Brevet FR2021813A1 — publié le 19700724

La présente invention concerne des procédés dans lesquels on traite des métaux fondus en mélangeant au bain de fusion des additifs, ledit procédé faisant intervenir des modes de mélange qui ne dépendent pas de réactions chimiques possibles mais de moyens extérieurs, tels qu'une agitation par voie mécanique ou par induction électromagnétique. Plus particulièrement, 1 'inven- tion concerne des moyens conçus en partie pour simplifier le processus de fabrication, en particulier de lingots en aciers fortement alliés, tels que des lingots en acier inoxydable et en partie pour permettre une fabrication directe de ces lingots en réduisant davantage les inclusinns de laitier et dsoxydes par rapport aux procédés classiques. Dans le traitement de métaux en fusion, par exemple lors de l'affinage dela fonte pour produire de l'acier et lors de processus connexes de déscxydation et d'alliage possible on a reconnu deklus en plus qu'il était avantageux de mélanger intimement le bain de fusion par des moyens externes qui ne dépendent pas du déroulement des réactions chimiques, par exemple par des moyens d'agitation mécanique ou par induction electromagnétique du bain .Bien que l'agitation par induction soit normalement toujours exécutée de la même manière, c' est-à-dire qu'un récipient contenant le bain de métal en fusion est entouré par une bobine électromagnétique de façon que le flux magnétique en mouvement agite le bain, de nombreux procédés différents ont été proposés pour mélanger intimement zen bain par agitation mécanique; Il s'est avéré particulièrement satisfaisant de donner au bain un mouvement circulaire dans un récipient, soit en faisant tourner le récipient autour d'un axe vertical ou sensiblement vertical et en inversant rapidement le sens de rotation, soit en faisant décrire à l?arbre du récipient une surface en forme de cylindre, de icône, de double clone ou similaire, ou bien en lui faisan exécuter un mouvement pendulaire.On peut également combiner ces procédés. Comme exemple ples de brevets concernant les dits moyens d'agitation mécanique de métal fondu, on peut mentionner le brevet suédois nO 173 42 et le brevet Belge nO 648 646. On a également proposé d'agiter un bain de métal fondu à l'aide d'un agitateur tournant constitué d'un matériau réfractaire et immergé dans le bain. Le mélange d'un bain de métal en fusion à l'aide d'un gaz inerte insufflé dans le métal rentre également dans le groupe des procédés d'agitation de bain qui ne dépendent pas de réactions chimiques possibles. Les procédés décrits succinctement plus haut pour le traitement de métal en fusion ont généralement un bon rendement et, du fait du mélange satisfaisant, ils permettent facilement d'obtenir des bains très homogènes contenant de faibles pourcentages d'impuretés. Cependant, malgré les faibles pourcentages d'impuretés de ces bains, une grande quantité des matières obtenues par exemple des produits laminés à partir de billettes en acier, doivent être rebutés du fait de l'existence sporadique de grosses inclusions de laitier ou d'oxydes qui, dans la plupart des cas, ont probablement été produites et mélangées au bain au cours de sa coulée entre le récipient de traitement et une poche et pendant l'opération proprement dite de coulée.De telles inclusions se produisent d'une manière particulièrement fréquente dans des aciers fortement alliés, tels que des aciers inoxydables, et elles sont imputables en majeure partie à un fort pourcentage de matières d'alliage aisément oxydées et qui rendent l'ensemble du bain d'acier fortement allié beaucoup plus sensible à l'action d'oxydation de l'oxygène contenu dans l'air environnant par com rarason à un bain d'acier faiblement allié ou non-allié. En outre, les matières d'alliage réagissent souvent avec la matière céramique de la poche de coulée puisque cette matière présente classiQuement une composition chimique différente de celle de la paroi d récipient dans laquelle l'équilibre de désoxydation a été établi.Pour éviter des inclusions résultant d'une oxydation de particules de métal fondu pendant l'opération proprement dite de coulée on a mis au pot un grand nombre de procédés, par exemple un procédé consistant à couler le métal dans une atmosphère gazeuse protectrice ou bien sous vide, mais il s'est avéré qu'il étai bien plus diSlcile de protéger le bain de métal en fusion contre l'influence de l'oxygène contenu dans l'air environnant lorsau'il était en train d'être coulé du récipient de traitement dans la poche de coulée.Ceci s'explique en parti par le fait que la plupart des récipients de traitement de ce type doivent autre vidés de façon que le métal passe sur un rebord ou lèvre qui tale le courant de métal fondu et qui crée une grande surface d'oxydation et en partie par le fait que la distance de déverse ment du courant de métal fondu est assez longue. Normalement, il faut utiliser un équipement très encombrant pour entourer le courant de métal par un gaz protecteur ou pour le placer sous vide pendant la coulée du