EP0162789A1 - Dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection de gaz - Google Patents

Dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection de gaz Download PDF

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EP0162789A1
EP0162789A1 EP85420067A EP85420067A EP0162789A1 EP 0162789 A1 EP0162789 A1 EP 0162789A1 EP 85420067 A EP85420067 A EP 85420067A EP 85420067 A EP85420067 A EP 85420067A EP 0162789 A1 EP0162789 A1 EP 0162789A1
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EP
European Patent Office
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gas
injector
continuous casting
steel
treatment device
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Withdrawn
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EP85420067A
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Inventor
Pierre Guerit
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Servimetal SA
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Servimetal SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/108—Feeding additives, powders, or the like

Definitions

  • the present invention relates to a device for treating steel, before continuous casting, by gas injection.
  • pockets with compartments are usually used in which a neutral or active gas or a mixture of the two is injected, by means such as: porous plug placed at the bottom of the pocket (FR 1 582 780), injection cone (FR 2 061 246), rotary injector (FR 2 491 954, FR 2 512 065).
  • porous plug FR 2 008 406
  • cane with a porous end DE 1 258 434
  • vacuum sealing DE 1 270 063
  • the object of the invention is a device for treating steel, before continuous casting, by injection of a gas, device comprising an intermediate pocket arranged between a source of molten steel and the ingot mold for continuous and divided casting. in at least two compartments by an intermediate partition, an inlet compartment connected to the source of steel and a outlet compartment feeding the continuous casting mold either directly or via a distribution basket characterized in that the inlet compartment (6) comprises a rotary gas injector ensuring a fine and homogeneous dispersion of a gas, a mixture of gases and vaporized products or fine powders in the molten steel to improve its purity.
  • gas to designate either a pure gas, or a mixture of inert or active gases, or pure vapors or in mixture with one or more carrier gases, inert or active, with, if necessary , entrainment of a fine powder.
  • Figures 1 and 2 show respectively in vertical section and in horizontal section along AA, the device, object of the invention.
  • the molten steel (1) comes from a source (2) shown diagrammatically and which will generally be the melting furnace or a holding furnace or a ladle.
  • the flow rate is controlled by the nozzle (4) in a conventional manner.
  • the purification device proper comprises a pocket (5) with two compartments: an inlet compartment (6) and an outlet compartment (7) separated by a partition (8) which leaves, with the bottom of the pocket, a space (9) for the circulation of liquid steel.
  • the assembly is constructed of refractory material, of the silico-aluminous type, with an external steel casing.
  • One can also provide an intermediate layer between the refractory and the steel casing, of thermally insulating material, of the diatomite or vermiculite type, which will limit the cooling of the molten steel during its passage through the ladle.
  • the part located in the vicinity of the taphole can be made of a material resistant to abrasion by liquid steel, such as zirconia or zirconium silicate (zircon).
  • the pocket can also comprise, in known manner, a means of preheating before putting into service, generally a burner with flame, as well as a means of maintaining the temperature of the liquid steel which can also be a burner or an external winding, if one chooses an induction heating.
  • a means for injecting a gas intended to ensure the ultimate purification of the molten steel before casting.
  • a rotary injector (10) is used mounted at the end of a shaft (11) actuated by the motor (12) and the transmission (13).
  • the shaft (11) is provided with an axial pipe (14) through which the treatment gas is introduced.
  • the rotary injector (10) must ensure a fine and homogeneous dispersion of the treatment gas.
  • a particularly efficient injector is described in French patent FR 2 512 065 in the name of PECHINEY ALUMINUM, it is constituted by a rotor (10) in the shape of a cylinder, equipped with vanes (21), dipping into the molten metal and connected to a hollow drive shaft (22) for supplying gas.
  • each pair comprises a channel (24) which is used for the passage of the liquid, and the other (25) for the passage of the gas, each of the pairs opens separately at the same point (26) of the periphery of the cylinder so that in this place, a fine liquid-gas dispersion is formed, which is then distributed in the molten metal by means of pallets (21).
