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La présente invention est relative à la technique d'alliage d'un métal à un autre alors qu'il se trouve à l'état fondu, et plus particulièrement à des moyens et à un procédé pour ajouter des métaux de faible densité, à température de fusion basse, à des métaux à forte densité, à haute température de fusion, fondus.
L'invention est particulièrement applicable à l'addition d'aluminium à de l'acier tandis qu'on coule l'acier dans une lingotière, et elle sera décrite en se réfé- rant particulièrement à ceux-ci, bien qu'on remarquera que l'invention a des applications plus' étendues, telles que l'addition de métaux ayant des caractéristiques semblables à cel- les de l'aluminium, à de l'acier fondu ou à d'autres métaux de forte densité, de haute température de fusion, lorsqu'ils sont versés dans un moule'
L'aluminium est ajouté à l'acier à la fois pour désoxyder l'acier fondu et pour allier l'aluminium à l'acier.
De l'acier auquel on a ajouté de l'aluminium est dit normalement "acier calmé" par opposition à l'acier sans addition d'aluminium qu'on appelle normalement "acier effervescent".,
On sait que l'aluminium a une affinité plus grande pour l'oxygène que n'en a le fer et lorsqu'on l'ajoute à l'acier fondu au moment où on le verse, il réagit avec tout oxygène dissous dans l'acier.pour former de l'oxyde d'aluminium matière non métallique qui, normalement, flotte à la surface.
L'aluminium résiduel laissé après désoxydation a sur l'acier un effet d'affinement du grain désirable, ai- dant à un étirage facile de l'acier dans les opérations de traitement ultérieures. En outre, l'aluminium semble empêcher un effet de durcissement avec l'âge, dans l'acier, qui exiger
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autrement que ltacier soit réchauffé avant des opérations d'es- tampage ou d'étirage si l'acier . été emmagasiné pendant des périodes supérieures à deux ou trois semaines après 1'opéra- tion de laminage.
L'addition d'aluminium à l'acier dans la lingo- tière était jusqu'à présent un procédé non satisfaisant, gé- néralement, conduisant à un déchet important pour chaque lin- got dans le cas d'acier effervescent et ainsi elle n'était utili- sée que là où il fallait les caractéristiques améliorées de 1'acie calmé et lorsque le' client était disposé à payer un prix spécial.
La présente invention a fait apparaître un certain nombre de caractéristiques de l'aluminium qui font qu'il est difficile de l'ajouter à de l'acier fondu, l'une des principales étant qu'Il est plus léger que l'acier et à moins' qu'on ne le submerge par force, il flottera à la surface de celui-ci comme de l'huile sur de l'eau. Ici l'aluminium chaud brûle dans l'oxygène de l'atmosphère pour former une écume ou un revêtement superficiel d'oxyde d'aluminium et il est ainsi perdu. Dans une lingotière, cette écume est emportée vers le bas dans l'acier fondu par l'écoulement continuel de l'acier dans la lingotière ou, à moins qu'elle ne puisse revenir flotter à la surface, elle forme des inclusions indésirables.
La présente invention traite de ce problème en obligeant l'aluminium à fondre principalement en dessous de la surface de l'acier fondu en sorte que l'acier lui-même protège l'aluminium de l'atmosphère.
Une autre caractéristique de l'aluminium qui rend difficile son addition à. l'acier fondu est la forma- tion d'un film extérieur d'oxyde d'aluminium lorsque ce métal est exposé à l'oxygène. Ce film d'oxyde est très tenace et non seulement il empêche une réaction plus complète entre l'oxygène et l'aluminium, mais si l'aluminium est fondu
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en le plongeant dans un bain d'acier fondu, il agit comme un écran pour empêcher que l'aluminium fondu se mélange à l'acier et diffuse dans celui-ci où il peut exécuter son rôle.
Cet écran se formera autour de globules individuels d'alu- minium fondu, lesquels globules demeurent après durcissement de l'acier.
Il est évident que si le film peut être rompu, le mélange de l'aluminium à l'acier pourra être effectué.
Le problème de rompre ce film; cependant ; devient plus difficile à mesure que la viscosité de l'acier augmente du fait de son refroidissement. Ce problème est ainsi compliqué par la forte conductivité thermique et par la'grande chaleur latente de fusion de l'aluminium. Ainsi, si l'on oblige un bloc d'aluminium massif à plonger en dessous de la surface de l'acier-, l'aluminium conduit la chaleur en l'enlevant à la couche'd'acier fondu qui l'entoure, plus vite que la chaleur ne peut être conduite à lui. La température de la couche tombe ainsi rapidement et elle s'épaissit. Dans cet état épaissi, elle empêche la rupture du film et empêche ainsi la diffusion de l'aluminium dans l'acier.
L'aluminium est englobé sous forme d'un globule qui produit des soufflures ou des bulles dans la bande laminée finale et cette portion chargée de bulles doit être rejetée.
La présente invention traite ce problème en soumet- tant continuellement la partie submergée de l'aluminium à une action de lavage par l'acier chaud frais, en sorte qu'une couche épaissie n'ait jamais de chance de se former et qu'ainsi toute couche d'oxyde d'aluminium formée soit continuellement brisée en sorte que l'aluminium fondu puisse diffuser dans l'acier.
L'acier, lorsqu'on le coule dans la lingotière, est naturellement immédiatement saisi par le fond froid de la lingotière et ensuite par les côtés froids de la lingotière à mesure que l'acier s'élève. Ce refroidissement épaissit rapi-
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dément une couche d'acier fondu aussi bien au fond que près des cotés de la lingotière. Si l'aluminium en forme de.globules fondus ou sous forme massive pénètre dans les couches qui s'épaississent sur les cotés du moule, il y a un effet de refroidissement cumulatif sur l'acier et il est impossible d'é viter dans le lingot final des inclusions métalliques en l'absence d'autres expédients indésirables tels qu'une agita- tion mécanique.
Ces couches qui s'épaississent englobent aussi de l'écume d'oxyde d'aluminium éventuellement prise. sous la surface par l'écoulement continuel de l'acier de la poche, rendant impératif de réduire la formation d'écume.
La présente invention traite ce problème en ajoutant l'aluminium de telle sorte que l'action de fusion ait lieu à distance des bords de la lingotière et en contra. lant la vitesse de la fusion de telle sorte que de grands glo- bules d'alujminiu fondu ne puissent se former.
Jusqu'à présent, on ajoutait de l'aluminium dans la lingotière sous forme de grenailles, de lingots ou de barres cylindriques. Ordinairement, on déverse la grenaille dans la lingotière pendant qu'on y coule l'acier ou bien on la met dans des sacs et on les jette dans le moule en quantités déterminées par l'aspect de l'acier tel qu'il apparaît aux surveillants de coulée ou en quantités telles que déterminées d'avance par le métallurgistes. Les lingots sont jetés individuellement ou en paquets. Dans ltun et l'autre cas la grenaille ou les lingots flottent à la surface, par tiellement submergés., mais sont libres de se mouvoir.
Dans certains cas, la chute du jet d'acier fondu dans les lingotières oblige certaines grenailles ou lingots à descendre en dessous de la surface de l'acier.
Une partie de des grenailles ou de ces lingots est prise dans les couches en train de s'épaissir de l'acier qui borde les cotés du moule,et ne se dissout pas. c'est ainsi qu'on voit ap-
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paraître des inclusions dans le lingot final.
Les barres cylindriques sont ou bien jetées dans la lingotière pendant qu'on y coule l'acier, disposées en travers des coins dans la lingotière avant la coulée, ou sus- pendues par dessus les côtés de la lingotière.
Lorsqu'on les jette dans la lingotière pendant qu'on coule l'acier, les barres prennent une position angulaire comme un bâton dans un tonneau, avec l'extrémité inférieure immergée dans l'acier fondu à une distance suffisante pour supporter la barre par poussée hydrostatique et habituellement dépassant dans la couche d'acier qui s'épaissir d'un des côtés de la lingotière. L'aluminium est de nouveau pris sous forme de globules dans l'acier qui s'épaissit' et ne peut se dissoudre.
Si la barre est placée en diagonale dans la lingotière, avant la coulée, le résultat est à peu près semblable, mais dans ce cas, il se produit des inclusions dans le fond du moule aussi bien que le long de ses cotés.
En utilisant des barres de la manière précédente, dans certains cas, l'extrémité de la barre fondra jusqu'au point où la longueur de la barre soit moindre que la largeur de la lingotière. La barre flotte alors à la surface et fond de manière similaire à la grenaille ou au lingot ou bien elle est poussée contre les côtés et elle es sapisie dans les couches qui s'épaississent.
