Brevet FR2014662A1 — publié le 19700417

La présente invention concerne des aciers effervescents et des agents d'effervescence à utiliser pendant la coulée de 11 acier. Lors de la solidification de acier, si l'acier fondu contient des quantités suffisantes à la fois de carbone et d'oxygène, il se forme de l'oxyde de carbone à la surface de séparation entre les phases solide et liquide. Cette formation d'oxyde de carbone est appelée effervescence et les aciers qui produisent de l'oxyde de carbone à la solidificaton sont appelas aciers effervescents ou non calmés. Un agent d'effervescence est une substance quelconque qui, quand elle est introduite dans le métal en fusion, tend à augmenter la vigueur de la réaction de formation d'oxyde de carbone. Quand'on coule des lingots en acier effeescent, la solidification s'accompagne de la formation dioxyde de carbone qui tend à former des bulles dans le métal en fusion. La tendance naturelle de ces bulles est de s'échapper vers l'atmosphère et, en ce faisant, elles agitent le métal en fusion du lingot. C'est cette agitation ou brassage qui permet d'obtenir les lingots homogènes désirés. De toute évidence, le réglage de la formation des bulles est un facteur extrêmement important dans la production d'un lingot satisfaisant. La quantité de bulles engendrées influe sur le volume final du lingot et ce facteur est important quand on le considère sur le plan de la proportion de métal utilisable du lingot coulé. En outre, il n'est pas souhaitable que les bulles soient trop proches de la surface exte rieure du ligot car, si la peau du lingot est trop mince, Les cavités formées par les bulles dans le- métal risquent d'être exposées à l'air et de subir ainsi une oxydation.Cet inconvénient peut apparaître au cours du premier laminage du lingot ou mdme dans le four d'égalisation Quand on lamine des lingots de ce genre, les cavités oxydées donnent naissance à des reliures de laminage ou des bavures dans la billette obtenue et on doit les faire disparattre par usinage ou bien mettre la billette au rebut. Dans les deux cas, il s'agit d'un expédient coûteux. Il est donc souhaitable de fabriquer l'acier effervescent avec des sommets de lingots pratiquement nivelés (ou même le plus souvent légèrement affaissés) et avec une peau suffisaumenlt épaisse. D'une façon générale dans de l'acier fondu à l'état d'équilibre, plus la concentration de carbone est faible, plus la concentration d'oxygine est importante et vice-versa. Si l'acier fondu est riche en oxygène, on observe lors de la so- lidification une vigoureuse action d'effervescence. Si la teneur en carbone est trop faible (ctest-à-dire inférieure à 0,04 %) aucune effervescence ne pe-ut avoir lieu. Si, conformément aux valeurs d'dquilibre 1'acier fondu contient un excès d'oxygène ou un excès de carbone, l'effervescence aura bien lieu et elle sera d'autant plus vigoureuse que l'excès est important. Si l'effervescence est trop vigoureuse, la quantité d'oxyde de carbone gazeux qui se dégage à la solidification du métal est à la fois trop importante et se forme trop rapidement, de sorte que de l'acier pulvérisé est éjecté de la lingotière. En outre le carbone et ltoxygène disponibles risquent d'être consommés trop rapidement et la partie centrale du lingot d'acier peut entre semi-calmée ou même entièrement calmie, ce qui se traduit par la formation de retassures au cours des derniers stades de solidification et, par conséquent, par une proportion insuffisante de métal sain dans le lingot. On a déjà constaté que les aciers effervescents, dont la teneur pondérale en carbone est de 0,07 % ou moins et qui ont été soumis à une sur-oxydation au cours d'un processus antérieur d'élaboration de l'acier, tendent à devenir effervescents dans la masse de l'acier liquide et plus tôt qutà la surface de séparation entre les phases solide et liquide. On obtient ainsi des aciers qui sont très visqueux et qu' on désigne de diverses façons, telles qu'aciers "gazeux", "huileux" ou "moussants" De plus, dans les aciers effervescents qui contiennent 0,05 % de carbone ou moins, l'action d'effervescence est irrégulière et insuffisante.La présente invention concerne des agents d'effervescence que l'on peut efficacement utiliser avec des aciers de ce genre pour surmonter les inconvénients précités. Selon la présente invention, un agent d'effervescence pour le traitement d'un acier effervescent comprend de 1 à 40 % en poids de carbone, un désoxydant, une substance qui réduit la tension superficielle à la surface de séparation entre les phases solide et liquide et un