Brevet FR2000189A1 — publié le 19690829

La présente invetion est relative à un procédé de fabrication d'aciers semi-calmés. Entre acier effervescent c et acier calmé existe une plage dtaciers dont la désoxydation est plus ou moins poussée. En particulier entre ces deux extrêmes, se situe un acier oui, sous forme de lingot ne présente qu réseau de grosses soufflu- res concentrées en tête. Un tel acier semi-calmé permet un chutage minimum et présente donc l'avantage d'une mise au mille excellente. De plus, il n'a pas les inconvénients que l'on reproche généralement à l'acier effervescent : ségrégations importantes, dispersion des compositions, caractéristiques mécaniques moins bonnes. En outre, il est d'un prix de revient moins élevé que l'acier calmé parce qu' il ne nécessite pas le recours aux techniques conteuses du masselottage. On est parvenu, à l'heure actuelle à fabriquer des aciers semi-calmés au carbone-manganèse-silnciun res satisfaisants mais il n'en existe pratiquement pas d'autres. Or, les aciers semi-calmés au carbone-manganèse-silicium présentent l'inconvénient de faire intervenir le silicium comme agent de désoxydation, ce qui donne souvent un acier dit "sale"à cause des inclusions qu'il contient et limite donc l'utilisation des dits aciers semi-calmés. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'aciers semi-calmés permettant d'élargir la gamme des aciers semicalmés actuels et de remédier à l'inconvénient des inclusions, mentionné ci-dessus. Le procédé préconisé est basé sur l'utilisation comme agent de désoxydation, d'un élément autre que le silicium ou de silicium en plus faible concentration. L'ambition de l'aciériste est de connaître l'état d'oxydation du bain métallique au moment de la mise en poche d'un façon suffi- samment rapide-et précise pour qu'il puisse calculer les additions à faire en lingotière dans le but d'atteindre directement la teneur en oxygène oerrespondant à celle de l'acier semi-calmé désiré. Malheureusement, quand on utilise un agent de désoxydation autre-que le silicium ou l'aluminium, les données thermodynamiques régissant les phénomènes de processus de désoxydation ne sont pas suffisamment connues et notamment la teneur en oxygène du métal liquide à atteindre pour obtenir directement le résultat désiré. 1; ailleurs, quand on utilise notamment l'aluminium comme agent de désoxydation, les données thermodynamiques dont question ci-dessus sont connues mais la teneur en oxygène du métal liquide à atteindre s'avère trop faible pour qu'un réglage précis soit possible. En effet, la rapidité et la précision d'un dosage de 1' oxygène du bain métallique effectué par les méthodes les plus modernes telles que par exemple par activation neutronique ou sous rideau d'argon ne sont pas suffisantes pour atteindre directement et exactement la valeur recherchée du fait que les oe nditions Cet oxydation changent pendant le temps consacré à ce dosage.Il en résulte que lors d'addition d'aluminium ou bien l'acier n'est pas assez désoxydé et les soufflures sont trop voisines de la peau ou bien l'acier obtenu est un acier calmé > de propreté assurée mais possédant une certaine teneur résiduelle en aluminium et présentant les inconvénients de l'acier calmé non masselotté;; Le procédé, objet de la présente invention, est essentielle ment caractérisé en ce que l'on effectue d'abord une désoxydation préalable plus ou moins poussée du bain métallique, de préférence en poche, en ajoutant des éléments approriés, en ce que l'on calcule la teneur résiduelle en éléments désoxydants et l'état d'oxy- dation dudit bain résultant de cette première phase de l'opération, d'après les rendements normaux de ces additions et/ou on contrôle le résultat obtenu au moyen d'un prélèvement d'échantillon d'acier liquide et d'un dosage rapide et précis de sa teneur en oxygène en ce qu'au cours de la coulée en lingotière subséquente, on complète le traitement en effectuant une seconde addition d'éléments en quantités rigoureusement dosées, cette seconde addition étant destinée à faire correspondre aussi exactement que possible 1' état d'oxydation du bain avec celui de l'acier semi-calmé recher chié. suivant l'invention, la