EP0281485A1 - Produit composite à enveloppe tubulaire pour le traitement des bains métalliques fondus - Google Patents

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EP0281485A1
EP0281485A1 EP88420033A EP88420033A EP0281485A1 EP 0281485 A1 EP0281485 A1 EP 0281485A1 EP 88420033 A EP88420033 A EP 88420033A EP 88420033 A EP88420033 A EP 88420033A EP 0281485 A1 EP0281485 A1 EP 0281485A1
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Affival SA
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    • Y10T428/12097—Nonparticulate component encloses particles

Definitions

  • the object of the invention relates to a composite product with a tubular casing for the treatment of molten metal baths as well as to a process for the implementation of this product.
  • This composite product for the treatment of molten metal baths which is described in the utility certificate FR.2433.584.
  • This composite product called cored wire in this document, comprises in particular a metal sheath or envelope constituted by a thin strip of great length, the edges of which are curved so as to obtain by approximation or by welding a substantially circular section. Inside this sheath is housed a pulverulent or granular material such as, for example, a Ca Si alloy powder.
  • a cored wire 12 mm in diameter, for a sheath thickness of 0.5 mm is introduced, by example in a pocket of liquid steel at a speed of 2m / sec. (FR 2,433,584 page 4).
  • a steel bath in a pocket is treated with a composite product with a steel casing, introduced approximately vertically into the bath, the depth of penetration depends on the thickness of the casing and the speed of introduction but the residence time is very short because as soon as the envelope melting temperature is reached it is dissolved almost instantly.
  • the composite product which is the subject of the invention makes it possible to treat metal baths in depth.
  • the method which is also the subject of the invention, makes it possible in particular to desulfurize the steel or cast iron baths, with particularly high efficiency, thanks to the release in two successive stages of the content of the composite product during its penetration into such baths.
  • This composite product is composed of a very long tubular metal casing inside which are housed the powdery or granular material or materials for the treatment of molten metal baths, this product being introduced into these metal baths.
  • This composite product comprises, inside the tubular envelope, an axial zone containing at least one first pulverulent or granular material surrounded by an intermediate metallic tubular wall.
  • An annular zone, between the intermediate tubular wall and the tubular envelope, also contains at least one second pulverulent or granular material.
  • the envelope and the intermediate wall are made of metals compatible with the bath to be treated.
  • the envelope will have a substantially circular shape, as will the intermediate wall.
  • the tubular casing and the intermediate wall may be produced, depending on the case, either in the same metal or in different metals, the nature of this or these being compatible with the bath to be treated and the thickness of the 'envelope and wall being determined according to the conditions corresponding to each application.
  • the axial zone of the composite product contains at least one element chosen from calcium and magnesium alloyed or unalloyed.
  • the second pulverulent or granular material may have all or part of the same composition as the first pulverulent or granular material. However, such a case will generally be quite rare.
  • the invention also relates to a method of treating metal baths using the product according to the invention.
  • the composition of the first and second pulverulent or granular materials is adjusted so that the axial zone contains at least for the most part the material (s) most reactive or most volatile with respect to the bath to be treated.
  • the method applies in particular to the desulfurization treatment of steels and cast irons.
  • these metals are treated by means of the composite product according to the invention, at least the axial zone thereof containing in the alloyed or unalloyed state magnesium and / or calcium.
  • the annular zone of this same composite product contains one or more materials ensuring additional desulfurization such as for example MgO, CaO, Ca CO3, Na2CO3, Ca C2 in powder or granular form.
  • additional desulfurization material is combined with aluminum in granular form or not.
  • This second material included in the annular zone can also comprise complementary products to compensate for the elements of the metal bath which disappear during a thorough desulfurization of the metal, such as for example silicon.
  • the composite product according to the invention can be produced by any method known to those skilled in the art.
  • edges of the strips forming the intermediate wall and the envelope can be closed by any known means compatible with the pulverulent or granular materials used: bringing together edge to edge, covering, stapling or the like.
  • the material contained, both in the axial zone and in the annular zone, is preferably compacted by also known means such as compression, stretching or the like.