fondant. La Demanderesse a établi que des agents d'efferves- cence du type indiqué sont d'un intérêt particulier pour traiter des aciers effervescents qui contiennent au plus 0,07 % de carbone et, selon une autre particularité de l'invention, un procédé de traitement d'un acier effervescent dont la teneur en carbone est égale ou inférieure à 0,07 % en poids conprend l'adjonction à l'acier liquéfié d'un agent d'effervescence tel que défini ci-dessus. Pour traiter des aciers effervescents dont la teneur en carbone est égale ou inférieure à 0,05 %, le procédé préféré consiste à placer l'agent d'effervescence dans le fond de la lingotière avant la coulée du métal. L'effet de ce mode dtintroduction de cet agent est de produire une effervescence vigoureuse pendant toute la durée de la coulée du lingot. Pour le traitement des aciers dits "gazeux" ou "huileux," c'est-à-dire d'aciers contenant de 0,05à 0,07 % de carbone, il est préférable d'introduire l'agent d'effervescence dans l'acier fondu lui-même pendant qu'il est versé dans la lingotière, la technique la plus avantageuse consistant à saupoudrer avec agent d'effervescence pulvérulent la surface du métal fondu dans la lingotière à mesure de sa montée dans cette lingotière. Dans ce cas encore, on favorise l'effervescence à la surface de séparation entre les phases solide et liquide plutôt que dans la masse du métal fondu. Pour traiter des aciers contenant moins de 0,05 , 0 de carbone, l'agent d'effervescence contient de préférence de 30 à 40 ,0 en poids de carbone, alors que pour traiter des aciers qui contiennent entre 0,05 et 0,07 ,0 de carbone, il est préférable que l'agent d'effervescence contienne de 5 à 30 ,' et mieux encore de 5 à 15 ,0 de carbone en poids. Pour mentionner les exigences essentielles d'un tel agent d'effervescence, on indiquera tout d'abord que le carbone est de préférence de l'anthracite broyé, du graphite ou du coke pulvérisé, le premier étant particulièrement préféré. Le désoxydant incorporé dans la composition de l'agent d'effervescence, est une matière qui est oxydée de façon préférentielle par rapport au fer ; cet agent peut etre par exemple un alliage de fer tel qu'un ferro-molybdène, un ferro manganèse ou un ferro-silicium, le siliciure de calcium et le silicium, mais on préfère tout spécialement l'aluminium ou un alliage d'aluminium et de silicium. On peut également utiliser un mélange de telles substances. La formation de bulles à la surface de séparation entre les phases solide et liquide et, par voie de conséquence, la vigueur de l'action d'effervescence, dépendent également de la tension superficielle de l'acier, étant donné que la pression à l'intérieur d'une bulle est la somme de la pression atmosphérique, de la pression hydrostatique du métal fondu et de la pression due à la tension superficielle. Cette dernière pression est inversement proportionnelle au rayon de la bulle et directement proportionnelle à la tension superficielle de l'acier fondu. Ainsi la formation et la croissance des bulles deviennent plus faciles si l'on abaisse la tension superficielle de l'acier fondu.Les ingrédients que l'on peut incorporer dans des agents d'effervescence et qui permettent d'aboutir à ce résultat sont des matières renfermant des fluorures qui peuvent être organiques ou minérales et qui sont, de façon particulièrement préférée, des fluorures minéraux comme par exemple le fluorure de calcium (notamment sous forme de spath fluor), le fluorure de sodium et la cryolite. La quatrième exigence essentielle d'un tel agent est la présence d'un fondant dont le rôle est de nettoyer la surface du lingot et de dissoudre les inclusions non-métalliques qui sont en suspension dans les métaux fondus. Les matières qui conviennent à cet usage sont la soude carbonatée, le carbonate de sodium, le borax, le fluorure de calcium, la chaux, des silicates à faible point de fusion, des silicates tel que le silicate de sodium et d'autres sels de métaux alcalins qui sont stables aux températures d'utilisation, comme par exemple le fluorure de sodium. Toutes ces substances sont des fondants bien connus en sidérurgie. D'autres produits qui possèdent les propriétés désirées peuvent également être utilisés mais risquent d'avoir des effets secondaires indésirables. A ce propos, on mentionnera le silicate de plomb. En conséquence, les produits préférés selon l'invention comprennent de l'anthracite, de l'aluminium, du spath fluor et du carbonate de sodium. Les compositions préférées contiennent les ingrédients suivants dans les. intervalles quantitatifs ci-après : carbone (anthracite) de 5 à 40 % en poids fondant de 2 à 15 7% réducteur de la tension de surface de 35 à 85 50 % désoxydant de 5 h t % " En ce qui concerne le procédé d'utilisation des agents d'effervescence selon l'invention, on remarquera que la formation des hulules, qui dépend de la pression à l'intérieur de chaque bulle et par conséquent de la pression hydrostatique du métal fondu, est fonction de la vitesse de coulée. Il est donc en général souhaitable d'effectuer la coulée assez lentement et à une température relativement basse. On peut commodément utiliser l'agent d'effervescence à raison de 100 à 500 g par tonne d'acier à traiter, bien qu'on puisse incorporer des quantités plus élevées pour assurer une effervescence plus vigoureuse. On conçoit que d'autres ingrédients peuvent être incorporés dans les agents d'effervescence selon l'invention pour des buts particuliers. Ainsi, par exemple pour accélérer la solidification du métal en fusion il est parfois avantageux d'incorporer dans la composition un agent de nucléation du métal. La poudre de fer est un ingrédient avantageux à cette fin. Les exemples suivants, dans lesquels les parties et les pourcentages sont en poids montreront bien comment l'invention peut être mise en oeuvre EXEMPLE 1 On prépare un agent d'effervescence à partir des ingrédients suivants carbonate de sodium 5 % spath fluor 55 50 anthracite 30 % ferro-manganèse 10 7 On a utilisé cette composition à raison de 190 g par tonne pour fabriquer des lingots destinés aux opérations de tréfilage pesant 5,2 tonnes et obtenus à partir d'acier effervescent.Cet acier contenait 0,05 70 de carbone, la coulée était effectuée dans les lingotières du type R à une température de coulée de 1 630 OC, La vitesse de la coulée était réglée de façon que la surface de métal en fusion monte à raison d'environ 30 cm par minute. L'action d'effervescence fut satisfaisante et on obtint sur les lingots traités des masselottes de faible hauteur. EXEMPLE 2 On a utilisé de la même façon que dans l'exemple li, mais à raison de 380 g par tonne (c'est-d-dire 2 kg par lingot) un agent d'effervescence ayant la composition suivante carbonate de sodium 7 ,0 spath fluor 40% anthracite 40% aluminium 3 % ferro-manganèse 10 Ó L'action effervescente fut satisfaisante et régulière et on obtint des lingots dont les masselottes étaient légèrement boursouflées ou tassées. EXEMPLE 3 On prépare un agent d'effervescence à partir des ingrédients suivants anthracite 11 % aluminium 11 spath fluor 67 % carbonate de sodium 1 % On utilise cette composition à raison de 200 g par tonne pour former des lingots pesant 5,2 tonnes en acier effervescent suroxydé contenant 0,06 % de carbone. On constate que l'action d'effervescence est satisfaisante. REVENDICATIONS 1.- Agent d'effervescence, caractérisé en ce qutil comprend, en poids, de 1 à 40 ,0 de carbone, un agent désoxydant, une substance qui réduit la tension de surface à la surface de séparation entre les phases solide et liquide et un fondant. 2.- Agent d'effervescence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance qui réduit la tension de surface est une matière contenant du fluor. 3.- Agent d'effervescence selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite substance est le spath fluor, le fluorure de calcium ou une cryolite. 4,- Agent d'effervescence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fondant est le carbonate de sodium. 5.- Agent d'effervescence selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le désoxydant est un alliage contenant du fer ou l'aluminium. 6.- Agent d'effervescence selon l'une quelconque des revendications t à 5, caractérisé en ce que le carbone utilisé est sous forme d'anthracite broyé. 7.- Agent d'effervescence selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il contient les ingrédients suivants dans les proportions pondérales indiquées : carbone de 5 à 40 % fondant de 2 à 15 P réducteur de la tension superficielle de 35 à 85 % désoxydant de 5 à 15 o-' 8.- Procédé de traitement d'un acier effervescent contenant au maximum 0,07 % en poids de carbone, caractérisé en ce qutil consiste à ajouter à l'acier fondu un agent d'effervescence tel que défini dans l'une des revendications 1 à 7. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'acier contient un maximum de 0,05 % en poids de carbone et l'agent d'effcrvescnce utilisé contient de 30 à 40 ,0 en poids de carbone. 10.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la teneur en carbone de l'acier est comprise entre 0,05 et 0,07 et l'agent d'effervescence contient de 5 à 15 P de carbone.