  • This device consists of a rotary agitator (30) mounted at the end of an axis (31) and the lower end (32) of which rests, when stationary, on a gas injection plug (33) provided with '' a plurality of channels (34) placed at the bottom of the pocket and which, under the action of gas pressure arriving via the conduit (35), emitted by the plug, is raised and, thus supported by a "gas bearing", it can, under the action of a drive motor, rotate freely around its axis and allow to escape, through the space (36) which separates it from the injection plug (33), a multitude of regularly and finely dispersed gas bubbles, which are distributed in a very uniform manner in the mass of the liquid metal.
  • the rotor shown in FIG. 3 is also supported at the bottom, on a bearing arranged so as not to hinder the circulation of the metal in the channels (24).
  • argon argon
  • chlorine carbon tetrachloride
  • fluorocarbon fluorocarbon and chlorofluorocarbon derivatives
  • oxygen pure or diluted with argon carbon dioxide , used alone or as a mixture.
  • a fine powder suspended in the gas or vapor stream can be injected in the same way, this fine powder possibly being a refining agent, such as aluminum, calcium, silicon, a silicon alloy. calcium, etc ... or any other additive or reactive product required by the particular composition of the steel being cast.
  • a refining agent such as aluminum, calcium, silicon, a silicon alloy. calcium, etc ... or any other additive or reactive product required by the particular composition of the steel being cast.
  • the gas supply circuit comprises means for introducing, in a controlled and predetermined quantity, a powder or a mixture of powders into the gas stream.
  • the injector must be made of a material compatible with molten steel and with the gas (s) and vapors and additives in fine powder injected.
  • Graphite possibly reinforced with carbon fibers (so-called "carbon-carbon” composite) will be suitable in most cases, except for oxygen injection where a ceramic, either of the oxide or oxide mixture type, will be chosen.
  • metallic either based on oxynitrides such as "Sialon", or analogous compounds of the RHM family which include carbides, borides, nitrides and silicides and metals of groups IV-B, VB and VI-B, as well than silicon carbide.
  • the pocket (5) further comprises various ancillary devices which do not are not part of the invention, but which are essential for its operation and, in particular, a means of control (40) of the flow of molten steel towards the ingot mold (41) for continuous casting of the billet ( 42), and means for circulating an inert gas and / or for controlling the pressure or the vacuum and possibly for making a partial vacuum or high in the vicinity of the pouring jet or in the ladle by adjustments such as (43) provided control valves (44) and means, not shown, for accessing the interior of the pocket, for cleaning and maintenance, as well as for removing and inserting the rotor (10), as well as the heating means, not shown , which was discussed earlier.
  • a means of control (40) of the flow of molten steel towards the ingot mold (41) for continuous casting of the billet ( 42) and means for circulating an inert gas and / or for controlling the pressure or the vacuum and possibly for making a partial vacuum or high in the vicinity of the pouring jet or in the ladle by
  • the implementation of the invention makes it possible to obtain a level of purification of the steel substantially higher than that of the methods used to date, both with regard to the occluded gases such as hydrogen, as the various harmful impurities and inclusions.
  • the fine and homogeneous dispersion in the molten steel of a gas stream which makes it possible to produce the device which is the subject of the invention, can be used to effect, just before continuous casting, additions of elements.
  • elements such as boron, the content of which must be adjusted very precisely, and which tend to oxidize or to nitride quickly, if one operates in the open air or in the absence of element protective, such as titanium: by injecting a gaseous derivative such as trifluoride or boron trichloride, which undergoes thermal cracking at the temperature of liquid steel, this addition of boron (or of any other element) can be performed in a particularly simple and precise manner.
  • any other refining element or alloying element in very fine powder, without risk of oxidation, and with a dispersion guaranteeing perfect homogeneity.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection d'un gaz entraînant éventuellement un ou plusieurs additifs en poudre fine, comportant une poche intermédiaire (5) disposée entre la source d'acier en fusion (1) et la lingotière de coulée continue (41) et divisée en au moins deux compartiments par une cloison intermédiaire (8), un compartiment d'entrée (6) relié à la source d'acier en fusion et un compartiment de sortie (7) alimentant directement, ou par un répartiteur, la lingotière de coulée continue (41), dispositif dans lequel le compartiment d'entrée (6) comporte un injecteur rotatif (10). L'injecteur rotatif est, par exemple, muni de canaux radiaux convergents débouchant à la périphérie de l'injecteur, et reliés à une arrivée de gaz disposée dans l'axe de l'injecteur. En variante, l'injecteur rotatif est muni d'ailettes radiales et est disposé au-dessus et à faible distance d'un moyen d'introduction de gaz.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection de gaz.
