Brevet FR2079204A1 — publié le 19711112

Ô3348 1 2079204 La présente invention a pour objet de perfectionner la fabrication de l'acier et, en particulier, celle des aciers renfermant de 0,1 à 0t8 # de plomb réparti de façon fine et homogène dans toute la masse de l'acier. Comme on le sait, les aciers au plomb sont plus faciles à usiner sur 5 les machines-outils produisant des copeaux que les aciers de même composition mais ne contenant pas de plomb. Les méthodes connues de fabrication d'aciers au plomb sont basées sur la supposition, admise jusqu'à présent, que le plomb est insoluble dans l'acier. C'est pourquoi on a cru jusqu'ici nécessaire, pour obtenir 10 une homogénéité suffisante, d'ajouter le plomb sous forme de granules juste avant que l'acier ne se solidifie, dans le but d'éviter la ségrégation du plomb par suite de la différence de densité de ce métal et de l'acier. En conséquence, dans le procédé classique, les granules de plomb sont ajoutées au matériau fondu au moment où celui-ci est versé dans le 15 moule. A la différence du procédé de la présente invention, les procédés classiques obligent d'harmoniser de façon précise le courant des granules et celui de l'acier fondu au moment de l'incorporation, et cela suppose une grande attention et habileté professionnelles de la part du personnel 20 chargé de l'opération. Cependant, le principal inconvénient des méthodes antérieures réside dans le fait qu'il n*est pas possible de fabriquer des aciers dans lesquels le plomb soit réparti de façon homogène; il se produit toujours une ségrégation plus ou moins marquée du plomb, ainsi que des agglomérats 25 La ségrégation du plomb et sa répartition non homogène se traduisent par une réduction des propriétés mécaniques de l'acier, spécialement celles qui peuvent se mesurer dans le sens transversal de la billette ou du 30 barreau éventuels, ainsi que par une teneur très augmentée des macro- et des micro- inclusions. L'absence d'homogénéité et l'existence de ségrégations se constatent par un test approprié qui, dans le cas des aciers fabriqués par les procédés classiques révèle plus ou moins de discontinuités dans le sens lon-35 gitudinal de la billette ou du barreau. Ces défauts ne s'observent pas quand le même test est pratiqué sur de l'acier fabriqué par le procédé de la présente invention. Le manque d'homogénéité peut aussi être observé au magnétoscope qui décèle les particules magnétiques et par l'examen microscopique. 71 03348 2 2079204 En raison des défauts précités, les aciers fabriqués par les procédés classiques étaient utilisés, en général, dans la fabrication de pièces n'ayant à supporter que des charges faibles ou moyennes. Suivant la présente invention, on dispose désormais d'un procédé de fabrication de l'acier au plomb dans lequel du plomb solide ou liquide est ajouté au jet d'acier fondu tandis qu'il est déchargé du four de fusion dans une poche de coulée. La description ci-après, qui renvoie aux dessins annexés, explique comment mettre en oeuvre la forme préférée de réalisation de l'invention, d'autres aspects de l'invention étant mis en évidence dans les dessins et dans le texte ci-après. La Fig. I représente schèmatiquement, en coupe verticale longitudinale, un four de fusion, une poche de coulée et le dispositif qui permet d'ajouter le plomb au moment où le métal est versé dans la poche de coulée. La Fig. 2 est une coupe schématique, dans un plan vertical longitudinal, de la poche de coulée, montrant un mode de construction de l'orifice de sortie de ladite poche, suivant l'invention. La Fig» 3 est une coupe semblable représentant un autre mode de construction de l'orifice de sortie de ladite poche. Dans les dessins (où les parties semblables portent les mêmes références) 1 désigne un four de fusion; 2 est le jet d'acier fondu passant du four dans la poche de coulée 3, ^ désigne le dispositif par lequel le plomb solide ou liquide est amené, le long du conduit 5, sur le jet de métal fondu au point 6. L'orifice de sortie 7 comporte, dans la Fig. 2, un dispositif par lequel le fond 8 de la poche présente une saillie ou un rebord 9, qui le surélève par rapport â l'entrée de l'orifice» Dans la Fig. 3, un second dispositif est représenté* selon lequel le manchon ? qui délimite l'orifice de sortie, a une de ses extrémités qui dépasse vers le haut le fond 8 de la poche. 