Brevet FR2005575A1 — publié le 19691212

-1- 2005575 La présente- invention se rapporte à la décarburation, dans le -vide, d'aciers inoxydables à forte teneur en chrome, ainsi que d'aciers de ce type qui renferment encore du nickel» L'intérêt technique qu'offrent ces aciers à faible teneur ^ en carbone, teneur inférieure à 0,03 %5 réside dans leur bonne résistance à la corrosion. Un inconvénient9 qui se manifeste lors de leur fusion, réside dans la scarification indésirable du chrose, scorification qui se produit, pendant l'insufflation d'oxygène ou le soufflage à l'oxygène lorsqu'on souffle jusqu'à q l'obtention de la faible teneur finale désirée en carbone. Les valeurs limites d'affinage du carbone, avec une teneur en chrome donnée, sont indiquées dans le tableau 1 pour la pression normale et des températures de 1 700, 1 800 et 1 900°C, respectivement. (Les tableaux 1-3 sont tirés de l'ouvrage "Stahl ^ Pour une teneur de 18 % en chrome, l'affinage peut donc être poussé} sous une pression de Q55 atm, jusqu'à une teneur en carbone de 0,0? % et,sous une pression de 0,1 atm.,jusqu'à une te-30 neur- en carbone de 0,02 %, sans que se produise une oxydation de chrome. Lorsqu'on effectue l'affinage sous vide, c'est-à-dire en dégradant le carbone, sous dépression, suivant la réaction 35 il faut absolument tenir compte du bilan d'oxygène d'un tel procédé» étant donné que la quantité d*oxygène nécessaire à la dégradation du carbone doit être amenée aux masses en fusion sous vide. (1) (2) à BAD ORIGINAL '.0551 2ÛÙS5/5 Le tableau 3 sert â illustrer ce -jui j^-Js-ède* Il montre,, outre les courbes d®tracées .pour les pressions t concentrations. et te^pêr-atur^ indiquées, ul- gra.«.*î nombre de points d'essai» x»es concentrât:!ena des points, qui es situent autour des courbes tt?équilibre- .espondant à une pression de 1 atmosphères s1 établissent 7..p~e dt- l'affinage-e~us la pression noisals, Lee concentrations dec situés- autour de l'isobare correspondant à Os1 a las- T-mrz--£v être atteintest après l'affinage sous dépression^ dans ur>s -= ^.stallatioa. de dégazage à 1 • échelle industrielle» la li,çae- %~b indioue le sens de la conversion stoechiomëtrique du oasixm? et de l'oxygène-.-. L'évolution de la concentration sous vide déroule parallèlement à cette ligne» Lorsqu'on désire dégrader- sous vide davanta» ge de carbone que la quantité correspondant à cette ligne, os doit amener aux masses en fusion, lora de isur traitement sous vide, de 1 ' oxygène additionnel en plus ùe 1: osjgëne indiqué sit3? la figure 3 et dissous dans les masses «ja .violon après l'affinage sous la pression normale» L^ucilieatic-ij. technique du viûs pour la décarburation, des masses en 2 ges "Die Eeraeus-YaSxiumsclamelae 1923~':9?35î _ paru an 1935 s et "Giesserei" 33 (1966) pages- 229-234), Cvi t .''uasi p^'Jconi&é d'effectuer l'affinage de ferro-chrome à -;--r£(rar en carbone dans un convertisseur dans lequel on s "ç.'.t. le- vide, en rue ë3sl>= tenir un ferro-chrome- pauvre en carbone (î»rr?st 'allemand IP 676 565)» Leé difficultés rencontrées .-.^surer 1 *étanchêlté de 1 * ensemble du convertisseur ont fa:?J- qxt é cette proposition, n'a pas, jusçru!ici, été mise en pratique, Récemment9 on. a proposé d'utiliser, pcii'' décarburer des fontes en fusion à forte teneur en chimie ; .tes installations con-nues de dégazage d'aciers à 1 'échelle 3 nd;u> •>.=.£ elle par exemple pour le dégazage au siphon, le dégazage- ^ w 69 10551 2005575 traitement sous vide, "bien que, à défaut de l'apport d'un tel supplément d'oxygène, on ne puisse en aucun cas atteindre les rendements d'affinage décrits et, d'autre part, des difficultés auxquelles il faut faire face et résultant de ces besoins en 5 oxygène. On y fait même remarquer qu'une addition de véhicules d'oxygène solides, par exemple de minerai de fer, s'est avérée inefficace. Néanmoins, 1 ' affinage sous vide avec addition de véhicules d'oxygène à l'état solide, tel que le minerai de fer ou de chro-10 me, dans une installation de dégazage à l'échelle industrielle, fait cependant partie de l'état des techniques. On y consomme des quantités relativement élevéés d'agents d'affinage. Sous réserve de disposer de minerais pratiquement exempts de gangue, donc de pur ou de Fe^O^ pur, il faut ajouter 4,5 à 5 kg 15 d'oxyde de fer par kilo de carbone. Avec 30 t de masse en fusion d'une teneur initiale en carbone de 0,30 %, on a donc à affiner environ 90 kg de carbone pour aboutir à une teneur finale en carbone de 0,01 %. Les besoins en oxyde s'élèvent alors à environ 450 kg. Avec l'addition d'aussi fortes quantités de minerai, 20 il faut un nombre de calories