Brevet FR2352065A1 — publié le 19771216

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'addition de-plomb dans un bain d'acier liquide, en vue de l'obtention d'aciers de décolletage ou d'aciers fins de construction. On a longtemps considér6-que le plomb était totalement insoluble dans l'acier liquide, les essais en ce sens s'étant révélés décevants. On a cependant pu établir, depuis un certain temps que le plomb présente en réalité une faible miscibilité dans l'acier liquide, raison d'une teneur comprise entre O et 0,17% environ. Au-delA de cette teneur, on observe des rejets de plomb par l'acier. On sait également que l'addition de plomb dans l'acier présente un intéret certain pour deux catégories d'aciers principalement: les aciers de décolletage, et les aciers fins de construction, au carbone (Norme AFNOR XC) ou alliés. Les aciers de décolletage sont destinés aux pièces dites "de forme" c' est--direqui ne ne subissent pas d'efforts mécaniques en service, par exemple les bouchons des carters dans les automobiles. On demande ce type d'acier une grande aptitude à l'usinage par décolletage, ses caractéristiques mécaniques pouvant par contre être réduites. En revanche, les aciers fins de construction doivent d'abord présenter des caractéristiques de résistance mécanique élevées, leur aptitude au décolletage une vitesse de coupe élevée étant corrélativement plus faible. On a constaté également que l'addition de soufre a l'acier liquide å une faible teneur améliore sensiblement l'aptitude à l'usinage des aciers fins de construction. Malheureusement, le soufre entraîne une altération très rapide des caractéristiques mécaniques de l'acier. L'addition de plomb dans l'acier favorise considérablement le décolletage. Ainsi, alors qu'un acier au carbone ordinaire travaillé au tour forme des copeaux très longs et ne peut être travaillé à haute vitesse de coupe, on peut atteindre des vitesses de coupe élevées (par exemple 120 mètres/mn) avec des aciers au soufre et au plomb, et réduire considérablement la longueur des copeaux formés. Une amélioration est également atteinte avec des injections de soufre à très faible teneur, avec cependant le grave inconvénient signalé plus haut. C'est pourquoi on doit se limiter à des teneurs en soufre très basses - de 70 à 80 pour 1000 environ -, dans les aciers fins et alliés et on cherche à compléter par des additions de plomb les avantages obtenus par dopage de l'acier au soufre. En effet, on constate que Si le plomb est régulièrement réparti dans l'acier, les propriétés dites de "travers" de celui-ci, par exemple la résilience, ne sont pas altérées, l'acier n'est pas fragilisé et sa résistance mécanique est conservée pratiquement sans changement. Malheureusement, aucune des techniques connues utilisées jusqu'a présent ne permet de réaliser une homogénéisation suffisante du plomb dans le bain de métal, en évitant l'oxydation du plomb, de sorte qu'on observe des alignements de plomb et d'inclusions de plomb oxydé dans les matrices ferritiques. Ces alignements de plomb peuvent avoir des conséquences catastrophiques lorsqu'il s'agit d'usiner les lingots d'acier obtenus, qu'ils rendent pratiquement inutilisables. Un procédé connu consiste- injecter de la grenaille de plomb par un tuyau dans l'acier liquide au moment de sa coulée en source. Outre l'inconvénient précité, ce procédé présente un certain danger pour le personnel appelé à exécuter cette opération: on relève en effet parmi celuici des cas de saturnisme, c'est-a-dire d'empoisonnement du sang par le plomb. L'invention a pour but de réaliser l'addition de grenaille de plomb dans un bain d'acier liquide, de manière notamment à obtetenir une répartition uniforme du plomb dans le métal fondu. A A cet effet, le procédé aonforme à l'invention consiste à introduire le plomb sous la surface d'un bain d'acier en poche et à homogénéiser la répartition du plomb dans l'ensemble du bain en brassant celuixci par injection d'un gaz neutre chimiquement. Celui-ci, de préférence l'argon, injecté dans le bain d'acier à un débit convenable, assure la répartition et l'homogénéisation du plomb introduit dans le bain. Suivant une particularité importante de l'invention, on aspire l'atmosphare située au-dessus de la surface du bain pour évacuer les vapeurs de plomb oxydé. Ceci permet d'écarter pratiquement tout risque de saturnisme au moment de l'introduction du plomb dans le métal, et améliore donc notablement la sécurité de l'opération. Le dispositif conforme à l'invention, destiné à la mise en oeuvre du procédé précité, comporte une poche de coulée destinée à recevoir un bain d'acier liquide, et il est caractérisé en ce que la poche est coiffée par une cloche percée axialement d'une ouverture pour le passage d'un tube d'acier contenant la quantité de plomb à ajouter au bain, et en ce que la paroi de la poche est traversée par une canalisation d'amenée d'un gaz neutre pour le brassage du bain. Cette canalisation débouche de préférence au travers du fond de la poche, de manière 2 brasser plus complètement l'ensemble du bain, la cloche coiffant la poche empêchant par ailleurs que les vapeurs ae plomb oxydé ne se répandent dans l'atmosphère environnant la poche. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, on a représenté un mode de réalisation du procédé et du dispositif suivant l'invention. Un bain d'acier liquide 1 est contenu dans une poche de coulée 2 comportant un manteau extérieur 3 qloi enveloppe un garnissage réfractaire intérieur 4. Le fond 5 de la poche 2 est traversé par une canalisation 6 par laquelle on peut injecter dans le bain 1 un gaz neutre, de préférence l'argon. La poche 2 est coiffée par une cloche conique 7 dont le sommet présente une ouverture dans laquelle est engagé un entonnoir 8 traversé par un tube en acier 9 suspendu à un crochet de levage 10. Un tuyau coudé 11 débouche à l'inte- rieur de la cloche 7 au voisinage de son sommet, son extré- mite opposée communiquant avec une hotte d'aspiration non représentée. L'extrémité inférieure du tube 9 est fermée par soudage, la quantité de grenaille de plomb 12 correspondant à la teneur en plomb recherché dans le bain 1 étant plaie a l'intérieur du tube 9. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre de la façon suivante. Après avoir mis en route l'injection d'argon dans le bain par la canalisation 6 à un débit convenable, on descend le tube 9 chargé de plomb dans l'entonnoir 8, et on plonge sa partie terminale inférieure dans le bain, nettement au-dessous de la surface 13 de ce dernier comme on le voit sur la figure. L'extrémité 14 du tube 9 fond au contact du métal fondu dont la température est située entre 1550 C et 1700 C environ. Le plomb 12 déposé au-dessous de la surface 13 du bain est mélangé à l'acier par le brassage de l'argon. Le plomb est ainsi protégé contre l'oxydation avant son introduction dans le bain, et on constate que l'on obtient une excellente homogénéisation du plomb dans l'ensemble du bain 1. Il en résulte que les alignements et inclusions de plomb qui se produisaient dans les lingots d'acier avec les procédés connus sont supprimés. L'aptitude à l'usinage des aciers de décolletage et des aciers fins de construction au carbone (xc) ou alliés sont de ce fait considérablement augmentés. En particulier, on peut procéder au décolletage à une vitesse de coupe largement supérieure avec les aciers dopés au soufre. Dans le cas des aciers de décolletage, on conserve l'injection de soufre avec éventuellement une légère diminution de sa teneur, celle-ci étant de l'ordre de 0,3o8. Dans le cas des aciers fins de construction précités, l'application du procède suivant l'invention permet, soit de supprimer l'injection de soufre, soit de la conserver selon les caractéristiques particulières de l'acier demandées par l'utilisateur. L'atmosphère située entre la cloche 7 et la surface 13 du bain 1 contient des vapeurs de plomb oxydé qui sont aspirées dans la hotte par le tuyau 11. Cette aspiration présente l'avantage d'éliminer le plomb de l'atmosphère environnant la poche 2, ce qui écarte les risques de saturnisme et améliore par conséquent très sensiblement la sécurité de l'opération. L'addition d'un laitier fusible au bain 1 limite les pertes de plomb. Quand ce dernier arrive en surface pendant le brassage du bain, il se vaporise, s' oxyde et est éliminé par aspiration dans le tuyau 11. On constate en revanche que le plomb liquide, qui reste mélange à l'acier n'est pas oxydé, et qu'il ne se décante pas par rapport à l'acier, sous réserve évidemment de ne pas dépasser la teneur maximum admissible au-deld de laquelle on n'obtient plus de miscibilité entre le plomb et l'acier. Ce résultat est obtenu grâce au brassage de l'ensemble du bain par le gaz neutre qui assure une répartition régulière du plomb. Le procédé et le dispositif selon l'invention présentent encore un autre avantage technique: grâce sa diffusion réglière dans llensemble du bain, le plomb devient dosable dans l'acier par spectrométrie, alors que la diffusion irrégulière et les inclusions de plomb survenant avec les procédés antérieurs n'autorisaient que desdosages chimiques aléatoires. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et peut comporter des variantes d'exécution. On peut par exemple éventuellement envisager l'injection dans le bain d'un autre gaz neutre approprié, et introduire celui-ci à un autre endroit de la paroi de la poche que celui représente au dessin. Au lieu d'introduire le plomb dans le bain par un tube, on peut-également le placer dans une boite métallique qu'on lance dans le bain et qui s'ouvre sous la surface de celui-ci. Tout autre moyen approprié peut également être utilisé pour introduire le plomb dans le bain. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'addition de plomb dans un bain d'acier liquide en vue de l'obtention d'aciers de décolletage ou d'aciers fins de construction, caractérisé en ce qu'on introduit le plomb sous la surface d'un bain d'acier en poche, et en ce qu'on homogénéise la répartition du plomb dans l'ensemble du bain en brassant celui-ci par injection d'un gaz neutre chimiquement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz neutre est l'argon. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on aspire l'atmosphère située au-dessus de la surface du bain pour évacuer les vapeurs de plomb oxydé: 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une poche de coulée destinée à recevoir un bain d'acier liquide, caractérisé en ce que la poche ést coiffée par une cloche percée axialement d'une ouverture pour le passage d'un tube d'acier contenant la quantité de plomb à ajouter au bain, et en ce que la paroi de la poche est traversée par une canalisation d'amenée de gaz neutre pour le brassage du bain. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la canalisation d'injection du gaz neutre traverse le fond de la poche. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend un tuyau débouchant à l'intérieur de la cloche relié à une hotte d'aspiration des vapeurs contenues à l'intérieur de la cloche.