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PROCEDE POUR L'AUTO-EPURATION DU FER ET DE L'ACIER A LA COULEE.
Il a été admis jusqu'ici, d'une manière très générale, que le contact de l'air avec du fer ou de l'acier pendant leur écoulement était défavorable à la qualité des produits On admettait que l'oxygène de l'air oxydait superficiellement le métal s'écoulant à l'état fondu et que de ce fait le métal absorbait de l'oxygène. Par suite, ce ne sont pas les propo- sitions qui ont manqué pour par exemple diminuer ou même supprimer complè- tement le contact de la coulée avec l'air qu'il s'agisse d'une vidange par trou de coulée ou d'une vidange par déversement.
On a déjà réalisé la rigo- le de coulée sous forme de tunnel et cherché à supprimer autant que possible le contact avec l'air par adduction de gaz. Entre la poche de coulée et le moule on a intercalé des réservoirs., dans lesquels on faisait passer,à contre courant par rapport à la coulée., des gas réducteurs.
On a également déjà proposé d'employer une nappe protectrice de gaz autour du jet de coulée, pour entourer complètement le métal dans son trajet depuis la poche de coulée jusqu'au moule et rendre ainsi impossible le contact avec l'air.
Il est de plus admis que l'oxydation par l'air du métal de cou- lée est d'autant plus considérable que l'acier s'écoule plus lentement du four ou de la poche de coulée et que la surface exposée à l'air est plus grande. Gn considérait par suite comme indiqué d'avoir un court trajet jus- qu'à la poche ou jusqu'au moule et de pratiquer un gros trou de coulée. Dans les cas où il n'est pas ou peu à craindre de réactions nuisibles, par é- change entre l'acier et le laitier, on admettait comme favorable d'avoir une couche protectrice de laitier au moins à la surface du large flux de métal s'écoulant du four, ainsi qu'on le voit pratiquer dans les opérations de coulée des fours électriques.
A l'encontre de ce qui précède;, la présente invention part de la constatation que l'oxydation par l'air, et surtout Inaction nuisible du
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contact avec l'air pendant la coulée a été surévaluée. On continuera ci- après à désigner par coulée, aussi bien la vidange par trou de coulée que la vidange par déversement. Si l'on considère en particulier la coulée au point de vue hydrodynamique, on est bien forcé de constater que chaque particule du métal de coulée ne peut venir au contact de l'air que pour des fractions de seconde.
Si l'on vide une lingotière Thomas de 30 tonnes en 3/4 de mi- nute, comme il est de pratique courante, et si l'on admet une hauteur moyen- ne de chute de 1 m 20 pour le jet, chaque particule d'acier ne reste exposée à l'air, à la surface du jet, que pendant environ une demi seconde, Les conditions hydrodynamiques sont analogues dans les opérations de coulée des fours Siemens-Martin ou des fours électriques.
A la coulée d'une poche, la vitesse d'écoulement est fonction du niveau du niveau du métal fondu dans la poche. Il n'est pas rare que les particules ne restent exposées à l'air qu'un quart de seconde jusqu'à ce qu'elles aillent se mélanger à l'acier contenu dans le moule, et le plus souvent avec des tourbillonnements assez violents. Mais il y a encore une constatation importante que l'on peut faire à cette occasion; on peut pres- que toujours observer, au-dessus du métal en fusion, une couche plus ou moins épaisse de gaz en ignition. Dans le cas de la fonte, on observe sou- vent, à la coulée une couche d'hydrogène en combustion. Dans le cas d'un flux d'acier fondu, on observe de même, en général, une couche de gaz en ig- nition,constituée par des flammes claires d'hydrogène et d'oxyde de car- bone.
On peut faire les mêmes observations à la surface libre du métal fon- du dans les poches de coulée ou dans les moules.
On peut donc admettre qu'il y a une certaine relation, d'une part, entre la courte exposition du jet de métal à l'air et d'autre part, l'apparition de gaz en ignition à la surface. Le moins''que l'on puisse dire, c'est que les deux constatations sont d'une importance symptomatique pour, ce qui se passe quand un flux de métal traverse l'air. En fait, au cours d'essais systématiques de coulées en usine avec une surface d'exposi- tion à l'air anormalement grande et une durée de contact exagérément propon- gée, l'oxydation par l'air n'a pas été pratiquement mise en évidence. Par contre on a provoqué le dégasage de l'acier.
L'objet\'de l'invention consiste à mettre utilement en oeuvre, à effet métallurgique, la traversée de l'air par le flux de métal en fusion.
En métallurgie, on sait d'une manière générale que la solubilité des gaz dans le métal décroît avec la température. On sait de même que la chute de température du métal paarayonnement croît avec la surface rayonnante. Mais ce que l'on n'a pas su jusqu'ici, c'est que l'on pouvait, dans les opérations de coulée, utiliser ces faits et les valoriser au point de vue métallurgique, pratiquement sous la forme d'un dégasage non accompagné d'oxydation ou d'ab- sorption nuisible de gaz. Selon la présente invention, cela est rendu pos- sible en coulant le métal sous une surface aussi grande que possible et en réglant la durée d'exposition du flux à l'air.
