Brevet FR2081633A1 — publié le 19711210

La présente invention concerne le réglage du processus de décar-buration d'acier allié en fusion, selon lequel un mélange de gaz oxydant et diluant est utilisé par décarburer l'acier en fusion. Le réglage de cette opération de décarburation des aciers alliés en fusion, tels que des 5 aciers inoxydables, a pour but de conserver certains éléments d'addition métalliques qui se trouvent dans le bain, tels que le chrome. Une perte inutilede ces additifs accroît le prix de revient du processus de décarburation. Le procédé de réglage de l'opération décrite ici concerne de manière générale la décarburation d'aciers inoxydables,ou alliés, à l'aide d'un 10 mélange d'argon et d'oxygène tel que décrit dans les brevets des E.U.A. N° 3.300.865 et 3.046.107, aussi bien que le procédé de réglage dynamique de la décarburation de l'acier décrit dans la demande de brevet des E.U.A. N° 771.752 du 30 octobre 1968. Dans le brevet N° 3.300.865, la réduction au minimum de l'oxydation de certains des additifs métalliques utiles du 15 bain est effectuée à l'aide d'un mélange gazeux d'oxygène et d'un diluant tel que l'azote ou l'argon. Le brevet N° 3.046.107 décrit, en complément du précédent, la variation continue de concentration de l'argon dans le gaz admis dans le véhicule des carburants. Ce brevet décrit de plus le réglage, ou procédé, de décarburatinn basé sur des principes de thermodynamique 20 selon lesquels le métal à décarburer a une composition connue et est également à température connue. Ce brevet présume que le processus de décarburation doit être réglé par les concentrations convenables de gaz décarburant, c'est-à-dire l'oxygène et le diluant, prédéterminées. Dans ce procédé de réglage on n'essaie pas d'adapter ou de répondre à toutes les modifications 25 apparaissant dans le cours du processus. Le procédé de ce brevet conduit nécessairement à la perte de certaines quantités d'additifs métalliques,tels que le chrome, et à la consommation excessive de diluants, par exemple l'argon, pendant la durée du réglage aussi bien qu'à la mauvaise utilisation de l'oxydant admis. La demande de brevet N° 771.752 expose un procédé de 30 réglage mieux adapté, par maintien d'un équilibre continu entre l'admission d'oxydant et le taux d'élimination du carbone. L'invention de cette demande concerne donc un procédé et une technique caractéristiques assurant le réglage dynamique du processus de décarburation. Le procédé de l'invention ne nécessite qu'une détermination de la 35 composition et du débit d'écoulement des gaz admis. Ces gaz admis sont des gaz normaux à haute pureté d'analyse chimique connue. Ainsi, de simples mesures de débit de gaz admis, tels que des courant d'argon et d'oxygènej sont les seules qui sont nécessaires et qui peuvent être effectuées à l'aide d'équipements de mesure de débit de gaz, disponibles sur le marché. 71 07152 2 2081633 Le nouveau procédé nécessite de plus des analyses, telles que des prises d'échantillons des gaz d'échappement, afin de déterminer les proportions caractéristiques des divers composants tels que argon, oxygène, oxyde de carbone, gaz carbonique, etc. 5 Un procédé pour amorcer et poursuivre la dëcarburation continue et équilibrée dynamiquement de métaux en fusion^ tels qu'un acier allié, contenu s dans une enceinte fermée, dans laquelle les produits gazeux d'oxydation et de dilution sont introduits sous des débits contrôlés pour réagir avec le carbone contenu dans le métal en fusion, pour éliminer celui-ci jusqu'à 10 un taux mesuré, comprend les opérations suivantes : admission d'un débit nominal de gaz diluant dans l'enceinte, de préférence par soufflage à l'intérieur du bain, stabilisation de l'écoulement, introduction d'un débit nominal d'agent oxydant dans l'enceinte, avec stabilisation de la réaction, mesure de la composition de l'effluent gazeux de l'enceinte, mesure du 15 débit des gaz d'admission, pour déterminer le taux d'élimination