Brevet FR2086273A1 — publié le 19711231

La présente invention a trait à la coulée de métaux, et en particulier d'acier liquide, par exemple dans les cas de coulée en source, de coulée en coquille ou de coulée continue; elle concerne plus particulièrement une "busette conçue en corps com-5 posite pour conteneur appelé à renfermer du métal fondu liquide. Dans le cas de coulée continue le métal fondu liquide passe de la poche à la coquille par l'intermédiaire d'un panier de coulée et en particulier traverse une busette en matériau céramique réfractaire disposée dans le fond du panier. Il importe 10 dans ces conditions de conserver pendant toute la durée de la coulée la section libre de l'ouverture de passage de ladite busette, pour assurer une vitesse d'écoulement et un rendement de coulée aussi constants que possible. Cependant la variation de la section libre de passage de la 15 busette au cours de la coulée ne peut dans l'art antérieur être évitée. Elle se manifeste comme suit et elle est à attribuer principalement aux causes suivantes : 1) La section libre de passage peut se rétrécir par suite de la formation de dépôts dans l'ouverture, formation elle-même provoquée par un engorgement 20 progressif. 0e phénomène se produit surtout à la coulée d'acier liquide renfermant comme additifs de l'aluminium, du silicium, du manganèse ou du titane, et a pour cause la formation de cristaux mixtes plus ou moins pâteux provoqués par une désoxydation, qui peuvent adhérer à la surface de l'ouverture de passage, sen-25 sibilisée par des produits de désoxydation tels que l'alumine (Al^O-,). Sont déterminantes sur le degré d'extension de ce phé-nomèns, la concentration de ces additifs dans le bain et la température de celui-ci, car à concentration constante et lors d'une chute de température du bain le point de saturation peut être 30 franchi, ce qui conduit à favoriser la formation desdits dépôts, 2) La section libre de passage de la busette peut s'élargir du fait de la corrosion, ce qui peut être dû par exemple au fait que l'oxyde ferreux (PeO) et (ou) les produits de désoxydation forment des eutectiquès à bas points de fusion avec les éléments 55 constitutifs du matériau réfractaire de la busette. Les deux phénomènes, aussi bien le rétrécissement progressif que l'élargissement de la section libre de passage de la 71 14280 2 2086273 busette, sont tous les deux fâcheux et indésirables, car ils sont la source de troubles importants à la coulée et aussi de risques» C'est ainsi par exemple qu'un rétrécissement progressif de la section libre de passage peut conduire à un tarissement 5 progressif du jet de métal, une usure de la section par contre à un arrachement par le métal fondu liquide des parties de paroi de la busette les plus dégradées par la corrosion et cessant, par suite de cette dégradation, de pouvoir supporter la pression hydrodynamique les surmontant. 10 Pour empêcher.les phénomènes d'usure précoce une busette connue présente dans la partie supérieure de l'entrée du canal de passage une pièce rapportée de forme annulaire, en matériau particulièrement résistant à la percée du métal fondu liquide, hautement réfractaire et plus résistant à l'usure que le matériau 15 environnant constitutif de la busette, par exemple en magnésite. Aux mêmes fins on a également déjà proposé de faire une coquille de coulée continue à partir d'un matériau composite constitué par des particules de métaux et d'oxydes céramiques, à hauts points de fusion, et finement mélangée, par exemple de molybdène 20 et (ou) de tungstène et d'oxyde de zirconium. Mais ces mesures n'ont donné que partiellement satisfaction. Aussi Men dans le cas de la magnésite que surtout dans celui de matériaux composites à base d'oxydes céramiques et d'une phase métallique, la haute conductibilité thermique résultant de leur 25 composition et de leur compacité se révèle particulièrement fâcheuse. Ceei peut conduire à ce que, malgré la résistance indéniable de ces matériaux, on n'obtienne pas en fait en service les améliorations recherchées. Dufeit de la forte perte de chaleur