FR2493873A1 - Procede d'epuration de l'acier en poche de coulee - Google Patents

Abstract

PROCEDE CONSISTANT A SUBMERGER ET A MAINTENIR EN SUBMERSION JUSQU'A DISSOLUTION TOTALE UN CORPS SOLIDE SE CONSUMANT ET FORME DE MATIERES COMPRIMEES CONSISTANT, EN CALCIUM ACTIF ET EN AU MOINS UNE MATIERE INACTIVE, LA SUPERFICIE DU CORPS ETANT CHOISIE DE MANIERE A OBTENIR UN TEMPS FINI VOULU DE DISSOLUTION ET LE POURCENTAGE DU CALCIUM DU CORPS ETANT REGLE DE MANIERE A PERMETTRE A LA QUANTITE VOULUE DE CALCIUM D'ETRE DISPONIBLE DANS L'ACIER LORS DE LA DISSOLUTION DU CORPS, CETTE SUPERFICIE ET LE POURCENTAGE DE CALCIUM ETANT CHOISIS DE MANIERE A OBTENIR LA VITESSE MAXIMUM A LAQUELLE LE CALCIUM PEUT ETRE RENDU DISPONIBLE DANS L'ACIER EN FUSION.

Description

L'invention se rapporte à un procédé très efficace d'addition d'agents actifs et volatils de purification à faible solubilité et plus légers que l'acier à un bain d'acier, cet agent étant destiné à réduire ou à éliminer la fumée dégagée par d'autres procédés d'addition de ces agents.

On sait que les impuretés telles que le soufre, l'oxygène, le phosphore et le carbone influent sur le traitement ainsi que sur les propriétés mécaniques et physiques de l'acier, du nickel et des alliages de cobalt.

Par exemple, le soufre provoque la fragilité, l'oxygène provoque le criquage du bord des pièces tandis que le soufre et l'oxygène créent des défauts de surface, tous ces effets influant sur le rendement et le prix de revient de la fabrication de l'acier.

On sait, par ailleurs, que le soufre et l'oxygène réduisent la ductilité et la ténacité, le soufre, l'oxygène et le phosphore abaissent les températures de transition entre la ductilité et la fragilité ainsi que l'aptitude au formage, tandis que le soufre, i'oxygène, le phosphore et le carbone ont une influence néfaste sur les caractéristiques conférant les qualités de matériaux magnétiques doux aux aciers et alliages.

Etant donné la prise de conscience de plus en plus forte du fait qu'il est indispensable d'avoir le contrôle sur, et d'éliminer, ces impuretés de l'acier, une grande activité a été déployée dans la branche des systèmes ou techniques de développement destinés à satisfaire à ces besoins. Le calcium et le magnésium sont tous deux d'excellents agents de désoxydation et de désulfuration et, en conséquence, les travaux se sont orientés sur ces éléments et ont abouti à la création d'additifs constitués d'alliages de calcium et de magnésium, à des systèmes d'injection pneumatique et à des techniques à submersion d'-addition du ,calcium, du magnésium et de leurs alliages.

L'invention se rapporte à une technique à submersion d'addition d'agents de purification sous forme solide, plus légers que l'acier, volatils et à faible solubilité, tels que le calcium et le magnésium, à l'acier en fusion.

Le magnésium et le calcium sont tous deux plus légers que l'acier, ont une faible solubilité et leur point d'ébullition est à des températures inférieures à celles de l'acier en fusion. Un expédient possible pour additionner une matière plus légère que l'acier consiste en une technique convenable à submersion. Cependant, le point d'ébullition de ces éléments étant bas et ceux-ci ayant une solubilité limitée, il se produit une vaporisation rapide lors de leur addition à l'acier liquide et la fraction de ces agents qui n'est pas immédiatement consumée par l'acier monte rapidement à la surface du bain en provoquant des éruptions de métal et/ou des explosions violentes, des étincelles et de la fumée. Il faut donc prendre des précautions autres que l'application d'une simple technique à submersion pour apporter une solution à ces problèmes.

Il existe dans l'art antérieur différentes techniques de submersion, par exemple des systèmes d'injection pneumatique destinés à l'addition de calcium et de magnésium sous forme à granulométrie fine, par exemple de la manière décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3 998 625 et nO 4 123 258, ainsi que la mise en oeuvre de récipients tels que décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2 915 386 et destinés à protéger ces additions contre le contact avec le métal ferreux en fusion jusqu'à un moment qui suit la submersion du récipient contenant l'agent de traitement ou jusqu'au moment qui suit le recouvrement de ce récipient par le métal en fusion.Dans un cas, un cylindre contenant l'agent de traitement est submergé, par exemple de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2 595 282, dans la poche de coulée après le remplissage de cette dernière par le métal en fusion, tandis que dans d'autres cas, le récipient rempli de l'agent de traitement est placé dans le fond de la poche de coulée, de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 934 862, ou à proximité de ce fond, de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 942 775, puis y est fixé avant remplissage de cette poche.

