~0~8321 La présente invention concerne l'élaboration, au conver- tisseur, d'aciers lnoxydables et s'applique particulièrement bien à l'élaboration d'aciers inoxydables à très basse teneur en car- bone. L'élaboration des aciers inoxydables pose des problèmes particuliers en raison, d'une part, de leur teneur en chrome éle- vée et, d'autre part, de la nécessité d'avoir une teneur en car- bone aussi faible que possible. En effet, l'existence d'un équi- libre, entre le carbone, le chrome et l'oxygène impose une limite inférieure, dépendant des conditions opératoires, à la teneur en carbone du bain. Les procédés les plus anciens de préparation d'aciers inoxydables consistaient essentiellement à affiner au four élec- trique des charges composées principalement de déchets d'acier inoxydable. Mais, par cette méthode il n'était pas possible d'ob- tenir des aciers très doux, à moins de partir de produits à très faible teneur en chrome et d'effectuer, en fin d'affinage, des additions de ferro-chrome à très bas carbone. L'injection d'oxy- gène, au cours du traitement au four électrique, a eu pour résul- tat une amélioration sensible en permettant d'élever fortement latempérature du bain, et de déplacer ainsi les équilibres carbone- chrome-oxygène. Cependant, même dans ces conditions, il n'était pas possible de préparer directement des aciers inoxydables contenant moins de 0,04% de carbone, en outre les hautes tempéra- tures nécessaires entraînaient de fortes consommations thermiques et une usure rapide des réfractaires. L'utilisation du vide d'abord, puis celle, constituant un progrès encore plus important, d'un diluant gazeux de l'oxyde de carbone ont pu permettre de descendre jusqu'à de très faibles teneurs en carbone sans pertes en chrome trop importantes et sans élévation trop grande de la température d'affinage. Depuis, quelques améliorations, d'ordre économique, par emploi de dilu- ants moins onéreux, ont été proposées. ~ ' -- 1 -- 10~83Zl Le but de la présente invention est de fournir un nouveau procédé perfectionné d'élaboration d'aciers inoxydables, ayant notamment 1'avantage sur les procédés connus d'augmenter la durée de vie des réfractaires du récipient d'affinage. A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'élaboration, au convertisseur, d'acier inoxydable dans lequel on insuffle, à l'aide d'au moins une tuyère comportant des circuits coaxiaux indépendants, un gaz d'affinage oxydant dans le bain métallique, par le conduit central de la tuyère, caractérisé en ce que l'on utilise comme gaz oxydant de l'oxygène pur, on dilue ensuite cet oxygène par de l'argon gazeux et on injecte de l'argon liquide par le circuit péri- phérique de la tuyère, et en ce qu'on poursuit l'affinage jusqu'à atteindre la teneur en carbone ~inale désirée. On pourrait commercer la dilution par l'argon gazeux avant que la teneur en carbone soit celle d'équilibre avec le chrome à la température du bain, n'insufflant ainsi de l'oxygène pur qu'en début d'affinage. Cependant, de préférence, suivant une autre carac- téristique de l'invention, on dilue l'oxygène par de l'argongazeux au moment où la teneur en carbone est devenue voisine de celle de l'équilibre avec le chrome à la température du bain, la dilution étant telle que le volume d'argon soit supérieur ~ celui de l'oxygène, et on poursuit l'affinage par de l'oxygène pur iusqu'à atteindre la teneur en carbone finale désirée. Dans les procédés connus, le gas diluant accomplit en fait deux fonctions distinctes: une fonction métallurgique et une fonction de refroidissement des tuyères. La première de ces fonctions, qui consiste à déplacer les equilibres carbone-chrome-oxygène, par diminution de la pression partiel- B -2- 1~398;3Z~ le de l'oxyde de carbone, vers une oxydation prépondérante du carbone, s'exerce surtout pendant la fin de l'affinage. La seconde fonction, bien qu'elle ne soit pas considérée comme la fonction principale, s'exerce pendant toute la durée de l'insufflation du gaz diluant. Comme on le comprend, 1 r idée de base de l'invention est de dissocier partiellement ces deux fonctions