Brevet FR2034727A1 — publié le 19701211

i 2034727 La présente invention se rapporte à un jet de coulée qui convient pour la coulée continue de métaux en fusion, et en particulier pour la coulée continue du cuivre. 5 continue de métaux en fusion, tels que l'aluminium ou le cuivre, impliquait l'utilisation d'un tambour rotatif pourvu d'une gorge périphérique et autour d'une certaine partie du tambour d'une courroie sans fin en acier, appliquée de manière à s'adapter parfaitement à la périphérie pour clore cette gorge afin de retenir 10 dans celle-ci le métal fondu jusqu'à sa solidification, la courroie étant plus longue que la circonférence du tambour et divergeant de celui-ci de chaque côté. Cet agencement est illustré à titre d'exemple en référence aux brevets Etats—Unis 3 322 184 ; 3 279 000 î et 2 865 067. 15 Dans un tel appareil, le métal en fusion d'une cuve est introduit par un jet de coulée dans la gorge formée dans la périphérie du tambour de coulée continue, au point où elle s'associe à la courroie sans fin d'acier. Antérieurement, on utilisait des substances tel que le graphite pour le jet de cou-20 lée, car le graphite n'est pas sujet au choc thermique, n'est pas mouillant, il peut Stre pré-chauffé et est relativement peu onéreux. De plus le graphite s'usine facilement à la forme et aux dimensions requises. Toutefois^ aux températures de métal fondu impliquées, et en particulier aux températures que l'on rencontre 25 dans la coulée continue du cuivre, le graphite s'oxyde, et avec le temps il présente une ablation qui modifie ses géométries interne et externe, de sorte que le jet devient inutilisable après un temps relativement court d'usage. L'économie de la coulée continue est grandement influencée par le temps d'usage, et en cas de cou— 30 lée de cuivre par le jet de graphite, le temps de fonctionnement se limitait à environ 3 à 4 heures. En outre, étant donné l'ablation continue des géométries à la fois interne et externe, l'automatisme de ce procédé continu de coulée était impossible en raison du changement continu de géométrie des dimensions internes 35 faisant varier les régimes d'écoulement dans l'ajustage sans contrôle. On a également constaté qu'avec l'usage des jets de coulée en graphite, des chandelles de métal solidifié avaient Jusqu'à présent, l'appareil utilisé pour la coulée bad 70 07948 2 2034727 tendance à se former à l'extrémité du jet avant qu'une répartition uniforme de chaleur soit obtenue, de sorte que de gros morceaux ou masses de métal tombaient de l'extrémité du jet- et se noyaient dans la matière coulée continuellement, produisant ainsi 5 une paille dans la barre moulée» On remarquera que les jet.s de coulée qui sont utilisés dans une partie inférieure de la cuve, assurent une alimentation continue en métal exempt de scories, car ces dernières remontent à la surface du pot de coulée. Toutefois, on a remarqué que le 10 métal en fusion présente les phénomènes propres aux liquides y compris les incidents d'écoulement en tourbillon. A cet égard, un tourbillon peut "pomper" ou "drainer" l'atmosphère gazeuse située au-dessus du niveau du liquide par un mécanisme d'emprisonnement dans le courant de métal, et dans la coulée, sans évi-15 dence manifeste de la présence de cette activité d'emprisonnement de gaz, c'est-à-dire que lorsque la charge statique au-dessus du jet de coulée est forte, le tourbillonnement est caché et peut avoir un diamètre extrêment faible,, Toutefoist quand la charge statique est faible, le tourbillonnement est. évident et 20 de gros défauts de coulée peuvent en résulter» La présente invention a pour objet de réaliser un jet pour la coulée continue de métal en fusion qui supprime en grande partie les inconvénients des jets de la technique antérieure. A cette fin, l'invention réside.dans. un jet de coulée 25 continue de métaux en fusion, comprenant un long corps d'ajutage ou buse présentant une tite et un becf et percé sur toute sa longueur, d'une ouverture centrale5 un dispositif de chauffage disposé autour de ce corps d'ajutage poi«r le chauffer et en commander la