Brevet FR2425903A1 — publié le 19791214

La presente invention a trait à l'élaboration des métaux, notamment de l'acier, et concerne plus particulièrement les opérations de mise à la nuance consistant à incorporer au métal liquide des éléments d'addition. On sait qu'en général l'opération d'affinage ne conduit pas à un bain d'acier directement utilisable et qu'il est nécessaire, par des additions de correction, d'ajuster à l'analyse désirée la teneur en éléments d'alliages. Ces derniers peuvent être de natures diverses, et parmi les plus couramment utilises on peut citer le silicium, le nickel, le chrome, le molybdène, le vanadium, le plomb, le titane, le niobium, etc... qui sont incorporés à l'acier sous forme de ferro-alliages et l'aluminium généralement ajouté à l'état pur. I1 est connu que de telles additions peuvent être effectuées à un moment quelconque au cours des étapes d'élaboration du métal liquide, par exemple dans le réacteur d'affinage lui-même ou plus généralement en aval de celui-ci, dans la mesure ou il est possible d'assurer, par exemple par un brassage efficace du métal, une homogénéité suffisante du mélange formé par ce dernier, les éléments d'addition et les produits de réaction. Pour cette raison, la pratique habituelle consiste à faire ces additions dans la poche servant au transfert du métal depuis le réacteur d'affinage jusqu'à l'installation de coulée. On sait cependant que certaines additions peuvent être éliminées du bain métallique par réaction chimique, par exemple avec l'oxygène de l'atmosphère, avant que le metal ne pénètre dans la lingotière. On sait également que certaines additions peuvent affecter la coulabilité du métal et entrainer de ce fait des difficultés lors des opérations de coulée en lingotière. On comprend dès lors l'intérêt de pouvoir opérer ces additions au moment de l'étape ultime de l'élaboration du métal liquide avant sa solidification, c'est-à-dire en lingotière. Le but de la présente invention est précisemment d'apporter une solution permettant d'effectuer des additions d'éléments d'alliage lorsque le métal liquide est coulé en lingotiere. A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'addition d'éléments d'alliage dans de l'acier liquide, caractérisée en ce que - l'acier est coulé en continu, - on introduit les éléments d'alliage dans la lingotière de coulée continue au cours des opérations de coulée, - on soumet le bain métallique en lingotiere à un mouvement de rotation autour de l'axe de coulée au moyen d'un champ magnétique tournant autour dudit axe. De préférence les éléments d'alliage sont introduits dans le jet de coulée alimentant la lingotière en métal liquide. Conformément à une realisation de l'invention, le champ magnétique est produit par un inducteur statique polyphasé entourant le produit coulé et placé dans le corps de la lingotière. Comme on l'aura déjà compris, la présente invention consiste en une nouvelle utilisation du procedé connu de coulée continue centrifuge eiectromagné- tique, porté récemment à la connaissance du public sous la dénomination "Magné- togyr", et selon lequel le métal liquide est mis en rotation en lingotière autour de l'axe de coulee au moyen d'un champ magnétique orienté perpendiculairement audit axe et tournant autour. Ce champ est créê par un inducteur statique polyphasé disposé dans le corps de la lingotière. Un tel procéde est decrit notamment dans les brevets français n" 2.315.344, nO 2.329.282 et nO 2.335.285 au nom du demandeur. Dans ces applications connues et decrites dans les documents précites, le procedé "Magnetogyr" est mis en oeuvre en vue d'améliorer la qualité des demiproduits obtenus, notamment en ce qui concerne leur propreté inclusionnaire interne. Sous l'effet de la rotation, les inclusions, par différence de densité avec l'acier, se concentrent en effet dans la zone axiale du métal liquide en lingotière, favorisant ainsi leur élimination par décantation naturelle en surface où elles sont retirées par l'opérateur de coulée selon la pratique de perchage habituel le. La présente invention repose- sur la constatation, faite par le demandeur au cours de ses recherches, que le mouvement de rotation engendré par le champ magnétique n'est pas seulement un moyen pour rassembler dans la zone axiale