FR 2519024 A1 19830701 FR 8221804 A 19821227 Lance pour l'affinage par soufflage de poudre au- dessus d'un bain de métal fondu et procédé de décarburation et d'affinage de l'acier avec une telle lance. L'invention concerne une lance pour l'affina- ge par soufflage de poudre au-dessus d'un bain de métal fondu, convenant pour introduire un agent d'af- finage sous forme de poudre, comme un fondant dans un bain de métal fondu, comme l'acier fondu sous vide. Il existe une demande toujours croissante pour la commercialisation de matériaux métalliques de haute qualité Cette demande recouvre les besoins pour des propriétés mécaniques améliorées et pour une plus grande précision dans le réglage des composants chimi- ques Selon une pratique généralement utilisée pour répondre à une telle demande, le métal fondu affiné, dans un convertisseur, ou un four électrique ou tout autre type de four convenable, est à nouveau affiné sous vide, pour produire un métal présentant les ca- ractéristiques et la composition désirées. Pour cet affinage supplémentaire, un agent d'affinage sous forme de poudre est émis en jet à tra- vers une lance de soufflage au-dessus du bain de mé- tal fondu Etant donné que le soufflage par la lance au-dessus du bain a pour objet de faire passer la pou- dre d'affinage dans le métal fondu, il est essentiel d'augmenter la vitesse d'écoulement de la poudre qui pénètre dans le métal fondu Il faut aussi prendre en considération la nécessité de réduire au minimum l'usure possible de l'intérieur de la lance Pour ré- pondre à ces nécessités, on a utilisé des lances du type à tubulure unique et droite. Dans l'emploi des lances de ce type conven- tionnel, diverses mesures ont été prises pour augmen- ter la vitesse de projection du gaz porteur, en vue d'augmenter celle de la poudre Toutefois, avec une lance du type à tubulure unique et droite, la diffi- culté provient de ce que la vitesse d'écoulement du gaz, si on l'augmente, a une limite (qui est de Mach 1 au plus), et que celle de la poudre qui l'accompa- gne est inévitablement inférieure à Mach 1 En outre, l'usure de l'intérieur de la lance tend à augmenter proportionnellement, à mesure que la vitesse d'écoule- ment de la poudre augmente Une autre difficulté pro- vient de ce qu'en raison de la nécessité de souffler au-dessus du bain, à partir d'un certain niveau supé- rieur à la surface du métal fondu pour tenir compte de détériorations thermiques de la lance, la vitesse d'écoulement de la poudre tend à diminuer de façon appréciable avant que celle-ci n'atteigne la surface du métal fondu, ce qui empêche une pénétration suffi- sante de la poudre dans le métal fondu. Une lance conventionnelle du type à tubulure unique et droite, présente donc les inconvénients: ( 1) de comporter des limitations inhérentes qu'aucune tentative d'augmentation de la vitesse d'écoulement de la poudre ne peut surmonter; ( 2) d'être suscepti- ble de pertes par envol de la poudre à l'avant et pendant l'opération de soufflage par la lance; et ( 3) de ce que la zone sur laquelle des jets de poudre entrent en collision avec la surface du métal fondu est tellement large (ce qui signifie que la poudre est largement dispersée), que la profondeur de péné- tration de la poudre dans le métal fondu est limitée. Avec une lance de ce type, la progression des diverses réactions entre la poudre et le métal fondu est impraticable au-delà d'une certaine mesure limitée. L'invention a pour but une lance pour l'affi- nage par soufflage de poudre au-dessus du bain de mé- tal fondu qui, sans provoquer son usure intérieure par les jets de poudre, permet un accroissement apprécia- ble de la vitesse d'écoulement de la poudre, au moment de sa collision avec le métal fondu, et une durée suffisante de contact avec le métal fondu; il en ré- sulte une augmentation substantielle de l'interface de réaction et une accélération de la réaction, de telle sorte que l'on puisse obtenir une réduction de la durée de l'affinage et une pénétration accrue de la poudre. L'invention a aussi pour but une lance pour l'affinage par soufflage de la poudre au-dessus du bain de métal fondu, qui permet un réglage souple des conditions d'affinage, par des ajustements indépen- dants de la quantité de poudre ajoutée et de la vites- se d'écoulement de la poudre. L'invention a encore pour but un procédé de décarburation et d'affinage