Brevet FR2092684A1 — publié le 19720128

a présente invention est relative à un procédé pour éviter l'apparition de défauts dans la partie centrale des lingots de métal et plus particulièrement des lingots d'acier, suivant lequel un gaz est insufflé dans le métal en fusion dans la lingotière, à partir du commencement de coulée jusqu'à la solidification. les défauts dus notamment à la présence d'inclusions oxydées ou non métalliques dans lés pores et les cavités des retassures des lingots de métal et, en particulier, des lingots d'acier se concentrent dans la partie centrale du lingot en cours de solidification dans la lingotière; la zone extérieure du lingot est saine. Les pores et les cavités des retassures ne constituent pas de défauts, si leur surface est propre, c'està-dire exempte d'impuretés, si bien qu'ils disparaissent lors du soudage du métal environnant par laminage ou forgeage. Cependant, dans les coulées industrielles, la surface des pores et des retassures est pratiquement impropre, car la solidification des lingots s' accompagne toujours d'une ségrégation conduisant à la décantation d'impuretés non métalliques et de produits de désoxydation oxydés. De plus, l'allure de la solidification de la partie centrale des lingots étant irrégulière, des plages liquides détachées du reste de cette partie et enrichies en produits de ségrégation et plus particulièrement en produits de désoxydation sont fréquemment emprisonnées dans le métal solidifié. lIa solidification de ces plages donne des pores et des cavités de retassures dans lesquels les impuretés non me- talliques et les produits de désoxydation sont précipités en phase solide. tin de supprimer les défauts qui apparaissent souvent dans la partie centrale des lingots, notament des gros lingots de forge et des lingots d'aciers fortement alliés, on a déjà proposé de traiter ces lingots dans les lingotières, à partir du commencement de coulée jusqu'a la solidification, par des gaz neutres ou réducteurs insolubles dans la coulée. Comme gaz de traitement on emploie pour cette méthode connue l'argon, l'azote et l'oxyde de carbone, ces gaz étant insufflés par en-dessous dans le métal contenu dans la lingotière. Toutefois, dans cette méthode, le mode d'insufflation du gaz dans la coulée joue un r81e capital. En effet, elle ne donne une amélioration sensible de la structure du lingot que si le gaz est finement et uniformément diffusé sur la section du lingot. De toute manière, elle n'est pas applicable dans le vide, car la très forte expansion du gaz provoque un brassage de la couléé et, partant, l'aspiration dans celle-ci de l'écume du lingot, c'est-à-dire du laitier qui le surnage, ce qui a pour conséquence de former dans le lingot des inclusions oxydées, qui sont indésirables. Le but de la présente invention consiste à améliorer davantage la structure des lingots en intensifiant l'effet refroidisseur et germinateur du gaz. Ce résultat est atteint conformément à l'invention, par le fait que des matières solides grenues ou pulvérulentes sont finement et uniformément dispersées dans le métal liquide par un gaz, à partir du commencement de coulée jusqu'à la solidification du lingot. Comme matières solides pulvérulentes on peut, avec avantage, employer par exemple le silicium, l'aluminium, le carbone, le titane, le vanadium, le chrome, le fer, le cobalt, le nickel, le niobium, le molybdène, le cériuni, le tantale, le tungstène et notamment le manganèse, ainsi que, à cause de leur hauté pression de vapeur, le lithium, le magné siui et le calcium ou les oxydes métalliques faciles à reduire. L'avantage particulier du procédé conforme à la présente invention consiste en ce que certaines des tières solides précitées possèdent une forte chaleur de fusion et de dissolution et soustraient donc localement des calories à la coulée. En outre, les particules de matières solides jouent le r6le de germes primaires favorisant beaucoup ltélimination des impuretés non métalliques ou oxydées de la coulée fortement sursaturée lors de la solidification. D'autre part, la fine dispersion des