Dans ces cas, lorsque le récipient fond ou se désintègre, l'agent d'addition est exposé à l'acier liquide et lorsque l'agent d'addition est plus léger que l'acier, il monte rapidement dans le laitier et, lorsque l'agent d'addition est du calcium ou du magnésium, il en résulte des étincelles, des éruptions de métal et de la fumée, une grande proportion du calcium ou du magnésium étant gaspillée dans le laitier et l'atmosphère.

L'expérience montre que les formes "solides" du magnésium ou du calcium pur peuvent être submergées dans des alliages à forte teneur en nickel sans soulever ces problèmes, et de faibles quantités de calcium peuvent être submergées dans le fer sans grande difficulté. Toutefois, la submersion des formes solides de ces éléments dans l'acier a pour conséquence des explosions violentes lorsqu'il s'agit d'addition de magnésium et de fortes éruptions de métal ainsi que le dégagement d'étincelles lorsqu'il s'agit d'une addition de calcium. Les différences d'activité de ces éléments qui ont été observées dans différents aciers et alliages sont considérées devoir être dues aux différences de solubilité, la solubilité de ces éléments dans l'acier étant la plus faible.

Par exemple, dans le cas du calcium, un article de Sponseller dans la revue D.L., Trans Met de la société
AIME, paru dans le volume 230 de juin 1964, indique que sa solubilité est très faible dans l'acier, mais augmente notablement avec l'augmentation de la teneur en nickel ou en carbone.

Le calcium réagit immédiatement après sa dissolution avec les impuretés que contient l'acier avec, pour conséquence, la formation de composés qui flottent à la surface de l'acier en éliminant ainsi les impuretés de l'acier en fusion.

Différents procédés ont été utilisés pour réduire cette activité violente dans le fer en fusion en introduisant lentement le magnésium métallique dans le fer dans des systèmes étroitement réglés. L'un de ces procédés de réduction de la violence de l'activité consiste à imprégner des corps poreux de magnésium métallique et à introduire ces corps imprégnés de magnésium dans le métal ferreux en fusion.

Dans ces conditions, le magnésium métallique formant l'imprégnation est libéré à une vitesse suffisamment faible pour que la violence de l'activité soit maintenue à un minimum.

Parmi les corps poreux connus qui ont été utilisés avec un certain succès à cette fin, on peut mentionner le coke poreux tel que décrit dans le brevet des Etats
Unis d'Amérique nO 3 321 304, des corps de carbone, de graphite et de céramique de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 083'716, par exemple des corps de chaux vive, des morceaux de pierres calcaires ou de dolomie et des corps analogues.

Par ailleurs, du magnésium a été infiltré dans des corps poreux de fer de manière décrite dans le brevet des
Etats-Unis d'Amérique nO 3 902 892. Parmi ces corps de fer, on peut mentionner le fer spongieux dans lequel les particules de fer sont très petites et sont frittées de manière à former une structure poreuse.

Un autre procédé de l'art antérieur mentionné dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 902 892 consiste à utiliser des briquettes de fer contenant du magnésium et produites par compression à sec de particules de fer et de particules de magnésium ayant, dans les deux cas, une granulométrie comprise de préférence entre 0,25 et 4,75 mm.

Ces procédés qui sont destinés initialement à l'inoculation du magnésium ou à la désulfuration du fer sont comparables au traitement du fer par le calcium. Toutefois, dans aucun cas, ils ne sont aptes à être utilisés pour l'acier pour de multiples raisons parmi lesquelles : la possibilité d'absorption du carbone provenant du coke ou la possibilité d'absorption d'inclusions métalliques d'origine étrangère provenant des corps de céramique ou la possibilité d'absorption d'hydrogène provenant des liants utilisés pour les corps de céramique moulables, etc., l'acier étant plus sensible à ces impuretés que le fer.

Il existe par ailleurs des limites aux possibi
lités de formation par voie chimique de ces produits constitués de corps poreux, car la quantité de magnésium (ou de calcium) que ces corps peuvent retenir dépend de la porosité des corps ou, dans le cas de corps de céramique, cette quantité est limitée à celle du magnésium que le mélange de céramique peut contenir tout en demeurant moulable. La production chimique spécifique est aussi limitée à des éléments ou alliages simples, car les corps poreux doivent être submergés dans un bain liquide de l'élément ou alliage afin lue leurs pores se remplissent. Il n'est donc pas possible d'utiliser des mélanges d'éléments immiscibles pour remplir les pores.

De plus, dans le cas de céramiques pouvant être moulées, les éléments qui réagissent avec l'humidité ou avec le liant, tel que le calcium, ne peuvent pas être utilisés, car ils réagiraient avec l'humidité ou le liant en détruisant la résistance mécanique des pièces moulées, tandis que le calcium serait consumé partiellement ou en totalité par la réaction.