désoxydation effectuée en premier lieu sur le bain métallique est avantageusement poussée jusqu'à l'obtention d'un acier calmé. Dans ce cas, et avec un désoxydant tel que l'aluminium, la teneur en oxygène dudit acier calmé est connue à un ou deux millièmes près, une quantité variable d'aluminium restant dissoute et étant précisément fonction du rendement de désoxydation. Lors de la coulée en lingotière de l'acier calme obtenu par -re opération de désoxydation préalable, le traitement de compl6- ment appliqué dès le premier lingot est un traitement d'oxydation et il est effectué par addition d'éléments tels que des oxydes solides ou de préférence de l'oxygène gazeux techniquement pur. Cet oxygène gazeux peut avantageusement être introduit dans le jet d'acier pr insufflation radiale provenant d'une couronne annulaire entourant le jet d'acier0 également suivant l'invention, la quantité complémentaire d' éléments d'oxydation est avantageusement inférieure à celle maxima, calculée à partir de l'hypothèse du rendement maximum des additions désoxydantes du premier traitement, cette quantité étant apportée durant la majeure partie de la coulée, jusqu'à ce qu'apparaissent des indices caractéristiques de l'acier semi-calmé, tels que par exemple quelques étincelles ou le voile sur l'acier, bien connus. Par rendement des additions désoxydantes, on entend le rapport entre d'une part la quantité d'éléments désoxydants ajoutés au bain et y restant après désoxydation , et d'autre part la quantité de ces éléments ajoutés au bain. Il s'ensuit que, par exemple, pour un renaement de tOO %, tout se passerait comme si les éléments desoxy- dants ajoutés, n'avaient plus eu d'oxygène à fixer. Dans le but de déterminer d'une façon précise le moment où 1' acier traité passe de l'état calmé à l'état semi-calmé, il est avantageux d'utiliser un appareil d'observation systématique de 1' aspect de l'acier en lingotière, tel que par exemple une cellule photoélectrique. Cet appareil peut être placé sous la poche et par exemple fixé à celle-ciO Il est possible de réguler l'ajustement de l'addition comDlé- mentaire d'éléments d'oxydation en asservissant la commande du dispositif d'addition à l'appareil d'observation de l'acier en lin gotière. Â titre de sécurité, on peut appliquer au premier lingot un traitement de masselottage pour éviter les défauts qui résulteraient d'une oxydation insuffisante lors du traitement complémentaire ef- fectué pendait la coulée en lingotière. Suivant une autre variante de l'invention, la désoxydation effectuée en premier lieu sur le bain métallique est arrêtée avant l'obtent on d'un acier semi-calmé. Dans ce cas, si on utilise de l'aluminium comme agent de désoxydation, on arrête l'addition à un moment déterminé à partir du fait que la teneur de l'aluminium dans l'acier semi-calmé est dé l'ordre de 0,005% Si on prélève un échantillon d'acier liquide après le premier traitement de désoxydation, ce prélèvement est avantageusement fectu en poche, éventuellement après barbotage à l'argon dudit bain métallique, et on dose l'oxygène dudit échantillon par une technique connue telle ue par exemple celle impliquant une activation neutronique ou celle avec un rideau d'argon. Lors de la coulée en lingotière de l'acier insuffisamment cal mé obtenu par une opération préalable de désoxydation trop faible et connaissant la teneur en oxygène dudit bain métallique, on calcule 1 quantité d'éléments de désoxydation à ajouter pour faire correspondre cotte teneur en oxygène à celle de l'acier semi-calmé recherché et on ajoute cette quantité par exemple par injection dans l'acier liquide du ou desdits éléments de désoxydation sous orme de très ine poudre en suscension dans un jet d'azote ou d'un autre gaz protecteur (neutre ou inerte). Suivant l'invention, on maintient avantageusement le carbone et le manganèse comme éléments permanents de la désoxydation et on leur ajoute les éléments suivants : Al, Cr, Ti, Zr, soit isolément soit en mélange entre eux, avec éventuellement un complément de silicium. Encore suivant l'invention, l'acier à rendre semi-calmé est avantageusement un acier élaboré sous vide et les traitements de désoxydation