du produit des particules plus ou moins réparties dans le bain métallique, en l'occurence des inclusions d'oxydes, mais au contraire, peut constituer un moyen de dispersion d'une substance introduite localement en lingotière Le succès de cette opération est conditionné par la propriété de la substance à pouvoir se dissoudre dans le métal en fusion ou, tout au moins, y demeurer sous forme de particules de tailles très faibles, ne dépassant pas environ 30 microns de diamètre. Or, les éléments d'alliage couramment utilisés répondent nécessairement à de telles conditions.Il se peut, et cela se vérifie en général, qu'une partie de la substance introduite forme au contact du bain des produits de réactions insolubles, tels que des oxydes, carbonates, etc... Ces produits se présentent alors sous forme de particules en suspension dans le bain. La rotation de ce dernier a alors un effet sélectif sur ces particules en fonction de leur taille. Tant que celle-ci demeure inferieureau seuil évoqué précédemment, l'agitation du bain les disperse. Si le seuil est franchi, l'effet de la centrifugation devient-prépondérant et l'on retrouve les résultats spécifiques du procédé Magnètogyr, à savoir le rassemblement de ces grosses particules dans la partie axiale du produit. Un bon exemple est donné par l'aluminium. Lorsqu'on introduit une certaine quantité d'aluminium dans un bain d'acier, conformément aux lois sur les équilibres chimiques, une partie se dissout et le reste forme des inclusions d'alumine. La rotation du bain accélère la dissolution et favorise l'homogénéisation de la partie dissoute dans le métal. Elle disperse les inclusions les plus petites (et qui sont les moins gênantes) et rassemble les plus grosses, c'est-àdire celles qui détériorent la qualité du produit obtenu, dans la zone centrale du bain où elles décantent plus facilement. Il apparaît donc que l'invention procure simultanément deux résultats bénéfiques, à savoir la dispersion des éléments utiles, ou des moins préjudiciables d'une part, et favorise 1 'élimination des éléments les plus nuisibles d'autre part. En principe l'effet recherché est obtenu indépendamment de la nature des éléments d'alliage, de leur présentation ou de leur mode d'introduction en lingotière. Ils peuvent, par exemple, se présenter sous forme de particules divisées versées en lingotière à partir d'un distributeur debouchant au-dessus de la surface=libre du métal, ou sous forme d'un fil d'acier fourré en éléments d'alliages et distribue en lingotière par un dispositif dérouleur de type bien connu. Par ailleurs, le résultat peut être amélioré en introduisant les éléments directement dans le jet de coulée, lequel' constitue à cet égard un moyen de dispersion supplémentaire en favorisant leur pénétration en profondeur dans le métal liquide. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparai- tront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence à la figure unique annexée sur laquelle on a représenté la partie haute d'une installation de coulée continue centrifuge électromagnétique de barres d'acier équipée de moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. On a désigné en 1 un répartiteur contenant un bain d'acier en fusion et présentant un orifice de coulée 2 ménagé au travers du fond et défini par une busette 3. Le répartiteur alimente de façon continue, par un jet de coulée vertical et décentré 4, une lingotiere de coulée continue 5, à la base de laquelle est retirée, également de façon continue, une barre 6 partiellement solidifiee. Selon une technologie bien connue, la lingotière 5 est constitué d'un caisson à double paroi présentant une chemise tubulaire interne 7 qui définit avec la cloison intérieure 8 de la lingotière un espace annulaire 9 pour la circulation de l'eau de refroidissement. Une paroi étanche 10 sépare le caisson en deux chambres superposées 11 et 12 présentant chacune une ouverture, respectivement 13 et 14. L'eau de refroidissement pénètre par l'ouverture 13 dans la chambre inferieure 11, remonte dans l'espace annulaire 9, inonde la chambre supérieure 12, de laquelle elle est évacuée par l'ouverture 14. Comme on le voit la chambre supérieure 12 est occupée par un inducteur électromagné- tique statique 15. Cet inducteur est constitué de plusieurs