métal dans la poche. Cependant, pour éviter autant que possible une oxydation du bain de métal en fusion pendant qu'il est déversé dans une poche de coulée, on a proposé de transférer le métal contenu dans le récipient de traitement dans un caisson de coulée placé au-dessus de la poche et de canaliser le métal contenu dans ce caisson Jusqu'à la base de la poche de coulée par l'intermédiaire d'un tube entourant le courant de méteil fondu. La distance séparant le récipient de traitement de la poche de coulée peut être rendue ainsi relativement courte et, tant que le métal fondu est entouré par le tube, il est protégé contre l'influence de l'air. Cependant, l'inconvénient de ce moyen est que le processus de coulée est encore compliqué. Egalement il subsiste l'inconvénient que le métal en fusion peut provoquer, après le traitement de désoxydation, une érosion et un émusionnement de la matière céramique constituant la paroi de la poche, bien que cette action soit moins sensible que dans le cas où le métal est coulé directement du four dans la poche. Un autre inconvénient est que le métal du bain a la possibilité d'entraîner avec lui des particules des parois du caisson de coulée et de son tube. Des inclusions de particules réfractaires en provenance du garnissage constituent souvent des impuretés dans des billettes en acier. La présente invention concerne essentiellement un dispositif pour traiter des bains de métaux en fusion pendant l'agitation intime du métal dans un récipient ou une cuve par des moyens externes d'une manière qui ne dépend pas de réactions chimiques possibles, par exemple au moyen d'une agitation par voie mécaniques ou bien par induction ,lectromagnétique. Le dispositif permet de produire des billettes très largement exemptes de laitier du fait que le bain de métal peut être déversé directement du récipient de traitement dans des moules ou des lingotières immédiatement après désoxydation et addition possible de matières d'alliages.Suivant l'invention, le dispositif comprend une cuve inclinable comportant une partie-récipient qui, dans la position verticale de la cuve,est agencée pour contenir le bain de métal en fusion et au-dessus de laquelle il est prévu une partie supérieure se rétrécissant vers le haut et comportant un orifice de rechargement, le dit dispositif étant caractérisé en ce qu'il présente dans la paroi de la cuve, à sa partie supérieure ou à proximité de cette dernière et à une grande distance de l'orifice de rechargemment, un trou de coulée ou de décharge muni d'un obturateur amo vible qui peut être convenablement réglé en atours de coulée dans la position. horizontale de la cuve et qui est agencé avantageusement de manière à permettre le déversement direct du métal en fusion dans une lingotière ou un moule de coulée.Pour faciliter la coulée, le trou de décharge est agencé de façon appropriée de mani ère que, pendant la coulée dans une position horizontale de la cuve, son axe occupe une position sensiblement verticale et il est disposé de façon convenable dans la paroi de la cuve approximativement à l'endroit où la cuve commence à être rétrécie à sa partie supérieure par l'orifice de rechargement. Lobturateur,ré- glable pendant la coulée, peut être constitué par une vanne tournante ou coulissante placée à l'extérieur du récipient ou bien par un obturateur classique comportant une tige qui est introduite dans le récipient immédiatement avant le début de la coulée. Un obturateur placé à l'intérieur de la cuve de traitement serait certainement endommagé au cours du traitement du bain de métal en fusion.Le trou de coulée est de préférence obturé pendant le traitement du bain, qui peut par exemple faire intervenir un affinage, une désoxydation et un chargement, à l'aide d'un tampon en matière céramique qui est brisé immédiatement avant le début de la coulée. L'obturateur est alors fermé, et la cuve est inclinée de façon que le bain recouvre complètement l'embouchure du trou de décharge, après quoi la coulée peut être amorcée par ouverture de l'obturateur. Du fait que l'orifice de coulée est placé audessus du niveau correspondant au plan supérieur du bain de métal en fusion dans la position verticale de la cuve,le tampon en céramique peut être remplacé par un bouchon approprié et il n'existe aucun risque de fuite par le trou de coulée au cours de traitement. MAeme si l'obturateur est placé à l'extérieur de la poche et se présente sous forme d'une vanne tournante ou coulissante, il est protégé de façon appropriée en cours de traitement par un tampon placé dans le truu de coulée, dans la paroi du récipient et à 1'intérieur de la vanne; ce tampon peut être enlevé à la fin du traitement, après quoi la coulée est amorcée par ouverture de la vanne. Le positionnement du trou de coulée prévu dans la paroi de la cuve à l'endroit-ou en dessous de l'endroit-où la cuve se rétrécit permet, Si la partie rétrécie de la cuve est suffisamment haute, d'évacuer pratiquement tout le métal fondu de la cuve alors que le laitier flottant au-dessus du bain peut être