Brevet FR2480785A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour traiter de l'acier en fusion, par exemple pour régler la composition de l'acier fondu et pour assurer son dégazage sous vide. Plus particulièrement,l'invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour améliorer le rendement de traitement d'acier en fusion en faisant circuler ou passer alternativement de l'acier en fusion dans au moins un tuyau entre une poche et un récipient de traitement, et en soumettant l'acier fondu à un réglage de composition et/ou à un dégazage dans le récipient de traitement. A l'heure actuelle, on utilise généralement les procédés RH ou DH pour effectuer un dégazage ou un réglage de com- position de l'acier en fusion. Sur la figure 1, on a représenté un appareil pour la mise en pratique du procédé RH. Un procédé de traitement utili- sant l'appareil de la figure 1 sera expliqué dans la suite. On a désigné respectivement par 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 une poche, un récipient mélangeur, une colonne montante d'a- cier fondu, une colonne descendante d'acier fondu, un tuyau d'alimentation en gaz inerte (généralement de l'argon), un conduit d'établissement de vide et un récipient contenant des éléments d'alliage.On a désigné respectivement par A et B l'acier fondu et les éléments d'alliage. Lors de la mise en pratique du procédé faisant intervenir l'appareil de la figure 1, le récipient mélangeur 2 est placé au-dessus de la poche 1 et la colonne montante 3 ainsi que la colonne des ce dante 4 sont immergées dans le bain d'acier fondu A se trou- vant dans la poche lsphis on exerce un vide dans le récipient mélangeur par l'intermédiaire du conduit d'aspiration 6 On crée ainsi une différence de pression d'environ 1 atmosphère entre la poche 1 et le récipient mélangeur 2 et de l'acier fondu A est aspiré dans le récipient A. (Quand la différence de pression est de 1 atmosphère, la hauteur d'aspiration est d'environ 1,48m). Un gaz inerte, tel que de l'argon, est injecté dans la colonne montante 3 par l'intermédiaire du conduit d'alimentation 5 de façon à faire monter l'acier fondu A jusqu'au récipient mélangeur 2 suivant le principe du pompage pneumatique. Lorsque l'acier fondu A atteint un point correspondant à la hauteur d'aspiration précitée, l'excès d'acier A retombe dans la poche 1 par l'intermédiaire de la colonne descendante 4. De cette manière, on fait circuler l'acier fondu A entre la poche 1 et le récipient mélangeur 2 et des gaz tels que 02, H2, N2 et autres, qui sont dissous dans l'acier fondu A, sont éliminés tandis que de l'acier fondu A reste dans le récipient mélangeur 2 tant que celui- ci est maintenu sous vide.Des éléments d'alliage B sont ajoutés à'acier fondu A et mélangés à celui-ci dans le récipient mélangeur, puis ils passent dans la poche 1 et se trouvent ainsi uniformément dispersés dans l'acier après un temps convenable. Cependant, cette méthode présente certains problèmes, comme exposé plus loin, en liaison avec l'introduction du gaz inerte. Ce gaz, introduit par le conduit 5,monte par la colonne ascendante 3 et atteint la surface de l'acier dans le récipient de mélange 2; il est ensuite aspiré par la conduite de vide 6. Une partie des éléments d'alliage sous forme de poudre ou poussière est entralnée par le gaz inerte vers la conduite de vide 6. Cette poudre adhère à la paroi intérieure du récipient de mélange 2 ou s'échappe par la conduite de vide, si bien qu'on n'obtient pas la teneur prévue en élément d'addition. De plus, cette poudre obstrue plus ou moins partiellement la conduite de vide, ce qui nuit au bon fonctionnement de la pompe à vide. En outre, dans le procédé RH ou DH, la température de l'acier fondu A diminue graduellement pendant sa circulation et, de ce fait, la vitesse de dissolution des éléments d'alliage diminue aussi, et de façon très importante. En conséquence, le temps nécessaire pour le réglage de composition de l'acier fondu (temps nécessaire pour la dissolution uniforme des éléments d'alliage dans un bain d'acier fondu) ne peut pas être réduit,même si on raccourcit le temps de circulation de l'acier fondu. I1 existeypour faire monter l'acier fondu de la poche jusqu'au récipient mélangeur, un autre procédé qui utilise une pompe électromagnétique. Dans ce procédé,on emploie une source de courant de basse fréquence, comprise entre 0,9 et 