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DESCRIPTION
La présente invention ~)I,f~ un ~Lu~de de brassage en poche
d'un acier, dans lequel on mjecte ~anS un bain d'acier fondu un gaz
inerte, oe tte injection ~tant r~ e de sorte que des ~lllPs de gaz
L~lL à L~ au m.~ins une partie du hAin de m, tal fondu et viennent
~ Pr à la surface de oe lui-ci, de mAnipre à créer une mise en
mLuvement du m~tal fo.ndu lors de la mQntee du gaz, ledit bain d'acier
ayant éte au prealable calm~ pour ;n~ L~" ~Lion d'un desoxydant en
quantité suffisante pour qu'un P~c~Pnt de oe lui-ci reste à l'état
dissous dans le bain.
Afin d'am~liorer la productivité;et la qualite, les acieristes
ont déveloFpé la m~tallurgie dite .secnn~A;ne ou m~tallurgie en poche. Le
but essentiel de cette mktallurgie est la ma~trise ~h~nm;~l~ et la
ma~trise analytique du m~tal. Au niveau de la m ~trise ~hpnm;que~ le
hrA.~sA~P ~k~leL. le refro;~ s~ --.L et 1'~ n. Au niveau de la
m~trise analytique, le brassage permet de r~ Pr l'h~ y~icA~i~n~ la
mise à mlAnre de l'acier, la désoxydation, le contr~le de la ~lu~Le du
m~tal, le contrôle des ;nrlllcinn.c, la désulfuration, la d~ n~-h~,d ion,
etc... On a égAlr~mPnt constaté que l'utili-cAtion d'arcs électriques pour
r~AlicPr le réehA~lffA~e en poche par exemple, ou du vide pour r~Al;cr~r le
dégazage dan~s cette mame poche etait ~m~ljnrée par un hrACs~Je du métal.
Parmi les diff~rents mcdes de hr~Cc~e utili~s~ le brassage par
injectian de gaz est tras employ~ car il ne rl~.~ ~rlP que peu
d'inves~i.c~_.~n~ et est très sim~le d'~ A~irn.
Avant brAc.cA~e, l'acier eLL~lv~sc~lL est calme par
in~nr~raLian de désoxydant tel que l~AllTminilnn et/ou le s;licil7m,
pe~.~ Ua d~lim;npr ou de r~duire l'oxygene r~si~l~l présent dans le bain
d'acier. Afin de m.~intenir une teneur en cxyy~e rli.c.c~l.c d~ns l'acier
c~i~aLible avec les conditions de coulée, on i~ e g~nér~l~m~nt un
PxC~APnt de d~soxydant dans le bain d'acier. Cet PXC~Pnt de désoxydant
est ~n~rAlPmPnt inférieur à 1500ppm, et de préfé~ ccmpris entre 100
et 500 ppm pour l'aluminium et entre 200 et 1000 ppm par le s;l;cil~.
Suivant la mlAnrx désir~e de l'acier, la teneur en désoKydant ~l;c~lc est
fix~e et cantrôl~e ~ enviran_ 20 ppm.
L_ hrA~.cA9~ corrPs~A à une mise en ll~JUV~ par entrAin~nt
du métal lors de la mxlt~e du gaz. L' intensité du brAcs~e est
caractPri ~e par une yLculdeur physiq~e corrP~ "L ~ la ~li csAn~P par
tomlP de mktal.
A .
~'
2 ~ 3~569~
~ .
Il est connu d'utilicPr des gaz ~ Lr~s tels que l'argon, ou
l'azote, pour r~Al;C~r le ~ c~ dans une poche. Dans un certain nombre
d'A~pli~AtiQns, l'azote ne peut 8tre 11~;1; c~ car on recherche la
réalisation d'acier ayant une h~cse ~Ul en azote. Jusqu'à present,
seul l'argon pouvait atre 1l~; 1; C~ pcur la brassage gazeux des poches
lorsqu'on desire en part;~ll;~r obtenir des aciers à f~;hle teneur en
azote. IX~ltefo;c, l'utilisation l'argon est qll~l~ ~fois limitée par des
contraintes d'ordre ~cnn~m;~l~ compte tenu du cc~t elevé de ce gaz.
On a donc l~llel~ ~ s'il était poss;hl~ d'U~ Pr un autre gaz
pour r~Al ;.CPr ce brassage, qui présente un O~I~OL~ sensiblement
inerte vis à vis de l'acier tout en etant ~cnn~m;~l~ lors de son
utilisation.
