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PROCEDE POUR LE TRAITEMENT DES BAINS D'ACIER PAR DES METAUX LEGERS.
Afin de réduire la teneur en oxygène - qui se présente particulièrement sous la forme protoxyde de fer - des bains d'acier en fusion contenant du carbone, on soumet ceux-ci généralement à un traitement désoxydant par le ferre-manganèse et, parfois, par le ferro-silicium, le degré de désoxydation ainsi réalisé étant déterminé à la fois par la quantité d'agent de désoxydation introduite et par la durée et l'intensité de l'action de celui-ci sur le bain d'acier. Le reste d'oxygène ou de protoxyde de fer qui demeure après ce traitement est souvent soumis avant la coulée à un nouveau traitement, par l'aluminium, en vue de "calmer" le bain, l'aluminium étant introduit .... ce jour principalement sous la forme de gueuses ou de barres.
On a également employé dans des cas particuliers de l'aluminium granulé par saisissement dans l'au. Bien que l'aluminium, étant donné sa grande affinité pour l'oxygène, réagit rapidement avec les oxydes des métaux lourds lorsqu'il est mis en contact avec ceux-ci, le traitement appliqué à ce jour aboutissait souvent à des produits finals qui, à l'examen, se révélaient atteints de défauts tels que, par exemple, les soufflures sous-cutanées, défauts dus à une teneur résiduelle en oxygène trop élevée du bain.
L'invention est basée sur la constatation que Inactivité insuffisante de l'addition d'aluminium doit être attribuée à une répartition défectueuse de cette addition dans la masse du bain, laquelle est due à son tour au grand écart entre les poids spécifiques du. fer et du métal léger.
Cette différence des poids spécifiques a pour effet que chaque corps d'aluminium d'une certaine importance possède une telle force ascen sionnelle qu'il retourne toujours à la surface du bain au bout de peu de temps et, par conséquent, ne dispose pas d'un temps suffisant pour participer '-, une réaction:'" évolution complète dans l'intérieur du bain. Lorsqu'il se trouve
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à la :5urfa3e:, le corps d'aluminium ne peut agir que sur les parties du bain qui entrent directement en contact avec jelle-ci et, de plus, peut contributer à l'enr-Í0hissement de la scorie en oxyde d'aluminium et à son épaississement.
Les inconvénients d'une répartition défectueuse de lealliminium appa- raissent tout particulièrement lorsque les additions sont importantes;, comme celles utilisées par exemple pour l'élaboration :.'aciers résistants au vieillissement et inattaquables par les alcalis. Entre autres, la formation,
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de filets d'aluminium. avec les défauts dans le m3ta..J.. qui en résultent, constitue un phénomène particulièrement préjudiciable.
La formation de filets a lieu lorsqu'un bain d'acier, tout en faisant passer à la phase liquide le corps d'aluminium introduit, n'est pas en mesure de dissoudre et de répartir uniformément dans toute la masse du bain
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le corps d9aluluinium en fusion pendant le temps prévu pour la réaction. Tous ces phénomènes indésirables ont ceci de commun qu'ils se manifestent avec d'autant plus d'intensité que la masse des corps d'aluminium individuels intionduits dans le bain est plus importante.
Selon l'invention, et lors du traitement de bains d'acier ou de fer par les métaux légers tels que l'aluminium, le magnésium, le calcium et/ou les alliages de ces métaux, on introduit dans le bain un métal d'apport de cette nature en une grosseur de grain si réduite qu'il puisse réagir avec des constituants du bain dans une mesure suffisante, en dépit de la force
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ascentimnnelle déterminée par la différence entre les poids spécifiques de l'acier et du métal léger d'addition.
Les lois en vertu desquelles les matières moins lourdes s'élè- vent dans un liquide plus lourd correspondent entièrement 1 celles qui s' appliquent à la chute des corps lourds dans les gaz ou les liquides, plus légers. Par analogie, la vitesse constante de l'ascension diminue avec I' élévation du poids spécifique et l'accroissement du rapport S (surface :
V volume). Par conséquent, en adoptant une grosseur de grain suffisamment réduite, on peut réaliser des vitesses auxquelles le trajet des particules depuis le fond du bain jusqu'à la surface de celui-ci nécessite un temps qui représente un multiple du temps de traitement.
Lorsque le métal d'addition est réparti dans le bain d'une manière suffisamment uniforme, la répartition ainsi réalisée se maintient pendant un temps suffisant pour le déroulement
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ve 1 a réaction iroulue, sans que le métal léger apparaisse ± la surface pré- :matur6ment, c'est±-dire, sans avoir servi. La grosseur de grain, du moins pour 3.ne notable proportion des particules du métal d9add-.tion; devrait être infé- @ieure à 0,5 mm et, dans certaines conditions déterminées, inférieure à 0,1 mm.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on réalise une répartition particulièrement uniforme en disposant le métal léger - qui possède la grosseur de grain prévue - en paquets munis d'une enveloppe de pa- pier, de carton:, de tôle, telle que feuille de métal par exemple, feuille d'aluminium de préférence, ces paquets étant introduits dans le jet de coulée déjà dans la rigole de coulée ou seulement pendant le chargement du métal dans la poche de coulée, de façon qu'ils soient entraînés par le jet jusu'au fond du bain.
Comme un tel paquet est constitué par un grand nombre de corpuscules extrêmement petits, dont les faibles interstices contiennent de l'air, il possède, lorsqu'il est échauffé, les caractéristiques d'un très mauvais conducteur de chaleur ou d'un isolant thermique.Ceci a pour effet, lors de réchauffement brusque au moment de l'introduction, que le contenu du paquet parvient encore pour la plus grande part sous la forme de corpus-
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cul es solides jusqul' un point situé dans la profondeur du bain et est en- suite seulement absorbé par celui-ci.