16 Hz, et en conséquence on ne peut pas s'attendre à éviter la réduction de température de l'acier fondu du fait qu'une fréquence aussi basse n'a pas plus d'effet pour chauffer l'acier fondu que le procédé RH ou DH. En outre, on n' atta- che pas une considération particulière à l'écoulement descendant d'acier fondu dans ce procédé de sorte qu'on n'améliore pas l'efficacité de dissolution des éléments d'alliage ou le dégazage et qu'il faut par conséquent beaucoup de temps pour assurer une dissolution correcte des éléments d'alliage ou un dégazage efficace.En outre, du fait qu'on adopte dans ce procédé une fréquence assez basse, le prix de la source de courant électrique est 2 à 3 fois supérieure i celui d'un appareil utilisant une fréquence normalisée. En résumé, il est difficile d'appliquer industriellement ce procédé. Les inventeurs ont examiné les problèmes définis cidessus et ils ont estimé qu'il était avantageux d'utiliser un moteur linéaire pour remédier aux inconvénients rencontrés notamment lors de l'utilisation d'un gaz inerte. Au cours de leurs recherches, ils ont obtenu les résultats suivants 1. Si on adopte une fréquence de 50 à 60 Hz pour le courant alimentant un moteur linéaire, l'acier fondu peut etre chauffé pendant sa circulation et on peut fortement améliorer la vitesse de dissolution des éléments d'alliage et l'efficacité de dégazage. 2. Si on ajoute les éléments d'alliage à l'acier fondu qui est soulevé jusqu'à un récipient de-traitement tout en étant chauffé par le moteur linéaire et si l'acier fondu est maintenu pendant un certain temps dans le récipient de traitement,il est possible de faire dissoudre les éléments d'alliage dans l'acier fondu avec un bien meilleur rendement. 3. Si on adopte une fréquence de 50 à 60 Hz, on peut utiliser une source de courant du commerce sans aucune modi fication. Cela se traduit également par une réduction de la complexité de l'appareil. 4. Si on accélère l'écoulement descendant d'acier fondu depuis le récipient de traitement jusqu'à la poche à l'aide d'un moteur linéaire, on peut produire efficacement une agitation de l'acier dans la poche. Selon une première modalité de l'invention, lors du traitement d'acier fondu par montée de celui-ci depuis une poche jusqu'à un récipient de traitement en le faisant passer par au moins un tuyau assurant la liaison entre ces deux récipients, puis en soumettant l'acier fondu à un dégazage et/ou un réglage de composition, puis en ramenant l'acier fondu dans la poche par l'intermédiaire d'au moins un tuyau, on dispose un moteur linéaire autour du premier tuyau de passage de l'écoulement ascendant d'acier fondu et on alimente le moteur linéaire avec un courant d'une fréquence de 50 à 60 Hz de manière à faire circuler ou déplacer alternativement l'acier fondu entre la poche et le récipient de traitement tout en le chauffant. Une seconde modalité de la présente invention consiste à maintenir l'acier fondu dans le récipient de traitement pendant un temps pré-réglé. Suivant une troisième modalité de l'invention, on accélère l'écoulement descendant d'acier fondu par le moteur linéaire lorsque l'acier est renvoyé à la poche à partir du récipient de traitement. Selon une quatrième modalité de l'invention, on fixe une buse sur l'embout supérieur du tuyau de passage afin de créer un jet d'acier fondu dans le récipient de traitement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en coupe d'un appareil classique. Fig. 2 à 6 sont des vues en coupe de différents modes de réalisation de l'appareil selon l'invention. Sur les dessins, on a représenté des modes de réalisation de la présente invention dans le cas du réglage de la composition d'acier fondu. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe d'un appareil permettant d'effectuer le réglage de composition d'acier fondu, la structure dudit appareil étant presque la même que celle de l'appareil de la figure 1. Dans cet appareil, autour des tuyaux de passage 3' et 4'sont disposés des moteurs linéaires 8 alimentés en courant de fréquence comprise entre 50 et 60 Hz. L'acier fondu A est entraîné vers le haut jusqu'au récipient mélangeur 2 par la force engendrée par le moteur linéaire 8 tout en étant chauffé.Pendant ou après qu- une quantité préréglée d'acier fondu A a été transférée jus- qu'au récipient mélangeur 2, des éléments d'alliage B sont a- joutés à l'acier A à