très élevé. Les baisses de température pendant le traitement sous vide s'élèvent, pour un poids de masse en fusion de 30 t, à 150°C environ. La surchauffe, ainsi nécessaire, des masses fondues dans le four qui précède le traitement sous vide (par exemple un four à arc ou un conver-25 tisseur LD) est, il est vrai, possible, mais elle entraîne une usure inadmissible du revêtement réfractaire des fours, notamment en cas d'une fabrication en série, les températures finale^ avant la coulée, devant s'élever à 1 900°C et plus. D'autre part, il y a intérêt, du point de vue technique, à régler la 30 teneur en carbone, avant le traitement sous vide, à plus de 0,30 %, étant donné que ce n'est qu'au-dessus de cette concentration en carbone que l'on peut éviter, à des températures inférieures à 1 700°C et pour des teneurs en chrome de 20 % environ, une scorification du chrome et, partant, des pertes de 35 chrome indésirables lors de l'affinage sous pression normale (voir fig. 1). Le but de la présente invention est de rendre possible une dégradation, sous dépression, du carbone jusqu'à des teneurs en carbone inférieures à 0,03 %» notamment inférieures à 0,02 % et, 40 avantageusement, inférieures à 0,01 %% sans perte de chrome, ni 69 10551 =4- 2005575 perte de calories et sans endommager les fours disposés en amont du traitement sous vide. Jusqu'à présent, il n'a pas été possible d'atteindre tous ces buts. au chrome ou d'acier inoxydable au chrome-nickel, ayant une teneur particulièrement faible en carbone, se fait en partant d'une fonte en fusion à forte teneur en chrome (environ 10 à 30 %) renfermant éventuellement encore du nickel, que l'on affine jus-10 qu'à ce que sa t^j^ur en carbone ne soit plus que d'environ 0,20 à 0,50 % ou/peu au-dessus, sans dépasser sensiblement des températures d'environ 1 700°C. On introduit cette fonte en fusion dans une installation sous vide, de préférence du type d'une installation de dégazage à temps de séjour, à une tempé-15 rature comprise entre ënviron 1 700 et 1 580°C, avantageusement entre 1 670 et 1 620°C, et on la soumet à l'affinage sous vide par un courant d'oxygène techniquement pur, jusqu'à ce que soit obtenue une teneur en carbone inférieure à 0,03 %, notamment inférieure à 0,02 %, de préférence inférieure à 0,01 ceci en 20 réglant la vitesse de combustion du carbone contenu dans la fonte en fusion, par le choix d'une forte énergie cinétique du courant d'oxygène et de grandes quantités d'oxygène, choix réglé à une valeur qui assure une production de chaleur accélérée permettant de compenser pleinement les pertes de calories du bain 25 de fusion et du système, et qui assure en même temps une courte durée d'affinage. A titre indicatif, mais nullement limitatif, on va décrire ci-après, en se référant à la figure 4 du dessin annexé, qui représente une installation de dégazage à temps de séjour, le 30 déroulement du procédé selon la présente invention en attirant l'attention sur d'autres caractéristiques importantes dudit procédé. Dans un creuset LD, on affine,sous pression normale, une fonte brute en fusion contenant 19 à 20 % de chrome et environ 35 6 % de carbone. Dès que se trouve atteinte une teneur en carbone de 0,4 %, la teneur en chrome s'élève à 18 % et la température du bain est à 1 680°C. Cette masse en fusion, qui se trouve dans une poche d'aciérie 3 cLe type connu (voir figure 4), revêtue d'un garnissage réfractaire approprié 4, est introduite, à 1605°0 40 dans le récipient de dégazage à temps de séjour 1» On ferme le i 5 Selon le. nouveau procédé, l'élaboration d'acier inoxydable 69 10551 '5- 2005575 t * couvercle 5 de 1'installation, à vide, lequel couvercle est agencé de manière que, lors de sa' descente, un second couvercle 6, suspendu dans le premier, recouvre automatiquement la poche 3- Une lance de soufflage d'oxygène 8 est introduite à travers 5 un joint 7 prévu dans le couvercle 5« Cette lance, qui est constituée par un simple tube d'acier enveloppé de tubes en matériau réf'ractaire (ou qui peut également être agencé en lance de soufflage LB à tête de cuivre et à refroidissement par eau) est mobile dans ledit joint perpendiculairement à son axe, 10 de sorte que 11 écart&ment compris entre son embouchure et la surface de la masse en fusion est réglable. On souffle sur la surface de la masse en fusion, au Moyen de la lance ayant -un diamètre intérieur de 30 mm, de 1*oxygène fortement comprimé dans 2s conâaite dfoà^gène (15 h, 20 % la «pfiaMrâe A* oxygène amenée par 15 unité de temps s'élève à 20 iH/mn. environ. Pendant le soufflage à l'oxygène, on injecte un courant de gaz neutre (argon) à travers