Brevet FR2712216A1 — publié le 19950519

La présente invention a pour objet un plongeur d'une enceinte de traitement de décarburation sous vide d'acier et une enceinte de décarburation sous vide d'acier munie d'un tel plongeur. Pour effectuer la décarburation de l'acier issu d'un convertisseur d'aciérie dans lequel il est élaboré, on utilise une enceinte de traitement sous vide, couramment appelée RH ou encore RHOB (REINSTAHL HERAUS OXYGEN BLOWING). Une telle enceinte sert à effectuer des traitements de décarburation ou de déshydrogénation ainsi que des traitements légers consistant à élaborer un acier dont les fourchettes des différents additifs constituant cet acier sont réduites à un point tel qu'il est impossible de l'obtenir directement avec un convertisseur. A cet effet, l'enceinte de traitement sous vide est constituée de deux parties, une partie supérieure appelée haut de cuve, ayant la forme d'une cloche munie d'un conduit relié à une pompe à vide qui permet de baisser la pression à l'intérieur de ladite enceinte et une partie inférieure appelée bas de cuve, munie de deux plongeurs destinés à être partiellement immergés dans l'acier en fusion à traiter contenu dans une poche et qui permettent la mise en circulation de cet acier dans l'enceinte de traitement. Lors du traitement de décarburation de l'acier, ctest-à-dire lors du traitement qui permet d'amener notamment la teneur en carbone de cet acier à une valeur inférieure à 40 ppm, on injecte une certaine quantité d'oxygène au-dessus du bain de métal contenu dans l'enceinte de traitement. Ainsi, le carbone contenu dans le bain de métal à traiter réagit avec l'oxygène apporté selon la réaction Afin de traiter la totalité de l'acier contenu dans la poche, on fait circuler cet acier à l'intérieur de l'enceinte de traitement. Pour cela, on injecte un gaz neutre dans l'un des deux plongeurs de l'enceinte de traitement, comme par exemple de l'argon, ce qui crée, au niveau du métal contenu dans ce plongeur, une émulsion métal-gaz dont la densité est inférieure à celle du métal liquide. La quantité et le débit de gaz injecté dans le plongeur sont généralement déterminés pour que la densité de l'émulsion métal-gaz soit sensiblement la moitié de celle du métal liquide. Ainsi, du fait du vide créé dans le haut de cuve de l'enceinte de traitement, l'émulsion métal-gaz est aspiré dans le plongeur muni du dispositif d'injection de gaz neutre et cette émulsion monte dans l'enceinte de traitement si bien que le métal ainsi entraîné se trouve dans ladite enceinte à un niveau supérieur à celui du métal au droit du plongeur dépourvu du dispositif d'injection de gaz neutre. Ce phénomène engendre une circulation perpétuelle du métal à traiter contenu dans la poche à l'intérieur de l'enceinte de traitement, ce métal montant dans le plongeur muni du dispositif d'injection de gaz neutre et redescendant dans le plongeur dépourvu d'un tel dispositif. Les plongeurs sont généralement constitués d'une ossature métallique, comme par exemple une virole métallique, dont la paroi intérieure est recouverte de briques réfractaires résistant à la température du métal liquide et dont la paroi extérieure est recouverte d'un béton réfractaire qui sert également de siège à la maçonnerie de briques réfractaires recouvrant la paroi intérieure de la virole métallique. La virole métallique du plongeur muni du dispositif d'injection de gaz neutre comporte également des orifices situés dans le même plan horizontal et régulièrement répartis sur la circonférence de ladite virole. Chaque orifice permet le passage d'une tuyère injection du gaz neutre traversant la virole métallique et le revêtement réfractaire intérieur du plongeur pour déboucher à l'intérieur dudit plongeur à proximité de son extrémité inférieure, au niveau de sa portion qui est destinée à être immergée dans la poche d'acier à traiter. Chaque tuyère d'injection du gaz neutre est reliée à une conduite d'alimentation de ce gaz neutre qui pénètre dans le béton réfractaire du revêtement extérieur du plongeur à proximité de son extrémité supérieure au niveau de la portion dudit plongeur qui n'est pas immergée dans la poche d'acier à traiter. Chaque conduite descend le long de la virole métallique à l'intérieur du béton réfractaire et est reliée à une tuyère d'injection du gaz neutre. Généralement un plongeur d'enceinte de traitement sous vide a un diamètre intérieur de 600 à 700 mm et présente huit tuyères d'injection de gaz neutre dont le débit est régulé. Après un certain nombre de campagnes de traitement, on constate qu'un tel plongeur devient inutilisable car le revêtement réfractaire intérieur est totalement détruit en particulier dans les zones qui ne sont pas en contact avec le gaz neutre et donc perpétuellement en contact avec le métal pur qui est plus agressif à l'encontre de ce revêtement réfractaire que l'émulsion métal-gaz. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant un plongeur d'une enceinte de traitement sous vide d'acier dont la durée de vie est augmentée et qui permet une meilleure homogénéisation du mélange métal-gaz sur toute la section dudit plongeur. L'invention a donc pour objet un plongeur d'une enceinte de traitement sous vide d'acier, en particulier d'une enceinte de décarburation sous vide, comprenant une virole métallique cylindrique revêtue intérieurement et extérieurement d'un revêtement réfractaire, ledit plongeur étant destiné à être partiellement immergé dans le bain d'acier à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte des conduites d'alimentation d'un gaz neutre pénétrant dans le revêtement réfractaire extérieur au niveau de la partie supérieure du plongeur non immergée dans le bain d'acier à traiter et descendant le long de la virole métallique jusqu'à proximité de l'extrémité inférieure de ladite virole, lesdites conduites d'alimentation étant uniformément réparties sur la périphérie de la virole et chaque conduite d'alimentation communiquant avec deux tuyères motrices horizontales, traversant la virole métallique et le revêtement réfractaire intérieur du plongeur pour déboucher à l'intérieur dudit plongeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les tuyères motrices horizontales sont situées dans le même plan horizontal et régulièrement réparties sur la circonférence dudit plongeur, - les axes respectifs des tuyères motrices horizontales convergent et se coupent en un point situé sur l'axe de symétrie dudit plongeur, - deux tuyères motrices horizontales et adjacentes sont raccordées à une conduite d'alimentation par l'intermédiaire d'une conduite de distribution dont la partie centrale est reliée à ladite conduite d'alimentation et dont chaque extrémité latérale est reliée à une tuyère motrice horizontale, - le diamètre des conduites de distribution est supérieur au diamètre des tuyères motrices horizontales, - chaque conduite d'alimentation est reliée à un organe de régulation du débit de gaz neutre, - le plongeur comprend huit conduites d'alimentation, huit conduites de distribution et seize tuyères motrices, - le diamètre des conduites de distribution est égal à 20 mm et le diamètre des tuyères motrices est égal à 3 mm, - le revêtement réfractaire intérieur est une maçonnerie de briques réfractaires, - le revêtement réfractaire extérieur est un béton réfractaire. L'invention a également pour objet une enceinte de revêtement sous vide d'acier, par exemple une enceinte de décarburation sous vide d'acier, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un plongeur tel que mentionné ci-dessus. Les caractéristiques et avantages de 1' inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une enceinte de traitement sous vide munie d'un plongeur d'injection de gaz neutre selon l'invention, - la fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un plongeur d'injection de gaz neutre selon l'invention, - la fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3.3 de la fig. 2. Comme représenté à la figure 1, l'enceinte de traitement sous vide 1 comprend une partie supérieure 2 en forme de cloche appelée haut de cuve et une partie inférieure 3 appelée bas de cuve munie de deux plongeurs 4 et 5 destinés à être partiellement immergés dans un bain 6 de métal liquide à traiter, comme par exemple de 1 'acier. La partie supérieure 2 de l'enceinte 1 comporte un conduit 7 relié à un dispositif, non représenté, permettant de faire le vide à l'intérieur de l'enceinte 1. Le plongeur 4 est le plongeur par l'intermédiaire duquel on injecte un gaz neutre, comme par exemple de l'argon, dans le bain 6 de métal liquide à traiter pour créer un mouvement permanent dudit métal liquide dans l'enceinte 1. Le métal liquide pénètre à l'intérieur de l'enceinte 1 par le plongeur 4 et ressort de ladite enceinte par le plongeur 5, comme représenté par les flèches sur la figure 1. Ainsi que représenté à la figure 2, le plongeur 4 comprend une virole métallique 8 cylindrique revêtue intérieurement et extérieurement d'un revêtement réfractaire, respectivement 9 et 10. La virole 8 est munie