Brevet FR2012305A1 — publié le 19700320

i 2012305 L'invention concerne un procédé d'élaboration d'aeier à haute teneur en azote et plus particulièrement un procédé permettant, de façon commode, d'élaborer de l'acier contenant de l'azote dans une proportion supérieure à celle du procédé habituel. 5 Cette invention réalise un procédé très utile pour fabriquer de l'acier comportant de l'azote, ce procédé ayant été mis au point après de nombreuses expériences tendant à éliminer les défauts de la technique antérieure. Le but principal de l'invention est d'établir un procédé d'élaboration d'acier à l'azote avec un bas prix de revient, cet acier étant en outre homogène. Dans la techni-10 que antérieure, on utilise un composé nitruré contenant une faible proportion d'azote, de sorte que l'on doit utiliser des quantités importantes dudit composé nitruré. En outre, la production du composé nitruré est compliquée en elle-mSme et nécessite des techniques ou des procédés spéciaux, et son prix est inévitablement élevé. De plus, le rendement de cette addition est variable et la 15 qualité de l'acier obtenu n'est pas constante. Dans la technique antérieure, le composé nitruré est du nitruré de ferro-manganèse ou de ferrochrome qui est ajouté dans l'acier liquide lors de la coulée dans la poche, de sorte que pour obtenir un acier à haute teneur en azote, il est nécessaire d'utiliser un volume important de composé nitruré, ce composé ne 20 contenant que de faibles proportions d'azote (la teneur en azote du nitruré de ferromanganèse est de 3 % en poids). Il en résulte que la technique antérieure est défectueuse au point de vue économique et que le prix de l'acier à haute teneur en azote est très élevé par suite du prix élevé des composés nitrurés ainsi que des défauts de qualité résultant du fait que le rendement de l'addi-25 tion d'azote n'est pas constant. En vue d'éliminer de tels défauts de la technique antérieure, l'invention consiste à équiper le fond de la poche d'un réfractaire poreux de soufflage pour souffler de l'azote dans l'acier liquide. De cette manière, il n'est plus nécessaire d'utiliser une grande quantité de composé nitruré comme habituellement et 30 l'acier liquide se trouve agité, de sorte qu'on peut obtenir un acier à haute teneur en azote, cet acier ayant une haute résistance et pouvant être homogène. Un autre but de cette invention est d'obtenir que le soufflage de la masse d'acier liquide ne soit pas troublé par la quenouille d'obturation de la poche ou par d'autres structures du récipient et que l'acier liquide soit agité uni-35 formément. Un autre but est de réaliser un procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote n'occasionnant pas de perte d'acier fondu par la busette de coulée de la poche lorsque la quenouille est en position d'obturation. Dans la présente invention, l'acier liquide est agité dans la poche de façon à obtenir un acier à haute teneur en azote et il faut par suite éviter que 40 l'endroit de soufflage de l'azote dans la poche soit incorrect, ce qui trouble- 69 22705 2 2012305 rait l'écoulement de l'acier liquide et provoquerait des pertes d'acier liquide par la quenouille d'obturation, de sorte que de bons résultats ne pourraient être obtenus. L'invention indique l'endroit correct où le réfractaire poreux peut être disposé en tenant compte des considérations précédentes, ce qui permet de souf-5 fier l'acier liquide continuellement et rend possible un fonctionnement optimal sans qu'il y ait de pertes d'acier liquide par le réfractaire poreux. Un autre but de l'invention est de procurer un procédé de soufflage d'azote de façon stable. Le réfractaire poreux permet en effet à l'azote de passer au travers et d'être soufflé à l'intérieur du bain, mais, en contrepartie, il est fragile et 10 peut, en raison même de sa porosité, procurer un passage en sens inverse pour le métal. Dans la présente invention, un tel réfractaire poreux est enveloppé dans une enveloppe tubulaire et est monté sur le fond de la poche en étant supporté dans une position déterminée par un organe de support adéquat permettant le soufflage de l'azote. De la sorte, le réfractaire poreux est protégé contre les 15 cassures ou le bouchage et l'azote est constamment soufflé dans la proportion précise convenable. De la sorte, grâce à l'invention, le produit contenu dans la poche est constamment homogène et le soufflage d'azote dans l'acier liquide est stable. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 20 description qui suit en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique montrant le soufflage d'azote dans la • poche ; - la figure 2 est une vue en coupe montrant un exemple de réalisation d'un réfractaire poreux au fond de la poche, cette vue étant une représentation de 25 la partie II de la figure 1, à plus grande échelle ; - la figure 3 est une vue en plan de fonds de poche montrant la disposition du réfractaire poreux, (a) montrant une seule busette de coulée pour l'acier liquide et (b) plusieurs busettes de coulée j - la figure 4 est une vue montrant l'agitation de l'acier liquide dans la 30 poche suivant les différentes positions du réfractaire poreux, (a) étant une position correcte, (b) la position la meilleure et (c) une position incorrecte ; - la figure 5 est un graphique montrant la relation entre les temps de soufflage de l'azote et l'accroissement de la proportion d'azote ; et, - la figure 6 est un graphique montrant les dispersions des proportions 35 d'azote suivant la technique antérieure et suivant l'invention. Pour expliquer l'invention en référence aux dessins annexés, la figure 1 montre comment l'azote est soufflé dans la poche 1, 2 étant le réfractaire de la poche et 3 le réfractaire poreux dont la localisation est déterminée comme cela est expliqué ci-dessous. 