partir du récipient 7 contenant lesdits éléments d'alliage (figure 2). Ensuite,l'acier fondu A est maintenu dans le récipient mélangeur 2 pendant un temps pré- réglé pour le mélange des éléments d'alliage B avec l'acier fondu A, puis on arrete le fonctionnement du moteur linéaire 8, ou bien on oriente vers le bas la force d'entraînement exercée par le moteur linéaire 8 de manière à accélérer l'écou- lement descendant d'acier fondu A.Ainsi, l'acier fondu A est renvoyé à la poche 1 et il est mélangé avec la masse d'acier A se trouvant dans cette poche. Ensuitesscette opération est répétée pour ajouter toute la quantité prévue d'éléments d'alliage B à l'acier fondu A et on déplace alternativement l'acier fondu A entre la poche 1 et le récipient mélangeur 2 pour obtenir un mélange uniforme d'acier A et les éléments d'alliage B.Dans le procédé selon l'invention, c'est la force d'entraînement du moteur linéaire 8 qui est utilisée-pour faire monter l'acier fondu A jusqu'au récipient mélangeur 2, au lieu de l'injectiond'un gaz inerte, et en conséquence il n' existe aucune possibilité que de la poudre d'alliage adhère sur la partie avoisinant le conduit d'établissement de vide 6 ou bien sorte du récipient mélangeur 2 par l'intermé- diaire de ce conduit, comme dans le mode de réalisation de d la figure 1. I1 en résulte que tous les éléments d'alliage B ajoutés sont mélangés à la masse d'acier fondu A, et qu'on peut effectuer un réglage précis de la composition de l'acier fondu. I1 n'existe en outre aucun risque d'un accident résultant de la pénétration de poudre d'alliage dans le tuyau d'établissement de vide, la pompe à vide ou un organe semblable. Si le récipient mélangeur 2 est maintenu sous vide, le dégazage de l'acier fondu A peut etre effectué en mê- me temps que le réglage de la composition d'acier. Cependant, il n'est pas toujours nécessaire de maintenir le récipient mélangeur 2 sous vide pendant le réglage de la composition d'acier fondu, du fait que, selon l'invention l'acier fondu A peut être entrainé vers le haut jusqu'au récipient mélangeur 2 par la force exercée par le moteur linéaire 8, meme sans l'application d'une force d'aspiration exercée par le vide.En fonction de l'application envisagée, on peut effectuer le réglage de la composition d'acier fondu dans une condition ou le récipient mélangeur 2 est maintenu sous pression normale. Dans le cas où on effectue le réglage de la composition d'acier fondu sous pression normale, il est souhaitable de remplacer le gaz se trouvant dans le récipient mélangeur 2 par un gaz inerte tel que de l'argon pour empecher une oxydation de l'acier fondu A et des éléments d'alliage B. Les figures 4 et 5 représentent un autre mode de réalisation de la présente invention. Lorsque 11 acier fondu monte dans le tuyau 3', il est soumis A une force d'entratnement et à un échauffement par le moteur linéaire 8. Après que les éléments d'alliage B ont été ajoutés à l'acier fondu A dans le récipient mélangeur 2, l'acier A est maintenu dans ce récipient 2 pendant un temps préréglé, puis il estrenvoyé dans la poche 1 par arret du fonctionnement du moteur linéaire 8 ou par changement de direction de la force d'entrainement dudit moteur linéaire, c'est-à-dire en dirigeant maintenant la force vers le bas. Cette opération est répétée pour terminer le réglage de la composition d'acier fondu. Le tuyau de passage de l'acier fondu peut etre équipé d'une buse 3a à son extrémité, comme le montre la figure 6 L'éjection de l'acier fondu à partir de cette buse permet d'améliorer le dégazage et d'obtenir un meilleur effet d'agi- tation, et il en résulte une amélioration de l'efficacité de mélange des éléments d'alliage et une augmentation du rendement de dégazage. On peut résumer comme suit les avantages obtenus grâce à la présente invention. 