CA1268044A - Procede d'obtention d'un acier calme a faible teneur en azote - Google Patents
Procede d'obtention d'un acier calme a faible teneur en azoteInfo
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Abstract
ABREGE DESCRIPTIF
La présente invention concerne un procédé
d'obtention d'un acier calmé à faible teneur en azote par coulée d'un acier effervescent d'un convertisseur dans une poche, dans lequel on ajoute à l'acier fondu situé dans la poche, au cours de l'opération de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que 1 t aluminium, le silicium,... Selon l'invention on coule l'acier effervescent dans la poche avant d'intro-duire les additifs de calmage, tandis que quelques instants avant l'introduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique au voisinage du pied du jet de coulée, et à la surface du bain d'acier dans la poche en quantité suffisante pour protéger la surface du métal fondu de l'air environnant dès l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
La présente invention concerne un procédé
d'obtention d'un acier calmé à faible teneur en azote par coulée d'un acier effervescent d'un convertisseur dans une poche, dans lequel on ajoute à l'acier fondu situé dans la poche, au cours de l'opération de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que 1 t aluminium, le silicium,... Selon l'invention on coule l'acier effervescent dans la poche avant d'intro-duire les additifs de calmage, tandis que quelques instants avant l'introduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique au voisinage du pied du jet de coulée, et à la surface du bain d'acier dans la poche en quantité suffisante pour protéger la surface du métal fondu de l'air environnant dès l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
Description
~l~6~
~ 1 --La presente invention concerne un procede d'obtention d'un acier calme à faible teneur en azote par coulée d'un acier effervescent d'un convertisseur dans une poche, dans lequel on ajoute à l'acier fondu situe dans la poche, au cours de 1'operation de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que l'aluminium, et/ou le silicium.
Lors de l'élaboration des metaux, différents constituants du minerai sont elimines, tandis que de nouveaux corps viennent s'inserer dans le metal en fusion, en particulier au contact de l'air.
Certains métaux ou alliages de metaux peuvent en particulier, au cours de leur élaboration, voir leur quantité d'azote augmenter si l'on ne prend pas de precautions particulières. Tel est le cas, par exemple, de l'acier lors de sa coulée d'un convertisseur dans une poche ou plus géneralement un récipient émetteur dans ur. récipient récepteur.
On a constaté que la présence de l'azote dans un acier, sous forme d'impuret~s interstitielles favorise le durcissement par vieillissement et amoindrit sa résistance. En particulier, on constate qu'une tole ayant une teneur en azote trop elevée résiste mal au vieillissem~nt et à la corrosion après emboutissage profond.
Ur.e premi2re solution à ce problëme a éte proposee dans la d~mande de brevet japonais no. 75 003069 publiée le 6 j~ ei 1976 sous le no 51-77.519 au nom de NIPæ~N STEEL CQ~P., deuxieme p~blication no 79 006006 du 23 mars 1979. Pour di~inu2r la teneur en azote dans l'acier! il es, prcposé dans cette demande japonaise de couler l'acier issue d'un conver-tisseur où il a été affiné, dans une poche de coulée, préalablement rem-plie par un gaz non nitruran~, ladi~e pcche ayan~ été obturee au moyen d'un couvercle en matériau consommable.
Ainsi que le precise cette demande de brevet, le principe essentiel de ce procédé consiste, avant toute coulee de ~etal, à
substituer ccmplètement à l'air de la poche, un gaz non nitrurant en injectant ce gaz dans ladite poche et en couvrant cette poche d'un couvercle, les deux mesures, prises separement, ne ~ermettant pas de parvenir au but recherche, c'est-à-dire la diminution de la quantite d'azote absorbe par llacier au cours de cette coulëe en pcche. Selon un mode de realisation, il est fait utilisation d'anhydride carbonique sous forme de blocs de glace d'anhydride carbonique ( lldry icel' selon la terminologie anglo-saxonne) déposés dans le fond de la poche avant la fermeture de celle-ci par le couvercle.
Plus récemment, les auteurs de cette demande de ~brevet ont publié un article intitulé : "Conditions de prévention de l'absorption d'azote au cours de l'élaboration de l'acier" - Y. ABE - Y. KATAYAM~ - Mo NISHIMURA - T. TAKAHASHI - NIPPON Slk~L CORP. J.S.C. ~Science Council of Japan) - 21.05.1981 - dans lequel ils précisent l'utilisation de ces blocs de "glace carbonique" ou carboglace et ses limites. Ainsi, il est précise que les blocs de glace doivent avoir une taille maximale de l'ordre de 600 mm de côté pour eviter les projections de metal fondu. De plus, la taille minimale est de l'ordre de 40 mm, pour éviter une sublimation totale avant coulee, et infiltration d'air dans la poche. En pratique, il est recommandé d'utiliser des blocs de 100 à 200 mm de côte.
Par ailleurs, le temps séparant le depôt des blocs dans le recipiPnt recepteur et la coulee de metal est de l'ordre de une heure.
De ces differentes publications, il apparait ainsi que ce proc~de consiste à chasser ccmplèten~nt l'air de la poche, tout en maintenant ~m couvercle au-dessus de celle-ci. L'utilisation de blocs de gla oe carbonique laisse supposer que, du fait de la sublimation assez lente de ceux-ci, l'anhydride carbonique gazeux chasse progressivement l'air de la poche (densite du CO2 plus elevée que celle de l'air), ce qui n'aurait vraisemblablement pas ete le cas si la sublimation de 1'anhydride carbonique avait éte rapide, engendrant des courants de gaz dans la poche et maintenant ainsi un melange d'anhydride carbonique et d'air dans celle-ci.