  • Il est connu que les métaux tels que l'acier et les alliages légers doivent subir, avant l'entrée dans les dispositifs de coulée continue, un ultime traitement de purification, en vue d'éliminer les gaz occlus et les inclusions diverses qui pourraient altérer les qualités des produits lors des divers stades de transformation (laminage ou étirage, par exemple). 3e l'ébauche coulée en continu.
  • Pour l'aluminium et ses alliages, par exemple, on utilise habituellement des poches à compartiments dans lesquels on injecte un gaz neutre ou actif ou un mélange des deux, par des moyens tels que : bouchon poreux disposé au fond de la poche (FR 1 582 780), cone d'injection (FR 2 061 246), injecteur rotatif (FR 2 491 954, FR 2 512 065).
  • En ce qui concerne l'acier, on utilise également la technique d'injection d'un gaz inerte ou actif par bouchon poreux (FR 2 008 406), ou par canne à extrémité poreuse (DE 1 258 434), que l'on combine parfois avec une mise sous vide (DE 1 270 063).
  • Dans le brevet français FR 1 404 505 (l'AIR LIQUIDE), on interpose entre une poche et la tête de la lingotière de coulée continue d'aciers, une enceinte munie d'une goulotte d'entrée et d'une goulotte de sortie de l'acier liquide, d'un moyen d'injection d'un gaz inerte par bouchon poreux, et d'un moyen de mise sous vide de ladite enceinte.
  • A l'heure actuelle, ces différents dispositifs ne satisfont plus totalement les exigences des aciéristes sur la propreté du métal coulé, compte tenu des connaissances acquises sur l'influence de certaines impuretés et inclusions de très petites dimensions, ou à des teneurs très faibles, tenues jusqu'ici pour négligeables, sur des caractéristiques telles que la fragilité aux basses températures, la résistance à la propagation des criques, la résilience.
  • L'objet de l'invention est un dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection d'un gaz, dispositif comportant une poche intermédiaire disposée entre une source d'acier en fusion et la lingotière de coulée continue et divisée en au moins deux compartiments par une cloison intermédiaire, un compartiment d'entrée relié à la source d'acier en fusicn et un compartiment de sortie alimentant la lingotière de coulée continue soit directement, soit par l'intermédiaire d'un panier répartiteur caractérisé en ce que le compartiment d'entrée (6) comporte un injecteur de gaz rotatif assurant une dispersion fine et homogène d'un gaz, d'un mélange de gaz et de produits vaporisés ou de poudres fines dans l'acier en fusion pour améliorer sa pureté. Par la suite, nous emploierons le mot "gaz" pour désigner soit un gaz pur, soit un mélange de gaz inertes ou actifs, soit des vapeurs pures ou en mélange avec un ou plusieurs gaz porteurs, inertes ou actifs, avec, le cas échéant, entraînement d'une poudre fine.
  • Les figures 1 et 2 représentent respectivement en coupe verticale et en coupe horizontale selon AA, le dispositif, objet de l'invention.
  • L'acier en fusion (1) provient d'une source (2) représentée schématiquement et qui sera, généralement, le four de fusion ou un four de maintien ou une poche de coulée. Le débit est contrôlé par la busette (4) de façon classique.