Dans le cas de briquettes réalisées par compression de fer et de magnésium (calcium), lorsqu'elles sont ajoutées à l'acier liquide par les procédés classiques d'addition à un jet de coulée, de grandes quantités de fumée et d'étincelles se dégagent et la majeure partie du magnésium
(calcium) réagit avec le laitier ou l'atmosphère. Lorsque cette matière est enveloppée dans un cylindre scellé d'acier et que le cylindre contenant les briquettes est submergé dans la poche de coulée remplie d'acier, le cylindre fond en mettant à découvert toutes les briquettes à la fois. Les briquettes étant plus légères que l'acier, elles flottent rapidement à la surface en dégageant des étincelles et de la fumée lorsqu'elles atteignent la surface de l'acier avec, pour conséquence, que la majeure partie du magnésium
(calcium) est gaspillée dans le laitier ou la crasse et dans l'atmosphère.

Conformément à l'invention, la matière solide comprimée qui est destinée à être submergée et qui est soluble et retenue à proximité du fond du bain de liquide jusqu'au moment de sa dissolution contient un pourcentage particulier d'une matière active de purification qui a été réglée et mise en équilibre en fonction de la dimension de la matière solide afin qu'elle parvienne dans l'acier et se libère progressivement au fur et à mesure de sa consommation au débit maximal que l'acier peut absorber ; le procédé de l'invention n'a pas les inconvénients mentionnés et représente donc un procédé très souple et efficace d'élimination de la fumée par addition de matières actives, volatiles, plus légères que l'acier et qui réduisent ou empechent la pollution de l'air.

Selon une particularité essentielle du procédé de l'invention, il consiste essentiellement en la submersion dans un acier en fusion d'une matière solide contenant un agent actif de traitement et non pas un agent de traitement sous forme particulaire à granulométrie fine, cet agent consistant en un mélange et non un alliage d'au moins deux matières comprimées l'une avec l'autre et pouvant être préparé sous cette forme en toute composition concevable, la composition pouvant etre facilement réglée de manière à empêcher l'addition d'éléments néfastes à l'acier ; cet agent est sous formes beaucoup plus grandes que des briquettes, de maniere à permettre de retenir convenablement l'additif en submersion pendant sa dissolution dans l'acier à une vitesse de fusion réduite qui est nécessaire à la libération optimale du calcium dans l'acier.

Lorsque les additifs tels que le calcium et ses alliages ou mélanges sont ajoutés à l'acier en fusion par des procédés normaux, ils dégagent une chaleur intense, des étincelles et de grands volumes de fumée tels qu'en un instant, la totalité de l'atelier de l'aciérie peut être remplie de fumées irritantes. Les étincelles aveuglantes et la fumée sont dues au grand pourcentage de calcium qui réagit avec l'oxygène de l'atmosphère et non pas avec les impuretés de l'acier avec, pour conséquence, une utilisation très faible du calcium.

Lorsque des additions sont effectuées par des techniques simples de submersion, il se produit des éruptions dangereuses de métal en fusion avec dégagement d'étincelles et de fumée.

L'invention a donc essentiellement pour objet un procédé fiable d'addition du calcium avec dégagement faible ou nul de fumée. Le calcium est additionné à l'acier en fusion de manière très efficace et rentable et à bon marché sans aucun frais d'investissement par l'utilisateur.

Selon l'invention, un additif d'évacuation tel que le calcium peut être introduit dans le bain très efficacement, en toute sécurité et avec un bon rendement avec un dégagement faible ou nul d'étincelles et de fumée par un procédé de submersion suivant lequel le calcium est ajouté à la quantité maximale qui ne dépasse pas sa limite de solubilité dans l'acier en fusion et suivant lequel, au fur et à mesure que le calcium est consumé, il est remplacé au débit maximal qui ne dépasse pas sa vitesse de consommation, ni sa limite de solubilité.

Il a été trouvé conformément à l'invention que ce débit peut être réglé par mélange de l'agent de purification, qui consiste en un élément actif et par définition est un additif qui provoquerait normalement un bouillonnement, une ébullition et des éruptions de l'acier liquide lors dn sa submersion dans celui-ci, avec au moins une autre matière inactive qui ne crée aucune activité dans l'acier en fusion, suivant une formulation convenable, et par compression de ce mélange en un corps solide formé des matières comprimées les unes avec les autres et ayant une superficie convenable telle que, lorsque ce corps est submergé dans l'acier en fusion et qu'il est retenu à proximité du fond du bain jusqu'à la fin de sa dissolution, la quantité voulue de calcium est libérée dans l'acier pendant l'intervalle de temps minimal requis qui eest fonction de la durée de la dissolution de la matière solide qui est nécessaire à garantir la consommation complète de l'addition de calcium par l'acier. La plage optimale de temps peut être calculée à l'aide des limites connues de solubilité et des vitesses de consommation de l'agent d'élimination.

