Brevet FR2204692A1 — publié le 19740524

La présente invention se rapporte a un procédé de traitement de l'acier en poche. Ce traitement peut être appliqué indifféremment à toute nuance d'acier, doux, demi-dur, ou dur, calme ou non, allié ou non. Il permet, en particulier, d'assurer la mise nuance précise, ou le calmage éventuel des aciers en poche sans compromettre l'état de déphosphoration de ceux-ci à la sortie du four d'affinage. En effet, lorsque les traitements prémentionnés s'effectuent, non pas en cornue, mais en poche, la présence de scorie, constituée de scorie d'affinage entraînée lors de la vidange et, le cas échéant, de scorie de déphosphoration ajoutée en poche, constitue souvent un inconvénient dû au fait que cette couche de scorie, plus ou moins épaisse et plus ou moins denseest une barrière s'opposant au passage des éléments 'addiction surtout lorsque ceux-ci sont légers (aluminium ou carbone, par exemple). On comprend que dans ces conditions, l'efficacité et le rendement de telles additions, qui doivent atteindre le bain métallique, peuvent être ou faibles ou peu économiques. Un autre inconvénient dû à la présence de la scorie sur le bain métallique réside dans la contamination possible du bain, notamment par le phosphore contenu dans cette scorie sous forme de P205. Le problème de la suppression, ou simplement de la diminution de la rephosphoration de l'acier en poche, a déjà fait l'objet de très nombreuses études qui se sont concrétisees par la mise au point de multiples procédés, adaptés suivant les cas à des aciers élaborés à partir de fontes hématites ou phosphoreuses. Toutefois, jusqu'à présent, il ne semble pas que l'on ait trouvé un procédé permettant, quelle que soit la méthode d'élaboration d'un aciers, de le calmer ou de le mettre à nuance sans devoir tolérer une certaine rephosphoration. Cette rephosphoration, comme on le sait, s'effectue à partir de la surface de contact existant entre l'acier coulé dans la poche et la scorie surnageant l'acier. Elle est rendue possible grâce à l'apport dans cette même poche d'agents de désoxydation (réducteurs), ou de mise à nuance (éléments métalliques) qui, mis en contact avec la scorie au moment de leur introduction dans la poche, diminuent l'activité en oxygène de la scorie et libèrent ainsi une partie de son phosphore, lequel migre vers l'acier via la surface de contact acier-scorie. Afin d'empêcher une telle rephosphoration, on a déjà essayé de nombreuses façons d'assurer une séparation réellement complète entre acier et scorie au moment de la vidange. Certains procédés de décantation permettent, il est vrai, de réduire l'entraînement de la scorie, avec l'acier, mais ils présentent alors l'inconvénient de retenir une certaine quantité d'acier dans le four d'affinage, ce qui diminue le rendement en métal de l'opération d'affinage. La présente invention a pour objet un procédé permettant de réaliser notamment des additions d'agents de désoxydation et/ou de mise à nuance dans des conditions d'efficacité et d'économie appréciables, tout en éliminant le risque d'une rephosphoration quelconque du bain. Le procédé de traitement de l'acier liquide, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que, par un moyen approprié, on délimite un certain volume du bain d'acier dans la poche tout en rendant libre de scorie la surface du volume -délimité, en ce que l'on introduit dans ledit volume d'acier au travers de la portion de surface du bain dégagée de scorie la majeure partie et de préférence la totalité d'au moins celles des additions qui, soit sont moins denses que la scorie, soit peuvent réagir avec elle, notamment en réduisant son activité en oxygène, et en ce que lion crée par insufflation d'un gaz à proximité du fond de la poche, simultanément à l'introduction desdites additions, une circulation intense du bain dispersant à travers toute la masse du bain le métal enrichi en additions primitivement contenu dans ledit volume. L'introduction des additions dans le bain se fait de préférence tout simplement en déversant celles-ci à l'état sol-ide et froid sur la portion de surface du bain dégagée de scorie. L'insufflation d'un gaz neutre étant démarrée au plus tard lorsqu'on conence à déverser les additions, ces dernières se mélangent imsédiatement au métal du bain contenu dans le volume délimité, sans donner lieu, si leur quantité est plus importante à une solidification d'une partie du bain. Cette masse enrichie en additions est entrainée en continu au fur et à mesure de sa constitution vers le fond du récipient et se disperse à travers tout le volume du bain.Aussi est-il important que l'insufflation soit démarrée dès le