Brevet FR2137265A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne les procédés de production de lingots d'acier de grandes dimensions, et vise plus particulièrement un procédé permettant de produire des lingots massifs de grandes dimensions, dépourvus de la cavité ou retassure centrale qui représente une difficulté classique dans la coulée de ces lingots. "e problème de la "retassure" est un problème bien connu dans la sidérurgie, mais qui revit une importance particulière lorsqu'il s 'agit de couler des lingots de section droite importante. Lorsqu'on produit des lingots d'acier destinés à être ultérieurement forgés ou laminés, le procédé classique consiste à couler l'acier liquide dans des lingotières de fonte coulée en coquille et présentant la hauteur et la section droite appropriées pour contenir l'acier liquide et permet de réaliser un lingot d'acier massif qui puisse outre réchauffé et soumis aux opérations de forgeage ou de laminage. fl est bien connu que l'acier qui a été complètement desoxydé (par des désoxydants métalliques tels que le silicium ou 1151umi nium, ou par le carbone sous basse pression) est sujet au retrait lors de la solidification. Entant donné que le métal voisin des parois latérales et du fond des lingotières se solidifie le premier, le métal liquide situé au centre du lingot se solidifie ensuite et subit un retrait, de sorte qu'il occupe finalement un volume réduit, ce qui crée des retassures inacceptables à moins d'employer un procédé satisfaisant pour ajouter de l'acier liquide et éviter les effets produits par le retrait.Une pratique bien établie dans la technique est l'emploi de lingotières à tête chaude ou revêtues de matière réfractaire ou capables d'évacuer la chaleur de manière convenable pour essayer de réaliser des lingots dont le centre soit sain. On considère généralement que ce procédé donne satisfaction pour la production de lingots sains d'acier calmé de section transversale et de poids peu importants, c'est-à-dlre mesurant moins de 50 à 70 centimètres de diamètre ou d'épaisseur, et ne dépassant pas 10 à 20 tonnes de poids total. Toutefois, pour des lingots plus grands > le temps nécessaire au lingot pour se solidifier complètement s'allonge à mesure que la section transversale du lingot croit, si bien qu'il faut que de nombreuses heures s'écoulent entre la coulée de l'acier liquide et la solidification totale finale de l'acier au centre du lingot.Comme ce temps peut dépasser 10, 20 ou même 30 heures, le réservoir d'acier liquide constitué dans la tête chaude ou tête de nourrissage n'est plus efficace pour fournir de l'acier liquide aux cavités de retrait apparaissant dans le corps du lingot, et finalement,il apparat une retassure centrale. Ainsi, il devient de plus en plus difficile et avantureux de garantir la réalisation des lingots sains lorsque le diamètre du lingot ou sa dimension en section transversale est supérieure à 125 centimètres et que le poids total du lingot dépasse 50 tonnes. On a mis au point, au cours des dernières années, le procédé dit de refusion de lingots d'acier ou d'électrodes en de nombreuses compositions chimiques d'aciers, d'alliages réfractaires et autres métaux, par passage d'un courant dans un laitier. Dans ce procédé de refus ion, on fait fondre progressivement une électrode d'acier massif par la chaleur produite par le passage d'un courant électrique allant de l'électrode d'acier à un laitier liquide offrant une résistance électrique au passage du courant, le courant allant de là à une autre électrode ou au lingot qui se resolidifie et au creuset ou lingotière contenant le lingot à resolidifier. L'acier qui fond progressivement à partir de l'électrode passe sous forme liquide à travers le laitier liquide et se rassemble sous ce dernier en une poche d'acier liquide. La poche d'acier liquide se solidifie progressivement, si bien qu'à un moment quelconque de l'opération de refusion,il y a toujours une poche d'acier liquide ne représentant qu'une faible partie du poids total de l'électrode ou des électrodes ou du lingot d'acier qui est en train de se resolidifier. Il a été bien établi que, grtce à ce procédé de refusion par passage de courant dans un laitier et de resolidification, on évite les grandes retassures axiales des lingots coulés de la manid- re classique. On a employé ce procédé de refusion pour des lingots d'acier allid atteignant 117 centimètresd'dpaisseur et l'on projette de l'appliquer à des lingots ayant plus de 250 centimètres d'épaisseur et ayant des poids considérables correspondants. Toutefois, ces installations de refusion très importantes nécessitent, pour qu'on soit martre du processus de fusion, des alimentations en énergie et des dispositifs électriques qui constituent un obstacle économique gênant pour la mise en pratique de ce procédé. La présente invention fait appel à une combinaison de la coulée classique de lingots et du procédé de refusion par passage de courant dans un laitier pour réaliser la production de très gros lingots à forger qui possèdent un centre sain comme les lingots obtenus par ce procédé de refus ion, mais pour une dépense bien moindre tant d'investissement que de service. Selon l'invention, on coule un lingot de forge classique de grandesdimensionsdans une lingotière comportant une tette revêtue de matériau réfractaire ou munie de puits exothermiques selon la pratique actuelle. Une fois que l'acier s'est solidifié,on forme une cavité axiale sur toute la longueur du lingot solidifié. Son diamètre est de l'ordre de 20 à 35 % du diamètre extérieur du lingot et on peut la former par perçage à froid au trépan; par défon çage à la presse ou par poinçonnage à la presse avec refoulement latéral. Dans le cas du perçage au trépan ou du défonçage, le noyau ainsi enlevé est forgé pour que son diamètre soit réduit et constitue des électrodes pour pratiquer une refusion à l'intérieur de la cavité résultant de l'enlèvement du noyau, par passage d'un courant électrique dans un laitier. Dans le cas du poinçonnage avec refoulement latéral, la plus grande partie de la matière située au centre du lingot est refoulée latéralement vers un emplacement voisin de la surface intérieure du trou obtenu par poinçonnage. Dans ce cas, le métal constituant l'é- lectrode nécessaire au processus de refusion est tiré d'un autre lingot fait