Brevet FR2081724A1 — publié le 19711210

La pr8sente invention concerne un appareil de fusion du métal avec laitier protecteur, et en particulier des moules à collier, ctest-à-dire des moules comportant une paroi fermée par une base au début de la mise en oeuvre du procédé, mais quton peut séparer de la base du moule au fur et à mesure que le lingot qui se forme a une hauteur qui augmente, si bien que l'extrémité inférieure solidifiée du lingot peut dépasser à llextrdmité inférieure de la paroi du moule. Un moule à collier permet de former un lingot de hauteur supérieure à celle de la paroi du moule. Pour que le lingot se forme dans des conditions optimalest on refroidit normalement la paroi du moule de façon vigoureuse en faisant circuler de l'eau dans une chemise constituant la paroi du moule. Un inconvénient d'un appareil à laitier protecteur comportant un collier refroidi par eau est qutune grande partie de l'énergie appliquée, peut-ttre de l'ordre de 60 à 80 %, peut se perdre sous forme de chaleur qui ne contribue pas à la fusion de l'électrode immergée. Ia plus grande partie de cette énergie perdue, qui atteint peut-tire 75 %, se trouve sous forme de chaleur transmise par conduction de la périphérie du bain de laitier à la paroi du moule, puis entraînée par liteau de refroidissement. Ttinvention concerne un moule à collier à laitier protecteur qui réduit lXinconvéns ent cité. Ce moule comporte un dispositif différentiel de refroidissement assurant une réduction de température moins vigoureuse du bain de laitier que du lingot. Plus précisément un mode de réalisation de invention con- cerne un moule dont la partie de la paroi qui coopère avec le bain de laitier est refroidie par une matière solide particulaire portée par un courant gazeux, la partie inférieure de la paroi du moule qui coopère avec le lingot étant refroidie par un liquide, de lXeau de préférence.Pour cela, le moule est composite et comporte une chemise supérieure associée à la partie supérieure de la paroi du moule dans laquelle circule le courant gazeux, etbune chemise inférieure associée à la partie inférieure de la paroi du moule dans laquelle circule de liteau. la partie inférieure de la paroi du moule peut titre en cuivre et la partie supérieure en acier ou en autre matière résistant mieux à la chaleur que le cuivre. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on refroi- dit le bain de laitier en injectant de l'air ou un autre gaz conve- nable par des buses , à 11 intérieur de la paroi du moule1 de façon que l'air (ou le gaz) forme un rideau entre le laitier et la paroi. On peut alors refroidir par une circulation d'veau la totalité de la paroi du moule. Dans un autre mode de réalisation de ltinvention; la partie du moule qui coopère avec le bain de laitier est refroidie par un liquide à température élevée, par exemple un métal tel que du plomb qui est liquide aux températures concernées, ou un sels par exemple un mélange de chlorures de sodium et de baryum qui est liquide à ces températures élevées. Une circulation d'eau refroidit la partie du moule qui coopère avec le lingot. Dans un autre mode de réalisation de ltinventionsla partie de la paroi du moule qui coopère avec le laitier a une épaisseur supérieure à celle de la partie de la paroi qui coopère avec le lingot, la totalité de la paroi étant entourée dtune chemise dans laquelle peut circuler un liquide de refroidissement. la partie épaissie de la paroi est en une matière de conductibilité thermique rèlativement faibles par exemple en acier ou en alliage nickelchrome, si bien que la température au niveau de la face interne de la partie épaissie est supérieure en cours d'utilisation aux températures de la face interne du reste de la paroi du moule, étant donné le gradient thermique qui existe dans la partie épaissie de la paroi.Cette partie épaissie peut comporter une face interne crénelée , qui permet une dilatation thermique différente et provoque le refroidissement du laitier dans les cré veaux, réduisant ainsi encore la conductibilité thermique de la partie épaissie de la paroi. On peut réaliser à cette fin la