De plus, il est recommande dans ces dif~rentes publications de maintenir des blocs de glace c æbonique à la surfaoe du metal liquide dans la poche, tout au long de la coulee de celui-ci.
A la suite de differentes experimentations, la Demanderesse a constate que le procede decrit ci-dessus comportait un certain ncmbre d'inconvenients.
Tout d'abord, la presence nécessaire d'un couvercle consommable, sans lesquels les résultats annoncés ne peuvent être obtenus alourdit les co~ts de fabrication (matière et main d'oeuvre supplementaires). De plus, l'operateur doit ajuster le jet de m~etal liquide sur la zone de moindre resistan oe du couvercle.
Par ailleurs, l'utilisation de blocs de glace nécessite de nombreuses manipulations (decoupage des blocs, conditionnement, -~1 2 ~ ) L~ f~
~ 3 ' :
approvisionnement, manutention, etc...~ allant à l'encontre d'une simplicite siderurgique.
On a egalement constate que la protection du jet de coulee etait generalement inefficace du fait de la presence d'un melange air et d'anhydride carbonique gazeux, phencmène aggrave par les gradients de temperature dans la poche. Enfin, si l'on suit l'enseignement du brevet, c'est-à-dire le maintien de blocs de glace carbonique à la surface du metal liquide dans la poche, le procede est particulierement dangereux.
En effet, on constate des explosions dans le metal en fusion, dues ~ la sublimation de 1'anhydride carbonique sous les blocs, formant ainsi des poches de gaz venant eclater à la surface, induisant des projections de metal en fusion. Le couvercle en materiau consommable n'est pas suffisant pour eviter les projections de metal fondu creant de plus des entrees d'air dans la poche, ce qui va ~ l'encontre du but recherche.
Il est egalement connu du brevet belge 677958 d'ajouter de l'anhydride carbonique CO2, en particulier sous forme de neige carbonique dans le fond de la lingotière avant la coulee d'acier effervescent à
partir d'une poche dans celle-ci et sur la surface du metal liquide pendant le remplissage de la lingotiere. L'acier effervescent, c'est à
dire l'acier contenant une grande quantite d'oxygène dissous, a le grand avantage de do~ner des lingots dont la surfaoe au contact de la lingotière est parfaitement exempte de dechets. Ainsi l'anhydride carbonique, dans les conditions cperatoires decrites dans ce brevet æ
; decompose en oxygène et en monoxyde carbone qui brule au contact de l'air ~; tandis que l'oxygène permet d'intensifier le phen~mène d'effervescence recherche.
Contrairement à l'enseignement de ce brevet belge, le procede selon l'invention permet d'utiliser l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique pour proteger la surface du bain d'acier de manière à
cbtenir à la fois une faible quantite d'oxygène dissous dans l'acier, après calmage, ainsi qu'une faible quantite d'azote, tout en evitant les inconvenients mentionnes plus haut. Le procede d'obtention d'acier calme à partir d'acier effervescent selon l'invention est caràcterise en ce que l'on coule l'acier effervescent dans la poche en quantite suffisante pour permettre l'introduction des additifs de calmage et en ce que quelques instants avant l'intrcduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'snhydride carbonique sous for~e de neige csrbonique, au voisinage du ` . . .
.: .
~26~30~
pied du jet de coulee et à la surface du bain d'acier dans la poche, en quantite suffisante pour proteger la surface du metal fondu de l'air environnant d~s l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
On a en effet constate que, si la presence de neige carbonique aux environs du pied du jet de coulee n'avait pas d'incidence sur la reprise d'azote p æ l'acier effervescent , par contre dès l'introduction des additifs de calmage tels que l'aluminium, le silicium, etc..~, la presence d'anhydride car~onique au pied du jet et à la surface du bain d'acier, permettrait d'eviter la renitruration de l'acier calm~ sans qu'il soit necessaire de proceder ccmme dans le brevet japonais mentionne ci-dessus, ce qui serait, d'ailleurs, impossible De plus on constate que le procede tel qu'expose ci-dessus permet, de manière inattendue de dim muer les pertes en aluminium dissous dans l'acier de l'ordre de 25 %, ce qui permet d'ameliorer la rentabilite du procede puisque la quantite d'aluminium necessaire au calmage est ainsi diminuee. De plus, ce procede est éconamique par rapport au procede decrit dans le brevet japonais susmentiorne, car l'introduction d'ar~ydride carbonique est plus tardive, donc moins consommatrice d'anhydride carbonique.
En règle generale, on constate que la masse volumique de la neige carbonique utilisee ~masse volumique des particules solides de cette neige carbonique) doit être inférieure ou égale à 1,1 kg/dm3.
En pratique, la neige carbonique qui convient pour la mise en oeuvre de l'invention est une neige produite par un appareil denomm~
cyclone. Cette neige provient de la detente brutale de l'anhydride carbonique liquide, géneralement stocke à une temperature de - 20C et une pression de 20 bars directement dans l'atmosphère, c'est-à-dire à
temperature et pression ambiantes. La neige ainsi formee est utilisee, telle quelle, generalement sans autre traitement. En pratique, ceci permet d'avoir le generateur de neige carbonique à proximite du lieu de coulee et d'injecter cette neige dans la poche par une conduite d'amen~e reliee au cyclone. L'alimentation continue ou sequentielle peut ainsi être aisement ccmmandee par l'operateur qui contrôle la coulee de metal.
