Procédé de protection d'un jet de coulee d'acier

Abstract

 On protège l'acier fondu, qui est normalement exposé à une atmosphère d'air, vis-à-vis d'impuretés en introduisant un gaz contenant une partie prépondérante de gaz carbonique en des quantités telles et à une proximité telle de la surface, qu'il produit la dissociation du gaz carbonique à un degré fournissant une barrière ou un revêtement de gaz isolant l'acier de l'atmosphère environnante. Ce procédé peut être appliqué pour réaliser la protection de certains aciers fondus qui sont transférés depuis une poche de coulée (A) dans un moule (B) ou depuis une poche de coulée dans un répartiteur de coulée et depuis le répartiteur de coulée dans une lingotière, lors d'une coulée en continu.

Description

[0001] La présente invention concerne la coulée de l'acier fondu.

[0002] Dans la pratique normale, l'acier fondu produit grâce à l'un quelconque des procédés classiques, par exemple le procédé B.O.F., le Q.B.O.P. ou le processus utilisant un four électrique, contient habituellement une teneur élevée en oxygène. Ceci réduit la qualité de l'acier. Afin de résoudre ce problème, on calme ou on désoxyde l'acier en introduisant, dans l'acier fondu, des agents désoxydants par exemple du silicium sous la forme de ferrosilicium ou d'aluminium ou des deux. Lorsqu'on utilise de l'aluminium, l'acier est désigné carme étant de l'acier calmé à l'aluminium et lorsqu'on utilise du silicium, l'acier est désigné carme étant de l'acier calmé au silicium. On laisse les impuretés non métalliques intentionnellement formées se décanter et quitter la masse de l'acier fondu, et on les collecte au niveau de la couche de laitier moins dense flottant sur l'acier.

[0003] A la suite du traitement de désoxydation, l'acier fondu calmé possède une forte affinité pour l'oxygène, qu'il capte, lorsqu'il est exposé à l'atmosphère, pendant son déversement à partir d'un four ou bien lors de la coulée sous la forme de lingots moulés, sous la forme de billettes ou sous la forme de brames. Ceci entraîne l'apparition, dans l'acier obtenu, de défauts, par exemple d'inclusion non métalliques, qui peuvent réduire la qualité des produits finis. Par exemple, il se forme des inclusions par réaction des éléments normalement présents dans l'acier en des teneurs inférieures à 2 %, comme par exemple du Ca, du Mg, du Al, du Mn, du B, du Cr, du P, du Si, du Cr, du S, soit avec l'oxygène, soit avec l'azote. Les premiers produits formés sont désignés sous le terme d'oxydes et les seconds produits formés sont désignés sous le nom de nitrures. Lorsque l'acier fondu est exposé à l'air, il peut se produire une formation à la fois d'oxydes et de nitrures.

[0004] Ainsi, pendant des opérations de coulée et pendant des étapes de transfert de l'acier fondu proche de la solidification, il peut se former de nouvelles inclusions si l'oxygène ou l'azote situé alentour peut réagir avec les éléments métalliques mentionnés ci-dessus. Ces inclusions, qui peuvent être d'une taille aussi faible que 1 micron et d'une taille aussi importante que 1000 microns, n'ont pas suffisamment le temps de flotter à la surface et par conséquent subsistent dans la masse de l'acier solidifié, sous la forme d'inclusions indésirables.

[0005] Afin d'empêcher ou de réduire ce phénarène, on a utilisé différents procédés de protection. L'un de ces procédés consiste à protéger des écoulements ouverts d'acier coulé entre le répartiteur de coulée et la lingotière, à l'aide de tubes céramiques. Il s'agit là d'une pratique confirmée servant à conserver la qualité élevée lors de la coulée continue de sections importantes de lingots de laminage et de brames. Mais on ne peut pas appliquer ce procédé à des sections assez petites de lingots pour laminage et de billettes en raison de l'existence d'un espace limité. Un exemple de ce type de procédé est indiqué dans le brevet canadien n° 1 087 881.

[0006] Des gaz inertes tels que l'argon et l'hélium, sont également des agents bien connus utilisés pour protéger l'écoulement ou la surface du métal fondu pendant des opérations de transfert. Ces gaz sont relativement rares et par conséquent sont onéreux. Actuellement, on utilise le gaz azote lorsque la teneur en nitrures n'est pas une spécification critique du produit en acier fini.

[0007] Un enveloppement de l'acier coulé en forme de cordon ou de tore par un gaz inerte a également été décrit dans l'article "Gas Shrouding of Strand Cast Steel at Jones 1 Laughlin Steel Corporation", par Samways, Pollard & Fedenco, Journal of Metals, octobre 1974. Les brevets américains concernant ce procédé sont les brevets n° 3 908 734, n° 3 963 224 et n° 4 023 614.

[0008] Un autre procédé prévoit d'utiliser de l'azote liquide pour former une enveloppe autour de l'acier fondu, lorsque ce dernier est introduit dans une machine de coulée en continu. Ceci est décrit dans la brochure intitulée "Conspal Surface Protection", publiée par Concast AG, Zürich, Suisse, en mars 1977, et dans le brevet américain n° 4 178 980 au nom de l'Air Liquide. En général, l'azote liquide fournit un niveau de protection qui présente certaines améliorations par rapport à d'autres procédés. Mais la manipulation de cette substance dans les conditions difficiles de la coulée au sol rend difficile l'obtention d'un écoulement continu, pendant l'opération. De même, l'azote possède une densité proche de celle de l'air, ce qui réduit son aptitude à déplacer effectivement l'air. En outre, l'obtention d'un état inerte en utilisant de l'azote ne peut pas être mis en oeuvre pour des qualités d'acier, pour lesquelles la formation de nitrures est indésirable.