partie épaissie de la paroi en éléments stratifiés annulaires convenables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure l est une coupe en élévation d'un appareil à lai tier protecteur comprenAnt un moule à collier selon ltinvention ; bes figures 2 et 3 sont des coupe partielles de deux autres moules à collier seltz linvention t. la figure 4 est une coupe dlun autre moule à collier selon l'invention la figure 5 est une coupe dXun autre moule à collier selon l'invention la figure 6 est une vue partielle d'une partie de la paroi du moule de la figure 5 à plus grande échelle que cette figure ; et la figure 7 représente en plan un élément dXensemble stratifié de la figure 6. La figure t à laquelle on se réfère d'abord représente un appareil de fusion à laitier protecteur du type dans lequel on forme un lingot l dans un moule 2 à collier par fusion dtun métal 3 de l'extrémité inférieure dlune électrode consommable 4 plongeant dans un bain de laitier fondu 5t le métal 3 se solidifant progressivement au-dessus d'une base 6 de façon à former un lingot f. Lors de la mise en route de l'opération, la base 6 ferme ltextrémitd inférieure de la paroi 7 du moule, mais lorsque la hauteur du lingot 1 croit, la base 6 se sépare de la paroi 7, sous ltaction dXun vérin hydraulique 8, si bien que l'extrémité inférieure du lingot dépasse ie l'extrémité inférieure de la paroi du moule. La séparation de la base 6 de la paroi 7, qu'on peut réaliser à l'aide dtun appareil autre que le vérin 8 représentéeegt réglée de façon que la séparation ne tue pas tant que levlingot 1 solidifié nta pas une hauteur assurant l'étanchéité au niveau de l'extrémité inférieure de la paroi du moule. La paroi 7, qui peut avoir une section circulaire ou rectan glaires a une structure composite* et elle comprend une partie supérieure 9 reliée à la partie inférieure 10 dont l'extrémité inférieure peut autre fermée par la base 6. La partie inférieure 10 de la paroi, qui peut tre en cuivre, comporte une chemise fl dans laquelle peut circuler un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau. On introduit le liquide par des orifices d'entrée 12 et on l'évacue par des orifices de sortie 17. La partie supérieure 9 de la paroi, qui est en acier ou en autre matière convenable résistant mieux à la chaleur que le cuivre, comporte une chemise 14 dans laquelle peut circuler un courant de gaz portant une matière solide particulaire.Il est commode dSutiliser-de l'air comme gaz et de l'alumine comme matière solide particlilaire, mais on peut aussi utiliser un gaz inerte, par exemple de ltaote, stil faut emp9- cher 11 oxydation des surfaces de la chemise 14. l'extrémité inférieure de, celle-ci comporte des orifices d'entrée 15 laissant pénétrer le gaz dans la chemise 14 et lI extrémité supérieure comporte des orifices de sortie 16 permettant ltextraction du gaz de la chemise.Un serpentin de refroidissement 17 logé dans la chemise 14 permet llextraction de chaleur de la matière particulaire et du gaz ou, dans une variante, on peut refroidir le gaz en le faisant circuler dans un dispositif de refroidissement, une chaudière de récupération ou un dispositif de préchauffage de laitier. La disposition du raccord 18 entre les chemises 14 supérieure et Il inférieure permet la protection de l'ensemble lors des dilatations thermiques différentes des deux chemises, tout en formant un Joint efficace empêchant la fuite de laitier fondu 5. Lorsqu'on utilise ltappareilS on peut maintenir la partie inférieure de la paroi 7 à une température qui assure les conditions optimales de formation du lingot 1, et maintenir la partie supérieure de la paroi 7 à une température plus élevée, par exemple autour de 10000 C, cette disposition réduisant les pertes de chaleur et donc DXénergie totale nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé. On règle soigneusement le déplacement du vérin 8 au cours de la mise egoeuvres pour que le métal fondu 3 ne dépasse pas l'extrémité supérieure de la partie inférieure 10.De préférence, l'interface entre le métal 3 et le laitier 5 reste un peu au-dessous, dlune distance comprise par