du carbone de l'acier, mesure du rendement de conversion d'oxydants pour ce débit, alternativement augmentation du débit d'oxydant selon des valeurs déterminées et mesure du rendement de conversion de l'oxydant afin d'augmenter au maximum le débit de cet oxydant à un rendement de conversion supérieur à 20 une valeur déterminée. Les mises en oeuvre préférées du procédé comprennent les opérations suivantes : réduction alternée du débit de gaz diluant, selon des qua ntités déterminées et mesure du débit de conversion de gaz.après augmentation au maximum du débit d'oxydant, de manière à minimiser le débit de gaz diluant, aussi longtemps que le rendement de conversion de gaz 25 reste supérieur à la valeur avantageuse déterminée. Il est également avantageux d'inclure des possibilités de commande de la situation, selon lesquelles le rendement de conversion d'oxydant tombe au-dessous des valeurs déterminées, et comprenant des étapes d'accroissement du débit de gaz diluant par des valeurs prédéterminée pour le débit donné d'oxydant, de réduction de la 30 pression partielle de l'agent oxydant du carbone, de déclenchement de l'élimination du carbone du bain, en amenant ainsi le processus de décarburation à un rendement tel que les proportions nécessaires de constituantsmétalliques ne sont pas réduites par oxydation dans le bain. La mise en oeuvre préférée de la décarburation d'acier allié 35 doit éviter des pertes appréciables de composants métalliques tels que le chrome. Le processus de soufflage d' oxydant, tel que l'oxygène dans les aciers alliés en décarburation,doit être adapté aux modifications qui surviennent dans 71 07152 2081633 3 toute chaleur donnée. L'invention permet de réaliser la réaction d'oxydation du carbone, sans oxydation nuisible des additifs métalliques. On doit remarquer que le déclenchement de cette réaction nécessite l'utilisation de mélanges gazeux inférieurs à la proportion maximale. Au départ de la 5 réaction carbone-oxygène, le débit total de gaz injecté, c'est-à-dire d'oxydant et de diluant, aussi bien que la concentration de l'oxydant, peut être augmenté jusqu'à la valeur optimale. Le nouveau procédé permet d'atteindre cette valeur optimale, c'est-à-dire un rendement choisi, sans perte appréciable desdits composants métalliques. Le procédé peut 10 être mis en pratique à la pression atmosphérique ou à une pression inférieure, c'est-à-dire sous vide. L'appareil de mesure nécessaire au réglage de réaction est simple. Les seuls impératifs sont la mesure du débit des gaz injectés et l'échantillonnage des gaz d'échappement de la réaction. Il est avantageux 15 que ces gaz d'échappement soient prélevés dans un emplacement de l'enceinte3 tel qu'il n'y ait pas de possibilité de rentrée d'air. Le processus de décarburation est amorcé avec un faible débit de gaz diluant tel l'argon de pureté commerciale, ou d'un mélange de diluant et d'oxydant, tel que d'argon et d'oxygène, le mélange contenant 20 généralement de 5 à 10% d'oxygène. Dans les installations où les gaz sont alimentés à travers une tuyère préalablement immergée dans le bain, donnant ainsi un faible écoulement en jet pour éviter le colmatage, l'écoulement de gaz diluant est augmenté jusqu'à une faible valeur déterminée. Dans les cas où les gaz sont amenés à l'enceinte par une lance immergeable, le 25 débit est commencé, et la lance est ensuite immergée dans le bain. Après une période réduite mais déterminée, suffisante pour que le gaz diluant ait balayé l'enceinte de décarburation, l'écoulement d'oxygène de gaz d'admission est augmenté d'une faible quantité, afin d'amorcer la réaction de décarburation. Cette quantité est déterminée empiriquement pour 30 plusieurs étapes (4 ou plus) de périodes d'augmentation avant d'atteindre le débit maximal. La quantité d'accroissement peut être diminuée lorsqu'on approche le rendement maximal déterminé, de manière qu'un état d'insuffisance puisse être évité. La composition des gaz d'échappement