à son extrémité supérieure d'un anneau métallique 11 dont le diamètre intérieur correspond à celui de la virole 8 et dont le diamètre extérieur est supérieur à celui de ladite virole. Cet anneau métallique 11 permet de monter, par tout organe approprié non représenté, le plongeur 4 sur le bas de cuve 3 de l'enceinte 1 de traitement. Le revêtement réfractaire intérieur 9 forme un conduit interne 12 et est constitué par une maçonnerie de briques réfractaires très résistantes à l'agression du métal liquide circulant dans ledit conduit 12. Le revêtement réfractaire extérieur 10 est constitué par un béton réfractaire. Le plongeur 4 comporte des conduites 13 d'alimentation du gaz neutre. Ces conduites 13 d'alimentation pénètrent, par une portion horizontale 13a, dans le revêtement réfractaire extérieur 9 au niveau de la partie supérieure du plongeur 4 non immergée dans le bain 6 de métal liquide à traiter. Ces conduites 13 d'alimentation descendent le long de la virole métallique 8 jusqu'à proximité de son extrémité inférieure. Ces conduites 13 d'alimentation sont uniformément réparties autour de la virole métallique 8. Dans l'exemple de réalisation représenté, le plongeur 4 est muni de huit conduites 13 d'alimentation dont le diamètre est égal à 20 mm. Chaque conduite 13 d'alimentation est reliée à deux tuyères motrices horizontales 14, traversant la virole métallique 8 et le revêtement réfractaire intérieur 9 pour déboucher dans le conduit 12 du plongeur 4. Ainsi, chaque conduite 13 d'alimentation alimente simultanément en gaz neutre deux tuyères motrices horizontales 14. Les tuyères motrices horizontales 14 sont situées dans le même plan horizontal et régulièrement réparties sur la circonférence du plongeur 4. De plus, les axes respectifs des tuyères motrices horizontales 14 convergent et se coupent en un point situé sur l'axe de symétrie du plongeur 4. Comme représenté sur la figure 3, le plongeur 4 est pourvu de seize tuyères motrices 14 dont le diamètre est égal à 3 mm. Préférentiellement, chaque couple de deux tuyères motrices 14 est relié à une conduite d'alimen tation 13 par l'intermédiaire d'une conduite de distribution 15 dont la partie centrale est reliée à la conduite d'alimentation 13 et dont chaque extrémité latérale est reliée à une tuyère motrice 14. Afin de distribuer sans problème le gaz neutre dans les tuyères motrices 14, il est essentiel que le diamètre de ces tuyères motrices 14 soit inférieur au diamètre des conduites de distribution 15. Dans l'exemple de réalisation représenté, le plongeur 4 est pourvu de huit conduites de distribution 15 dont le diamètre est égal à 20 mm. Chaque conduite 13 d'alimentation est reliée à un organe de régulation du débit de gaz neutre, non représenté, qui permet de réguler le debit de gaz neutre dans le conduit 12 du plongeur 4 pour obtenir la circulation désirée du métal dans l'enceinte 1 de traitement. Une telle construction d'une enceinte de traitement, munie du plongeur selon l'invention, permet de mieux répartir la distribution de gaz neutre sur la section du plongeur et permet d'en augmenter la durée de vie. Deux plongeurs ont été réalisés, l'un muni de huit conduites 13 d'alimentation alimentant chacune une tuyère motrice 14 et l'autre muni de huit conduites 13 d'alimentation alimentant chacune deux tuyères motrices 14, chacun des deux plongeurs possédant un diamètre intérieur égale à 600 mm. Une première série de traitement a été réalisée avec une enceinte de décarburation sous vide munie du premier plongeur. Dans le cas des aciers bas carbone avec adjonction de titane du type IFS pour lesquels il faut garantir une teneur en carbone inférieure à 30 ppm, le taux de carbone moyen sur tous les traitements effectués est égal à 21 ppm avec un écart type a égal à 5 ppm. Statistiquement, 98% des traitements ont une teneur en carbone garantie inférieure à la valeur moyenne plus trois fois l'écart type, soit 21 + 3 x 5 - 36 ppm. Dans le cas des aciers à haut manganèse pour lesquels il est nécessaire de rajouter du manganèse, le taux de carbone moyen est égal à 37 ppm. Ces essais ont été effectués avec un débit d'argon égal à 165 normomètres cubes d'argon par heure. La durée de vie moyenne du plongeur a été de 113 traitements. Les mêmes traitements ont été réalisés sur les mêmes types d'acier au moyen d'une enceinte de décarburation sous vide munie du plongeur selon l'invention. Dans le cas des aciers IFS, le taux de carbone moyen est égal à 17 ppm avec un écart type a égal 4 ppm. Dans le cas des aciers à