Brevet FR2096441A1 — publié le 19720218

2283? 1 2096441 On sait que les aciers à tôle sont habituellement obtenus à partir de lingots d'acier effervescent ou de lingots d'acier SK, c'est-à-dire un acier calmé spécial, calmé (désoxydé) au moyen d'aluminium. L'acier effervescent est utilisé dans des ap-5 plications dans lesquelles la qualité de la surface est le facteur primordial et une étirabilité faible ou nulle est nécessaire tandis que l'acier SK est utilisé lorsqu'une étirabilité permettant un emboutissage profond est essentielle. Plus récemment, un acier dit "à enveloppe stabilisée" a 10 été mis au point et possède les particularités désirées des aciers effervescents et des aciers SK. C'est-à-dire qu'un lingot d'acier à enveloppe stabilisée présente une enveloppe propre et de bonne qualité proche de celle d.'un acier effervescent classique et une âme exempte de pores de manière à posséder de bonnes caractéristi-15 ques d'emboutissage 'profond proches de celles de l'acier SK. On produit actuellement des aciers à enveloppe stabilisée en coulant un acier du type effervescent (c'est-à-dire non désoxydé) dans une lingotière et en laissant l'acier à l'état effervescent pendant un laps de temps prédéterminé pour for-20 mer une enveloppe de bonne qualité. Après l'effervescence, on ajoute des pastilles d'aluminium à l'acier non solidifié contenu dans la lingotière pour arrêter l'effervescence et pour produire un acier SK non poreux dans la coque effervescente. Bien que les aciers à envëloppe. stabilisée satisfassent 25 en fait le besoin ancien d'un acier à tôle présentant de bonnes qualités de surface ainsi qu'une étirabilité permettant un emboutissage profond, on éprouve de telles difficultés à produire des lingots de cet acier que les propriétés des aciers ne sont pas aussi bonnes qu'on pourrait l'espérer. Par exemple, le temps dont 30 on dispose pour ajouter, faire fondre et répartir l'aluminium dans un lingot déjà coulé est très court lorsque l'on considère la quantité d'aluminium assez importante qu'il faut ajouter, par exemple environ 908 g par tonne. Cela étant, il arrive le plus souvent que l'aluminium ne soit pas uniformément réparti dans la fraction en 35 fusion de l'acier, spécialement dans sa partie inférieure. Ceci donne évidemment des qualités d'emboutissage profond non uniformes. Une autre difficulté que l'on éprouve à produire de l'acier à enveloppe stabilisée résulte de l'impossibilité de produire une enveloppe suffisamment épaisse pour permettre l'élimina-IfO tion de tous les défauts superficiels sans découvrir les inclusions 71 22837 2 2096441 non métalliques de l'acier SK sous-jacent. En général, l'en-loppe est si mince que seule une opération de décriquage rapide et une rectification manuelle minimum sont permises. Cela étant, une quantité relativement importante de défauts superficiels doit 5 être traitée dans le produit final. Une autre difficulté encore résulte de la mise en oeuvre d'une coulée interrompue pour permettre l'effervescence limitée. Pendant cette interruption, qui est habituellement de 1/2 à 3 minutes, de l'écume d'oxyde de fer s'accumule sur la surfacesupérieu-10 re découverte du métal et cette accumulation augmente avec le temps d'effervescence. Lorsque des pastilles d'aluminium sont ajoutées par la suite sur le dessus de cette écume de surface, il se forme line quantité excessive d'alumine réfractaire. La majeûre partie de cette alumine peut être emprisonnée dans l'acier lors de la soli-15 dification. Ces difficultés dues à l'alumine s'aggravent habituellement encore davantage parce qu'une fraction des pastilles d'aluminium peut ne pas fondre rapidement ni être aisément entraînée en dessous du ménisque du métal en fusion. Cela étant, certaines pastilles d'aluminium peuvent