température; et un dispositif anti-tourbillon dis-30 posé sur la tête du corps d'ajutage afiï? de supprimer le tourbillonnement du métal en fusioa dans 1'ouverture du corps d * aj u-tageo Le jet de coulée de 1?. présente invention renfermant son propre dispositif de chauffage est particulièrement avanta-35 geux au cours du démarrage de la coulée continuea II permet de fournir au corps d'ajutage une quantité de chaleur déterminée éliminant ainsi tout chauffage extérieur au chalumeau, et le 15AD 70 07948 3 2034727 réglage de son chauffage permet de disposer d'un, jet à température correcte à tout moment presque instantanément pour un fonctionnement programmé,. En outre, le réglage de la température à l'intérieur du corps d'ajutage au cours de l'arrêt permet le 5 drainage complet du jet et par suite évite toute solidification dans l'alésage, ce qui facilite la remise en route, que le processus ait été arrêté momentanément ou pour une période prolongée. De plus, puisque le corps d'ajutage est non mouillant, toutes interruptions momentanées n'empêchent pas la remise en 10 route immédiate et la reprise des coulées sur une base prograat-raée.Le corps d'ajutage conservant la température requise, la formation de "chandelles" à l'extrémité du tube de coulée continue e#t considérablement réduite ce qui améliore la qualité de la coulée obtenue. 15 L'invention ressortira mieux de la description qui va suivre citée à titre d'exemple en référence au dessin annexé, sur lequel ; La Figure 1 est une vue en coupe du jet de coulée assemblé; 20 La Figure 2 est une vue suivant la ligne 11-11} La Figure 3 est une coupe du corps d'ajutage avec le dispositif anti-tourbillon en place sur sa face supérieure; et La Figure 4 est une vue de dessus illustrant certains détails du dispositif anti-tourbillon. 25 En référence au dessin, et en particulier à la Figure 1, le jet de coulée représenté porte la référence générale 10. Ce jet 10 comprend un long corps d'ajutage 12 présentant une tête 14 et un bec 16 ainsi qu'une ouverture centrale 17 s*étendant pratiquement sur toute la longueur du corps d*ajutage 12. 30 Dans la forme de réalisation représentée à la Figure 1, et également illustrée à la Figure 3, la tête 14 a la forme d'un tronc— de-cône qui facilite le siège du jet assemblé dans le bas d'une cuve de métal (non représentée). Dans le même but, la géométrie externe du bec 16 est également tronconique, et ce bec est dis-35 posé de manière à se situer à proximité immédiate de la cavité formée par la gorge du tambour de coulée continue au point de son association avec la courroie sans fin, ce dernier appareil BAD ORiGlNAi" 70 07948 4 2034727 n'étant pas représentée Selon le précédent exposé, en cas d'utilisation de graphite pour constituer le corps d'ajutage, celui-ci est sujet à une sérieuse ablation en cours d'usage. Par suite, la matière 5 constitutive du corps d'ajutage doit être soigneusement sélectionnée. Dans la forme préférée de réalisation de la présente invention, on a constaté que le carbure de silicium tel que le carbure de silicium recristallisé, et en particulier le carbure de silicium dopé au nitrure de silicium s'est montré très avan-10 tageux du fait que la géométrie interne et externe du corps d'ajutage n'est pas affectée par les températures et atmosphères utilisées. Par exemple, dans la coulée continue du cuivra en fusion, alors que le carbure de silicium présente un haut degré de sensibilité au choc thermique, une composition renfermant 15 environ 80% en poids de carbure de silicium, environ 2% en poids de carbone, environ 16% en poids de nitrure de silicium, environ 1% en poids de silice, environ 0,5% en poids d'oxyde de fer, et 0,5% en poids d'oxyde d* aluminium a été utilisée avec un succès remarquable« Ces matières au carbure de silicium présente des 20 limites étroites de sensibilité au choc thermique, et par suite, un chauffage attentif dans la gamme sensible peut être facilement réalisé selon l'explication complète qui va suivre, sans crainte de fêlure du corps d'ajutage proprement-dit. Le corps d'ajutage ou buse 12 est entouré