A priori, l'homme de mktier a t~n~Anre à écarter la posc;hlite
d'~l~;licpr l'anhydride cArhnni~l~ gazeux pour r~Al;c~r un hr~s~e en
pcche car il est connu de l'article intitule ~IESl~Leyv de CO2 na
n~PsrArhllrArA~ do Aco em Formo Eletrico - Renato Augusto RArhocA da Silva
- Getulio &ergio da Silva - MEniUU3R3IA - vol. 28 - N 172 - M~RCO, 1972"
que l'anhydride cArhnn;que à la ~ s~ure d'un bain d'acier fondu c'est
à dire de l'ordre de 1.600C se ~ ~.s~ en o~yy~lle et monoxyde de
e~ ~ qui ont un ~oL~le~l~ oxydant vis à vis de l'acier.
De mAni~rlP ina~ e, on a constate qu'il etait pocc;hle
d'llt;l ;.CPr l'anhydride c~rh~ e pour r~Al; CPr le brA-c.cA~e dans une
poche d'un acier calmk, malgr~ le caract2re oxydant de l'anhydride
CArh~nn;~lp dans les conditions d'~ cAtion, tout en r~Al;cA~t un
hrA c~cA~ de Tn:~n; ~
L. ~lu~é selon l'invention est caract~risé en ce que, avant
que ne d~but_ le hrAC~cA~e dans la poche, on ajoute ~ c~nt de
désuAy~ku~L une quantitk sl~pl~mpntaire de désoxydant dans le bain de
m~tal fondu et en ce que l'on r~alise ensuite le hrAC~cAge du mktal fondu
par injection d'anhydride cArh~n;~lP sous forme ~A7enCe~ le débit
d'anhydride cArhnn;~? sous forme ~A7~llce, co~pte tenu de la capacité de
la poche et de la duree de brAc.c~, L~1L inf~rieure ou égal au d~bit
m~x;mAl corrPsrnn~Ant ~ l~axy~A~;nn de la quantité suppl~mentaire de
désoxydant. De préférence, la quantité suppl~mentalre de désoxydant sera
inf~rieure ou égale à 10% de l'-~o~ L de désoxydant. On a constat~ que
cette valeur de 10% etait la val~r mAximAlP ~Ll~LL~L de contr81er la
~leul en desoxydant de l'acier selon la mlAn~e ~le~kLæ~ e. Le débit
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d'anhydride cArht~niqllp par tonne d'acier hrAcs~ est generAl~nPnt
inf~r;Pllr ou egal à 10 litres par mn.
Des études ~L~ulldies ont perm~s de mettre en évidence les
facteurs qui irlfll~P ~ ~ ,L la perte en dés~x~d~lL lors du brassage, ce
desc~cydant étant g~rAlP~nt tres r~actif Vi8 à vis de l'axyde de fer
qu~ entoure les hlll l ~s de gaz, en~rA;nAnt ainsi la LùLl,~Lion d'axydes.
Or, les désQ~dants ont un coût très elevé et l'un des buts de
1 ' invention est d ' injecter 1 ' anhydride ~-Arh~n; que selan oertair~s
canditions de m~ni~re ~ r~Al;cPr un hrACsA~e du m~tal fondu ~ J~ L
une perte de desQxydant dont le ca~lt reste inférieur à 1 ' ~n~i e
r~ ~c par l'utilisation d'anydride cArh~nique, de coût plus faible ~[ue
l'argon. De plus, on cQnstate que, de mani;~re inattPn~lP, bien que l'on
pmduise des oxydes dans le m~tal lors du hrACsA~e avec 1'anhydride
c~rh~n;~lP~ ceux-ci n'entrainent pas de d~t~irioration de la ~Lu~ eLe du
pmduit fini.
Ainsi, Qn a pu ll~ LL~ l'importance des paLcu~LLes suivants
lors du brassage d'un acier par un gaz: la nature de l'acier brassé,
c'est à dire la c~sitiQn visée à la fin du brassage, la nature et la
quantité de désQxydant llt; l; ~;, en d~but de brAccAge ainsi que la
quantité de désaxydant ~ e ~ la coul~e apr~s trait~rent en poche,
les ~l;mPnc;~nc de la poche (hauteur, dia~tre) et la quantité de m~tal
traitfi, le type d'injecteur de gaz ~t;l;~; et ses caractéristiques
hylrAlll iques~ le gaz llt; 1 ;.C~, le debit injecté ainsi que la durée du
traite ~ nt.