Si la barre est accrochée par dessus le bord de la lingotière, elle est alors parallèle au côté du moule et s'en trouve tout près dt la double action de refroidissement de la barre et des côtés de la lingotière a pour conséquence l'accélération de 1'épaisisse,ent de l'acier et la prise de globules d'aluminium dans l'acier épaissi. Egalement, si la barre ne fond pas assez.vite, elle est soulevée par la poussée hydrostatique et flotte à la surface.
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Un autre problème présenté par les barres cylindriques, cependant, était de forcer la barre à fondre et à diffuser malgré la faible température de fusion de l'alu- minium et les températures élevées de l'acier fondu. D'après un important fabricant d'acier, la barre la plus grande qu'il ait été possible de faire fondre avec un taux de remplis- sage de 1,83 m environ par minute, pesait environ 3 kg par mètre et avait un diamètre de 38 mm environ. Tous les efforts faits pour dépasser ce poids avaient pour conséquence d'empêcher la barre dé fondre tout à fait et dans certains cas, on a trouvé possible de tirer la barre de la surface du lingot après qu'il ait durci, comme on enlève une épée de son four- reau.
Les raisons de cela ne sont pas évidentes mais on pense que la couche d'oxyde d'aluminium formait un récipient clos autour de la barre à l'intérieur de la couche d'acier épais- sie, qui empêchait l'écoulement continuel de chaleur dans la barre ou, si l'aluminium fondait, la couche empêchait l'alu- minium de venir en contact physique avec l'acier. Avec de l'acier à forte teneur en carbone, même une barre de 19 mm ne fondrait pas.
Avec des barres pesant environ 3 kg par mètre, seulement, il était impossible jusqu'à présent d'utiliser une barre unique et d'ajouter à la lingotière la quantité désirée d'aluminium. Ainsi, avec une barre pesant 2 livres par pied et une lingotière de 1,83 m de haut, il était possible d'a- jouter un maximum d'environ 5,44 kg d'aluminium pour cha que - barre employée. Si l'on utilisait plusieurs barres, d'autres difficultés se présentaient immédiatement, telles que des quantités imprévisibles et inégales d'aluminium résiduel, des quantités inhabituellement élevées d'inclusions et un défaut de rendement, accrû, de l'emploi de l'aluminium.
Comme on le verra, la présente invention propose une barre'ayant un poids par mètre tel qu'une barre unique peut
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fournir la quantité totale d'aluminium nécessaire et cette barre unique fondra facilement et se dissoudra: facilement dans l'acier sans produire d'inclusions.
Il était habituel jusqu'à présent d'ajouter environ 1,80 à 2,26 kg d'aluminium par tonne d'acier fondu, la quantité exacte dépendant de la quantité d'oxygène laissée dans l'acier par les autres désoxydants, par exemple le silici- um et le manganèse, et d'après la quantité résiduelle désirée.
Suivant les pratiques des diverses usines, de 75 à 100% de cette quantité étaient ajoutés à la poche avec reste correspondant, éventuellement, aux lingotières. En utilisant la présente invention et pour obtenir le même résidu la quantité d'aluminium nécessaire par tonne d'acier peut être réduite à 0,9 à 1,36 kg, économie assez surprenante, 50 à 100% étant ajoutés dans la lingotière.
A cause des inefficacités de l'emploi d'alu- minium avec des anciens procédés, il était jusqu'à présent extrêmement difficile, sinon impossible, de prévoir exactement la quantité d'aluminium résiduel qu'on trouvera dans le lingot final. Ceci provient de ce qu'on ne sait jamais combien d'aluminium brûlera à la surface du lingot ou combien il en restera dispersé à travers le lingot sous forme de globules non dissous.
Une autre difficulté encore était l'impossibilité d'obtenir une distribution uniforme de l'aluminium résiduel dans le lingot. Des variations normalement excessives se produiront du haut du lingot jusqu'au bas et de son noyau jusqu'ànses bords. Comme on le verra, la présente invention permet maintenant de prévoir exactement la quantité résiduelle et la quantité résiduelle dans le lingot variera de 1 à 2%
Dans la fabrication d'acier, on s'attend à ce que certaines parties de chaque lingot produisent une qualité d'a- cier invendable et doivent par conséquent être détachées à la
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suite de l'opération initiale de formation de brames, ou coupé de la bande finale et renvoyé au four comme mitraille pour être ref- fondu.
Une partie de cette mitraille provient des.inclusions dont question ci-dessus ainsi que d'un "tuyau" qui se forme tou- jours à l'intérieur de chaque lingot lorsque l'acier prend du re trait pendant son durcissement. Ce tuyau s'étend ordinairement à une distance sensible vers le bas dans le lingot. Si les surfaces du tuyau sont propres et exemptes d'oxyde, les opéra- tions de laminage subséquentes ressouderont les surfaces en- semble et le tuyau ne causera pas de difficultés. Comme on le verra, la présente invention aide à maintenir les surfaces de ce tuyau propres en les protégeant de l'atmosphère.
Ainsi, avec la présente invention, on a trouvé possible, dans une grande usine, de réduire la quantité de déchets faisant suite à la mise en brames ou au blooming initial, de 25 à 15% En outre, on a trouvé possible d'augmenter la quantité totale d'acier vendable de n'importe quel lingot du type "calmé" de la pratique antérieure, d'un maximum . de 50-60% à u minimum de 70% du lingot originel. Le résul- tat net est que pour chaque lingot de 20 tonnes on peut produire deux tonnes ou plus d'acier vendable de plus qu'avec les pratiques antérieures.
On doit remarquer encore que la présente in- vention procure un procédé pour ajouter de l'aluminium à l'acier par lequel on peut l'ajouter en quantités suffisamment grandes et avec une diffusion convenable de l'aluminium dans l'acier, de telle sorte qu'il est possible maintenant d'ajouter tout l'aluminium dans la lingotièee et rien dans la poche.
Ainsi, il est possible de produire, à partir d'une seule poche, tantôt des lingots d'acier effervescent, tantôt des lingots d'a- cier calmé.
La présente invention considère ainsi des moyens et des procédés pour ajouter de l'aluminium à l'acier
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lorsqu'on le -coule dans la lingotière ou récipient analogue, lesquels écartent toutes les difficultés dont question plus haut et d'autres, qui sment simples et d'emploi économique et produisent d'incroyables économies dans l'opération de fabrication d'acier.
Buivant une conception la .ge de l'invention, une barre allongée de la matière à ajouter à l'acier est placée dans une lingotière avant qu'on y verse l'acier, de tellesorte qu'elle soit sensiblement écartée des cotés et des extrémités du moule avec son axe longitudinal vertical, l'agencement étant tel qu'elle demeure dans cette position pendant toute l'opération de coulée et que la coulée soit pratiquée sans contact du jet avec la barre.
On pense que cette simple particularité consti tue un progeès sensible dans la fabrication de l'acier et qu'il.contribue de manière très importante au succès de la fu- sion et de la diffusion de l'aluminium dans l'acier.
D'un point de vue légèrement plus étroit, la barre est écartée également des côtés de la lingotière et elle est placée plus près d'une extrémité du moule que de l'autre en sorte que le jet d'acier provenant de la poche ne touche pas la barre avant de faire partie du bain de métal dans le moule. Egalement, l'extrémité inférieure de la barre, avant la coulée, sera écartée du fond du moule et l'extrémité supérieure de la barre sera placée en-dessous du niveau at- teint par l'acier à la fin de la coulée.
La barre peut être soutenue dans la lingotière de toute manière désirée, mais dans les aspects préférés de l'invention, la barre sera suspendue des extrémités supérieures de la lingotière de manière à -empêcher' , ou à limiter le mouvement des extrémités inférieures de la barre vers les côtés de la lingotière et elle résistera,de préférence au moins dans une certaine mesure à toutes forces tendant à la
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soulever du fait de l'immersion de son extréit ieure
La barre, en étant suspendue dans la lingotè re,
peut se déplacer légèrement dans le bain turbulent d'acier fondu et ce mouvement aide à briser toute croute ou envelop- pe d'acier s'épaississant ou d'oxyde d'aluminium qui autre- ment pourraient tendre à se former autour de l'extrémité de la barre sous la surface de l'acier fondu.
Suivant encore un aspect de l'invention, on procure un agencement pour soutenir une barre allongée dans une lingotière, comprenant une barre ayant une ouverture transversale à travers son extrémité supérieure. Une pièce en forme de V a une partie, à son sommet, passant à travers l'ouverture transversale et les extrémités des branches s'étendant vers le haut et vers l'extérieur passent par dessus l'extrémité supérieure de la lingotière. Ces extrémités peuvent être attachées aux surfaces externes du moule. La pièce peut aussi se trouver tout près des côtés de la barre au-dessus de l'ouverture en sorte de donner à la barre une stabilité latérale.