  • Le dispositif de purification proprement dit comporte une poche (5) à deux compartiments : un compartiment d'entrée (6) et un compartiment de sortie (7) séparés par une cloison (8) qui laisse, avec le fond de la poche, un espace (9) pour la circulation de l'acier liquide. L'ensemble est construit en matériau réfractaire, du type silico-alumineux, avec une enveloppe externe en acier. On peut également prévoir une couche intermédiaire entre le réfractaire et l'enveloppe en acier, en matériau thermiquement isolant, du genre diatomite, ou vermiculite, qui limitera le refroidissement de l'acier en fusion pendant son passage dans la poche. La partie située au voisinage du trou de coulée peut être réalisée en un matériau résistant bien à l'abrasion par l'acier liquide, tel que le zircone ou le silicate de zirconium (zircon). La poche peut en outre comporter, de façon connue, un moyen de préchauffage avant mise en service, généralement un brûleur à flamme, ainsi qu'un moyen de maintien en température de l'acier liquide qui peut être également un brûleur ou un enroulement externe, si l'on opte pour un chauffage à induction.
  • Dans le compartiment d'entrée (6) on a disposé un moyen d'injection d'un gaz destiné à assurer la purification ultime de l'acier en fusion avant coulée. Compte tenu du débit de l'installation de coulée (qui peut attein- dre 50 à 100 tonnes/heure), il est essentiel que le moyen d'injection de gaz de traitement ait une grande efficacité, que le système à bouchon poreux simple ne peut pas toujours apporter. Selon l'invention, on utilise un injecteur rotatif (10) monté au bout d'un arbre (11) actionné par le moteur (12) et la transmission (13). L'arbre (11) est muni d'une canalisation axiale (14) par laquelle on introduit le gaz de traitement.
  • L'entrée de l'arbre dans la poche est munie d'un joint rotatif étanche (15) de tout type connu, représenté ici de façon symbolique.
  • L'injecteur rotatif (10) doit assurer une dispersion fine et homogène du gaz de traitement. Un injecteur particulièrement efficace est décrit dans le brevet français FR 2 512 065 au nom d'ALUMINIUM PECHINEY , il est constitué par un rotor (10) en forme de cylindre, équipé de palettes (21), plongeant dans le métal fondu et relié à un arbre d'entraînement creux (22) servant à l'amenée de gaz. Le rotor est percé de couples de canaux convergents (23); chaque couple comprend un canal (24) qui sert au passage du liquide, et l'autre (25) au passage du gaz, chacun des couples débouche séparément en un même point (26) de la périphérie du cylindre de manière qu'en cet endroit, il se forme une dispersion fine liquide-gaz, qui est ensuite répartie dans le métal en fusion au moyen des palettes (21).
  • Il en est de même pour l'injecteur décrit dans le brevet français FR A 2 491 954, au nom d'ALUMINIUM PECHINEY.
  • Ce dispositif est constitué par un agitateur rotatif (30) monté en bout d'un axe (31) et dont l'extrémité inférieure (32) repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injection de gaz (33) muni d'une pluralité de canaux (34) placé au fond de la poche et qui, sous l'action de la pression du gaz arrivant par le conduit (35), émis par le bouchon, se soulève et, ainsi supporté par un "palier gazeux", il peut sous l'action d'un moteur d'entraînement, tourner librement autour de son axe et laisser échapper, par l'espace (36) qui le sépare du bouchon d'injection (33), une multitude de bulles de gaz régulièrement et finement dispersées, qui se répartissent d'une façon très uniforme dans la masse du métal liquide.
  • Il n'est d'ailleurs pas exclu que le rotor représenté sur la figure 3 s'appuie également en partie basse, sur un palier disposé de façon à ne pas gêner la circulation du métal dans les canaux (24).
  • Parmi les gaz ou vapeurs injectés, on peut citer l'argon, le chlore, le tétrachlorure de carbone, les dérivés fluoro-carbonés et chloro-fluoro-carbonés, l'oxygène pur ou dilué avec de l'argon, le dioxyde de carbone, utilisés seuls ou en mélange.
  • En outre, on peut injecter de la même façon, une poudre fine en suspension dans le courant de gaz ou de vapeur, cette poudre fine pouvant être un agent affinant, tel que l'aluminium, le calcium, le silicium, un alliage silicium-calcium, etc ... ou tout autre additif ou produit réactif nécessité par la composition particulière de l'acier en cours de coulée.
  • Dans ce cas, le circuit d'alimentation en gaz comporte un moyen pour introduire en quantité contrôlée et prédéterminée, une poudre ou un mélange de poudres dans le courant de gaz.