retenu. L'invention permet de couler le bain de métal à partir du récipient de traitement directement dans des lingotières ou moules de coulée, le cas échéant en atmosphère gazeuse protectrice ou sous vide, et les grands avantages obtenus en éliminant une coulée intermédiaire dans des poches séparées sont évidents. Cependant, il faut souligner particulièrement à cet égard qu'il est possible d'effectuer, une fois que l'opération d'affinage est terminé e, une désoxydation efficace dans le même récipient que celui ot s'est effectué l'affinage et à partir duquel est exécutée la coulée et que la déso=.ydation peut par conséquent Aetre exécutée pendant que le bain est agité mécaniquement ou par d'autres moyens externes, ce qui améliore encore le résultat final.Pour le processus effectif de coulée, le dispositif selon l'invention offre l'avantage additionnel , vis à vis de la poche horizontale de coulée classique, que la vitesse de coulée peut être réglée dans une certaine mesure en modifiant l'angle d'inclinaison de la cuve de façon à changer la pression hydrostatique exercée dans le bain de métal immédiatement au-dessus de l'o- rifice de coulée. Pour obtenir un courant vertical de métal fondu, l'orifice peut être muni d'une buse réglable qui peut également remplir la fonction d'obturateur. Le dispositif selon l'invention permet par conséquent de produire des billettes qui sont particulièrement exemptes de laitier sans compliquer le processus de coulée. AU contraires ce processus est considérablement simplifié D'autres avantages et caractéristiques de l'invention se- ront mis en évidence dans la suite de la description , donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Figure 1 est une coupe verticale d'une se orifice laté- ral de rechargement en position verticale de traitement. Figure 2 représente la nîeme cuve, également en coupe vertu cale, mais dans la position de coulée. Figure 3 représente un agitateur associé à une cuve de trai tement comportant un orifice de rechargement orienté axialement et se trouvant dans une position verticale de traitement. Figure 4 est une vue de côté de la cuve de la figure 5 pendant la coulée. La cuve représentée sur les figures i et 2 et servant au traitement de métaux en fusion comporte une enveloppe métallique extérieure 2 et un garnissage réfractaire intérieur 3. La cuve 1 a une forme sensiblement cylindrique mais, comme le montrent les dessins, elle peut être légèrement rétrécie vers le bas tandis que sa partie supérieure est toujours rétrécie vers le haut. Dans cette partie, la cuve comporte un orifice latéral de rechargement 4 qui, le cas échéant, peut être obturé par un cou vercle libre, non représenté sur les dessins, et elle comporte également un trou de coulée 5 menagé dans la paroi de la cuve et approximativement situé à l'opposé de la partie inférieure de l'orifice de rechargement. Le trou de coulée est muni d'une buse 6. Le trou 5 est placé au-dessus du niveau 7 du métal en fusion lo4rsqu'il n1est pas en mouvement. La position du plan de métal dans une phase d'agitation est désignée par 8. Puisque le e trou de coulée 5 est de niveau avec la partie infé- rieurs le l'rofice de rechargement, dans ce mode de réalisation, le bain de métal n'atteint normelement pas le trou de conlée même en cours de traitement. Pendant le traitement et l'agitation du bain, le trou de coulée 5 est obturé par un tampon 9 an natière céramique qui est brisé lorsque le traitement est serriré. Le troude coulée set ensuite fermé par une tigs d'obtursation 10 (figure 2) introduite dans la quve par l'intermédiaire de l'orifice de rechargement 4, Aussitôt que la trou de coulés 5 a été obturé par la tige 10, la ouve peut être inclinés et la coulée peut être amorsée an soulevant la tige d'obturation 10.La onve de traitement 1 est de préférence mobile, avantageusement en position verticale, de façon à pouvoir être amenée au-dessus des moules ou lingotières devant être utilisés et elle est inclinée dans cette zone jusque dans la position da coulée. Avant de commensor la coules, on laisse le laitier s'aueumler et flotter à la surface du bain. Sur la figure 2, la couche de laitier est désignée par 11 et la couche de métal fondu pur est désignée par 12. Du fait que le trou de coulée 5 est situé, comme dans le cas représenté, dans la partie la plus large du récipient 1, c'est-à-dire dans la zone où les parties rétrédies opposées de la ouve se rejoignent, on peut décharger prabiquement tout le métal alors que le laitier reste dans la cuve Le cas échéant, la coulée peut être exéctée classiquement en atmosphère gazeuse protectrice ou bien sous vide. Le dispositif représenté sur la figure 3 et en partie sur la figure 4 et qui est utilisé pour traiter un bain de métal en fusion avec agitation mécanique se compose d'une cuve de traite tement 13 comportant un garnissage réfractaire 14. La cuve est suspendue dans un châssis 18 à l'aide de trois tourillons 15, 16 et 17 fixés symétriquement sur la surface extérieure du récipient. Le châssis est lui-même supporté par trois plots 