Brevet FR2049203A1 — publié le 19710326

La présente invention est relative à un procédé de désoxyda-tion de l'acier effervescent, qui consiste à injecter un agent dé-soxydant en poudre dans un jet d'acier pendant qu'il est versé dans les moules à l'aide d'une poche de coulée. En outre, la présente 5 invention concerne un dispositif destiné à être utilisé dans la mise en oeuvre d'un tel procédé. On a déjà proposé des dispositifs permettant d'injecter une poudre dans un métal liquide en circulation. L'utilisation de tels dispositifs pour des applications particulières n'a été décrite que 10 d'une manière générale. On supposait à tort que l'obtention de résultats optimaux lors de l'injection de substances en poudre dans un jet de métal liquide en cours de coulée n'était assujettie qu'à la forme et la structure du dispositif et à l'utilisation de gaz inertes servant de véhicule fluide pour les substances en poudre. On 15 semblait croire que l'on ne pouvait obtenir des résultats optimaux que si des constituants indésirables du véhicule gazeux entraînant et déplaçant la poudre pouvaient être exclus de la réaction et si l'on surveillait suffisamment la forme et la direction du jet de poudre réactive dans le jet de métal. 20 II faut noter que, pour désoxyder l'acier effervescent, un tel procédé d'injection de poudre n'a que des applications très limitées. D'autres procédés consistent à introduire périodiquement certaines quantités d'un agent désoxydant en grains grossiers dans la poche de coulée ou à introduire un ruban ou un fil d'un agent dé-25 soxydant dans le moule. Il a été constaté que le mode de dosage de l'agent désoxydant et la grartuk>métrie de ce dernier, qui est habituellement de 1'aluminium, ont une importance particulière en ce qui concerne la qualité du produit final. La présente invention est basée sur le concept nouveau que la formation de parties ayant un com-30 portement différent dans le traitement final du matériau en tôle, laminé à froid à partir de brames d'acier ou de pièces analogues obtenues à partir de lingots d'acier solidifiés avec effervescence, est provoquée par le mode de dosage et par la granulométrie de l'agent désoxydant. 35 On a en outre constaté que, lorsqu'on utilise les dispositifs connus pour insuffler des agents désoxydants en poudre, les possibilités de modification de la qualité du produit laminé final varient d'une façon très importante. 70 23015 2 2049203 En fait» il semble que d'autres facteurs ont, sur cette qualité finale, un effet beaucoup plus prépondérant que dcc facteurs tclc que la forme des ouvertures des ajutages destinés à la matière en poudre ou l'inertie éventuelle du véhicule gazeux. 5 Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour objet un procédé tel qu'on l'a décrit plus haut, mais dans lequel la granulométrie de la poudre est essentiellement limitée à une valeur comprise entre 40 et 200 microns, au moins 50$ de la poudre étant constitués par des grains dont la dimension linéaire marimaie est 10 comprise entre 75 et 150 microns, et la poudre étant dosée uniformément lorsqu'elle est introduite dans le jet de métal de coulée pen-dans au moins 70$ du temps nécessaire pour le remplissage du moule. On obtient en particulier des résultats satisfaisants lors de la mise en oeuvre de la présente invention si une proportion d'au moins 1 5 65$ de la poudre est composée de grains dont la dimension linéaire est comprise entre 75 et 150 microns et l'introduction de quantités dosées de la poudre dans le jet de moulage est effectuée pendant au moins 80$ du temps de coulée. Quand on choisit de tels paramètres, en particulier conjointe-20 ment avec des mesures qu'on exposera, plus loin, on constate que, lors du traitement ultérieur du produit laminé qui est finalement obtenu à partir de l'acier coulé de cette manière, il ne se manifeste plus aucune des irrégularités dans la qualité du produit, qui pourraifnt être attribuée au mode de