Genéralement, les quantités de neige carbonique necessaires varient de 0,2 ~ 5 kg par tonne de metal coulé.
Concernant l'introduction de la neige carbonique dans la poche, l'homme de l'art sait, d'une manière generale, que la coulee d'un convertisseur dans une poche a une duree tl, qui varie en fonction de l'erosion du trou de coulee du convertisseur. Par contre, la duree necessaire à l'introduction et à la dissolution des additifs de calmage a une valeur fixe t2 pour un volume donne. Dans ces conditions, l'homme de metier introduira la neige au plus tard à l'instant t3, à partir du debut de la coulee, egal à tl - t2.
Bien entendu, ce procede s'applique de preference pour la protection du jet de coulee entre le convertisseur et la poche mais peut egalement s'appliquer pour la coulee d'une première poche dans une seconde poche ou dans un repartiteur de coulee continue, ainsi que du repartiteur dans les lingotières, etc...
L'invention sera mieux ccmprise à 1'aide des exemples de realisation suivants, donnes à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui representent :
- la figure 1, une vue en coupe de la coulee d'acier effervescent d'un convertisseur dans une poche utilisant le procede selon l'invention ;
- la figure 2, une varianbe de realisation du procede de la figure 1, comportant une alimentation in situ en neige carbonique.
- la figure 3, une vue schematique d'une installation de coulee utilisant le procede selon l'invention.
Sur la figure 1, l'acier effervescent 1 se trouve dans le convertisseur 2 sous l'orifice 3 duquel est amenee la poche 4.
Lor~que la poche est partiellement remplie, on injecte une quantite predéterminee de neige carbonique avant d'ajouter les additifs de calmage tels que l'aluminium ou le silicium ainsi que les additifs (si nécessaires) tels que les silico manganese, ferrovanadium, ferromanganèse carburé, ferronéQbium, carbone sous ~or~e de carburite, etc... additifs bien connus pour donner les proprietes et les nuanoes voulues aux aciers. Le métal liquide S sublime immédiatement la neige carbonique présente dans la zone du pied de jet 6, et dans la zone située au-dessus de la nappe de metal liquide 7, créant ainsi une nappe 8 de gaz carbonique, surmontée d'une nappe 9 d'air. L'ensemble metal liquide 7 et nappe de gaz carbonique ~plus lourd que l'air) forment ainsi un piston, au fur et à mesure de la montee du niveau de liquide, qui chasse l'air de la poche, le pied de jet etant ainsi constamment prob~ge.
La figure 2 montre une variante de la figure 1, dans laguelle la neige carbonique est injectee dans la poche juste avant l'addition des additifs de calmage (continuement ou sequentiellement~,à l'aide d'une ~ .
alimentation 10, d'une part reliee au reservoir 12 de CO2 liquide et d'autre part raccordée à la poche 4 par la vanne de détente ll.
La neige 14 se repand sur l'ensemble du metal liquide. Pour cela, on peut pr~voir une alimentation symetrique, en plusieurs points.
L'alimentation continue ou sequentielle à l'aide du reservoir 12 permet d'engendrer par detente du 2 liquide, environ 40 % de solide et 53 % de gaz. Ce dernier permet de diluer l'atmosphère de la poche et ameliore la protection du jet de coulée. Par ailleurs, ce gaz, plus lourd que l'air, se rechauffe au contact du métal liquide avant d'être entra~ne vers la surface dudit métal, evitant ainsi un refroidissement trop important du métal.
La figure 3 represente une vue simplifiée de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Une poche réceptrice 32 est placée sous le convertisseur 30 contenant l'acier 31 en fusion, cette poche etant supportee par un chariot 33 se déplaçant sur les rails 34, 35.
Au mame niveau que ceux-ci est placé un réservoir 36 de gaz carbomque liquide 50. Ce reservoir est protége par une cloison pare feu 37. Le gaz carbonique liquide est envoyé (par des moyens non représentes sur les figures) via la canalisation 38 à un appareil 41 de faorication de neige carbonique dénommé carbocyclone, tels que ceux vendus par la societé
CARDOX.
La canalisation 38 se termune par deux buses schematisees en 39 orientées ~ 180 l'une de l'autre, jouant le rBle d'orifices de detente à
température et pressior~ ambiante de l'anhydride carbonique stocke à
environ -20C et 20 bars dans le reservoir 36. Cette detente dans le cône 40 oriente vers le bas, provoque l'apparition de neige carbonique qui vient se stocker dans la benne 42 posée sur la balance 43. Lorsque la quantité voulue est stockee dans la benne, l'injection est stoppee et la benne est déplacee sur le plancher de coulee 51 situe au niveau du convertisseur, au-dessus de la poche. Par l'ouverture 52 dans le plancher 51, o~ verse la neige de la benne 42 dans la poche 32, quelques instants avant l'adjonction des additifs de calmage.
A l'aide d'un tel dispositif, connaiss ant la prcduction horaire du carbocyclone, il est aise de produire la quantite de neige en temps voulu, afin d'etre pr8t lorsque la quantité d'acier coulé dans la poQhe est jug8e suffisante. En pratique, an carbocyclone à de~it instantane de neige d~ 1200 kg/heure convient parfaitement pour alimenter une acierie.
EXEMPLE 1 :
On coule d'un convertisseur dans une poche de 1 tonne un acier effervescent comportant 1,5 % de carbone, 10 % de ch mme, 0,09 ~ de silicium, 0,08 % de manganese, 0,012 % de soufre et 0,011 % de phosphore.