d'un manchon 25 18, espacé d'une distance déterminée, afin de délimiter une cavité annulaire 19 dont la fonction sera expliquée plus loin. Ce manchon 18 remonte jusqu'à la tête 14 et se termine près d'elle, et sa partie supérieure, habituellement mais non nécessairement, continue suivant la même pente que les côtés de la tête selon la. 30 description qui précède. Le manchon 18 s'étend sur une distance déterminée sur la longueur du corps d'ajutage et se termine à une distance prédéterminée au-dessus du bec du corps d'ajutage 12. De préférence, le manchon 18 enferme complètement et est en contact intime avec le corps d! ?.j v.fcagcs 12. Un dispositif de 35 chauffage 20 est disposé dans la cavité annulaire 19 forcée entre le manchon 18 et le corps 12 d® ajutage o Dans la formes de réalisation représentée, le dispositif de chauffage comprend un &AB QRSGINaL 70 07948 5 2034727 certain nombre d'éléments de résistance électrique chauffante en forme de rognons, qui sont disposés dans le compartiment annulaire 190 De préférence, les éléments chauffants sont des éléments de résistance du type à gaine dont les fils se terminent 5 à obturation hermétique par enrobement dans la poudre de magnésie. Ces éléments 20 sont connectés à des barres omnibus isolées espacées 32 qui permettent la connexion des éléments individuels en série, en parallèle, ou en combinaison. Ceci permet de réaliser une plus grande souplesse de construction et des fonctions 10 nécessaires, c'est-à-dire d'assurer deux terminaisons à l'alimentation courant alternatif. Le courant est appliqué au moyen des entrées de courant 22 raccordées aux barres omnibus 32 et partant de la cavité annulaire formée entre le manchon 18 et le corps 12 d'ajutage. 15 • Selon le précédent exposé, il est préférable d'utili ser pour le jet une matière de la classe dite carbure de silicium enlié au nitrure de silicium. Cette matière est particulièrement limitée avantageuse du fait qu'elle présente une gamme/de sensibilité au choc thermique et n'est pas sujette à l'ablation en raison des 20 températures de fonctionnement et des conditions d'ambiance impliquées. Le dispositif de chauffage 20 peut donc être programmé par réglage du courant appliqué au moyen des entrées de courant 22 de telle sorte que, de la température ambiante jusqu'à environ 425° C, le corps d'ajutage soit chauffé de manière à assurer une 25 élévation de température au régime d'environ 95*C à l'heure» Puisque la gamme de sensibilité au choc thermique de la matière d'ajutage est comprise entre environ 425°C et 540°C, on règle le courant de manière que le régime de chauffage ne dépasse pas 38*C dans cette gamme de température» Il est rare au cours de la cou-30 lée continue du cuivre que la température s'abaisse jusqu'à 540®C, de sorte que le risque de choc thermique imposé au corps d'ajuta— r * ylci ge se trouve considérablement réduit. Par/ suite, lorsque la gamme de sensibilité au choc thermique a été dépassée, on peut alors programmer le courant pour chauffer l'ajutage à un régime d'en— 35 viron 95°C à l'heure jusqu'à ce que soit atteinte une température d'environ 870°C. La commande de température est maintenue en contrôlant la température du corps 12 d'ajutage au moyen d'un bad ORlGîNAi 70 07948 6 2034727 thermocouple 24- introduit dans l'ouverture 23 du manchon 18, et disposé à proximité immédiate du corps 12 d1ajutage» Pour le refroidissement de l'ajutage à partir de la température de coulée, la commande programmée de température est inversée» 5 On remarquera que l'usage de carbure de silicium enlié au nitrure de silicium est avantageuse du fait que cette matière est relativement non mouillante en ce qui concerne le cuivre fondu à coulero Grâce à l'utilisation d'vjie source distincte de consommation de chaleur commandée, la température du jet de cou-» 10 lée peut être maintenue dans des limites relativement étroites» Par suite, une fois commencé le processus de coulée, il n'existe aucune tendance d'adhérence de matière à l'alésage interne da jet en raison des interruptions momentanées de l'écoulement du métal en