désoxydation de l'acier. Il semble que les 25 grains les plus gros aussi bien que les grains les plus petits de l'agent désoxydant peuvent amener des irrégularités dans la distribution, de cet agent sur l'acier, irrégularités qui persistent pendant la totalité du traitement ultérieur de l'acier. On estime qu'il peut être surprenant qu'on puisse établir pour les dimensions des 30 grains de la poudre,* un domaine aussi limité dans lequel la distribution de l'agent désoxydant sur l'acier est optimal. Un autre fait de grande importance est en outre que la distribution de la poudre doit avoir lieu aussi uniformément que possible dans le temps. On obtient ce résultat en dosant et en insufflant la poudre au cours de 35 la période pendant laquelle le jet de coulée est aussi immobile que possible. De préférence, on n'injecte pas de poudre dans le jet de coulée au début et à la fin de la coulée. • Le nouveau procédé permet d'obtenir des résultats optimaux, gAD OBI&naL QOPt 70 23015 3 2049203 quand on insuffle de l'aluminium en poudre dans le jet de coulée, si l'introduction de la poudre dans le gaz est réglée de façon telle que chaque litre de gaz contienne environ 1,9 à 2,2 grammes d'aluminium et qu'une quantité de poudre comprise entre 700 et 1200 grammes 5 de poudre/minute soit injectée dans le métal. On a même constaté à ce sujet que l'injection' de la poudre avec de l'air n'est aucunement inférieure à l'injection de la poudre avec un gaz inerte. On peut expliquer de la manière suivante les résultats favorables obtenus avec ce procédé quand la poudre est entraînée par de l'air : 10 Si une quantité moindre de poudre est entraînée par l'air, il . faut une quantité d'air trop élevée pour amener la quantité totale de poudre requise dans le jet de coulée. Cette grande quantité d'air ne peut pas être insuflée sous forme d'un jet concentré sur le jet de métal et, de plus exerce un effet de refroidissement trop impor-15 tant sur ce dernier. Si, au contraire, l'air contient une charge de poudre trop importante, la quantité d'air insufflée est trop faible pour donner à la poudre une force vive suffisante. De ce fait, le contact de la poudre avec le jet de coulée peut être insuffisant et irrégulier. 20 Bien que le résultat de l'insufflation de la poudre dans le jet de coulée soit essentiellement fonction de la quantité de véhicule gazeux et de poudre par unité de temps, il semble que, dans une mesure moindre, la vitesse de l'air dans le jet de poudre et d'air pourrait influencer le résultat de la désoxydation. Cette vitesse 25 est en relation avec la divergence plus ou moins grande du jet de poudre. De préférence, selon la présente invention, la vitesse de l'air dans le jet de poudre et d'air est ajustée à 40 à 60 mètres/, seconde et en particulier à environ 50 mètres/seconde. Suivant les conditions particulières dans lesquelles la poudre 30 se trouve dosée, le mélange de poudre et de gaz est préchauffé dans une mesure plus ou moins grande par le milieu environnant peu de temps avant son insufflation dans le métal. Il est apparu que le risque n'est pas toujours.imaginaire et que, par exemple, 1'aluminium en poudre se trouve si fortement chauffé que ses particules s'agglo-3 5 mèrent. Dans ce cas, le dosage de la poudre et l'uniformité de la qualité de l'acier constituant le produit final sont défavorablement influencés. On peut éliminer cet inconvénient, conformément à la présente Copy » 70 23015 4 2049203 invention, en refroidissant le mélange de poudre et de gaz peu de temps avant sa projection dans le jet d'acier coulé . Outre le procédé décrit, la présente invention concerne, aussi un dispositif qu'on peut utiliser avantageusement pour mettre ce 5 procédé en oeuvre. En général, un tel dispositif comprend un tube d'alimentation pour le mélange de poudre et de gaz. Toutefois, dans le cas présent, le dispositif selon l'invention est en outre caractérisé par le fait que la partie terminale du tube d'alimentation est entourée d'une enveloppe de refroidissement. On a déjà expliqué 10 quels sont les avantages d'un refroidissement du mélange près de l'orifice de déchargement. Il a été constaté que l'effet de refroidissement obtenu n'est pas suffisant quand on se contente de prévoir des nervures ou des ailettes autour de l'extrémité de décharge du tube d'alimentation. 