La barre suivant les aspects plus limités de l'invention, a une largeur supérieure à son épaisseur et dans ce cas, le coté de la barre est disposé parallèlement aux cotés de la lingotière, ou en variante, un bord de la barre se dirige vers mais est écartée du jet de métal fondu dans la lingotière. Cette disposition conduit à une plus grande stabilité de la barre, empêchant son extrémité infé- rieure de basculer dans les couches d'acier qui s'épaissis- sent le long des bords du moule.
En outre, en soutenant la barre dans la lin- gotière suivant l'invention, l'extrémité inférieure de la barre sera toujours maintenue par son propre poids en dessous de la surface en cours d'élévation de l'acier fondu, d'une distance déterminée seulement par la vitesse de fusion de l'aluminium, qu'on peut contrôler de son côté en proportion- - nant convenablement les aires superficielles de la barre.
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Sous ce rapport, le procédé général de support de la barre suivant la présente invention peut être distingué de la pratique antérieure consistant à jeter simple- ment une barre dans la lingotière : là, l'extrémité inférieure de la barre sera forcée de descendre à des distances sensibles dans l'acier fondu, par le poids de la barre au-dessus de la surface ce qui est en opposition avec les enseignements de l'invention. Egalement, la barre est libre de se mouvoir, ce qui est aussi opposé aux enseignements de l'invention.
Le procédé de support peut aussi être distingué du fait d'accrocher une barre au-dessus du côté de la lin- gotière, procédé dans lequel l'acier est soumis à l'effet de refroidissement simultané des parois du moule.
Alors que naturellement il est impossible d'exa- miner, à cause de la grande chaleur mise en jeu, ce qui se produit exactement en dessous de la surface de l'acier fon- du, on pense qu'une autre partie importante de la présente invention est que l'extrémité inférieure de la barre soit immergée de 2,54 à 15,2 cm environ, et de préférence d'environ 7,6 cm en dessous de la surface de l'acier fondu. L'acier, dans les parties supérieures du bain fondu, et particulièrement au centre, sera en agitation violente du fait de l'addition continuelle d'acier.
Get acier violemment agité autour d'une extrémité de barre relativement fixe, non seulement enlève par lavage toute couche d'acier s'épaississant autour de l'extrémité de la barre mais enlève aussi l'alu- minium de l'extrémité dé la barre aussi vite qu'il fond et avant que la couche d'oxyde d'aluminium puisse se former, ou si elle se forme, elle se brise continuellement pour permet. tre à l'aluminium fondu de venir en contact avec l'acier.
C'est comme si on projetait une poussière d'aluminium en dessous de la surface de l'acier. De grands globules d'aluminium n'ont pas de chance de se former. L'aluminium est dispersé uniformé-
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ment dans tout le lingot.
On croit que l'acier, à plus de 15,2 cm en dessous de la surface du bain, commence à s'épaissir ou peut avoir atteint généralement un état de tranquilité. A moins que l'extrémité inférieure de la barre ait été complètement fondue avant d'être plus immergée, il y aura une augmentation d'inclusion.
Egalement, en limitant l'immersion de l'extré- mité de la barre, les forces latérales développées tendant à écarter la barre vers les côtés de la lingotière sont sensi- blement réduites.
Un autre avantage du contrôle de la vitesse de fusion de la barre, de telle sorte que la fusion soit ache- vée à courte distance de la surface est que toutes les particule' d'oxyde d'aluminium formé, qui sont petites, auront le temps de floten à la surface avant que l'acier ait eu le temps de se congeler.
La distance dont l'extrémité inférieure de la barre est immergée pendant une opération de coulée s'avère être proportionnelle à un certain nombre de facteurs différents tels que : si l'acier est du type effervescent ou calmé, la vi- tesse d'élévation dans le moule, sa température, et l'aire super< ficielle latérale de la barre par kg d'aluminium. Suivant la pré- sente invention, cette dernière est proportionnelle aux facteurs précédents (qui sont ordinairement fixés par la pratique de chaque usine) pour donner une vitesse de fusion de la barre telle que son extrémité inférieure soit à la distance désirée en dessous de la surface de l'acier.
L'acier est ordinairement coulé dans une lingo- bière de dimension telle que le lingot final ait un poids compris entre 10 et 20 tonnes. De tels moules ont une hauteur verticale d'environ 1,22 m pour les lingots les plus légers jusqu'à 2,44 m pour les lingots plus lourds. La quantité d'alu- minium qui doit être additionnée est généralement de l'ordre
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de 0,450 kg à 0,68 kg par tonne d'acier. Les barres auront normale -ment une longueur maximal plus courte d'au mains 30 cm que la hauteur maximum de la lingotière.
Ainsi, pour ajouter la quanti- té désirée d'aluminium à la lingotière, les barres doivent avoir un poids par mètre qui dépasse 4,16 kg par mètre et de préférence 4,46 kg par mètre pour les petits lingots et plus de 5,9 kg par mètre pour les lingots plus grands.
Le poids maximum par mètre nia pas été déterminé mais pour les buts des définitions de l'invention, on peut le considérer comme de 10,4 kg. Des poids au delà de cette valeur sont d'un usage impraticable et il en résulte une barre trop courte par rapport à la hauteur de la lingotière. Egalement dans le but de définir l'invention, on peut considérer que la longueur minima de la barre soit de 0,91 m alors que sa longueur maxima est de 3oO5 m
La température de l'acier fondu variera suivant la chaleur et du début de la coulée dans la lingo- tière coulée la première à la fin de la dernière lingotière.
Les surfaces par kg d'aluminium indiquées ci-après con viennent à une température moyenne de coulée d'environ
1600 C
Diverses usines ont adopté différentes vites- ses d'élévation de l'acier dans la lingotière, ces vi- tesses dans les usines dans lesquelles la présente invention a été essayée, variant de 3,05 m par minute jusqu'à 1,32 m par minute. D'autres vitesses d'élévation peuvent être em- ployées si l'on suit les principes de l'invention.
Pour un taux de remplissage de 3,05 m par minute, l'aire latérale optima de la barre pour une vitesse de fusion qu donne lieu à l'immersion désirée est (en négligeant l'air de section transversale à la hase) de 440 cm2 par kg d'aluminium. Pour un taux de remplissage de 1,83 m par minute, la surface latérale optima est de 390 cm2 par kg. d'aluminium. Pour la vitesse de remplissage
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de 1,32 m ,la surface latérale minima est de 356 cm2 par kg d'aluminium, en supposant que dans chaque cas la barre soit suspendue comme décrit ci-dessus suivant l'invention. Pour ces taux de remplissage plus petits aussi, on peut employer des barres avec un plus grand poids par mètre.
La fusion de la barre peut naturellement être obtenue en utilisant des surfaces latérales par mètre d'aluminium inférieures à celles indiquées ci-dessus, mais dans ces cas, l'extrémité inférieure de la barre présente une immersion excessive,, tendant alors à gigoter ou à se déporter violemment dans la lingotière lorsqu'on y coule l'acier.
La surface latérale par kg d'aluminium peut être augmentée au delà de la grandeur indiquée, de quantités d'environ 20% le résultat étant que l'extrémité inférieure de la barre sera moins immergée. La surface latérale maxima' que l'on puisse utiliser est telle qu'elle ait pour effet que l'extrémité inférieure de la barre fonde juste 4 la surface ou légèrement au-dessus de la surface de l'acier fondu. Dans ce cas, l'aluminium fondu flotte à la surface de l'acier fondu et brûle. On remarquera que le phéno- qui mène que l'extrémité inférieure de la barre/se trouve au- dessus de la surface de l'acier est possible à cause de la chaleur rayonnée par l'acier fondu.
Ainsi, puivant l'invention, on procure un article de fabrication pour désoxyder et allier uh acier à de l'aluminium, consistant en une barre d'aluminium ayant une longueur de 0,30 m à3,05 m, un poids par mètre de 4,16 à 10,4 kg, et une surface latérale de 356 à 500 cm2 par kg d'aluminium. En outre, une telle barre possède une ouverture transversale à une extrémité.
De plus, suivant l'invention, on procure un procédé de désoxydation et d'alliage d'acier avec de l'alu- minium comprenant les étapes suivantes : procurer une barre d'un tel métal ayant un poids par mètre de plus de 4,16 kg.
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la placer dans une lingotière en sorte qu'elle soit de maniè- re générale, écarté'e également de ses côtés, et régl.er l'aire superficielle de la barre par kg de métal de la barre, en rapport avec la vitesse de remplissage par l'acier de la lin- gotière de telle sorte que l'extrémité inférieure de la barre soit immergée sur une distance comprise entre 2,54 et 15,2 cm en dessous de la surface de l'acier fondu.