continuer à surnager à la surface de 20 la masse en fusion et sont ainsi oxydées par l'air, produisant, à ce moment, des quantités supplémentaires de l'alumine gênante. Ici encore, en raison de la quantité excessive d'alumine formée, l'efficacité de l'opération laisse à désirer et il faut ajouter une quantité de pastilles d'aluminium nettement supérieure à celle qui 25 est réellement nécessaire pour désoxyder convenablement l'acier coulé. L'invention est basée sur la mise au point d'un nouveau procédé servant à produire de l'acier à enveloppe stabilisée dans lequel toutes les difficultés précitées soient réduites au minimum 30 ou évitées. Le procédé suivant l'invention est basé sur l'addition d'aluminium fondu aux lingots au cours d'une séquence de travail réglée avec soin, qui exige un minimum d'aluminium pour produire un lingot comportant une bonne enveloppe épaisse et une âme en acier SK uniforme à l'intérieur de l'enveloppe. 35 Cela étant, l'invention a notamment pour buts de procu rer : un procédé nouveau pour produire des lingots d'acier à enveloppe stabilisée d'une qualité supérieure à ceux produits par les procédés connus; ^0 un procédé pour produire un lingot d'acier à enveloppe 71 22837 3 2096441 stabilisée comportant une enveloppe suffisamment épaisse pour permettre un décriquage et une rectification normaux des surfa.ces afin d'assurer une élimination plus complète de défauts superficiels; 5 un procédé pour produire un lingot d'acier à enveloppe stabilisée comportant une âme plus uniforme d'acier SK donnant des qualités d'emboutissage profond plus uniformes dans des aciers à tôle obtenus à partir de ces lingots; un procédé pour produire un lingot d'acier à enveloppe 10 stabilisée qui utilise une quantité minimum d'aluminium et qui aboutisse à la présence d'une quantité minimum d'alumine dans le lingot solidifié. Comme mentionné plus haut,'le principe du procédé suivant l'invention servant à produire des lingots d'acier à enve-15 loppe stabilisée réside principalement dans l'addition d'aluminium fondu à la lingotière au lieu de pastilles d'aluminium ou d'autres formes d'aluminium solides. En outre, le procédé exige cependant que l'on se tienne d'une manière stricte à une procédure de coulée spécifique si l'on veut réaliser les objectifs de l'invention. 20 Suivant l'invention, un lingot d'acier à enveloppe sta bilisée est produit dans une lingotière à châssis de masselotte_ selon les phases suivantes : (1) on coule de l'acier en fusion chaud dans la lingotière à une allure normale jusqu'à ce que-la lingotière soit remplie au niveau dru bord inférieur du châssis de 25 masselotte ou environ à 90-95> ûe sa capacité si l'on n'utilise pas de châssis de masselotte; (2) on arrête la coulée et on laisse l'acier dans un état effervescent pendant une période comprise entre 1/2 à 2 minutes, (3) on reprend la coulée, .(4-) après la reprise de la coulée, on commence à verser de l'aluminium en fusion 30 dans le lingot, de préférence en introduisant l'aluminium dans le courant d'acier en fusion, (5) on achève l'addition ou l'apport d'aluminium fondu avant que la coulée de l'acier soit achevée, et (6) on poursuit la coulée pendant au moins environ 1 seconde jusqu'à ce que le châssis de masselotte soit rempli. Pour se rendre 35 compte de l'importance de l'exactitude de cette séquence de coulée, il faut se souvenir que l'objectif de l'invention est la production d'un acier à enveloppe épaisse et propre avec uie répartition plus uniforme de l'aluminium dans l'âme en acier SK, avec une formation minimum d'alumine et, par conséquent, avec une addition ou un apport mini-4-0 mum d'aluminium. Pour atteindre ces objectifs, il faut suivre la 71 22837 it 2096441 séquence exacte que l'on vient de mentionner. Si l'on considère