15 Cette enveloppe de refroidissement peut prendre diverses for mes et l'agent de refroidissement qui y circule peut être un liquide ou un gaz et se déplacer dans la même direction que la poudre et le gaz à insuffler ou en sens inverse de ceux-ci. Il semble judicieux que l'admission et l'évacuation du fluide de refroidissement 20 se fassent à l'extrémité de la chemise de refroidissement qui est éloignée de l'orifice de sortie du tube d'alimentation de la poudre. Toutefois, conformément à la présente invention, on préfère un mode de réalisation différent. Dans ce mode de réalisation, le tube d'alimentation est raccordé à une chambre dans laquelle un conduit pour 25 un gaz sous pression, débouche près d'une admission de poudre, tin branchement partant de ce conduit pour le gaz sous pression et s*é-tendant depuis un endroit situé en amont de cette chambre jusqu'à l'extrémité du tube d'alimentation, l'enveloppe de refroidissement débouchant librement dans l'atmosphère à son autre extrémité, qui 30 est proche de l'extrémité de décharge du tube d'alimentation, mais dans le sens radial. Un avantage de ce mode de réalisation est qu'aucun dispositif supplémentaire n'est requis pour l'admission d'un fluide de refroidissement . On peut utiliser le même gaz pour véhiculer la poudre et 35 pour refroidir le tube d'alimentation. De plus, puisque ce gaz de refroidissement sort librement à l'extrémité de l'enveloppe de refroidissement, il n'est pas nécessaire de prévoir un conduit de retour pour un fluide de refroidissement. 70 23015 5 2049203 Il pourrait y avoir un risque de refroidissement trop poussé du métal liquide du jet de coulée sous l'effet de la masse additionnelle d'air froid. Pour éviter ce risque, l'ouverture par laquelle la chemise de refroidissement débouche dans l'atmosphère ambiante 5 s'étend radialement. L'air de refroidissement est ainsi déchargé dans un sens tel qu'il n'existe pas de risque de refroidissement trop poussé du jet de coulée. On va maintenant décrire l'invention en se référant au dessin annexé qui montre un mode de réalisation préféré du dispositif con-10 forme à l'invention, à titre d'exemple seulement. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue schématique montrant le dispositif en coupe longitudinale; la figure 2 est une vue schématique montrant ce dispositif en perspective, avec une partie de la poche de coulée, de la lingotiè-15 re et du jet de coulée. Sur la figure 1, on a représenté un tube d'alimentation 1 destiné à un mélange d'aluminium en poudre et d'air. Ce tube est raccordé à une chambre 2 dans laquelle débouchent un entonnoir d'alimentation 3 et un conduit 4 pour l'air sous pression. Le conduit 4 est 20 plus étroit à son extrémité de décharge et constitue un passage de 3,17 mm. La disposition mutuelle du conduit 4 et de l'entonnoir 3 dans la chambre 2 est telle que la quantité désirée d'aluminium en poudre soit aspirée dans l'entonnoir 3 et entraînée par l'air sous pression sortant du conduit 4. 