Méthode Bessemer

Doublure acide convertisseur conçue par un ingénieur anglais. Bessemer au milieu du XIXe siècle, permet de fondre de la fonte enrichie en silicium avec une teneur minimale en phosphore et en soufre. Le revêtement du convertisseur Bessemer est en brique aigre-dinas. La fonte (0,7−1,2% Si) chauffée à 1250−1300 ° C est versée dans le convertisseur et soufflée avec de l’air. L’oxydation du silicium, du carbone et du manganèse se produit et des scories acides se forment à partir d’oxydes. Après cela, la purge est terminée. Le métal est coulé dans la poche, tout en le désoxydant. Le laitier étant acide, le soufre et le phosphore ne sont pas éliminés.

2. Méthode Thomas

La méthode Thomas a été proposée par S. Thomas à la fin du XIXe siècle pour le traitement de la fonte enrichie en phosphore. Interne. Le revêtement du convertisseur Thomas est le principal (résine-dolomite). Une boîte à air est fixée au boîtier du convertisseur par le bas. Le souffle à travers les tuyères (buses) entre dans le convertisseur. La chaux est chargée dans le convertisseur, qui forme le laitier principal. Ensuite, la fonte est coulée (0,3 — 0,5% Si, 1,6 — 2,0% P; <0,08% S;), chauffée à 1250 ° C et soufflée avec de l'air. Le silicium, le carbone et le manganèse sont oxydés a. le soufre et le phosphore sont éliminés dans le laitier résultant. La purge est terminée lorsque la teneur en phosphore dans le métal diminue de 30 fois.

Ces méthodes ont un inconvénient commun — la saturation de l’acier avec de l’azote, qui pénètre dans la masse fondue à partir de l’air lors du soufflage du métal. Par conséquent, Thomas et Bessemer et l’acier sont plus fragiles et sujets au vieillissement. Par conséquent, à l’heure actuelle, ces méthodes ont été remplacées par la fusion BOF avec soufflage supérieur et inférieur.

3. Convertisseur d’oxygène

Un convertisseur avec un revêtement principal et une purge d’oxygène à travers une tuyère refroidie à l’eau est utilisé. Les matériaux de charge suivants sont utilisés :

• fonte liquide;
• ferraille;
• formation de scories (chaux, feldspath, minerai de fer, bauxites).

Avant la fusion, la ferraille (ferraille) est chargée dans le convertisseur et la fonte chauffée à 1300−1400°C est coulée. Après cela, une tuyère refroidie à l’eau est introduite dans le convertisseur et de l’oxygène y est fourni. La chaux, la bauxite et le minerai de fer sont versés dans le convertisseur au début du soufflage. L’oxygène provoque la circulation et le mélange du métal avec les scories, oxyde le manganèse, le silicium, le carbone. Une oxydation intense chauffe le mélange. Le phosphore lie FeO et CaO Si le phosphore est supérieur à 0,15%, pour l'éliminer, il faut égoutter le laitier et en introduire un nouveau. L'élimination du soufre dans le laitier a lieu pendant toute la fusion. L’alimentation en oxygène est terminée lorsque la teneur en carbone du métal correspond à la valeur spécifiée. Après cela, des désoxydants et des additifs d’alliage sont introduits dans la poche. La durée de fusion dans un convertisseur d’une capacité de 50 à 350 tonnes est inférieure à une heure.

4. Fusion dans un convertisseur soufflé par le bas.

La ferraille d’acier est chargée dans le convertisseur et le fer liquide est versé. Pendant la coulée, le convertisseur se trouve presque horizontalement, de sorte que le fer liquide n’inonde pas les lances, à travers lesquelles de l’azote ou de l’air est insufflé à ce moment, de la chaux en poudre est insufflée, parfois avec l’ajout de spath fluor. Ensuite, allumez l’oxygène et le convertisseur est transféré en position verticale. La purge oxyde le silicium, le carbone, le manganèse. Il se forme un laitier dans lequel passent le phosphore et le soufre. La purge est terminée à une teneur en carbone donnée dans le métal. La décarburation se déroule plus intensément en raison du mélange du bain et de l’assimilation plus complète de l’oxygène.