  • L'injecteur doit être constitué par un matériau compatible avec l'acier en fusion et avec le ou les gaz et vapeurs et additifs en poudre fine injectés. Le graphite, éventuellement renforcé de fibres de carbone (composite dit "carbone-carbone") conviendra dans la plupart des cas, sauf pour l'injection d'oxygène ou l'on choisira une céramique, soit du type oxyde ou mélange d'oxydes métalliques, soit à base d'oxynitrures tel que le "Sialon", ou de composés analogues de la famille des RHM qui incluent les carbures, borures, nitrures et siliciures et des métaux des groupes IV-B, V-B et VI-B, ainsi que le carbure de silicium.
  • La poche (5) comporte, en outre, différents dispositifs annexes qui ne font pas partie de l'invention, mais qui sont indispensables à son fonctionnement et, en particulier, un moyen de contrôle (40) de l'écoulement de l'acier en fusion vers la lingotière (41) de coulée continue de la billette (42), et des moyens pour faire circuler un gaz inerte et/ou de contrôler la pression ou la dépression et éventuellement pour faire un vide partiel eu élevé au voisinage du jet de coulée ou dans la poche par des ajustages tels que (43) munis de vannes de contrôle (44) et des moyens, non figurés, pour accéder à l'intérieur de la poche, pour nettoyage et entretien, ainsi que pour retirer et introduire le rotor (10), ainsi que les moyens de chauffage, non figurés, dont il a été question précédemment.
  • La mise en oeuvre de l'invention permet d'obtenir un niveau de purification de l'acier sensiblement supérieur à celui des méthodes utilisées jusqu'à ce jour, aussi bien en ce qui concerne les gaz occlus tel que l'hydrogène, que les diverses impuretés et inclusions nocives.
  • En outre, la dispersion fine et homogène dans l'acier fondu d'un courant gazeux, que permet de réaliser le dispositif objet de l'invention, peut être mis à profit pour effectuer, juste avant la coulée continue, des additions d'éléments particuliers, tels que le bore, dont la teneur doit être ajustée de façon très précise, et qui ont tendance à s'oxyder ou à se nitrurer rapidement, si l'on opère à l'air libre ou en l'absence d'élément protecteur, tel que le titane : en injectant un dérivé gazeux tel que le trifluorure ou le trichlorure de bore, qui subit, à la température de l'acier liquide, un craquage thermique, cette addition de bore (ou de tout autre élément) peut être réalisée de façon particulièrement simple et précise. De la même façon, on peut introduire, immédiatement avant la coulée, tout autre élément affinant ou élément d'alliage, en poudre très fine, sans risque d'oxydation, et avec une dispersion garante d'une homogénéité parfaite.

Claims (5)

1. Dispositif de traitement de l'acier, avant coulée continue, par injection d'un gaz, comportant une poche intermédiaire (5) disposée entre la source d'acier en fusion (1) et la lingotière de coulée continue (41) et divisée en au moins deux compartiments par une cloison intermédiaire (8),un compartiment d'entrée (6) relié à la source d'acier en fusion et un compartiment de sortie (7) alimentant directement, ou par un répartiteur, la lingotière de coulée continue (41), caractérisé en ce que le compartiment d'entrée (6) comporte un injecteur rotatif (10).
2. Dispositif de traitement, selon revendication I, caractérisé en ce que l'injecteur rotatif est muni de canaux radiaux convergents débouchant à la périphérie de l'injecteur, et reliés à une arrivée de gaz disposée dans l'axe de l'injecteur.
3. Dispositif de traitement, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur rotatif est muni d'ailettes radiales et est disposé au-dessus et à faible distance d'un moyen d'introduction de gaz.
4. Dispositif de traitement, selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un moyen d'introduction, dans le courant de gaz injecté, d'une poudre fine.
5. Dispositif de traitement, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une matière réfractaire choisie parmi le graphite, les composites carbone-carbone, les céramiques à base d'oxydes métalliques, les oxynitrures, tels que le Sialon et les composés de la famille des RHM.
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