En réglant la vitesse à laquelle le calcium est libéré dans l'acier fondu de manière que la limite de solubilité ne soit jamais dépassée, il n'existe aucun excès de calcium pouvant se vaporiser dans l'acier et provoquer des explosions ou monter à la surface du métal en réagissant avec le laitier ou la crasse et l'air en dégageant des étincelles et en provoquant la pollution de l'air. Ainsi, les explosions, les étincelles ou la pollution de l'air qui sont propres aux autres procédés d'addition sont réduites et éliminées par le procédé de l'invention.

La libération réglée du calcium dans l'acier a pour conséquence une amélioration de l'utilisation de la matière de purification, car aucune fraction de cette matière ne flotte dans le laitier en étant gaspillée par ce dernier ou par l'oxygène de l'air.

L'acier dont il est question dans le cas particulier est en général à faible teneur en carbone, c'est-à-dire à teneur en carbone allant de 0,03 à 0,20 %, de l'acier à teneur moyenne en carbone, c'est-à-dire contenant 0,2 à 0,5 % de carbone, ou de l'acier à forte teneur en carbone et qui en contient 0,5 % ou davantage. Dans certains cas, l'acier peut contenir du chrome en quantité allant de 0 à 65 % et, dans certains cas, il peut contenir du nickel et/ou du cobalt en quantité pouvant atteindre 55 8. L'expérience a montré que l'élimination des impuretés faisant l'objet de l'invention est très utile pour les aciers au carbone et les aciers énumérés ci-dessus. Lorsqu'il s'agit d'alliages à forte teneur en nickel, la solubilité de l'agent de purification est beaucoup plus grande et donc les problèmes d'addition n'existent pas, le procédé de l'invention n'apportant donc aucun avantage pour ces types d'alliages. Les aciers contiennent en général certaines impuretés qu'il est souhaitable d'éliminer. Ces impuretés peuvent être l'oxygène, le soufre, le phosphore et les oxydes de silicium, de manganèse et autres.

L'invention est fondée sur la nécessité d'un procédé simple d'addition d'agents actifs sans dégagement de fumée à de l'acier en fusion afin d'en diminuer la teneur en impuretés.

Bien que l'invention soit applicable au calcium, au magnésium et éventuellement aux metaux de terres rares qui sont des agents actifs de réduction des impuretés de l'acier, l'invention sera décrite par la suite pour le calcium en raison de l'importance particulière de ce métal dans la fabrication actuelle de l'acier.

L'addition de calcium à l'acier par voie normale, c'est-à-dire par addition aux jets de coulée, de la manière décrite dans l'exemple 1, a pour effet de dégager des étincelles et une fumée volumineuse.

EXEMPLE 1
Importance de la chauffe : 40 tonnes
Addition : 2,25 kg de calcium par tonne
d'acier
Procédé d'addition : Addition effectuée en totalité
au jet de coulée dans cinq sacs de
toile
Résultat : Dégagement aveuglant et intense
d'étincelles chaudes et de fumée
volumineuse qui remplit l'atelier
de fusion pendant 3 à 5 minutes
avant qu'elle soit évacuée en
totalité par le toit de l'atelier
et renvoyée à l'extérieur par des
volets qui permettent au vent de
l'éloigner vers les communautés
urbaines environnantes.

Avantage : La main-d'oeuvre nécessaire à
l'élimination des défauts de
surface de billettes de
125x125 mm a été réduite de 40 %.

L'expérience a montré que la submersion de calcium et d'alliages de calcium représente l'un des meilleurs moyens d'addition du calcium à l'acier. Toutefois, il a été observé que l'utilisation des techniques simples de submersion provoque une activité du calcium dans une plage allant d'une activité proche de l'explosion telle qu'indiquée dans l'exemple 2 qui va suivre à une activité calme selon l'aciEr ou l'alliage traité.

EXEMPLE 2
Importance de la chauffe a 40 tonnes
Addition : 565 g de calcium par tonne
d'acier
Procédé d'addition : une pièce pesant 22,5 kg, ayant
un diamètre de 300 mm sur une
hauteur de 300 mm, a été montée
sur une perche d'acier, puis
immergée dans la poche de coulée
d'acier.

Résultat : 1 minute et demie après que la
pièce solide de calcium a été
submergée dans la poche de
coulée, un dégagement
d'étincelles couvrant la totalité
du diamètre de cette poche et
ayant une hauteur double s'est
brusquement produit avec
projection de jets de métal
formant des éruptions d'une
hauteur pouvant atteindre 60 cm
et passant par-dessus les côtés
de la paroi de la poche de coulée.

Il a été observé qu'une addition de la quantité voulue de calcium par plusieurs submersions successives au lieu d'une addition par une unique submersion permet de réduire l'activité considérablement et que les conditions proches de l'explosion sont réduites à des éclaboussures admissibles de métal, l'efficacité du calcium étant aussi améliorée et la quantité de fumée dégagée étant légèrement réduite.