Production d’acier inoxydable et résistant à la chaleur par refusion. Fusion d’oxygène

Aujourd’hui, la production d’aciers inoxydables austénitiques et résistants à la chaleur est basée sur la méthode de refusion par purge à l’oxygène. Ceci assure une dissolution optimale des éléments d’alliage contenus dans le mélange. Il faut tenir compte du fait que dans les fours à arc, la fusion sans oxydation conduit à une carburation du métal par les électrodes, ce qui nécessite une teneur initiale minimale en carbone. Cela limite l’utilisation de déchets hautement alliés et force l’inclusion de fer doux à faible teneur en carbone et sans phosphore et sans soufre dans la composition de la charge, ce qui augmente le coût du produit final.

La fusion à l’oxygène élimine l’utilisation de déchets à haute teneur en chrome, car avec une affinité similaire du chrome et du carbone pour l’oxygène, il est difficile d’oxyder le carbone sans oxyder simultanément le chrome. Mais l’affinité pour l’oxygène du carbone et du chrome change différemment avec la température: avec l’augmentation de la température, l’affinité du chrome pour l’oxygène diminue et l’affinité du carbone augmente. Par conséquent, plus la température est élevée, plus le carbone est activement oxydé et éliminé avec le gaz du four à une teneur constante en chrome.

Le rôle de l’oxygène

L’utilisation d’oxygène gazeux permet d'élever efficacement la température du métal et d’oxyder le carbone. Il est connu de la pratique que pour la température de fusion habituelle de l’acier, il n’est possible d’atteindre une teneur en carbone de 0,1% que s’il y a moins de 3% de chrome dans le métal. Mais si t° 1800 °C, alors la concentration cible en carbone est atteinte avec une teneur en chrome de 15%. L’oxydation du carbone avec de l’oxygène gazeux à température élevée permet d’atteindre sa concentration optimale dans la composition chimique de l’acier et d’utiliser une quantité illimitée de déchets à haute teneur en chrome dans le remplissage. Une teneur accrue en carbone dans la charge n’empêche pas la production de métal à faible teneur en carbone. Et la teneur en chrome de la charge déterminera uniquement le pourcentage de carbone dans l’acier fini et la température de fusion en fin de soufflage.

Remplissage de remplissage. Chrome, nickel, molybdène

Pour obtenir 13 à 14% de Cr, la charge peut contenir jusqu'à 70% de déchets d’acier. Pour protéger le chrome de l’oxydation et augmenter plus rapidement la température du bain lors du soufflage, il est important que la charge contienne 0,7 à 0,9% de Si. La quantité manquante de silicium est introduite sous forme de ferrosilicium, de silicochrome ou de déchets d’acier au silicium. La partie manquante du molybdène est incluse dans le remplissage sous forme de ferromolybdène. Et la quantité requise de nickel est introduite dans le remplissage sous forme d’alliages de nickel, de nickel métallique ou d’oxyde de nickel.

silicium et phosphore

L’acier de transformateur contient 3 à 4% de Si, il est donc souhaitable d’introduire 20 à 25% de déchets d’acier de transformateur dans la charge. Ceci introduit la quantité de silicium nécessaire dans le remplissage, ce qui permet de refuser l’utilisation d’alliages de silicium plus coûteux. De plus, l’acier des transformateurs contient très peu de phosphore, ce qui garantit une composition optimale en phosphore. En l’absence de déchets d’acier de transformateur, il est nécessaire d’introduire des déchets d’aciers au carbone à faible teneur en phosphore dans le remplissage pour diluer le phosphore.