Pour un résultat optimum, la surface latérale en rapport avec la vitesse de remplissage, peut être définie approximativement par la formule S.A. = 313 48,8 x F.R où S.A. est la surface laté- rale en cm2 par kg d'aluminium et ou. F.R, est la vitesse de remplissage (taux de remplissage) en mètre par minute et n'est pas inférieure à 1,016.
On remarquera que cet accroissement de surface latérale ne peut pas être obtenu en échancrant longitudinale.-' ment la surface de la barre ou en prévoyant des ailettes ou des lobes sur la barre ronde. Une telle échancrure longitudinale est à angle aigu et emprisonne la croûte ou l'acier en train .de se'congeler ce qui empêche alors la fusion ultérieure et la diffusion de l'aluminium dans l'acier fondu. Ainsi, la barre aura une surface extérieure généralement lisse. Toutes les formes angulaires à la surface de moins de 180 seront de préférence des courbes à modifications graduelles de l'allure.
Suivant un aspect de l'invention, la barre a une section transversale généralement oblongue avec un rapport de la largeur maxima à l'épaisseur minima d'au moins 2 1/2 à 1. L'angle minimum entre des parties éloignées d'un côté sera de 135 .
On croit que la forme de section transversale de la barre peut être généralement oblongue oit rectangulaire tant que les conditions de suspension et/ou de surface latéra- /¯¯ le indiquées ci-dessus sont maintenues. Dans des essais de coulée effectifs et ainsi suivant un aspect plus limité de l'invention, une barre oblongue ou rectangulaire possède une
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section longituale médiane d'épaisseur moindre que ces parties de bord. On croit que cette forme est avantageuse dans une barre d'un poids quelconque par pied parce qu'il semble qu'u effet de fusion amélioré se présente alors. Ainsi, si la barre était un rectangle plat, les bords tendraient à fondre plus rapidement que le centre ce qui conduirait à une seule extrémité pointue en dessous de la surface.
Cepen- dant, lorsque la section médiane est amincie suivant les aspects limités de l'invention, le résultat est un accroisse** ment de la vitesse de fusion au centre et une fusion plus régulière à l'extrémité inférieure de la barre jusqu'à un point où la section médiane peut être amenée à fondre plus' rapidement que les bords en laissant deux pointes coniques en dessous de la surface. Le résultat en est une vitesse plus grande de l'accroissement de surface latérale en dessous de la.surface de l'acier que ce ne serait le cas si l'on utilisait une barre rectangulaire. Une vitesse de fusion très accélérée de l'aluminium en résulte immédiatement en dessous de la surface de l'acier fondu.
Une autre raison possible pour le succès rencontré avec une section médiane plus mince est que le contour superficiel procuré a des courbes inversées en sorte que dans la couche d'oxyde d'aluminium qui se forme, soit créées des tensions suffisantes pour rompre continuellement la couche en sorte que l'aluminium fondu puisse passer dans l'acier.
Sous ce rapport on remarquera que la couche d'oxyde d'aluminium a une tension superficielle très élevée qui aurait pour effet d'essayer de redresser à chaque instant la courbe'inverse.
Ainsi, la tension superficielle sur la courbe inverse brise continuellement la couche d'oxyde d'aluminium. S'il en est ainsi, des courbes inverses formées d'autres façons comme par exemple en y faisant des stries ou en créelant la surface d'une section transversale de barre oblongue ou
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rectangulaire seraient efficaceso
Dans ces buts, la présente invention consiste à procurer un procédé de traitement d'acier fondu alors qu'on le coule dans une lingotière, qui consiste à mettre une barre d'aluminium allongée verticale près du plan médian de la lingotière, écartée de façon générale également des côtés de celle@ci et écartée des extrémités de la lingotière d'un tiers à la moitié de la largeur de la lingotière de- puis ses extrémités lorsque l'acier/est versé,
en sorte que l'extrémité inférieure soit fondue en dessous de la surface du bain.
L'invention consiste aussi à procurer une barre d'aluminium pour servir à la désoxydation et à l'alliage de l'acier tandis qu'on le coule dans une lingotière, la barre comprenant une.pièce allongée ayant une section transversale de largeur supérieure à son épaisseur, et la barre ayant à une extrémité des moyens de coopération avec des moyens de suspension pour le maintenir en place dans la lingotière.
L'objet principal de l'invention est de procurer des moyens et procédé nouveaux et perfectionnés pour ajouter des métaux de faible poids et de basse tempéra- ture de fusion à des métaux plus lourds et de température de fusion plus élevée tandis qu'on les coule dans une lingotière, d'un emploi simple, augmentant sensiblement la quantité de métal vendable pour chaque lingot, produisant une scorie moindre et plus propre à la partie supérieure du lingot, ayant pour conséquence moins d'inclusions métalliques dans le lingot, donnant un tuyau plus court ou un tuyau qui soit suffisamment exempt de scorie pour que le tayau disparaisse par soudure pendant une opération de laminage subséquente, et qui nécessi- te moins de métal léger avec des résultats équivalents, tout en permettant de prévoir exactement,la quantité d'alliage résiduel.
Un autre objet est le moyen nouveau et perfection-
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-né et le procédé nouveau et perfectionné pour ajouter de l'alumihium à de l'acier qui conduit à moins de déchets dans la bande laminée finale.
Un autre objet est de procurer des moyens et procédé nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'alu- minium à de l'acier, qui permettent de produire avec la même poche de l'acier calmé et de l'acier .effervescent .
Un autre objet de l'invention est de procurer des procédés et moyens nouveaux et perfectionnés pour addition -ner de l'aluminium à de l'acier, qui permettent que tout l'alu- minium soit ajouté dans la lingotière et rendent inutile 1'ad- dition de l'aluminium dans la poche.
Un autre objet est de procurer des moyens et procédé- perfectionnés et nouveaux pour ajouter de l'aluminium à de l'acier, dans lesquels une barre ayant le poids nécessaire par mètre pour ajouter la quantité désirée d'aluminium au lingot est suspendue avec son grand axe vertical dans la lingo- tière de manière telle que la barre ne s'incline pas ou ne flotte pas à la surface de l'acier fondu qu'on coule et de tel. le sorte que l'extrémité inférieure de la barre soit submergée d'une distance contr8lée en dessous du niveau supérieur du bain.
Un autre objet de l'invention est de procurer un procédé et des moyens nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'aluminium à de l'acier tandis qu'on le coule dans la lingotière, qui permettent' de prévoir exactement la quantité d'aluminium résiduel et permettent aussi d'obtenir une répar- tition uniforme de l'aluminium résiduel dans tout le lingot.
Un autre objet encore de l'invention est de procurer des moyens et procédé nouveaux et perfectionnés pour ajouter de l'aluminium à de l'acier tandis qu'on le coule dans une lingotière, qui permettent d'ajouter l'aluminium à un taux uniforme à l'acier fondu sensiblement pendant toute la coulée de l'acier et qui-utilisent l'élévation de la surface
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de l'acier fondu pour protéger l'aluminium en fusion et l'empêcher de brûler dans l'atmosphère.
L'invention peut se réaliser météri'ellement dans certaines parties et avec certains agencements de parties et dans certaines étapes et avec certaines combinaisons d'éta- pes, une forme de réalisation préférée étant décrite dans la présente demande et illustrée aux dessins annexés qui en font partie et dans lesquels : - figure 1 est une élévation vue de dessus d'une lingotière avec un courant d'acier qui s'y écoule et avec une barre conformée et placée horizontalement dans le lingot suivant une forme préférée de l'invention; - figure 2 est une coupe transversale vue de côté, de la figure 1, montrant la disposition verticale préfé- rée de la barre;
- figure 3 est une coupe transversale frag- mentée, très agrandie, faite approximativement suivant la ligne
3-3 de la figure 2 et montrant en détails la forme en coupe transversale d'une forme de réalisation préférée de la barre; - figure 4 est une vue fragmentée quelque peu agrandie d'une lingotière partiellement remplie d'acier fondu et montrant en trait plein comment on croit que l'extrémité inférieure,de la barre de la forme de réalisation préférée fond lorsque -L'acier s'élève, et en pointillés, comment à l'extrémité inférieure d'autres formes de barres fondront ;
- figure 5 est une coupe transversale de la fi- gure 2, faite approximativement suivant la ligne 5-5 mais montrant la lingotière partiellement remplie d'acier fondu et illustrant aussi avec quelques détails uh procédé préféré de suspension de la barre dans la lingotière; - figure 5a est une vue en coupe latérale frag- mentée de la figure 5 suivant la ligne 5a-5a - figures 6, 7 et 9 sont diverses formes de
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réalisation d'agencements de suspension de la barre dans la lingotière; - figure 8 est une vue fragmentée de la figure 7 faite suivant la ligne 8-8 de celle-ci; - figure 10 est un graphique montrant la re- lation des surfaces latérales par kg d'aluminium, et le taux de remplissage de la lingotière; - figures 11, 12 et 13 sont des vues fragmentées d'agencements variés de suspension de la barre;
figure 13a est une coupe transversale de la figure 13, suivant la ligne 13a-13; - figure 14 est une vue en perspective framgen tée du bord supérieur d'une lingotière suivant une variante d'agencement pour tenir des moyens de suspension de la barre; figure 15 est une vue semblable mais mon- (hottop) trant une tête chaude/modifiée pour coopérer avec le-dispositif de suspension de la barre, et - figure 16 est une vue fragmentée d'une tête chaude montrant encore une autre variante d'agencement de suspension de la barre et montrant également une variante d'agencement pour fixer la tige de suspension à l'extrémité supérieure de la barre.