est contrôlée de manière continue, à courts intervalles (20 à 30 secondes). En même temps 35 que le contrôle de composition des gaz d'échappement, le rendement de conversion d'oxygène est déduit de la composition de ces gaz d'échappement et de l'écoulement de débit de gaz d'admission, comme décrit dans la demande 771.752 précitée. Aussi longtemps que le rendement maximal déterminé n'est 71 07152 4 2081633 pas atteint, l'écoulement d'oxydant est augmenté continuellement de cette manière prudence,-en laissant s'écouler 20 à 30 secondes entre chaque étape, afin de stabiliser le système et de mesurer les gaz d'échappement. En conjonction avec les calculs de rendement de conversion d'oxygène, le 5 calcul de l'abaissement du carbone, selon le processus de décarburation,est effectué. Avec le calcul du taux d'ébaissement de carbone, on détermine de plus le taux courant de carbone inclus dans le bain, cette valeur est comparée avec le taux de carbone extrême spécifié, devant être atteint par 10 le processus. Ces calculs sont également exposés, dans ladite demande de brevet 771752. Il est évident pour les spécialistes que si le taux de carbone du bain est aussi faible ou plus faible que le point spécifié, le processus est terminé. Lorsque le taux de carbone est supérieur à celui recherché en fin de compte, le processus doit' être poursuivi. En même temps 15 que le calcul du rendement de conversion de gaz, effectué à intervalles, comme indiqué ci-dessus, on détermine si le rendement de conversion est supérieur, égal, ou inférieur à 100%. Si ce rendement est supérieur ou égal à 100%, la décarburation procàdede manière satisfaisante, c'est-à-dire que tout l'oxygène introduit dans le système est converti en oxyde de 20 carbone,ou gaz carbonique, et que tout l'oxygène est utilisé à la décarburation de l'acier et non à la diminution des composants métalliques du bain, par exemple avec formation d'oxyde de chrome etc, aussi- longtemps que le rendement continue d'être supérieur au taux déterminé. Le nouveau procédé .doit porter au maximum le débit d'oxydant, 25 Ce débit est augmenté par de faibles accroissements déterminés empiriquement, comme déjà mentionné, avec les mesure simultanées des compositions de gaz d'échappement, et les calculs de rendement de conversion d'oxygène. L'accroissement du débit et le calcul de rendement de conversion sont poursuivis en alternance, jusqu'à ce que le débit d'oxygène ou d'oxydant envoyé dans 30 le système soit au maximum d'alimentation, ou que ce rendement de conversion d'oxygène atteigne la valeur minimale déterminée. Lorsque le débit d'oxydant a atteint le maximum, aussi longtemps que le processus de décarburation est poursuivi, avec un rendement supérieur . à la valeur minimale déterminée, l'étape suivante comporte la diminution 33 de gaz diluant. Cette diminution réduit la dépense dê gaz diluant qui est inutile. La réduction de gaz diluant c'est-à-dire d'argon est effectuée de même manière que celle de l'accroissement de l'oxygène, c'est-à-dire réduction 71 07152 5 2081633 alternée du débit, tout en contrôlant la composition des gaz d'échappement et les débits de gaz d'admission, et calcul du rendement de conversion d'oxygène. Si, avec ces mesures, les calculs révèlent que llécoulement d'oxygène maximal supposé est inférieur à l'écoulement effectif d'oxygène, 5 déterminé par les mesures, on en déduit l'existence d'erreurs dans le système, que l'on doit corriger pour assurer la précision des mesures et la réduction au minimum des pertes de composants métalliques. Dans le cas où le rendementtfe conversion d'oxydant est inférieur à 100%, les spécialistes en déduisent que l'oxydation de métal apparaît. 