préalable et d'ajustement final sont effectués lors de la coulée en lingotière dudit acier0 On décrit ci-après le déroulement d'une coulée d'acier semicalmé réalis selon la présente invention. Il s'agit d'une coulée de 160 tonnes d'acier, élaboré selon le procédé LD-AC. En fin de conversion, on a obtenu l'analyse suivante C 0,046 % P 0,012 % Mn 0,080 % S 0,013 % et la température était de 16150 C Les teneurs en C e- en Mn visses sur jet de coulée étant respec tivement : 0,100 % et 0,400 % Pour des raisons de programme de laminage, il était souhaité de répartir la coulée selon deux types de lingot (correspondant à deux types de produit fini); d'une part des lingots calmés à l'alu- minium et masselottés, d'autre part des lingots semi-calmés à l'alu- minium. Les produits à réaliser au moyen de ces lingots devaient présenter und excellente aptitude au pliage, dès lors l'acier ne pouvait être contaminé par des inclusions longues et déformées telles que celles formées par les silicates de n. Dans ce but, se basant sur les données d'expérience du rende @ent des additions, on a procédé à des ajoutes en poche, comportant (pour 160 tonnes d'acier), 20 kg de coke d'éthylène 1300 kg de FeEn 190 kg d'Aluminium. ce qui a donné l'analyse suivante 0,083 % C 0,014 % S 0,470 % Mn de 0,043 à 0,034 % 0,023 % P La technique utilisée pour obtenir la structure de lingots semi-calmés faisait intervenir de l'oxygène gazeux, introduit dans le jet de coulée en lingotière au moyen d'un anneau entourant le jet et percé de petits orifices. Une vanne réglable permettait de faire varier le débit d'oxygène (ce de-rnier pouvait être connu par lecture d'un débit-mètre). Comme on ne disposait pas d6 moyen de dosage rapide de l'oxygène pour régler l'état d'oxydation de l'acier, on s'est basé sur sa teneur en Aluminium. Un jet de coulée pris sur tete d'un lingot calmé, coulé précédemment, avait donné 0,043 %, comme valeur pour l'aluminium. Or, pour conférer une structure semi-calmée (au moyen d'Al comme désoxydant) à un acier contenant 0,100 % C et 0,400 %Mn, il faut atteindre des teneurs de 0,005 % AI et 0,010 % Oo On devait donc oxyder 0,038 % AI dans l'acier, ce qui correspond à 0,580 kg Al/tonne d'acier ou encore, connaissant les vitesses de coulées usuelles de l'acier en lingotière, on devait oxyder 2,28 kg Al/ minute. Au vu des expériences antérieures, on a choisi un rendement de 60 % pour l'insufflation d'oxygène gazeux ce qui a permis de calculer une valeur du débit d'oxygène égale à 2 400 Nl.O2/minute. Pendant la montée de l'acier en lingotière, on a observé une légère effervescence de la tête du lingot; elle se poursuit pendant 20" après-la fin de coulée; à ce moment, la tête s'est figée; elle est restée plate durant la suite de la solidificatione Pour cette raison, il a été décidé d'augmenter légèrement le débit d'oxygène, jusqu'à 2600 Nl.O2/minute. Pour les lingots suivants, on a observé une légère effervescence de la tête > celle-ci se figeait environ 30" après la fin de la coulée e et restait légèrement bombe pendant la suite de la solidification. REVENDICATIONS I . Procédé de fabrication d'aciers semi-calmés caractérisé en ce que l'on effectue d'abord une désoxydation préalable plus ou moins poussée du bain métallique, de préférence en poche, en ajou tant des éléments aropriÔs, s, en ce que l'on calcule la teneur ré- siduelle en éléments désoxydants et l'état d'oxydation dudit bain résultant de cette première phase de l'opération d'après les rendre ments normaux de ces additions et /ou on contrôle le résultat obtenu au moyen d'un prélèvement d'échantillon d'acier liquide et d'un dosage rapide et précis de sa teneur en oxygène, en ce qu'au cours de la coulée en lingotière subséquente, on complète le traitement en effectuant une seconde addition d'éléments en auantités rigoureusement dosées, cette seconde addition étant destinée à faire corresnondle aussi exactement que possible l'état d'oxydation du bain avec celui de l'acier semi-calmé recherché. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la désoxydation effectuée en premier lieu sur le bain métallique est poussée jusqu'à l'obtention d'un acier calmé0 3. Procédé suivant la revenaication 2, caractérisé en ce aue, lors de la coulée en lingotière de l'acier calmé obtenu, le traitement de complément appliqué dès le premier lingot est un traitement d'oxydation et il est effectué par addition d'éléments tels que des oxydes solides. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, lors de la coulée en lingotière de l'acier calmé obtenu, le traitement de complément appliqué dès le premier lingot est un traitement d'oxydation et il est effectué par addition d'éléments tel que de l'oxygène gazeux techniquement pur. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxygène gazeux techniquement pur est introduit dans le jet d'acier par insufflation radiale provenant d'une couronne annulaire entourant le jet d'acier 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revenaications 2 et 5, caractérisé en ce que la quantité complémentaire d'éléments d'oxydation est avantageusement inférieure celle maxima, calculée à partir de l'hypothèse du rendement maximum des additions désoxydantes du premier traitement, cette quantité étant apportée durant la majeure partie de la coulée, jusqu'à ce qu'apparaissent des indices caractéristiques de l'acier semi-calmé, tels que par exemple quel ques étincelles ou le voile sur l'acier, bien connus 70 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le but de déterminer d'une façon précise le moisent où l'acier traité uasse de l'état calme à l'état semi-calmé, on utilise un appareil d'observation systématiaue de l'aspect de l'acier en lingotière, tel que par exemple une cellule photoélectrique. a0 Procédé suivit la revendication 7, caractérisé en ce que l'on régule l'ajustement de l'addition complémentaire d'éléments d' oxydation en asservissant la commande du dispositif d'addition à l' appareil d'observation de l'acier en lingotière. 9o Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 2 à 8, caractérise en ce que, à titre de sécurité, on applique au premier lingot un traitement de masselottage pour éviter les défauts qui resulteraient d'une oxydation insuffisante lors du traitement complémentaire effectué pendant la coulée en lingotière. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la désoxydation effectuée en premier lieu sur le bain métallique est arretée avant l'obtention d'un acier se i-calmée 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que si on utilise dé l'aluminium comme agent de désoxydation, on arrête l'addition à un moment déterminé à partir du fait que la teneur de l'aluminium dans l'acier semi-calmé est de l'ordre de 0,005 %. 12. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que si on prélève un échantillon d'acier liquide après le premier traitement de désoxydation, ce prélèvement est effectué en poche, éventuellement après barbotage à l'argon dudit bain métallique et on dose l'oxygène dudit échantillon par une technique connue telle que par exemple celle impliquant une activation neutronique ou celle avec un rideau d'argon, 13.Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que lors de la coulée en lingotière de l'acier insuff samment calmé obtenu par une opération préalable de désoxydation trop faible et connaissant la teneur en oxygène dudit bain métallique, on calcule la quantité d'éléments de désoxydation à ajouter pour faire correspondre cette teneur en oxygène à celle de l'acier semi-calmé recherché et on ajoute cette quantité par exemple par injection dans l'acier liquide du ou desdits éléments de désozzy- dation sous forme de très fine poudre en suspension dans un jet d' azote ou d'un autre gaz protecteur(neutre ou inerte). 14. Procédé suivant 1 l'une OU l'autre des revendications i à 13, caractérisé en ce que l'on maintient le carbone et le manganèse comme éléments permanents de la désoxydation et on leur ajoute les éléments suivants : Al, Cr, Ti, Zr, soit isolément soit en mélange entre eux avec éventuellement un complément de silicium0 t5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications I à 14, caractérisé en ce que l'acier à rendre semi-calmé est un acier élaboré sous vide et les traitements de désoxydation préalable et d' ajustement final sont effectués lors de la coulée en lingotière du dit acier.