<Desc/Clms Page number 1>
Dans sa demande de brevet principal du 3 juillet 1956, la de- manderesse a décrit un procède pour l'obtention de lingots à surface lisse et d'une grande propreté miorographique, qui consiste à prépa- rer un laitier liquide, d'une composition telle qu'il présente à la température de solidification de oe métal une faible viscosité et une tension interfaoiale élevée avec le métal coulé, à surchauffer ce laitier à une température très supérieure à la température à la- quelle il devient liquide, à verser rapidement le laitier ainsi surchauffédans la lingotière destinée à recevoir le métal et à rem- plir celle-ci de préférence totalement,
à couler le métal dans oe laitier immédiatement après le remplissage de la lingotière, le lai- tier s'écoulant au fur età mesure que le métal y pénètre et étant ensuite récupéré, de préférence à l'état liquide, pour être réuti-
<Desc/Clms Page number 2>
lise dans des opérations ultérieures.
Dans cette même demande de brevet principal la demanderesse @ a décrit un dispositif de mise en oeuvre du procédé ici-dessus, qui permet le versement très rapide du laitier dans la lingotière et le Versement du métal dans la lingotière immédiatement après le remplis- sage de celle-ci. français
Dfautre part, dans ses brevets/N 843.367 du 10 février 1938 joicernant un procédé détention d'aciers présentant une grande propreté micrographique et N 861.157 du 17 novembre 1938 concernant un procédé dtobtention économique et rapide d'acier de haute qualité la demanderesse a décrit un procédé pour la désulfuration et la dé- soxydation de l'acier par brassage violent de l'acier liquide avec des laitiers à base d'alumine et de chaux, ou de silice, d'alumine et de chaux.
La mise en oeuvre de ce procédé s'effectue le plus sou., vent en versant d'une hauteur suffisante et/ou avec un jet d'épais- seur suffisante l'acier liquide à traiter, après addition d'un élé- ment réducteur, dans une poche oontenant le laitier préalablement fondu, La violence du versement provoque une émulsion du laitier dan le métal ; lasurface de contact laitier-métal se trouve ainsi oonsi- dérablement augmentée et les réactions entre métal et laitier sont accélérées dans une mesure telle qu'à la fin du versement on atteint un état voisin de l'équilibre entre les deux phases. Le laitier se décante du métal dans la poche, après quoi l'acier est prêt à être coulé en lingotières.
Oes procédés conduisent, par une opération simple de brassage, d'un acier n'ayant pas subi dans le four d'opérations de désoxydation et de désulfuration particulières, à un acier liquide en poche par- faitement épuré.,
Or les études de la demanderesse l'ont conduite à penser que, par un choix judicieux de la nature des laitiers ainsi que de leur mise en oeuvre, il serait possible de bénéficier des avantages des deux types de méthodes qui viennent: d'être rappelées oi-dessus, à sa- voir :
une épuration très rapide et complète et, simultanément, l'ob-
<Desc/Clms Page number 3>
tention de lingots ayant de bonnes surfaces et une grande propreté mierographique. Elis a été ainsi conduite au procède objet de l'in- vention grâce auquel on/peut obtenir des lingots d'acier parfaite- ment désulfurés et désoxydés ayant d'excellentes qualités superfi- cielles (en particulier : surfaces lisses, absence de repliures, de gouttelettes froides, de criques, etc...) permettant d'éviter tout épaillage ultérieur notable, et présentant en même temps une absence quasi-totale des inclusions non métalliques oxydées qui conduisent à l'apparition des défauts classiques d'usinage.
Ce procède, qui constitue un perfectionnement de celui qui est décrit dans la demande de brevet principal du 3 juillet 1956, con- siste à préparer un laitier désulfurant, par exemple du type de ceux décrits dans les brevets des 10 février et 17 novembre 1938, en choi- sissant une composition telle que le dit laitier présente à la tem- pérature de solidification du métal une faible viscosité et une ten- sion interfaoiale avec le métal élevée, à surchauffer celaitier très au-dessus de sa température de fusion, à verser le laitier ainsi sur- chauffé rapidement dans la lingotière destinée à recevoir le métal et à remplir celle-ci de préférence totalement,
à couler le métal à épurer, après lui avoir fait une addition d'un élément réducteur, dans.ce laitier immédiatement après le remplissage de la lingotière, le laitier s'écoulant alors de la lingotière au fur et à mesure que le métal y pénètre et étant ensuite récupéré, de préférence à l'état liquide.
