Brevet FR2097142A1 — publié le 19720303

L'invention concerne un procédé pour le traitement d'oxydation et ensuite de réduction des métaux fondus, en particulier des aciers en fusion, sous une pression réduite. Une charge d'acier liquéfiée dans un récipient de fusion, composée de ferrailles et d'autres matières de charge, contient pour le produit fini des impuretés non-désirées telles que par exemple du carbone qui doivent être éliminées de la fusion par une opération d'oxydation. Toutefois, le traitement dtune charge d'acier contenant du carbone avec de l'oxygène sous pression normale entratne l'oxydation non seulement du carbone non-désiré, mais aussi des éléments d'alliage nécessaires, par exemple du chrome et du manganèse. Les procédés bien connus pour le traitement d'oxydation et de réduction d'une charge d'acier présentent l'inconvénient que, pendant la période d'oxydation, il se produit dans les récipients de réaction ouverts en haut des pertes de métal par débordement, et au cours du déroulement de 11 ensemble du processus, une baisse considérable de la température qui peut compromettre en conséquence la coulabilité. L'invention a pour but de créer un procédé du type mentionné ci-dessus qui ne présente pas les inconvénients précités et qui est plutot conçu de telle façon que les pertes de métal sont minimales et que la coulabilité dela charge ne se trouve pas compromise. Selon l'invention, ce but est essentiellement atteint par le fait qu'un corps plongeur ouvert dtun côté et porté préalablement à une haute température intérieure est plongé dans la masse fondue avec son côté ouvert dirigé vers le bas, que l'intérieur du corps plongeur est ensuite évacué, qu'unie atmosphère riche en oxygène, est ensuite introduite dans le corps plongeur et entretenue à son intérieur pendant la durée du processus d'oxydation et que, à la suite du traitement d'oxydation de la masse fondue, la réduction de celle-ci à l'intérieur du corps plongeur est effectuée à l'aide de l'addition de silicium et d'aluminium sous forme de granulés ou de briquettes. Selon une autre caractéristique de I1 invention, la masse fondue est oxydée par l'insufflation ou le soufflage par le haut d'oxygène sous une pression de moins de 0,1 kp/cm2, en particu 2 lier d'environ 0,02 kp/cm2 à l'intérieur du corps plongeur. Lorsque des raisons particulières l'exigent ou aussi en cas de manque d'oxygène, l'oxydation de la masse fondue est effectuée dans les conditions de pression précitées, à l'intérieur du corps plongeur par l'introduction de comburants sous forme de granulés ou d'agglomérés. Lorsque L'opération d'oxydation est terminée, la réduction de la masse fondue s'effectue à une pression de moins de 0,05 kp/cm2 , en particulier à une pression d'environ 0,005 kp/ci et ceci de la manière décrite ci-dessus par l'addition de silicium et d'aluminium. De cette manière, on aboutit à un procédé du type précité qui permet dtatteindre parfaitement le but de l'invention. L'espace de réaction fermé au-dessus de la masse fondue empêche le débordement de l'acier en fusion lors de l'affinage à l'oxy- gène. Comme on le sait, l'oxydation du carbone dégage des quantités de gaz qui, à une pression réduite, occupent un volume encore plus grand et peuvent entrarner le débordement de la poche de coulée0 À cela s'ajoute le fait que, lors de l'oxydation de l'acier en fusion sous pression réduite l'oxydation du carbone se déroule, en raison de la faible pression partielle du monoxyde de carbonc, avant l'oxydation des éléments d'alliage tels que le chrome, le manganèse, etc De plus, l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ceNdispositif étant constitué par un récipient rempli de la masse fondue à traiter et dans lequel est plongé le corps plongeur. Dans un tel dispositif, le corps plongeur comprend selon l'invention, une ou plusieurs lances pour l'amenée des partenaires réactionnels gazeux tels que l'oxygène, et un ou plusieurs dispositifs de dosage pour l'amenée des corps solides tels que le chrome et le manganèse. Ces derniers sont munis de fermetures à vide. le récipient rempli de la masse fondue à traiter peut