L'invention concerne un procédé de production industrielle pour la fabrication de lingots pour fers forgés de grosse taille et de très haut degré de pureté et d'homogénéité d'analyse (par exemple, des rotors de turbines etc.); ce procédé permet d'utiliser comme matière brute des ferrailles de récupération.

Autrefois il n'était possible que de produire des lingots pour fers forgés de petite taille, au moyen d'installations de haute technologie, très coûteuses, type ESR (Electro-Slag Remelting) qui permettaient la refusion sous laitier de protection d'un lingot (extra pur, avec une très faible teneur en hydrogène et azote) qui servait d'électrode consommable et VAR (Vacuum Arc - Remelting) qui remplaçait le vide au laitier de protection.

Les coûts énergétiques étaient très élevés parce que l'électrode devait être fondu deux fois, la première pour le fabriquer, la deuxième lorsqu'il était utilisé comme électrode-conducteur.

L'invention du procédé de fabrication qui fait l'objet de cette demande de brevet, permet de produire des lingots à un très haut degré de pureté par des systèmes plus simples et moins couteux que ceux qu'on a connus jusqu'à présent , et elle peut être appliquée à de petites unités de production déjà spécialisée en la fabrication de lingots.

Ce système permet d'obtenir des lingots de très haute pureté, même de grosse taille, capables de satisfaire aux spécifications rigoureuses demandées pour la production de fers forgés de haut de gamme (rotors pour la production d'énergie, etc.) avec une durée de cycle 30% plus courte, un coût unitaire de fabrication 30% moins cher et une production augmentée de 20% à coût d'installation égal.

Nous illustrons ci-après les phases du nouveau procédé de production et les machines nécessaires pour obtenir un produit fini qui satisfait aux spécifications désirées.

Le parc à ferrailles, metière première de départ, devra être maîtrisé de telle sorte que chaque catégorie de ferraille ait son précis emplacement; de carte façon, chaque panier d'enfournement peut être rempli conformément au poids et aux mélanges qu'on veut obtenir. Pour chaque catégorie de ferrailles, il faudra fixer la consommation dénergie spécifique nécessaire pour la fusion afin de programmer l'ordinateur du four selon les temps et la puissance nécessaires sans provoquer de surchauffages. Cela permettra à l'acier liquide d'absorber moins de gaz. Pour obtenir une fusion correcte, il est nécessaire de calculer les pertes d'énergie provoquées par l'aspiration des fumées. Lorsque la fusion est achevée, l'acier devra être transféré du four à la poche au moyen d'une installation ayant la même forme et dimension que celle à la figure 2, capable d'éviter le passage du laitier oxydé dans le four.

De cette façon, on optimisera également le poids de l'acier (au moyen de la valve (a) fig.2) et les alliages seront ajoutés à des quantités parfaitement calibrées.

La maîtrise du laitier dans la poche devra être faite au moyen d'un système en ligne, à l'aide d'un équipement à fluorescense à rayons X qui utilisera les courbes analytiques ci-jointes (voir fig. 3-4-5-6-7-8-9-10).

La poche devra avoir la même forme et les même dimensions que celle qui est montrée aux figures 11 et 12, avec des cloisons poreuses sur le fond pour l'insufflation de l'argon et avec un revêtement de briques réfractaires basiques, ayant une haute résistence mécanique et des caractéristiques conformes.

Ainsi, pendant toutes les phases du procédé dans la poche, l'usure est très faible et le risque d'inclusions exogènes qui ne peuvent pas être éliminées au cours des phases successives est insignifiant.

Le traitement gazeux ne pourra mêler la masse d'acier liquide d'une façon homogène (côntrole de la portée) ni créer le flux ascensionnel des inclusions et préserver son efficacité en vide que si la disposition des cloisons poreuses par rapport au trou de coulée respecte une forme géométrique définie et appropriée pour garantir des flux gazeux corrects (fig.12).

Le procédé métallurgique sera complété par l'application du vide a des niveaux tels qu'il ne peut pas produire de réactions chimiques nuisibles à la pureté de l'acier à produire, et par l'insufflation d'argon conformément aux paramètres de pression débit fixés dans la figure 14 à travers les cloisons poreuses positionnées dans le fond de la poche selon une géométrie précise indiquées au détail C de la figure 12. Au cours de cette phase de dégazage l'hydrogène et le soufre seront réduits à des niveaux très faibles.

Si on applique à l'acier un flux d'énergie de 720 KJ/t, la teneur en hydrogène pourra baisser au-dessous de la valeur de 1 p.p.m., tandis que grâce à un niveau de vide particulier l'azote pourra baisser à des niveaux très proches aux niveaux de solubilité de l'acier allié (20-30 p.p.m.)(voir figures 13 -13A).

Le bassin de coulée devra être fait de briques réfractaires ayant des hautes caractéristiques et le montage devra être fait au moyen d'équipements particuliers (voir fig. 15) afin d'obtenir des montages parfaits et une excellent nettoyage des chenaux de coulée et des lingotières pour éviter l'emprisonnement d'inclusions exogènes pendant la coulée. Si on respecte les paramètres de température et de coulée, il sera possible d'obtenir le centrage parfait du jet d'acier sur la colonne de coulée en réduisant ainsi l'usure des briques réfractaires au minimum.

A la fin de la coulée, une procédure appropriée réglera le temps de maintien des lingots dans la lingotière pour permettre, avant tout déplacement, la correcte remontée des inclusions dans la tête et une solidification parfaite.

Ensuite les lingots, encore chauds, pourront être mis dans les fours pour les traitements thermiques nécessaires.