une dalle de sole poreuse de la poche 9 en vue de maintenir la masse fondue en mouvement et d'obtenir ainsi une circulation de l'acier en fusion» 2Q Un écar-tement suffisant, de i m environ, entre, d'une part, la surface de la masse fondue en mouvement contenue dans la poche de traitement, et, d'autre part, le bord supérieur de cette poche, est une condition indispensable pour assurer un déroulement sans accroc du procédé, c'est-à-dirs pour procurer un volu-25 me réactionnsl libre suffisant à la masse en fusion qui est en ébullition pendant le soufflage à l'oxygène» La réaction exothermique du carbone de la masse en fusion avec l'osygène insufflé, réaction conforme à l'équation 2 0 + gaz ©2=2 gaz 00 (3) ssure, avec le concours d'une légère post-combustion du gaz CO avec formationde GOg, au-dessus de la surface de la fonte en fusion, une température uniforme de la masse en fusion pendant toute la durée du dégazage. Le temps de soufflage avec environ 20 m K/mn de s'élève à environ 6 1/2 minutes. On obtient les 35 données principales suivantes : % G % Cr Température °C avant après avant après le traitement sous le traitement sous vide vide 40 0,4-0 0,003 18,2 1 605 1 605 BAD ORIGINAL 30 10551 «53 S"" 2005575 La mise en oeuvre du présent proeé^ô ne présuppose pas l'emploi du dégazage à la poche (auquel oh donne cependant la préférence) j on peut» au contraire, opérer Mm toute installation à vide 5 par exemple les installations de dégazage au siphon, de dégazage en continu„ de dégazage par jets de coulée, dans lesquelles les fours à induction à ride ont un rendement Êe "pompe suffisant, l'admission d5oxygène. âass les 'installa-tiens de dégazage intermittent, devant dfcre adaptée à la proportion de fonte se trouvant chaque fois s-s-ï- vide. h3 traitement est, d'autre part, ->axit du système ês fusion préalable (par sxeaple four à sertisseur I Xaur t iaâaction) s dans- leçpel la £qz£:z vère fusion qu'il 9agit d® décarburer est préparée pour 1— Ii5 déroulement du nouveau preséet* ^-alsment susceptible •2e variantes. C'est ainsi que l'on per-'- r^r-^l?.csr, par exsmpls une certaine partie ds 1?oxygène p«r ^ l'oxygène •'•ombj.aâo 11 est aussi possible d'ajouter des as .131 s h .forts réaction exothermique tels que 1 'al-usinium ou le silinrom, en vue d'influer sur le. bilan thermique. On peut de la sorte9 si cela est désiré0 obtenir une élévation de la tea»éî'3l;are dans le vide par rapport à la température initiale» cefe pouvant encore être favorisé par une teneur accrue en 4e la masse en fusion E.iËÉ'oâuire dans le vide» par o:k-;dIU' uns- tsnsur s~>- périeure à 0,50 %* L'acier en fusior-.» au lieu d'être .'= par isn gaz.; peut aussi être entraîné en mouvement par '; -1 de façon eonmif.-en soi. .1 BAD ORIGINAL 69 10551 2005575 10 E_E_T_E_ïï-_D_I_C_A_T_I_gwïï_S_ 1.- Procédé d'élaboration d'aciers inoxydables au chrome et au chrome-nickel ayant une teneur particulièrement faible en carbone par décarburation au moyen d'oxygène dans le vide, sans perte de calories, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on part d'une fonte en fusion contenant environ 10 à 35 % de chrome, qu'on affine cette fonte, en dehors du vide et sans dépasser sensiblement des températures de 1 700°C, jusqu'à l'obtention d'une teneur en carbone variant entre environ 0,20 et 0,50% ou peu au-dessus, qu'on introduit ensuite la fonte en fusion, à une température comprise entre environ 1 700 et 1 5S0°C, de préférence entre 1 670 et 1 620°C, dans une installation à vide, de préférence du type d'une installation de dégazage à temps de séjour et en ce qu'on la soumet à l'affinage sous vide avec un courant d'oxygène techniquement pur jusqu'à ce que sa teneur en carbone soit inférieure à 0,03 %, notamment inférieure à 0,02 %, de préférence inférieure à 0,01 %, en réglant la vitesse de combustion du carbone contenu dans la fonte en fusion, par le choix d'une forte énergie cinétique du jet de l'oxygène gazeux et de 20 fortes quantités d'oxygène, à une valeur qui assure une production de chaleur accélérée permettant de compenser pleinement les pertes de calories du bain de fusion et du système, et qui assure en même temps une courte durée d'affinage. 2/- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'application d'un procédé sous vide n'impliquant pas une circulation de la fonte en fusion, la fonte en fusion est brassée par un gaz de balayage ou par induction. 3«- Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on ajoute aux masses fondues, avant ou pendant le traitement sous vide par l'oxygène, des agents à forte réaction exothermique, par exemple du silicium ou de l'aluminium. 30