  • the product according to the invention retains significant rigidity during its penetration into a metal bath.
  • the material which fills the annular zone plays the role of an effective insulator which considerably slows down the rise in temperature of the intermediate wall. It therefore retains a significant fraction of its mechanical characteristics. It therefore cooperates with the content of the axial zone to resist the forces which tend to deform it in bending and also to the hydrostatic thrust which tends to prevent it from sinking into the metal bath. It is only from the moment when this intermediate wall comes into direct contact with the metal bath, following the dissolution or fusion of the envelope, that the temperature of this wall rises very quickly and that its mechanical characteristics collapse.
  • the envelope must preferably be made of a metal whose melting temperature is at least equal to that of the metal from which the intermediate wall is made.
  • the sections of the axial zone and of the annular zone are determined on the basis of the respective volumes of the materials which it is intended to accommodate therein.
  • the metal and thickness of the casing must be determined so that the time necessary for its fusion, or complete dissolution, corresponds, taking into account the speed of penetration of the composite product into the metal bath, at the depth at which it is desired to release the material contained in the annular zone.
  • the single figure represents a composite product (1), according to the invention, of substantially circular section with axis (0). It has an outer casing (2) of steel 14 mm in external diameter and 0.3 mm thick.
  • the intermediate steel wall (3) is 9 mm outside diameter and 0.4 mm thick.
  • the axial zone (4) contains grains of unalloyed calcium about 0.5 mm in diameter.
  • the intermediate wall, closed by simple covering in (5), was slightly tightened on its content by reducing its outside diameter by about 25% by passing through a die.
  • the annular zone (6) is filled with iron powder.
  • the outer envelope which is stapled at (7) is also tightened on its contents.
  • This compost product is treated with 65 tonnes of liquid steel contained in a ladle bag at a temperature of 1580 ° C. to desulfurize the metal.
  • the measurements on composite product extracted from the bath make it possible to estimate the difference in height between the two points of passage in the bath of the outer tubular casing and of the intermediate tubular wall at 50 to 60 cm.
  • the value measured on product removed from the bath very quickly after interruption of the injection is actually lower (38 cm) because the calcium in the axial zone continues to burn in the open air for about one minute.

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Abstract

L'invention est relative à un produit composite de grande longeur pour le traitement des bains métalliques constitué d'une enveloppe métallique tubulaire (2) à l'intérieur de laquelle sont logées la ou les matirères pulvérulentes de traitement et qui comporte une zone axiale (4) contenant une première matière entourée d'une paroi tubulaire métallique (3) intermédiaire et une zone annulaire (6) comprise entre l'enveloppe et la paroi intermédaire qui contient aussi une deuxième matière.
Un tel produit composite dont la zone axiale contient au moins un élément choisi parmi le calcium et le magnésium permet en particulier de désulfurer les bains d'acier ou de fonte.

Description

  • L'objet de l'invention concerne un produit composite à enveloppe tubulaire pour le traitement des bains métalliques fondus ainsi qu'un procédé pour la mise en oeuvre de ce produit.
  • On connait un produit composite pour le traitement de bains métal­liques fondus qui est décrit dans le certificat d'utilité FR.2433.584. Ce produit composite, appelé fil fourré dans ce document, comporte notamment une gaine métallique ou enveloppe constituée par un feuil­lard mince de grande longueur dont les bords sont recourbés de façon à obtenir par rapprochement ou par soudage une section sensiblement circulaire. A l'intérieur de cette gaine est logée une matière pulvé­rulente ou granulaire telle qui par exemple une poudre d'alliage Ca Si. Un tel fil fourré, de 12 mm de diamètre, pour une épaisseur de gaine de 0,5mm est introduit, par exemple dans une poche d'acier liquide à une vitesse de 2m/sec. (FR 2.433.584 page 4).