chacune des opérations qui précèdent plus en détail, les opérations (1) et (2) sont évidemment en substance semblables a celles des procédés connus sauf que le temps 5 d'interruption de la coulée est plus long. La coulée, si on l'entame à des allures normales courantes dans la pratique industrielle, doit être interrompue pour permettre une certaine effervescence avant l'apport d'aluminium qui arrête, à ce moment, l'effervescence. Comme mentionné plus haut cependant, le temps d'interruption de la 10 coulée suivant l'invention est plus long que dans les procédés connus dans lesquels le temps d'interruption de la coulée ne peut, en général, pas dépasser 1/2 minute environ. C'est pour cette raison, qu'il faut par conséquent, produire une enveloppe plus épaisse. Il faut reconnaître évidemment qu'une enveloppe plus 15 épaisse est le résultat évident de l'accroissement du temps d'interruption de la coulée et on pourrait, par conséquent, imaginer qu'il suffit d'augmenter ce temps d'interruption pour produire des enveloppes plus épaisses avec des procédés connus. Dans les procédés connus cependant, il n'est pas possible d'augmenter le temps *20 d'interruption de la coulée afin de produire une enveloppe plus épaisse.sans sacrifier d'autres qualités souhaitables de l'acier. Par exemple, l'accroissement du temps d'interruption provoque une forte concentration d'alumine dans la partie inférieure du lingot. Comme mentionné plus haut, une écume d'oxyde de fer se forme sur la 2? surface de l'acier en fusion dans le lingot et cette quantité d'écume est directement proportionnelle au temps d'interruption de la coulée. Dans les procédés connus, cette quantité d'écume doit être réduite au minimum pour réduire au minimum la formation d'alumine et son emprisonnement dans le lingot lorsque l'aluminium est 30 ajouté par la suite. Par conséquent, les temps d'interruption de la coulée dans les procédés connus sont limités à environ 1/2 minute pour réaliser un équilibre pratique entre une épaisseur optimum de l'enveloppe et une formation ainsi qu'un emprisonnement minima de l'alumine. Cependant, dans le procédé suivant l'invention, 3? l'écume superficielle est en substance éliminée, comme décrit plus loin, et par conséquent, il n'y a aucun inconvénient à augmenter le temps d'interruption de la coulée. Dans la phase (3), on entame la coulée de l'acier en fusion avant d'y ajouter de l'aluminium. Ceci sert à faire dévier 4-0 l'écume d'oxyde de fer ou à l'entraîner dans la masse en fusion de 71 22837 5 2096441 manière à réduire au minimum la formation d'alumine superficielle. L'écume flotte évidemment à la surface du métal lorsque la coulée est achevée, mais à ce moment, l'aluminium est déjà passé en dessous de la surface de l'acier avec un minimum de formation d'alumi-5 ne. De plus, comme l'aluminium est fondu et de préférence ajouté avec le courant d'acier coulé, la tendance de l'aluminium à flotter sur le ménisque de l'acier est fortement réduite, ce qui réduit encore davantage au minimum la formation de l'alumine. Suivant les phases (5) et (6), l'addition d'aluminium 10 à la lingotière doit être achevée avant que la coulée de l'acier sait terminée. Evidemment, ceci est essentiel de telle sorte que le courant d'acier soit disponible pendant la totalité de 3a période d'addition d'aluminium afin de faire dévier l'écume superficielle et d'entraîner l'aluminium fondu profondément dans la lingotière. 