il se produit un abaissement de la température de la paroi 30 et en conséquence de Ijj température d'interface entre l'ouverture de passage et le métal fondu liquide, à la suite de quoi des séparations entraînant la formation de dépôts qui précipitent sur la paroi» Les séparations sont à attribuer en particulier au franchissement du point de saturation des bains en additifs, no-35 tamment en produits de désoxydation, du fait de l'abaissement de la température du métal fondu liquide. Est également connue une busette pour poche de fonderie, 71 14280 3 2086273 panier de fonderie ou autre conteneur de fonderie, "busette constituée par une masse réfractaire d'une partie résistant à l'usure et d'une partie thermoisolante, les deux masses réfractaires de matières différentes étant moulées ensemble en un corps composi-5 te unitaire,, Mais cette busette conçue en corps composite ne peut g non plus supporter un élargissement croisant de l'ouverture libre de passage du fait de la corrosion surtout sur de longues périodes de coulée, telles que celles qui représentent par exemple des coulées continues en séquence , même si certains progrès 10 peuvent être enregistrés en ce qui concerne le rétrécissement progressif de l'ouverture de passage par formation de dépôts, grâce à une isolation extérieure d'une telle busette. D'un autre côté une telle busette composite, moulée en une pièce unitaire à partir de matériaux réfractaires de caractéristiques différentes, 15a tendance à se fissurer à la cuisson par suite des dilatations différentes des différents matériaux composants, ce qui conduit au rebut de chaque busette fissurée. La présente invention a pour but dè s'affranchir des difficultés exposées et des défauts des busettes de l'art antérieur, 20 et de présenter une busette améliorée utilisable en coulée de métaux fondus liquides, au double point de vue de sa résistance à l'usure et de son pouvoir de réduction de la formation de dépôts dans son ouverture de passage. A cette fin une busette conçue en corps composite, en un ma-25 tériau support céramique réfractaire, dans lequel sont insérées une ou plusieurs pièces rapportées définissant l'ouverture £e passage et constituées par un matériau réfractaire, à base d'oxydes céramiques, se caractérise suivant l'invention par ce que lesdites pièces rapportées sont conçues en corps de diaphragmes. 30 d'une épaisseur de l'ordre de 5 à 20 % du diamètre de l'ouverture de passage, auquel cas avantageusement leur ouverture de passage est inférieure ou égale à celle de la busette. L'avantage particulier de l'invention réside en ce que la conductibilité thermique relativement élevée du matériau à base 35 d'oxydes céramiques ou du matériau dur de la pièce rapportée, vis-à-vis du matériau support céramique entraîne dans la région de la pièce rapportée.une plus grande dissipation de chaleur et 71 14280 4 2086273 une résistance élevée à la corrosion. Comme la dissipation accrue de chaleur entraîne obligatoirement un abaissement de la température d'interface avec l'ouverture de passage de la busette dans la région de la pièce rapportée, on en vient à une formation vou-5 lue de dépôts sur les parties de la pièce rapportée qui sont exposées à entrer en contact avec le jet sortant de métal fondu liquide, pièce rapportée qui est faite de façon que les dépôts formés soient repris constamment à un certain rythme par érosion sous l'effet de la pression hydrostatique» Cette insertion parti-10 culière d'une telle pièce rapportée ou de plusieurs aux: points les plus exposés de la région de l'ouverture de passage qui dépendent de chaque type particulier de coulée, de la buse utilisée, et de la composition du métal fondu liquide, permet donc par une la conduction dirigée de/chaleur de commander automatiquement une 15 formation de dépôts, qui peut être anhhihilée ensuite. La maîtrise de cette formation constamment renouvelée de dépôts, en tant que caractéristique essentielle de l'invention, peut être réalisée de façon particulièrement intéressante au moyen d'une ou de plusieurs rondelles, formant corps de