  • L'expérience a montré que, dans beaucoup de cas, pour que le traite­ment du métal liquide atteigne sa pleine efficacité, le contenu du fil fourré doit pouvoir être introduit jusqu'au fond de la poche contenant le bain métallique. Il est de plus nécessaire que ce contenu soit livéré de son enveloppe au moment où il se trouve au voisinage de ce fond. Si l'enveloppe est détruite de façon prématurée, par exemple par fusion très rapide dès la pénétration dans le vain métallique, son contenu est livéré au voisinage de la surface de ce bain. Dans d'autres cas on peut observer une dissolution relativement lente de l'enveloppe au cours de sa pénétration dans le vain métallique. Mais, à la température à laquelle elle est portée, cette enveloppe perd toute rigidité et se courbe progressivement en U de sorte que son extrémité remonte vers la surface avant que le contenu soit libéré. Une telle remontée est dûe en particulier à la poussée hydrostatique ; en effet la densité apparente du produit composite est en général bien inférieure à celle du bain métallique.
  • Si on traite par exemple un bain d'acier en poche par un produit composite à enveloppe d'acier, introduit à peu près verticalement dans le bain, la profondeur de pénétration dépend de l'épaisseur de l'enve­loppe et de la vitesse d'introduction mais le temps de séjour est très court car dès que la température de fusion de l'enveloppe est atteinte celle-ci est dissoute quasi instantanément.
  • Lorsque le contenu du fil fourré est constitué par des éléments d'addition peu volatils, tels que Si, Mn, Ti, une libération prématu­rée de ceux-ci n'a pas d'inconvénients notables. Par contre s'il s'agit d'éléments reès volatils tels que Ca ou Mg une libération à faible profondeur entraîne des pertes de rendement très importantes. Le phénomène de fusion prématurée de l'enveloppe est observé de façon particulièrement frappante lorsque cette enveloppe a une température de fusion très inférieure à la température du bain métallique. C'est par exemple le cas du traitement de l'acier liquide par un produit composite à enveloppe d'aluminium.
  • On a constaté aussi que la mise en oeuvre d'un produit composite dont l'enveloppe a une température de fusion supérieure à la température du bain métallique présente aussi des inconvénients sérieux. En effet dans ce cas, même si l'enveloppe est mince, on n'observe pas de phéno­mène de fusion quasi immédiate à partir du moment où la température de l'enveloppe est devenue voisine de celle du bain métallique. On observe seulement une dissolution progressive. Le choix d'une épais­seur telle que la dissolution soit complète seulement lorsque le fil fourré a atteint une profondeur déterminée, compte tenu de la vitesse d'introduction, aboutit à un échec. En effet l'enveloppe ayant perdu toute rigidité le fil fourré se recourbe en U et remonte en direction de la surface du bain avant d'avoir libéré son contenu.
  • On a recherché la possibilité de réaliser un produit composite qui conserve une rigidité suffisante pour permettre d'introduire au moins une partie de ses composants dans un bain métallique au voisinage du fond du récipient qui le contient et permette également de libérer cette même partie de ses composants de façon aussi complète que pos­sible, au voisinage de ce fond, sans remontée de ce produit composite en direction de la surface du bain.
  • On a recherché aussi la possibilité de réaliser un produit composite permettant de libérer dans le bain de métal liquide une part détermi­née à l'avance de son contenu à relativement faible profondeur, le reste du contennu étant libéré à plus grande profondeur, de préférence au voisinage du fond du récipient.
  • On a recherché enfin la possibilité de mettre au point une méthode de désulfuration des aciers et des fontes faisant appel à un tel produit composite.
  • Le produit composite qui fait l'objet de l'invention permet de traiter en profondeur les bains métalliques.
  • La méthode, qui fait également l'objet de l'invention, permet en particulier de désulfurer les bains d'acier ou de fonte, avec une efficacité particulièrement grande, grâce à la libération en deux étapes successives du contenu du produit composite au cours de sa pénétration dans de tels bains.
  • Ce produit composite est composé d'une enveloppe métallique tubulaire de grande longueur à l'intérieur de laquelle sont logées la ou les matières pulvérulentes ou granulaires pour le traitement de bains métalliques fondus, ce produit étant introduit dans ces bains métal­liques.