10 désigne un bouchon de fermeture de la poche. Le procédé conforme à l'invention consiste à ajouter du plomb solide ou liquide au jet d'acier fondu tandis qu'il passe du four de fusion à la poche de coulée. C'est ainsi que le plomb est incorporé dans des conditions bien déterminées de température et d'oxydation du bain de fusion. Au moment de l'incorporation, le bain dfacier doit comporter suffisamment d'oxygène réactif pour permettre la formation d'oxyde de plomb dont la vapeur est soluble dans l'acier fondu. L'oxyde de plomb formé a un point d'ébullition bas et barbote dans le bain d'acier fondu qui se sature de cet oxyde. 71 03348 3 2079204 Le barbotage des vapeurs d'oxyde de plomb à travers le bain a pour effet de réduire les taux d'oxygène, d'hydrogène et des autres gaz dissous dans l'acier ce qui, indirectement, améliore la qualité de l'acier. La quantité d'oxygène réactif nécessaire à la formation d'oxyde de 5 plomb dépend de la composition de l'acier, et il faut veiller à ne pas ajouter d'aluminium dans le bain avant que le plomb soit incorporé. Lorsqu'il s'agit d'aciers calmés à l'aluminium, ce dernier est ajouté dans la poche de coulée à la dernière phase de l'opération; ceci est sans inconvénient, puisque c'est le procédé normal de fabrication. 10 Le tableau n° I indique les solubilités de l'oxyde de plomb en fonction de la température du bain; les chiffres indiqués sont basés sur de nombreuses expériences. Tableau n° I 15 Température du bain (en °C.) 1600 I6I0 1620 1630 1640 1650 1660 % Pb dissous sous forme de PbO^ > 0,05 0,08 0,12 0,17 0,20 0,22 0,2k La solubilité du plomb dans l'acier est indépendante de la composition de l'acier et dépend uniquement de la.température. . La température à laquelle le métal est coulé dans la poche,, doit dépasser I600°C. et dépend du taux de plomb que doit renfermer l'acier, 20 comme le montre le tableau I. Ce tableau montre également que quand la température du bain tombe au-dessous de l600°C., comme cela se produit le plus souvent quand l'acier est encore dans la poche, la solubilité du plomb dans l'acier est pratiquement nulle. Dans ces conditions, l'oxyde de plomb précipité sous forme 25 d'une dispersion fine et homogène, dont les particules ne se déposent pas par gravité, de sorte que le plomb est uniformément réparti dans l'acier solidifié. Le plomb restant, insoluble dans l'acier à la température d'incorporation, forme des gouttelettes assez grosses qui se déposent au fond de 30 la poche par gravité, pendant une période de temps ne dépassant pas cinq minutes. C'est pourquoi, après avoir ajouté le plomb, on doit laisser s'écouler un minimum de cinq minutes environ, de façon que le dépôt se produise avant de verser l'acier dans le moule. La quantité de plomb à ajouter sous forme solide ou liquide doit 35 être supérieure à celle théoriquement nécessaire et doit, de préférence, dépasser de kO % le taux de plomb que l'on désire incorporer dans l'acier. Le plomb est ajouté au point k d'admission de la Fig. I à une 71 03348 k 2079204 vitesse égale à celle qui est prévue à la partie supérieure du jet de coulée 6 de l'acier. Cette vitesse d'admission du plomb au point k de la Fig. I peut être déterminée par de simples tests de façon que l'arrivée de plomb solide ou 5 liquide dans le jet d'acier fondu se prolonge pratiquement pendant tout le temps de la coulée. Néanmoins ceci n'exige pas une coordination très poussée puisque, comme on l'a vu plus haut, l'excès éventuel de plomb n'est pas incorporé dans le bain, mais se dépose au fond de la poche. Le