Brevet FR2635789A1 — publié le 19900302

! DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'acier dans un four poche, dans lequel l'acier fondu est brassé par injection. de gaz inerte dans la partie inférieure dudit four, ledit procédé comportant une étape au cours de laquelle on ajoute des additifs au bain de métal fondu, afin de modifier sa composition. Le but de la présente invention est la réalisation d'aciers ayant une faible reprise en azote dans un four poche. Dans un four poche, on chauffe le métal à l'aide des électrodes pour l'amener à la température voulue ou le maintenir à cette température. Ceci engendre une surchauffe locale de la surface du bain métallique au niveau des électrodes, cette surchauffe pouvant elle-même engendrer la destruction des réfractaires. C'est la raison pour laquelle on réalise simultanément un brassage ou un bullage dans le bain métallique à l'aide d'un gaz inerte afin d'homogénéiser la température de celui-ci. En outre, on utilise les fours poches pour faire des additions variées, et massives de différents additifs dans le bain métallique afin de modifier la composition du métal contenu dans ledit four poche. C'est une autre raison pour laquelle il est nécessaire d'avoir un bullage ou un brassage important à l'aide de gaz inerte pour homogénéiser la composition dudit bain métallique. Lorsqu'on réalise des aciers ayant une faible concentration en azote, il est nécessaire de réaliser ce brassage ou ce bullage avec de l'argon. Ce brassage ou bullage engendre une reprise en azote du fait que la couche de laitier qui recouvre normalement le bain métallique et évite le contact de celui-ci avec l'air ambiant, est rompue au droit de l'injection d'argon dans le bain métallique, cette injection d'argon créant une intumescence à la surface dudit bain métallique. Ainsi le métal fondu entre en contact avec l'air ambiant. Par ailleurs, on utilise de plus en plus au cours du traitement de l'acier dans le four poche des fils fourrés, par exemple de silico- calcium, que l'on introduit dans le bain métallique. Ce fil fourré de silico-caleium a notamment des propriétés de désoxydation, de désulfuration, et de modification de la structure des inclusions dans le bain métallique. D'autres fils fourrés contenant du calcium ou tout autre élément à forte tension de vapeur tels que le magnésium, etc... peuvent également être utilisés et ont des propriétés semblables. Les vapeurs de calcium ou de magnésium, etc.... suite à la décomposition du fil fourré, produisent un bouillonnement intense dans le bain métallique, ces vapeurs débouchant à la surface du métal et écartant le laitier, augmentant encore la surface de l'intumescence c'est à dire la portion de surface du bain métallique non recouverte par du laitier. Ceci engendre une forte reprise en azote. Une solution évidente à ce problème pour l'homme de métier, consisterait à purger à l'aide d'un gaz inerte le volume se trouvant entre la surface du bain métallique et le couvercle du four poche, de manière à éliminer l'air se trouvant dans ce volume. Ceci pourrait être effectué par injection d'argon gazeux dans le cas d'acier à faible concentration en azote. Lorsque l'homme de métier tente d'appliquer cette solution, il s'aperçoit qu'il est pratiquement impossible de purger ledit volume situé entre la surface du métal et le couvercle de manière à limiter la quantité d'azote et d'oxygène au-dessus du bain métallique à des valeurs acceptables. En effet, plus on augmente le débit d'argon gazeux pour purger ledit volume plus on engendre de courants gazeux qui, du fait de l'absence d'étanchéité de tels fours, engendrent un aspiration d'air, ce qui va à l'encontre du résultat souhaité. Inversement, un faible débit d'argon demanderait plusieurs heures ou plusieurs jours pour obtenir un inertage acceptable de ce volume gazeux. Le procédé selon l'invention permet de résoudre le problème pbsé c'est à dire de limiter la reprise en azote par le bain métallique au cours du traitement dans le four poche et même dans certains cas diminuer la concentration en azote dans le bain métallique par rapport à la concentration initiale dans celui-ci avant le début du taitement dans le four poche. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le brassage du bain d'acier est réalisé par injection d'argon gazeux selon un débit d'au moins 5 Nm3/h, de manière à répartir de façon homogène en volume les additifs ajoutés, et en ce que, simultanément, on injecte d'argon liquide la zone de l'intumescence à la surface du bain métallique créée dans la couche de laitier qui recouvre normalement ladite surface, le débit d'argon liquide étant au moins égal à 1,5 1/min., le jet d'argon liquide étant sensiblement dirigé vers la partie centrale de l'intumescence de manière à ce que le liquide s'écoule sensiblement sur toute la surface de ladite intumescence et évite ainsi sensiblement toute augmentation de la concentration en azote du bain d'acier au cours du traitement de celui-ci dans ledit four poche, le rapport des débits d'argon gazeux sur argon liquide, exprimé en Nm3, étant compris entre 0,05 et 0,14. De préférence, le débit de gaz de brassage (argon gazeux) sera compris entre 5 et 40 Nm3/h, tandis que le débit d'argon liquide sera de préférence compris entre 1,5 et 6 1/min. On a en outre constaté de manière inattendue, que le brassage à l'aide d'argon gazeux d'un bain d'acier dans lequel on introduit un fil fourré contenant du calcium, du magnésium ou un métal ayant une forte tension de vapeur, tel qu'un fil fourré de silico-calcium, tout en protégeant la surface du bain d'acier non recouverte de laitier par de l'argon liquide (ci-avant dénommé