[0009] Les descriptions des publications et des brevets mentionnés ci-dessus sont ici incorporées en référence.

[0010] La demanderesse a trouvé que, de façon surprenante, le gaz carbonique peut être utilisé avec efficacité pour former une enveloppe protectrice de gaz visant à protéger l'acier fondu de toute oxydation par l'atmosphère, par exemple lors d'une coulée continue, d'un moulage en lingots et de la coulée d'acier à partir d'un four.

[0011] On a utilisé le gaz carbonique pour entourer d'une enveloppe un métal fondu tel que du plomb, du zinc, du cuivre, des métaux possédant un point de fusion inférieur à la température de dissociation du gaz carbonique. Sur la base de considérations thermodynamiques, on s'attendrait à ce que, lors du contact du gaz carbonique avec l'acier fondu, ce dernier soit oxydé par la dissociation du gaz étant donné que sa température de dissociation est nettement inférieure à celle de l'acier fondu (1550°C à 1600°C à 750°C jusqu'à 1750°C). Cependant, les demandeurs ont trouvé, d'une manière restant inexpliquée, que la cinétique est telle que lors du contact avec les écoulements d'acier fondu, obtenus sous l'action de la pesanteur, un gaz contenant une teneur prépondérante en gaz carbonique au niveau de l'interface gaz - métal sert à former, une couche constituant une barrière efficace vis-à-vis de l'atmosphère environnante. Non seulement l'oxydation est considérablement réduite en étant amenée à un niveau qu'elle atteindrait s'il existait une barrière de protection vis-à-vis de l'atmosphère, mais également tout contact entre l'acier fondu et l'azote et l'hydrogène (provenant de l'humidité présente dans l'air) est empêché. Le captage d'oxygène dissocié fourni par le gaz dans l'enveloppe protectrice s'est avéré être inférieur à environ 70 parties par million et peut être aussi faible que 20 à 30 parties par million. Le gaz carbonique est, par conséquent, capable, à lui seul ou bien à l'état dilué avec un gaz non oxydant, de fournir une barrière efficace entre l'acier fondu et l'atmosphère environnante, ce qui réduit fortement la vitesse d'oxydation ultérieure, au point que ce gaz peut être utilisé en tant qu'enveloppe extrêmement efficace permettant de protéger vis-à-vis de toute contamination par l'air, l'acier fondu transféré d'un récipient à un autre.

[0012] L'utilisation de C0₂ diffère de l'utilisation de gaz inertes tels que l'argon et l'hélium et de celle de l'azote, en ce que l'on ne peut obtenir une bonne protection que si certains paramètres sont combinés de telle sorte que la vitesse de dissociation du CO₂ ne peut pas atteindre une certaine valeur importante. Dans les conditions de fonctionnement qui sont typiques pour la coulée continue ou le moulage en lingots, avec protection par une enveloppe de gaz inerte, certains aciers peuvent être altérés de façon nuisible par l'enveloppe de C0₂ au point que le degré de formation d'inclusions est supérieur à celui qui existerait si ledit acier était entouré par une enveloppe d'argon ou d'hélium.

[0013] La température du gaz C0₂ et la durée d'exposition sont en rapport direct. Le gaz formant enveloppe de protection est réellement à la température ambiante lorsqu'il quitte l'appareil ou le diffuseur délivrant le gaz. Si l'on agit de manière que le gaz stagnant ne soit pas chauffé par le métal, le gaz est maintenu essentiellement à une température inférieure à 700°C et de préférence inférieure à 500°C grâce à une circulation continue, ce qui empêche toute dissociation.

[0014] Lorsque l'on réalise l'enveloppement d'un écoulement ou d'un jet retombant d'acier fondu depuis un récipient supérieur jusque dans un conteneur ou un moule inférieur, le gaz doit être exposé à l'écoulement de métal fondu pendant une durée inférieure à 0,15 seconde et de préférence pendant une durée inférieure à 0,1 seconde, et la vitesse de descente du gaz doit être différente, c'est-à-dire qu'elle doit être supérieure ou inférieure, d'au moins 1,5 mètre/seccnde et de préférence de plus de 3 mètres/seconde, à celle du métal.

[0015] Lorsque l'on remplit une lingotière avec un gaz protecteur, la majeure partie du contact entre le métal fondu et le gaz carbonique se situe au niveau de la zone de la surface et toutes les inclusions formées par contact avec le gaz carbonique seraient présentes, à la partie supérieure du lingot, sous la forme d'un laitier qui serait séparé et éliminé. Lors de la coulée de l'acier, le gaz resterait passablement bien à la surface. S'il se formait des inclusions dues à l'entraînement de gaz carbonique dans le métal fondu ces inclusions auraient le temps de venir flotter à la surface de la lingotière, sous la forme d'un laitier qui serait finalement séparé du lingot.