qui, par l'emploi d'une telle lance, permet de produire un acier inoxydable de grande pureté, ou un acier à haute teneur en manga- nèse, d'une concentration (C) en carbone inférieure à 0,0014 % dans l'acier fondu, une telle production ayant été jusqu'à présent considérée comme impossible à réaliser à l'échelle industrielle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, divers modes de réalisation de l'inven- tion Sur ces dessins: la figure 1 est une vue schématique de des- sous d'une lance pour l'affinage par soufflage de pou- dre au-dessus de la surface du bain la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 illustre le soufflage d'une pou- dre au moyen d'une lance conventionnelle; la figure 4 illustre le soufflage d'une pou- dre au moyen d'une lance suivant l'invention; la figure 5 est une vue schématique représen- tant une opération d'affinage par décarburation oxy- génante sous vide en utilisant la lance de l'inven- tion; la figure 6 est un graphique montrant l'amé- lioration de la désulfuration sous vide en utilisant la lance de l'invention, comparativement à celle ef- fectuée avec une lance conventionnelle; la figure 7 illustre un procédé conventionnel de décarburation et d'affinage; la figure 8 illustre une opération de décarbu- ration et d'affinage, en cours, suivant le procédé de l'invention; la figure 9 est un graphique montrant la rela- tion entre le taux d'alimentation de poudre et la variation de la concentrationen C; la figure 10 est un graphique montrant la re- lation entre le taux d'alimentation en agent décarbu- rant en poudre et la constante de vitesse de la réac- tion de décarburation; la figure il est un graphique montrant l'ef- fet de la vitesse de mélange de l'oxyde de chrome sur le taux de décarburation; la figure 12 est un graphique montrant la relation entre la hauteur de la lance et la profon- deur de pénétration de la poudre; la figure 13 est un graphique montrant l'ef- fet du taux d'alimentation en poudre sur la profon- deur de pénétration de la poudre; la figure 14 est un graphique montrant l'ef- fet du taux d'écoulement du gaz porteur sur la profon- deur de pénétration de la poudre; la figure 15 est un graphique montrant la va- riation de la concentration en C pendant l'opération d'affinage de l'acier au carbone, selon le procédé de l'invention; la figure 16 est un graphique montrant la re- lation entre le taux d'alimentation en agent décarbu- rant et la constante de vitesse de la réaction de décarburation. L'invention est basée sur la découverte a) qu'il est avantageux d'utiliser une tubulu- re d'alimentation en gaz pour accélérer la vitesse d'écoulement de la poudre et d'effectuer ladite accé- lération sous vide après décharge de la poudre par un conduit distinct, séparément de l'émission du jet de gaz porteur, dont la vitesse d'écoulement serait sou- mise à une limitation, dans le cas d'interférence; et b) que, à cet effet, la lance pour l'affinage par soufflage de poudre au-dessus du bain, doit com- porter une structure double, la tubulure interne ser- vant à l'alimentation en gaz (porteur) qui incorpore la poudre de façon conventionnellement requise, et la tubulure externe adaptée pour l'émission de jets de gaz à travers plusieurs buses du type dit de Laval (dont chacune comporte un orifice dont l'axe central est incliné sous un angle donné par rapport à l'axe central de la lance), de telle sorte qu'après sa décharge au travers des buses, la poudre a un écoule- ment accéléré et converge pour une pénétration profon- de dans le métal fondu En conséquence, la lance de l'invention comporte une structure à double tubulure, composée d'une tubulure interne pour le passage de la poudre et du gaz porteur, qui apporte la poudre, et d'une tubulure externe pour le passage de gaz servant à accélérer l'écoulement de la poudre, l'extrémité frontale de la tubulure externe ne s'ouvrant qu'au travers de plusieurs orifices de buses de Laval. L'angle d'inclinaison des orifices des buses de Laval est avantageusement tel que les jets de gaz les traversant se rencontrent immédiatement audessous de la lance, pour faire converger les jets de poudre. Il est avantageux de prendre des dispositions dans le fonctionnement pour que la position d'une telle con- vergence concorde avec la surface du métal fondu. La figure 1 est une vue de dessous d'une for- me de réalisation