Lorsque la poche est remplie au tiers de sa hauteur environ avant l'operation de calmage, on injecte de la neige carbonique provenant de la detente brutale ~ temperature ambiante d'anhydride carbonique liquide stocké à - 20C et 20 bars. La yuantite utilisee etait d'environ 1 kg. Quelques secondes après avoir terminé l'injection de neige dans la pcche, portee à environ 900C, on ajoute les additifs notamment d calmage de l'acier et l'on continue la coulée jusqu'au remplissage co~plet de la poche qui s'effectue en environ 1 minute.
On prelève un echantillon de l'acier liquide dans le convertisseur avant coulee et dans la poche après coulée.
On effectue la même op~ration, dans les m~mes conditions sans utilisation de la neige carbonique, que l'on appellera coulee de reference et l'on prelève les echantillons de la meme maniere.
Les resultats obtenus sont les suivants :
: : Concentration en : Concentration en : ~ariation : : azote dans l'echan-: azote dans l'echan-: de concen-: : tillon convertis- : tillon poche : tration : : seur (ppm) : (ppm) : (ppm) :
--- - --, .
Coulee de 105,65 : 157,9 : + 52,25 r~ference : : : : : :
Coulée selon 70 89,15 : + 19,15 l'invention .
~L~30'~
Par rapport à la coulee de reference, la renitruration de la coulee selon l'invention a diminue de 37 ~.
Il est à noter que la concentration initiale en azote dans la poche n'est pas la me^me dans les deux cas, car il est impossible d'avoir les memes concentrations initiales en azote pour deux fusions successives realisees dans les memes conditions. Par contre, la Demanderesse a verifie que la diminution de la renitruration ne dependait pas de la concentration initiale en azote.
-On opère dans des conditions semblables à celle de l'e~emple 1 mais avec une poche recevant 6 tonnes d'un acier effervescent cQmportant de 0,2 ~ 0,3 % de carbone, de 0,6 à 0,7 % de manganèse et de 0,2 à 0,7 ~
de silicium~ On coule l'acier dans la poche jusqu'au tiers environ de sa hauteur. On injecte alors environ S kg de neige bonique (en une ou plusieurs fois jus~u'à la fin de la coulee). Puis on introduit les additifs de calmage de l'acier, de mani~re connue en soi.
Les resultats obtenus sont les suivants :
,, . . . ,__ Concentration en Concentration en Variation : : azote dans l'échan-: azote dans l'echan-: de concen- :
tillon conver~ tillon poche :tration :: tisseur Ippm) :(ppm) :(ppmJ
Coulee de t = 0 78 . = 25 reférence 53 t = ~ 5' 86 = 33 . t = + 10' ~7 . = 34 Coulee selon t = 0 60 . = 19 l'invention 41 t = + 5' 60 . = l9 t = + 10' 60 = 19 , ; .
:
s ~'' ' .
La renitrutation a d D ué de 40 %.
Du tableau ci-dessus, on constate deux effets de la neige carbonique :
- diminution de l'absorption d'azote pendant la coulee - diminution de l'absorption d'azote après la coulée pendant au moins dix minutes.
Exemple 3 : Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, on coule un acier effervescent de composition suivante :
C : 0,26 ~ Ald : 0,08 N : 0,004 à 0,0111 %
Mn : 0,70 % P : 0,022 Si : 0,27 % S : 0,015 Comme précédement, cet acier est calme à l'aluminium, la neige carbonique ayant éte injectee juste avant l'introduction de l'aluminium. Les resultats suivants montrent une amelioration sensible de la renitruration et de la réoxydation (diminution des pertes en aluminium dissous):
: Sans CO2 : Avec C02 : Avec CO2 : : : 2,3 kg/tonne : 0,4 kg/tonne :
: Pertes Al : 25,5 X 10 % : 20,5 X 10 ~ : 17 X 10 % :
: dissous :
~ : Renitruration : 32 ppm : 21 pp.m : 29 pFm .~L X ~i ~3 C) L~ ~ ~
Ce tableau montre également que l'on peut moduler la quantite de neige carbonique introduite suivant le resultat que l'on vise à
obtenir: on mettra plus de neige carbonique/par tonne si l'on veut eviter le plus possible la renitruration, tout en evitant la reoxydation, tandis que l'adjonction dlune faible quantite de C02/tonne de métal dIminue, de maniere inattendue, la reoxydation, tout en diminuant egalement la renitruration.
La protection de la coulee à l'aide de neige carbonique apporte une reduction de la perte en aluminium dissous dans l'acier de 25 %. Ceci montre en particulier l'effet d'inertage de l'anhydride carbonique utilise dans les oonditions mentionnees plus haut : si celui-ci etait oxydant par rapport à l'air, la perte en aluminium dissous serait tres importante et en tout état de cause bien superieure à oelle constatee sans protection C02.
~ 1 --La presente invention concerne un procede d'obtention d'un acier calme à faible teneur en azote par coulée d'un acier effervescent d'un convertisseur dans une poche, dans lequel on ajoute à l'acier fondu situe dans la poche, au cours de 1'operation de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que l'aluminium, et/ou le silicium.
Lors de l'élaboration des metaux, différents constituants du minerai sont elimines, tandis que de nouveaux corps viennent s'inserer dans le metal en fusion, en particulier au contact de l'air.
Certains métaux ou alliages de metaux peuvent en particulier, au cours de leur élaboration, voir leur quantité d'azote augmenter si l'on ne prend pas de precautions particulières. Tel est le cas, par exemple, de l'acier lors de sa coulée d'un convertisseur dans une poche ou plus géneralement un récipient émetteur dans ur. récipient récepteur.
On a constaté que la présence de l'azote dans un acier, sous forme d'impuret~s interstitielles favorise le durcissement par vieillissement et amoindrit sa résistance. En particulier, on constate qu'une tole ayant une teneur en azote trop elevée résiste mal au vieillissem~nt et à la corrosion après emboutissage profond.
Ur.e premi2re solution à ce problëme a éte proposee dans la d~mande de brevet japonais no. 75 003069 publiée le 6 j~ ei 1976 sous le no 51-77.519 au nom de NIPæ~N STEEL CQ~P., deuxieme p~blication no 79 006006 du 23 mars 1979. Pour di~inu2r la teneur en azote dans l'acier! il es, prcposé dans cette demande japonaise de couler l'acier issue d'un conver-tisseur où il a été affiné, dans une poche de coulée, préalablement rem-plie par un gaz non nitruran~, ladi~e pcche ayan~ été obturee au moyen d'un couvercle en matériau consommable.
Ainsi que le precise cette demande de brevet, le principe essentiel de ce procédé consiste, avant toute coulee de ~etal, à
substituer ccmplètement à l'air de la poche, un gaz non nitrurant en injectant ce gaz dans ladite poche et en couvrant cette poche d'un couvercle, les deux mesures, prises separement, ne ~ermettant pas de parvenir au but recherche, c'est-à-dire la diminution de la quantite d'azote absorbe par llacier au cours de cette coulëe en pcche. Selon un mode de realisation, il est fait utilisation d'anhydride carbonique sous forme de blocs de glace d'anhydride carbonique ( lldry icel' selon la terminologie anglo-saxonne) déposés dans le fond de la poche avant la fermeture de celle-ci par le couvercle.
Plus récemment, les auteurs de cette demande de ~brevet ont publié un article intitulé : "Conditions de prévention de l'absorption d'azote au cours de l'élaboration de l'acier" - Y. ABE - Y. KATAYAM~ - Mo NISHIMURA - T. TAKAHASHI - NIPPON Slk~L CORP. J.S.C. ~Science Council of Japan) - 21.05.1981 - dans lequel ils précisent l'utilisation de ces blocs de "glace carbonique" ou carboglace et ses limites. Ainsi, il est précise que les blocs de glace doivent avoir une taille maximale de l'ordre de 600 mm de côté pour eviter les projections de metal fondu. De plus, la taille minimale est de l'ordre de 40 mm, pour éviter une sublimation totale avant coulee, et infiltration d'air dans la poche. En pratique, il est recommandé d'utiliser des blocs de 100 à 200 mm de côte.
Par ailleurs, le temps séparant le depôt des blocs dans le recipiPnt recepteur et la coulee de metal est de l'ordre de une heure.
De ces differentes publications, il apparait ainsi que ce proc~de consiste à chasser ccmplèten~nt l'air de la poche, tout en maintenant ~m couvercle au-dessus de celle-ci. L'utilisation de blocs de gla oe carbonique laisse supposer que, du fait de la sublimation assez lente de ceux-ci, l'anhydride carbonique gazeux chasse progressivement l'air de la poche (densite du CO2 plus elevée que celle de l'air), ce qui n'aurait vraisemblablement pas ete le cas si la sublimation de 1'anhydride carbonique avait éte rapide, engendrant des courants de gaz dans la poche et maintenant ainsi un melange d'anhydride carbonique et d'air dans celle-ci.
De plus, il est recommande dans ces dif~rentes publications de maintenir des blocs de glace c æbonique à la surfaoe du metal liquide dans la poche, tout au long de la coulee de celui-ci.
A la suite de differentes experimentations, la Demanderesse a constate que le procede decrit ci-dessus comportait un certain ncmbre d'inconvenients.
Tout d'abord, la presence nécessaire d'un couvercle consommable, sans lesquels les résultats annoncés ne peuvent être obtenus alourdit les co~ts de fabrication (matière et main d'oeuvre supplementaires). De plus, l'operateur doit ajuster le jet de m~etal liquide sur la zone de moindre resistan oe du couvercle.
Par ailleurs, l'utilisation de blocs de glace nécessite de nombreuses manipulations (decoupage des blocs, conditionnement, -~1 2 ~ ) L~ f~
~ 3 ' :
approvisionnement, manutention, etc...~ allant à l'encontre d'une simplicite siderurgique.
On a egalement constate que la protection du jet de coulee etait generalement inefficace du fait de la presence d'un melange air et d'anhydride carbonique gazeux, phencmène aggrave par les gradients de temperature dans la poche. Enfin, si l'on suit l'enseignement du brevet, c'est-à-dire le maintien de blocs de glace carbonique à la surface du metal liquide dans la poche, le procede est particulierement dangereux.
En effet, on constate des explosions dans le metal en fusion, dues ~ la sublimation de 1'anhydride carbonique sous les blocs, formant ainsi des poches de gaz venant eclater à la surface, induisant des projections de metal en fusion. Le couvercle en materiau consommable n'est pas suffisant pour eviter les projections de metal fondu creant de plus des entrees d'air dans la poche, ce qui va ~ l'encontre du but recherche.
Il est egalement connu du brevet belge 677958 d'ajouter de l'anhydride carbonique CO2, en particulier sous forme de neige carbonique dans le fond de la lingotière avant la coulee d'acier effervescent à
partir d'une poche dans celle-ci et sur la surface du metal liquide pendant le remplissage de la lingotiere. L'acier effervescent, c'est à
dire l'acier contenant une grande quantite d'oxygène dissous, a le grand avantage de do~ner des lingots dont la surfaoe au contact de la lingotière est parfaitement exempte de dechets. Ainsi l'anhydride carbonique, dans les conditions cperatoires decrites dans ce brevet æ
; decompose en oxygène et en monoxyde carbone qui brule au contact de l'air ~; tandis que l'oxygène permet d'intensifier le phen~mène d'effervescence recherche.
Contrairement à l'enseignement de ce brevet belge, le procede selon l'invention permet d'utiliser l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique pour proteger la surface du bain d'acier de manière à
cbtenir à la fois une faible quantite d'oxygène dissous dans l'acier, après calmage, ainsi qu'une faible quantite d'azote, tout en evitant les inconvenients mentionnes plus haut. Le procede d'obtention d'acier calme à partir d'acier effervescent selon l'invention est caràcterise en ce que l'on coule l'acier effervescent dans la poche en quantite suffisante pour permettre l'introduction des additifs de calmage et en ce que quelques instants avant l'intrcduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'snhydride carbonique sous for~e de neige csrbonique, au voisinage du ` . . .
.: .
~26~30~
pied du jet de coulee et à la surface du bain d'acier dans la poche, en quantite suffisante pour proteger la surface du metal fondu de l'air environnant d~s l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
On a en effet constate que, si la presence de neige carbonique aux environs du pied du jet de coulee n'avait pas d'incidence sur la reprise d'azote p æ l'acier effervescent , par contre dès l'introduction des additifs de calmage tels que l'aluminium, le silicium, etc..~, la presence d'anhydride car~onique au pied du jet et à la surface du bain d'acier, permettrait d'eviter la renitruration de l'acier calm~ sans qu'il soit necessaire de proceder ccmme dans le brevet japonais mentionne ci-dessus, ce qui serait, d'ailleurs, impossible De plus on constate que le procede tel qu'expose ci-dessus permet, de manière inattendue de dim muer les pertes en aluminium dissous dans l'acier de l'ordre de 25 %, ce qui permet d'ameliorer la rentabilite du procede puisque la quantite d'aluminium necessaire au calmage est ainsi diminuee. De plus, ce procede est éconamique par rapport au procede decrit dans le brevet japonais susmentiorne, car l'introduction d'ar~ydride carbonique est plus tardive, donc moins consommatrice d'anhydride carbonique.
En règle generale, on constate que la masse volumique de la neige carbonique utilisee ~masse volumique des particules solides de cette neige carbonique) doit être inférieure ou égale à 1,1 kg/dm3.
En pratique, la neige carbonique qui convient pour la mise en oeuvre de l'invention est une neige produite par un appareil denomm~
cyclone. Cette neige provient de la detente brutale de l'anhydride carbonique liquide, géneralement stocke à une temperature de - 20C et une pression de 20 bars directement dans l'atmosphère, c'est-à-dire à
temperature et pression ambiantes. La neige ainsi formee est utilisee, telle quelle, generalement sans autre traitement. En pratique, ceci permet d'avoir le generateur de neige carbonique à proximite du lieu de coulee et d'injecter cette neige dans la poche par une conduite d'amen~e reliee au cyclone. L'alimentation continue ou sequentielle peut ainsi être aisement ccmmandee par l'operateur qui contrôle la coulee de metal.
Genéralement, les quantités de neige carbonique necessaires varient de 0,2 ~ 5 kg par tonne de metal coulé.
Concernant l'introduction de la neige carbonique dans la poche, l'homme de l'art sait, d'une manière generale, que la coulee d'un convertisseur dans une poche a une duree tl, qui varie en fonction de l'erosion du trou de coulee du convertisseur. Par contre, la duree necessaire à l'introduction et à la dissolution des additifs de calmage a une valeur fixe t2 pour un volume donne. Dans ces conditions, l'homme de metier introduira la neige au plus tard à l'instant t3, à partir du debut de la coulee, egal à tl - t2.
Bien entendu, ce procede s'applique de preference pour la protection du jet de coulee entre le convertisseur et la poche mais peut egalement s'appliquer pour la coulee d'une première poche dans une seconde poche ou dans un repartiteur de coulee continue, ainsi que du repartiteur dans les lingotières, etc...
L'invention sera mieux ccmprise à 1'aide des exemples de realisation suivants, donnes à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui representent :
- la figure 1, une vue en coupe de la coulee d'acier effervescent d'un convertisseur dans une poche utilisant le procede selon l'invention ;
- la figure 2, une varianbe de realisation du procede de la figure 1, comportant une alimentation in situ en neige carbonique.
- la figure 3, une vue schematique d'une installation de coulee utilisant le procede selon l'invention.
Sur la figure 1, l'acier effervescent 1 se trouve dans le convertisseur 2 sous l'orifice 3 duquel est amenee la poche 4.
Lor~que la poche est partiellement remplie, on injecte une quantite predéterminee de neige carbonique avant d'ajouter les additifs de calmage tels que l'aluminium ou le silicium ainsi que les additifs (si nécessaires) tels que les silico manganese, ferrovanadium, ferromanganèse carburé, ferronéQbium, carbone sous ~or~e de carburite, etc... additifs bien connus pour donner les proprietes et les nuanoes voulues aux aciers. Le métal liquide S sublime immédiatement la neige carbonique présente dans la zone du pied de jet 6, et dans la zone située au-dessus de la nappe de metal liquide 7, créant ainsi une nappe 8 de gaz carbonique, surmontée d'une nappe 9 d'air. L'ensemble metal liquide 7 et nappe de gaz carbonique ~plus lourd que l'air) forment ainsi un piston, au fur et à mesure de la montee du niveau de liquide, qui chasse l'air de la poche, le pied de jet etant ainsi constamment prob~ge.
La figure 2 montre une variante de la figure 1, dans laguelle la neige carbonique est injectee dans la poche juste avant l'addition des additifs de calmage (continuement ou sequentiellement~,à l'aide d'une ~ .
alimentation 10, d'une part reliee au reservoir 12 de CO2 liquide et d'autre part raccordée à la poche 4 par la vanne de détente ll.
La neige 14 se repand sur l'ensemble du metal liquide. Pour cela, on peut pr~voir une alimentation symetrique, en plusieurs points.
L'alimentation continue ou sequentielle à l'aide du reservoir 12 permet d'engendrer par detente du 2 liquide, environ 40 % de solide et 53 % de gaz. Ce dernier permet de diluer l'atmosphère de la poche et ameliore la protection du jet de coulée. Par ailleurs, ce gaz, plus lourd que l'air, se rechauffe au contact du métal liquide avant d'être entra~ne vers la surface dudit métal, evitant ainsi un refroidissement trop important du métal.
La figure 3 represente une vue simplifiée de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Une poche réceptrice 32 est placée sous le convertisseur 30 contenant l'acier 31 en fusion, cette poche etant supportee par un chariot 33 se déplaçant sur les rails 34, 35.
Au mame niveau que ceux-ci est placé un réservoir 36 de gaz carbomque liquide 50. Ce reservoir est protége par une cloison pare feu 37. Le gaz carbonique liquide est envoyé (par des moyens non représentes sur les figures) via la canalisation 38 à un appareil 41 de faorication de neige carbonique dénommé carbocyclone, tels que ceux vendus par la societé
CARDOX.
La canalisation 38 se termune par deux buses schematisees en 39 orientées ~ 180 l'une de l'autre, jouant le rBle d'orifices de detente à
température et pressior~ ambiante de l'anhydride carbonique stocke à
environ -20C et 20 bars dans le reservoir 36. Cette detente dans le cône 40 oriente vers le bas, provoque l'apparition de neige carbonique qui vient se stocker dans la benne 42 posée sur la balance 43. Lorsque la quantité voulue est stockee dans la benne, l'injection est stoppee et la benne est déplacee sur le plancher de coulee 51 situe au niveau du convertisseur, au-dessus de la poche. Par l'ouverture 52 dans le plancher 51, o~ verse la neige de la benne 42 dans la poche 32, quelques instants avant l'adjonction des additifs de calmage.
A l'aide d'un tel dispositif, connaiss ant la prcduction horaire du carbocyclone, il est aise de produire la quantite de neige en temps voulu, afin d'etre pr8t lorsque la quantité d'acier coulé dans la poQhe est jug8e suffisante. En pratique, an carbocyclone à de~it instantane de neige d~ 1200 kg/heure convient parfaitement pour alimenter une acierie.
EXEMPLE 1 :
On coule d'un convertisseur dans une poche de 1 tonne un acier effervescent comportant 1,5 % de carbone, 10 % de ch mme, 0,09 ~ de silicium, 0,08 % de manganese, 0,012 % de soufre et 0,011 % de phosphore.
Lorsque la poche est remplie au tiers de sa hauteur environ avant l'operation de calmage, on injecte de la neige carbonique provenant de la detente brutale ~ temperature ambiante d'anhydride carbonique liquide stocké à - 20C et 20 bars. La yuantite utilisee etait d'environ 1 kg. Quelques secondes après avoir terminé l'injection de neige dans la pcche, portee à environ 900C, on ajoute les additifs notamment d calmage de l'acier et l'on continue la coulée jusqu'au remplissage co~plet de la poche qui s'effectue en environ 1 minute.
On prelève un echantillon de l'acier liquide dans le convertisseur avant coulee et dans la poche après coulée.
On effectue la même op~ration, dans les m~mes conditions sans utilisation de la neige carbonique, que l'on appellera coulee de reference et l'on prelève les echantillons de la meme maniere.
Les resultats obtenus sont les suivants :
: : Concentration en : Concentration en : ~ariation : : azote dans l'echan-: azote dans l'echan-: de concen-: : tillon convertis- : tillon poche : tration : : seur (ppm) : (ppm) : (ppm) :
--- - --, .
Coulee de 105,65 : 157,9 : + 52,25 r~ference : : : : : :
Coulée selon 70 89,15 : + 19,15 l'invention .
~L~30'~
Par rapport à la coulee de reference, la renitruration de la coulee selon l'invention a diminue de 37 ~.
Il est à noter que la concentration initiale en azote dans la poche n'est pas la me^me dans les deux cas, car il est impossible d'avoir les memes concentrations initiales en azote pour deux fusions successives realisees dans les memes conditions. Par contre, la Demanderesse a verifie que la diminution de la renitruration ne dependait pas de la concentration initiale en azote.
-On opère dans des conditions semblables à celle de l'e~emple 1 mais avec une poche recevant 6 tonnes d'un acier effervescent cQmportant de 0,2 ~ 0,3 % de carbone, de 0,6 à 0,7 % de manganèse et de 0,2 à 0,7 ~
de silicium~ On coule l'acier dans la poche jusqu'au tiers environ de sa hauteur. On injecte alors environ S kg de neige bonique (en une ou plusieurs fois jus~u'à la fin de la coulee). Puis on introduit les additifs de calmage de l'acier, de mani~re connue en soi.
Les resultats obtenus sont les suivants :
,, . . . ,__ Concentration en Concentration en Variation : : azote dans l'échan-: azote dans l'echan-: de concen- :
tillon conver~ tillon poche :tration :: tisseur Ippm) :(ppm) :(ppmJ
Coulee de t = 0 78 . = 25 reférence 53 t = ~ 5' 86 = 33 . t = + 10' ~7 . = 34 Coulee selon t = 0 60 . = 19 l'invention 41 t = + 5' 60 . = l9 t = + 10' 60 = 19 , ; .
:
s ~'' ' .
La renitrutation a d D ué de 40 %.
Du tableau ci-dessus, on constate deux effets de la neige carbonique :
- diminution de l'absorption d'azote pendant la coulee - diminution de l'absorption d'azote après la coulée pendant au moins dix minutes.
Exemple 3 : Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, on coule un acier effervescent de composition suivante :
C : 0,26 ~ Ald : 0,08 N : 0,004 à 0,0111 %
Mn : 0,70 % P : 0,022 Si : 0,27 % S : 0,015 Comme précédement, cet acier est calme à l'aluminium, la neige carbonique ayant éte injectee juste avant l'introduction de l'aluminium. Les resultats suivants montrent une amelioration sensible de la renitruration et de la réoxydation (diminution des pertes en aluminium dissous):
: Sans CO2 : Avec C02 : Avec CO2 : : : 2,3 kg/tonne : 0,4 kg/tonne :
: Pertes Al : 25,5 X 10 % : 20,5 X 10 ~ : 17 X 10 % :
: dissous :
~ : Renitruration : 32 ppm : 21 pp.m : 29 pFm .~L X ~i ~3 C) L~ ~ ~
Ce tableau montre également que l'on peut moduler la quantite de neige carbonique introduite suivant le resultat que l'on vise à
obtenir: on mettra plus de neige carbonique/par tonne si l'on veut eviter le plus possible la renitruration, tout en evitant la reoxydation, tandis que l'adjonction dlune faible quantite de C02/tonne de métal dIminue, de maniere inattendue, la reoxydation, tout en diminuant egalement la renitruration.
La protection de la coulee à l'aide de neige carbonique apporte une reduction de la perte en aluminium dissous dans l'acier de 25 %. Ceci montre en particulier l'effet d'inertage de l'anhydride carbonique utilise dans les oonditions mentionnees plus haut : si celui-ci etait oxydant par rapport à l'air, la perte en aluminium dissous serait tres importante et en tout état de cause bien superieure à oelle constatee sans protection C02.
Claims (7)
1. Procédé d'obtention d'un acier calmé à faible teneur en azote par coulée d'un acier effervescent d'un convertisseur dans une poche, dans lequel on ajoute à
l'acier fondu situé dans la poche, au cours de l'opération de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que l'aluminium, le silicium caractérisé en ce que l'on coule l'acier effervescent dans la poche en quantité suffisante pour permettre l'introduction des additifs de calmage et en ce que quelques instants avant l'introduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique au voisinage du pied du jet de coulée et à
la surface du bain d'acier dans la poche, en quantité
suffisante pour protéger la surface du métal fondu de l'air environnant dès l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
l'acier fondu situé dans la poche, au cours de l'opération de coulée, notamment des additifs de calmage de cet acier tels que l'aluminium, le silicium caractérisé en ce que l'on coule l'acier effervescent dans la poche en quantité suffisante pour permettre l'introduction des additifs de calmage et en ce que quelques instants avant l'introduction de ces additifs de calmage, on injecte de l'anhydride carbonique sous forme de neige carbonique au voisinage du pied du jet de coulée et à
la surface du bain d'acier dans la poche, en quantité
suffisante pour protéger la surface du métal fondu de l'air environnant dès l'introduction des additifs de calmage dans la poche.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la masse volumique de la neige carbonique est inférieure ou égale à 1,1 kg/dm3.
en ce que la masse volumique de la neige carbonique est inférieure ou égale à 1,1 kg/dm3.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'introduction d'anhydride carbonique dans la poche s'effectue sous forme d'injection de neige carbo-nique obtenue directement par détente brutale à la pression atmosphérique et à température ambiante d'anhy-dride carbonique liquide stocke dans les conditions habituelles de température et de pression.
en ce que l'introduction d'anhydride carbonique dans la poche s'effectue sous forme d'injection de neige carbo-nique obtenue directement par détente brutale à la pression atmosphérique et à température ambiante d'anhy-dride carbonique liquide stocke dans les conditions habituelles de température et de pression.
4. Procède selon l'une des revendications 1 à 3, caractérise en ce que l'on remplit la poche jusqu'au tiers environ de sa hauteur avant d'injecter la neige carbonique.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'injection de neige carbonique se poursuit pendant au moins une partie de la durée de la coulée de l'acier effervescent dans la poche.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'injection de neige carbonique se poursuit pendant toute la durée de coulée de l'acier effervescent dans la poche.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on injecte dans la poche, en une seule ou plusieurs fois, de 0,2 à 5kg de neige carbonique par tonne d'acier coulé.
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