[0016] Le procédé ici décrit est appliqué de préférence à des aciers contenant moins de 1% de C, de 1,5 % de Mn, de 0 à 0,02 % de Al, de 0,05 % de S, de 0,4 % de Si, de 0,05 % de P, de 0 à 0,005 % de Ti et 0 à 0,005 % de B. Le cuivre, le nickel et le monoxyde carbone peuvent être compris entre des teneurs se situant entre 0 et 1 %. Il peut également y avoir des traces de métaux résiduels. Le procédé est particulièrement approprié pour les aciers calmés au silicium destinés à former des pointes, des produits métalliques tubulaires, des produits métalliques de construction ou des produits en tôle.

[0017] Plus la pression partielle de C0₂ est faible, plus la vitesse, à laquelle la dissociation se produit, est faible. La pression partielle du C0₂ devrait être supérieure à une atmosphère. L'invention envisage d'utiliser un gaz carbonique seul ou des mélanges de gaz contenant plus de 50 % de C0₂, le reste étant formé par un gaz non oxydant, par exemple du monoxyde de carbone, de l'azote ou des gaz inertes tels que l'argon, l'hélium, ou un ou plusieurs des gaz rares.

[0018] De façon plus spécifique, lors du transfert de l'acier fondu depuis une enceinte supérieure jusqu'à une enceinte inférieure, par exemple lors de la coulée depuis une poche de coulée dans un moule, une atmosphère de gaz contenant du gaz carbonique est formée, sous la forme d'une enveloppe protectrice, autour de l'écoulement liquide, à proximité de sa source, de manière à réaliser ainsi une gaîne ou une enveloppe gazeuse qui recouvre la surface de l'acier jusqu'à ce qu'il se solidifie. Dans le cas de la. coulée par le haut d'un lingot dans un moule, on balaye par avance l'intérieur du moule avec le gaz de manière à éliminer l'air et à créer dans le moule une atmosphère du gaz, à travers laquelle l'acier est coulé. De cette manière, la teneur en oxygène du moule, avant la coulée en lingotière, peut être réduite essentiellement à une valeur minimale, par exemple à moins de 3 % en volume et de préférence non supérieure à 1 %.

[0019] Le débit ne devrait pas être inférieur à un débit équivalent à environ 2,2 mètres cubes par minute et être de préférence aussi élevé qu'environ 3,4 mètres cubes par minute pour balayer le moule possédant un volume d'environ 3 m3. L'intervalle de temps s'écoulant entre la fin de la purge et le début de la coulée en lingotière doit être maintenu à une valeur minimale et ne devrait pas dépasser environ 35 secondes et devrait être compris de préférence entre 20 et 30 secondes afin de garantir que l'atmosphère de gaz carbonique est essentiellement intacte.

[0020] On peut former l'enveloppe en prévoyant un anneau, muni d'ouvertures dispensant le gaz, autour de l'écoulement d'acier fondu, à proximité de sa source, à la sortie de l'enceinte supérieure, de manière à faire parvenir le gaz carbonique à proximité de l'écoulement d'acier, sous la forme de jets qui fusionnent pour former une gaine ou une enveloppe entourant la surface mobile de l'écoulement d'acier et qui est entraînée avec ce dernier. Dans le cas d'une coulée en lingotière, un anneau dispensant le gaz peut entourer la buse de sortie de la poche de coulée en lingotière. On peut utiliser un agencement semblable, dans le cas de la coulée en continu, lors du transfert de l'acier depuis la poche de coulée dans le répartiteur de coulée et, depuis le répartiteur de coulée dans la lingotière. Lors du transfert de l'acier depuis un four dans une poche de coulée sous la forme d'un écoulement, on peut prévoir des moyens appropriés servant à dispenser le gaz, de manière qu'ils délivrent du gaz carbonique à proximité de l'écoulement, de manière à envelopper ce dernier de façon analogue.

[0021] On va illustrer l'invention de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés, illustrant des formes de réalisation préférées sur lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective montrant la relation entre la poche de coulée et une suite de lingotières, lors de la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention;

la figure 2 est une vue en coupe transversale verticale, en partie en élévation, d'une lingotière lorsqu'on réalise en son intérieur un balayage avec du gaz carbonique afin de le préparer pour recevoir l'acier fondu délivré par la poche de coulée;

la figure 3 est une vue partielle à plus grande échelle montrant un support cannelé en acier supportant la partie inférieure de la lingotière;

la figure 4 est une vue en coupe transversale, en partie en élévation, montrant la lingotière et la poche de coulée au cours d'une opération de coulée en lingotière; et

la figure 5 est un schéma illustrant l'agencement d'éléments de l'équipement convenant pour introduire du gaz carbonique pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention, et des liaisons fluidiques entre ces éléments.

[0022] En se référant plus particulièrement aux dessins, la figure 1 représente une poche de coulée A contenant de l'acier fondu qui est coulé dans un moule B. Une couche 12 de laitier est présente à la partie supérieure de l'acier fondu. Le gaz d'enveloppement formé par du gaz carbonique est envoyé par l'intermédiaire d'une ceinture de distribution (représentée sur la figure 4), par l'intermédiaire d'une canalisation d'amenée 15.