15 En raison dès vitesses de coulée relativement rapides utilisées dans la production d'acier industrielle^ il est essentiel que l'addition de l'aluminium en fusion soit terminée assez rapidement, c'est-à-dire en moins de temps qu'il n'en faut pour remplir d'acier le châssis de masselotte de la lingotière, ou bien 20 l'équivalent de ce volume de métal si on n'utilise pas de châssis de masselotte. Le temps réel disponible est fonction de la charge • ferrostatique d'acier en fusion dans la poche de coulée et du diamètre de la buse de coulée. Les vitesses de coulée, sont maxima au milieu d'une coulée parce que la charge'ferrostatique est encore 25 appréciable et que la buse réfractaire est fortement usée. Ainsi, alors que le temps nécessaire pour remplir une section de châssis de masselotte pour un lingot de 16 tonnes au début d'une coulée peut être de 20 secondes, il n'est plus que de 8 secondes au milieu de cette coulée. Cela étant, quel que soit le moyen utilisé pour 30 ajouter de l'aluminium, il doit permettre d'ajouter la quantité totale d'aluminium requise en une période inférieure à 8 secondes, idéalement en une période de h secondes ou moins si l'acier doit être coulé pendant un laps de temps préféré de 2 secondes pleines chaque fois avant et après l'apport d'aluminium. Evidemment, si 35 °n utilise un moyen ou une procédure déterminée pour augmenter le temps de coulée de l'acier tandis que l'on ajoute de l'aluminium, des additions d'aluminium proportionnellement plus lentes seraient acceptables. On a constaté qu'en utilisant de l'aluminium en fusion 4-0 ainsi que le processus précité, les 'besoins en aluminium sont 71 22837 6 2096441 d'environ 25$ inférieurs à ceux des procédés connus. Par conséquent, alors que les procédés connus exigent l'addition d'au moins 908 g d'aluminium par tonne d'acier, le procédé suivant l'invention se contente de 681 g par tonne. Cette économie d'aluminium est évi-5 demment principalement due à la formation minimum d'alumine qui caractérise le procédé suivant l'invention. Dans les procédés connus, il est essentiel d'utiliser des châssis de masselotte avec les lingotières pour empêcher l'aluminium solide d'adhérer aux parois de la lingotière au-dessus de la 10 surface du métal en fusion. L'aluminium en fusion se mélange cependant facilement à l'acier. Cela étant, quoique le processus décrit plus haut illustre l'utilisation d'une lingotière à châssis de masselotte dans ce procédé, ces lingotières ne sont pas essentielles pour ce procédé. 15 Quoiqu'il existe de nombreux procédés différents permet tant d'ajouter l'aluminium à la lingotière, l'un de ces procédés que l'on a trouvé particulièrement satisfaisant consiste à utiliser une pompe centrifuge avec un. moteur pneumatique et -un long tuyau réfractaire pour refouler rapidement l'aluminium dé-20 siré à partir d'un creuset mobile chauffé au gaz. Avec l'aluminium p en fusion à 871°C, 2,8 kg par cm de pression dans le moteur pneumatique refoulent 3,5 kg d'aluminium par seconde dans un tube réfractaire de 5jl cm et d'environ 4-,8 m de longueur. "iPour refouler 681 g par tonne pour un lingot de 16 tonnes, ,il faudrait prévoir 25 un total de 10,9 kg d'aluminium. Le système de pompage précité est, par conséquent, plus qu'adéquat car la totalité de l'aluminium est débitée en 3 secondes. Il est évidemment nécessaire que les rotors de la pompe, les tuyaux, etc., soient convenablement préchauffés avant le pompage pour empêcher l'aluminium de s'y 30 solidifier. EXEMPLES.- Pour illustrer d'une manière plus graphique les avantages de l'invention, les exemples spécifiques suivants indiquent des résultats d'essais comparatifs exécutés sur des lingots con-35 formes a l'invention et sur des lingots conformes au procédé classique. Dans ces essais, neuf lingots ont été produits conformément au procédé classique, selon lequel 908 g par tonne de grenaille d'aluminium solide a été ajouté au lingot. Vingt-huit lingots ont été produits conformément à l'invention en utilisant 726 ou 908 g 4-0 par tonne d'aluminium ainsi que des temps d'effervescence de 71 22837 7 2096441 1/2 minute ou de 