fusion, non plus que durant un bref arrêt, puisque la 15 consommation de chaleur du corps d'ajutage maintient ce dernier à une température supérieure au point de fusion du cuivre. De plus, on remarquera que puisqu'il n'existe aucune ablation en raison de l'aspect non mouillant du cuivre par rapport à la matière constituant le corps d'ajutage, ainsi que son inertie re— 20 lative à l'ambiance de fonctionnement, un bon maintien de la géométrie originale de l'ouverture centrale est réalisé de sorte que le jet de coulée est idéal pour la commande mécanique ou par calculatrice de la coulée continue» Bien que la forme de réalisation illustrée démontre l'usage d'un dispositif de chauffage 25 par résistance électrique, on remarquera que l'on peut utiliser d'autres sources de chaleur telles qu'un gaz en combustion tant que la source de chaleur peut 8tre commandée pour maintenir la température désirée de fonctionnement ainsi que le régiras désiré de consommation de chaleur en particulier au moment du chauffage 30 de la matière dans la gamme de sensibilité au choc thermique» En référence maintenant à la Figure 3, plus particulièrement, celle-ci représente une modification préférée de la forme de réalisation représentée aux Figures 1 et 2. A cet égard, le corps 12 d'ajutage est composé ds la mâae matière et formé 35 suivant pratiquement les mêmes géométries interne et externe,» à l'exception de la tête 14* Dans la forme, ds réalisation illustrée à la Figure 3, la tête 14 est pourvue d'une gorge circonféren-tielle 25 concentrique à l'ouverture centrale 17 et située dans BAD ORIGINAL 70 07948 7 2034727 la partie superieure de la tête 14; la fonction de cette gorge fera l'objet d'une description qui va suivre» Sur cette tête 14 repose un dispositif anti—tourbillon portant la référence générale 26, qui comprend une bague annulaire 28 sur laquelle sont si-5 tuées un certain nombre d'ailettes verticales 30 disposées ra-dialement autour de l'ouverture centrale 17 de la tête 14 du corps 12 d'ajutage. De préférence, le dispositif anti-tourbillon 26 est également constitué de carbure de silicium enlié au nitrure de silicium et la bague annulaire 28 est pourvue , du côté 10 opposé aux ailettes 30, d'une languette 32 qui s'ajuste dans la gorge circonférentielle 25 formée dans la tête 14 du corps 12 d'ajutage. Cet agencement de languette 32 et de gorge 25 de la tête 14 et de la bague annulaire 28 a pour but de maintenir le dispositif anti—tourbillon 26 concentrique à l'ouverture 17 du 15 corps 12 d'ajutage et de renforcer la résistance au cisaillement du dispositif anti-tourbillon 26 et de la tête 14. On remarquera, toutefois, que bien que dans la forme de réalisation représentée à la Figure 3, le dispositif anti-tourbillon soit illustré sous la forme d'un dispositif distinct, celui-ci pourrait être moulé 20 et traité thermiquement d'une seule pièce avec le corps 12 d'ajutage, ou bien pourrait être constitué d'une pièce distincte et cimenté en place par la suite. Comme autre alternative du procédé de languette 32 et gorge 25, on remarquera que l'on pourrait utiliser des pattes 25 venues d'une seule pièce et des logements dans les divers éléments constitutifs, afin d'obtenir pratiquement le même effet. Ainsi que le montre plus clairement la Figure 4, les ailettes 30 font habituellement partie intégrante de la bague anru-laire 28. Elles sont dirigées verticalement d'une façon générale, 30 elles ont une forme générale de coin et sont disposées radiale— ment autour de l'ouverture centrale 17 de la tête 14 du 12 d'ajutage. En disposant ainsi le dispositif 26 anti—tourbillon sur le dessus de la tête 14, l'écoulement en tourbillon du métal fondu dans le corps 12 d'ajutage est considérablement réduit empêchant 35 ainsi tout pompage ou drainage de l'atmosphère gazeuse au-dessus du niveau liquide dans le courant et dans la coulée. De plus, le dispositif anti-tourbillon 26 assure une meilleure régulation de 0An ORIGINAL 70 07948 8 2034727 1* écoulement du métal fondu dans le jet de coulée, ce qui rend ce dernier idéal pour le fonctionnement automatique de la