bobines équipées intérieurement d'un noyau magnétique et qui se distribuent régulièrement autour de la cloison intérieure 8.L'inducteur est relié à une alimentation électrique triphasée, non représentée, de manière appropriée (et bien connue) à créer un champ magnétique uniforme orienté perpendiculairement à l'axe de coulée repré senié en 15 et tournant autour dudit axe avec une vitesse angulaire réglable en fonction de la fréquence du courant électrique alimentant les bobines. Ce qui vient d'être dit fait déjà partie de l'état de la technique dans le domaine considére et on pourra trouver, si on le désire, de plus amples détails en se reportant par exemple à la demande de brevet français n" 75/ 20.225. Sous l'action du champ magnétique tournant, le métal liquide 17 contenu dans la lingotière est soumis à un mouvement de rotation autour de l'axe de coulée 16 dans le sens de rotation du champ. On va maintenant decrire les moyens mis en oeuvre pour introduire des éléments d'addition en lingotière. Les éléments d'addition en question sont constitués dans l'exemple décrit par un fil d'aluminium 18. Les moyens d'introduction sont designés par la référence générale 19. Ces moyens sont constitués par une bobine 20 se déroulant dans un conduit 21 grâce à une poulie de guidage 22 et un cabestan 23 entraîné par un moteur 24. Comme on le voit l'extrêmite du tub guide 21 est orienté en direction du jet de coulée 4 de maniere que le fil 18 débouche dans ce dernier. Bien entendu le déroulement de la bobine 20 est asservi à la vitesse de fusion de la partie terminale du fil 18 immerge dans le jet d:acier 4. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau de valeurs donné cidessous. Les colonnes indiquent l'endroit où l'analyse a été effectuée sur la barre d'acier obtenue. La partie supérieure est relative à des essais effectués sans mise en rotation du métal et constitue donc une référence. La partie inférieure reflète l'effet procuré par la mise en oeuvre de l'invention. Dans chaque cas les résultats sont indiqués par un couple de valeurs. La valeur supérieure exprime la teneur en aluminium total, la valeur inférieure, la teneur en aluminium insoluble, c'est-à-dire sous forme d'inclusions non métalliques. Ces valeurs sont des pourcentages en poids. Centre Mi-rayon Périphérie I Sans rotation du 0,020 0,017 0,019 métal (référence) 0,009 0,005 0,004 0,015 Avec rotation 0,015 0,015 0,015 du métal 0,004 0,004 0,004 L'observation du tableau fait clairement apparaître l'effet bénéfique apporté par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit mais s 'étend à toute autre réalisation équivalente. On peut en effet tout aussi bien orienter différemment le tube guide 21 de maniere à introduire le fil 18 directement dans le métal en lingotière. Par ailleurs, le lieu d'introduction peut être localisé n'importe ou en lingotière, avec une préférence toutefois pour l'injection périphérique, c'est -dire au voisinage de la paroi interne de la lingotière car, on le comprend bien, c'est à cet endroit que la vitesse linéaire de rotation, donc l'agitation, est la plus forte. REVENDICATIONS I - Procédé d'addition d'éléments d'alliage dans l'acier liquide carac térise en ce que - l'acier liquide est coulé en continu, - on introduit des éléments d'alliage dans la lingotière de coulée continue, - on soumet le bain métallique en lingotière à un mouvement de rotation autour de l'axe de coulée au moyen d'un champ magnétique tournant autour dudit axe. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments d'alliage se présentent sous forme de produits divisés. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments d'alliage se presentent sous forme de produits filiformes. 4 - Procédé selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que l'on introduit les éléments d'alliage dans le jet de coulée 5 - Procédé selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que l'on introduit les éléments d'alliages au voisinage de la paroi interne de la lin gotière. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que le champ magnétique tournant est produit par un inducteur statique polyphasé de type habituel place dans le corps de la lingotière 7 - Demi-produit sidérurgique obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes