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"Procédé pour la fabrication d'aciers pauvres en carbone."
Le brevet principal Belgique n 621. 707 du 24 août 1962 est rela- tif à un procédé pour la fabrication d'aciers pauvres en carbone et au cours duquel un bain d'acier, se trouvant dans un récipient d'affi- nage quelconque (four Siemens-Martin, four électrique, récipient d'af- finage au vent ou à l'oxygène) est réglé à une teneur en carbone de l'ordre d'environ 0,03 à 0,12%, de préférence 0,03 à 0,06%, ensuite cet acier est coulé en poche à l'état non-calme et il est soumis à un traitement sous vide pendant cette coulée en poche;
le vide étant
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réglé suivant la teneur en carbone, présent dans la matière à traiter et les quantités d'oxygène correspondantes, présentes ou introduites, de manière à obtenir une teneur en carbone inférieure à 0,025, de pré- férence inférieure à 0,010%. Enfin, l'acier est coulé de manière usuel- le à l'air, en excluant l'air ou sous vide, en blocs pour le forgeage ou le laminage ou en moules.
Toutefois, la limite inférieure de 0,03 peut également être réduite, par exemple à 0,020%,
L'acier peut être soumis au traitement sous vide pendant l'écoule- ment de la fusion du dispositif d'affinage jusque dans une poche de cou- lée, exécutée sous la forme d'un récipient sous vide (de préférence suivant le brevet belge 608.855), ou pendant l'écoulement de la fusion' depuis le dispositif d'affinage vers un récipient sous vide dans lequel est installée la poche de coulée.
Le procédé peut également être mis en oeuvre de manière que l'acier soit coulé en poche et soit soumis au traitement sous vide immédiate- ment après la coulée en poche et au lieu même de cette dernière, donc sans transport intermédiaire.
Au cours du procédé, la fusion peut également être additionnée d' éléments d'alliage, par exemple de silicium et/ou des quantités d'alumi- nium nécessaires pour la fabrication d'aciers pour dynamos et transfor- mateurs, ou de moyens de désoxydation et de calmants ; moyens qui empêchent la décarburation à la valeur requise, n'étant ajoutés ,qu' après la décarburation sous vide.
La présente invention est relative à un développement du procédé du brevet principal et son but principal est de faciliter l'obtention certaine de teneurs en carbone inférieures à 0,0080, de préférence in- . férieures à 0,0050%. A cette fin, un traitement sous vide séparé est intercalé entre la dégazéification lors de la coulée en poche et la coulée proprement dite.
Ce traitement intermédiaire peut être mis en oeuvre en tant que dégazéification du jet de couplée ou suivant un des autres procédés de dégazéification connus, plus particulièrement suivant le procédé à cir- culation connu, mais également suivant le procédé par siphonage ou de dégazéification stationnaire.
Il est avantageux que la fusion soit agitée lors du traitement in-
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termédiaire. Cette agitation peut être exécutée r:'.:.', . uns méthode 1 connue en soi, par exemple par des moyens électriques ou par du gaz In- troduit dans la fusion, ou bien au moyen de pompes lorsqu'il s'agit du ; procédé à circulation ou par le mouvement du bain engendré lors du procédé par sphonage.
Avantageusement, les additifs sont introduits dans le bain de fu- sion pendant le traitement intermédiaire. Ici, il peut s'agir de moyens de désoxydation ou de dénitruration, mais également des déments d'allia ge éventuellement nécessaires, plus particulièrement de silicium et/ou de l'aluminium qui sont nécessaires pour la fabrication d'aciers pour dynamos et transformateurs.
Il est à conseiller de retarder l'addition de ces moyens jusqu'au moment où la décarburation ultérieure, se produisant pendant le traite- ment intermédiaire, est achevée. Pendant cette décarburation ultérieure, on maintient avantageusement une pression partielle de quelques mmHg d'oxygène dans la chambre sous vide, et ce, par une addition continue d'oxygène ou de moyens, plus particulièrement gazeux, qui dégagent de l'oxygène, tels que le CO2.
Pour engendrer le vide, on utilise avantageusement une combinaison de pompes formée par une pompe de Roots et des pompes a piston. Une tel- le combinaison est apte à procurer en un minimum de temps la dépression voulue.
EXEMPLE 1 : (Sans deuxième traitement sous vide)
Dans un four électrique de 50 tonnes, on a fondu une charge de qualité "S Si 13 Al". Il s'agissait d'obtenir la composition suivante :
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c s Mn P s cr Al
EMI3.3
<tb> 0,0050 <SEP> 2,80 <SEP> 0,15 <SEP> 0,04 <SEP> 0,02 <SEP> 0,06 <SEP> 0,10
<tb>
<tb> max. <SEP> 3,20 <SEP> 0,20 <SEP> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> 0,20
<tb>
La charge a été normalement fondue dans le four électrique elle a été coulée en poche avec une teneur en carbone de 0,0300ù et a été
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traitée sous vide pendant la dégazéification au cours de la coulée en poche.
Après cette dégazéification, la composition de la coulée dans @ la poche était la suivante :
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C S 9n P S 0 N 41
EMI3.6
<tb> 0,0062 <SEP> 0,01 <SEP> 0,12 <SEP> 0,007 <SEP> 0,017 <SEP> 0,078 <SEP> 0,006
<tb>
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Ensuite la fusion a été coulée à l'air dans une deuxième poche en ajoutant 1,600 kg de Si métallique et 100 kg d'aluminium. La matière finie présentait la composition suivante :
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<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> A1 <SEP> 0 <SEP> N
<tb>
<tb> 0,0081 <SEP> 2,83 <SEP> 0,12 <SEP> 0,009 <SEP> 0,016 <SEP> 0,03 <SEP> 0,02 <SEP> 0,006 <SEP> 0,021 <SEP> 0,007
<tb>
Ensuite on a coulé en matrice quatre blocs, chacun de 11,5 tonnes qui pouvaient être lamines impeccablement.
EXEMPLE 2 : (avec un deuxième traitement sous vide)
La charge de qualité "5 Si 11 + Al" a été fondue dans le four électrique de 50 tonnes. La composition suivante était requise :
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<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Cu <SEP> Al
<tb>
<tb> 0,0050 <SEP> 2,80 <SEP> 0,15 <SEP> 0,025 <SEP> 0,020 <SEP> 0,15 <SEP> 0,10 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15%
<tb>
<tb> max. <SEP> 3,20 <SEP> 0,25 <SEP> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> 0,25%
<tb>
La charge a été fondue de manière usuelle dans le four électrique, elle a été affinée à 0,028% de C et elle a ensuite été traités sous vide pendant la dégazéification au cours de la coulée en poche.
Après ce traitement, la teneur en C dans l'acier était de 0,0070%. Ensuite, la poche de coulée a de placée d'une manière étanche à l'air sur un récipient sous vide et la fusion a été dégazéifiée une seconde fois.
Pendant cette dégazéification, on a ajouté 1,600 kg de Si métallique et environ 120 kg d'aluminium.
Après la dégazéification on a obtenu la composition suivante :
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<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Cu <SEP> A1
<tb>
<tb> 0,0036 <SEP> 3,06 <SEP> 0,19 <SEP> 0,010 <SEP> 0,015 <SEP> 0,02 <SEP> 0,04 <SEP> 0,05 <SEP> 0,13%
<tb>
On a coulé en matrice quatre blocs, chacun de 11,5 tonnes qui ont été laminés conformément à l'exemple 1. Lors du laminage, on n'a rencontré aucune difficulté.
Toutes les valeurs des compositions, même celles du O2, et du N2, sont indiquées en en poids.
Le procédé sous vide pour la dégazéification du jet de coulée est déjà décrit en détail dans le brevet principal. Lorsqu'il s'agit du procédé conforme à la présente invention, ce procédé peut être utilisé soit deux fois pour le môme acier en fusion, soit en association avec un autre procédé de dégazéification sous vide. Ces autres procédés seront brièvement décrits ci-dessous :
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a.- Procédé à circulation :
Lorsqu'il s'agit du procédé à circulation, il est connu que le métal en fusion soit aspire vers le haut à partir d'un récipient jusque dans la chambre sous vide au moyen d'un bec de tuyère, plongeant dans la fusion, et que à partir de la chambre sous vide, l'acier s'écoule à nouveau vers le récipient de fusion au moyen d'un deuxième bec de tuyère.
Généralement, on ajoute, dans le premier bec de tuyère, un gaz inerte qui favorise la montée de l'acier en fusion. Afin de fabriquer, conformément à l'invention, des aciers à teneur en carbone particuliè- @ rement faible, on travaille en deux phases, et ce, de manière que dans, la première phase, on ajoute au bec de tuyère d'aspiration, outre un gaz inerte, également de l'oxygène ou des matières dégageant de l'oxy- gène, et ce, en quantités telles qu'on obtienne une réduction considé- rable du carbone,présent dans l'acier, par la réaction du CO, engen- drée par le vide dans la chambre sous vide.
Dans la seconde phase du procédé s'effectue le traitement sous vi de usuel, c'est-à-dire qu'on ne travaille que sous vide et gaz inerte.
Il est également possible d'ajouter des moyens de désoxydation et/ou des éléments d'alliage tels que de l'hydrogène ou des réactifs solides.
Le procédé peut également être modifié du fait que l'acier fluide aspiré avec l'addition en oxygène dans le récipient de dégazéification; s'écoule par le second bec de tuyère vers un autre récipient de fusion, A partir de ne deuxième récipient de fusion, l'acier peut ensuite être aspiré vers le haut dans une deuxième chambre sous vide, il peut être dégazéifié dans cette dernière et puis s'écouler, soit vers le meême ré- cipient de fusion, soit vers un troisième récipient de fusion.
Au lieu d'ajouter un gaz inerte, favorisant la montée de l'acier, dans le bec de tuyère qui aspire, il est également possible de travailler avec une pompe qui favorise l'aspiration vers la chambre sous vide. b. - Procédé par siphonage :
Il est connu que le procédé par siphonage ne se distingue du pro- cédé à circulation essentiellement du fait que pour le procédé par si-; phonage la chambre sous vide, n'est pas reliée à deux becs de tuyère, ! mais seulement à un seul bec de tuyère. Ce seul bec de tuyère sert tant à l'aspiration à partir du récipient de fusion de l'acier en fu-
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sion qu'à l'écoulement du dit acier, aspiré préalablement vers le haut dans la chambre sous vide, vers le même récipient de fusion.
Il en dé- coule des modifications correspondantes du présent procédé à deux pha- ses pour la fabrication d'aciers particulièrement pauvres en carbone.
Dans la première phase, on introduit à nouveau une quantité d'oxy- gène correspondant au carbone à éliminer, à la suite de quoi, la secon- de phase est mise en oeuvre en tant que procédé sous vide, pur, sans addition d'oxygène. c.- Dégazéification stationnaire
Le procédé conforme à l'invention peut également être utilisé lors de la dégazeification stationnaire. Sous ce terme il faut comprendre un procédé dans lequel un gaz inerte est insufflé par le fond ou à proxi- mité de ce dernier dans un bain d'acier stationnaire dans un récipient de fusion. Toutefois, il est également possible de prévoir une agita- tion peu d'autres moyens, par exemple par des agitateurs électriques.
Cette agitation peut également être utilisée à la place de l'introduc- tion de gaz inerte. Dans ce procédé, comme dans les deux procédés dé- crits plus haut, on travaille en deux phases une première où on ajou- te une quantité déterminée d'oxygène et une deuxième qui est un procé- dé pur de dégazérification et de désoxydation.
Dans toutes les formes de mise en oeuvre du procédé conforme à l' invention, la teneur en carbone de l'acier à soumettre au traitement est réglée, avantageusement, à des valeurs comprises entre 0,25 et 0,03%, de préférence entre 0,12 et 0,06%.
Conformément à l'invention, avec tous ces types de procédés de dégazéification sous vide, cette teneur en carbone peut être réduite dans l'acier fini à des valeurs inférieures à 0,0080, de préférence in- férieures à 0,0050%. Avec les procédés auxquels participent le procédé de dégazéification par circulation, par siphonage ou stationnaire, on obtient déjà un avantage du fait que les teneurs en carbone sont infé- rieures à 0,02, de préférence inférieures à 0,010%.
L'oxygène nécessaire pour l'oxydation du C, peut parfois déjà être ajouté au four de fusion. Cependant, pour autant que ceci s'avère nécessaire, il vaut mieux ajouter cet oxygène à l'acier à l'extérieur du four. Il est particulièrement avantageux de maintenir une pression
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partielle de quelques mmllg d'oxygène dans la chambre sous vide libre pendant la phase de décarburation, et ce, en introduisant une quantité correspondante d'oxygène gazeux ou de gaz contenant ou dégageant de 1'O2.
Ainsi que dit plus haut, le procédé conforme à l'invention permet également de procéder à une dégazéification du jet de coulée. Cette dé- gazéification peut être utilisée pour la mise en,oeuvre de la seconde i phase, à savoir la désoxydation et, éventuellement, l'alliage. Toute- fois, pendant la dégazéification du jet de coulée, on peut obtenir d' abord une décarburation considérable par la réaction du CO et engendrer ' ensuite la désoxydation, de préférence par la phase gazeuse, et éven- tuellement l'alliage. Lors de l'alliage, il est avantageux de prévoir une agitation, de préférence au moyen de gaz non-oxydant ou par un moyen électrique. La coulée en blocs peut être effectuée, dans tous les cas, à l'air, sous un gaz de protection ou sous vide.
Ainsi que déjà mentionné, l'acier fabriqué peut non seulement être, non-allié, mais également allié ; l'alliage étant effectué avantageuse- ment dans la seconde phase. La dissolution et le mélange des éléments d'alliage sont favorisés par un mouvement continuel de la fusion, à savoir par circulation, siphonage ou agitation. Le procédé conforme a ! l'invention permet, par des mesures métallurgiques seules, la fabrica- ' tion en masse d'aciers à teneurs en carbone excessivement faibles.
Il en découle également des avantages lors de l'usinage ultérieur.
.Par exemple, il est possible de supprimer ou au moins de réduire les recuits, autrement nécessaires, s'étendant sur plusieurs journées et pendant lesquels, ultérieurement pendant une phase quelconque du tra- vail, la teneur en C devait être réduite. Ceci est plus particulière- ! ment indiqué pour les buts d'utilisation cités plus haut où il est im- ;
portant d'obtenir'un bon pouvoir de déformation, plus particulièrement j l'aptitude à l'emboutissage profond, ou de bonnes propriétés magnéti- . ques ou électriques, par exemple de faibles pertes de Watts et une ré- sistance magnétique au vieillissement, plus particulièrement lor&qu'il s'agit d'aciers pour transformateurs, des appareils de mesure et @imi- laires, ainsi que ceux destinés à l'émaillage, plus particulièrement un émaillage à une seule couche.