Brevet FR2562449A1 — publié le 19851011

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE L'ACIER, AVANT COULEE CONTINUE, PAR INJECTION DE GAZ La présente invention concerne un dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection de gaz. Il est connu que les métaux tels que l'acier et les alliages légers doi- vent subir, avant l'entrée dans les dispositifs de coulée continue, un ultime traitement de purification, en vue d'éliminer les gaz occlus et les inclusions diverses qui pourraient aitérer les qualités des produits lors des divers stades de transformation (laminage ou étirage, par exemple). de l'ébauche coulée en continu. Pour l'aluminium et ses alliages, par exemple, on utilise habituellement des poches à compartiments dans lesquels on injecte un gaz neutre ou actif ou un-mélange des deux, par des moyens tels que: bouchon poreux disposé au fond de la poche (FR 1 582 780), cone d'injection (FR 2 061 246), in- jecteur rotatif (FR 2 491 954, FR 2 512 065). En ce qui concerne l'acier, on utilise également la technique d'injec- tion d'un gaz inerte ou actif par bouchon poreux (FR 2 008 406), ou par canne à extrémité poreuse (DE 1 258 434), que l'on combine parfois avec una mise sous vide (DE 1 27G 063). Dans le brevet français FR I 404 505 (l'AIR LIQUIDE), on interpose entre une poche et la tête de la lingotière de coulée continue d'aciers, une enceinte munie d'une goulotte d'entrée et d'une goulotte de sortie de l'acier liquide, d'un moyen d'injection d'un gaz inerte par bouchon po- reux, et d'un moyen de mise sous vide de ladite enceinte. A l'heure actuelle, ces différents dispositifs ne satisfont plus totale- ment les exigences des aciéristes sur la propreté du métal coulé, compte tenu des connaissances acquises sur l'influence de certaines impuretés et inclusions de très petites dimensions, ou à des teneurs très faibles, te- nues jusqu'ici pour négligeables, sur des caractéristiques telles que la fragilité aux basses températures, la résistance à la propagation des criques, la résilience. -2- L'objet de l'invention est un dispositif de traitement-de l'acier, avant coulée continue, par injection d'un gaz, dispositif comportant une poche intermédiaire disposée entre une source d'acier en fusion et la lingotière de coulée continue et divisée en au moins deux compartiments par une cloi- son intermédiaire, un compartiment d'entrée relié à la source d'acier en fusion et un compartiment de sortie alimentant la lingotière de coulée continue soit directement, soit par l'intermédiaire d'un panier réparti- teur caractérisé en ce que le compartiment d'entrée (6) comporte un in- jecteur de gaz rotatif assurant une dispersion fine et homogène d'un gaz, d'un mélange de gaz et de produits vaporises ou de poudres fines dans l'acier en fusion pour améliorer sa pureté. Par la suite, nous emploierons le mot "gaz" pour désigner soit un gaz pur, soit un mélange de gaz inertes ou actifs, soit des vapeurs pures ou en mélange avec un ou plusieurs gaz porteurs, inertes ou actifs, avec, le cas échéant, entraînement d'une pou- dre fine. Les figures I et 2 représentent respectivement en coupe verticale et en coupe horizontale selon AA, le dispositif, objet de l'invention. L'acier en fusion (1) provient d'une source (2) représentée schématique- ment et qui sera, généralement, le four de fusion ou un four de maintien ou une poche de coulée. Le débit est contr8lé par la busette (4) de façon classique. Le dispositif de purification proprement dit comporte une poche (5) à deux compartiments: un compartiment d'entrée (6) et un compartiment de sortie (7) séparés par une cloison (8) qui laisse, avec le fond de la poche, un espace (9) pour la circulation de l'acier liquide. L'ensemble est construit en matériau réfractaire, du type silico-alumineux, avec une enveloppe ex- terne en acier. On peut également prévoir une couche intermédiaire entre le réfractaire et l'enveloppe en acier, en matériau thermiquement isolant, du genre diatomite, ou vermiculite, qui limitera le refroidissement de l'acier