  • Ce produit composite comporte, à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire, une zone axiale contenant au moins une première matière pulvérulente ou granulaire entourée d'une paroi tubulaire métallique intermédiaire. Une zone annulaire, comprise entre la paroi tubulaire intermédiaire et l'enveloppe tubulaire, contient aussi au moins une deuxième matière pulvérulente ou granulaire.
  • L'enveloppe et la paroi intermédiaire sont réalisées dans des métaux compatibles avec le bain à traiter.
  • Préférentiellement l'enveloppe aura une forme sensiblement circulaire de même que la paroi intermédiaire.
  • L'enveloppe tubulaire et la paroi intermédiaire pourront être réali­sées selon les cas soit dans le même métal, soit dans des métaux dif­férents, la nature de celui-ci ou de ceux-ci étant compatible avec le bain à traiter et l'épaisseur de l'enveloppe et de la paroi étant déterminée en fonction des conditions correspondant à chaque applica­tion. Par exemple pour traiter des bains d'acier ou de fonte, on pourra choisir comme enveloppe et/ou paroi intermédiaire de l'acier. Avantageusement également au moins la zone axiale du produit composite contient au moins un élément choisi parmi le calcium et le magnésium alliés ou non alliés.
  • Le cas échéant, la deuxième matière pulvérulente ou granulaire peut avoir en totalité ou en partie la même composition que la première matière pulvérulente ou granulaire. Toutefois un tel cas sera en général assez rare.
  • L'invention concerne également une méthode de traitement des bains métalliques au moyen du produit suivant l'invention.
  • De façon avantageuse on ajuste la composition des première et deuxième matières pulvérulentes ou granulaires de façon que la zone axiale contienne au moins en majeure partie la ou les matières les plus réactives ou les plus volatiles vis-à-vis du bain à traiter.
  • La méthode s'applique en particulier au traitement de désulfuration des aciers et des fontes. De façon avantageuse on traite ces métaux au moyen du produit composite suivant l'invention, au moins la zone axiale de celui-ci contenant à l'état allié ou non allié du magnésium et/ou du calcium.
  • De façon avantageuse, la zone annulaire de ce même produit composite contient une ou plusieurs matières assurant un complément de désul­furation comme par exemple MgO, CaO, Ca CO₃, Na₂CO₃, Ca C₂ sous forme pulvérulente ou granulaire. De façon préférentielle cette matière complément de désulfuration est associée à de l'aluminium sous forme granulaire ou non.
  • Cette deuxième matière comprise dans la zone annulaire peut également comprendre des produits de complément pour compenser les éléments du bain métallique qui disparaissent lors d'une désulfuration poussée du métal, comme par exemple le silicium.
  • Le produit composite suivant l'invention peut être réalisé par toute méthode connue de l'homme de l'art. On peut réaliser dans une première phase la zone axiale de ce produite entourée de sa paroi intermédiaire en utilisant par exemple un feuillard à bords rapprochés ou à bords agrafés ou à bords se recouvrant l'un l'autre. On peut ensuite, dans une deuxième phase, réaliser l'enveloppe tubulaire extérieure enfer­mant sa zone axiale et sa zone annulaire, le produit composite qui a été réalisé dans la première phase étant noyé dans la matière qui remplira la zone annulaire, l'ensemble étant, à nouveau, entouré par une enveloppe formée à partir d'un feuillard mince. Comme le sait l'homme de l'art, les bords des feuillards formant la paroi intermé­diaire et l'enveloppe peuvent être fermés par tout moyen connu compa­tible avec les matières pulvérulentes ou granulaires utilisées : rapprochement bord à bord, recouvrement, agrafage ou autre. On peut envisager aussi d'utiliser des tubes sans soudure, leur remplissage étant cependant plus difficile. La matière contenue, aussi bien dans la zone axiale que dans la zone annulaire, est, de préférence, compac­tée par des moyens également connus tels que compression, étirage ou autre. On peut en particulier utiliser une méthode telle que celle décrite dans le brevet EP.34994 qui consiste à déformer l'enveloppe à périmètre constant de façon à obtenir deux zones aplaties parallèles. Toute autre méthode peut également être utilisée.
