Brevet FR2445378A1 — publié le 19800725

L'invention cvncerne un procédé pour traiter et éventuellÉ- ment allier des masses d'acier en fusion pendant la coulée. Des procédés connus de retraitement dans la poche de coulée,comme par exemple le balayage par un gaz inerte ou le traitement sous vide, permettent d'obtenir une homogénéisation de la masse en fusion et une séparation des produits de désoxydation non métalliques. Cependant,pendant la coulée qui se déroule ultérieurement l'état de la masse en fusion dans la poche de coulée se modifie de façon incompréhensible par suite d'interactions avec le laitier et le-garnissage réfractaire de la poche de coulée. En outre, lors de la coulée le contact du jet de coulée avec l'air introduit de l'oxygène dans la masse en fusion, ce qui oxyde les impuretés de l'acier et peut faire apparaitre des modifications de la masse en fusion une fois que l'analyse souhaitée de l'acier a été effectuée. Surtout dans le cas de la coulée continue, ltoxydation de l'aluminium dissout sous forme métallique au cours de la coulée provoque des déplacements, qui sont très gênants, des ousertu- res de coulée de la poche de coulée intermédiaire. Ces ouvertures doivent être dégagées en prenant des mesures appropriées, par exemple par brûlage avec de l'oxygène. De ce fait il apparaît une teneur d'oxyde élevée dans l'acier. Ceci conduit, par suite de la détérioration du degré de pureté,à la mise au rebus de 11 acier ou à une dépense en moyens techniques qui est plus importante lors du traitement ultérieur du boudin d'acier.Plusieurs procédés destinés à éliminer ce problème lors de la coulée continue, comme l'utilisation de busettes de coulée immergées de constitution spéciale, éventuellement avec un balayage gazeux ou en protégeant le jet de coulée au moyen d'un gaz de protection, apportent des améliorations mais n'offrent pas une solution. simple, peu coQ- teuse et convenant pour toutes les conditions de fonctionnement, étant donne que -des inclusions gênantes qui existent déjà ne peuvent plus être supprimées. Le traitement au moyen d'alliages contenant du calcium lors de la coulée ou en particulier l'injection de porteurs de calcium dans la poche de coulée pleine permet la transformation de l'oxyde d'aluminium, formé avec l'aluminium lors de le désoxydation, en aluminate de chaux qui possède un bas point de fusion et qui peut facilement être précipité.Cependant la formation d'agrégats d'oxyde d'aluminium par suite de la ré-oxydation de l'aluminium dissout ne peut pat être évitée. La prtsente invention se propose de permettre, grâce à des mesures appropriées, d'agir sur la masse d'acier en fusion pendant la coulée, pour modifier l'oxyde d'aluminium formé après le traitement des poches de coulée et le mettre sous une forme facilement précipitable. Simultanément, une nouvelle formation d'oxyde d'aluminium par suite de la ré-oxydation doit être évitée, et on doit éventuellement créer la possibilité de pouvoir à ce moment effectuer une correction de l'analyse de l'acier. Ce problème est résolu, grâce au procédé de l'invention pour traiter des masses d'acier en fusion pendant la coulée, en ajoutant à l'acier liquide en fusion, après sa sortie de la poche de coulée et à un instant où l'acier possède déjà une température relativement proche du point de solidification, unkalliage de calcium et de silicium, dans une proportion comprise entre 0,3 et 3 kg par tonne d'acier, sous forme de grains fins ou de morceaux, de façon continue et avec une énergie cinétique suffisamment élevée. L'énergie cinétique de l'alliage doit être suffisamment importante pour permettre aux grains d'alliage de pénétrer dans l'acier liquide et éviter que l'alliage se consume sur la surface de la masse en fusion . Ceci est obtenu grâce au fait quel'alliage sous forme de grains est injecté de façon connue dans le jet de coulée ou la masse d'acier en fusion, accéléré vers~l'intérieur ou introduit au niveau de points de mise à disposition pour lesquels on obtient une hauteur de chute suffisamment importante. Dans le cas de la coulée continue, l'alliage peut être ajouté au jet de coulée entre