Alors que, dans le cas d'un grand corps compact d'aluminium (saumon), et comme le démontre Inexpérience, l'acier en fusion qui environne le corps d'aluminium, peut former autour de ce dernier en raison de la grande conductibilité thermique de ce corps et compte tenu de l'et température de set acier environnant, ainsi que de la masse et de l'
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effet réfrigérant du corps d'aluminium - une carapace plus ou moins épaisse, qui peut devenir par moment visqueuse et.
même solide, ce qui a pour effet d' entraver, voire d'empêcher, la dissolution et la répartition, dans le fer, de l'aluminium occlus qui aura fondu entretemps, l'emploi d'une multitude de particules de masse extrêmement réduite, entourée d'une couche d'air formant enveloppe isolante, ne donne pas lieu de prime abord, vu l'absence d'une évacuation de chaleur, à la formation locale d'une carapace composée d'acier en fusion de consistance visqueuse.
Au contraire, et grâce à la pénétration rapide de l'acier en fusion dans les interstices entre les particules, jusqu'alors remplis d'air, celles-ci sont instantanément éparpillées dans toutes les directions en raison de leur tension de surface élevée, de sor- te que ces particules ne se dissolvent pour la plus grande part que lors- qu'elles sont déjà enrobées dans des particules d'acier en fusion, c'est-à- dire, réparties dans le bain.
Au lieu d'être introduit de cette façon, le métal d'apport peut être incorporé directement au jet de coulée, d'une manière intermittente ou continue, avantageusement au moyen d'un dispositif de dosage, par insuf- flation à l'aide d'un gaz par exemple. Ce procédé est également applicable à l'élaboration de l'acier dans un convertisseur, le métal d'apport étant insufflé à l'aide d'un gaz aussi exempt que possible d'oxygène.
Pour améliorer les qualités de la croûte solidifiée du moulage, le métal d'apport finement granulé peut être appliqué directement sur les parois de la coquille ou du moule, par saupoudrage par exemple.
De plus, et vu que par suite de sa nature finement granulée, et donc de sa grande surface active, le métal d'apport amorce la réaction instantanément et termine celle-ci très rapidement, le procédé selon l'invention est applicable avantageusement à tous les volumes-de bain, du plus grand au plus petit.
Lorsque l'addition se fait dans la poche de coulée, elle peut être opérée vers la fin du remplissage de celle-ci seulement, c'est-à-dire, après que les réactions précédentes (avec le silicium par exemple) sont déjà déroulées en grande partie.
D'autre part, le procédé selon l'invention permet de traiter efficacement les plus petites unités de moulage, et dans la coulée continue, le "creuset" de dimensions relativement restreintes.
Lorsque le métal d'apport est introduit, de la manière décrite ci-dessus, ou par toute autre méthode, dans la partie inférieure de la poche de coulée ou de n'importe quelle autre récipient (convertisseur, coquille, moule) contenant le métal en fusion, ou pendant la coulée par exemple, de préférence lorsqu'il s'agit d'une coulée en source, on peut réaliser une répartition particulièrement favorable en donnant à une fraction du métal d'apport une grosseur de grain très réduite, de façon que cette fraction demeure au voisinage du fond, tandis que d'autres fractions du métal d'apport se répartissent sur un grand espace, compte tenu de leurs grosseurs de grain respectives, de façon qu'elles s'élèvent dans le bain à une vitesse inégale.
De cette manière, toutes les parties du bain sont soumises à l'action de la matière d'apport qui s'élève, et cette dernière peut être aménée à réagir partout avec le protoxyde de fer.
A cette fin, les grosseurs de grain doivent s'étaler sur une gamme étendue en conséquence, par exemple entre 0 et 1 mm ou entre 0 et 3 mm.
La répartition uniforme du métal d'apport a pour premier résultat que le protoxyde de fer présent subit une réduction complète, jusqu'aux limites des possibilités de réalisation pratique, de sorte que, si l'apport est suffisant, les défauts précités ne peuvent plus se manifester. En outre, la fraction du métal d'apport non fixée par l'oxygène se fixe dans une large mesure - étant donné son état finement divisé - à l'azote dissous dans le bain d'acier, en augmentant ainsi la résistance de l'acier au vieillissement.
De plus, les oxydes de métaux légers, également à l'état très finement divisé, qui se forment à partir du métal d'apport à grain fin au cours des
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réactions de désoxydation, ont la propriété d'agir comme germes, aussi bien lers de la formation du grain primaire qu'au cours de la reeristallisation secondaire - dans le cas d'un traitement ultérieur -, garantissant ainsi la constitution uniforme de la texture, recherchée dans l'intérêt de la résistance mécanique et d'autres propriétés technologiques.
Il va de soi que l'invention peut être appliquée tout aussi avantageusement dans les cas où le métal léger ne sert pas, ou pas exclusivement, à la désoxydation ou à la démitrification du bain d'acier, mais par exemple pour la préparation d'alliages et/ou en tant qu'addition ou fondant pour d' autres agents d'apport, métalliques ou non, étant donné que, dans ces cas également, on peut réaliser une distribution rapide et uniforme des agents d'apport, en tirant parti de la grande activité de surface de ceux-ci.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour le traitement de bains d'acier ou de fer en fusion par des métaux légers tels que l'aluminium, le magnésium, le calcium et/ou leurs alliages, caractérisé en ce qu'un métal d'apport de cette espèce est introduit en une grossseur de grain si réduite qu'il puisse réagir avec des constituants du bain dans une mesure suffisante, en dépit de la force ascensionnelle déterminée par la différence entre les poids spécifiques de l'acier et du métal léger d'apport.