L'invention se distingue par suite du procédé connu qui consiste à laisser couler un large flux de fer et de laitier pour obtenir une bonne réaction entre les deux éléments, puisque dans, le présent procédé il n'y a pas de laitier à la surface du flux et que c'est le fer lui-même qui peut réagir directement avec l'air ambiant.
A côté de la tendance au dégagement, par effet du refroidisse- ment, des gaz solubles dans le métal, tels que l'azote et l'hydrogène, on peut, dans une certaine mesure, utiliser le dégagement des gaz de réaction. C'est ainsi par exemple que dans l'acier non encore calmé se trouve un pouvoir ré- actionnel qui lui est propre. La plus importante des réactions qui en proviennent est la transformation correspondant à l'équation
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qui est connue sous le nom de réduction.
Si le départ de l'oxyde de carbone demande techniquement un certain temps., cela est dû à l'adduction et à l'abduction des composants réactionnels et respectivement des produits de 'la réaction. Au point de vue chimique., il se produit immédiatement.
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L'augmentation de la surface exposée à l'air pendant la coulée, c'est-à-dire la diminution ou l'élargissement de la section n'est pas autre chose, au point de vue physique, qu'une diminution des pressions hydrosta- tiques qui s'opposent au dégagement des gaz. Dans l'écoulementà grande surface, le dégagement des gaz solubles et des gaz de réaction se trouve no- tablement facilité. Ce dégagement est même si important qu'il empêche une oxydation on une absorption de gaz qui seraient simultanées.
Chaque réaction est la plus forte au moment ou elle se produit.
Dans la mesure où l'adduction des composants de la réaction dans la zône de réaction considérée se ralentit, elle décroit dans le temps. On ne peut donc pas sans danger laisser le jet exposé à l'air autant de temps que l' on voudrait, car., au bout d'un certain temps, la protection due au dégage- ment gazeux cesse et l'attaque nuisible par l'air peut se produire.
L'arrivée à ce stade dépend de divers facteurs. La température de l'acier, sa teneur en oxyde et en gaz, et en particulier les conditions hydrodynamiques de l'écoulement ont leur importance. Particulièrement im- portante est la mesure dans laquelle l'acier possède encore son pouvoir réactionnel propre, notamment la mesure dans laquelle il est, ou non, calmé. Dans la mise en oeuvre du procédé, on obtiendra par voie d'essais les conditions hydrodynamiques les plus favorables en faisant varier la surface libre et la durée du flux. En général,, dans la coulée usuelle par trou de coulée, et encore moins dans la coulée par déversement, les durées admissibles ne seront pas dépassées.
Dans les flux non protégés, c'est-à-dire non recouverts par du laitier, les réactions entre l'acier et la phase gazeuse sont naturelle- ment seules possibles. Les échanges entre l'acien et la phase laitier sont interrompus et, le cas échéant, les équilibres établis sont détruits. Il est également important que dans le flux les inhibitions de réactions dispa- raissent, par exemple celles qui se produisent dans les fours par suite de la relation qui existe entre le laitier et l'atmosphère des fours. C'est ainsi qu'il est possible même avec de très faibles teneurs de l'acier en car- bone d'avoir une forte séparation de l'oxygène, telle qu' elle ne peut jamais être atteinte dans les fours.
A l'encontre de ce qui se passe dans le cas de la désoxydation par le ferro-manganèse ou tout autre réducteur donnant lieu à une précipitation par laquelle les produits de la désoxydation ne se séparent que lentement et incomplètement, on a affaire, dans le flux, à une désoxydation par le carbone donnant lieu à diffusion d'un produit qui est à l'état gazeux et qui se sépare facilement et complètement du fait de la faible pression hydrostatique.
Les réactions, très intéressantes au point de vue métallurgique, qui se produisent dans le flux, sont d'autant plus fortes que la concentra- tion des corps réagissant est plus forte. La réduction par le carbone sera donc particulièrement très active, quand la teneur en oxygène-métal réagis- sant sera forte. Comme le rayonnement du jet près de la surface croît avec la température, le refroidissement sera d'autant plus grand que l'acier sera plus chaud. En général la pression du gaz qui se développe dans le métal croît avec le refroidissement.
L'effet produit par la mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion est donc un dégasage en ce qui concerne l'azote et l'hydrogène,et en même temps une diminution, immédiatement efficace, de la teneur en oxygène du métal. Pour l'acier, même pour l'acier doux, non seulement l'oxydation redoutée du manganèse par l'air l'intervient pas, mais encore il se produit une réduction des oxydules indésirables, ce qui donne lieu à une formation supplémentaire de manganèse.
Du-fait de la faible pression hydrostatique dans le jet ou dans la coulée de métal, et, le cas échéant, du fait de la capacité d'absorption illimitée de l'air ambiant, une réduction par CO et H2 est possible. Comme dans tous les cas, les réactions se produisent sans adjonction d'aucune sorte, mais seulement du fait du pouvoir réactionnel propre au métal, il se produit une auto-épuration du métal, de nature chimique, laquelle est tout
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particulièrement rendue possible grâce au procédé selon l'invention.
Comme l'homogénéité de l'acier en bloc dépend notablement des conditions physiques aussi bien que de la composition chimique, le procédé donne cet autre résul- tat, à savoir que le refroidissement de l'acier, provoqué par le rayonne- ment intense, peut être utilisé aussi complètement que possible, sans avoir à redouter le contact nuisible avec l'air.