La quantit~ .~lrr~ ntaire de déscxydants à ajouter dans
l'acier avant hrAC~e doit pouvoir être d~le~;n~e en fonction de la
géom~trie de la poche, de la duree de h~cs~Je dans cette poche et du
débit d'anhydride cArhon;~l~ ; 1; c~.
Selon une premi~re variante preferentielle de r~Al; CAtion du
procédé de l'invPn~;nn, dans lequel on nt;lice une lan oe pcur injecter
l'anhydride cArk~nique ~ell~ dans le bain, le ~LU~d~ est ~ractérisé en
ce que le debit Q d'anhydride cArhnni~e gazeux est tel que la relation
suivante est vérifiée :
B1,42 x ( Q) 0~66 x t ~ 35
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relation dans laquelle :
B est le Lo~Ur L entre la longueur de lance immergée dans le bain et la
hAl-~ellr de mktal dans la poche,
Q est le d~bit d'anhydride rArhnn;qUR en litre par minute,
W est la capacité de la poche en tonne,
t est le temps de hrACsA~e en minute.
Dans ce cas, la quantité sly~?l~m~ntaire m sup (exprim e en kg)
de d~sQxydant à ajouter dans la poche avant brAc.cA~e est inf~rieure ou
~gale à :
~ 3 x Do x B 1,42 x Q 0~66 x W ' x t
Do ~t_nt la teneur visée en désoxydant en fin de hrAC.CAge ~xrr;~e en %,
R étant le L~ L d'addition du désoxydant de ~AlmA~e Pxrrim~ en %, B
~tant le ~ L entre la ~-Oru-~3~ eLy~e de la lance et la hauteur
de métal,
Q étant le debit en d'anhydride cArhnn~que en litre par minute,
W ~tant la capacite de la poche en tonne,
t ~tant le temps de brassage en m;~ P.
Selon un ~ xiPmP mDde preférentiel de r~Al; CAtion de
l'invention, dans lequel on ll~;lice un ~lrh~n poreux pour injecter
l'anhydride cArhnnique ~A~ellX dans le bain de m~tal fondu, le ~lou~d~ est
caractérisé en ce que le débit Q d'anhydride rArhQni~ est tel que la
relation sulvante est verifiee :
Q0'25 x W -0,64 x S 0'33 x t ~ 10
formule ~n.~l A~PllP
- Q est le d~bit de gaz inject~ en l/mn
- W est la capacité de la poche en tonne
- S est la surfa oe active du h~lrh~n en ~w~La~L avec l'acier en om2
- t est le temps de brassage en m;ml~.
.... . . .. ..... . . .
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Dans le cas d'un ~ I~h~n poreux, la quantit~ r~ ntaire
mSup de de~u~ku-~ ~ rajcuter dans le bain de m~tal fondu est ~gale à :
mSup ~ 4 x D~o x QO~25 x W0,36 x S0'33 x t
fonmule dans 1A~1~11e
Do est la teneur vis~e en d~scxydant en fin de brAC.~A~e ~Xpr;mæe en %,
R est le ~ ~ ~,L d'addition du d~soxyd_nt;de cAlm~e ~x~r;~ en %,
Q est le debit d'anhydride ~Arhnnique eXrrimfi en litre/minute,
W est la capacit~ de la poche en tonnes,
t est le temps de hr~A~ en mimlte,
S est la ~ r~æ active du hollc~n poreux en co.ntact avec 1'acier
e~rim~e en cm2.
Selon un troi~;~mP mcde préferentiel de r~alisation de
l'invention, dans lequel on injecte le gaz dans la poche ~ l'aide
d'un injecteur dans lequel le gaz passe par un espace m~ag~ entre les
bl s de r~fractaires non poreux, la section de rA~s~ du gaz etant
controlée soit par des rainures dans les blocs refractaires soit de
mani~re pre~rentielle par une serie de tubes m~talliques de petits
di~l~LL~s et de section circulaire ou aplatie, le procede est caract~rise
en ce que le dé:bit Q d'anhydride r~r~Qn;que dans le kain de mktal est tel
que la relation sui~ante est v~r;f;~e :
Q0'25 X W-0,64 X S 0'33 x t ~ 7
formule dans laquelle,
Q est le d~bit d'anhydride rarhnn;~ue ~rimfi en litre par m~nu~e,
est la quantite de m, tal traite dans la poche, Pxrr;m~e en tonne,
t est ~e temps de hrA~.~Age en m;m~
S est la sectiQn m~l~ e en om2 qui dans le cas de tubes circulaires est
egale ~ : 2
~nr (d + 0/05)
S s N x
tandis que dans le cas de rainures ou de tubes ~rl~t;c :
S - N x (L + 0,05) x (1 + 0,05),
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N étant le nombre de passages ~l~mP~t~ires sur un injecteur,
d étant le diam~tre int~ lr du tube en cours,
L et 1 ~tant respectivement la plus gr~n~e l~ J ~l~r et la plus grAn~
largeur de la rainure ~xrrim~eR en cm.