particules de matières solides dans la coulée, par le gaz de traitement, assurant une fine élimination des impuretés, les lingots traités par le nouveau procédé sont exempts de défauts macroscopiques. Au cours de nombreux essais il a été constaté qu'il existe une certaine relation des viscosités de la coulée et de l'écume du lingot avec la finesse du grain de la coulée et que les aciers à teneur relativement élevée en oxygène donnent des lingots sains, si cet élément est uniformément réparti dans le métal. Pour tenir compte de ces constatations, le procédé selon l'invention prévoit de préférence de disperser un fondant avec le gaz dans la coulée en fusion. A cet effet on peut utiliser tous les fondants en usage en métallurgie, sauf ceux susceptibles de contaminer la coulée. iíais les fondants neutres (spath fluor, borax, etc.) ou basiques (soude, oxyde de fer, etc.) conviennent parfaitement pour la mise en oeuvre du nouveau procédé. De préférence on disperse dans la coulée, avec le gaz, des matières solides grenues ou pulvérulentes composées d'un fondant, de scorifiants et d'un métal, par exemple de fluorure de calcium (Ca i'2) d'oxyde de calcium (au), de verre et de manganèse. Comme gaz de traitement on a intérêt à employer les gaz inertes, tels que l'argon, auquel on peut mélanger de l'oxygène et/ou du bioxyde de carbone. Si le gaz contient de l'oxygène libre ou fixé, il se produit dans la coulée une oxydation locale du fer et des impuretés et, par suite, une formation d'oxydes métalliques (notamment oxydes de fer et de manganèse), qui remplissent le rôle de fondants dans la coulée. Cela est d'une importance primordiale, car la concentration relativement forte de l'oxygène amène une sursaturation locale en cet élément et, par conséquent, une formation rapide de germes contribuant grandement à l'élimination des oxydes en solution sursaturée et, d'autre part, les fondants diminuent la tension interfaciie entre le métal et l'oxyde, ce qui favorise considérablement l'élimination des oxydes dissous. La mise en oeuvre pratique du procédé selon la présente invention a fait apparattre que le gaz de traitement peut ne pas être chargé de matières solides et que d'excellents résultats peuvent être obtenus dans le cas OÙ ces matières sont enfermées dans un récipient attaquable par le métalliquide, ce récipient étant exécuté par exemple en tôles perforées. Dans ce cas, la coulée dissout le récipient et les matières solides, celles-ci étant finement et uniformément dispersées dans le bain par le gaz amené sous le récipient par une tuyère. Dès essais ont démontré qu'une addition de 20 à 500 grammes de matières solides donne de bons résultats avec un débit de îsa 25 N1 (litres normales) de gaz pour le traitement à la température atWmosphérique et avec un débit de 5 à 15 W1 de gaz pour le traitement sous vide, tous ces chiffres se rapportant à la tonne d'acier. bans chaque cas particulier il faut choisir le fondant, la quantité de fondant, le gaz et le débit de gaz dans les limites indiquées ci-dessus, en tenant compte de la température et du temps de coulée, ainsi que de la composition du métal. L'addition de matières solides et notamment de fondant est d'une importance particulière lorsque le nouveau procédé est mis en oeuvre sous vide. Car le succès de ce procédé dépend essentiellement de la suppression du brassage de la coulée dans la lingotière. En conséquence, le débit de gaz soumis au vide doit être réduit au minimum pour tenir compte de la faible pression régnant au-dessus de la coulée. C'est ainsi que le débit de gaz ne doit pas excéder environ 15 1 par tonne d'acier pour le traitement sous vide alors qu'un débit maximal de 50 1 de gaz par tonne d'acier est admis pour le traitement à la pression atmosphérique. L'idée, Logique en soi, d'abaisser le débit de gaz en fonction de l'expansion du gaz due à la dépression ne saurait être réalisée, car il serait trop petit pour donner l'effet refroidisseur et germinateur nécessaire pour la coulée Selon le procédé objet de l'invention, les matières solides et le fondant se substituent â une