exemple entre 1 et 3 cm, de ltextrémité supérieure de la partie inférieure 10. La figure 2 représente un moule 2 à collier qui comprend, autour de la paroi 7, une chemise 20 comportant un orifice d'entrée 21 par lequel peut pénétrer un liquide de refroidissement, par exemple de lteaut pour circuler dans les chambres internes 22 de la chemise, et un orifice de sortie 23 permettant l'évacuation du liquide de refroidissement des chambres internes. Des buses 24 permettent un refroidissement différentiel et traversent la paroi 7, leurs orifices de sortie 25 se trouvant dans la partie de la paroi qui coopère avec le laitier fondu 5. Lorsqu'on utilise le moule 2 de la figure 2, la paroi 7 contenant-le lingot 1 se refroiditigoureusement'sous l'action de liteau qui circule dans les chambres 22 de la chemise 2C. On injecte de ou ou un gaz convenable dans les buses 25 de maçon qulil forme -an rideau 26 entre le laitier 5 et la paroi 7. le rideau 26 réduit la quantité de chaleur transférée du laitier 5 à la paroi du moule, et cette disposition augmente L'efficacité du procédé La quantité de chaleur absorbée par flair ou le gaz est relativement faible. La figure 3 représente un moule 2 à collier formé dXune struc- ture composite comprenant une chemise 28 entourant la partie supérieure de la paroi 7 qui contient le laitier fondu 5, une chemise 29 qui entoure la partie inférieure de la paroi 7 contenant le lingot 1, et une autre chemise 70 entourant la chemise 28. La chemise 29 communique avec la chemise 30, si bien que le liquide de refroidissement, de lseau par exemple, peut pénétrer par un orifice d'en- trée 31 dans la chemise 29 et s'échapper par un orifice de sortie 32 de la chemise 30. lorsqu'on utilise le moule de la figure 3, la chemise 28 contient un liquide 33 à température élevée, par exemple un métal, tel que du plomb, qui est liquide aux températures élevées que peut atteindre en cours de fonctionnement la partie du moule 7 qui coopère avec le laitier 5.Dans une -variante, la chemise peut contenir un sel, par exemple un mélange de chlorures de sodium et de baryum qui est liquide aux températures élevées que peut atteindre cette partie de la paroi 7 ui.coopère avec le laitier 5. "a partie de la paroi 7 qui contient le lingot I et la chemise 28 est refroi -die par circulation dteau ou d'un autre liquide convenable, dans des chambres internes 94 et 35 des chemises 29 et 30. "a figure 4 représente un moule 2 à collier qui comprend une chemise 36 comportant un orifice d'entrée 37 par lequel peut péné- trer un liquide de refroidissement, de lteau par exemple, qui circule dans des chambres internes 38 de la chemise, et un orifice 39 de sortie du liquide de refroidissement qui. s'échappe des chambres 38.La partie 7A de la paroi 7 du moule assure un refroidissement différentiel du moule dans la partie qui coopère avec le laitier, et elle a une-épaisseur supérieure à celle de la par.tie 7B de la paroi 7 qui coopère avec le lingot. Ia partie épaissie 7A est en une matière de conductibilité thermique relativement faiblet par exemple on acier ou en alliage nickel-chrome, de telle eorte que la température de la face interne de la partie 7 soit supérieure en cours d 2 utilisation à celle de la partie 7B qui maintient le lingot, étant donné le gradient thermique qui existe dans le partie 7A. La partié 7B de la paroi peut titre avantageusement en cuivre. Les figures 5 à 7 représentent un moule collier qui comprend une chemise 46 qui comporte un orifice 47 dtentrée dXun liquide de refroidissement, par exemple de lteau, qui peut circuler dans les chambres internes 48 de la chemise, et un orifice 49 de sortie permettant l'évacuation du liquide de refroidissement des chambres 48. La partie 7A de la paroi a une épaisseur supérieure à celle de la partie 7B qui coopère avec le lingot, et elle assure un refroidissement différentiel, La partie 7L comporte des couches annulaires 50 et 51 d'une matière dont la conductibilité thermique est relativement faibles par exemple dalliage chrome-nickelF alors que la partie 73 est en cuivre. Comme le montrent les figures 6 et 7, les races