Les conditions physiques à remplir par les laitiers sont donc les mêmes que celles qui sont exigée, pour le procédé de coulée sous laitier qui fait l'objet du brevet principal; les laitiers doivent être fortement surchauffés et présenter à la température de solidi- fication du métal une viscosité faible et une tension interfaciale métal-laitier élevée;
ces deux dernières conditions étant indispen- sables pour permettre l'obtention de lingot, présentant à la fois une zone superficielle exempte de défauts et une bonne propreté mi- orographique..
<Desc/Clms Page number 4>
par ailleurs, lui laitiers conformes au procédé de l'invention doivent avoir en outre une composition telle qu'ils possèdent un pouvoir désulfurant élevé vis-à-vis du métal. parmi les compositions désulfurantes connues, il n'est pas pas- sible d'indiquer toutes celles qui sont susceptibles de donner satis- faction dans le présent procédé, mais l'homme de l'a.rt pourra, guider son choix en s'appuyant sur les règles suivantes ainsi que sur les exemples qui seront donnés par la suite.
On. mettra en oeuvre.de préférence des laitiers à base de silice, d'alumine et de chaux, la chaux pouvant être remplacée partiellement ou totalement par d'autres composés basiques tels que la baryte, la strontiane, la soude.
Les compositions désulfurantes préconisées dans les brevets susvisés de la demanderesse donnent en général satisfaction sous ré- serve que les conditions de viscosité et de tension interfaciale in- dispensables au procédé soient respectées comme il sera indiqué plus loin. D'une façon plus générale, on pourra avoir recours à des compo- sitions a base de chaux, d'aluminé, de magnésie et de silice satis- faisant à la condition : cao % + MgO % + 3/4 AlgOg % 60.
Bien entendu- on prendra dans cette zone les compositions dont le point de fusion n'est pas trop élevé. Dans le cas des laitiers à base d'alumine, chaux et silice, on pourra se reporter au diagramme classique de fusibilité des mélanges SiO2,CaO, Al2O3 et choisir dans
2 2 3 ce diagramme des compositions a bas points de fusion.
On pourra également faire des additions fluidifiantes classiques telles que des composés alcalins ou alcalino-terreux, du spath-f luor, de l'oxyde de titane, mais dans desproportions telles qu'elles n'a- baissent pas d'une façon préjudiciable la tension interfaciale métal- laitier. La demanderesse a constaté en effet que des additions trop importantes den deux derniers éléments cités abaissaient notablement cette tension interfaciale, ce qui provoque des émulsions laitier-
<Desc/Clms Page number 5>
métal difficilement déoantables et conduit à des lingots inutilisa- bles.
Si l'on met en oeuvre un laitier présentant l'ensemble des caractères ci-dessus indiqués, remplissant les conditions requises de température, de viscosité et de tension interfaoiale, on obtient oe résultat surprenant que le laitier exerce son action épurante pendant le temps très court qui s'écoule entre le moment de la coulée du métal liquide dans la lingotière et la solidification du métal,
De plus, l'émulsion de laitier dans le métal qui se forme inévitable- ment pendant 1 opération de coulée est détruite avant la solidifica- tion du métal, de sorte que le métal est exempt d'inclusions oxydées, et enfin, grâce à la formation sur la paroi de la lingotière d'une mince couche de laitier solide ou vitreux,
la zone superficielle du lingot coulé est exempte des défauts classiques- inhérents aux modes de coulée habituels.