4 est la busette de coulée qui, comme cela est 40 connu, est disposée de façon excentrée sur un côté du fond de la poche et 5 est 69 22705 3 2012305 un levier servant à manoeuvrer la quenouille d'obturation 11. Le réfractaire poreux 3 est relié à des moyens d'amenée en azote 6 connectés à un réservoir d'alimentation 12. 7 représente les bulles créées par le soufflage de l'azote dans l'acier liquide et les flèches représentent l'agitation de l'acier liquide. 5 La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la partie II de la figure 1 et montre un exemple de disposition du réfractaire poreux 13 sur le fond de la poche. Ledit réfractaire poreux est cylindrique de façon à être disposé à partir de l'extérieur sur le fond de la poche et est monté dans une brique 8. Ce réfractaire poreux est enveloppé dans une feuille de fer qui l'empêche de se bri-10 ser, de telle sorte que l'azote peut être introduit dans l'acier liquide en quantité précise à travers le réfractaire poreux. 10 est un organe de support servant à fixer avec précision le réfractaire poreux sur le fond de la poche. Un tel positionnement précis empêche que le réfractaire de la poche et que la quenouille d'obturation soient la source de pertes, dues à l'agitation de l'acier 15 liquide lorsque l'azote est soufflé à l'intérieur du bain, et assure que l'azote se dissout uniformément à l'intérieur de l'acier liquide. Dans la figure 3, (a) et (b) sont des vues en plan du fond de la poche réalisé conformément à l'invention ; la position du réfractaire poreux a été déterminée d'après la position des busettes de coulée 4 et de leur nombre. Le réfrac-20 taire poreux 3 est disposé dans la partie hachurée du fond de la poche et les endroits incorrects pour ledit réfractaire poreux sont les surfaces s'étendant sur 30° à partir de la ligne reliant le centre de la poche au centre de la busette de coulée 4. Plus particulièrement, la meilleure disposition est constituée par la surface distante de plus de 90° de la ligne passant par le centre 25 des busettes de coulée et par le centre de la poche, cette surface étant limitée par X-X et par le centre de la poche. Les flèches de la figure 4 montrent l'agitation de l'acier liquide dans la poche, ainsi que les différences résultant de diverses localisations des rêfractaires poreux sur le fond ; (a) montre la meilleure agitation de l'acier, (b) montre une agitation moyenne et (c) une 30 mauvaise agitation, (a'), (b1) et (c') montrent les sections transversales du bain liquide, correspondant respectivement à (a), (b) et (c). La zone de meilleure localisation possible, qui est limitée par la ligne X-X,découle de résultats expérimentaux comme cela est montré en (a) ou en (a1) de la figure 4 et cette localisation, qui est possible à l'intérieur d'un cercle limité par 35 des lignes distantes de plus de 90° de la ligne passant par le. centre de la poche et par le centre de la busette de coulée 4, assure une agitation exactement uniforme de l'acier liquide dans toute la poche et assure par suite une répartition uniforme de la teneur en azote dans l'acier et, dans le cas où l'acier à haute teneur en azote est de l'acier calmé, la production d'acier à basse te-40 neur en carbone est également possible grâce à la présente invention. 69 22705 4 2012305 Dans le cas présenté en (b) et (b1) à la figure 4, il se produit quelques remous et quelques points ne sont pas agités, mais cette disposition est encore utilisable, (c) ou (c1) montrent le cas d'une localisation à l'intérieur des 30° et dans ce cas, il se produit d'importantes zones stables et d'importants 5 remous et, de plus, les pertes de métal liquide dans la quenouille sont importantes à cause des remous provoqués par le soufflage dans l'acier liquide. L'azote est soufflé pendant 2 à 10 minutes ; dans la pratique, on souffle 2 à 10 Nm3 d'azote pour 100 tonnes d'acier pendant 4 à 6 minutes et, de préférence, la quantité d'azote soufflé est comprise entre 3 et 4 Nm3 pour 100 tonnes d'a-10 cier. La pression de soufflage doit être suffisante pour que le gaz traverse le réfractaire poreux et produise des conditions de soufflage telles que celles mentionnées plus haut. Le rendement est très stable et homogène et l'état final du produit obtenu peut être exactement prévu d'après les conditions du traitement. 