diaphragmes et insérées 20 dans le matériau support de la busette, l'épaisseur unitaire des rondelles pouvant varier dans un intervalle compris entre 5 et 20 % du diamètre de l'ouverture de passage. En respectant cette proportion dans tout le parcours du jet de coulée la section de passage se maintient constante. Par une série de trous addition-25 nels percés de préférence concentriquement dans la rondelle^on peut de façon avantageuse réduire dans certaines limites son pouvoir de dissipation de la chaleur, dans le cas où cela s'avérerait nécessaire par suite d'une conductibilité thermique relativement élevée du matériau support; ces perforations permettent 50 en outre d'obtenir.une meilleure liaison entre la rondelle et le matériau support dans le cas d'emploi d'un ciment ou d'une potée réfractaire pour assurer la solidarisation» Suivant un autre développement de l'invention, l'ouverture de passage dans le matétfiau support de la busette peut avantageu-35 sement présenter un épaulement d'évidement servant de surface d'appui de la pièce rapportée, épaulement contre lequel la pièce rapportée est maintenue par un corps annulaire constitué par le 71 14280 5 2086273 même matériau réfractaire que le matériau support, l'ouverture intérieure de ce corps annulaire étant conçue à son extrémité libre en tant que partie de l'ouverture de passage de la "busette comme ayant le profil d'entrée de la "busette„ On peut aussi arri-s ver à une production visible et î^ationnelle de busettes suivant l'invention, car l'insertion des pièces rapportées peut se faire aussi bien lors de la fabrication des busettes que lors du montage de chacune de celles-ci sur le conteneur de métal fondu liquide. Dans ce dernier cas, s'offre encore l'avantage de pouvoir disposer sur 1'épaulement annulaire du matériau support plusieurs pièces rapportées tenues à distance l'une de l'autre au moyen de pièces d'espacement. Oes pièces d'espacement peuvent alors être conçues en douilles, susceptibles d' être constituées par le même matériau que le matériau support ou par un autre matériau ré-^ fractaire, l'ouverture de passage de ces douilles étant inférieure ou égale à celle de la busette à l'emplacement d'appui offert par 1'épaulement annulaire dans le matériau support. Ce type de structure et de montage de busette permet l'emploi de douilles d'espacement insérables, de différentes longueurs, à la manière 20 du système de construction par emboîtements ainsi qu'une souplesse d'adaptation de la position des pièces rapportées dans la région de l'ouverture de passage aux exigences de chaque cas technique particulier de métal et de coulée. On dispose ainsi d'une grande souplesse d'adaptation du matériau céramique aux condi-25 tions métallurgiques, telles que par exemple le type de désoxydation, ainsi qu'une disposition des pièces rapportées aux points exposés au long de l'ouverture de passage de la busette. On tient compte ainsi de façon avantageuse du fait que des aciers fondus liquides diversement désoxydés peuvent conduire à diffé-30 rentes formations de dépôts ou à différentes corrosions en des points différents de l'intérieur de l'ouverture da passage d'une busette. Se sont révélées intéressantes comme substances réfractaires à partir desquelles on peut produire des pièces rapportées sui-35 vant l'invention, corindon, silicate de zirconium, oxyde de zir-conium, ou encore des substances constituées en majeure partie par les précédentes. D'un autre côté se sont avérées disposer 71 14280 6 2086273 d'une résistance encore plus grande aux attaques de corrosion et d'érosion notamment de l'acier fondu liquide, tout particulièrement des pièces rapportées en substances dures métallo-céramiques par exemple à base de molybdène et d'oxyde de sirconium. Par con-5 tre le matériau support des busettes suivant l'invention peut avantageusement être à base de quarts. L'emploi de substances dures en une telle association à l'inférieur d'une busette donne une résistance optimale et ne révèle aucune sorte d'usure appréciable même à la coulée de plusieurs charges l'une après l'autre. 