25 Une vanne de réglage 6 est montée dans le conduit 4. En ré glant la vanne 6 et en réglant la position du conduit 4, c'est-à-dire en faisant en sorte qu'il s'étende dans la chambre 2 sur la distance désirée, il est possible de régler la quantité d'aluminium en poudre à injecter dans l'air entre des valeurs écartées. Le con-30 duit 4 peut coulisser longitudinalement dans l'orifice ménagé pour son passage dans la paroi de la chambre 2 grâce à un joint coulissant approprié placé dans cette ouverture. Il est possible, de déterminer avant le moulage la quantité d'aluminium en poudre requise en fonction du volume de métal que 35 doit recevoir le moule et selon^a composition de l'acier à couler dans ce moule. Cette quantité est alors introduite dans l'entonnoir 3 avant la coulée. On notera que, bien que cet exemple concerne .l'aluminium en 70 23015 6 2049203 poudre, l'invention n'est pas limitée à une telle application Il en est de même pour l'air sous pression et on pourrait utiliser un autre gaz. Il est évident que, pour d'autres applications on pourrait ajouter d'autres agents désoxydants ou des mélanges d'agents 5 désoxydants appropriés, ou encore que d'autres gaz pourraient servir à transporter la poudre. Près de son extrémité de décharge, le tube 1 est entcaré d'une double enveloppe de refroidissement 7. Cette dernière est raccordée par l'intermédiaire d'un tuyau ou d'un branchement souple 8 3,1.1 COU™ 0 duit d'admission de l'air sous pression, en amont de la vanne 6. A son extrémité libre, le tube d'alimentation 1 comprend une bride 9 de manière que le "fluide sortant de la chemise 7 à cette extrémité circule dans le sens radial. l'air de refroidissement sortant se trouve ainsi déchargé 15 transversalement au sens suivi par le jet de poudre. Les conduits 4 et 8 sont raccordés à une source d'air sous une pression de 5 à 6 atmosphères. On a constaté qu'on obtient un refroidissement suffisant si l'air circule avec un débit de 2m /minute (normalisé) dans la chemise de refroidissement 7. 20 La figure 2 montre schématiquement comme on met en oeuvre dispositif représenté sur la figure 1. Une poche de coulée 11 remplie d'acier liquide est suspendue au-dessus d'un moule 10 tel qu'une lingotière de type connu et, wx fond de cette poche, est prévu un orifice de sortie pour le aétal, 25 orifice qui peut être obturé par une tige munie d'un obturateur ou un dispositif analogue. Sensiblement au niveau du bord supérieur du moule 10, se trouve une plateforme 12 permettant au personnel de surveiller visuellement la coulée. Le jet de coulée sortant, de la. poche 11 est désigné par 13. Un ouvrier actionne le dispositif r«-30 présenté sur la figure 1, qui est articulé à une structure appropriés 14 faisant partie de la poche de coulée 11. Il est ainsi possible d'amener le tube d'alimentation 1 dans un emplacement désiré en regard du jet de coulée 13. Le dispositif est raccordé à une source d'air sous pression par un tuyau 15 raccordé lui-même au conduit 4 «, 35 Lorsque l'ouverture ménagée au fond de la poche de coulée est ouverte et lorsque le jet de coulée 13a pris une forme plus ou moins permanente, l'ouvrier ouvre la vanne de réglage 6, de manière que l'insufflation de l'aluminium en poudre dans le jet de coulée puisse bad original 70 23015 7 2049203 commencer. D'une manière générale, la dose de poudre à introduire dans l'entonnoir 3 et le réglage de la vanne 6 sont déterminés à l'avance de manière que l'alimentation de 1'aluminium en poudre se poursuive durant la période pendant laquelle le jet de coulée cir-5 cule sans que la forme de ce dernier se trouve modifiée de façon notable. Toutefois, l'opérateur peut également modifier le débit de l'aluminium ou arrêter entièrement sa circulation en actionnant la vanne de réglage 6, si le "besoin s'en fait sentir pendant la coulée. A titre d'exemple, on mentionnera qu'une lingotière est rem-10 plie par 20 tonnes d'acier destiné à la fabrication de tôles laminées à froid, convenant à la fabrication par emboutissage par exemple de chapeaux de moyeux ou de pare-chocs pour automobiles. On doit ajouter 900 g d'aluminium à cette charge. On choisit à cet effet de l'aluminium en poudre dont les grains ont essentiellement une dimen-15 sion comprise entre 40 et 200 microns. Lors de l'essai au tamis, on a constaté que cette poudre était composée des fractions suivantes : ^ 50 microns 2,1 $ ^ 75 microns 7,8 20 ^105 microns 25,2 $ 67 % ^ 150 microns 34,0 ?o*> ^ 200 microns 24,0 $ ^ 300 microns 4,3 $ ^ 420 microns 1,7$ 25 Le temps de coulée