Brevet FR2396087A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le raffinage de masses fondues à base de fer à l'extérieur d'un four, pour lesquels on utilise un chauffage à courant continu et un brassage au gaz du bain de fusion. On connait des procédésde raffinage de l'acier à ltextérieur du four dans lesquels la mise sous vide de la poche de coulée s'effectue en combinaison avec un chauffage par arc électrique à courant alternatif (par application de procédésconnussous les dénominations commerciales de "AS EA-SKF", procédé Finkle ou analogue), sous agitation simultanée au gaz ou à l'aide d'un électro-aimant, de la matière en fusion à l'intérieur de la poche de coulée. On a déjà mis au point une variante des procédés précités en utilisant un chauffage par induction, ce procédé étant connu sous la dénomination de "procédé ITn. Un inconvénient important de ce procédé réside dans la séparation des processus de dégazage sous vide, de chauffage par arc électrique et de désulfuration qui s'effectuent dans des phases opératoires indépendantes les unes des autres et entrainent un allongement du cycle de production. Les dispositifs qui utilisent des systèmes de mise sous vide en combinaison avec des systèmes de chauffage du métal par arc électrique à courant alternatif ou d'autres systèmes dans la poche de coulée, sont caractérisés par deux ou plusieurs étages successifs du système de mise sous vide ou de chauffage, chaque étage étant muni d'un appareil correspondant pour assurer l'agitation ou le brassage de la matière en fusion. L'ütilisation simultanée ou successive de disposi tilde chauffage sous vide ou à arc électrique et courant alternatif entraine une plus grande complexité de construction du couvercle ou de la partie supérieure de la chambre à vide et est liée à une usure plus rapide des revetements intérieurs ainsi qu'à une plus grande dépense pour les électrodes. Le but de la présente invention est donc de créer un procédé et un dispositif pour le raffinage de masses fondues à base de ier au cours duquel le dégazage, la désoxydation, l'alliage, l'homogénéisation en fonction de la composition et de la température ainsi que la dé- sulfuration sont exécutés en un seul cycle de travail. Conformément à l'invention, ce but est obtenu par le fait que la masse fondue non traitée est déversée dans une poche de réaction dans laquelle on procède aux opérations de raffinage du bain : chauffage à courant continu, dégazage électro-chimique et traitement de la masse fondue; agitation avec utilisation d'un gaz inerte qui est amené par un ou plusieurs bouchons poreux; nain- tien àune pression partielle minimale de 02, N2 et C02 dans I'atmosph8re de la poche de réaction par insufflation d'un gaz inerte (Ar ou N2) ou par la création d'une dépression obtenue à l'aide d'un système d'évacuation; correction de la proposition chimique et de la désoxydation par addition des quantités nécessairesd'alliagesSerreux et d'agentsde désoxydation ; traitement au moyen de scories synthétiques ou d'autres alliages pour obtenir la désulfuration de la masse fondue; insufflation d'oxygène par le couvercle ou d'un mélange d'oxygène et de gaz inertepar le fond si l'on veut obtenir une décarburation profonde de la fonte, prélèvement d'échantillons et mesure de la température du bain de fusion. L'utilisation d'un chauffage par arc électrique à courant continu assure le déroulement de certaines réactions de raffinage électro-chimiquestellesque la déshydrogénation électro-chimique, la désulfuration ou analogue, parallèlement au chauffage. L'amenée d'azote par l'une des électrodes assure le déroulement intense de la nitruration de la nasse fondue. Le dispositif au moyen duquel on réalise le procédé conforme à J!invention, est formé d'une poche de réaction dans le fond duquel sont prévus des orifices permettant de monter des bouchons poreux réfractaires permettant d'insuffler les gaz, et servant à vider la poche. La poche est munie d'un couvercle mobile qui obture de manière étanche l'enceinte du four au moyen de systèmes de d'obturation en sable ou de systèmes d'obturation d'un autre type. Dans ce couvercle qui comprend un revêtement, on fait passer les électrodes de graphite, à savoir les cathodes elles anodes. Il existe également une possibilité d'introduire les anodes dans le métal en fusion par le corps de la poche. Dans le couvercle précité, on fait passer une buse ou un tube pour permettre l'amenée de gaz inerte ou de gaz d'oxydation et en vis-à-vis du tube d'amenée de gazon a monté à l'extérieur de la poche, une trémie pour l'alimentation en alliage ferreux. Ce dispositif est simple et permet d'exécuter simultanément les opérations technologiques nécessaires et d'atteindre les résultats de traitements souhaités. On dispose ainsi d'une grande souplesse d'exécution d'une large paletted'opérations technologiques tellesque la désoxydation, le dégazage, la désulfuration, l'alliage, la nitruration ou analogue. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre et' d'un dessin schématique annexés donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation et dans lequel - la figure unique illustre le dispositif servant à l'exécutiôn du procédé suivant l'invention. La poche contenant le métal est transportée en dessous du couvercle 13 sur des guidages 8 et ensuite dans le volume libre délimité par la surface du métal 9 ou des scories 10 et le couvercle 10, on fait pénétrer un gaz inertepar le tube 5 pour former une atmosphère neutre, une autre possibilité consistant à créer la dépression nécessaire dans ledit volume au moyen de pompes à vide. Deux ou trois minutes plus tard, on procède à l'allumage de l'arc électrique qui brAle entre la cathode 2 et le métal 9 ou les scories 10.La puissance de l'arc électrique est réglé automatiquement, toutefois de telle façon que l'on dispose en toute sécurité de la densité de courant nécessaire au déroulement des réactions électrochimiques et du courant de chaleur nécessaire au chauffage du métal à la température voulue ainsi qu'à la compensation des pertes de chaleur provoquées par l'insufflation dans le métald'argon ou d'azote parallèlement à l'allumage de l'arc électrique. La quantité de gaz inerte qui est introduite par les bouchons poreux varient entre 0,05 et 0,6 Nm3/t, la durée de l'insufflation ou du traitement de même que la quantité de gaz insufflé dépendant bien entendu de la composition de la masse fondue et de la concentrationfinale de gaz voulue. Pendant le traitement, on alimente par la trémie Il ou par insufflation avec un gaz inerte, dans le tube 5, des mélanges de désulfuration, de désoxydation ou d'alliage. En réglant l'écartement entre les électrodes et le bain, on peut modifier la polarité du bain liquide en fonction des exigences imposées à l'exécution d'une réaction électrochimique déterminée. 10 à 15 minutes avant l'achèvement de la préparation du métal, on introduit par la trémie 11 les alliages ferreux pour corriger la composition, on relève la température et après précision de la composition de correction, on considère que toutes les opérations de préparation du métal sont achevées. Pour le traitement d'acier inoxydable à forte teneur en chrome, il est possible d'insuffler un mélange d'oxygène et d'argon par les bouchons poreux 6 ou d'ajouter de l'oxygène par une lance immergée, au lieu de faire pénétrer un gaz de protection par le tube 5, cette addition s'effectuant parallblement à l'insufflation de gaz inerte par le fond de la poche. La durée et la puissance du courant de chaleur nécessaire amont réglés au moyen d'un système automatique précis suivant un programme de commande établi au préalable pour chaque coulée, des corrections dynamiques étant apportées au programme après relèvement de -la température et prélèvement des échantillons destinés à l'analyse. Lorsque la masse fondue de métal doit être mélangée à de l'azote ou à un autre fluide, on introduit par les alésages 14 et 15 de la cathode 2 ou de l'anode 3 la quantité nécessaire de fluide à mélanger. Le dispositif est formé de la poche 1 pour la préparation et le coulage du métal, au fond de laquelle en plus de 11 orifice servant à l'évacuation du métal, on a prévu un bouchon poreux 6 pour l'insufflation de gaz inerte. Sur le coté, on a disposé sous un certain angle ou avec une orientation radiale, une ou plusieurs anodes 4 refroidies à l'eau qui sont prévues pour guider le polie positif jusqu'à la masse de métal en fusion. La poche de réaction est surmontée d'un couvercle réfractaire 13 qui est rendu étanche par rapport à ladite poche, au moyen d'un système d'obturation en sable ou d'un autre type assurant l'étancheité nécessaire à la chambre de travail.Le long de l'axe d'incurvation, on a prévu un orifice par lequel on introduit une cathode 2 en graphite ou en métal. Sur le cOté de cette cathode, parallèlement ou suivant une position angulaire donnée, on a prévu un orifice pour l'introduction d'une anode 3 en graphite ou en métal. A un écartement qui est inférieur à la moitié du rayon, on a prévu un orifice pour l'introduction de gaz inerteou pour l'assemblage par bride permettant la connection d'un système servant à former le vide. Sur un côté du couvercle, on a prévu un orifice 17 par lequel, à l'aide de la trémie, on introduit les alliages ferreux. Au cours du-fonctionnement, le pôle positif est amené par l'une des anodes 3 ou 4. Si l'on désire mélanger du gaz ou métal en fusion, on insuffle des gaz par les alésages 14 et 15 de la cathode 2 ou des anodes 3 alimentées par une source de courant continu 16. 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 suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS -. -.-. -. .. -. -. -. -. -. - 1. - Procédé de raffinage de massesfondu à base de fer par chauffage et brassage dans une poche de réaction, caractérisé en ce que le chauffage est un chauffage à courant continu-qui est accompagné d'un dégazage et d'une désulfuration électro-chimique, la préparation de la masse de fer en fusion pour obtenir les paramètres prédéterminés s'effectuant simultanément. 2. - Procédé de raffinage de massesfonduesà base de fer au moyen d'un chauffage et d'un brassage dans une poche de réaction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la préparation de la masse de fer en fusion pour obtenir les paramètres prédéterminés comprend la décarburation, la désoxydation et l'alliage, ces opérations s'effectuant sous une atmosphère contrôlable en fonction de la composition et de la pression. 3. - Procédé de raffinage de massesfonduesà base de fer par chauffage et brassage dans une poche de réaction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de la préparation de la masse de fer en fusion, on réalise une nitruration à l'aide d'azote gazeuse insufflée par l'une des électrodes. 4. - Dispositif de raffinage de massesfonduesà base de fer pour ltexécution du procédé selon la revendication 1, comprenant une poche de réactionrmnie d'un couvercle présentant des orifices pour les électrodes, un orifice pour les matières dures, un orifice pour l'alimentation de gaz ou pour former le vide, et comprenant également au fond de ladite poche, des orifices pour ltévacuation de la masse en fusion et le brassage au gaz, caractérisé en ce que les électrodes sont reliées à une sone de courant continu, une ou plusieurs desdites électrodes étant plongées dans la masse en fusion tandis que les autres sont situées à l'extérieur de cette dernière. 5. - Dispositif pour le raffinage de masses fondues à base de fer selon la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes sont percées d'un canal dans leur direction longitudinale.