début du traitement, qu'elle se fasse très près du fond du récipient et qu'elle soit suffisamment énergique pour que toute la masse du bain soit touchée par la circulation. Après avoir terminé l'opération d'additions on continue le barbotage de gaz pendant par exemple 1 à 3 minutes pour parfaire l'homogénéisation et pour augmenter la pureté de l'acier, notamment pour réduire le taux des inclusions. De cette façon, toute rephosphoration incontrôlée de l'acier reste exclue, la scorie ne venant pas directement en contact avec des agents susceptibles de diminuer son activité en oxygène et de réduire le P205 qu'elle contient. Suivant l'invention, on rend libre de scorie une portion de la surface du bain d'acier en introduisant dans le bain, au travers de la scorie, un conduit dontl'extrêmité à immerger dans le bain est obturée par une paroi destructible au contact de l'acier. Le conduit est introduit de façon à ce que son extrêmité supérieure reste au-dessus du niveau de la scorie et son extrêmité inférieure se trouve nettement immergée dans le bain d'acier ; le volume intérieur dudit conduit introduit dans le bain délimite la zone assez importante libre de scorie où se passent les réactions entre l'acier et les additions, ces dernières ayant été effectuées à l'intérieur dudit conduit. Les dimensions du conduit sont adaptées à celles du récipient métallurgique contenant le bain à traiter ; il peut être constitué, par exemple, en un matériau métallique recouvert de matière réfractaire. Avantageusement, on utilise un conduit de forme cylindrique obturé, pour la traversée de la couche de scorie, par un fond, par exemple, de tôle de forme conique. Un tel conduit est réutilisable après réparation du revetement réfractaire ou le cas échéant, mise en place d'un nouveau revetement et fixation d'un nouveau conte en tôle. L'introduction de ce conduit dans le bain métallique se trouvant dans la poche crée automatiquement la surface d'acier libre de scorie et délimite simultanément la zone d'acier intéressée par les réactions avec les additions. Ces additions sont déversées dans le conduit et y rencontrent l'acier une fois que le fond du conduit a fondu et que la lance d'insufflation a été introduite à travers le conduit dans le sein du bain et est alimentée en gaz, par exemple, en azote. La profondeur de pénétration du conduit dans l'acier est assez importante et dépasse au moins la mi-hauteur du bain dans la poche. Ceci permet d'une part d'activer le contact entre l'acier et les additions dans la zone délimitée par le conduit, sous l'influence du gaz remontant dans le bain et passant au moins en partie à travers le condut, et d'empecher les additions non ou imparfaitement entrées en solution de remonter directement à l'extérieur de la paroi du conduit et d'entrer en contact avec la scorie confinée sur le pourtour du conduit ; on garantit d'autre part que la masse d'acier enrichie en additions est délivrée profondément dans la poche et se répartit dans un minimum de temps uniformément à travers toute la masse du bain sous l'influence du barbotage qui prend naissance très près du fond de la poche. On parvient ainsi finalement à un bain très bien homogénéisé comme le démontre la dispersion très réduite de l'analyse des lingots indiqués dans l'exemple ci-dessous. Pendant que la masse enrichie en additions à l'intérieur du conduit se répartit à travers le restant du bain initialement non encore entré en contact avec ces additions, un mélange relativement peu important entre l'acier et la scorie devrait bien avoir lieu dans la couche inferieurtde la scorie confinée-sur le pourtour du conduit immergé dans le bain en poche.Toutefois, à ce moment, les additions se trouvent déjà dans un état de grande dilution et une réduction substantielle de P 205 de la scorie surnageante n'est pas à redouter, comme le démontre l'analyse finale sur lingots de l'exemple, suivant laquelle l'augmentation en phosphore ne dépasse guère 0,001-0,002 %, c > est-à-dire, la quantité de phosphore métallique introduite dans le bain avec le ferromanganèse qui titre généralement entre 0,1 et 0,2 t de P. Ainsi, grace à l'exclusion de toute interférence notable de la scorie, on parvient à enregistrer un rendement très élevé et reproductible en éléments d'additions, ce qui explique, également, les fourchettes d'analyse très étroites qui peuvent être enregistrées sur toutes les coulées traitées suivant le procédé de l'invention. Il ne sort pas du domaine de l'invention d'effec tuer tout ou partie du brassage du bain au moyen d'un gaz ou mélange gazeux introduit dans le bain par l'intermédiaire d'un élément poreux, tel qu'une brique disposée