Il faut remarquer que l'action épurée du laitier s'exerce, dans le procédé conforme à l'invention, dans des conditions très dif- férentes de celles revendiquées antérieurement par la demanderesse, suivant lesquelles on recherchait un brassage laitier-métal très in- tense dans une poche. action de brassage due à un versement violer du métal dans le laitier n'existe pratiquement pas dans le présent procédé. Au surplus, si l'on cherchait à le réaliser en lingotière on risquerait de provoquer de violentes projections.de métal contre les parois, qui conduiraient à la formation de surfaces de lingots inacceptables. Aussi la coulée du métal dans la lingotière est-elle réalisée suivant les méthodes civiques sans que l'on recherche tir- effet d'agitation particulier.
On pourra donc couler de la poche dans la lingotière en utilisant les mêmes types de busettes que dans les coulées ordinaires sous laitier et on mettra en jeu des vitesses de ooulée du même ordre,
La demanderesse a niis en évidence le fait que cette absence de brassage violent est ici compensée par la proportion du laitier mise en oeuvre par rapport au métal, laquelle est beaucoup plus grande
<Desc/Clms Page number 6>
que dans le brassée en poche. Lejet de métal, tout au moins au début de la coulée, traverse une hauteur de laitier très importante, puisque la lincotière est pratiquement totalement remplie de laitier.
Si, conformément à l'invention, le laitier est fortement surchauffe et très fluide, l'action épurante se manifeste d'une manière ures in- tense. Si au contraire les conditions de fluidité, de température et de tension interfaciale ne sont pas respectées, .le lingot obtenu n'est satisfaisant, ni du point de vue de sa surface, ni du point de vue de sa propreté miorogxaphique.
C'est donc, en définitive, l'ensemble des diverses conditions rappelées ci-dessus qui permet d'atteindre le triple résultat recher- ché : désulfuration, bonne surface du lingot et propreté micrographi- que.
Uns des nécessites du procède est, comme on vient de le voir, la mise en oeuvre d'une quantité importante de laitier, puisque sui- vant le mode opératoire préférentiel de l'invention on remplit la lingotière totalement, ce serait là un inconvénient économique du procédé si, conformément à une dernière caractéristique de l'inven- tion, on ne récupérait le laitier après chaque opération. La nature du laitier mis en oeuvre et sa température se prêtent bien à une telle récupération.. Pratiquement on recueillera le laitier s'écoulant de la lingotière dans un récipient approprié et on le rechargera de préfé- rence directement à l'état liquide dans un four de fusion du laitier servant à alimenter l'ensemble de l'installation.
Le laitier, après l'opération, se sera légèrement chargé en soufre, mais, cornue la masse de laitier mise en oeuvre aura été très grande par rapport a@ métal, l'augmentation de la teneur en soufre sera très faible et il sera pos- sible, en introduisant une faible proportion de matières fraîches dans le laitier après chaque opération, de compenser cette augmentation de la teneur en soufre. Dans bien des cas, cette introduction pourra cor- respondre aux pertes de laitier pendant les manutentions.
Si elle ne suffit pas, il faudra en outre éliminer une faible partie du laitier et la remplacer par du laitier
<Desc/Clms Page number 7>
par ailleurs, la mise en couvre du laitier en lingotière pré- .sente par rapport à l'opération en poche doux autres avantages. D'une part, elle permet de corriger l'effet do réoxydation inévitable que produit l'action de l'atmosphère sur le jet métallique pendant la coulée, puisque la réaction avec le laitier s'effectue après cet effet d'oxydation.
D'autre part, elle supprime une sujétion liée au brassage en poche : la retenue des laitiers "parasites", on sait qu'il est nécessaire, lorsqu'on coule un acier liquide du four dans la poche pour le brasser aveo un laitier fondu se trouvant dans cette poche, d'éviter avec beaucoup de soin le passage dans la poche du laitier qui se trouve toujours' normalement sur le bain métallique dans le four, même après un décrassage soigné. Ce laitier "parasite" vient en effet polluer le laitier de la poche, diminuer son action ou la rendre irrégulière d'une coulée à l'autre. On est donc tenu à des précautions particulières pour éviter cette pollution.
Au contraire, dans le procédé objet de l'invention, ce risque est supprimé, puis- qu'on peut couler le métal dans le laitier en lingotières, non pas directement d'un four, mais suivant les procédés habituels en acié- rie, au moyen d'une poche de coulée qui se vide par le fond. Même si du laitier "parasite" a pu passer du four dans la poche, il reste dans celle-ci à la surface du bain métallique et ne s'écoule pas avec le métal dans la lingotière.