totalité du processus de coulée continue» En cours de fonctionnement, le jet de coulée 10 est 5 fixé dans le fond d'une cuve (non représentée) et les entrées de courant 22 sont connectées à une source convenable d'énergie» Le dispositif chauffant est programmé de manière à commander la température du corps 12 d'ajutage à un régime contrôlé de chauffage dans la gamme de sensibilité au choc thermique, c'est-à-dire de 10 425*C à environ 595*C» Ensuite le corps d'ajutage est chauffé à une température d'environ 1090*C et maintenu à cette température pendant toute l'opération» La commande du programme est maintenue par le contrôle de la températtire du corps 12 d'ajutage au moyen du thermocouple 24» Donc, en maintenant la température à environ 15 870*c, le corps d'ajutage est maintenu & une température supérieure à celle de solidification du métal coulé de manière continue, dans le présent cas, ce métal étant le cuivre» Pour l'aluminium, on devra utiliser une température plus basse appropriée d'ajutageo A l'achèvement de la coulée, l'ajutage peut être main— 20 tenu à température pendant des périodes prolongées sans aucun danger d'ablation due à la réaction avec l'atmosphère. Si 1'cm désire arrêter l'opération de coulée continue pendant un temps prolongé, on peut commander l'élément chauffant suivant un plan approprié pour le ramener à température ambiante par refroidisse— 25 ment naturel par rayonnement et convection, ce refroidissement étant commandé dans la gamme de sensibilité au choc thermique de manière inverse à celle décrite pour son chauffage à la tempé* rature de coulée» L'appareil que l'on vient de décrire a donné satisfaction pour la coulée continue du cuivre pendant des temps 30 prolongés et 9'est montré avantageux pour l'élimination des inconvénients antérieurement rencontrés avec l'usage des jets de coulée du type en graphite» BAD ORIGINAL 70 07948 9 2034727 REVENDICATIONS 1.- Jet de coulée pour la coulée continue des métaux en fusion, comprenant un long corps d'ajutage présentant line tête et un bec et percé sur toute sa longueur d'une ouverture 5 centrale; un dispositif de chauffage disposé autour de ce corps d'ajutage pour le chauffer et en commander la température; et un dispositif anti-tourbillon disposé sur la tête du corps d'ajutage afin d'empêcher le mouvement de tourbillon du métal en fusion dans l'ouverture du corps d'ajutage» 10 2« — Jet de coulée selon revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de chauffage consiste en un élément chauffant à résistance électrique. 3.— Jet de coulée selon revendication 2, caractérisé par le fait que cet élément chauffant est réglable pour assurer 15 un chauffage et un refroidissement commandés en vue du maintien à une température préalablement choisie de ce corps d'ajutageo 4«— Jet de coulée selon revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que ce dispositif anti—tourbillon comprend une pièce annulaire disposée concentriquement par rapport à 20 cette ouverture centrale, et des ailettes en forme générale de coin partant de cette pièce annulaire dans la direction longitudinale du corps d'ajutage et disposées radialement autour de l'ouverture délimitée par cette pièce annulaire, cette dernière reposant en contact avec la tête du corps d'ajutageo 25 5.— Jet de coulée, selon revendication 4, caractérisé par le fait que la tête présente une gorge circonférentielie concentrique à l'ouverture centrale du corps d'ajutage, et espacée radialement de celle-ci, cette pièce annulaire est pourvue d'une languette sur sa surface opposée aux ailettes, laquelle 30 languette dépasse et est logée dans cette gorge circonférentielie en contact d'étanchéité avec celle-ci» 6o- Jet de coulée selon l'une des précédentes revendications, caractérisé par le fait qu'un manchon est disposé autour du corps d'ajutage, espacé de celui-ci, et délimite un 35 compartiment annulaire, ce manchon partant de la tête du corps d'ajutage et se terminant à une distance prédéterminée au—dessus du bec, le dispositif de chauffage étant disposé dans ce compartiment annulaire. -*r BAD ORIGNAL