procédé n'exige pas une installation très coûteuse, la seule 10 chose nécessaire est de disposer l'orifice de sortie 7 ou le rebord 9 de telle façon qu'il fasse saillie au-dessus du fond 8 de la poche 3> pour éviter que le plomb déposé sur ce fond soit entraîné par le courant d'acier qui sort par l'entonnoir 7 au moment de la coulée. Malgré les précautions ci-dessus, une faible quantité de plomb peut 15 se déposer directement à la surface de l'orifice de sortie de la poche. Pour éliminer ce plomb, il suffit de pratiquer une brève purge d'acier avant de procéder à la coulée dans le moule. Le procédé de l'invention est applicable aux aciers de toutes compositions, et peut être adopté dans les techniques actuelles de fabrication 20 de l'acier. Ce procédé convient à toutes les méthodes sidérurgiques comme par exemple celle de Siemens-Martin, celle du four électrique, celle de Linz-Donawitz, celle de coulée continue ou de coulée au moule avec siphon ou directement. 25 Ces perfectionnements ont pour avantages : répartition uniforme et finement dispersée du plomb aussi bien dans la partie haute que dans la partie basse du lingot; absence de ségrégation ni à la surface, ni dans l'épaisseur du lingot. En conséquence, les lingots fabriqués par cette méthode n'ont pas à 30 être retaillés ou éboutés, comme ceux qu'on obtient par les procédés classiques. A cet égard, l'expérience acquise dans de nombreuses opérations de coulée a montré qu'avec le présent procédé, le rendement de fabrication est du même ordre de grandeur que celui qu'on obtient avec les aciers de 35 même composition mais ne contenant pas de plomb. Les particules de plomb forment une dispersion fine et homogène dont la grosseur de particules est souvent inférieure à un micron. Les expériences déjà effectuées selon ce procédé nouveau montrent que ce mode particulier d'addition du plomb n'a aucun effet défavorable sur le comportement de l'acier à la fatigue, ni sur ses propriétés mécaniques. 71 03348 5 2079204 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'acier au plomb, dans lequel du plomb solide ou liquide est incorporé au jet d'acier fondu passant du four de fusion à la poche de coulée. 2. Procédé conforme à la revendication I, dans lequel le plomb est 5 ajouté en quantité suffisante pour atteindre un taux compris entre 0,10 et 0,80 % en poids, réparti de façon homogène dans l'acier. 3. Procédé conforme aux revendications I ou 2, dans lequel l'acier contenu dans la poche de coulée y est laissé au moint cinq minutes avant d'être versé ou coulé dans un moule, et après avoir été éventuellement 10 calmé à l'aluminium. %. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité de ploab ajoutée dépasse de 40 % en poids celle que l'on désire incorporer à l'acier. 5. Appareillage destiné à la fabrication d'acier au plomb, compor- 15 tant un four de fusion, une poche de coulée, un dispositif pour diriger le plomb liquide ou solide vers le jet d'acier fondu versé du four dans la poche, avec, à la sortie de la poche, un deuxième dispositif empêchant pratiquement le plomb déposé au fond de ladite poche d'être entraîné hors d'elle lorsqu'on évacue son contenu. 20 6. Appareillage conforme à la revendication 5» dans lequel ledit deuxièae dispositif consiste en un rebord surélevé par rapport au fond de la poche de coulée. 7. Appareillage conforme à la revendication 5» dans lequel ledit deuxième dispositif est formé par la partie surélevée du manchon ou au- 25 tre pièce similaire servant d'issue à la poche de coulée. 8. Poche de coulée pour la fabrication d'acier au plomb par le procédé faisant l'objet d'une quelconque des revendications I, 2, 3, 'f et au moyen de l'appareillage faisant l'objet d'une quelconque des revendications 5» 6, 7* 30 9. Acier au plomb fabriqué par le procédé faisant l'objet d'une quelconque des revendications I, 2, 3 ** et au moyen de l'appareillage faisant l'objet d'une quelconque des revendications 5> 6, 7» 8.