pour l'obtension du bloc moulé a été ajus té à 1 minute et 15 secondes, et la quantité de poudre a été ajustée à 900 g/minute. On insuffle dans la poudre 450 litres/minute d'air sous pression. Le facteur de charge du mélange est donc de 2 grammes, d'aluminium/litre d'air. 30 La vitesse à laquelle la poudre d'aluminium sort du tube de déchargement 1 est de 46, 7 m/seconde. On refroidit le tube de dé- 3 charge avec 2,3 m d'air sous pression par minute. Pendant la période totale de coulée, qui est de 1 minute 15 secondes, la poudre d'aluminium est insufflée dans le jet de coulée 35 pendant 1 minute. On a pu constater qu'avec ce choix assez déterminant des conditions du procédé, on peut obtenir à partir du lingot d'acier, un matériau laminé à froid qui, même au cours des opérations de cintrage et d'emboutissage profond les plus sévères, ne 70 23015 8 2049203 montre pas d'irrégularités ou de défauts superficiels qu'on pourrait attribuer à la présence de l'aluminium utilisé comme agent désoxydant. 70 23015 9 2049203 REVENDICATIONS 1. Procédé de désoxydation de l'acier effervescent au cour duquel un agent désoxydant sous la forme d'une poudre est injectée dans le jet de métal coulé pendant le remplissage d'un 5 moule à l'aide d'une poche de coulée, ce procédé étant caractérisé par le fait que la dimension des particules de la poudre est essentiellement limitée.à une valeur comprise entre 40 et 200 microns, une proportion de la poudre égale ou supérieure à 50 $ étant composée de particules dont la dimension linéaire est comprise entre 10 75 et 150 microns et la poudre étant introduite en quantités uniformément dosées dans le jet de métal pendant une fraction du temps de remplissage du moule égale ou supérieure à 70 $ • 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une proportion de la poudre égale à environ 65 % est 15 composée de particules dont la dimension linéaire est comprise entre 75 et 150 microns et que l'introduction de quantités dosées de la poudre dans le jet de coulée a lieu pendant une fraction du temps total de coulée égale ou supérieure à 80 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 1 et 2, caractérisé par le fait que la poudre d'aluminium est injectée à l'aide d'un véhicule gazeux qui est l'air, l'admission étant réglée de façon telle qu'il contienne environ 1,9 à 2,2 g d'aluminium par litre, et la quantité de poudre insufflée étant comprise entre 700 et 1200 grammes par minute. 25 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente^, caractérisé par le- fait que la vitesse de l'air insufflé avec la poudre est réglée à une valeur comprise entre ko et 60 mètres/seconde. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé par le fait que la vitesse dé l'air déchargé avec la poudre est réglée à 50 mètres/seconde^ 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mélange de poudre et de gaz est refroidi peu de temps avant son injection dans le jet 35 de coulée. 7. Dispositif utilisé dans la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes et comprenant un tube d'alimentation pour un mélange de poudre et âe gaz, ce dispositif étant caractérisé par le fait que la partie ter-^0 minale de décharge du conduit d'alimentation est entourée par une 70 23015 10 2049203 double enveloppe de refroidissement. 8. Dispositif selon la revendication 6t caractéri par le fait que le tube d•alimantation est raccordé à une chambre dans laquelle un conduit pour le gaz sous pression débouche au 5 voisinage d'une ouverture d'alimentation pour la poudre, qu'un branchement s'étend à partir du conduit pour le gaz sous pressions depuis un point situé en amont de la chambre, jusqu'à l'extrémité de l'enveloppe de refroidissement qui est éloignée de l'extrémité de décharge du conduit d'alimentation, et que la chemise de re-10 froidissement comporte, à son autre extrémité, une ouverture de décharge non obturée par laquelle le produit s'écoule dans une direction radiale.-