[0023] Un moule B₁, qui attend de recevoir de l'acier fondu délivré par la poche de coulée, est représenté comme étant soumis à un lavage avec du gaz carbonique au moyen d'une conduite 17, et des moules ultérieurs B₁ et B₂ attendent leur tour.

[0024] Un chapeau 19 constitué par une feuille d'aluminium est placé à la partie supérieure de chaque moule. Le chapeau 19 comporte une zone locale découpée servant à former une ouverture pour la canalisation d'amenée de gaz.

[0025] La figure 2 représente, de façon plus détaillée, le moule B₁ alors qu'il est soumis à un lavage ou balayage avec du gaz carbonique. La canalisation 17 passe par une ouverture 20 ménagée dans le chapeau formé par la feuille d'aluminium et se termine par une buse 18 au moyen de laquelle le gaz carbonique est dispensé dans la partie inférieure de la poche de coulée afin de refouler l'air et de le . remplacer par une atmosphère de gaz carbonique qui est maintenue quasiment jusqu'au moment où le métal fondu est coulé dans le moule.

[0026] Le moule B₁ possède une paroi 22 qui entoure une cavité de moule de forme rétrécie 23. La base de la paroi 22 est en appui sur un support métallique cannelé 24 porté par la partie formant plafond d'un dispositif de support C monté sur rails, de manière à établir une étanchéité entre la base de la paroi 22 et la surface du plafond du dispositif de support C, en permettant l'évacuation latérale d'une certaine quantité de gaz carbonique. Le dispositif de support est utilisé pour sortir les lingots hors de la travée de coulée en lingotière.

[0027] On réalise un balayage avec le gaz carbonique à l'intérieur du moule B₁ jusqu'à ce que sa teneur en oxygène soit réduite essentiellement à une valeur minimale. Par exemple, il s'est avéré possible de réduire la teneur en oxygène à moins de 3 % et même à une valeur non supérieure à 1 % en volume. De façon inattendue, le débit du gaz de balayage doit être élevé afin d'obtenir une compensation des conditions que l'on rencontre, par exemple en raison de la chaleur du moule et de fuites au-dessous du moule au niveau de la base et entre la partie supérieure du moule et le couvercle. On maintient le niveau de l'oxygène à essentiellement une valeur minimale en poursuivant l'écoulement du gaz de balayage juste avant que la coulée en lingotière ne commence.

[0028] Le moule B et la poche de coulée A sont amenés dans la position de coulée et l'opération de coulée est exécutée comme cela est décrit en référence à la figure 4. Une porte coulissante située dans le moule B est ouverte par télécommande, ce qui permet à l'acier fondu de tomber dans le passage de sortie 25 de la poche de coulée A et de circuler sous la forme d'un écoulement vertical S, après traversée d'un diffuseur 27. L'écoulement quittant la sortie 27 de la poche de coulée possède une section transversale circulaire d'un diamètre compris entre 50 et 100 mn et possédant une longueur comprise entre 45 et 80 centimètres entre la sortie et le C0₂ et le moule. Dans le cas de la coulée continue, l'écoulement sortant de la poche de coulée pour pénétrer dans l'entonnoir de coulée devrait posséder un diamètre compris entre environ 50 millimètres et 100 millimètres et une longueur comprise entre 30 centimètres et 60 centimètres, tandis que la longueur de l'écoulement entre l'entonnoir de coulée et le moule de coulée devrait être comprise entre environ 30 centimètres et entre environ 45 centimètres.

[0029] Le diffuseur 27 est alimenté avec du gaz carbonique à l'état gazeux provenant d'une canalisation 15, ce qui a pour effet qu'une enveloppe de gaz entoure l'écoulement de l'acier fondu et est entraînée le long de ce dernier jusqu'à l'intérieur de l'atmosphère de gaz carbonique présente dans le moule B. Entre l'instant où il quitte la poche de coulée et l'instant où il atteint son lieu de destination dans le moule, l'acier fondu est protégé de l'atmosphère par un rideau continu de gaz comme décrit ci-dessus. Une fois que le moule est rempli, la valve de l'attaque de coulée coulissante de la poche de coulée est fermée, ce qui interrompt l'écoulement de l'acier fondu et le moule suivant B₁ et la poche de coulée A sont amenés en alignement, de manière que le moule reçoive son approvisionnement en acier fondu.

[0030] La manière, dont le gaz carbonique est délivré, est importante pour la mise en oeuvre d'un certain nombre d'opérations d'enveloppement successives. A cet effet, on va décrire une installation préférée telle que représentée sur la figure 5. Du gaz carbonique à l'état liquide est stocké dans une cuve sous pression réfrigérée et isolée E à une température comprise entre environ 17 et 18°C et sous une pression de 20 kilos par centimètre carré.

[0031] La cuve E est protégée par une soupape de sécurité 31, réglée à 24 kilos par centimètre carré. Le gaz carbonique est extrait sous la forme d'une vapeur de l'espace libre 33 de la cuve E, par l'intermédiaire d'une vanne de sectionnement 34. Le soutirage de la vapeur de gaz carbonique de la cuve E réduit la pression dans l'espace libre 33. Un dispositif de vaporisation 35 est alimenté par une source d'énergie (électrique, eau chaude ou vapeur) et est agencé de manière à vaporiser du gaz carbonique liquide et à maintenir la pression à l'intérieur de l'espace libre 33 lorsque le gaz carbonique est soutiré par l'intermédiaire de la vanne de sectionnement 34 en direction du point d'utilisation. Des dispositifs supplémentaires de vaporisation 32 peuvent être ajoutés en parallèle afin de maintenir la pression dans l'espace libre, lorsque l'on effectue un retrait important de vapeur de gaz carbonique par l'intermédiaire de la vanne 34.

[0032] Il est également prévu un capteur (non représenté), qui détecte la pression dans l'espace libre 33. Lorsque la pression tombe au-dessous de la valeur indiqué, une plus grande quantité de vapeur est envoyée à l'espace 33 afin de rétablir la pression. Si la cuve reste au repos pendant un certain temps, sans délivrer de vapeur, la chaleur augmente, ainsi que la pression. Alors un réfrigérateur (non représenté) est déclenché et la vapeur est refroidie.

[0033] La vapeur de gaz carbonique sort de l'espace libre 33 en direction de la vanne de sectionnement 34, à la pression régnant dans la cuve de stockage (20 kg par centimètre carré) pour pénétrer dans un dispositif de chauffage en ligne F et qui est alimenté par une source d'énergie extérieure. Le rôle du dispositif de chauffage F est d'ajouter une chaleur sensible à la vapeur du gaz carbonique de telle manière que cette dernière se situe à une température à laquelle elle peut ultérieurement être détendue sans produire une température située hors de la gamme de fonctionnement de l'appareillage qui est monté en aval et qui finalement délivre le gaz carbonique à la température ambiante. La température, à laquelle le gaz est chauffé dans le dispositif de chauffage, peut être située dans la gamme comprise entre 100°C et 120°C.

[0034] La vapeur de gaz carbonique circule, à cette température, depuis le dispositif de chauffage en ligne F en traversant des clapets anti-retour 40 et 41 et des vannes de sectionnement 42 et 43 pour aboutir à des régulateurs 44 et 45 réduisant la pression. Les régulateurs 44 et 45 réduisant la pression sont réglés sur une pression qui fournit le débit approprié pour les exigences requises en aval.

[0035] Des dispositifs indicateurs de débit ou débitmètres 46 et 47 sont prévus et le débit de gaz carbonique est conmandé par des vannes 48 et 49. Des manomètres ou indicateurs de pression 50 et 51 sont montés entre les régulateurs 44 et 45 et entre les appareils de mesure respectifs 46 et 47. La température du gaz entre les régulateurs 44 et 45 et les dispositifs indicateurs de débit 46 et 47 se situent dans la gamme comprise entre environ 5°C et environ 15°C.

EXEMPLE 1.

[0036] Dans le cadre du présent exemple, on a utilisé un appareillage essentiellement tel que représenté sur les dessins et fonctionnant essentiellement de la manière décrite ci-dessus. On a utilisé une poche de coulée possédant une capacité de 120 tonnes et des moules possédant chacun un volume égal à environ 3m³, une capacité de 8 à 9 tonnes, de sorte que chaque coulée de 120 tonnes a fourni 6 à 9 lingots. La poche de coulée possédait une ouverture ou buse circulaire d'un diamètre de 5 à 6,5 cm. Chaque moule produisait des lingots d'une hauteur de 270 cm et possédait des sections rectangulaires ayant pour valeur moyenne 70 x 160 cm. La distance entre-la base de la sortie et la partie supérieure du moule était égale à 75 cm. Chaque moule reposait sur un dispositif de support monté sur rails (plaque de base) , qui est utilisé pour extraire les lingots solidifiés de la travée de lingotière.

[0037] La poche de coulée était équipée d'un anneau perforé situé juste au-dessous de la sortie et apte à former une enveloppe protectrice de gaz carbonique à l'état gazeux. Cet anneau était raccordé à une source continue d'alimentation en gaz carbonique comme représenté sur la figure 5. En outre, l'appareil classique permettait de réaliser un balayage du moule avec du gaz carbonique à l'état gazeux.

[0038] Alors que l'acier se trouvait dans le four, les moules ont été préparés pour la coulée en lingotière, conformément à la procédure indiquée ci-après.

[0039] On a introduit un fort jet d'air comprimé dans le dispositif de support afin d'éliminer toutes les particules libres. On a ensuite appliqué une dispersion de revêtement constituée par ciment dans de l'acide phosphorique dilué, au dispositif de support. On a disposé quatre bandes de tôle d'acier ondulé ou cannelé ayant pour dimensions environ 15 cm x 75 cm x 0,157 cm, selon une configuration carrée ou allongée sur le dispositif de support de manière à fournir une assise. Lorsque l'on a placé le moule en position sur cette dernière, son poids a déformé les parties cannelées, ce qui a réduit les risques d'une fuite d'acier fondu (voir le rotor sur la figure 2).

[0040] On a placé une tôle d'acier ondulé allongée de petit calibre ayant pour dimensions approximatives 50 cm x 100 cm x 125 cm sur le dispositif de support, à l'intérieur du moule, afin de réduire l'intensité des éclaboussures lorsque le début du métal fondu est introduit à l'intérieur du moule. On a fixé des "panneaux" exothermiques ("éléments supérieurs chauds") sur 30 cm de hauteur à l'intérieur de la partie supérieure du moule et qui, en contact avec l'acier fondu, délivrent une chaleur qui ralentit la vitesse de refroidissement à la partie supérieure du lingot, ce qui réduit la profondeur de la "retassure en forme de canal" à la partie supérieure de ce lingot, que l'on doit éliminer avant le laminage ultérieur. On a placé un capot formé d'une . feuille d'aluminium à la partie supérieure du moule afin de limiter l'exposition à l'atmosphère avant de réaliser une purge ou un balayage avec le gaz carbonique.

[0041] L'air était refoulé hors de l'intérieur du moule par la "purge" effectuée avec le gaz carbonique à un débit d'environ 0,675 à 3,25 m³ dans les conditions normales, pendant environ 3 à 5 minutes avant la coulée de chaque lingot. On a introduit un tuyau en caoutchouc protégé par de l'amiante à l'intérieur du moule à travers la feuille en aluminium en sorte que le diffuseur soit amené aussi bas que possible, comme représenté sur la figure 2. On a poursuivi l'écoulement de gaz jusqu'à ce que l'air ait été évacué du moule, jusqu'au point où la teneur en oxygène dans le moule n'était plus supérieure à 1 % par volume. On a poursuivi le balayage ou le lavage jusqu'à ce que la coulée soit réalisée dans le moule, afin de tenir compte d'une fuite de gaz entre le moule et son dispositif de support.

[0042] Au début de l'opération de coulée en lingotière, l'acier fondu a percé un petit trou dans la feuille d'aluminium, ce qui a réduit la quantité d'air ambiant entraîné dans le moule.

[0043] La température de l'acier dans l'écoulement se situait dans la gamme comprise entre 125°C et 1650°C.

[0044] Pendant la coulée effectuée dans chaque moule, une enveloppe de gaz carbonique a été formée à proximité du début de l'écoulement, c'est-à-dire juste au-dessous du fond de la poche de coulée, au-dessous de la buse. L'enveloppe formée autour de l'écoulement de l'acier fondu a été entraînée avec ce dernier et a formé une couche de gaz fournissant une protection vis-à-vis de l'atmopshère depuis le moment où l'acier a quitté la buse jusqu'au point d'impact dans le moule. Le débit de gaz carbonique envoyé pour former cette enveloppe était de 2,8 mètres cubes par minute.

[0045] La poche de coulée contenant les 120 tonnes d'acier a été disposée au-dessus du premier moule déjà "purgé" et on a commencé à envoyer l'écoulement de gaz formant l'enveloppe protectrice. Le tuyau de purge a été transféré dans le second moule, sans interruption de l'écoulement de gaz.

[0046] On a ouvert la porte coulissante au début de la coulée. Parfois la buse est bloquée soit par du métal durci, soit par le laitier. Dans l'un ou l'autre des cas, il est nécessaire de réaliser une projection d'oxygène afin de nettoyer la buse.

[0047] Bien que le CO₂ ait été livré sous forme liquide, on a utilisé du C0₂ gazeux au niveau des deux points d'injection (balayage et formation d'une enveloppe). A cet effet, on a utilisé un système qui a garanti une capacité de vaporisation permettant de fournir un débit comparable à celui d'un gaz inerte, par exemple l'argon. On a utilisé une installation de délivrance de C0₂ semblable à celle représentée sur la figure 5. On a mis le moins de temps pour remplir le premier lingot étant donné que la coulée diminuait graduellement au cours de l'opération de remplissage en lingotière. Au bout d'un laps de temps d'environ 3 minutes, le moule a été rempli et l'on a fermé la porte coulissante (pendant 20-30 secondes), tandis que l'opérateur commandant le pont roulant suspendu positionnait la poche de coulée au-dessus du second moule. Le tuyau de délivrance du gaz de purge avait été entre-temps amené jusqu'au second moule et la porte coulissante a été réouverte afin de remplir le moule qui venait juste d'être purgé. La séquence des opérations s'est poursuivie jusqu'à ce que la poche de coulée soit vide de sa charge de métal.

[0048] Il s'est avéré qu'il ne se produisait aucun accroissement important de plus de 1 % d'oxygène en volume pendant les 45 premières secondes après la purge réalisée à l'aide du gaz carbonique. Un intervalle de temps entre la fin de la purge et le début de la coulée n'était en moyenne pas supérieur à 30 secondes, hormis dans le cas du premier lingot où cet intervalle de temps était légèrement plus long, mais inférieur à 45 secondes, en raison de l'opération de perforation à l'oxygène de la buse de coulée.

[0049] On a laissé refroidir la charge présente dans chaque moule, de façon classique, avec un flux protecteur en surface, de manière à former un lingot solide. On a ensuite dégagé les lingots des moules.

[0050] On a laminé chaque lingot pour obtenir un bloc laminé conformément à la pratique standard, et on l'a testé pour voir s'il présentait des défauts de surface. Le bloc laminé considéré comme acceptable a été ensuite laminé sous la forme d'un feuillard et l'on a donné à ce feuillard la forme d'un tube soudé en hélice. On a ensuite soumis le tube à un contrôle acoustique afin de voir s'il présentait des défauts.

[0051] _' On met en oeuvre ensuite des coulées de contrôle, de façon identique en utilisant de l'argon et du gaz carbonique comme cela est indiqué dans le tableau ci-dessous.