En se référant à présent aux dessins dans lesquels les représentations ont pour but seulement d'illustrer une forme préférée de l'invention, et non pour but de la limiter, les figures 1 et 2 montrent une lingotière 10 avec un jet d'acier 11 qui s'y écoule et avec une barre allongée 12 qui y est suspendue au moyen d'un dispo- sitif de suspension 13 dans le but de désoxyder l'acier fondu tandis qu'il s'élève dans la lingotière et pour allier cet acier avec le métal de la barre 12.
La lingotière 10 en elle-même ne fait pas par- tie de la présente invention et elle se compose en général d'un fond 15, de parois latérales 16 et de parois d'extrémité
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17 avec une construction hàbituelle à la technique de l'aciérie.
Ainsi, les parois 16,17 peuvent avoir toute dimension horizonta- le désirée, comme connu, et peuvent avoir une hauteur verticale telle que désirée, le tout dépendant de la dimension du lingot individuel qui doit y être coulé. Ordinairement, ces lingotières ont une hauteur d'environ 1,83 m et une telle dimension sera généralement supposée utilisée dans les buts de description de la forme de réalisation préférée.
La largeur et l'épaisseur varient avec les dimensions diverses des lingots*
Le courant d'acier fondu 11 est admis à s'é- couler dans la lingotière 10 pour former un bain de métal fondu 20 dont la surface supérieure 21 s'élève dans la lingo- tière suivant un taux de remplissage déterminé par le diamètre du jet 11 et par l'aire de la section transversale horizon- tale de la lingotière. Bormalemet 1'acier aura une ligne supérieure à la ligne de remplissage 22 proche du bord supé- rieur .de la lingotière. Si on le désire on peut utiliser une tête chaude comme habituel dans cette technique. Cette tête chaude sera disposée au-dessus de la lingotière, comme on le voit à la figure 2 et elle est prévue normalement dans le but de réduire la formation d'un tuyau.
La température de l'acier s'écoulant dans la 1 ingotière est normalement de l'ordre de 1600 C et le taux de remplissage dans la lingotière variera suivant la pratique de l'usine considérée. Le taux de remplissage peut être comme on le désire, mais dans la plupart des aciéries, il est d'environ 1,52 à 1,83 m par minute, d'autres taux de remplissage peuvent être utilisés.
Les cotés 16, 17 sont normalement formés d'un matériau réfractaire capable de résister aux températures éle- vées de l'acier fondu et normalement froides au début de chaque
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coulée. Ainsi, ;e jet d'acier 11 lorsqu'il s'écoule au début dans la,lingotière 10 est saisi rapidement par le fond 15 de la lingotière. Cet acier s'apaissi rapidement du fait de son brusque refroidissement. Lorsque l'acier fondu s'élève dans la lingotière, la chaleur de l'acier est conduite rapidement aux parois 16, 17 et il durcit rapidement aussi pour former une couche indiquée de manière générale en 19 parallèlement aux parois, qui consistent en acier soit à l'état congelé, soit à l'état partiellement congelé du fait de ses effets de refroidissement rapides.
L'acier 11 peut être de l'acier calmé ou de l'acier effervescent bien que l'invention se rapporte principa lement à l'acier calmé. Ainsi, de l'acier effervescent lorsqu'il se refroidit dans la lingotière dégage rapidement des gaz qui provoquent une circulation rapide du métal dans la lingotiè- re alors que l'acier calmé reste tranquille avec une faible activité sauf l'effet d'agitation causé par le courant 11 de métal nouveau qui coule toujours.
La barre 12 peut être de tout, métal ayant un point de fusion plus bas que le métal coulé dans la lingotière, lequel peut être lui-même d'une matière autre que de l'acier.
De préférence, la barre est en aluminium à 99%
La barre 12 est généralement allongée, sa longueur en rapport avec sa surface de section transversale déterminant son poids et ainsi la densité de métal à ajouter à l'acier fondu. L'invention traite particulièrement du contrô- le de la forme en section transversale de la barre pour obtenir la surface optima par unité de poids de l'aluminium par unité de vitesse d'élévation de l'acier dans la lingotière et suivant des aspects larges de l'invention, elle peut avoir n'importe quel -le forme pour autant que la surface requise soit maintenue.
Dans des aspects légèrement plus restreints, la forme est également improtante et dans la. forme de réa-
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lisation préférée montrée, la forme en section transversale est généralement celle d'un battant de cloche en sorte que la barre comprenne une paire de parties terminales écartées, s'étendent longitudinalement, 25, d'une épaisseur transversa- le T-1 reliées et rendues solidaires par un voile intermédiaire 26 d'une épaisseur transversale T-2 moindre que T-1
En outre, suivant la forme de réalisation préférence de l'invention, les parties 25 des bouts ont une surface extérieure convexe ayant un rayon R=1 tandis que la partie en voile 26 à une surface extérieure convexe avec un rayon R-2, tout cela comme on le verra dans la suite.
Alors qu'on a montré seulement une section médiane mince on croit que la barre, dans les aspects les plus larges de l'invention, peut avoir une ou plusieurs sections minces écartées des bords. Les surfaces latérales paraîtraient alors.rugeuses, soit symétriquement l'une par rapport à 1'autre soit autrement. Les surfaces courbes aussi peuvent probablement être remplacées par des surfaces planes en formant entre elles des angles convenables.
La barre 12 est placée dans la lingotière avec son axe longitudinal vertical et avec ses côtés sensiblement écartés des parois 16, 17 et parallèlement à celles-ci en sorte que la chance que la barre vienne en contact avec ou soit immergée dans la couche en train de durcir 18 voisine des parois de la lingotière, est aussi faible que possible.
Ainsi dans la forme de réalisation préférée, la barre 12 est également espacée des parois latérales 16.
L'écartement de la paroi d'extrémité 17 doit être aussi grand que possible pour les mêmes raisons que celles qui règlent l'écartement des parois latérales. Cependant, dans ce cas, il est désirable et nécessaire de laisser de l'espace pour le jet d'acier 11 dans la lingotière et pour cette raison dans la forme de réalisation Préférée% l'écartement de la barre de l'une
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dès-parois terminales 17 est égal approximativement à un tiers jusqu'àun demi de la largeur de la lingotière Il faut noter que si le jet 11 venait en contact avec la barre 12, il y aurait danger de couper l'extrémité inférieure de la barreaved cette conséquence que cette extrémité inférieure flotterait à la surface 21 du bain de métal et fondrait et brûlerait dans l'atmosphère.
Le demandeur croit qu'il est le premier à avoir jamais remarqué la nécessité de placer ainsi une barre d'une forme quelconque dens une lingotière.
Comme indiqué, l'acier, lorsqu'il vient en contact pour la première fois avec le fond 15 de la lingotière, est rapidement refroidi. Pour cette raison, l'extrémité infé- rieure de la barre 12 est espacée du fond 15 d'une distance D . qui sera comprise de préférence entre 7 et 31 cm environ.
De manière semblable, l'extrémité supérieure de la barre 12 est écartée d'une distance E en dessous de la ligne de remplissage 22 comprise entre 15 et 46 cm environ. Il n'y a pas de raison pour que la barre 12 ne puisse s'étendre au-dessus de la ligne de remplissage 22 mais dans ce cas le métal de la barre 12 au-dessus de la ligne de remplissage 22 ne sera pas consumé ou, s'il est consumé, il sera gaspillé.
La barre 12 est suspendue ou placée dans la lingotière en sorte d'être empêchée de prendre un mouvement vertical, soit vers le bas sous l'action de la gra- vité, soit vers le haut sous l'influence des forces hydrosta- tiques exercées par l'acier fondu sur l'extrémité immergée 30, le poids de la barre elle-même résistant à ces forces de soulèvement.