en fusion pendant son passage dans la poche. La partie située au voisinage du trou de coulée peut être réalisée en un matériau résistant bien à l'abrasion par l'acier liquide, tel que le zircone ou le silicate de zirconium (zircon). La poche peut en outre comporter, de façon connue, un moyen de préchauffage avant mise en service, généralement un brûleur à -3 flamme, ainsi qu'un moyen de maintien en température de l'acier liquide qui peut être également un brûleur ou un enroulement externe, si l'on opte pour un chauffage à induction. Dans le compartiment d'entrée (6) on a disposé un moyen d'injection d'un gaz destiné à assurer la purification ultime de l'acier en fusion avant coulée. Compte tenu du débit de l'installation de coulée (qui peut attein- dre 50 à 100 tonnes/heure), il est essentiel que le moyen d'injection de gaz de traitement ait une grande efficacité, que le système à bouchon po- reux simple ne peut pas toujours apporter. Selon l'invention, on utilise un injecteur rotatif (10) monté au bout d'un arbre (11) actionné par le moteur (12) et la transmission (13). L'arbre (11) est muni d'une canali- sation axiale (14) par laquelle on introduit le gaz de traitement. L'entrée de l'arbre dans la poche est munie d'un joint rotatif étanche (15) de tout type connu, représenté ici de façon symbolique. L'injecteur rotatif (10) doit assurer une dispersion fine et homogène du gaz de traitement. Un injecteur particulièrement efficace est décrit dans le brevet francais FR 2 512 065 au nom d'ALUMINIUM PECHINEY, il est cons- titué par un rotor (10) en forme de cylindre, équipé de palettes (21), plongeant dans le métal fondu et relié à un arbre d'entraînement creux (22) servant à l'amenée de gaz. Le rotor est percé de couples de canaux convergents (23); chaque couple comprend un canal (24) qui sert au passa- ge du liquide, et l'autre (25) au passage du gaz, chacun des couples dé- bouche séparément en un même point (26) de la périphérie du cylindre de manière qu'en cet endroit, il se forme une dispersion fine liquide-gaz, qui est ensuite répartie dans le métal en fusion au moyen des palettes (21). Il en est de même pour l'injecteur décrit dans le brevet francais FR A 2 491 954, au nom d'ALUMIINIUM PECHINEY. Ce dispositif est constitué par un agitateur rotatif (30) monté en bout d'un axe (31) et dont l'extrémité inférieure (32) repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injection de gaz (33) muni d'une pluralité de canaux (34) placé au fond de la poche et qui, sous l'action de la pression du gaz - 4 - arrivant par le conduit (35), émis par le bouchon, se soulève et, ainsi supporté par un "palier gazeux", il peut sous l'action d'un moteur d'en- traînement, tourner librement autour de son axe et laisser échapper, par l'espace (36) qui le sépare du bouchon d'injection (33), une multitude de bulles de gaz régulièrement et finement dispersées, qui se répartis- sent d'une façon très uniforme dans la masse du métal liquide. Il n'est d'ailleurs pas exclu que le rotor représenté sur la figure 3 s'appuie également en partie basse, sur un palier disposé de façon à ne pas gêner la circulation du métal dans les canaux (24). Parmi les gaz ou vapeurs injectés, on peut citer l'argon, le chlore, le tétrachlorure de carbone, les dérivés fluoro-carbonés et chloro-fluoro- carbonés, l'oxygène pur ou dilué avec de l'argon, le dioxyde de carbone, utilisés seuls ou en mélange. En outre, on peut injecter de la même façon, une poudre fine en suspen- sion dans le courant de gaz ou de vapeur, cette poudre fine pouvant être un agent affinant, tel que l'aluminium, le calcium, le silicium, un al- liage siIicium-calcium, etc... ou tout autre additif ou produit réactif nécessite par la composition particulière de l'acier en cours de coulée. Dans ce cas, le circuit d'alimentation en gaz comporte un moyen pour intro- duire en quantité contrôlée et prédéterminee, une poudre ou un mélange de poudres dans le courant de gaz. L'injecteur doit être constitué par un matériau compatible avec l'acier en fusion