  • L'expérience a montré que grâce à sa structure particulière, le pro­duit suivant l'invention conserve une rigidité importante au cours de sa pénétration dans un bain métallique. En effet tant que l'enveloppe tubulaire n'est pas détruite par dissolution la matière qui remplit la zone annulaire joue le rôle d'un calorifuge efficace qui ralentit considérablement la montée en température de la paroi intermédiaire. Celle-ci conserve donc une importante fraction de ses caractéristiques mécaniques. Elle coopère donc avec le contenu de la zone axiale pour résister aux forces qui tendent à la déformer en flexion et aussi à la poussée hydrostatique qui tend à l'empêcher de s'enfoncer dans le bain métallique. C'est seulement à partir du moment où cette paroi intermé­diaire entre en contact direct avec le bain métallique, à la suite de la dissolution ou fusion de l'enveloppe, que la température de cette paroi s'élève très vite et que ses caractéristiques mécaniques s'effondrent.
  • L'homme de l'art, par de simples essais de routine, détermine facile­ment, en fonction notamment de la composition du bain métallique, de sa densité, de sa profondeur et de sa température, les caractéris­tiques préférentielles qu'il convient de donner à la paroi intermé­diaire et à l'enveloppe. L'enveloppe doit de préférence être réalisée dans un métal dont la température de fusion est au moins égale à celle du métal dont est constituée la paroi intermédiaire. Les sec­tions de la zone axiale et de la zone annulaire sont déterminées en fonciton des volumes respectifs des matières qu'on se propse d'y loger. Le métal et l'épaisseur de l'enveloppe doivent être déterminés de façon que le temps nécessaire pour sa fusion, ou dissolution complète, corresponde, compte tenu de la vitesse de pénétration du produit composite dans le bain métallique, à la profondeur à laquelle on veut libérer la matière contenu dans la zone annulaire.
  • L'exemple et la figure unique ci-après décrivent de façon non limi­tative, un produit composite suivant l'invention et un mode particu­lier de mise en oeuvre de celui-ci.
  • Figure unique : vue en coupe transversale du produit composite suivant l'invention.
  • La figure unique représente un produit composite (1), suivant l'inven­tion, de section sensiblement circulaire d'axe (0). Il comporte une enveloppe extérieure (2) en acier de 14 mm de diamètre extérieur et 0,3 mm d'épaisseur. La paroi intermédiaire (3) en acier a 9 mm de diamètre extérieur et 0,4mm d'épaisseur. La zone axiale (4) contient des grains de calcium non allié d'environ 0,5 mm de diamètre. La paroi intermédiaire, fermée par simple recouvrement en (5), a été légèrement serrée sur son contenu par réduction de son diamère extérieur d'environ 25 % par passage à travers une filière. La zone annulaire (6) est remplie de poudre de fer. L'enveloppe extérieure qui est agrafée en (7) est également serrée sur son contenu.
  • On traite par ce produit compostie 65 tonnes d'acier liquide contenu dans une poche à une température de 1580° C pour désulfurer le métal.
  • Par rapport à un traitement fait avec un fil fourré classique consti­tué d'une enveloppe d'acier de 9 mm de diamètre extérieur et 0,6 mm d'épaisseur contenant des grains de calcium non allié à l'état compacté introduit dans le bain métallique à une vitesse de 110 m/min et pour lequel la désulfuration obtenue est de 26 % en moyenne, on constate avec le produit composite décrit ci-dessus et conforme à l'invention une désulfuration de 46 %, la vitesse d'introduction dans le bain étant de 50 m/min seulement et le temps de traitement du bain étant sensiblement le même.
  • Ceci correspond à des quantités de calcium introduites dans le bain de 0,15 Kg/T pour le fil fourré classique et
    0,15 Kg/T pour le produit composite selon l'invention.
  • On a pu en évidence, en retirant le fil très rapidement après interruption de l'injection, que le produit composite selon l'inven­tion décrit ci-dessus passe bien dans le bain de métal traité en deux phases correspondant à des profondeurs différentes.