alors être une poche de coulée ou bien un four à induction0 En plus du montage des lances d'oxygène et des dispositifs de chargement, le corps plongeur peut également comprendre des appareils pour la m sure de la température, etc ... Dans le cas de l'utilisation d'une poche de coulée en tant que récipient, la partie du corps plongeur en contact avec la masse fondue peut être équipée d'une bobine d'induction pour pouvoir obtenir ainsi dans cette partie une forte agitation de la masse fondue. En l'absence de la bobine d'induction, il est recommandé de disposer au centre du fond de la poche une pierre perméable aux gaz à travers laquelle on injecte par le bas un gaz inerte, par exemple de l'argon afin de pouvoir obtenir ainsi aussi bien la circulation qu'un bon mélange de la masse fondue. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé à titre d'exemples non limitatifs, fera mieux comprendre comment 11 invention peut être mise en pratique. La figure I montre une coupe d'un premier mode de réalisation, et la figure 2 montre une coupe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Comme il ressort de la figure 1, dans une poche I contenant le métal en fusion 2, le cté ouvert 3' du corps plongeur 3 en forme de cloche est abaissé par ltintermediaire d'une tringlerie 4 sur le métal en fusion 2, puis enfoncé dans celui-ci et maintenu dans une position flottante. Après l'application du vide par l'intermédiaire du tuyau 5 qui conduit à une pompe à vide non représentée, le niveau d'acier S' indiqué en pointillé monte à l'intérieur de la cloche de la différence barométrique par rapport au niveau d'acier S dans la poche. À l'intérieur de la cloche est prévue la brise annulaire 6 sur laquelle est monté un tuyau de cuivre 7 disposé en spirales qui est isolé par la matière réfractaire 8.L'application d'un courant alternatif provoque, à l'intérieur de la bobine, la circulation de la masse fondue dans le sens indiqué par les flèches, un mouvement vif se produisant lors du déroulement de la réaction simultanément avec un apport continuel de chaleur qui permet de maintenir l'acier à une température déterminée et convenable pour la coulée. l'ouverture 9 permet d'introduire les partenaires réactionnels désirés nécessaires pour l'oxydation ou la réduction tels que l'oxygène, le silicium et l'aluminium. Pour l'amenée de l'oxygène, on se sert alors d'une lance d'oxygène, tandis qu'un dispositif de dosage non représenté en détail, est utilisé pour l'amenée du silicium et de l'aluminium granulés ou briquetés. Dans le cas du mode de réalisation selon la figure 2, la cloche plongeante est plongée dans un four à induction habituel. Pnur cela, une bobine 7 encastrée dans du matériau réfractaire 8 est prévue sur les bords latéraux du four à induction. Comme dans le cas du mode de réalisation selon la figure 1, le corps plongeur 3 peut être réglé dans le sens vertical au moyen de montants 4. Sur le corps plongeur, aucune précaution particulière n'est nécessaire parce que la réalisation du mouvement et l'apport de la chaleur nécessaire sont assurés par le mécanisme du four à induction. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 1, la bobine d'induction peut être supprimée, alors que dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 2, on peut renoncer au fonctionnement de la bobine d'induction, en disposant dans le fond du récipient une pierre 10 perméable aux gaz à travers laquelle un gaz inerte tel que l'argon est insufflé par le bas, ce qui entratnebun vif mouvement de la masse fondue. EXEMPLE 1. ( procédé bien connu) Un acier chromé à 17% avec une teneur en C de 0,4 % et une température de 17000C est coulé dans une poche de coulée équipée d'une pierre de rinçage au gaz. Cette poche est placée dans un bassin à vide qui doit entre obturé par un couvercle spécial. D'une part, ce couvercle doit être protégé contre l'influence de la température par des matériaux réfractaires et, d'autre part, il comprend les dispositifs auxiliaires nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé tels que la lance d'oxygène, les dispositifs pour la mesure de la température et le