et avec le ou les gaz et vapeurs et additifs en poudre fine injectés. Le graphite, éventuellement renforcé de fibres de carbone (com- posite dit "carbone-carbone") conviendra dans la plupart des cas, sauf pour l'injection d'oxygène o l'on choisira une céramique, soit du type oxyde ou mélange d'oxydes métalliques, soit à base d'oxynitrures tel que le "Sialon", ou de composés analogues de la famille des RHM qui in- cluent les carbures, borures, nitrures et siliciures et des métaux des groupes IV-B, V-B et VI-B, ainsi que le carbure de silicium. La poche (5) comporte, en outre, différents dispositifs annexes qui ne font pas partie de l'invention, mais qui sont indispensables à son fonc- tionnement et, en particulier, un moyen de contrôle (40) de l'écoulement de l'acier en fusion vers la lingotière (41) de coulée continue de la billette (42), et des moyens pour faire circuler un gaz inerte et/ou de contrôler la pression ou la dépression et éventuellement pour faire un vide partiel ou élevé au voisinage du jet de coulée du-dans la pochepar4des ajustages tels que (43) munis de vannes de contrôle (44) et des moyens, non figurés, pour accéder à l'intérieur de la poche, pour nettoyage et entretien, ainsi que pour retirer et introduire le rotor (10) , ainsi que les moyens de chauffage, non figurés, dont il a été question précédemment. La mise en oeuvre de l'invention permet d'obtenir un niveau de purifica- tion de l'acier sensiblement supérieur à celui des méthodes utilisées jusqu'à ce jour, aussi bien en ce qui concerne les gaz occlus tel que l'hydrogène, que les diverses impuretés et inclusions nocives. En outre, la dispersion fine et homogène dans l'acier fondu d'un courant gazeux, que permet de réaliser le dispositif objet de l'invention, peut être mis à profit pour effectuer, juste avant la coulée continue, des ad- ditions d'éléments particuliers, tels que le bore, dont la teneur doit être ajustée de façon très précise, et qui ont tendance à s'oxyder ou à se nitrurer rapidement, si l'on opère à l'air libre ou en l'absence d'é- ement protecteur, tel que le titane: en injectant un dérivé gazeux tel que le trifluorure ou le trichlorure de bore, qui subit, à la temperature de l'acier liquide, un craquage thermique, cette addition de bore (ou de tout autre élément) peut être réalisée de façon particulièrement simple et précise. De la même façon, on peut introduire, immédiatement avant la coulée, tout autre élément affinant ou élément d'alliage, en poudre très fine, sans risque d'oxydation, et avec une dispersion garante d'une ho- mogénéité parfaite. 6- 2562449 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par in- jection d'un gaz, comportant une poche intermédiaire (5) disposée entre la source d'acier en fusion (1) et la lingotière de coulée continue (41) et divisée en au moins deux compartiments par une cloison intermédiaire (8),un compartiment d'entrée (6) relié à la source d'acier en fusion et un compartiment de sortie (7) alimentant directement, ou par un réparti- teur, la lingotière de coulée continue (41), caractérisé en ce que le com- partiment d'entrée (6) comporte un injecteur rotatif (10). 2. Dispositif de traitement, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur rotatif est muni de canaux radiaux convergents débouchant à la périphérie de l'injecteur, et reliés à une arrivée de gaz disposée dans l'axe de l'injecteur. 3. Dispositif de traitement, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur rotatif est muni d'ailettes radiales et est disposé au- dessus et à faible distance d'uA moyen d'introduction de gaz. 4. Dispositif de traitement, selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un moyen d'introduction, dans le courant de gaz injecté, d'une poudre fine. 5. Dispositif de traitement, selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une matière réfractaire choisie parmi le graphite, les composites carbone-carbone, les céramiques à base d'oxydes métalliques, les oxynitrures, tels que le Sialon et les composés de la famille des RHM.