  • Pour une vitesse d'injection de 50 m/min, les mesures sur produit composite extrait du bain permettent d'estimer la différence de hau­teur entre les deux points de passage dans le bain de l'enveloppe tubulaire extérieure et de la paroi tubulaire intermédiaire à 50 à 60 cm. La valeur mesurée sur produit retiré du bain très rapidement après interruption de l'injection est en fait plus faible (38 cm) du fait que le calcium de la zone axiale continue à brûler à l'air libre pendant environ une minute.
  • L'étude du processus opératoire montre qu'une large part du calcium contenu dans la zone axiale a été libéré au voisinage du fond de la poche.
  • Ceci est mis en évidence notamment par l'aspect relativement calme des réactions dans le bain qui s'effectuent sans projection d'acier en dehors de la poche, quand on y injecte le fil selon l'invention ayant la composition ci-dessus décrite.
  • De très nombreux modes de mise en oeuvre du produit et du procédé suivant l'invention peuvent être envisagés qui ne sortent pas du domaine de celle-ci.

Claims (12)

1) Produit composite à enveloppe tubulaire métallique de grande lon­gueur à l'intérieur de laquelle sont logées la ou les matières pulvé­rulentes ou granulaires utilisées pour le traitement de bains métalliques à l'intérieur desquels ce produit composite est introduit caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire, une zone axiale contenant au moins une première matière pulvérulente ou granulaire entourée d'une paroi tubulaire métallique intermédiaire, et une zone annulaire, comprise entre la paroi tubulaire intermédiaire et l'enveloppe, contenant aussi au moins une deuxième matière pulvérulente ou granulaire.
2) Produit composite suivant revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe a une forme circulaire.
3) Produit composite suivant revendications 1 ou 2 caracterisé en ce que l'enveloppe est réalisée dans un métal dont la température de fusion est au moins égale à celle du métal dont est constituée la paroi intermédiaire.
4) Produit composite suivant revendication 3 caractérisé en ce que l'enveloppe et la paroi intermédiaire sont réalisées dans le même métal.
5) Produit composite suivant revendication 3 caractérisé en ce que l'enveloppe et la paroi intermédiaire sont réalisées dans un métal différent.
6) Produit composite suivant l'une des revendications 1 à 5 caracté­risé en ce que au moins la zone axiale contient au moins un élément choisi parmi le calcium et le magnesium alliés ou non alliés.
7) Produit composite suivant l'une des revendications 1 à 5 caracté­risé en ce que la deuxième matière pulvérulente ou granulaire a en totalité ou en partie la même composition que la première matière pulvérulente ou granulaire.
8) Produit composite suivant l'une des revendications 1 à 6 caracté­risé en ce que la zone annulaire contient une ou plusieurs matières choisies parmi MgO, CaO, Ca CO₃, Na₂ CO₃, Ca C₂.
9) Procédé de traitement des bains métalliques par introduction dans ces bains d'un produit composite à enveloppe tubulaire métallique de grande longueur à l'intérieur de laquelle sont logées la ou les ma­tières pulvérulentes ou granulaires caractérisé en ce que le produit composite mis en oeuvre comporte une zone axiale entourée d'une paroi tubulaire métallique intermédiaire, et une zone annulaire comprise entre cette paroi et l'enveloppe, chacune de ces zones contenant au moins une matière pulvérulente ou granulaire et en ce que la zone axiale contient, au moins en majeure partie, la ou les matières les plus volatiles.
10) Procédé suivant revendication 9 caractérisé en ce que dans le cas du traitement de désulfuration des aciers et des fontes la zone axiale du produit composite mis en oeuvre contient à l'état allié ou non allié au moins un métal du groupe comprenant le magnésium et le calcium.
11) Procédé suivant revendication 10 caractérisé en ce que la zone annulaire du produit composite mis en oeuvre contient une ou plusieurs matières assurant un complément de désulfuration tel que par exemple MgO, CaO, CaCO₃, CaC₂, Na₂ CO₃ .
12) Procédé suivant revendication 11 caractérisé en ce que la ou les matières assurant le complément de désulfuration est ou sont associées à de l'aluminium sous forme granulaire ou non.
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