Toutefois, l'introduction de plusieurs additions par submersion dans de grandes poches de coulée contenant un fort tonnage d'acier convient mal dans la pratique courante.

Conformément à l'invention, une unique addition par submersion telle que décrite dans l'exemple 3 qui va suivre peut remplacer plusieurs petites additions de calcium par submersion avec des résultats finaux qui sont identiques ou mêmes meilleurs, à condition que : (1) le calcium soit mélangé avec du fer, puis mis en forme de matière solide comprimée, et (2) que le pourcentage de calcium de l'additif résultant soit convenablement adapté et équilibré en fonction de la durée de fusion ou de dissolution de l'additif solide lui-même de manière que le calcium dispose d'un temps suffisant pour être absorbé et consumé en totalité par l'acier lors de la dissolution de l'additif afin que virtuellement aucune quantité de calcium ne soit disponible pour s'évaporer et remonter rapidement à la surface de l'acier en fusion en provoquant des éclaboussures de métal et en provoquant des réactions avec l'air en dégageant de la fumée et en polluant l'atmosphère.

EXEMPLE 3 (l'invention)
Importance de la chauffe : 40 tonnes
Addition : 565 g de calcium par tonne
d'acier, ce calcium étant placé
dans une billette de CaFe qui
contient 20 % de calcium.

Procédé d'addition : 1 billette en une pièce de CaFe
pesant approximativement 112,5 kg
et ayant un diamètre de 225 mm
sur une hauteur de 750 mm a été
submergée dans la poche de coulée
d'acier fondu.

Résultat : aucun dégagement d'étincelles
ni aucune éruption métallique ni
aucune fumée n'ont été observés.

Avantage : la main-d'oeuvre économisée
pour le surfacage de billettes de
12,5x12,5 cm de section a été
comparable à celle de l'addition
de 2,25 kg de calcium par tonne
de jet de coulée.

L'exemple 1 met en lumière les problèmes soulevés par l'addition de calcium et les additifs à base de calcium au jet de coulée. Le dégagement de fumée accompagnant ces additions est tel que les restrictions imposées par la réglementation gouvernementale tendent à limiter, dans certains cas interdisent totalementg les additions de calcium en faisant perdre aux fabricants d'acier le prix et les avantages de qualité offerts par les additifs à base de calcium.

L'exemple 2 met en lumière le fait que les techniques simples de submersion ne sont pas utilisables pour les additions de calcium à l'acier et même peuvent ne pas etre sûres.

L'exemple 3 met en lumière le fait qu'un mélange solide convenablement formulé peut etre submergé en toute sécurité dans l'acier fondu sans soulever aucun problème de dégagement d'étincelles, d'éruption de métal et de fumée et que cette addition peut hêtre très rentable, car il suffit d'une addition de 565 g de calcium par tonne au moyen d'une billette de CaFe pour obtenir des effets comparables sur l'acier à ceux des additions aux jets de coulée qui sont effectuées à l'aide de 2,25 kg de calcium par tonne d'acier.

Le produit de l'invention se caractérise par un corps qui se consume et qui consiste en une matière comprimée se composant de calcium et d'au moins une autre matière. La forme et la composition de la matière comprimée sont calculées de manière à garantir la libération réglée de calcium lors de la dissolution du corps moulé dans l'acier en fusion. Le temps de dissolution de la pièce moulée est fonction de la superficie ou des dimensions de la pièce adoptée. Les septs colonnes du tableau I suivant montrent ces résultats plus en détail et donnent les indications --concernant différentes pièces moulées cylindriques de CaFe qui sont comprimées, ce tableau montrant la manière dont la durée de fusion dépend des variations de dimension.

TABLEAU I
Relation entre les dimension de la billette,
la superficie et le temps de fusion
d'une billette contenant 25 % de calcium
D1 D2 h Poids Surface Superficie/ Temps de cm cm cm k m2 poids fusion, min 21,6 4,45 70,1 104,3 0,595 3,9 7,0 30,5 7,0 50,8 137,9 0,624 3,2 8,59 25,4 7,0 74,9 137,9 0,691 3,5 7,76 20,3 7,0 123,2 137,9 0,844 4,3 6,36 15,2 7,0 243,8 137,9 1,195 6,1 4,49 10,2 7,0 820,4 137,9 2,626 13,4 2,04
7,6 7,0 4826 137,9 11,551 58,9 0,47
D1 est le diamètre extérieur du cylindre, en cm
D2 est le diamètre intérieur de la cavité du
cylindre, en cm h est la hauteur du cylindre, en cm la colonne 4 indique le poids de la billette en kg la colonne 5 indique la superficie en la colonne 6 indique le rapport de la superficie au poids de la billette la colonne 7 donne la durée de fusion en minutes.