de la lance de l'invention La figu- re 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 La lance 1 se compose d'une tubulure inter- ne 2 pour le passage de la poudre et de son gaz por- teur, et d'une tubulure externe 3 pour le passage du gaz servant à accélérer l'écoulement de la poudre. Une extrémité frontale 4 de la tubulure externe 3 ne s'ouvre qu'à travers trois orifices 5 de buses de Laval, et l'axe central de chaque orifice 5 de buse de Laval est légèrement incliné par rapport au centre de la lance L'angle d'intersection entre l'axe de la tubulure interne 2 et l'axe de chaque orifice de buse est représenté en a à la figure 2 Le nombre des orifices de buses peut être de quatre ou plus. Quand on emploie une lance de ce type, si un gaz porteur tel que l'argon (Ar), accompagné d'une poudre d'affinage comme un fondant, se décharge de la tubulure interne 2, et si un jet de gaz accélérateur tel que Ar est émis par des orifices 5 de buses de Laval de la tubulure externe 3, l'écoulement de la poudre est accéléré par le gaz accélérateur et conver- ge pour pénétrer profondément dans le métal fondu. La figure 3 représente schématiquement une opération de soufflage de poudre au-dessus d'un bain, à l'aide d'une lance conventionnelle l' du type à tubulure unique et droite De même, la figure 4 repré- sente schématiquement une telle opération de soufflage, à l'aide de la lance l de l'invention Comme on le voit sur la figure 3, avec une lance conventionnelle, des pertes de poudre par envol sont inévitables et la profondeur de la pénétration de la poudre dans un mé- tal fondu 6 est insignifiante Au contraire, quand on utilise la lance de l'invention, les jets de poudre provenant des orifices des buses, convergent bien, sans perte par envol et la zone d'impact sur la surfa- ce du métal fondu 6 est petite, comme il apparaît clairement à la figure 4 On voit que la poudre a pé- nétré profondément dans le métal fondu Le type de pénétration de la poudre dans le métal fondu telle que représentée est établi sur la base d'essais effec- tués sur des modèles hydrauliques La comparaison du rendement avec la lance de l'invention et avec une lance conventionnelle, du type à tubulure unique et droite, dans les mêmes conditions, montre qu'en ce qui concerne la profondeur de pénétration de la pou- dre, le rendement de la lance de l'invention est dou- ble de celui de la lance conventionnelle, quand on em- ploie une poudre de densité relativement faible, comme la chaux éteinte, et environ triple de celui-ci quand on emploie une poudre de densité plus élevée, comme le minerai de fer. On effectue des expériences de décarburation i oxygénante sous vide d'un acier à 19 %, de Cr et de désulfuration par soufflage de poudre au-dessus du bain, du même acier, en utilisant un four à induction sous vide de 2,5 tonnes alimenté en haute fréquence, comme représenté sur la figure 5 Sur la figure 5, on a représenté en 11 un dispositif pour des prises de température, en 12 un conduit pour faire le vide, en 13 des enroulements haute fréquence, en 14 un réci- pient, en 15 un bouchon poreux et en 16 une trémie de chargement d'un additif. Le tableau I indique les composants chimiques d'un acier fondu brut, provenant de l'acier à 19 % de Cr utilisé dans les expériences, ainsi que ceux de l'acier fondu brut, avant et après soufflage de poudre au-dessus du bain. On utilise, comme additif en poudre, un fon- dant mixte renfermant, en poids, 74 % de Ca O, 16 % de Ca F 2, et 10 % de Si O 2. La lance utilisée est telle que sa tubulure interne 2, c'est-à-dire l'orifice de la buse çentrale, est de 5 mm de diamètre, entourée par trois orifices de buses de Laval, d'un diamètre de 2 mm chacun, inclinés d'un angle a = 3 Le gaz porteur est l'Ar, alimenté au taux de 0,3 Nm /mn tonne Le gaz Ar est émis en jet à travers les orifices des buses 5 au taux de 0,3 Nm 3/mn tonne, accompagné du fondant en poudre qui est alimenté au taux de 2 kg/mn tonne Du gaz Ar est émis en jet à travers les orifices 5 de buses, au taux de 0,45 Nm 3/mn tonne ou à Mach 3,8 pour accélérer l'écoulement de la poudre La pression ambiante pour l'affinage est d'environ 26,6 x 10 Pa ( 20 Torr), la température de l'acier fondu pendant le soufflage de poudre au-dessus du bain est de 16000 C et la distance entre la lance de soufflage et le bain d'acier fondu (hauteur de la lance) est de 600 