Ves moyens de suspension peuvent prendre un certain nombre de formes différentes, mais dans la forme de réalisation préférée, la barre possède une ouverture transver- sale 32 à travers la portion en voile 36 généralement suivant la ligne centrale de la barre et tr.ès voisine de l'extrémité supérieure de la barre.
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Les moyens de suspension 13 coopèrent avec cette ouverture 32 pour suspendre la barre 12 dans la position désirée. Ces moyens de suspension, dans la forme préférée de l'invention, consistent en une tige d'acier ou d'aluminium en forme de V, comprenant un sommet 33 placé dans l'ouverture 32 et une paire de branches 34 divergeant vers le haut et vers l'extérieur et ainsi horizontalement comme en 35 en tra- vers des extrémités supérieures des parois latérales lé.
De préférence, le fil au delà des surfaces extérieures des parois latérales 16 est recourbé comme en 36 et de là il passe autour de moyens de retenue tels que les taquets 18 comme en 37 Des oeillets 75 peuvent être employés aussi dans lesquels les branches passeront et. ils seront coudés vers le haut comme montré à la figure 14, ces oeillets étant soudés à l'enveloppe d'acier extérieure 76 de la lingotière comme en 77.
Figure 15 montre de tels oeillets 79 faisant partie intégrante du coté 80 d'une tête chaude habituelle.
Evidemment, les taquets 18 ou les oeillets 77 ou 79 seront situés de telle sorte ou écartés de telle sorte de l'extrémité 17 de la lingotière qu'ils placent correctement la barre 12 dans le moule.
Figure 16 montre encore une autre variante d'agencement dans laquelle une tête chaude ayant des c8tés 85 et des extrémités 86 a une pièce de support qui en fait partie 87, s'étendant transversalement entre les c8tés 85 et écartée d'une distance D de l'extrémité 86 pour placer correctement la barre dans la lingotière. Cette pièce-support 87 a de préférence un ou plusieurs passages 88 s'étendant verticalement disposés de manière opposée, ces passages, dans la forme de réalisation montrée, recevant les branches parallèles écartées 89,90 d'un agencement de suspension ayant une pièce de base qui en fait partie 91 s'étendant au-dessus et reposant sur la surface supérieure de la pièce-support 87.
Des passages 88
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donnent une stabilité latérale aux branches 89,90 et ainsi à la barre 12 qui y est suspendue.
La branche 90 diverge de préférence légèrement vers l'extérieur à son extrémité inférieure 92 pour faciliter le montage des branches 89, 90 dans les passages 88.
La branche 89 s'étend vers le bas en se termi nant en une partie horizontale espacée parallèlement 93,94 faisant partie d'un élément espaceur 95. La branche supérieure 93 repose sur l'extrémité supérieure de la barre 12 tandis que la branche inférieure 94 s'étend à travers l'ouverture 32 et est coudée vers le haut comme montré en sorte de retenir de façon permanente la barre 12 sur le système de suspension.
La situation des passages est de préférence médiane entre les côtés 85 Cependant, on remarquera que le plan central de la barre 12 est écarté légèrement du plan central des branches 89,90. Normalement ceci n'aura pas d'effets fâcheux, et s'il en était ainsi, la disposition des passages 88 peut être écartée légèrement du plan médian entre les cotés 85 pour compenser cette situation.
Avec l'un ou l'autre des agencements, la barre 12 sera fermement supportée par la lingotière.
Il est évident que ces agencements de support seront satisfaisants pour porter une barre dans une poche si on le désire et l'invention comprend une tête chaude -de poche ou de lingotière, ayant des taquets, des oeillets ou un pont de support comme montré aux figures 5, 14 et 16 respectivement.
Dans la forme de réalisation montrée à la figu- re 5, le fil immédiatement près du sommet 33 s'étend vertica- lement vers le haut comme en 38 sur une courte distance à peu de distance des deux côtés de la portion ou voile 26 au-dessus de l'ouverture 32. Des portions 38 procurent un certain degré de stabilité latérale à la barre 12, empêchant la barre 12 de prendre un mouvement latéral lorsque l'on coule
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1'acier dans la lingotière. On remarquera que l'extrémité inférieure 30 est immergée en dessous de la surface 21 qui est en violente agitation et cet acier violemment agité exercera des forces latérales sensibles sur la barre 12. Le dispositif de suspension aide à empêcher ceci.
Sous ce rapport, cependantil faut remarquer qu'avec le placement de la largeur de la barre 12 parallèle- ment aux parois latérales 16 et par le placement de la barre 13 plus près d'une paroi extrême 17 que de l'autre, et en ver- sant l'acier plus près de l'autre paroi extrême, les courants d'acier agité dans la lingotière tend à exercer la forfe minime sur la barre 12 tendant à la déplacer de la position verticale montrée.
Ainsi, comme on le voit à la figure 5, si le jet d'acier dans la lingotière est dans le plan central entre les parois latérales 16, des courants de convection les symétriques 40 s'établiront en sorte que/ forces exercées sur des cotés opposés de la barre 13 par les courantw 40 seront généralement égales et se compenseront ainsi mutuelle- ment.
Par contre, comme montré à la figure 2, pour que l'acier s'écoule dans l'espace du côté de la barre éloignée du jet d'acier, il y a un mouvement horizontal sensiblement unidirectionnel comme indiqué par les courants 41 et ces courants tendent à déplacer la barre 12 vers la paroi d'extrémité éloignée du jet d'acier. Cependant, parce que l'air de la barre 12 présenta à ces courants de convection est mainteneà un minimum suivant l'invention, le mouvement de la barre vers la paroi d'extrémité 17 est maintenu à un minimum!.
Pour installer la barre 12 comme montré à la figure 5, le fil destiné à former la suspension 13 est passé d'abord par l'ouverture 32, et le fil est ensuite coudé vers le haut en sorte que les deux branches se trouvent de manière
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générale parallèle l'une à l'autre. Ensuite, on les coude vers l'extérieur pour former les branches 34 et alors lorsque la bar- re 12 est placée dans la.lingotière, on coude le fil pour for- mer les parties 35, 36. Il faut remarquer que l'angle entre les branches 34 et la longueur de ces branches détermineront le placement vertical de la branche 12 dans la lingotière.
Un peut .utiliser d'autres moyens pour suspen- dre la barre 12 dans la lingotière. Par exemple, on pourrait souder une paire de fils à l'extrémité supérieure de la barre,
En variante, à la figure 6, un fil 45 est enfilé à travers l'ouverture 32 et chaque extrémité est coudée d'un angle de 135 environ pour former une boucle 46 au sommet du V
Figure 7 montre un autre agencement en varian -te dans lequel un tronçon de fil est doublé sur lui-même comme en 50 et cette extrémité doublée est alors conformée en crochet 51 qui passe par l'ouverture 32. Les deux extrémités libres du fil s'étendent alors verticalement vers le haut comme en 52 sur une courte distance et divergent ensuite comme en 53 aux extrémités supérieures des parois latérales 16.
Cet agencement est précieux en ce qu'il ne nécessite pas que le fil soit enfilé à travers l'ouverture 32 ce qui dans certains cas peut être un processus laborieux. A la figure
7, l'extrémité du crochet 55 est montré en pointillés comme s'étendant extérieurement suivant un angle. Ceci facilite l'introduction du fil par l'ouverture 32. Ensuite, à l'aide d'un marteau-rivoir ou autrement, l'extrémité 55 peut être repliée tout contre les côtés de la barre au-dessus de l'ouverture 32 comme indiqué en trait plein.
La figure 9 montre encore une autre variante de réalisation dans laquelle un simple fil transversal 60 est prévu, avec des parties en crochet 61 pour s'adapter au- dessus des côtés extérieurs de la lingotière. Un second fil 63 fixé au centre du fil 60 au moyen d'un oeillet 64 ou par d'autres moyens convenables tels que le soudage, s'étend verticalement vers le bas à partir de celui-ci et possède un
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crochet 66 à son extrémité inférieure, qui passe par l'ouver- ture 32 .
A la figure 11, une bague de forme ovale 70 est descendue sur les branches 34 et poussée à force contre le dessus de la barre 12. Elle pince les parties 38 contre les cotés de la barre et dans certains cas repose sur l'extré- mité de la barre ce qui produit une plus grande stabilité de la barre pendant la coulée. Les branches 34 sont coudées vers l'extérieur à partir de la barre qu'elles utilisent comme point d' appui. La figure 12 montre les parties 38 recourbées au-dessus de l'extrémité supérieure de la barre et soudées par points en 71.