1. L'acier fondu est mis en circulation ou est déplacé alternativement tout en étant chauffé par un moteur linéi- re alimenté par un courant d'une fréquence comprise entre 50 et 60 Hz, ce qui permet de maintenir la vitesse de dissolu tion des éléments d'alliage à une valeur élevée et de réduire grandement le temps nécessaire pour terminer le réglage de la composition de l'acier fondu Par exemple, dans le cas où les éléments d'alliage sont ajoutés à l'acier fondu à une température de 1670 à 16800C et si la température de l'acier fondu est augmentée de 10 C conformément au procédé selon lutin vention, on double approximativement la vitesse de dissolution des éléments d'alliage et par suite on réduit environ de moitié le temps nécessaire pour le réglage complet de la composition de l'acier fondu Si on ajoute des éléments d'alliage à l'acier fondu chauffé par le moteur linéaire et Si on maintient l'acier fondu dans le récipient mélangeur pendant un temps préréglé (habituellement de 10 à 30 minutes), les éléments d'alliage sont presque complètement dissous dans l'acier fondu pendant cette période, ce qui rEduit~la durée du traitement. 2. Conformément au procédé selon l'invention, l'acier fondu est renvoyé dans la poche après la dissolution complè- te des éléments d'alliage. En conséquence, on obtient un mélange extrêmement uniforme de l'acier fondu. Dans ce cas, si on accélère l'écoulement descendant d'acier fondu par le moteur linéaire, on peut obtenir plus rapidement ce mélange uniforme de l'acier fondu. 3. Même lorsqu'un dégazage de l'acier fondu est effectué en même temps que le réglage de sa composition, on main tient un haut degré de vide du fait que le procédé selon l'invention ne nécessite pas l'injection d'un gaz inerte pour faire monter l'acier fondu jusqu'au récipient mélangeur. En outre, le réglage de la composition de l'acier fondu est effectué avec plus de précision du fait que la poudre d'alliage ajoutée ne s'échappe pas du récipient mélangeur par le tuyau d'établissement de vide. 4. Le temps nécessaire pour la circulation de l'acier fondu est réduit du fait qu'on augmente la vitesse de montée de l'acier fondu par utilisation du moteur linéaire. En conséquence, le temps nécessaire au dégazage de l'acier fondu est également réduit de 50 à 75% par comparaison au procédé DH ou RH. 5. Le procédé selon l'invention utilise une fréquence commerciale de 50 à 60 Hz pour le courant alimentant le moteur linéaire et il est par conséquent possible de réduire le prix de la source de courant de moitié au tiers par comparaison au procédé classique utilisant un courant de basse fréquence comprise entre 0,1 et 16 Hz. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'acier fondu, dans lequel on fait monter une partie de l'acier fondu d'une poche (1) jusqu'à un récipient de traitement (2) placé au-dessus de la poche en vue du réglage de la composition de l'acier fondu et/ou de son dégazage dans ce récipient de traitement,et ensuite on renvoie l'acier fondu dans la poche par l'intermédiaire d'au moins un tuyau de passage (3,4), procédé caractérisé en ce qu'on fait circuler ou déplacer alternativement l'acier fondu entre la poche et le récipient de traitement, tout en assurant son chauffage, à l'aide d'un moteur linéaire (8) disposé autour dudit tuyau de passage, et en ce qu'on alimente le moteur linéaire avec un courant d'une fréquence comprise entre 50 et 60 Hz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du retour de l'acier fondu jusque dans la poche par l'intermédiaire d'au moins un tuyau de passage, on accélère l'écoulement descendant d'acier fondu par un moteur linéaire disposé autour dudit tuyau de passage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier fondu est maintenu dans le récipient de traitement pendant un temps prédéterminé. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acier fondu qui est transféré vers le haut jusqu'au récipient de traitement par l'intermédiaire dudit tuyau de passage est éjecté sur la surface du bain d'acier se trouvant dans le récipient de traitement. 5. Appareil de traitement d'acier fondu, comprenant un récipient de traitement (2) placé au-dessus d'une poche (1) et au moins un tuyau de passage (3,4,3',4') assurant la liaison de la poche avec le récipient de traitement, caractérisé en ce qu'un moteur linéaire (8) est disposé autour dudit tuyau de passage et alimenté avec un courant d'une fréquence de 50 à 60 Hz. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu un conduit permettant l'addition d'éléments d'alliage dans ledit récipient de traitement. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif pour effectuer un dégazage sous vide dans un récipient de traitement. 8. Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'un tuyau de passage (3) de l'écoulement ascendant d'acier fondu pénètre dans le récipient de traitement (2) et en ce qu'une buse (3a) est fixée sur l'embout dudit tuyau de passage.