partie du gaz de traitement, en sorte que l'amélioration désirée de la structure du lingot est obtenue par les germes étrangers formés dans la coulée par ces matières solides, en dépit du faible débit de gaz, 5 à 15 Nl par tonne d'acier. Ce débit ne produisant aucun brassage indésirable de la coulée, il n'existe aucun risque d'aspiration de l'écume dans le lingot. A titre d'essai, on a traité suivant le nouveau procédé, dans le dispositif représenté dans le dessin ci-joint, une coulée de 100 tonnes d'acier répondant à la composition chimique suivante: - carbone 0,30 % - silicium 0,40 % - manganèse 0,60 % - chrome 1,5 i~ - molybdène 0,55 - nickel 2,1 % le reste étant du fer. Cet acier a été coulé d'une poche 1 dans une lingotière 2 placée dans un récipient à vide 4 pourvu d'un couvercle 3. Au pied de la lingotière 2 était installée une tuyère de gaz transporteur formée de deux éléments 5, 6 vissés l'un sur l'autre, et munie de perçages radiaux 7. Un canal d'amenée 8 était raccordé par une conduite 9 à un gazo- mètre non représenté. Ladite tuyère était surmontée d'un réservoir 10 exécuté en tôles perforées et qui renfermait des matières solides. On a dispersé dans la coulée 450 grammes par tonne d'acier d'un mélange de spath fluor, de chaux tendre, de poudre de verre et de ferro-manganèse à 80 % de manganèse. Ce mélange avait un bas point de fusion, environ 1100 à 13000 C. Il a rapidement fondu dans l'acier a 1600 - 16500 G. Les produits de fusion ainsi obtenus avaient une parfaite aptitude au mouillage par rapport. aux oxydes et, en particulier, å l'alumine, cette aptitude ayant conduit à faire passer les oxydes dans l'écume du lingot. Pendant 17 minute, 800 1 de gaz ant 6t6 insufflés dans l'acier selon le tableau ci-aprEa. ure du soufflage Débit de gaz Nl ar ninutd 3 minutes 38 6 " 80 6 " 38 2 " 10 17 minutes Le contrôle aux ultra-sons des échantillons prélevés sur le lingot ainsi obtenu n'a donné aucun rebut. Le procédé selon la présente invention permet de traiter des coulées métalliques de haute qualité avec des débits de gaz relativement faibles, sous la pression atmosphérique ou sous vide, a l'aide de matières solides grenues ou pulvérulentes, et d'améliorer ainsi la qualité des métaux au point que les rebuts consécutifs aux défauts de la partie centrale des lingots sont réduits d'environ 60 - 85 /0. Cet accrqissement de rendement en métaux de haute. qualité compense de loin les frais d'exploitation du nouveau procédé. Revendications 1. - Procédé pour éviter l'apparition de défauts dans la partie centrale desxlingots de métal et plus particuliè rement des lingots d'aciers, suivant lequel un gaz est insufflé dans le métal enfusion dans la lingotière, a' partir du commencement de coulée jusqu'à la solidifica tion, ledit procédé étant caractérisé en ce que des ma tières solides grenues ou pulvérulentes sont finement et uniformément dispersées dans le métal liquide par un gaz. 2. - Procéda selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un fondant est dispersé dans la coulée liquide par un gaz. 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que les matières solides renfer ment de l'oxyde de fer ou tous autres oxydes métalliques faciles à réduire. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que les matières solides sont constituées par un fondant, des scorifiants et un métal. 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que l'on emploie l'argon comme gaz de traitement. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que le gaz de traitement est con stitué par l'argon et une quantité d'oxygène et/ou de bi oxyde de carbone égale à 0,5 - 1,2 fois celle de l'argon. 7. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que les matières solides sont contenues dans un récipient destructible par le metal li quide et surmontant la tuyère à gaz. 8. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que l'on ajoute 20 à 500 grammes de matières solides par tonne d'acier. 9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que 5 å 15 N1 de gaz sont amenés à la tonne d'acier à élaborer sous vide.