intumescence) conduisait, lorsque les valeurs des différents paramètres de débit de gaz et de liquide étaient respectées, à une diminution de la quantité d'azote dans le bain de métal, bien que la concentration en oxygène donc en azote, entre la surface du bain et le couvercle du four ne soit pas nulle. On a constaté une telle diminution même lorsque la quantité d'oxygène au-dessus du bain était de 2 % au début du procédé. Sans vouloir être liée par une quelconque théorie, la Demanderesse pense que les vapeurs de calcium ou de magnésium ou de métal à forte tension de vapeur, engendrées dans le bain de métal fondu par la fusion du fil fourré, sont susceptibles, dans certaines conditions, d'agir comme un gaz de balayage, entrainant un certain dégazage du métal et l'élimination d'hydrogène et d'azote. En outre, l'argon liquide déversé à la surface du métal liquide réalise un inertage correct de cette surface, prévenant ainsi toute réaction avec de l'air notamment une reprise en azote, consécutive au brassage généralement violent engendré par les vapeurs de métal et notamment de calcium. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec la figure, qui représente un vue schématique en coupe d'un four poche mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Ce four poche comporte une poche 1 revêtue d'un couvercle 2, poche 1 dans laquelle se trouve un métal fondu 3. Le bain de métal fondu 3 est recouvert par une couche de laitier 4 tandis qu'un bouchon poreux 5 est prévu de préférence dans la partie inférieure du four poche, bouchon poreux à travers lequel on injecte de l'argon de manière connue en soi. Cette injection d'argon dans le bain métallique provoque par brassage ou bullage une intumescence 6 c'est-à dire une surface du bain métallique non recouverte de laitier. Ainsi, sans autres précautions, le métal dans cette surface serait au contact de l'atmosphère 7 située entre la surface du bain métallique et le couvercle 2. Selon l'invention, on injecte simultanément à travers l'ouverture 9 du couvercle 2 de l'argon liquide à l'aide d'une lance appropriée 8 munie d'un diffuseur, ce diffuseur étant placé ou orienté sensiblement vers la partie centrale de l'intumescence, l'injection d'argon liquide étant réalisée dans des conditions telles que sensiblement toute la surface de l'intumescence est revêtue d'argon liquide. L'introduction de fil fourré 11 est réalisée à travers l'ouverture 10. Le bain métallique est chauffé à l'aide des électrodes 12, 13, 14. Les additifs sont ajoutés par l'ouverture 9. EXEMPLE 1: Débit d'argon gazeux (brassage): 6 Nm3/h Débit d'argon liquide: 2,6 l/min. Poche: 50t Quantité de métal: 50t Nuance de l'acier: acier contenant moins de 100 x 10-3 % de carbone ainsi qu'une faible quantité de silicium et de manganèse. Temps de traitement: 95' Reprise d'azote: avec Argon liquide + 4 ppm sans Argon liquide: + 10 ppm EXEMPLE 2: Les conditions de traitement sont identiques à celles de l'exemple 1, mais on introduit au cours du traitement un fil fourré de SiCa. Vitesse d'introduction du fil SiCa: 0,5 à 2 mis (N2) début de traitement: 98 ppm (N2) fin de traitement: 85 ppm AN2: - 13 ppm EXEMPLE 3: Débit de brassage d'argon gazeux 12,7 Nm3/h Débit d'argon liquide: 6 1/min. Poche: 50t Quantité de métal 49t Nuance acier: C: Si: Mn: lO:: : : -3 %: Temps de traitement: 25' Reprise en azote avec Argon liquide + 3 ppm sans Argon liquide: + 8 ppm REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration d'acier dans un four poche, dans lequel l'acier fondu est brassé par injection de gaz inerte dans la partie inférieure dudit four, ledit procédé comportant une étape au cours de laquelle on ajoute au bain de métal fondu, afin de modifier sa composition, caractérisé en ce que le brassage de bain d'acier est réalisé par injection d'argon gazeux selon un débit d'au moins 5 Nm3/h de manière à répartir de façon homogène les additifs ajoutés, et en ce que, simultanément on injecte de l'argon liquide au dessus de la surface du bain, dans la zone de l'intumescence de la couche de laitier qui recouvre normalement la !o surface du bain, le débit d'argon liquide étant au moins égal à 2 1/min., le jet d'argon liquide étant sensiblement dirigé vers la partie centrale de l'intumescence de manière à ce que le liquide s'écoule sensiblement sur toute la surface de ladite intumescence et évite ainsi sensiblement toute augmentation de la concentration en azote du bain d'acier au cours du traitement de celui-ci dans- le dit four poche, le rapport des débits d'argon gazeux sur argon liquide exprimé en Nm3 étant compris entre 0,05 et 0,14. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de gaz de brassage est compris entre 5 et 40 Nm3/h. 3. Procédé selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que le débit d'argon liquide est compris entre 1,5 et 6 1/min. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'additif est du Sillco-calcium ou contient du calcium, du magnésium ou tout autre élément à forte tension de vapeur aux températures habituelles de traitement de l'acier en poche. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fil est introduit à une vitesse entre 0,5 et 2 m/s. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 ià 5, caractérisé en ce qu'il est précédé par une étape de transfert de l'acier dans un poche au cours de laquelle la surface de l'acier fondu est protégée par le l'anhydride carbonique sous forme de neige. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'injection d'argon liquide commence au plus tard lorsque le four poche est recouvert par son couvercle. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on stoppe l'injection d'argon liquide après avoir arrété le brassage.