MIXING PROCESS IN STEEL LADLE WITH CARBON DIOXIDE

PROCEDE DE BRASSAGE EN POCHE D'ACIER A L'AIDE D'ANHYDRIDE CARBONIQUE

Abrégé français

La présente invention concerne un procédé de
brassage en poche d'un acier calmé, à l'aide d'anhydride
carbonique gazeux. Avant que ne débute le brassage dans
la poche, on ajoute à la quantité habituellement utilisée
de désoxydant, une quantité supplémentaire de désoxydant
dans le métal fondu, le débit d'anhydride carbonique, compte
tenu de la capacité de la poche et de la durée de brassage
restant inférieur ou égal au débit maximal correspondant
à l'oxydation de la quantité supplémentaire de désoxydant
en fin de brassage.

Revendications

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Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit
exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont
définies comme il suit:
1. Procédé de brassage en poche d'un acier calmé, dans lequel
on injecte dans un bain d'acier fondu un gaz inerte, cette injection
étant réalisée de sorte que les bulles de gaz montent à travers au moins
une partie du bain de métal fondu et viennent éclater à la surface de
celui-ci, de manière à créer une mise en mouvement du métal fondu lors de
la montée du gaz, ledit bain d'acier ayant été au préalable calmé par
incorporation d'un désoxydant en quantité suffisante pour qu'un excédent
de celui-ci reste à l'état dissous dans le bain, caractérisé en ce que,
avant que ne débute le brassage dans la poche, on ajoute à l'excédent de
désoxydant une quantité supplémentaire de désoxydant dans le bain de
métal fondu et en ce que l'on réalise ensuite le brassage du métal fondu
par injection d'anhydride carbonique sous forme gazeuse, le débit
d'anhydride carbonique sous forme gazeuse, compte tenu de la capacité de
la poche, restant inférieur ou égal au débit maximal correspondant à
l'oxydation de la quantité supplémentaire de désoxydant.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la
quantité supplémentaire de désoxydant est inférieure ou égale à 10% de
l'éxcédent de désoxydant dissous.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on
utilise une lance pour injecter de l'anhydride carbonique gazeux dans le
bain de métal fondu, caractérisé en ce que le débit Q de l'anhydride
carbonique gazeux est tel que la relation suivante est vérifiée:
B1,42 x ? 0,66 x t ? 35
relation dans laquelle :
B est le rapport entre la longueur de lance immergée dans le bain et la
hauteur de métal dans la poche,
Q est le débit d'anhydride carbonique en litre par minute,
W est la capacité de la poche en tonne,
t est le temps de brassage en minute.

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4. Procédé de brassage en poche selon la revendication 1 ,
dans lequel on utilise un bouchon poreux placé dans la paroi inférieure
de la poche pour injecter l'anhydride carbonique gazeux dans le bain,
caractérisé en ce que le débit Q d'anhydride carbonique gazeux est tel
que la relation suivante est vérifiée :
Q0,25 x W -0,64 x S 0,33 x t ? 10
formule danslaquelle :
- Q est le débit de gaz injecté en 1/mn
- W est la capacité de la poche en tonne
- S est la surface active du bouchon en contact avec l'acier en cm2
- t est le temps de brassage en mn,
5. Procédé de brassage en poche selon la revendication 1,
dans lequel on utilise des injecteurs pour injecter l'anhydride
carbonique gazeux dans le bain de métal fondu, caractérisé en ce que le
débit Q d'anhydride carbonique gazeux est tel que la relation suivante
est vérifiée :
Q0,25 x W-0,64 x S 0,33 x t ? 7
formule dans laquelle,
Q est le débit d'anhydride carbonique exprimé en litre par minute,
W est la quantité de métal traité dans la poche, exprimée en tonne,
t est le temps de brassage en mn,
S est la section mouillée en cm2 qui dans le cas de tubes circulaires est
égale à :
S = N x <IMG>
tandis que dans le cas de rainures ou de tubes plats :
S = N x (L + 0,05) x (l + 0,05),

10
N étant le nombre de passages élémentaires sur un injecteur,
d étant le diamètre intérieur du tube en cm,
L et l étant respectivement la plus grande longeur et la plus grande
largeur de la rainure exprimées en cm.
6. Procédé de brassage en poche selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la quantité supplémentaire de désoxydant msup à
rajouter est inférieure ou égale à :
msup ? 3 x ? x B 1,42 x Q 0,66 x W 0,36 x t
Do étant la teneur visée en désoxydant en fin de brassage exprimée en %,
R étant le rendement d'addition de l'aluminium de calmage exprimé en %,
B étant le rapport entre la profondeur immergée de la lance et la hauteur
de métal,
Q étant le débit d'anhydride carbonique en litre par minute,
W étant la capacité de la poche en tonne,
t étant le temps de brassage par minute.
7. Procédé de brassage selon la revendication 4 ou 5,
caractérisé en ce que la quantité supplémentaire de désoxydant à rajouter
est inférieure ou égale à :
msup ? 4 x ? x Q0,25 x W0,36 x S0,33 x t,
formule dans laquelle :
Do est la teneur visée en désoxydant en fin de brassage exprimée en %,
R est le rendement d'addition du désoxydant de calmage exprimé en %,
Q est le débit d'anhydride carbonique exprimé en litre/minute,
W est la capacité de la poche en tonne,
t est le temps de brassage en minute,
S est la surface active du bouchon poreux en contact avec l'acier
exprimée en cm2.

Description

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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

~ 3 1 335695
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

. ~ 4 l 335695
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~.