15 Cette invention s'applique également au cas où l'on doit ajouter de l'azote à un métal non ferreux ou au cas où l'on doit ajouter des composants gazeux dans un bain à haute température (on peut ajouter du calcium à l'acier liquide, mais dans ce cas le réfractaire poreux est en briques de dolomite). Exemples de mise en oeuvre de la présente invention : 20 EXEMPLE 1 Le tableau représenté ci-dessous montre (en %) la composition de l'acier traité en trois fois (les coulées sont de 100 tonnes). a) C Ma Si P.S Al 0.16 à 0.19 1.30 à 1.50 0.45 à 0.65 ^0.03 0.02 à 0.04 La figure 5 montre, lorsque des réfractaires poreux A de 130 mm de diamètre et des réfractaires poreux B de 210 mm de diamètre sont utilisés, les va-30 riations de la teneur en azote quand l'azote est soufflé dans un bain d'acier liquide de 100 tonnes avec un débit de 0,59 Nm3 par minute (dans le cas des réfractaires A) et de 1,18 Nm3 par minute (dans le cas des réfractaires B). Comme cela apparaît sur la figure 5, le rendement de l'azote est faible pendant les deux premières minutes de soufflage à cause du manque d'agitation du 35 bain d'acier liquide au début, mais il se stabilise ensuite en totalité à 25 + 2 % Cet acier contient entre 0,006 et 0,010 % d'azote, alors que l'azote habituellement contenu dans l'acier avant le soufflage est de 40 ppm. Comme cela est connu, la teneur en azote s'accroît dans une proportion de 15 ppm au cours 40 de la fabrication du lingot à cause de l'air atmosphérique et il s'ensuit que 69 22705 5 2012305 la teneur en azote, dans le cas où l'on utilise des réfractaires poreux et de l'azote pour le soufflage est, d'après la figure 5 : 40 + 25 + 15 = 80 ppm. EXEMPLE 2 La teneur en azote nominale étant prise égale à 80 ppm, la figure 6 montre 5 les dispersions (poches de 100 tonnes) de la teneur en azote résultant de mesures de pourcentage d'azote dans des produits obtenus, respectivement lors de 22 opérations en utilisant de façon courante du nitruré de ferromanganèse et dans 18 opérations selon la présente invention. On voit que, selon le procédé antérieur, la teneur en azote est dispersée dans une gamme allant de 60 à 100 ppm, et qu'el-10 le n'est égale à 80 ppm que dans 25 °L des cas, tandis que selon le procédé de la présente invention, la dispersion se situe dans une gamme allant de 70 à 90 ppm^, étant dans plus de 50 % des cas égale à 80 ppm. Il est évident que la teneur en. azote est moins dispersée que dans le procédé habituel d'addition de nitruré de ferromanganèse. 15 EXEMPLE 3 En examinant la teneur en oxygène du lingot dans le cas de l'acier de l'exemple 1, obtenu par le procédé de l'art antérieur, on voit que dans le lingot obtenu suivant le procédé antérieur : T (0) = 0,0042 % (moyenne de 10 lingots) et que selon le procédé de la présente invention, dans lequel on souffle de l'azote : 20 T (0) = 0,0019 % (moyenne de 8 lingots) ; il est évident que le lingot obtenu est de bien meilleure qualité que dans la technique antérieure. Comme cela a été expliqué plus haut, la présente invention est tout à fait différente de l'art antérieur où l'on additionne des composés nitrurés et, comme l'azote est bon marché, on peut abaisser considérablement le prix de l'acier 25 à haute teneur en azote. D'autre part, la teneur en azote étant considérablement moins dispersée, la teneur désirée en azote peut être obtenue de façon précise. La température de l'acier liquide dans la poche étant uniforme, le début de la coulée, la composition du lingot obtenu, et son état de surface sont uniformes et l'invention s'avère ainsi présenter de nombreux avantages, comme cela a été 30 mentionné plus haut. 69 22705 6 2012305 Revendications 1. Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote, caractérisé en ce qu'on alimente une poche ou un récipient en acier liquide, le fond de ladite poche étant muni d'un réfractaire poreux de soufflage et en ce qu'on souffle de 5 l'azote dans l'acier liquide, pendant un temps supérieur à 2 minutes, à travers ledit réfractaire poreux, ce qui a pour effet d'ajouter de l'azote dans l'acier liquide tout en agitant ledit acier liquide. 2. Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on souffle 2 à 10 Nm3 d'azote pour 100 t d'acier 10 pendant 2 à 10 minutes. 3. Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on souffle 3 à 4 Nm3 d'azote pour 100 t d'acier pendant 4 à 6 minutes. 4. Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote selon la revendi- 15 cation 1, caractérisé en ce qu'on dispose sur le fond de la poche un réfractaire poreux de forme cylindrique fixé au fond par une plaque en fer ou en un autre matériau rigide, on place ledit réfractaire poreux dans une position précise à l'aide d'organes de support adéquats et on souffle l'azote à travers ledit réfractaire poreux. 20 5, Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote selon la revendi cation 1, caractérisé en ce qu'on souffle l'azote à travers le réfractaire poreux, celui-ci étant situé dans une surface distante de plus de 30° de la ligne passant par le centre de la busette de coulée, disposée excentriquement sur un côté de la poche, et par le centre de ladite poche. 25 6. Procédé d'élaboration d'acier à haute teneur en azote selon la revendi cation 5, caractérisé en ce qu'on souffle l'azote à travers le réfractaire poreux, celui-ci étant situé dans une surface distante de plus de 90° de la ligne passant par le centre de la busette de coulée, disposée excentriquement sur un côté de la poche, et par le centre de ladite poche.