mm. TABLEAU I Composants chimiques (% en poids) Fe + C Si Mn P S Cr Fet impuretés Acier fondu brut 0,80 0,22 0,20 0,012 0,010 19,0 le reste Avant soufflage de poudre 0,02 0,15 0,17 0,012 0,010 18,7 le reste au-dessus du bain Après soufflage de poudre 0,02 0,17 0,17 0,012 0,0002 18,8 le reste au-dessus du bain Ln "O 4 r Jr- La figure 6 est un graphique indiquant les résultats d'essais sur l'amélioration de la désul- furation, quand on effectue l'opération d'affinage en utilisant la lance de l'invention de la façon dé- crite ci-dessus, comparativement aux résultats cons- tatés dans une opération semblable, dans les mêmes conditions, avec une lance conventionnelle, à tubulu- re unique et droite On voit d'après le graphique que le rendement de la lance de l'invention est remarqua- ble en ce qui concerne l'augmentation de la vitesse de réaction de désulfuration et l'abaissement de la concentration limite en soufre (S) qui peuvent être atteints. La lance de l'invention est très avantageuse pour la production d'un acier fondu à teneur extrême- ment basse en carbone Le procédé de production d'un tel acier est décrit ci-après. Selon les procédés conventionnels de décarbu- ration oxygénante sous vide, on produit l'acier inoxy- dable ferritique à teneur très faible en carbone, de la manière suivante: Un acier fondu brut (d'une composition, par exemple, de: C = 12 %, Si = 0, 30 %, Mn = 0,30 %, P = 0,026 %, S = 0,006 %, Cr = 19,0 %, O = 0,010 % et N = 0,035 %), tel que fabriqué dans un four élec- trique, est transféré dans une poche de coulée, puis coulé dans un récipient sous vide, comme représenté à la figure 7, pour être affiné. La figure 7 représente une lance 21 de décar- buration-affinage par soufflage de gaz (oxygène) au- dessus du bain, un dispositif 22 pour prendre des mesures de température, un conduit 23 pour faire le vide, un récipient 25 pour recevoir l'acier fondu, de l'acier fondu 26, un bouchon poreux 27 pour l'alimen- tation en gaz d'agitation (Ar ou gaz semblable), et une trémie 28 contenant l'additif On effectue l'affi- nage avec ce dispositif de manière telle que le souf- flage d'oxygène, au-dessus du bain, pour la décarbura- tion, est accompagné d'un courant de gaz d'agitation à travers le bouchon poreux, sous une pression d'envi- ron 173 x 10 Pa ( 130 % 0,6 Torr). Avec un acier fondu brut de la composition pré- cédemment indiquée, on produit, suivant le procédé conventionnel de décarburation oxygénante sous vide, un acier ayant la composition suivante: C, 0,02 X 0,06 %; Si, 0,10 X 0,20 %; Mn, 0,10 X 0,20 %; P, 0, 026 X 0,027 %; S, 0,005 ' 0,006 %; Cr, 18,0 X 18,7 %; 0, 0,065 %; N, 0,008 %. Selon un procédé de décarburation et d'affina- ge pour réduire davantage la teneur en carbone de l'acier, il existe une méthode de décarburation sous vide élevé, selon laquelle on effectue la décarbura- tion en utilisant comme source d'oxygène, l'oxyde de chrome produit à la surface de l'acier fondu pendant l'opération de soufflage d'oxygène au-dessus du bain. Toutefois, la vitesse de décarburation pendant le traitement, dépend de la concentration en carbone à ce moment et, par conséquent, plus la concentration en carbone est basse, plus la vitesse de décarbura- tion est faible Il s'ensuit une durée considérable pour obtenir un acier fondu de teneur extrêmement fai- ble en carbone Afin de diminuer cette condition de durée, il faut abaisser autant que possible la concen- tration en carbone avant l'opération de décarburation sous vide élevé Mais si on effectue la décarburation par soufflage d'oxygène avant l'opération de décarbu- ration sous vide élevé, il est probable que l'oxyde de chrome éventuellement produit, à partir du moment o la concentration en carbone est réduite à un ni- veau de 0,1 X 0,4 %, se dépose globalement sur la surface de l'acier fondu; ce fait rend difficile la réalisa AIM'àâa IQ Rc 98 r fondu et du laitier dans l'opération ultérieure de décarburation sous vide éle- vé Il en résulte donc une agitation insuffisante, une diminution de la vitesse de décarburation et une durée de traitement éventuellement accrue La concen- tration en C de l'acier fondu obtenue par cette métho- de est, au mieux, de 0,008 X, 0,012 %. On a proposé deux méthodes pour surmonter ces difficultés Selon l'une, on introduit de grandes quantités de gaz pour l'agitation par différents points du fond de la poche dans l'acier