en les faisant remplir par un même corps9 l~argon sous deux états physiques diffé- B 83Zl rents, chacun d'eux étant plus spécialement adapté à l'accomplissement de l'une des fonctions. En effet, si, du point de vue refroidissement, on com- pare l'argon gazeux et l'a~gon liqui~e on voit que le premier su- bit seulement un échauffement d'environ 25~C à environ 1~00~C, absorbant ainsi 0,19~ thermies par kg, tandis qu'avec le second on peut enlever 0,260 thermies par kg. De plus, avec un gaz li- quéfié, et c'est là un résultat inattendu, l'absorption d'éner- gie est très localisée au nez de la tuyère et par conséquent l'effet obtenu encore plus important que ne le laisserait prévoir la thermodynamique. Donc, pour un même refroidissement il faut utiliser beaucoup moins d'argon liquide que d'argon gazeux et on peut même, avec l'argon liquide, abaisser beaucoup plus la tempé- rature des tuyères en évitant ainsi leur usure. Suivant une ca- ractéristique du procédé selon l'invention, on n'insufflera pas d'argon gazeux pendant la période d'affinage proprement dite, tant que l'on ne sera pas proche des teneurs d'équilibre. Par contre, pour l'accomplissement de sa fonction métallurgique, seu- le compte la quantité d'argon employé: il doit être insufflé a- vec un débit suffisant pour diluer efficacement l'oxyde de carbo- ne. Il est par conséquent plus avantageux de l'utiliser sous forme gazeuse et, au cours de la fin de l'affinage, on insufflera un mélange d'oxygène et d'argon à teneur élevée en argon. De l'argon liquide sera cependant injecté pendant cette partie de l'affinage afin de refroidir efficacement les tuyères et d'éviter leur usure. On peut donc, avec le procédé selon l'invention, régler le refroidissement des tuyères indépendamment des problèmes mé- tallurgiques de décarburation et réaliser ainsi, par emploi judi-- cieux de l'argon sous deux états physiques, une économie totalede cet élément importante, de l'ordre du quart de la quantité né- cessaire lorsqu'il est insufflé sous forme gazeuse seulement. ,' ~! 10"~3321 Un des problèmes rencontrés lors de l'élaboration d'a- ciers inoxydables par les procédés utilises jusque-là est celui de la tenue des réfractaires: un revêtement dure, en effet, géné- ralement une quarantaine et au maximum une centaine de charges. L'usure prépondérante ne se situe pas au niveau du laitier, pour- tant aggressif, mais à celui des tuyères. Le procédé selon l'in- vention, ayant pour résultat un refroidissement plus efficace des tuyères permet, et ce n'est pas un avantage négligeable, de pro- longer la durée de vie des garnissages. De préférence, ces tuyè- res seront placées au fond du convertisseur et non sur les cotés,afin de ne changer, pour un certain nombre de réfections du ré- fractaire tout au moins, que le fond du convertisseur. D'autre part, lorsque le refroidissement des tuyères est assuré par l'argon gazeux seul, il n'est pas possible, par suite de la protection insuffisante des tuyères, d'avoir une pé- riode d'affinage proprement dit, c'est-à-dire avant d'atteindre le voisinage de l'équilibre, très longue et donc d'insuffler un fort volume d'oxygène. Par conséquent il n'est pas possible, par ce procédé, d'affiner des charges à très haute teneur initia- le en carbone et généralement, le métal traité contient initia- lement 1,~ à 3% de carbone. Par contre, avec le procédé selon l'invention, les tuyères sont refroidies de façon suffisamment efficace pour permettre, sans usure trop importante, de très lon- gues périodes d'affinage proprement dit. On peut donc partir de charges fortement carburées, et en particulier de fontes au chro- me contenant jusqu'à 7/O de carbone. A titre de variante d'exécution, pendant la période d'affinage proprement dit, on peut remplacer l'argon liquide par de l'oxygène liquide, utilisant ainsi, puisqu'il s'agit d'un af- finage simple, le procedé objet du brevet français n 2.362.932, on peut meme éventuellement pendant cette période assurer le refroidissement à l'aide d'azote liquide. Ces deux - 4 - 10~#321 gaz liquéfiés ont, par rapport à l'argon liquide l'avantage d'ê- tre d'un prix de revient moins élevé, c'est pourquoi il peut être intéressant de les employer. Bien entendu, lorsque l'on atteint le voisinage de l'équilibre carbone-chrome-oxygène il convient d'insuffler un mélange d'oxygène et d'argon gazeux par le con- duit central de la tuyère et d'injecter de l'argon liquide par le circuit périphérique. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention ne né- cessite pas de dispositif particulier: il suffit de tuyères classiques à double alimentation, comportant un conduit central, pour les gaz et un circuit périphérique, pour l'argon liquide, de sections convenables. Des tuyères de ce type sont couramment utilisées dans les techniques d'affinage par le fond. Elles sont formées de deux tubes concentriques entre lesquels est ména- gé un espace annulaire; les gaz sont insufflés par le tube cen- tral et le liquide est injecté par l'espace annulaire. On peut également utiliser des tuyères à triple circuit d'alimentation formées de trois tubes coaxiaux de dimensions convenables, l'o- xygène etant insufflé, par exemple par le tube central, l'argon gazeux par l'espace annulaire central et l'argon liquide injecté par l'espace annulaire extérieur. Ces tuyères, un convertisseur d'affinage en comporte généralement plusieurs, seront de préfé- ; rence placées dans le fond, afin de bénéficier de tous les avan- tages du procédé selon l'invention, mais il est bien clair que d'autres dispositions pourraient également convenir. Le procédé selon l'invention peut être illustré à l'ai- de de l'exemple, nullement limitatif, suivant. La charge préala- blement fondue, généralement au four à arc contient de 1,5 à 3% de carbone et de 0,5 à 1,5% de silicium. La teneur en chrome est voisine de celle correspondant aux spécifications de l'acier inoxydable que l'on veut préparer. L'affinage débute par souf- flage d'oxygène pur, dans le circuit central des tuyères, de l'ar- 10~83Zl gon liquide étant injecté par le circuit périphérique. L'insuf- flation d'oxygène pur peut être continuée jusqu'à ce que la te- neur en carbone du bain soit voisine de la teneur d'équilibre a- vec le chrome, c'est-à-dire généralement voisine de 0,3%. Mais on peut également commencer à insuffler de l'argon gazeux en quan- tité relativement faible (le rapport des quantités, exprimées en volume d'oxygène et d'argon étant au plus égal à ~) avant d'at- teindre cette teneur. Lorsqu'on atteint une teneur en carbone voisine de la teneur d'équilibre avec le chrome, il est nécessai- re, pour éviter une oxydation abusive du chrome, de déplacer l'é- quilibre carbone-oxygène. Pour cela on réduit la quantité d'oxy- gène insufflé et on augmente celle d'argon jusqu'à ce que les rapports des quantités respectives, en volume, de ces deux gaz soient de l'ordre de 1. On continue à injecter de l'argon liqui- de par le conduit périphérique mais, l'argon gazeux étant en quan- tité suffisante pour participer au refroidissement des tuyères, le débit d'argon liquide peut éventuellement être réduit. Lors- ~ -- que la teneur en carbone finale désirée, qui peut être inférieure à 0,01% est atteinte, on cesse l'insufflation d'oxygène, de l'ar- gon gazeux continuant à être insufflé, et on procède à la réduc- tion du chrome qui, en faible quantité, a pu être oxydé. Cette réduction est effectuée à l'aide de ferrosilicium ou d'aluminium ou d'un mélange des deux. On procède ensuite aux additions fina- les, permettant d'ajuster les teneurs en éléments d'alliage aux valeurs désirées, et à une éventuelle désulfuration. L'acier peut alors être coulé. L'élaboration d'acier inoxydable par le procédé selon l'invention nécessite environ 15 à 25 Nm d'oxygène par tonne, ainsi que 0,1 à 0,3 kg environ d'argon liquide par Nm3 d'oxygène insufflé. Cet argon est sous une pression de 1 à 10 bars environ et sa température est voisine de - 170C. Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir des aciers inoxydables à très basses teneurs en carbone, avec, au 1~9832~ cours de l'affinage, de faibles pertes en chrome et d'augmenter la durée de vie des garnissages et des tuyères. . . .