Brevet FR2713660A1 — publié le 19950616

La présente invention concerne un procédé de décarburation d'acier contenu dans une poche au moyen d'une enceinte de décarburation sous vide. Pour effectuer la décarburation de l'acier provenant d'un convertisseur d'aciérie dans lequel il est élaboré, on utilise une enceinte de traitement sous vide, couramment appelé 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, c'est à dire lors du traitement qui permet d'amener notamment la teneur en carbone de cet acier à une valeur inférieure à 40ppm, 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 gaz-métal dont la densité est inférieure à celle du métal liquide, notamment au niveau de l'autre plongeur. Ainsi, du fait du vide créé dans le haut de cuve de l'enceinte de traitement, l'émulsion gaz-métal est aspirée dans le plongeur muni du dispositif d'injection de gaz neutre et cette émulsion monte dans l'en- ceinte 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. Lors de la coulée du métal contenu dans la poche, une série d'analyses métallurgiques du métal sont effectuées, le métal étant traité dans l'enceinte de traitement pendant 15 minutes. Pour chaque coulée, un premier prélèvement est effectué afin d'analyser la teneur en carbone de l'acier après 30 tonnes de coulée, un second prélèvement est effectué après 110 tonnes de coulée et un troisième prélèvement est effectué après 200 tonnes de coulée. Les premiers échantillons prélevés après 30 tonnes de coulée correspondant au métal contenu dans le fond des poches traitées, révèlent une teneur moyenne en carbone de 42,9 ppm. Les seconds échantillons prélevés après 110 tonnes de coulée correspondant au métal contenu dans le milieu des poches traitées, révèlent une teneur moyenne en carbone égale à 37,5ppm. Les troisièmes échantillons prélevés après 200 tonnes de coulée correspondant au métal obtenu dans le haut des poches traitées, révèlent une teneur en carbone moyenne égale à 36,1 ppm. Ces essais montrent donc une hétérogénéité de la teneur en carbone de l'acier contenu dans les poches traitées, l'acier contenu dans le haut des poches étant mieux décarburé que l'acier contenu dans le fond des poches. L'invention a donc pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé de décarburation d'acier contenu dans une poche au moyen d'une enceinte de décarburation sous vide, permettant de réduire l'hétérogénéité de la teneur en carbone de l'acier contenu dans la poche selon son niveau dans ladite poche et de réduire la durée du traitement de décarburation sans dégrader cette décarburation. L'invention a donc pour objet un procédé de décarburation d'acier contenu dans une poche au moyen d'une enceinte de décarburation sous vide constituée d'une partie supérieure, appelée haut de cuve, munie d'un conduit relié à une pompe à vide et d'une partie inférieure, appelée bas de cuve, munie de plongeurs partiellement immergés dans l'acier de la poche, caractérisé en ce que l'on effectue un brassage chimique de l'acier contenu dans la poche au moment où la pression dans l'enceinte de décarburation est stabilisée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche au moment où la pression est stabilisée à une valeur inférieure à 5 millibars, de préférence inférieure à 4 millibars, - on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche au moment où la pression dans l'enceinte de décarburation est stabilisée à une valeur inférieure à 5 millibars, de préférence égale à 4 millibars, depuis au moins une minute, de préférence depuis trois minutes, - on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche en injectant dans le fond de la poche un matériau de brassage qui génère un gaz en se décomposant sous l'effet de la température et dont les éléments chimiques ont des températures de fusion supérieures à la température du métal liquide à décarburer, - on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche en injectant dans le fond de ladite poche un matériau de brassage contenant de la castine, - on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche en injectant dans le fond de ladite poche un matériau de brassage contenant du carbonate de calcium, - le matériau de brassage contient du carbonate de calcium et un élément de dilution, - l'élément de dilution est de la silice, - le matériau de brassage est injecté dans le fond de la poche à une vitesse d'environ 300 m/mn au moyen d'un fil fourré, - le fil fourré est formé