fondu, l'agi- tation étant effectuée vigoureusement, ce qui accélère la réaction entre l'acier fondu et l'oxyde de chrome déposé sur la surface Selon l'autre méthode, on dimi- nue le dépôt de l'oxyde de chrome sur la surface de l'acier fondu jusqu'à un niveau convenable, en rédui- sant une partie de ce dépôt ou du laitier de haute concentration, par FeSi ou un composé semblable, le fondant étant alors ajouté pour produire un laitier fluide de Ca O-Si O 2-Cr 203, de bas point de fusion et présentant un certain pouvoir oxydant. Selon l'une ou l'autre de ces deux méthodes, on peut produire un acier fondu d'une concentration en carbone de 0,005 % ou moins, mais ces méthodes sou- lèvent les problèmes suivants Avec la première, la difficulté provient de la possibilité de rupture ou de fusion aux multiples orifices des conduits de gaz placés au fond de la poche ou sur les réfractaires périphériques De plus, il existe la possibilité d'un danger accru d'une fuite d'acier fondu L'emploi pra- tique de cette méthode est donc sujet à caution à plusieurs points de vue La seconde méthode peut être efficace pour produire la fluidité du laitier, mais elle présente l'inconvénient de ce que, à mesure que la quantité d'additif augmente, la concentration en oxyde de chrome est susceptible de diminuer, d'o il résulte naturellement une diminution du pouvoir oxy- dant Il est donc difficile de produire selon une tel- le méthode un laitier convenable dans une opération pratique. L'emploi de la lance de l'invention de souf- flage de poudre au-dessus du bain permet de surmonter les difficultés rencontrées selon les méthodes anté- rieures et décrites ci-dessus, par l'émission de jets d'additifs de décarburation et d'affinage sur la sur- face de l'acier fondu, à une vitesse telle que les additifs pénètrent profondément dans l'acier fondu. Toute poudre contenant un ou plusieurs oxydes du groupe du chrome, du fer, du manganèse et du nickel, convient comme additif de décarburation et d'affinage, selon l'invention On peut utiliser soit un gaz inerte comme Ar, soit un autre gaz comme d'azote, N 2, comme gaz porteur Le gaz d'accélération émis à travers les orifices des buses de Laval doit avoir une vitesse supersonique; et le degré de péné- tration du gaz dans l'acier fondu, qui est exprimé par l'équation: Pénétration relative Profondeur de pénétration denélaatpoudrelat(ve de la poudre de la poudre Xî doit de préférence être réglé à 20 % ou plus, par un choix convenable de la hauteur de la lance et d'autres facteurs nécessaires Dans tous les cas, il doit être de 15 % ou plus. Dans au moins une phase partielle du procédé de décarburation sous vide et d'affinage, il est pos- sible d'augmenter encore la réaction entre l'additif et l'acier fondu, par l'introduction d'un gaz d'affi- nage ou d'agitation sous la surface de l'acier fondu. Le procédé de décarburation et d'affinage de l'acier selon l'invention est décrit ci-après dans un exemple de décarburation oxygénante sous vide d'acier à 19 % de Cr, en utilisant un four à induc- tion sous vide (capacité: 2,5 tonnes) tel que repré- senté sur la figure 8. Le procédé de décarburation oxygénante sous * vide comprend une opération de décarburation dans la- quelle de l'oxygène est soufflé au-dessus du bain d'acier brut fondu Dans la phase à faible teneur en carbone de l'opération de décarburation, une certai- ne quantité de chrome est oxydée, qu'on laisse se déposer sous forme d'oxyde de chrome solide sur la surface de l'acier fondu Dans le but de produire un acier fondu à teneur extrêmement faible en carbone, on effectue l'opération de décarburation et d'affina- ge en employant le procédé de l'invention de souffla- ge de poudre au-dessus du bain, après avoir effectué le soufflage d'oxygène au-dessus du bain et avant que l'oxyde de chrome se soit accumulé sur la surface de l'acier fondu, dans la phase à faible teneur en car- bone de l'opération. Un acier fondu 36 est maintenu à 16000 C à l'aide de bobines haute fréquence 34, disposées sur un récipient 35 du four à induction sous vide, repré- senté à la figure 8 Le gaz est évacué à travers une canalisation de vide 33, pour maintenir un vide d'environ 26,6 x 102 Pa ( 20 Torr) Une poudre de dé- carburation 39, envoyée en jet sur la surface de l'acier fondu 36, est composée d'un mélange de 95 % de Cr 203, 4 % de Ti O 2 et 1 % d'un autre composé, les