Donc, lorsqu'il s'agit d'ajouter un certain pourcentage de calcium à l'acier que contient une poche de coulée, une composition et une dimension de billette sont choisies de manière que celle-ci libère la quantité voulue de calcium pour la dissolution ou impose le temps de fusion exigé pour garantir la consommation totale par l'acier.

Les informations du tableau ci-dessus ont été élaborées en utilisant le fait que pour une masse donnée, la vitesse de fusion est dans un rapport inverse à la superficie qui est exposée à l'acier en fusion, ceci pouvant être représenté par une simple équation
X = k1
Y
X = temps de fusion du cylindre, k = constante
Y = rapport de la superficie au poids.

k se détermine à l'aide d'informations empiriques obtenues sur une billette de 21,6 cm de diamètre et sa valeur est égale à 27,36.

Ce procédé d'addition, qui représente un perfectionnement de la technique de submersion d'une addition souhaitée de calcium par plusieurs submersions indépendantes, est très bien adapté à la pratique pour de grandes poches de coulée contenant plusieurs tonnes d'acier. La vitesse de libération du calcium dans l'acier est réglée en fonction de la vitesse à laquelle le calcium peut etre consumé par l'acier.Cette vitesse peut être estimée à l'aide du rapport suivant
Limite de solubilité du calcium dans l'acier particulier
180 secondes (temps pris par le calcium pour se
dissoudre et réagir) (relation 1)
Le corps de matière comprimée est produit par la compression de petites particules de matière sans activité, telle que de la poudre de fer et des particules métalliques ayant une activité, par exemple de calcium, les pressions pouvant atteindre 4200.105 Pa, le corps moulé sous forme solide ayant une densité égale à 75 à 100 % de la densité théorique. Une plage avantageuse et usuelle de densité est comprise entre 87 et 93 % de la densité théorique. Bien que la dimension des particules n'ait pas une grande importance, une granulométrie comprise entre 0,15 et 2,4 mm est préférable, car cette granulométrie est disponible sur le marché.La forme du corps comprimé qui est adoptée et qui convient le mieux pour la fabrication et la mise en oeuvre est un cylindre de 225 ou de 300 mm de diamètre, qui est traversé axialement sur toute la longueur par une cavité de 50 à 200 mm de diamètre. La cavité est utilisée pour placer le cylindre à une extrémité d'une quenouille réfractaire recouverte. L'autre extrémité de la quenouille est fixée à un contrepoids suffisamment important pour retenir le cylindre léger à proximité du fond de la poche de coulée remplie. Le cylindre est submergé dans une poche remplie d'acier en fusion à l'aide de la quenouille munie d'un contrepoids convenable de manière qu'il soit immobilisé à une position proche du fond de la poche. Il est aussi possible de mettre la quenouille avec le cylindre en place avant le remplissage de la poche de coulée.Lorsque l'acier en fusion entre en contact avec le cylindre, celui-ci se chauffe et atteint son point de fusion, puis il commence de se dissoudre dans cet acier en libérant le calcium à une vitesse ou un débit réglé qui est fonction du temps de fusion du cylindre lui-même.

Lorsque le calcium se dissout dans l'acier en fusion, il se produit une réaction au cours de laquelle les impuretés se combinent avec ce calcium et les produits résultants de réaction sont plus légers que l'acier et flottent à la surface de celui-ci, puis pénètrent dans le laitier. Le temps total que prend le calcium "dissous" pour réagir et que prennent les produits résultants de réaction pour monter dans le laitier a été estimé dans un article publié par Wahlster dans la revue Radex-Rundschau de 1969, pages 478 à 494, cette estimation étant d'environ 180 secondes.En utilisant : (1) un pourcentage convenablement choisi de calcium pour réaliser le cylindre de façon qu'il contienne la quantité voulue d'addition de calcium, et (2) des dimensions convenables du cylindre pour que celui-ci ait une superficie permettant de régler son "temps" de dissolution et donc la libération simultanée du calcium pendant cet intervalle de temps, la vitesse ou le débit de libération du calcium dans l'acier est soigneusement réglé.

En réglant le pourcentage du calcium dans une billette de dimension donnée de manière à obtenir la vitesse maximale souhaitée et telle que déterminée par la relation (1), le calcium rendu disponible par minute est ainsi libéré de manière (1) à donner une base continue suffisante de calcium pour remplacer celui qui est consumé par sa réaction avec les impuretés de l'acier et en même temps (2) à limiter la concentration de calcium dans l'acier de manière qu'à un instant donné, elle ne dépasse pas sa limite de solubilité.

Ainsi, la totalité du calcium additionné est soit en solution, soit en cours de consommation au cours de la réaction de raffinage, aucun calcium n'étant disponible pour monter dans le laitier et provoquer des explosions, un dégagement d'étincelles ou la pollution de l'atmosphère (fumée).

Bien que le corps de matières comprimées les unes avec les autres puisse avoir différentes formes, il est préférable que le mélange ait la forme d'un solide cylindrique comportant une cavité axiale qui le traverse de part en part pour faciliter sa mise en place.

Il est préférable d'utiliser du fer comme autre ingrédient de la composition pour la réalisation du corps cylindrique, mais dans certains cas ce corps moulé cylindrique peut se composer de calcium actif et d'autres matières inactives de manière à mieux régler la libération du calcium dans l'acier fondu ou pour améliorer la désoxydation.

Ces matières inactives peuvent consister en fer, aluminium, éléments d'alliage d'acier, leurs oxydes, CaO, CaC2, CaF, cyanamide de calcium et leurs mélanges. La teneur en calcium lui-même peut être comprise dans une plage allant de 1 à 99 8 et cette plage peut être la même pour les autres ingrédients.

Ceux-ci sont comprimés avec le calcium, la pression étant telle qu'ils sont pratiquement liés et peuvent être introduits dans l'acier fondu soit par (1) submersion et suspension du cylindre dans 11 acier, (2) fixation du cylindre suspendu et élévation de la poche de coulée remplie d'acier fondu autour du cylindre, soit (3) immersion lente du produit dans un bain peu profond, par exemple dans un panier de coulée.

La matière d'élimination des impuretés qui est utilisée est surtout le calcium métallique, mais des alliages de calcium disponibles sur le marché, par exemple CaSi,
CaSiBa, CaMnSi, CaSiBaAl, CaC2, CaAl et analogues peuvent être utilisés partiellement ou en totalité en source de calcium pour le cylindre.

La submersion du calcium et des additifs de calcium par le procédé décrit de l'invention non seulement ouvre une voie pour réduire et éliminer les étincelles aveuglantes et la fumée polluante qui accompagnent son addition normale dans le jet de coulée, mais de plus ouvre une voie meilleur marché de traitement de l'acier par le calcium par une augmentation notable de l'efficacité de l'addition de calcium.

Par exemple, les additions normales de calcium au jet de coulée résultent en 3 à 5 8 de rendement d'utilisation, la majeure partie du calcium réagissant avec l'air. Par le procédé de l'invention,la totalité du calcium est amenée à réagir avec l'acier et donc sa réaction avec l'air est empêchée, le rendement d'utilisation du calcium pouvant être ainsi augmenté d'un facteur de 20. Donc, bien que le moulage de ce produit à la forme désirée ait pour conséquence un produit plus coûteux, les avantages de prix, dus à l'augmentation du rendement, sont supérieurs au prix de revient et ouvrent une voie meilleur marché de traitement de l'acier par le calcium.

De plus, le principe de l'invention exige uniquement un contrepoids pour retenir le cylindre profondément dans l'acier en fusion et éventuellement deux poutres en double T placées horizontalement sur la quenouille immobilisent l'ensemble sur les parois latérales de la poche de coulée et donc aucun frais d'investissement n'est nécessaire pour la mise en oeuvre de l'invention.

La matière d'élimination des impuretés, c'est-àdire de purification, telle que mentionnée plus haut, peut avoir différentes formes, mais elle est avantageusement cylindrique et peut être enveloppée soit entièrement, soit partiellement d'acier, d'aluminium, de fer, de cuivre ou d'autres métaux pour lui permettre d'avoir une durée utile d'entreposage qui soit allongée.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. - Procédé de raffinage de acier, caractérisé par une addition fiable, très efficace et rentable d'une substance active élémentaire ou alliée capable de se combiner avec une impureté en solution essentiellement en vue de réduire ou d'éliminer les fumées volumineuses polluantes qui sont normalement dégagées par ces additions, procédé consistant essentiellement à placer à l'extrémité d'une quenouille verticale recouverte un corps solide qui se consume et consiste en un mélange de matières comprimées les unes avec les autres et se composant d'une substance active qui a une solubilité limitée dans l'acier et d'une matière inactive ou de mélanges de matières inactives choisies dans le groupe suivant : fer, aluminium, éléments qui s'allient avec l'acier et leurs oxydes de manière qu'en effectuant une immersion de l'ensemble ainsi réalisé dans un bain profond d'acier fondu et en le tenant en place, la pièce moulée et comprimée se dissolve, la vitesse ou le débit de dissolution étant réglé dans les limites souhaitées par le choix convenable de la composition et des dimensions du corps solide afin que la composition et la forme de ce corps solide représentent les donnes par lesquelles une quantité de substance active peut être ajoutée à l'acier en fusion à un débit qui ne permet pas à la substance active de dépasser sa limite de solubilité dans l'acier afin d'empêcher ainsi toute substance active d'atteindre la surface et de réagir avec l'air en polluant l'atmosphère.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps solide de matières comprimées les unes avec les autres a une forme cylindrique.