Dans le cas d'injection à l'aide d'injecteurs tels que définis
ci-dessus, la quantité s~r~l~mPntaire mRup de désaxydant à rajouter dans
le m~tal fondu est donnee par la m~me fnn~lle que dans le cas de h~ hnn~
poreux, la surfa oe S ~tant alors c~ e selon l'une ou l'autre des
fnn~ s ment; nnn~P5 ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de
r~alisation suivants, dcnnes à titre non limitatif :
Exemple 1.
On réalise un hr~c~e dans une poche de 180 tonnes à l'aide
d'une lanoe , imm~rg~e au trois quart de la hauteur du bain d'acier fondu.
Ce brassage est effectl~ à l'aide d'un de~bit d'anhydride cArhnnique
gazeux de 200 litres par minute i~P~ 8 m;m~t~s. Le L~~ t
d'addition R de l'All~in;llm est de 50%. La teneur en Alllmi~;l~ vise en
fin de brassage est de 0.02%.
La quantité d'All~;n;l~ .5l~rl~mpntaire r~l~ll ~e mSup est egale
à 1,37 kg.
En ajoutant oe tte quantité ~pl~mpntaire d'~lt~;n;llm avant le
brassage effectue comme ;n~;qu~ ci-dessus, on v~rifie en r~Al; CAnt une
analyse d'un ~rhAnt;l lnn prelevé en fin de hrA~ e que la teneur en
all~n;n;l~n de l'acier est bien de 0,02% (200ppm).
FxPmrle 2.
On r~alise la m~me exp~rien oe que dans la cas de l'e~3~ple 1 en
u~;l;c~t un ~ lrhnn poreux place dans le fond de la poche, dont la
surfa oe active est de 190cm2.
La quantite st~?l~ntaire mSup d'~lt~n;n;-D~ à ajouter, c
selon la formule mentionn~e plus haut est egale à 1,76 kg.
En r~ Ant le hrAc.ca~e selon les ;n~;r~;r~c fl~nPP~
ci-dessus en ajoutant avant la debut du hr~C-sA~e la quantite de 1.76 kg
d'all~n;n;l~n dans le bain d'acier, on ~ sLaLe par analyse d'un
~rh~n~ n pr~lev~ dans le bain en fin de hr~sc~ge que la teneur en
;n;llm de l'échantillon est bien de 0,02% (200ppm).
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Exemple 3.
On r~alise dans les m~mes conditions que pr~r.~.~ L un
brassage ~ l'aide d'un injecteur constitué de tubes de petites diam~tres
dont le diam~tre équivalent ne ~F~-~SP pas 3 mm. On utilise une section
égale ~ 0,7 cm2.
La quantité d'All~;n;l~ mSup à~ ajouter, rAlr~ e selon la
forn~le mpn~;nnn~e ci-dessus est de 1,27 kg. En r~Al;c~nt le brassage
selon les indications ~nn~Ps ci-dessus, on v~rifie qu'un ~chantillon
preleve en fin de brassage c~n~;~nt bien une teneur en All~;nil~ egale à
0,02% (200ppm).
D'une m~ni~re g~n~r~le~ on no era qu'au cours du traitement du
m~tal dans la poche selon le ~LU~ d~crit ci-dessus, il peut s'av~rer
pr~férable ou n~CpcsA;re de r~Al;cPr un ille~Laye de la surface du bain
d'acier ~ 7A~I~ toute la durée du hrACsA~e. En par~;~ll;~r~ ceci peut
s'avérer n~cp~A;re si l'on veut e~l~eLveL une faible teneur en azote à
l'acier trait~. Cet i~leLLaye Ex~lrrA s'eLLe~Luer par injection d'argon,
d'azote (lorsque oe lui-ci n'est pas ~ exclure) ou d'anhydride c~r~ique
au-dessus ou sur la surfa oe du bain. Pour les deux premiers gaz cités,
cet inertage peut être effectu~ à l'aide de gaz ou de liquide. Pour
l'anhydride cArh~ni~l~ cet inertage peut être effectu~ ~ l'aide de gaz
ou de neige cArh~n;~l~.