dimensions de particules de la poudre correspondant à celles du tamis 200, ou moins Le jet est envoyé par la lance 1 de soufflage de l'invention, sur la surface de l'acier fondu, à une grande vitesse, l'ar- gon étant utilisé comme gaz porteur. La lance 1, comme celle des figures 1 et 2, comporte trois orifices 5 de buses de Laval, chacun d'un diamètre de 2 mm, sous un angle d'inclinaison de 3 Avec l'argon comme gaz porteur, une poudre décar- burante est émise en jet à Mach 1 (sous un vide d'environ 26,6 x 102 Pa ( 20 Torr)) à partir de l'ori- fice d'une buse centrale associée à la tubulure inter- ne 2, ledit orifice de buse ayant un diamètre de 5 mm. A Mach 3,8 (sous un vide d'environ 26,6 x 102 Pa ( 20 Torr)), des jets de gaz Ar sont émis par les buses 5 pour accélérer la vitesse d'écoulement de la poudre de décarburation soufflée par l'orifice de la buse centrale. On ajuste la pression du gaz Ar de l'orifice de la buse centrale à environ 29,4 x 104 Pa ( 3 kg/ cm 2) et le débit d'écoulement du gaz à 0,2 X 0,4 Nm 3 mn tonne On ajuste la pression du gaz Ar des orifi- ces 5 des buses à environ 49 x 104 Pa ( 5 kg/cm 2), avec un débit d'écoulement du gaz de 0,45 Nm /mn tonne Le taux d'alimentation de la poudre de décarbu- ration est de 0,20 0,05 kg/mn tonne et la quanti- té fournie de cette poudre est de 6,7 kg/tonne (à con- dition que l'on fasse graduellement décroître le taux d'alimentation, pour tenir compte de l'effet de pénétration de la poudre dans l'acier fondu et de la vitesse de la réaction de décarburation Y. On maintient la distance entre l'extrémité inférieure de la lance de soufflage 1 et la surface d'un acier fondu 36, à 600 mm Du gaz Ar est soufflé à travers un bouchon poreux 37 au fond d'un récipient , au taux de 2 X 7 Nl/mn tonne. u Tvq np snssep-n LD 61 01010 Z 10-10 51,10 ETJO 800010 aapnod op abulggnos e T s Qady 81,00 u Tpq np snssap-nu 61 01010 Z 10,10 silo 07, 010 aapnod op abu Tgjnos ai qu EAV 61 010 jo 'ZTO,10 Ozlo oz,10 0810 npuog qnaq aa T Dv ZD S ci 14 TS squvoodmo D w C> v- tn (%à 10 1-1 z iivzliqvià Le tableau 2 indique la composition de l'acier fondu avant décarburation, sa composition avant souf- flage de poudre au-dessus du bain, ou après la fin du soufflage d'oxygène, et sa composition après la fin du soufflage de poudre au-dessus du bain La figure 9 montre la variation de la concentration (C) en carbo- ne dans l'acier fondu, pendant l'opération de souffla- ge au-dessus du bain de la poudre de décarburation (Cr 203: 95 %) Sur la figure, la ligne en trait con- tinu se rapporte au cas d'une alimentation en poudre de 0,15 kg/mn tonné, et la ligne en pointillés se rapporte au cas d'une alimentation en poudre de 0,07 kg/mn tonne On voit d'après le tableau 2 et la figure 9 que le niveau de (C) = 0,0008 % est atteint en un temps relativement court Pendant le processus de soufflage, au-dessus du bain, de la poudre de décarburation, on n'observe pas de forma- tion d'oxyde de chrome solide sur la surface de l'acier fondu, et l'on peut effectuer de façon satis- faisante une agitation vigoureuse de l'acier fondu ainsi que du mélange d'acier fondu et de laitier. La figure 10 montre l'effet du taux d'alimen- tation en poudre de décarburation sur la constante de vitesse dans une réaction de décarburation Sur la figure, la ligne en trait continu se rapporte au cas de 95 % de Cr 203 dans la poudre de décarburation, la ligne en pointillés se rapporte au cas de 65 % de Cr 203 dans cette poudre, et la ligne en traits longs et courts alternés se rapporte au cas de 34 % de Cr 203 dans la poudre Il apparait d'après la figure que la constante de vitesse de la réaction augmente en même temps que le taux d'alimentation en poudre. On observe la formation d'un laitier comprenant de l'oxyde de chrome solide, sur la surface de l'acier fondu, lorsque le taux d'alimentation en poudre dépasse 3 x 103 kg/sec tonne. La figure il montre l'effet de la teneur en oxyde de chrome de la poudrede décarburation sur la vitesse de décarburation Sur la figure, la ligne en trait continu se rapporte au cas de 95 % d'oxyde de chrome ( 5 % d'un autre composant) dans la poudre, la ligne en pointillés se rapporte au cas de 65 % d'oxy- de de chrome (avec 33 % de Mg O et 2 % d'un autre com- posant) et la ligne en traits longs et courts alternés se rapporte au cas de 34 % d'oxyde de chrome (avec 63 % de Mg O et 3 % d'un autre composant) Ici les données se rapportent au cas ou le taux d'alimenta- tion en poudre de décarburation est de 0,15 kg/mn tonne On voit d'après la figure que la vitesse de décarburation devient extrêmement faible lorsqu'on ré- duit la teneur en oxyde de chrome Ceci s'observe également d'après la figure 10. On constate donc que lorsqu'on effectue l'opé- ration de décarburation et d'affinage pour réduire la teneur en carbone à un niveau extrêmement bas, comme décrit dans le cas présent, plus la concentration en oxyde de chrome dans la poudre de décarburation est élevée et plus le taux d'alimentation en poudre est élevé, plus grande est la vitesse de décarburation, et il est donc possible d'obtenir un niveau de concen- tration de (C) = 0,0014 %, ou moins, en un temps court Mais étant donné la nécessité d'une agitation vigoureuse de l'acier fondu ainsi que du mélange d'acier fondu et de laitier, il n'est pas avantageux d'utiliser un taux excessivement élevé d'alimentation en poudre de décarburation Pour contrôler la forma- tion de laitier contenant de l'oxyde de chrome, on constate qu'une condition (marginale) de 3 x 10 3 kg/ se tonne est favorable. Dans la mise en oeuvre du procédé de l'inven- tion de décarburation et d'affinage, la sélection de la profondeur de pénétration de la poudre dans l'acier fondu est importante La figure 12 est un graphique qui montre la relation entre la hauteur de la lance et la profondeur ou pénétration relative de la poudre; on détermine cette relation en utilisant une poudre de minerai de fer comme additif et en fai- sant varier les paramètres du taux d'alimentation en poudre et de la vitesse d'écoulement du gaz porteur. Les essais sont effectués sur un modèle de simulation d'un four de 2,5 tonnes Le tableau 3 donne les va- leurs du taux d'alimentation en poudre (kg/mn tonne) et de la vitesse d'écoulement du gaz (Nm 3/mn tonne) correspondant aux lignes A, B, C et D de la figure. TABLEAU 3 On voit d'après le graphique qu'une hauteur de moins de 300 m pour la lance n'est pas favorable, pour l'affinage, car il peut en résulter un éclabous- sement excessif d'acier fondu Une pénétration de la poudre telle que la poudre atteigne le fond du four n'est pas non plus favorable, car il peut en résulter une fusion du four Si la pénétration relative est inférieure à 15 %, il peut se produire des pertes par Taux d'alimentation Vitesse d'écoulement en poudre du gaz A 0,7 0,3 B 0,7 0,6 C 1,4 0,3 D 1,4 0,6 envol de poudre, et l'effet désirable d'affinage ne peut être atteint. Par un choix convenable de la hauteur de la lance, du taux d'alimentation en poudre, de la vites- se d'écoulement du gaz porteur ou de la vitesse du gaz d'accélération, on atteint une pénétration relati- ve de la poudre supérieure à 15 %, ou de préférence à % Pour obtenir une pénétration relative de plus de 20 %, la hauteur de la lance doit être de 1 000 mm ou moins, selon d'autres conditions, telles que la vi- tesse du gaz d'accélération Un intervalle convenable pour les hauteurs de la lance doit donc être de 300 1 000 mm. La profondeur de pénétration de la poudre peut être influencée par le taux d'alimentation en poudre et la vitesse d'écoulement du gaz porteur La profondeur de pénétration s'accroit quand ces taux augmentent Ceci apparaît à la figure 12 Les figures 13 et 14 montrent les résultats d'essais effectués pour étudier l'étendue de ces effets. On effectue les essais à l'aide d'un modèle simulant un four de 2,5 tonnes La figure 13 montre la relation qui existe entre la hauteur et la profon- deur de pénétration de la poudre, déterminée dans chacun des cas suivants A chaux éteinte 2 kg/mn tonne; B chaux éteinte 4 kg/mn tonne; C minerai de fer 0,7 kg/mn tonne; et D minerai de fer 1,4 kg/mn tonne. -30 La vitesse d'écoulement du gaz porteur est de 0,3 Nm 3/mn tonne. Comme il apparaît d'après la figure, si le taux d'alimentation en poudre est doublé, la profon- deur de pénétration de la poudre augmente jusqu'à un coefficient de 1,5. La figure 14 montre la relation qui existe entre la hauteur de la lance et la profondeur de péné- tration de la poudre, déterminée dans les cas suivants A, B minerai de fer alimenté au taux de 0,7 kg/mn tonne; C, D chaux éteinte alimentée-au taux de 2 kg/ mn tonne; A, C vitesse d'écoulement du gaz porteur 0,3 Nm 3/mn tonne; B, D vitesse d'écoulement du gaz porteur 0,6 Nm 