10 Le matériau support résistant jusqu'à un certain point à l'usure remplit donc dans la busette le triple rôle de support de la pièce rapportée, de guidage du jet de coulée et d'isolation thermique, alors que la pièce rapportée opère essentiellement le maintien à des valeurs constantes du débit de passage et de la vites-15 se de coulée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la fig» 1 est une vue en coupe longitudinale d'une busette 20 de panier de coulée, d'après l'art antérieur, les figo 2 et 3 3ont des vues analogues 4e busettes suivant l'invention de panier de coulée, une rondelle rapportée étant insérée en deux points différents du canal de passage ; la figo 4 est une vue analogue d'une autre forme de réali-25 sation de busette de panier de coulée, busette comportant deux rondelles rapportées ; la fig. 5 est une vue par le dessus d'une rondelle rapporté^ et la fig. 6 est une vue, analogue à celles des fig. 1 à 4, 30 d'une busette plongeante de panier de coulée, busette comportant deux rondelles rapportées» La busette de forme connue représentée à la fig. 1, pour panier de coulée est suivant l'invention faite en un corps composite, représenté aux fig. 2 à 4, ce corps comportant essentielle-3? ment un corps de base 1, en matériau support réfractaire, par exemple en matériau à base de quartz et renfermant environ 14 % d'oxyde de chrome (C^O^) une ou plusieurs rondelles 2 (2') en-un matériau dur dit cermet, à base de molybdène et d'oxyde de 71 14280 7 2086273 zirconium, et une bague de retenue 3» ainsi que, le cas échéant, une ou plusieurs douilles d'espacement 4, bagues et douilles étant constituées par le même matériau réfractaire que le corps de base, l'ouverture intérieure de passage de la bague de retenue ^ et des douilles d'espacement constitue en même temps une partie du canal de passage 5 de la busette et est en conséquence de même diamètre libre. eg^_ Dans la busette représentée à la fig. 2 la rondelle 2/insérée dans la région d'entrée. La surface d'appui de la rondelle ✓jq est constituée par un épaulement 11 d'un Ôvidement, que l'on va • d'ailleurs retrouver dans toutes les formes de réalisation du corps de base 1 en matériau support, soit qu'il ait été ménagé lors de la fabrication même de ce corps, soit qu'il ait été pratiqué après coup par usinage avec copeaux. Pour que dans une tel-^ le busette le profil éprouvé d'entrée se conserve, la bague de retenue 3 est d'une forme adéquate; elle eat posée par le dessus sur la rondelle déjà insérée et elle est solidarisée de celle-ci ainsi que du matériau support au moyen d'un ciment réfractaire approprié. 20 La fig. 3 représente une forme de réalisation où la rondelle est maçonnée dans l'extrémité de sortie de la busette. L'emploi de plusieurs rondelles, par exemple 2 et 2', qui d'ailleurs peuvent être en matériaux différents, est illustré par la forme de réalisation de la busette représentée à la fig.4. 25 En dehors de 1'épaulement inférieur 11 servant de surface d'appui à la rondelle inférieure 2, la surface anhulaire supérieure 4' d'une rondelle d'espacement 4, posée sur la rondelle 2, sert de surface d'appui à une autre rondelle 2', maçonnée dans le matériau support et à laquelle fait suite vers le haut, exactement 30 comme dans la forme de réalisation de la fig. 2, la bague de retenue maçonnée 3. La fig. 6 a trait à une transposition de la structure à rondelles de la fig. 4 à une busette plongeante, telle que celle utilisée sur panier de coulée d'une installation de coulée con-35 tinue pour plonger dans la coquille. Les parties homologues à celles des autres figures sont désignées par les mêmes numéros repères. Le corps de base en matériau support à base de quartz 71 14280 s 2086273 est ici désigné par 1a. Dans le cas d'une busette suivant l'invention pour panier de coulée, "busette à 100 % de silice (SiOg) et 14 % d'oxyde de chrome (Cr^O^) avec diaphragme en matériau dur d'une épaisseur 5 de 2 mm constitué principalement de molybdène et d'oxyde de zirconium^ on peut par exemple couler sans encombre un acier de composition,, C = 0,07 % Si » 0,08 % Mn = 0,45 % P = 0,030 % 10 S = 0,030 % Al = 0,033 % en coulée continue par séquence de plusieurs fois 12 tonnes à une vitesse constante de coulée de 1,8 m/mm. Pour obtenir à la fois une bonne tenue de chaque rondelle lors de son maçonnage dans le matériau support, et une possibi-15 lité d'adapter son degré de conductibilité thermique, on peut u-tiliser une rondelle, telle que celle représentée à la fig* 5» présentant un certain nombre de trous ronds, distribués sur un cercle primitif coaxial à l'ouverture de passage de la rondelle, le nombre et le diamètre de ces trous pouvant varier. 20 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisàtion représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et n'est pas seulement applicable à tous les types possibles de busettes de conteneurs appelés à renfermer du métal fondu liquide, elle peut en effet notamment subir diverses modi-25 fications permettant de l'adapter à chaque application particulière et au type de métal fondu liquide à couler, tant au point de vue des matériaux réfractaires utilisés pour constituer le corps support, la bague de retenue et les douilles d'espacement, pièces normales d'usure, qu'à celui des matériaux durs ou en 30 oxydes céramiques servant à constituer les rondelles. 71 14280 9 2086273 REVENDICATIONS 1, Busette conçue en corps composite pour conteneur appelé à renfermer du métal fondu liquide, "busette comportant un matériau support céramique réfractaire et une ou plusieurs pièces 5 rapportées intérieurement définissant l'ouverture de passage et constituées par un matériau réfractaire de haute résistance à l'usure, caractérisée par le fait que lesdites pièces rapportées sont conçues en corps de diaphragmes (2, 2') faites notamment en oxydes céramiques ou cermet et d'une épaisseur atteignant 5 à 10 20 % du diamètre de l'ouverture de passage (5)° 20 Busette selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture de passage desdiits corps de diaphragmes est inférieur ou égal à celle de la "busette. 3. Busette selon la revendication 1, caractérisée par ceci 15 que ledit corps de diaphragme est constitué par une ou plusieurs rondelles insérées dans le corps support de la "busette. 4. Busette selon la revendication 3j caractérisée par ceci que la partie des rondelles qui est enrobée dans le matériau constitutif du corps support est percée de trous (6). 20 5. Busette selon la revendication 1, caractérisée par ceci que l'ouverture da passage (5) dans le matériau support présente, de manière en elle-même connue, un épaulement annulaire (11) servant de surface d'appui à la pièce rapportée, épaulement contre lequel la pièce rapportée est maintenue par un corps annulaire 25 (3) en un matériau réfractaire qui est le même que le matériau support, l'ouverture intérieure de ce corps annulaire en tant que partie intégrante de l'ouverture de passage étant conçue à son extrémité libre comme présentant le profil d'entrée de la busette. 6. Busette selon la revendication 5» caractérisée par ceci 30 qu'elle présente sur 1*épaulement annulaire du matériau support plusieurs pièces rapportées, tenues à distance l'une de l'autre, par des pièces d'espacement (4). 7. Busette selon la revendication 6, caractérisée par ceci que lesdites pièces d'espacement sont conçues en douilles, dont 35 le matériau constitutif est le même que le matériau support ou un autre matériau réfractaire, et dont les ouvertures de passage sont inférieures ou égales à celle de la busette à l'emplacement 71 14280 = 2086273 d'appui qu'offre 1'épaulement annulaire dans le niatériau support. 8. Busette selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pièces rapportées sont, de manière en elle-même connue, en une substance réfractaire telle que corindon, silicate de zirconium., oxyde de zirconium, ou encore en une substance composée en majeure partie des précédentes, ou encore en une substance dure, par exemple à base de molybdène et d'oxyde de zirconium. 9° Busette selon la revendication 1, cai'actérjEée par ceci que le matériau support de la busette est à base de quartz„