La figure 13 montre encore un autre agencement dans lequella barre 12 a une cran longitudinal 32' s'étendant horizontalement et transversalement vers l'intérieur d'un bord vers le plan central de la barre 12 près de l'extrémité supérieure. Ce cran a une hauteur verticale juste suffisante pour recevoir le dispositif de suspension 13 qui, dans la forme de réalisation montrée est en forme de rectangle en sorte de donner à la barre 12 une stabilité latérale lorsqu'on la sus- pend dans la lingotière. Comme montré, la barre 12 est rescourbée comme en 72 en la frappant avec un marteau pour bloquer solidement le dispositif de suspension 13 dans le cran 32
En fonctionnement, on'place une barre 12 dans chacun d'une série entière de lingotière avant d'y cuuler l'acier.
On coule ensuite l'acier dans la lingotière comme montré à la figure 2 à partir d'un bec d'une poche(non montré) en prenant soin que le courant ou jet d'acier ne touche pas la barre. Le premier acier frappe le fond de la lingo- tière et se congèle relativement vite,, Ensuite l'acier comme à l'élever dans la lingotière comme montré. L'extrémité inférieure de la barre est d'abord échauffée par radiation venant de l'acier chauffé au rouge. Dès que la surface 21 de
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l'acier touche l'extrémité inférieure de la barre, la chaleur transférée à la barre est beaucoup plus rapide et la barre commence à fondre. Comme.il y a moins de métal dans la partie en forme de voile, le taux de fusion est accéléré , taux de fusion que l'on peut contrôler en réglant l'épaisssuer T-2.
Ainsi, comme l'épaisseur T-2 est faite de plus en plus faible, on pense que l'extrémité inférieure de la barre vue de côté prendra une forme concave généralement comme en 65 avec une paire de pointes 66 de chaque coté de cet évidement. Lorsque l'épaisseur du voile T-2 est augmentée, la pointe 65 passera graduellement en alignement avec les pointes 66 comme indiqué par la ligne en pointillés 67 et si on amène l'épaisseur T-2' à la même valeur que T-1 la barre aura une pointe comme indiqué généralement par les lignes pointillées 68
Cette fusion non uniforme semble aider à romre le film d'oxyde qui se forme normalement autour de l'aluminium et qui, jusqu'à présent, empêchait ou rendait difficile la fusion et la diffusion dans le cas de formes plus ordinaires.
Le film d'oxyde a une tension superficielle très élevée et tend à forcer le métal fondu à prendre une forme ronde.
Avec la forme de la réalisation préférée, la tendance est de former deux cylindres écartés et la force entre ces deux cylindres dépasse finalement la résistance à la rupture du film qui se déchire. Une fois que le film est déchiré, l'alu- minium fondu peut se mêler librement à l'acier.
Evidemment, on croit les surfaces latérales peuvent être des surfaces planes qui se rencontrent suivant un angle à la sentin médiane mais s'il en est ainsi, l'angle entre ces surfaces doit être grand, si possible entre 135 et 175
On croit aussi une surface seulement doit ravoir cette courbure concave ou qu'il est possible que l'effet de¯ rupture du fil d'oxyde puisse être obtenu en rentrant la surface de la barre par une multiplicité d'évidements concaves
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placés suivant sa longueur. En variante, l'une ou l'autre face de la barre peuvent être rendus rugueuxe.
La forme montrée avec les deux côtés de la bar- re qui sont concaves s'est montrée satisfaisante en pratique et elle s'accorde avec les aspects légèremet plus limités de l'invention.
On croit que la forme a pour effet de rompre le film avec tant de sûreté qu'on puisse l'utiliser avec le barre placée d'après les anciennes méthodes. Le placement tel que décrit plus'haut est préféré. Une fois que le film a été rompu, les couches supérieures immédiates de l'acier fondu, voisines de la surface 21, qui sont violemment agitées, tendent à enlever toute particule de la barre 12 dès qu'el- le atteint l'état fondu. Labarre fondue 12 entre alors dans 'acier par gouttes très fines ou sous forme dispersée.
A cause du très petildegré de submersion de la barre 30 le métal immédiatement vers l'intérieur de la surface conserve sa résistance et n'est pas amolli de telle sorte que toute une .Masse plastique puisse se détacher de l'extrémité inférieure de la barre 12 et venir flotter autour de la barre dans l'acier fondu, comme une balle, séparée de l'acier par une couche d'oxyde. Il y a une addition continue contrôlée et uniforme d'aluminium à l'acier pendant sensiblement toute la coulée-
Chaque pouce d'acier est immédiatement et uniformément mêlé à l'aluminium. Il en résulte des quantités résiduelles uniformes.
Ainsi, suivant l'invention, l'extrémité inférieure de la barre 12 doit être immergée en dessous de la surface montante 21 mais ne doit pas l'être excessivement.
Dn croit qu'une distance de trois pouces est un optimum, six pouces un maximum et un pouce un minimum.
Le degré d'immersion dépend de la vitesse d'éléva- tion de la surface 21 en liaison avec un certain nombre de Fac- teurs qui dépendent tous de la surface latérale intiale de la barre qui, suivant l'invention, sont proportionnés en sorte
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de donner l'immersion désirée.
Comme chaque usine a sa vitesse de remplissage déterminée, normalement la surface latérale de la barre est réglée en sorte de contrôler le degré d'immersion de l'extrémi- té inférieure.
Il y a une surface optima pour chaque taux d'é- lévation, qui est montrée sur le graphique de la figure 10 où le- taux d'élévation dans la lingotière est reporté par rapport à la surfare par livre d'aluminium de la barre.
Suivant ce graphique, un taux d'élévation de 1,32 m par minute nécessite une surface d'environ 356 cm2 par kg. Un taux de remplissage de 1,83 m par minute nécessite une surface d'environ 400 cm2 par kg et un taux d'élévation de 2,80 m par minute nécessite une surface de 440 cm2 par kg pour obtenir les résultats optimum.
Il est normalement nécessaiee d'ajouter de 6,8 à 11,3 kg d'aluminium à une lingotière de 1,83 m et la longueur maxima de la barre sera comprise encre 1,22 et 1,53m.
Si Ilion doit utiliser une barre unique 12, elle doit avoir alors un poids minimum par mètre de 4,43 à5,9 kg ,et un poids maximum par mètre de 7,42 à 8,94 kg. En se reportant au schéma,, dans lequel les poids par mètre de barres rondes, cylindriques ont été imposés on verra que pour des taux de remplissage plus grande que 1,83 m par minute ce qui est un taux souvent utilisé dans l'industrie de l'acier, une barre ronde de ces poids n'est pas satisfaisante. Une barre ayant une surface plus grande que celle d'une barre ronde doit être utilisée.
De telles surfaces, suivant l'invention, sont obtenues en réglant la forme en section transversale dela barre pour aug- menter son périmètre tout en maintenant constante l'aire de sa section transversale.
D'après le graphique montré à la figure 10, la surface latérale optima de la barre rapportée au taux de rém-.
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plissage peut être défini approximativement par la formule : S.A 313 + 48,2 F.R. où S.A. s'exprime en cm2 par kg (en négligeant l'aire de la section transversale de l'ex- trémité) et où F.R. s'exprime en mètre par minute.
On croit que le procédé de placement de la barre dans la lingotière et de proportionnement de l'aire de la surface latérale de la barre par kg d'aluminium par rap- port au taux d'élévation de l'acier dans la lingotière de telle sorte que l'extrémité inférieure soit plongée d'une distance contrôlée en dessous de la surface qui s'élève de l'acier, est un progrès nouveau et décisif dans la fabrica- tion de l'acier calmé et que ceci seul contribue grandement aux résultats améliorés obtenus dans la fabrication de l'acier.
On croit que la section médiane mince contribue aussi à ces résultats désirables en donnant une forme qui est cause.par soi-même que tout film d'oxyde d'aluminium qui se forme est rompu continuellement en sorte que l'aluminium fondu puisse s'écouler à travers l'acier fondu.
La barre illustrée à la figure 3 suivant les formes de réalisation préférées de 1'inventin a les dimensions approximatives suivantes pour les taux de rem- plissage indiqués.
EMI33.1
<tb>
Taux <SEP> de <SEP> remplissage <SEP> en <SEP> mètre <SEP> par <SEP> minute <SEP> 1,83 <SEP> 2,54
<tb>
<tb> Boids <SEP> par <SEP> mètre <SEP> en <SEP> kg <SEP> 7,14 <SEP> 4,45
<tb>
<tb> W <SEP> - <SEP> cm <SEP> 10,2 <SEP> 7,6
<tb>
<tb> T-1 <SEP> cm <SEP> 3,49 <SEP> 2,85
<tb>
<tb> T-2 <SEP> cm <SEP> 1,9 <SEP> 1,58
<tb>
<tb> Rl <SEP> cm <SEP> 1,74 <SEP> 1,42
<tb>
<tb> R-2 <SEP> cm <SEP> 5,71 <SEP> 3 <SEP> ,17 <SEP>
<tb> Surface <SEP> par <SEP> kg <SEP> d'aluminium, <SEP> cm2 <SEP> 400 <SEP> 440
<tb>
Ces dimensions ont été trouvées satisfaisant tes dans les conditions indiquées. Evidemment, on peut les modifier dans les limites qui dépendent du poids par mètre
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désiré. Pour autant qu'on le sache, la forme mohtrée est effi- cace et nouvelle pour tout poids par mètre..