partie de la même coulée ou d'une coulée ayant la même composition nominale que le lingot de grandes dimensions à traiter. On préparera par grenaillage ou par usinage la surface intérieure de la cavité dans le lingot foré ou défoncé pour éviter un excès d'oxyde. On préparera de même l'électrode en la coulant, en la forgeant et/ou en la grenaillant ou en l'usinant. Les électrodes peuvent avoir des longueurs différentes et des poids différents afin de remplir complètement la cavité axiale du lingot ainsi que la poche de départ et le volume de la tête chaude. On dispose le lingot au poste de refus ion comme le montre le dessin annexé qui représente une coupe verticale d'un lingot selon l'invention, l'opération de refusion étant déjà partiellement effectuée. On a préparé le lingot initial 10 par forage ou poin çonnage d'un trou axial 11 sur toute la longueur du lingot. Dans l'exemple représenté, la tête diminuée initiale du lingot représenté a été complètement forée ou poinçonnée comme le corps du lingot. En pratique, on peut aussi faire sauter cette tête diminuée et utiliser un autre bloc plus symétrique pour réaliser une tête chaude pour la refusion par passage d'un courant dans un laitier. Le lingot creux 10, porté à une température appropriée, est placé sur le bloc réchauffé de départ 12, et on ajoute le complément 13 préparé pour le processus de refusion (à l'état pulvérulent ou liquide). On descend alors en position l'électrode 14 et on fait passer le courant. lie laitier liquide chauffé électriquement fait fondre l'ex- trémité de l'électrode ainsi que la zone adjacente du métal du lingot, comme l'indique la "profondeur de pénétration" 17. Dans le cycle partiellement effectué que représente la figure, le laitier liquide 13 a fait fondre l'acier de l'extrémité de l'électrode (en 15) formant une poche peu profonde d'acier liquide 16 qui contient de l'acier provenant de l'électrode et de l'acier provenant de la partie adjacente du lingot.On règle la profondeur de pénétration 17 de l'acier liquide (et solidifié) en réglant la consomma- tion de puissance et la gamme de températures de réchauffage du corps du lingot. lie diamètre du métal refondu total représente normalement le tiers ou la moitié du diamètre de la section transversale du lingot initial, bien qu'on puisse obtenir des proportions plus ou moins grandes en réglant la consommation de puissance et les paramètres de réchauffage. lies avantages économiques de l'invention apparaissent aisément quand on observe que la consommation d'énergie nécessaire pour faire fondre le "noyau intérieur" qui correspond au tiers du diamètre total du lingot ne représente guère plus de 10 pour cent de l'énergie nécessaire pour faire refondre par ce procédé le lingot entier dont l'épaisseur est importante. Cette application de la combinaison de la coulée classique et du procédé de refusion par passage d'un courant dans un laitier permet de réaliser des lingots d'une section droite importante et totalement exempts de porosité ou cavité centrale, et ne représentant pas non plus la séparation chimique excessive que l'on rencontre dans les lingots coulés de la manière classique. Le procédé de l'invention mettant en oeuvre la refusion par passage d'un courant dans un laitier, se compare très avantageuse- ment du point de vue de la rentabilité au procédé classique de refus ion complète ae lingots de forge exceptionnellement grands et lourds. L'invention s'applique également facilement à la production de lingots composites de grandes dimensions,dont le "noyau intérieur" et I'"enveloppe extérieure" ont des compositions chimiques différente. Dans cette applicatiron, on réduit au minimum la pénétration ou le mélange entre l'acier ayant la -composition de l'é- lectrode et l'acier ayant la composition du lingot initial, en ayant recours à une gamme de températures de réchauffage moins élevée pour le bloc de départ et pour le lingot et en réglant de façon correspondante la consommation d'énergie et le taux de fusion du matériau constituant l'électrode. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode opératoire et à l'exemple décritset représentés,et peut recevoir diverses variantes entrant dans l'esprit et la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de lingots d'acier de grandes dimensions à zone centrale refondue, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: couler un lingot d'acier pour lui donner la forme finale désirée, attendre la solidification du lingot, éliminer un noyau axial comprenant la zone de ségrégation et de retassure au refroidissement sur toute la longueur du lingot coulé afin de former une cavité centrale, faire fondre sous une couche de laitier fondu, à l'intérieur de la cavité centrale à une vitesse contrôlée, une électrode d'acier ayant la même composition que le lingot, en faisant passer un courant électrique à travers l'électrode à l'intérieur de la cavité et à resolidifier le métal de l'electrode fondue à l'intérieur de la cavité à une vitesse contrôlée pour former un lingot qui pré- sente dans la masse l'homogénéité et l'absence de défauts caractéristiques des lingots entièrement refondus 2o Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode en acier est réalisée au-moyen de noyau retiré du lingot. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on enlève le noyau du lingot par défonçage. 4. Procédé selon la revendication t, caractérisé par le fait qu'on enlève le noyau du lingot au moyen d'une foreuse 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait fondre l'électrode dans la cavité du lingot en plaçant celui-ci sur un support conducteur. 6. Procédé selon la revendication I /caractérisé par le fait que l'électrode d'acier est coulée en un métal provenant de la même coulée que le lingot 7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'électrode d'acier est réalisée au moyen d'un lingot obtenu dans la même coulée que le lingot considérés 8. Procédé selon la rbvendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode d'acier est coulée à partir d'un bain fondu ayant la même composition nominale que la coulée ayant servi à réaliser le lingot. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode d'acier est réalisée au moyen d'un bain fondu ayant la même composition nominale que la coulée ayant servi à préparer le lingot considéré.