19, 20, 21 répartis symétriquement, par ltintermédiaire de paliers excentriques qui permettent à la cuve 13 d'exécuter un mouvement circulaire sous l'impulsion d'un moteur 22 placé à proximité d'un des plots 21 de manière que l'axe de la cuve 13 décrive un cylindre et que le métal en fusion 23 se trouvant dans la cuve soit par conséquent agité très à fond.La surface du bain dans la phase représentée sur la figure 3 est matérialisée par la ligne en tirets 24 tandis que sa surface lorsqu'il n'est pas en mouvement est représentée par la ligne 25. La cuve 13 comporte une partie-récipient de forme cylindrique et une partie supérieure de forme conique se rétrécissant vers le haut et comportant un orifice de rechargement 26 disposé axialement. En dessous de cette partie supérieure, il est prévu un trou de coulée 27 dans une buse 28. Le trou de coulée peut être obturé à l'aide d'une vanne coulissante 29 en matière réfractaire. La vanne coulissante se compose d'un disque muni d'un trou 30 correspondant au trou de coulée et d'une partie d'obturation 31 de profil plat. La vanne coulissante vient buter contre la surface extérieure de la buse 28 et elle est actionnée par des organes non représentés sur les dessins.Le trou de coulée et la vanne sont de préférence protégés en cours de traitement du bain de métal en fusion par un tampon en céramique engagé dans le trou et brisé aussitôt que le traitement est terminé. La figure 4 montre comment la cuve 13 est soulevée du chassies 18 à l'aide d'un pont-roulant, non représenté, dont les deux crochets sont placés sur les tourillons de levage 33 et 34 de la cuve en vue de transporter celle-ci jusqu'à une zone de coulée. Lorsque la cuve 13 a été inclinée à l'aide d'un autre crochet 35 du pont et lorsqu'on a laissé le laitier 36 se rassembler à la surf-ace du bain de métal pur 37 en flottant sur celle-ci, la vanne coulissante 29 peut autre ouverte comme indiqué sur la figure 4 de manière que le courant de métal 38 puisse se décharger dans le moule 40 muni d'une tête élargie 39. Aussitôt que le moule 40 a été rempli, la vanne 29 est fermée et la cuve peut être transportée dans le poste de coulée suivant. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité aux modes de réalisation décrits et d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Ainsi il est essentiel que le trou de coulée d'une cuve de traitement métallurgique soit agencé de façon que le bain puisse être coulé directement dans des lingotières ou moules de coulée ou des parties similaires. En d'autres termes le trou de coulée doit être situé au-dessus du niveau pris par le métal du bain lorsqu'il n'est pas en mouvement dans la position verticale de la cuve et il doit permettre le passage d'un courant sensiblement vertical de métal en fusion. Le châssis 18 , qui a une forme triangulaire afin que les tourillons 15 à 17 soient courts peut avoir un profil différent. REVENDICATIONS 1 - Cuve inclinable pour le traitement de métal en fusion, éventuellement avec des additifs, pendant un mélange intime assuré par des moyens externes, par exemple au moyen d'une agitation par voie mécanique ou par induction électromagnétique, ladite cuve comprenant une partie-récipient qui, dans la position verticale de la cuve, est susceptible de contenir le métal en fusion et au-dessus de laquelle il est prévu une partie supérieure se rétrécissant vers le haut et comportant un orifice de rechargement et étant caractérisée en ce que la paroi de la cuve à sa partie supérieure ou à proximité de celle-ci et à une grande distance de l'orifice de rechargement 4,26, présente un trou de coulée 5,27 muni d'un obturateur mobile 10, 29, qui peut titre réglé de façon appropriée en cours de coulée et dans la position horizontale de la cuve et qui est convenablement agencé pour permettre un déversement direct du métal en fusion dans un moule de coulée ou une lingotière. 2 - Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que le trou de coulée 5 est placé dans la paroi de la cuve immédiatement en dessous de la partie supérieure. 3 - Cuve selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le trou de coulée 5 est agencé de manière que son axe occupe une position sensiblement verticale lorsque la cuve est en position de coulée. 4 - Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséerén ce qu'elle est munie d'une buse tournante dans laquelle est disposé le trou de coulée. 5 - Cuve selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisée en ce que l'obturateur 10 est placé à l'intépieur de la cuve et se compose de préférence d'un bouchon comportant une tige qui est engagée dans la cuve immédiatement avant le début de la coulée. 6 - Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ltobturateur 29 est placé à l'extérieur de la cuve et se compose de préférence d'une vanne coulissante ou tournante. 7 - Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le trou de coulée 5, 27 est fermé pendant le traitement du métal en fusion à l'aide d'un tampon en céramique qui est enlevé avant le début de la coulée.