Brevet FR2141569A1 — publié le 19730126

La présente invention concerne l'électrométallurgie et peut être appliquée à la fabrication de lingots d'aciers et d'alliages fins alliés par l'azote. "e procédé le plus utilisé actuellement à cette flr est procédé d'élaboration de l'acier et d'alliages dans des fours à ac et à induction dotés d'un creuset en céramique. Dans ce procédé, l'azote est introduit dans l'acier (se trou- vant dans le creuset) sous forme d'additions contenant de l'azote ferrochrome, manganèse, etc... l'acier liquide obtenu dans le creuset est coulé dans des lingotières. Toutefois, ce procédé connu présente des inconvénients car, pour la fabrication d'aciers alliés à l'azote, il faut préparer au préalable lesdites additions contenant de l'azote, ce qui augmente le coût de l'acier. En outre, on ne peut obtenir, par ce procédé, que des lingots à teneur limitée en azote, ne dépassant pas la concentration d'équilibre de l'azote dans le métal liquide à la température d'élaboration du lingot et à la pression atmosphérique du gaz, c'est-à-dire une concentration allant jusqu a 0,6% selon la teneur du lingot en éléments d'addition, ce qui ne permet pas d'obtenir des aciers austénitiques inoxydables à haute résistance mécanique Pour obtenir un acier à haute teneur en azote, l'élaboration des lingots et la coulée dans les lingotières sont exécutées dans autoclave à haute pression, ce qui complique le processus de labri cation et augmente le coût de l'acier. On connait aussi un procédé de refusion d'un demi-produit métallique au plasma à arc en atmosphère régulée, dans lequel la refusion est exécutée à l'aide de plasmatrons qui réchauffent un gaz jusqutà l'état plasmatique et l'envoient sur le métal rouir le réchauffer ; le lingot se forme dans une lingotière refroidie, connectée à une source de courant électrique (voir demar.de a brevet n P 17584837 déposée en R.F.A.). Dans ce procédé, le gaz à l'étant plassatùqae est ~t-lisc en tant que source de chaleur. Toutefois, ce procédé ne permet de réaliser que la refusion de raffinage. On s'est donc proposé de créer un procédé de refusion au plasma à arc qui permettrait d'accroître la teneur e azote du métal refondu et d'obtenir des lingots de grande densité et à haute teneur en azote. La solution consiste en un procédé de refusion d'un demiproduit métallique au plasma à arc en atmosphère régulée, du type dans lequel la refusion est exécutée à l'aide de plasmatrons qui réchauffent un gaz jusqu'à ltétat plasmatique et dirigent le faisceau plasmatique sur le métal pour le réchauffer, le lingot se formant dans une lingotière refroidie connectée à une source de courant électrique, ledit procédé étant caractérisé, selon l'invention, en ce que, conjointement avec le plasma chauffant, on envoie sur le métal de l'azote qui est activé dans ce plasma et allie le métal refondu. Il est avantageux, pour obtenir des lingots à haute teneur en azote tout en conservant leur densité, de réaliser la refusion sous une pression du gaz dans le four, comprise entre l et 30 atm absolues. Il est aussi avantageux, pour augmenter la tenue des plasmatrons et stabiliser les arcs plasmatiques, d'injecter l'azote dans la zone du faisceau plasmatique se trouvant hors du plasmatron. Il est préférable, afin de prévenir le passage de l'azote du métal à l'atmosthère du four, d'envoyer un flux sur le métal liquide se trouvant dans la lingotière. Grace à la présente invention, on a obtenu un procédé de refusion d'un demi-produit métallique au plasma à arc en atmosphère régulée, permettant d'élaborer des lingots de grande densité, à haute résistance mécanique et à teneur en azote élevée. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par un exemple non limitatif de réalisation et par le dessin unique annexe aul représente schématiquement un four pour la réalisation du procea de refusion conformément à l'invention (vue en coupe longitudfflrisle On place le demi-produit à refondre 1 dans le laboratoire - du four. On évacue l'air du laboratoire 2 à l'aide d'une pompe 3. Ensuite on remplit le laboratoire 2 avec un. mélange de gaz inerte et d'azote de composition prédéterminée et on établit dans le laboratoire 2 la pression prescrite. On admet le gaz à chauffer dans les plasmatrons 4 ccnnectés à une source 5 de courant électri- que. t'azote à additionner au métal refondu est injecté dans la zone du faisceau plasmatique 7 située hors des plasmatrons & à l'aide d'un dispositif 6 monté dans la paroi du laboratoire 2. Après formation d'un bain de métal 8 résultant de la refusion du demi-produit 1, on met en marche le mécanisme 9 d'avance du demi-produit 1 et le mécanisme 10 d'extraction du lingot 11. La régulation de l'atmosphère dans le laboratoire 2 du four s'effectue aussi bien par variation de la composition que par variation de la pression du gaz. Afin de prévenir le passage de l'azote du métal à l'atmosphère du four, on envoie un flux sur le bain 8 se trouvant dans la lingotière 12, à l'aide d'un doseur 15. Par le procédé proposé, on a refondu des demi-produits en acier ; le métal a été moulé en lingots dans une lingotière refroidie en cuivre. ta refus ion a été réalisée dans une atmosphère contenant de l'azote. Le gaz chargé d'azote a été injecté dans la zone du faisceau plasmatique située hors du plasmatron. La pression du gaz dans le four a été-variée dans la plage de 1 à 70 atm absolues. La teneur en azote des lingots élaborés a varié en fonction de la pression du gaz dans le four lors de la refusion. Les refusions exécutées ont montré que l'azote activé dans le plasma allie le métal à une vitesse élevée. La refusion a donné des lingots de haute densité et à teneur en azote prédéterminée. La teneur en azote maximale des lingots a été de 5 à 6 fois supérieure aux teneurs en azote atteintes lors de l'élaboration par les procédés connus, effectués dans des fours à induction et à arc, avec coulée du métal dans des lingotières à l'air libre. Les lingots élabores avaient une surface unie, sans fissures et sans retassures. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invent ion. REVENDICATIONS 1. Procédé de refus ion de demi-produits métalliques dans un four à plasma à arc en atmosphère régulée, du type dans lequel la refusion est exécutée à l'aide de plasmatrons qui réchauffent un gaz jusqu'à l'état plasmatique et dirigent le faisceau plasmatique ainsi obtenusir le métal pour le réchauffer, les lingots à obtenir se formant dans des lingotières refroidies connectées à une source de courant électrique, caractérisé en ce que, conJointement avec le plasma chauffant, on dirige sur le métal de l'azote qui est activé dans ledit plasma et allie le métal refondu. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la refusion est réalisée dans le four--s plasma à arc, sous une pression comprise entre 1 et 30 atm absolues. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'azote est injecté dans la zone du faisceau plasmatique située hors des plasmatrons. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à T, caractér - sé en ce que l'on envoie sur le métal liquide se trowîant dans la lingotière un flux qui prévient le passage de l'azote dudit métal liquide à l'atmosphère du four. 5. Les produits métalliques, lingots ou ébauches, aracté- risés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1. à-4.