haut manganèse, les résultats obtenus révèlent un taux de carbone moyen égal à 18 ppm. Ces essais ont été réalisés avec un débit d'argon égal à 135 normomètres cubes par heure, soit 30 normomètres cubes de moins et la durée de vie moyenne du plongeur a été de 128 traitements, soit 13% de plus qu'avec un plongeur selon l'art antérieur. Outre l'augmentation de la durée de vie des plongeurs, donc de la productivité de l'enceinte de traitement munie d'un tel plongeur, l'utilisation du plongeur selon l'invention permet d'obtenir une meilleure décarburation de l'acier en utilisant un débit de gaz neutre plus faible. Comme on le voit dans les résultats des essais avec les aciers IFS, l'utilisation du plongeur selon l'invention permet de garantir que 98% des poches traitées ont une teneur en carbone inférieure à 30 ppm. De plus, les résultats sont spectaculairement meilleurs dans le cas des aciers à haut manganèse puisque le carbone moyen est de 18 ppm au lieu de 37 ppm. Ainsi, en utilisant un plongeur selon l'invention, il est possible d'utiliser du manganèse standard, c'est-à-dire comportant un peu de carbone comme élément d'addition, au lieu du manganèse extra pur beaucoup plus coûteux, tout en garantissant un taux de carbone inférieur à 30 ppm. Enfin, le plongeur selon l'invention est parfaitement adaptable sur une enceinte de traitement sous vide habituellement munie d'un plongeur selon l'art antérieur, car il présente le même nombre de conduites d'alimentation et donc ne nécessite aucun aménagement particulier des circuits et des branchements pour l'alimentation en gaz neutre. REVENDICATIONS 1. Plongeur d'une enceinte (1) de traitement sous vide d'acier, en particulier d'une enceinte de décarburation sous vide, comprenant une virole métallique (8) cylindrique revêtue intérieurement et extérieurement d'un revêtement réfractaire (9,10), ledit plongeur étant destiné à être partiellement immergé dans un bain d'acier (6) à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte des conduites (13) d'alimentation d'un gaz neutre pénétrant dans le revêtement réfractaire extérieur (10) au niveau de la partie supérieure du plongeur non immergée dans le bain (6) d'acier à traiter et descendant le long de la virole métallique (8) jusqu'à proximité de l'extrémité inférieure de ladite virole (8), lesdites conduites (13) d'alimentation étant uniformément réparties autour de la périphérie de la virole (8) et chaque conduite (13) d'alimentation communiquant avec deux tuyères motrices horizontales (14), traversant la virole métallique (8) et le revêtement réfractaire intérieur (9) du plongeur pour déboucher à l'intérieur dudit plongeur. 2. Plongeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyères motrices horizontales (14) sont situées dans le même plan horizontal et régulièrement réparties sur la circonférence dudit plongeur. 3. Plongeur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les axes respectifs des tuyères motrices horizontales (14) convergent et se coupent en un point situé sur l'axe de symétrie dudit plongeur. 4. Plongeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux tuyères motrices (14) horizontales et adjacentes sont raccordées à une conduite (13) d'alimentation par l'intermédiaire d'une conduite (15) de distribution dont la partie centrale est reliée à la conduite (13) d'alimentation correspondante et dont chaque extrémité latérale est reliée à une tuyère motrice (14). 5. Plongeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre des conduites (15) de distribution est supérieur au diamètre des tuyères motrices (14). 6. Plongeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque conduite (13) d'alimentation est reliée à un organe de régulation de débit de gaz neutre. 7. Plongeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend huit conduites (13) d'alimentation, huit conduites (15) de distribution et seize tuyères motrices (14). 8. Plongeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des conduites (15) de distribution est égal à 20 mm et le diamètre des tuyères motrices (14) est égal à 3 mm. 9. Plongeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire intérieur (9) est une maçonnerie de briques réfractaires. 10. Plongeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire extérieur (10) est un béton réfractaire. 11. Enceinte de traitement sous vide d'acier, par exemple enceinte de décarburation sous vide d'acier, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un plongeur selon l'une des revendications précédentes.