La barre peut êtreen aluminium, coulé, laminé ou extrudé et elle est faite de préférence en aluminium pur à 99% Elle peut être de pureté moindre mais comme les impuretés peuvent varier de barre à barre, une variable indé- dirable peut également être introduite. Il est naturellement possible d'utiliser la barre dans le but d'introduire de petites quantités d'autres éléments en les alliant à l'alu- minium. Evidemment,'la barre peut être entièrement de tout au- tre métal qu'on désire ajouter à l'acier. L'aluminium est effica- ce et on n'a pas fait d'essais avec d'autres métaux.
Pour utiliser la présente invention, le métallurgiste doit d'abord déterminer le poids total de barre à mettre dans chaque lingotière. Celui-ci variera sui- vant la quantité d'aluminium résiduel désirée et suivant la teneur en oxygène de l'acier lorsqu'on le coule dans la lingotière, laquelle varie à son tour surtout suivant la .quantité d'aluminium, s'il y en a, qu'on a ajouté à la poche.
Des taux résiduels de 0,04 à 0,06% sont ordinaires; c'est-à- dire de 0,363 kg ) 0,545 kg d'aluminium par tonne d'acier.
Alors que dans les'pratiques antérieures, il: était habituel d'ajouter tout l'aluminium dans la poche et si les métallurgistes désirent continuer cette pratique, le poids de la barre ou des barres par tonne de lingot est gait égal au résidu effectif désiré par tonne d'acier + 20% pour compenser les pertes ou gaspillages d'aluminium.
Cette quantité peut être considérée comme base et l'on emploiera des quantités additionnelles lorsque des quantités réduites d'aluminium sont employées dans la poche.
Ainsi, une pratique préférée est de réduire d'un tiers la quantité d'aluminium utilisé dans la poche et alors d'ajouter 20% d'aluminium à la quantité de base précitée pour compenser l'augmentation d'oxygène dans l'acier lorsqu'il s'écoule dans la lingotière.
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Dans certains cas, si le métallurgiste désire réduire la quantité d'aluminium employée- dans la poche, à une quantité où;l'acier est juste au point où il écumerait, le métallurgiste doit ajouter alors 40% 'à la quantité de base pour compenser cette quantité accrue d'oxygène.
Lorsqu'on n'utilise pas d'aluminium dans le, po- che et que la présente invention permet cette pratique, la quantité d'aluminium sera augmentée de 80% en plus de la quantité de base précitée.
Comme il est normalement habituel dans les pra- tiques antérieures d'employer de 1,83 à 2,27 kg d'aluminium par tonne d'acier lorsqu'on ajoute tout l'aluminium dans la - poche, on verra qu'en utilisant la présente invention des économies sensibles sur la quantité totale d'aluminium sont possibles.
Le métallurgiste, connaissant le taux de remplis- sage de sa lingotière, détermine alors la surface latérale de la barre par kg d'aluminium. Cette surface latérale est critique entre certaines limites. Si elle est trop grande, l'extrémité inférieure de la barre fond trop près sous la surface d'acier qui s'élève et il y a plus d'aluminium gaspillé par combustion dans l'atmosphère.
Si 1'aireest trop petite, l'extrémité inférieure dé la barre est immergée au- dessous du niveau montant de l'acier et un certain nombre de résultats fâcheux s'en suivent, par exemple les effets hydrostatiques de l'acier sur la barre deviennent trop grands au point que vers l'extrémité du remplissage, la barre tendra à flotter à la surface ou bien l'extrémité immergée de la barré devient plastique et perd sa résistance au point que des globu les d'aluminium se détachent dans l'acier fondu et étant proté- gés par une couche d'aluminium, soit flottent à la surface, soit sont prisés dans le métal congelé en y laissant de grandes inclusions d'aluminium.
A l'essai de flottement de la barre à la surface, on peut s'opposer en fixant rigidement la barre
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pour l'empêcher de pivoter autour de son point de suspension et/ou en attachant le dispositif de suspension aux côtés de la lingotière comme indique.
La longueur maxima de barre pour une lingotière de 1,83 m de haut est approximativement de 1,53 m et le métallur- giste doit alors choisir une barre ayant la surface latérale désirée par kg d'aluminium et ayant un poids par mètre tel qu'il lui donne approximativement la quantité d'aluminium qui doit être ajoutée pour lui donner les résultats désirés. Si une telle barre ne donne pas un poids suffisant d'aluminium, on peut ajouter une seconde barre ou bien on peut ajouter de l'aluminium additionnel dans la poche.
On a trouvé qu'une barre pesant 4,45 kg par mètre ayant une surface latérale de 440 cm2 par kg d'aluminium, une barre pesant 7,12 kg par mètre ayant une surface latérale de 400 cm2 par kg d'aluminium et une barre pesant 8,92 kg par mè- tre ayant une surface latérale d'environ 356 cm2 par kg d'a- luminium satisferont sensiblement à toutes les pratiques d'u- sine actuellement en usage. On remarquera que les barres plus petites sont employées avec des lingotières de plus peti- tes dimensions, mais comme cette plus petite dimension est obtenue en réduisant les dimensions horizontales, le résul- tat est que normalement avec des lingots plus petits, on adopte un taux de remplissage plus élevé.
Il faut remarquer aussi qu'à cause du fait qu'on ajoute l'aluminium à. un taux uniforme à la lingotière tandis que l'on coule l'acier dans la lingotière et parce qu'on l'ajoute en particules si fi- nes qu'il se produit une dissolution presque complète, une teneur résiduelle uniforme dans le lingot de haut en bas et de bord à bord peut être obtenue sans aucune inclusion soit d'aluminium soit autre dans le lingot.
En conséquence, on obtient des rendements sensiblement accrus de chaque lingot et le métallurgiste peut être assuré du fait que tout le produit
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final de chaque lingot pourra être utilisé dans le Blême but, par opposition aux pratiques antérieures où seulement des par- ties du lingots étaient telles qu'on les désirait èt pouvaient être employées pour le but prévu tandis qu'on devait vendre le reste dans d'autres buts.
Avec des lingots étroits dans un sens et large dans l'autre, on peut utiliser deux barres écartées chacune comme décrit ci-dessus et on versera l'acier dans le centre exact du moule.
On remarquera qu'en utilisant la présente invention, il est possible d'ajouter tout l'aluminium dans la lingo- tière avec des rendements accrus dans l'utilisation de 1'alu- minium. Normalement, cependant, la pratique des usines demandera quelque addition d'aluminium dans la poche.
On croit que les demandeurs sont les premiers à avoir constaté qu'une barre d'aluminium peut être utilisée pour l'addition d'aluminium à de l'acier fondu tradis qu'on le coule dans la lingotière si la surface latérale de la barre par kg d'aluminium contenu en elle est en rapport avec le taux de remplissage d'acier dans la lingotière.
Les demandeurs croient aussi qu'ils sont les premiers à apprécier le fait que la barre doit être suspendue dans le plan central de la lingotière de manière telle que la barre conserve toujours un axe vertical pendant toute la coulée.
Les demandeurs pensent aussi qu'ils sont les premiers à remarquer qu'une barre ayant une largeur supérieure à son épaisseur, et avec une section centrale plus mince qu'aus bords peut être employée avec profit pour la. désoxydation de l'acier fondu. Alors qu'on croit que l'invention est appli- cable à d'autres formes de barres, on croit que la forme décri- te donne des résultats optima.
Les formes de réalisation préférées de l'inven- tion décrites illustrent l'invention. Manifestement, des modifications et des variantes différant de la forme de réalisa
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-tion préférée se présenteront à ceux qui lisent et comprennent cette description mais tout en restant dans le champ de l'invention. L'intention des demandeurs est de comprendre dans l'invention ces changements et variantes.
REVENDICATIONS..-
1 Procédé pour traiter de l'acier fondu tandis qu'on le coule dans une lingotière, comprenant le place ment d'une barre d'aluminium verticale allongée à proximité du plan médian de la lingotière, à distance généralement égale des cotés et à distance des extrémités du tiers à la moitié de la largeur de la lingotière depuis ses bords, tandis que l'acier y est versé en sorte que l'extrémité inférieure fonde en dessous de la surface du bain fondu.