Le procédé objet de 1 invention permet d'élaborer des aciers de haute qualité, sous la forme de lingots parfaitement propres mi@ro- graphiquement et ayant des zones superficiels exemptes de défauts en partant d'un acier oxydé et contenant du soufre, fondu dans un ap- pareil quelconque : four étriqué, four Martin ou convertisseur, Pourvu que cet acier ait la composition requise en ce qui concerne ses teneurs en carbone, phosphore, manganèse et en éléments spéciaux et qu'il ait été porté à sa température normale de coulée.
Il permet d'une part d'éviter l'opération de d0soxydation en four toujours lon- gue et coûteuse, d'autre part de supprimer pratiquement les opérations onéreuses de décriquage et d'épaillage des lingots, et ceci au prix
<Desc/Clms Page number 8>
d'une dépense de laitier relativement faible.
Le dispositif do mise en oeuvre du procédé est substantielle- ment le même que celui qui est décrit dans le brevet principal. Il y aura lieu toutefois de prévoir la possibilité d'éliminer du cir- cuit telle proportion de laitier qu'exige l'augmentation de sa te- neur en soufre consécutive à dépuration du métal et son remplacement par une quantité équivalente de laitier frais.
EXEMPLE 1.-
On visait l'obtention d'un acier de composition : C : 0,115 % - Si : 0,220 % - Mn : 0,700 % - Ni :1,28 % - Cr :0,93 %.
On a préparé à cet effet dans un four électrique de 25 tonnes, et porté à la température de coulée un acier aya.nt les teneurs vou- lues en carbone, manganèse, nickel et chrome, mais sans lui faire subir d'opération de désoxydation et de désulfuration, cet acier a reçu en fin d'opération une addition de 0,5 % de silicium, puis on l'a coulé en poche. parallèlement, on a fondu dans un autre four électrique un lai- tier de composition :
CaO : 56 % - Al2O3 : 42 % - SiO2 : 2 % que l'on a surchauffé à 1700 . ce laitier ainsi surchauffe a été versé rapidement dans chacune des lingotières (de 2 tonnes de capacité), destinées à recevoir le métal, que l'on a remplies complètement. Immédiatement après ce rem- plissage de chacune des lingotières par le laitier on y a coulé le métal de la poche de coulée au moyen d'une busette de 25 m/m de dia- mètre.
Les lingots ainsi obtenus présentaient une surface absolument exempte de défauts et n'ont nécessité aucune opération d'épaillage ou de dcriquage,
Leur propreté micrographiqueétait excellente, comme l'ont ou- tré des examens ultérieurs effectuas sur barres laminées et tournées obtenues à partir de ces lingots où l'on n'a pu déceler aucune indu-
<Desc/Clms Page number 9>
3 ion visible.
EMI9.1
Quant aux teneurs ça axyy:? ot en soufre, elles L 1 lué de la manière suivante au cours do 1 'opération :
EMI9.2
Dans le four avant addition de ú11101u,11 : o : 0,015 fa S :
0>0'",0 10 Sur les lingots :,.,.'' @ @ 0 : 0,004 % S : 0,008 %
La teneur en aluminium libre sur le métal en lingots fêtait de 0,015 % sans qu'il y ait eu aucune addition d'aluminium Métallique, ce qui est un indice de désoxydation poussée du métal.
EXEMPLE a.-
On a élaboré dans des conditions analogues un acier de composi- tion :
EMI9.3
0 : 0,400 % - Si : C3, d80 "lo - Mn : 0,880 Jo - Ni : 1,49 % - or : 1,03 % en mettant cette fois en oeuvre un laitier de composition : CaO : 48 % - AlgOg : 42 % - si% : 10 % surchauffeà 1650 .