judicieusement dans le fond de la poche, éventuellement en combinaison avec un brassage effectué au moyen d'une lance immergée. Exemple 72 tonnes d'acier, obtenu au départ d'une fonte phosphoreuse et titrant 0,040 t C, 0,040b Mn, 0,005 z P, et 0,012 t S, sont contenues dans une poche d'aciérie ayant un diamètre de 2600 n et une hauteur de 2500 n. Environ 2 tonnes de scorie titrant environ 5 8 P205 surnagent l'acier. Le conduit d'un diamètre de 1100 n et d'une hauteur de 1800 ns, dont le fond est obturé par un capuchon conique en tôle est enfoncé dans le bain de sorte que sa profondeur de pénétration est de 1500 n. La tôle fond au cours de ltopération d'inversion du conduit. Une lance d'insufflation avec un orifice de 6 n est ensuite plongée à travers le conduit jusqu'à environ 10 cm du fond de la poche. De l'azote sous une pression de 4-5 kg/cs2 est insufflé dans le bain et provoque un barbotage énergique. A l'intérieur du conduit on déverse sur la surface métallique exempte de scorie dans l'ordre de 70 kg d'Al en grenailles, 470 kg de ferromanganèse solide, 65 kg d'aluminium en grenailles, 15 kg de graphite et finalement encore 470 kg de ferromanganèse solide. On continue le brassage d'homo généisation et de purification du bain encore pendant 3 minutes. Les teneurs extrêmes sur tous les 10 lingots obtenus à partir de l'acier ainsi traité étaient les suivantes PMin 0,006 % PMax 0,007 % MnMin 0,84 MnMax 0,92 tMin 0,139 CMax 0,152 bMin 0,014 SMax 0,015 AlMin 0,051 AlMax 0,070 L'analyse demandée était la suivante C 0,15 Mn 0,85 Al ù,04 - 0,10 REVENDICATIONS 10/ Procédé de traitement de l'acier en poche, c a r a c t é r i s e en ce que par un moyen approprié on délimite un certain volume du bain d'acier dans la poche tout en rendant libre de scorie la surface du volume délimité ; en ce que l'on introduit dans ledit volume d'acier au travers de la portion de surface du bain dégagée de scorie la majeure par tie et de préférence la totalité d'au moins celle des addi tions qui, soit sont moins denses que la scorie, soit peuvent réagir avec elle, notamment en réduisant son activité en oxygène, et en ce que lton crée, par insufflation d'un gaz à proximité du fond de la poche, simultanément à l'introduction desdites additions, une circulation intense du bain de façon à travers toute la masse du bain le métal enrichi en addi tions primitivement contenu dans ledit volume. 2 / Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que ladite portion de la surface supérieure du bain d'acier est rendue libre de scorie en introduisant dans le bain, au travers de la scorie, un conduit dont l'extremité à immerger dans le bain est obturée par une paroi destructible au contact de l'acier, ledit conduit étant introduit de façon à ce que sont extr^emitE supérieure reste au-dessus du niveau de la scorie et son extrêmité inférieure se trouve nettement immergée dans le bain d'acier, et en ce que les additions sont effectuées à l'intérieur dudit conduit. 30/ Procédé suivant la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que l'on fait usage d'un conduit de forme sensiblement cylindrique, obturé à son extrêmité inférieure par un fond de forme conique. 40/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 2 ou 3, prises isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le con duit a une longueur -telle qu'il pénétre au moins jusqu'à l'intérieur de la moitié inférieure du bain dans la poche. 50/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2,3, 4 prises isolément, c a r a c t é r i s é en ce que les additions sont déversées à l'état solide et froid sur la por tion de surface du bain dégagée de scorie. 60/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 3; 4, 5 prises isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le gaz insufflé au voisinage immédiat du fond de la poche est un gaz neutre ou inerte. 70/ Procédé suivant la revendication 6, c a r a c t é r i s é par le fait que l'insufflation est réalisée au moins partiel lement au moyen d'une lance de préférence passant dans le conduit 80/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 6 ou 7, prises isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que l'insufflation est risée au moins partiellement au moyen d'un élément poreux. 90/ Procédé suivant l'une l'autre des revendications 6, 7, 8 prises isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'insuf flation de gaz est démarrée au plus tard lorsqu'on commence à déverser les additions. n / Procédé suivant Ï1une ou l'autre des revendications 6, 7, 8, 9, prises isolément, c a r a c t é r i s é en ce qu'on continue le barbotage de gaz après avoir terminé l'opération d'addition.