la poche de coulée et la poche de coulée intermédiaire, au niveau du point d'impact du jet ou d'un endroit arbitraire dans la poche de coulée intermédiaire. Dans le cas de la coulée par gravité, l'alliage est ajouté notamment dans le jet de coulée, dans l'entonnoir de coulée ou dans des dispositifs d'alimentation disponibles par ailleurs. L'utilisation d'alliages de calcium et de silicium offre l'avantage, par rapport à d'autres porteurs de calcium qui sont introduits lors du traitement de la poche de coulée, notamment par rapport au carbure de calcium, qu'il apparait, même lorsque l'acier est déversé à une température déjà basse, une décomposition rapide et complète. L'absorption du silicium est totale et peut par conséquent être calculée.Le calcium qui se libère sous forme gazeuse, dont la pression de vapeur est faible, à des températures données de l'acier, immédiatement avant de pénétrer dans le moule ou dans le distributeur (la différence entre la température de l'acier et le point d'ébullition du calcium est comprise entre 100C et au maximum 100 C),peut aussitôt réagir avec l'oxyde d'aluminium et d'autres complexes d'oxydes; la vapeur de calcium entoure le jet de coulée et empêche de ce fait une ré-oxydation. Par conséquent, l'instant où l'on ajoute l'alliage est choisi de manière à correspondre à une température de l'acier très peu supérieure ou relativement proche de son point de solidification. Grâce à l'addition continue, suivant l'invention, d'alliages de calcium et de silicium pendant toute la durée de la coulée, l'action modificatrice du calcium est complètement exploitée. Les aluminates de chaux formés sont complètement éliminés en utilisant un laitier collecteur approprié dans lå poche de coulée intermédiaire. Le danger de formations d'amas d'oxyde d'aluminium (connues sous l'appellation anglo-saxonne "cluster"), qui est responsable de l'obstruction des busettes de coulée, est écarté, De ce fait il n'est plus nécessaire de brûler les busettes de coulée à l'aide d'oxygène; le jet découlée peut être protégé à l'aide d'un tube plongeur entre la poche de coulée intermédiaire et le moule, et une ré-oxydation ne peut absolument pas apparaître à cet endroit. L'amélioration du degré de pureté de l'acier est manifeste.En outre, grâce à l'exothermie lors de la réaction des alliages de calcium et de silicium, il apparaît une augmentation de la température dans le jet de coulée , ceci ainsi que l'élimination des oxydes conduisant à une meilleure fluidité de l'acier. La turbulence, renforcée par l'évaporation du calcium,pro- voque une répartition rapide et homogène du silicium dissout et des autres composantes de l'alliage qui ont été introduits. En outre, le procédé suivant l'invention offre la possibilité de corriger l'analyse de l'acier peu de temps avant la solidification et éventuellement de la régler sur la valeur nécessaire. Les quantités ajoutées d'alliage de calcium et de silicium suivant le procédé de l'invention dépendent de façon déterminante de l'état de désoxydation de la masse d'acier en fusion et de la technique de coulée, et sont comprises entre 0,3 et 3 kg par tonne d'acier, ce qui correspond à 0,1 à 1 kg de calcium par tonne d'acier. Les dimensions des grains de l'alliage sont déterminées principalement par la technologie utilisée pour l'addition étant donné que ceLE-ciinfluencelaprofondeur de pénétration des grains dans la masse d'acier en fusion. Les alliages qui conviennent pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont les alliages de calcium et de silicium possédant une teneur en calcium comprise entre 20 et 40%, une teneur en silicium comprise entre 50 et 60%, et éventuellement jusqu'à 5 d'impuretés apparaissant lors de la fabrication. Les alliages de calcium et de silicium peuvent en outre contenir d'autres métaux ayant un effet désoxydant, comme par exemple du manganèse ou de l'aluminium, dans des proportions allant de 3 à 52 Le procédé suivant l'invention sera mieux compris à l'aide des exemples préférés suivants, qui sont donnés à titre nullement limitatifs. EXEMPLE 1. - A une masse d'acier en fusion de 65 t contenant 