[0052] Le débit dans le cas du gaz carbonique était de 2,8 mètres cubes par minute, et dans le cas de l'argon il était de 2,8 mètres cubes par minute. Chaque moule a subi un balayage ou une purge pendant environ 3 minutes et l'écoulement du métal fondu a été protégé pendant la durée de l'opération de coulée, pendant environ 25 minutes.

[0053] On donne ci-après une comparaison des résultats sous la forme de défauts de surface sur le produit laminé sous la forme de billettes obtenues.

EXEMPLE 2.

[0054] L'exemple suivant est une procédure d'enveloppement qui n'est pas efficace.

[0055] L'enveloppement par du C0₂ d'un acier calmé au Si et coulé en continu, possédant une composition 0,2 C, 0,8 Mn, 0,003 S, 0,2 Si, 0,01 Ti, entraîne la formation d'un nombre beaucoup plus élevé d'inclusions que dans le cas où l'acier est coulé sans enveloppe gazeuse protectrice, c'est-à-dire en étant exposé à l'air.

EXEMPLE 3.

[0056] L'exemple suivant est celui d'une procédure efficace d'enveloppement:

L'enveloppement d'un acier calmé au Si coulé en continu ayant pour composition 0,06 C, 0,46 Mn, 0,025 S, 0,14 Si, moins de 0,01 Al et moins de 0,01 Ti, à l'aide de CO₂, a fourni un métal contenant au maximum la même quantité d'inclusions que dans le cas de l'enveloppement du même acier avec de l'argon.

[0057] En raison du coût relativement faible du gaz carbonique et de sa disponibilité comparativement par exemple à l'argon ou à l'azote, sa non toxicité par rapport au monoxyde de carbone par exemple et le fait que ce gaz peut être produit localement et délivré en continu, en font un gaz extrêmement utile lorsqu'il est utilisé de la manière décrite ici. Le gaz carbonique est plus lourds que l'air (1,3 : 1) comme par rapport à l'argon 1,37 : 1 et maintient de ce fait une enveloppe protectrice efficace plus longtemps que des gaz plus légers, étant donné qu'il ne se disperse pas aussi aisément dans l'atmosphère.

[0058] Lors de la mise en oeuvre d'un certain nombre d'opérations successives d'enveloppement et en dépit du tirage important exercé sur l'alimentation en gaz carbonique et de sa dilatation lorsqu'il est délivré, les solutions décrites, qui diffèrent de la solution consistant à délivrer un autre gaz d'enveloppement permettent de conserver le gaz à une température pour laquelle l'équipement est protégé et pour laquelle le gaz carbonique ne gèle pas.

[0059] La quantité d'oxygène dans l'acier de départ, qui est coulé, dépend de la qualité de l'acier et pourra être comprise entre 400 parties par million et 1900 parties par million ou bien, dans des aciers particuliers ou dans le cas d'une coulée continue, cette quantité d'oxygène pourra être aussi faible que 40 parties par million. Lors d'une opération normale de coulée, sans enveloppement, on s'attendrait à ce que l'oxygène capté par l'acier soit présent en un nombre s'élevant à des centaines de parties par million en volume. Lorsqu'on balaie ou qu'on purge le moule et qu'on réalise l'enveloppement de l'écoulement d'acier avec du gaz carbonique, conformément à la présente invention, la quantité captée n'est pas supérieure à 700 ppm et peut être aussi faible qu'une valeur comprise entre 20 et 30 ppm.

Revendications

1. Procédé pour protéger l'acier fondu contre les impuretés de l'atmosphère, notamment lors de la coulée d'acier fondu d'un récipient émetteur dans un récipient récepteur, caractérisé en ce que l'on entoure l'acier fondu par un courant de gaz protecteur formant écran contenant au moins 50 % d'anhydride carbonique.

2. Procédé de protection contre les impuretés de l'atmosphère lorsque cet acier est coulé sous forme d'un jet d'un récipient supérieur dans un récipient inférieur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on entoure le jet d'acier fondu à l'aide d'un courant de gaz protecteur contenant en majorité de l'anhydride carbonique injecté en quantité suffisante pour former une barrière entre ledit jet et l'atmosphère, en ce que l'acier contient au plus l % de carbone, 1,5 % de manganèse, 0.02 % d'aluminium, 0,05 % de soufre, 0,4 % de silicium, 0,05 % de phosphore, 0,005 % de titane, 0,005 % de bore, 1 % de cuivre, 1 % de nickel, 1 % de cobalt, en ce que le gaz est au contact de l'acier fondu pendant au plus 0,15 secondes et maintenu à une température inférieure à 700°C par une circulation continue et en ce que le courant de gaz protecteur est injecté de manière à ce que sa vitesse diffère de celle du jet de métal fondu d'au moins 1,5 m/s tandis que la pression partielle de l'anhydride carbonique n'est pas supérieure à une atmosphère.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz protecteur est constitué de plus de 50 % d'anhydride carbonique et le complément en un gaz non oxydant.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz protecteur est constitué à 100 % par de l'anhydride carbonique.