Carbone

Pour un bon dégazage du métal lors de l'ébullition, la charge doit apporter au moins 0,3% de carbone. Si nécessaire, un souffle d'électrode ou du coke est utilisé pour la carburation. De plus, de la chaux est ajoutée au foyer (0,5−1,0%) et parfois pour réduire les déchets de chrome — 0,5% de minerai de chrome

Purge

Le soufflage du bain avec de l’oxygène commence après la fusion des ¾ de la charge. Cela accélère la fusion et réduit la consommation d'énergie. Une purge antérieure est associée à un important gaspillage de chrome. La purge s’effectue sur le four inclus pour accélérer le chauffage du bain. En raison de la chaleur des réactions d’oxydation exothermiques du silicium, du chrome et la température du bain augmente rapidement. À une certaine température, l’oxydation du carbone commence — une flamme de bouclage apparaît du four. Après cela, le four est éteint, un échantillon est prélevé pour analyse chimique et le bain continue à être soufflé jusqu'à ce que la teneur en carbone requise soit obtenue.

Température

La température du bain peut dépasser 1800 °C pendant la purge. Cette température élevée détruit la durabilité du garnissage du four. Par conséquent, après la fin de la purge, le bain est rapidement désoxydé avec du ferromanganèse et la quantité calculée de ferrochrome chauffé au rouge est ajoutée. Pour un refroidissement plus rapide du métal, on ajoute parfois jusqu'à 5% de déchets d’acier pur de la nuance en cours de fusion.

Scories

À la fin du soufflage, le laitier contient généralement jusqu'à 30% d’oxydes de chrome et de manganèse, jusqu'à 20% d’oxydes de silicium, de fer et de calcium, jusqu'à 10% d’oxydes de manganèse et d’aluminium. La forte teneur en oxydes de chrome réfractaires rend le laitier hétérogène. Pour restituer le chrome du laitier, on le traite avec de la poudre de silicochrome ou de ferrosilicium, une désoxydation au silicochrome est préférable car l’acier est allié au chrome. Si de la chaux supplémentaire n’est pas apportée lors de la désoxydation en laitier, un laitier acide avec un pH de 0,6 à 0,8 se formera dans le four. L’accumulation d’oxyde de silicium dans le laitier ralentit la réduction du chrome par le silicium.

Oxygène

Vous pouvez lier l’oxygène dans les oxydes de chrome avec des additifs de chaux. Ca contribue à la réduction du chrome par le silicium. Mais les additifs à base de chaux augmentent la quantité de laitier, ce qui, même avec une faible teneur en oxydes de chrome dans le laitier, peut entraîner d’importantes pertes de chrome avec le laitier. Par conséquent, il n’est pas conseillé que le pH du laitier soit supérieur à 1,5−1,6.

Résultats de test

Après la fusion et le traitement des métaux, divers types d’essais mécaniques sont effectués pour déterminer la qualité du produit résultant et sa conformité aux exigences des normes nationales et internationales. Ainsi, les résultats des essais de traction des métaux permettent de déterminer leur limite d'élasticité. Ce paramètre fait référence aux caractéristiques mécaniques et est un élément très important dans les calculs pour la construction de structures de différents types de complexité. La portée de son application dépend de la résistance à la traction du métal.

Dureté

Un autre type de contrôle de l’acier résultant est les méthodes de test de dureté des métaux en appuyant sur le «pénétrateur». Les résultats obtenus au cours de l'étude sont attribués aux caractéristiques physiques de l’acier et, en règle générale, les échelles Rockwell ou Brinell sont utilisées.

Informations sur la location

De plus, il existe des tests chimiques des métaux destinés à déterminer la composition de l’alliage en termes de quantité et de qualité des éléments présents. Ainsi que des tests cycliques des métaux basés sur l’application de différentes charges pour établir leur endurance. De plus, des informations générales sur le laminage des métaux suggèrent qu’en plus des méthodes ci-dessus pour étudier les caractéristiques du métal fondu, des tests sont utilisés en production pour :

la résistance aux chocs;

emboutissage profond;

·compression;

·fluer;

fracture.

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