10 II peut être avantageux dans ce processus de permettre une certaine oxydation des composants métalliques, le rendement de conversion de gaz peut alors être inférieur à 100%, mais supérieur à la valeur qui indiquerait des oxydations de métal maximales autorisées. En l'occurrence, aussi longtemps que le processus est poursuivi avec un rendement de conversion de gaz 15 supérieur à cette valeur minimale, ce processus est considéré comme restant sous contrôle. Lorsque c e rendement effectif est inférieur à celui recherché, il est nécessaire de réduire le débit d'oxygène à une valeur égale à celle du débit d'oxygène en cause, multipliée par le rendement effectif de l'opération et divisée par le rendement recherché. Ce calcul 20 donne une valeur de débit de l'oxygène admis, permettant d'établir un rendement de conversion de base compatible avec la valeur minimale prédéterminée. À ce point, il est avantageux d'augmenter le débit de diluant d'une quantité déterminée. Les spécialistes admettront que cette addition de gaz diluant, aussi longtemps que celui-ci ne contient pas de gaz carboné, tel l'oxyde de 25 carbone, assure le processus de décarburation. Ceci est exact du fait que l'augmentation de gaz diluant sert à abaisser la pression partielle de l'oxyde de carbone dans le processus, et ainsi à abaisser le taux extrême de carbone qui doit être atteint dans le processus. Dès que la série d'étapes exposées plus haut a été suivie pour 30 réaliser le processus optimal de décarburation, l'élimination du carbone du bain est équilibrée dynamiquement. A ce point, le processus est poursuivi par contrôle de la composition des gaz d'échappement et calcul du rendement de conversiort et de l'abaissement du carbone. Ces opérations sont décrites dans la demande 771.752, comme exposé précédemment. Il apparaîtra de plus 35 au spécialiste que l'invention permet pratiquement le réglage calculé di^ processus de décarburation. 71 07152 6 2081633 REVENDICATIONS 1 - Procédé de décarburation équilibrée ou réglée dynamiquement d'acier en fusion dans une enceinte où sont introduits des oxydant et diluant gazeux, sous des débits contrôlés pour réagir avec le carbone de l'acier 5 afin de l'éliminer jusqu'à un taux mesuré, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on amorce cette carburation équilibrée sans pertes appréciables de métal par les opérations suivantes, introduction du gaz diluant dans l'enceinte, balayage de cette enceinte et admission de l'élément gazeux oxydant pour amorcer la réaction, mesure de la composition des gaz effluents 10 de l'enceinte, mesure du débit des gaz d'admission pour déterminer le taux d'élimination du carbone dans l'acier, mesure du rendement de conversion d'oxydant à ce débit, accroissement en alternance du débit d'oxydant par quantités finies prédéterminées et mesure du rendement de conversion d'oxydant jusqu'à ce que ce débit d'oxydant soit amené au maximum à un rendement de 15 conversion supérieur à une valeur prédéterminée. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l'accroissement au maximum de débit d'oxydant, on réalise les étapes suivantes, diminution en alternances du débit de gaz diluant par quantités prédéterminées et mesure du débit de conversion de gaz, aussi longtemps que le rendement de 20 conversion est supérieur à ladite valeur prédéterminée, de manière à minimiser le débit de gaz diluant. 3 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l'abaissement du rendement de conversion à la valeur prédéterminée, on réalise les étapes suivantes, augmentation du débit de gaz diluant par rapport à celui 25 d'écoulement donné d'oxydant de manière à réduire la pression partielle de l'agent oxydant du carbone assurant l'élimination de celui-ci dans le bain. 4 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'introduction des gaz diluant et oxydant est effectuée par soufflage en surface. 5 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'introduction 30 des gaz diluant et oxydant est effectuée par soufflage en immersion. 6 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'écoulement initial du gaz diluant renferme jusqu'à 10% en volume de gaz oxydant. 7 - Procédé selon la revendication 6 dans lequel on opère sous dépression.