5. Procédé pour la réalisation d'un courant de gaz protecteur selon l'une des revendications 1 à 4, pour protéger de l'acier fondu contre les impuretés de l'atmosphère, notamment lors de la coulée d'acier fondu d'un récipient émetteur dans un récipient récepteur, caractérisé en ce que pour la formation du courant de gaz protecteur, on soutire à intervalles réguliers d'une cuve (E) contenant de l'anhydride carbonique en phase liquide surmontée dans un espace libre (31) d'une phase gazeuse, une quantité prédéterminée d'anhydride carbonique gazeux de l'espace libre (33),

on soutire de l'anhydride carbonique liquide de la cuve E, on le vaporise et on l'injecte dans l'espace libre (31) de la cuve de manière à compenser la quantité d'anhydride carbonique soutiré à l'étape précédente de l'espace libre,

on fait passer la quantité prédéterminée d'anhydride carbonique gazeux dans un dispositif de chauffage (F) afin de l'amener à une température supérieure à la température ambiante,

on fait passer ladite quantité prédéterminée chauffée à travers des vannes de contrôle et on détend le gaz à travers des orifices régulateurs qui fournissent le courant de gaz de protection au débit approprié à l'utilisation et à une température de l'ordre de la température ambiante.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le courant de gaz protecteur est engendré pour protéger un jet de coulée d'acier d'un récipient supérieur dans un récipient inférieur.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour chaque opération, l'acier est coulé d'une poche dans une lingotière pour former un lingot, la lingotière étant tout d'abord purgée en substituant à l'air présent dans celle-ci, l'anhydride carbonique, qui forme une enveloppe protectrice dans la lingotière, puis en ce que l'anhydride carbonique est également injecté de manière à former une enveloppe protectrice sur la surface du jet de coulée.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on fournit l'ahydride carbonique pour purger la lingotière à l'aide de premiers moyens et l'on fournit l'anhydride carbonique pour envelopper le jet de coulée à l'aide de second moyens, chaque moyen ayant ses propres dispositifs de contrôle.

9. Procédé pour réaliser successivement une pluralité d'opérations de protection gazeuse selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le métal fondu est coulé d'un récipient supérieur dans un récipient inférieur, une enveloppe gazeuse protectrice étant formée autour du jet de métal fondu pour le protéger contre les impuretés de l'atmosphère environnante, caractérisé en ce que :

l'on prend un réservoir contenant dans sa partie inférieure de l'anhydride carbonique liquide et dans sa partie supérieure de l'anhydride carbonique gazeux, sous une pression prédéterminée,

on réalise successivement une pluralité d'opérations de protection gazeuse en injectant une quantité prédéterminée d'anhydride carbonique gazeux à partir de la partie supérieure du réservoir pour chaque opération, provoquant ainsi une baisse de pression dans le réservoir,

immédiatement lorsqu'apparaît la baisse de pression, on soutire du liquide du réservoir que l'on vaporise dans sa partie supérieure, jusqu'à ce que l'équilibre des pressions soit restitué et que la quantité de gaz perdue par injection de la quantité prédéterminée soit remplacée,

on chauffe au-dessus de la température ambiante chaque quantité prédéterminée d'anhydride carbonique gazeux qui quitte le réservoir

on fait passer la quantité prédéterminée ainsi chauffée à travers un ensemble régulateur réduisant la pression de manière à engendrer le débit voulu d'anhydride carbonique gazeux à travers les vannes de contrôle dans le dispositif d'injection gazeuse pour réaliser chaque opération.

10. Appareil pour réaliser successivement une pluralité d'opérations de protection gazeuse selon la revendication 9, chaque opération comportant la coulée d'un jet de métal d'un récipient supérieur dans un récipient inférieur, 'caractérisé en ce qu'il comporte :

un récipient supérieur muni d'un système d'ouverture et de fermeture placé à la partie inférieure du récipient, l'ouverture du système permettant la coulée du jet de métal,

un réservoir destiné à contenir de l'anhydride carbonique en phase liquide dans sa partie inférieure et en phase gazeuse dans sa partie supérieure,

une canalisation placée dans la partie supérieure du réservoir pour véhiculer l'anhydride carbonique gazeux vers des moyens d'injection d'anhydride carbonique,

des moyens pour contrôler la canalisation dans laquelle l'anhydride carbonique gazeux est prélevé en quantité prédéterminée suffisante pour chaque opération de protection gazeuse,

des moyens pour soutirer de l'anhydride carbonique liquide de la partie inférieure du réservoir, le vaporiser et l'injecter dans la partie supérieure du réservoir afin de remplacer la quantité prédéterminée prélevée auparavant,

des moyens pour contrôler les débits de gaz protecteur, de manière à fournir une quantité suffisante dudit gaz pour engendrer l'enveloppe protectrice,

des moyens pour chauffer au-dessus de la température ambiante l'anhydride carbonique gazeux quittant le réservoir,

des moyens pour réduire la pression et des moyens formant vanne pour contrôler le débit de gaz aux moyens d'injection d'anhydride carbonique,

des moyens pour contrôler la température à laquelle l'anhydride carbonique gazeux est chauffé, de sorte que lors de la détente de celui-ci pour réaliser l'enveloppe de protection gazeuse, la température de l'anhydride carbonique gazeux est ramenée à une valeur qui n'est pas inférieure à la température ambiante afin que l'anhydride carbonique soit injecté sous forme gazeuse.

Dessins