3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps solide de matières comprimées les unes avec les autres a une forme cylindrique dans laquelle se trouve une cavité axiale.

4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition du corps solide de matières comprimées les unes avec les autres peut comprendre entre 1 et 99 % de calcium.

5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition du corps solide de matières comprimées les unes avec les autres confère à ce corps une densité théorique de 75 à 100 %.

6. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps solide de matières comprimées les unes avec les autres a une composition telle que sa densité théorique est comprise entre 87 et 93 %.

7. - Procédé d'addition de calcium à de l'acier en fusion par une technique à submersion simple, efficace et éliminant la fumée, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à submerger et à maintenir en submersion jusqu'à dissolution totale un corps solide se consumant et se composant de matières comprimées les unes avec les autres et se composant de calcium actif et d'au moins une matière inactive, la superficie du corps solide étant choisie de manière à déterminer un temps fini et souhaité de dissolution et le pourcentage du calcium du corps étant réglé au préalable de façon à permettre à une quantité souhaitée de calcium d'entre disponible dans l'acier lors de la dissolution du corps comprimé formé de calcium et de matières inactives, la superficie du corps solide et le pourcentage de calcium de ce dernier étant choisis de manière à obtenir la vitesse maximale à laquelle le calcium peut etre rendu disponible à l'acier en fusion de façon que (1) ce corps forme une base de remplacement continu du calcium qui est consumée par les impuretés de l'acier et en meme temps (2) la concentration du calcium dans le bain d'acier ne puisse jamais dépasser sa limite de solubilité afin que l'addition de calcium soit efficace et ne dégage pratiquement pas de fumée.

8. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière utilisée avec le calcium consiste en un ou plusieurs des ingrédients suivants : Al, Fe, leurs oxydes, CaO, CaC2, CaF, cyanamide de calcium, éléments d'alliage de l'acier et leurs mélanges.

9. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le calcium est remplacé par le magnésium.

10. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de matières comprimées les unes avec les autres est au moins partiellement enveloppé d'acier, d'aluminium ou de cuivre afin d'allonger sa durée de conservation à l'entreposage.

11. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps comprimé consiste en 20 % de calcium et 80 % d'acier (Fe).

12. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps comprimé consiste en 20 % de calcium et 80 % d'acier (Fe) et il a une forme cylindrique avec une cavité axiale.

13. - Procédé de réduction des impuretés dans l'acier par addition efficace d'une matière élémentaire ou alliée capable de se combiner avec les impuretés en solution dans l'acier afin (1) d'abaisser la teneur en impuretés telles que l'oxygène le soufre et analogue, et (2) de réduire ou d'éliminer le dégagement de fumée qui accompagne normalement ces additions, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer l'addition à l'acier en fusion en submergeant un corps solide pouvant se consumer et formé d'un mélange comprimé de matières se composant d'une matière active qui a une solubilité limitée dans l'acier et d'une matière inactive ou de mélanges de matières inactives choisies dans le groupe comprenant le fer, des éléments qui s'allient à l'acier et leurs oxydes, la composition du corps solide étant réglée de manière à permettre une libération réglée et préalablement calculée de la matière active dans l'acier liquide au fur et à mesure de la dissolution du corps solide afin de permettre à une quantité donnée de matière active d'être additionnée à l'acier en fusion à une vitesse ou un débit qui ne permet pas à la matière active de dépasser sa limite de solubilité dans l'acier.

14. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la matière inactive peut être choisie parmi l'un ou plusieurs des ingrédients suivants : fer, aluminium, éléments qui s'allient à l'acier et/ou leurs oxydes.

15. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le corps solide contient, en vue d'effectuer un alliage avec l'acier, un ou plusieurs des éléments suivants : Al, Ba, Mn, Si ou leurs mélanges.

16. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la teneur en calcium du corps solide est équilibrée en fonction de la superficie du corps de manière à assurer une libération continue du calcium dans l'acier liquide au fur et à mesure de la fusion du corps, la relation étant représentée par la formule :

Ca1/m.t.2 = ou moins que Ca3/t4.

valeur de 27,36 + 10 %.

calcium * k est déterminé pour l'acier au carbone à la

1 teneur en calcium dans le composé FeCa 2 temps de fusion du corps = k* FeCa/superficie 3 solubilité du calcium dans l'acier particulier 4 temps minimum nécessaire à la consommation du

17. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal réfractaire recouvert est la quenouille utilisée pour la coulée en lingotière.

18. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps solide contient, en vue de l'alliage ou de la désoxydation de l'acier, un ou plusieurs des éléments suivants : Al, Ba, Mn, Si, leurs alliages ou leurs mélanges.

19. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps comprimé consiste en 20 % de calcium et 80 % d'acier (Fe).

20. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps comprimé consiste en 20 % de calcium et 80 % d'acier (Fe) et il a une forme cylindrique à l'intérieur duquel se trouve une cavité axiale.