3/mn tonne On voit d'après la figure, que si on double la vitesse d'écoulement du gaz por- teur, la profondeur de pénétration de la poudre est augmentée jusqu'à un coefficient d'environ 1,2. Dans la pratique, on doit donc ajuster la hauteur de la lance en tenant compte de ces facteurs. Un autre exemple se rapportant à l'affinage d'acier au carbone par décarburation oxygénante sous vide est décrit ci-après. La figure 15 montre les effets des oxydes de manganèse et de fer, employés sous forme de poudres comme agent décarburants dans le soufflage au-dessus du bain La ligne en trait continu se rapporte au cas o on utilise une poudre de décarburation dont la teneur en oxyde de manganèse (Mn O 2) est de 97 % et la ligne en pointillés se rapporte au cas o la teneur en oxyde de fer (Fe 203) de la poudre de décarburation est de 96 % Le tableau 4 indique la composition de l'acier fondu brut dans le cas de l'emploi de la pou- dre d'oxyde de manganèse comme décarburant dans le soufflage au-dessus du bain, ainsi que les composi- tions de l'acier avant et après le soufflage au-dessus du bain Comme dans le cas de l'exemple précédemment décrit, on constate que l'on peut facilement attein- dre un niveau de concentration de (C) = 0,0014 % ou moins. u Tuq np snssep-ne 90040 11010 sz,10 ollo 90010 s Qadv U Tuq n P snssap-n-P soo, O 110,10 oclo 91,10 úO 10 abu Tggnos quv,&v 900,10 IT 0,10 úP 10 gilo L 10 npuog Inaq ze Tov uw Tg s:u-esodui OD u Tvq np snssap-nie POOIIO 900,10 ETIT solo gooolo abulgjnos s Qadv u Tuq np snssep-nv poolo, 900,10 Soli 01,10 Eolo abvl;jnos qur Av vool'o 900,10 OL Il Lijo LLIO npuoj qnaq aa To V s d 1 uw Tg D î 3 quesoduio D ri C> a n- t A %j N N rivalievii La figure'16 montre l'effet du taux d'alimen- tation en poudre d'oxyde de manganèse (Mn O 2) sur la constante de vitesse de décarburation Comme dans l'exemple précédemment décrit, on constate que la constante de vitesse de la réaction de décarburation augmente à mesure que le taux d'alimentation en pou- dre de décarburation augmente. Comme précédemment décrit, le procédé de l'invention permet à la poudre de décarburation de pénétrer efficacement dans l'acier fondu, dans un pro- cédé d'affinage sous vide Il est donc possible, se- lon l'invention, de produire de l'acier inoxydable de haute pureté, ou un acier au manganèse sous forme fondue tel que, par exemple, (C) = o,ooi 4 % ou moins, ce niveau ayant été considéré dans le passé comme impossible à atteindre. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit, elle est susceptible de nombreuses variantes accessi- bles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Lance pour l'affinage d'un métal, par souf- flage de poudre au-dessus d'un bain de métal fondu sous vide, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure à double tubulure consistant en une tubulu- re interne adaptée pour le passage de la poudre et d'un gaz porteur de la poudre, et une tubulure exter- ne adaptée pour le passage d'un gaz d'accélération, un orifice de buse étant disposé à l'extrémité fronta- le de ladite lance et étant relié à la tubulure inter- ne, et plusieurs orifices de buses du type dit de Laval étant disposés autour dudit orifice central, et étant reliés à la tubulure externe. 2 Lance selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que les orifices des buses de Laval ont une configuration telle que des jets de gaz d'accélération, émis à travers lesdits orifices, convergent dans la zone de soufflage des jets émis par la buse centrale, reliée à la tubulure interne. 3 Procédé de décarburation et d'affinage de l'acier sous vide, caractérisé en ce qu'on emploie une lance selon la revendication 1 pour l'affinage par soufflage de poudre au-dessus du bain, on souffle un additif pour la décarburation et l'affinage par l'ori- fice de la buse reliée à la tubulure interne et on souffle un gaz d'accélération par les orifices des buses de Laval à une vitesse supersonique, la péné- tration relative de la poudre dans l'acier fondu étant supérieure à 15 %. 4 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le gaz porteur de l'additif est cons- titué par au moins un gaz d'affinage. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'au moins dans une phase partielle du procédé de décarburation et d'affinage, on introduit un gaz pour l'affinage et l'agitation, au-dessous de la surface de l'acier fondu.