internes des couches 50 comportent des créneaux 53 séparés par des languettes 52, et cette disposition protège ltensemble des effets des différences de dilatation athermique; ceci provoque aussi la prise du laitier dans less créneaux 53 et réduit la conductibilité thermique de la partie 7A de la paroi 7. De plus, les languettes 52 des couches 5 voisines peuvent etre décalées angulairement de façon à empêcher la circulation du laitier Pondu. il est bien entendu que ltinvention n'a été décrite et représentée qu1à titre exemple préférentiel, et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. - REvENI)ICÂTI0NS 1. Moule à collier destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de fusion à laitier protecteur, caractérisé en ce qutil comprend un dispositif de refroidissement différentiel assurant un refroidissement moins vigoureux du bain de laitier que du lingot en cours de formation. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la paroi du moule qui coopère avec le bain de laitier est refroidie par une matière solide particulaire portée par un courant gazeux, la partie de la paroi du moule qui coopère avec le lingot étant refroidie par un liquides de préférence par de lteau. 3. Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz est de l'air et la matièresolide particulaire est de l'alumine, ou le gaz est inerte et est, par exemple, de lazote, la matière solide particulaire étant de l'alumine. 4. Moule selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qutil a une structure composite comprenant une chemise supérieure associée à la partie supérieure de la paroi du moule et dans laquelle circule le courant gazeux, et une chemise inférieure associée à la partie inférieure de la paroi du moule dans laquelle circule le liquide, la partie inférieure de la paroi du moule étant de préférence en cuivre et la partie supérieure en acier ou une autre matière résistant mieux à la chaleur que le cuivre. 5. Moule selon la revendication ta caractérisé en ce que sa paroi comporte des buses dtinJection d'a d'air ou d:un gaz convena- ble qui forme un rideau entre le laitier et la paroi du moule, la paroi du moule étant de préférence refroidie par circulation d'eau. 6. Moule selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie qui coopère avec le bain de laitier est refroidie par un liquide à température élevée, la partie du moule qui coopère avec le lingot étant refroidie par une circulation d'eau. 7. Moule selon la revendication 6, caractérisé en ce que le liquide à haute température est du plomb fondu, ou un mélange de chlorures de sodium et de baryum. 8. Moule selon l > une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le moule a une structure composite qui comprend une partie supérieure munie dtsune chemise dans laquelle circule le liquide à température élevée et une partie inférieure comportant une chemise dans laquelle circule de lteau. 9. Moule selon la revendication 8, caractérisé en ce qutune chemise supplémentaire entoure la chemise supérieure et -comporte un dispositif destiné à faire circuler l'eau dans cette chemise sup plémentaire, l'eau de la chemise inférieure circulant de préférence dans la chemise supplémentaire. 10. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la paroi qui coopère avec le laitier a une épaisseur supérieure à celle de la partie qui coopère avec le lingot, la totalité de la paroi étant entourée par une chemise dans laquelle circule un liquide de refroidissement. Il Moule selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie épaissie de la paroi comporte une surface interne crénelée qui protège ltenÇemble des différences de dilatation thermique et provoque la prise du laitier dans les créneau, la paroi du moule comprenant de préférence des couches annulaire. 12. meule selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la partie épaissie de la paroi est en acier, ou en alliage nickel-chrome. 13. Lingot obtenu par mise en oeuvre d'un procédé de fusion à laitier protecteur, caractérisé en ce qu'il est réalisé à 11 aide un moule à collier selon ltune quelconque des revendications pré cédentes.