d'une gaine métallique entourant le matériau de brassage dosé à 10 grammes par mètre de fil, le reste étant formé par ledit matériau de dilution. Les caractéristiques et avantages de l'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 poche d'acier et d'une enceinte de décarburation sous vide de cet acier, - la Fig. 2 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un matériau de brassage de l'acier contenu dans la poche, - la Fig. 3 représente des courbes montrant la valeur moyenne de la teneur en carbone de différents échantillons des poches décarburées selon l'état de la technique et des poches décarburées selon le procédé de l'invention. Comme représenté à la Fig. 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, respectivement 4 et 5, destinés à être partiellement immergés dans un bain 6 de métal liquide à traiter, comme par exemple de l'acier. Ce bain 6 de métal liquide est contenu dans une poche 7. La partie supérieure 2 de l'enceinte 1 comporte un conduit 8 relié à un dispositif, non représenté, permettant de faire le vide à l'intérieur de l'enceinte 1, comme par exemple une pompe à vide. 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 Fig. 1. Selon l'invention, lorsque la pression dans l'enceinte 1 de décarburation, plus particulièrement dans le haut de cuve 2 de ladite enceinte, est stabilisée, on effectue un brassage chimique de l'acier contenu dans la poche 7. Ce brassage chimique a pour objet de mélanger brutalement l'acier contenu dans le fond de la poche 7 avec celui contenu dans le haut de ladite poche 7. On effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche 7 lorsque la pression dans l'enceinte 1 de décarburation est stabilisée, la pression de stabilisation étant fonction de la puissance de la pompe à vide qui est habituellement inférieure à 5 millibars, voire même inférieure à 4 millibars. De manière préférentielle, ce brassage chimique de l'acier contenu dans la poche 7 est effectué lorsque la pression dans l'enceinte 1 de décarburation est stabilisée à une valeur inférieure à 4 millibars depuis au moins une minute, de préférence depuis trois minutes. Ce brassage chimique est effectué en injectant dans le fond de la poche 7 un matériau de brassage contenant de la castine ou du carbonate de calcium, ou tout autre matériau qui génère un gaz en se décomposant sous l'effet de la température et dont les éléments chimiques ont des températures de fusion supérieures à la température du métal liquide à décarburer afin que ces éléments, après décomposition du matériau, décantent dans le laitier. Dans le cas par exemple du carbonate de calcium C03Ca, celui-ci réagit avec la chaleur dégagée Dar l'acier en fusion dans la Doche 7 selon la réaction: C03 Ca + chaleur > C02 + CaO. Cette réaction est très violente ce qui produit une petite explosion dans le fond de la poche 7 par détention du gaz carbonique formé. Le gaz carbonique formé créé par cette réaction va dégazer vers le haut de la poche 7 et la chaux CaO produite va décanter dans le laitier surnageant sur le bain 6 d'acier en fusion. Cette détente du gaz carbonique entralne un brassage important de l'acier contenu dans la poche 7. Pour cela, le matériau de brassage doit être injecté dans le fond de la poche 7 pour créer l'explosion dans ledit fond afin d'obtenir un brassage efficace et par soucis de sécurité. Comme représenté à la Fig. 2, une solution pour injecter le matériau de brassage dans le fond de la poche 7 consiste à utiliser un fil fourré 10 constitué d'une gaine métallique 11 entourant le matériau de brassage 12. Ce fil fourré 10 est injecté dans la poche 7 à très grande vitesse, de l'ordre de 300 m/mn. Le matériau de brassage peut être constitué par exemple du carbonate de calcium additionné d'un élément de dilution, comme par exemple de la silice SiO2. Dans ce cas, la silice après réaction décante avec la chaux dans le laitier. Des essais ont été réalisés en traitant des poches par le procédé selon l'invention en injectant, lorsque la pression dans l'enceinte 1 de décarburation est stabilisée à 4 millibars depuis trois minutes dans le fond des poches à 300 m/mn, un fil fourré de diamètre égal à 13mm et dosé à lOg par mètre linéaire de carbonate de calcium et d'un élément d'addition tel que la silice. Le dosage du matériau de brassage, en l'occurrence le carbonate de calcium, est tel que la puissance de brassage obtenue soit équivalente à environ 500 normolitres