dispositif de chargement pour les produits réactionnels.De plus, il doit exister dans la poche d'acier, au-dessus du niveau d'acier, un espace libre d'une hauteur d'environ 1 m pour éviter, lors de leoxydation du carbone, un débordement du bain d'acier à la suite de l'augmentation du volume qui en résulte. La réaction se déroule après la mise en marche de la pompe à vide par le soufflage de l'oxygène. sprues le réglage de la teneur en carbone nécessaire, on règle l'arrivée d'oxygène et après une autre réduction de la pression dans l'installation à vide, on déclenche la réduction de l'acier avec du silicium, de l'aluminium, etc... et on règle la température de l'acier sur la température de coulée nécessaire. EICMP3;E 2. (procédé selon l'invention) Un acier chromé à 17% ayant, par exemple, une teneur en carbone de 0,4% et une température de l'acier d'environ 16400C est coulé dans une poche. Ensuite, on abaisse dans la poche le corps plongeur prévu et on procède à son évacuation. La réalisation de la dépression nécessaire demande ici des groupes motopompes beaucoup plus petits étant donné que l'espace d'évacuation a été considérablement réduit par rapport au procédé selon l'exemple 1. De plus, on n'a pas besoin d'une poche spéciale avec un espace libre d'une hauteur d'environ I m, ce qui apporte des avantages en ce qui concerne le déroulement de la production dans une acierie. La réaction se déroule maintenant de la même façon que dans le cas du procédé décrit dans l'exemple 1, à savoir par soufflage d'oxygène pour 11 oxydation et par l'addition de silicium, d'aluminium, etc... pour la réduction. Après l'émersion du corps plongeur hors de lapoche, l'acier est alors coulé à une température de coulée appropriée. REVENDLCBTIOMS 1. Procédé pour le traitement d'oxydation et ensuite de réduction des métaux en fusion, en particulier de l'acier fondu, sous pression réduite, caractérisé par le fait qu'un corps plongeur ouvert d'un c8té et préchauffé à une haute température intérieure est plongé dans la masse fondue avec son caté ouvert dirigé vers le bas, que l'intérieur du corps plongeur est ensuite évacué, après quoi une atmosphère riche en oxygène est introduite dans le corps plongeur et entretenue à l'intérieur de celuici pendant la durée du processus dloxydation et que le traitement d'oxydation de la masse fondue est suivi du traitement de réduction à l'intérieur du corps plongeur à l'aide de l'addition de silicium et d'aluminium sous forme de granulés ou d1agglomérés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse fondue est oxydée à une pression de moins de 2 kp/c 2 0,1 kp/cm , en particulier d'environ 0,02 kp/cm , à l'intérieur du corps plongeur par l'insufflation ou le soufflage par le haut d'oxygène. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse fondue est oxydée à une pression de moins de 0,1 kp/ cm2, en particulier d'environ 0,02 kp/cm2, à l'intérieur du corps plongeur par l'introduction de comburants solides sous forme de granulés ou d'agglomérés. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse fondue oxydée préalablement est réduite à une pression de moins de 0,05 kp/cm2, en particulier d'environ 0,005 kp/cm2 . 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, constitué par un récipient rempli de la masse fondue à traiter dans lequel est plongé le corps plongeur, caractérisé par le fait que le corps plongeur comprend une ou plusieurs lances pour l'amenée des partenaires réactionnels gazeux et un ou plusieurs dispositifs de dosage pour l'amenée des corps solides. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le récipient est une poche de coulée. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le récipient est un four à inductipn. 8. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que, lors de l'utilisation d'une poche de coulée en tant que récipient, la partie du corps plongeur en contact avec la masse fondue comprend une bobine d'induction du genre d'un four à induction. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisé par le fait qu'au centre du fond de la poche de coulée est disposée une pierre perméable au gaz.