EMI9.4
Les lingots obtenus ont présenta les me* raalités superficiel- les et de propreté miorographique que dans l'exemple précédent. Les
EMI9.5
teneurs en oxygène et en soufre ont été les suivant es : Au four avant introduction de silicium :
EMI9.6
0 : 0,015 % bzz.' 0>G35 fo Sur les lingots :
0 : 0,006 % 8 : 0,010 %
EMI9.7
La teneur en aluminium résiduel sur métal fini était de Oa,0l0 zij.
E;Y.:EJPLE 3.- On a élaboré daim (1(}' condition-. f'unl.,1 i,-,: ',:-' . ¯.. ,¯y, 1<' CL' ;f)():Ji-
<Desc/Clms Page number 10>
tion :
EMI10.1
C : 0,100 Si : t),160 =/'o - ,xx 0,380 nô - iîi : : 3 jo -- C x : 0,880 % en mettant eu oeuvre cette raja 3 un laitier de composition : Oa.O : 41,6 1 sio : 36, z l, AI 0 11,7 MgO : 10,4 cao: 10 2 36,2 Al03 : Il,7 gO : 10,4 préalablement surchauffé à 1650 .
Les lingots obtenus ont présenté les cernes qualités que ceux des exemples précédents,
La teneur en soufre du métal a évolue de la manière suivante au cours de l'opération :
Au four avant la coulée : S : 0,035 %
Sur les lingots : s : 0,011 %
Les exemples ci-dessus s'appliquent aux cas où le métal n'a subi avant la coulée en lingotière aucune opération de désulfuration.
Mais il est bien entendu que, sans sortir des limites de l'invention,
EMI10.2
on peut procéder . la coulée en lingotières sous laitier avec un -s- tal ayant déjà été préalablement désulfuré partiellement, soit au four, soit par brassage en poche avec laitier, l'opération de coulée en lingotière ayant alors pour effet de compléter cette épuration préalable tout en assurant l'obtention de bonnes surfaces et d'une grande propreté micrographique des lingots. Dans le cas d'un brassage préalable en poche, on peut utiliser le même laitier que celui mis en oeuvre dans la lingotière.
Dans ce cas, la coulée subséquente en lingotières remplies du même type de laitier peut conduire à un com- plément très important de l'épuration réalisée en poche à cause des masses relatives beaucoup plus importantes de laitiers mises enjeu,
EMI10.3
des surfaces d'échange considérablement augmentées et des te..:pc3raturc;s différentes utilisées. En outre, comme indique précédemment, 1 emploi du laitier en lingotières permet de compenser l'effet de rdoxydation du métal entre la poche et la lingotière dû à l'attaque dujet métal- lique par l'air.
<Desc/Clms Page number 11>
On peut également lettre en. oeuvre des laitiers de types dif-
EMI11.1
férents en poche et dans la lin30tière.
::XEr.;J?L11: 4.-
Cet exemple se rapporte au cas @u l'on effectue un brassage avec laitier en poche, puis une coulée en lingotière remplie du
EMI11.2
inaliie type de laitier. On a prépara da-ris 3. '-exemple 1, au four électrique, un étal contenant : 0 : 0,115 # - Mn : 0,700 % - 11-1 .: i,38 % - Or : 0,930 % -Apres addition de 0,500 % de silice on a ooulé ce métal dans une poche contenant 3 % en poids d'un laitier de composition :
EMI11.3
calo: 56 % - AlgOg : 43 % - S'02 : 2 % puis, de la poche, on a coulé le mitai dans des lingotières remplies du même type de laitier.
Les teneurs en oxygène et en soufre ont évolue de la manière suivante au cours de l'opération :
Dans le four avant introduction du silicium :
0 : 0,015 S :0,040
Après brassage en poche:
EMI11.4
0 0.007 1o (:1.., ;;.oi3 $ Sur les lingots :
0 traces 0,005 %.
EMI11.5
Les teneurs en aluminiurrl résiduel étaient : Après brassage en poche : 0,005 '/, Sur les lifiot3 : 0,035 i Ce dr,raie?, .##,, tÔLJ10iZ,ne d,une dAsoxychtion ext:rê1l\ju0nt Les ,,,allM9 fJ1xJ'.:cficiellco et lateraea dea jtaicnt les fflsaes que dans l'oze.uPle 1. ,.......J L-:!