d'argon. Une puissance supérieure entrainerait un brassage trop important et donc une détérioration du réfractaire des plongeurs 4 et 5 de l'enceinte 1 de décarburation. Pour chaque coulée, un échantillon a été prélevé afin d'en analyser la teneur en carbone après 30 tonnes, après 110 tonnes et après 200 tonnes de coulée. Comme représenté à la Fig. 3, après 15 minutes de traitement dans l'enceinte 1 de décarburation, la teneur moyenne en carbone des échantillons T1 prélevés après 30 tonnes de coulée est égale à 34,1 ppm, la teneur en carbone des échantillons T2 après 110 tonnes de coulée est égale à 31,lppm et la teneur en carbone des échantillons T3 après 200 tonnes de coulée est égale à 28,5ppm. Sans l'injection d'un matériau de brassage comme dans le procédé selon l'invention, la teneur moyenne en carbone des échantillons T1 après 30 tonnes de coulée est égale à 42,9 ppm, la teneur en carbone des échantillons T2 après 110 tonnes de coulée est égale à 37,Sppm et la teneur en carbone des échantillons T3 après 200 tonnes de coulée est égale à 36,1 ppm. La variation d'analyse en carbone des échantillons T1, T2 et T3 est donc bien plus faible lorsque le traitement a été effectué par le procédé selon l'invention que selon la technique antérieure. De plus, on constate que la décarburation est meilleure par le procédé selon l'invention. Cette amélioration est due au fait que le dégagement gazeux obtenu provoque le brassage de l'acier qui permet de faire remonter l'acier situé en fond de poche et de décarburer par l'effet de vide, donc plus rapidement que par dilution. On peut ainsi réduire la durée de décarburation dans des proportions non négligeables, de l'ordre de 20% sans dégrader la qualité de la décarburation. Enfin, un avantage particulier du procédé selon l'invention réside dans le fait que le dégagement de gaz carbonique entraîne avec lui les nitrures ce qui permet de dénitrurer l'acier. REVENDICATIONS 1. Procédé de décarburation d'acier contenu dans une poche (7) au moyen d'une enceinte (1) de décarburation sous vide comprenant une partie supérieure (2), appelée haut de cuve, munie d'un conduit (8) relié à une pompe à vide et une partie inférieure (3), appelée bas de cuve, munie de plongeurs (4, 5) partiellement immergés dans l'acier de la poche (7), caractérisé en ce que l'on effectue un brassage chimique de l'acier contenu dans la poche (7) au moment où la pression dans l'enceinte (1) de décarburation est stabilisée. 2. Procédé de décarburation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche (7) au moment où la pression est stabilisée à une valeur inférieure à 5 millibars, de préférence inférieure à 4 millibars. 3. Procédé de décarburation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche (7) au moment où la pression dans l'enceinte (1) de décarburation est stabilisée à une valeur inférieure à 5 millibars, de préférence égale à 4 millibars, depuis au moins une minute, de préférence depuis trois minutes. 4. Procédé de décarburation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche (7) en injectant dans le fond de la poche un matériau de brassage qui génère un gaz en se décomposant sous l'effet de la température et dont les éléments chimiques ont des températures de fusion supérieures à la température du métal liquide à décarburer. 5. Procédé de décarburation selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage chimique de l'acier contenu dans la poche (7) en injectant dans le fond de la poche un matériau de brassage contenant de la castine. 6. Procédé de décarburation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage chimique contenu dans la poche (7) en injectant dans le fond de ladite poche (7) un matériau de brassage contenant du carbonate de calcium. 7. Procédé de décarburation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau de brassage contient du carbonate de calcium et un élément de dilution. 8. Procédé de décarburation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de dilution est de la silice. 9. Procédé de décarburation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de brassage est injecté dans le fond de la poche (7) à une vitesse d'environ 300 m/mn au moyen d'un fil fourré (10). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fil fourré (10) est constitué d'une gaine métallique (11) entourant le matériau (12) de brassage dosé à 10g par mètre de fil, le reste étant formé par ledit matériau de dilution.