2,0 minutes. Il est à noter qu'aucun des exemples des procédés connus ne donne des temps d'effervescence de 2,0 minutes. Ceci est dû au fait que l'expérience a déjà démontré qu'un temps d'effervescence prolongé au-delà de 1/2 minute s'ac-5 compagne habituellement d'une concentration excessive d'aluminium dans le bas du lingot (en raison d'une formation d'alumine excessive) et des chutes inférieures excessives doivent donc être prévues pour satisfaire aux normes. Le tableau ci-dessous indique la répartition de l'aluminium obtenue dans ces essais. Al TABLEAU ajouté Total de l'aluminium en % *•4 Coulée n° Lingot n° g/tonne Forme . Temps d'effervescence en minutes Haut de lingot Bas de lingot O DO jJ *4 • 06r3^3 1 2 il 15 16 17 18 19 908 908 908 908 908 908 908 908 908 grenaille solide If îl tt Tt II tt H tt It tt tt tt tt tt ooooooooo o o o X4 >4 | 1 1 1 1 1 1 O O O OJ coco 0,058 0,060 0,070 0,059 0,051 0,055 0,070 0,058 0,070 (Moyenne) 0,0^97 0,0612 CO 06r3^3 10 11 908 908 fondu tt i °,5 o,5 0,080 0,059 0,110 0,058 (Moyenne) 0,070 0,08>+ 06r3if3 12 13 908 908 fondu H 2,0 2,0 0,058 0,0lf9 0,080 0,070 (Moyenne) 0,0535 0,075 K> O vD o> -fc» Coulée n° Lingot n° .g/tonne TABLEAU Al ajouté Forme OIRW3 1 2 l ? 6 7 8 17 18 19 20 21 22 g 726 726 726 726 726 726 726 7 26 726 726 726 726 726 726 726 726 fondu OlRl+83 9 10 11 12 S 16 726 726 726 726 7 26 726 726 726 fondu lî 11 II H II tl Tî Total de l'aluminium en % Temps d'effervescence en minutes 0,5 ' 0,5 o,5 0,5 o,5 . , 0,5 o,5 o,5 . °,5 °,5 o,5 0,5 °,5 °'£ o,5 o,5 ' (Moyenne) • 2,0 2'2 2,0 2'2 2>2 2'2 2'2 ' 2'° (Moyenne) Haut de lingot 070 070 060 060 0 57 060 060 058 031 oif5 050 oh-5 039 055 0U3 060 0539 070 058 060 0k8 070 039 058 04-7 0,0563 Bas de lingot 0,053 0,070 0,057 0,100 0,070 0,070 0,070 0,060 0,0^9 0,01+1 0,0*+7 o,obo o'M 0,055 0.048 0,057^ 0,057 0,070 0,058 0,056 0,058 0,058 0,0ifl 0.055 0,0566 71 22837 10 2096441 Les résultats des essais indiqués dans le tableau qui précède démontrent aisément que le procédé suivant l'invention est non seulement plus efficace que le procédé connu mais assure une répartition plus uniforme de l'aluminium. De plus, les lingots 5 ayant un temps d'effervescence de 2 minutes ont une enveloppe nettement plus épaisse que ceux dont le temps d'effervescence n'a été que de 1/2 minute. L'enveloppe est suffisamment épaisse pour pouvoir être décriquée à chaud lentement pendant le laminage suivant des procédés habituels et pour pouvoir subir un conditionnement de 10 surface à l'état froid sans risque de percement de cette enveloppe. 71 22837 ii 2096441 REVENDICATIONS . 1.- Procédé pour produire un lingot d'acier à enveloppe stabilisée suivant lequel on coule un acier du type effervescent dans une lingotière et on y ajoute de l'aluminium après avoir laâs-5 sé couler l'acier pendant un certain laps de temps, caractérisé en ce qu'on coule l'acier dans la lingotière jusqu'à ce qu'elle soit remplie à environ 90 à 95>? on interrompt la coulée pendant une période de 1/2 à 2 minutes pour permettre une effervescence limitée dans la lingotière puis on poursuit la coulée jusqu'à ce que 10 la lingotière soit pleine et, après avoir poursuivi la coulée, on prolonge l'effervescence mais,avant que la coulée soit achevée, on ajoute de 681 à 908 g d'aluminium fondu par tonne d'acier à la lingotière à une vitesse suffisante pour permettre l'addition de tout l'aluminium avant l'achèvement de la coulée de l'acier. 15 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit l'aluminium fondu dans le courant d'acier en cours de coulée. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on entame l'addition de l'aluminium fondu au moins 1 seconde 20 pleine après la poursuite de la coulée et on la termine au moins 1 seconde pleine avant la fin de la coulée.