0,15% de carbone, 0,25% de silicium et 0,80% de manganèse, on ajoute uniformément dans le jet de coulée, pendant la coulée, environ 1,2 kilo/minute d'alliage de calcium et de silicium. La teneur en oxygène totale comprise entre 190 et 220 ppm à la sortie du jet peut être abaissée jusqu'à 90-130 ppm après addition de l'alliage. EXEMPLE 2. A une masse d'acier en fusion de 65 t contenant environ 0,35% de carbone, 0,30% de silicium et 0,50% de manganèse, on ajoute, dans la cuve réfractaire, au niveau du point d'impact du jet de coulée, environ 2 Kilo/minute d'alliage de silicium et de calcium. Dans ce cas, la teneur en oxygène totale peut être ramenée de 170-200 ppm à 80-110 ppm dans le boudin. EXEMPLE 3. A une masse d'acier en fusion de 85 t contenant environ 0,08 % de carbone, 0,30 % de silicium et 0,30% de manganèse, on ajoute environ 2,5 kilo/minute d'alliage de calcium et de silicium pendant le déversement sur une machine de coulée en continu (brame). La teneur totale en oxygène peut être ramenée des valeurs normalement obtenues de 130-160 ppm) à 70-100 ppm. EXEMPLE 4. A une masse d'acier en fusion de 40t (qualité déformable à froid désoxydée contenant environ 0,10 de carbone), on ajoute dans l'entonnoir de coulée environ 0,5 kg d'alliage de calcium et de silicium par tonne d'acier, pendant la coulée, dans la source de respectivement 4 blocs de 4t. De ce fait, le taux de rebut par suite de la présence de lignes d'oxyde d'aluminium peut être ramené de 10 - 15Yó à 3-5V0. EXEMPLE 5. A une masse d'acier en fusion de 160t qualité grosse tôle désoxydée contenant 0,07% de carbone), on ajoute dans l'entonnoir de coulée environ 0,6 kg d'alliage de calcium et de silicium par tonne d'acier pendant la coulée de brames de 10 t. De ce fait, la formation de lignes d'inclusions, qui est habituellement comprise entre 3 et 5 au-dessus de la ligne théorique de l'Union des-Electrotechniciens, peut être ramenée dans la gamme comprise entre O et 3. En outre, la dépense pour l'ébarbage des brames peut être réduite de 50 à 60%. EXEMPLE 6. A une masse en fusion désoxydée de 160 t contenant environ 0,01 h d'aluminium (au total) d'un acier de construction à grains fins pour des tôles (environ 0t1K' de carbone), on ajoute dans l'entonnoir de coulée environ 1,0 kg d'alliage d'aluminium, de calcium et de silicium (contenant 20% d'aluminium) par tonne d'acier, pendant la coulée de brames ae 10 t. On obtient de ce fait une teneur en aluminium uniforme dans toute la masse en fusion d'environ 0,025X (au total) ainsi qu'une bonne élimination de la formation de lignes d'oxyde d'aluminium. Un rebut dû à des inclusions ou à une mauvaise déformabilité n'a été constaté pour aucune brame. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVEIJDICATIONS- 1.- Procédé pour traiter des masses d'acier en fusion pendant la coulée, caractérisé en ce qu' àracier liquide en fusion, après sa sortie de la poche de coulée, à un instant auquel l'acier possède déjà une température relativement proche du point de solidification, on ajoute de façon continue un alliage de' calcium et de silicium dans une proportion de 0,3 à 3 kg par tonne d'acier, sous la forme de grains fins ou de morceaux, avec une énergie cinétique suffisamment importante pour que cet alliage pénètre dans le jet de coulée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'addition de l'alliage de calcium et de silicium empêche une réoxydation de l'acier dans la partie du jet de coulée située entre la poche de coulée et la poche de coulée intermédiaire ou respectivement le moule. 3.- Procédé selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que l'addition de l'alliage de calcium et de silicium en liaison avec l'utilisation d'un laitier recueillant les produits de réaction empêche le déplacement des ouvertures de coulée de la poche de coulée intermédiaire dans le cas d'une coulée en continu. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, par addition d'un alliage de calcium et de silicium de composition appropriée, il est possible de corriger l'analyse de l'acier peu de temps avant la solidification dans le cas d'une homogénéisation sûre.