Brevet FR2077477A1 — publié le 19711029

La présente invention, due à la collaboration de M. André LE MOYNE, Ingénieur Principal à 1'Usine de Thionville de la Société Demanderesse, est relative à une poche-caisson pour le traitement des métaux sous atmosphère réglée. Le procédé classique de traitement sous vide en poche d'un métal liquide et plus particulièrement d'un acier, consiste à placer dans un caisson une poche de coulée, équipée généralement d'un système classique de fermeture par quenouille; le caisson est ensuite fermé de manière étanche au vide et, par un s-st me de pompage adéquat, le vide est réalisé dans le caisson. Du fait de la présence de ce caisson, le volume d'air à évacuer pour créer le vide est relativement très important, ce qui nécessite des moyens de pompage puissants. D'autre part, pendant le traitement sous caisson, la quenouille de la poche est soumise à des contraintes mécaniques et chimiques trs sévères, d'où il en résulte une sécurité d'exploitation qui n'est pas entirement satisfaisante. Par ailleurs, le brassage d'un acier dans la poche de coulée procure un certain nombre d'avantages dont les plus importants sont l'homogénéisation de la température, lthomogénéisation de la composition chimique, la diminution de la teneur en inclusions non métalliques et la possibilité d'effectuer en poche des additions importantes de ferro-alliages. L'efficacité du brassage qui peut être obtenEsoit pneumatiquement (injection de gaz inerte), soit électriquement (par inductin dépend de son intensité. Dans le traitement sous vide en poche, étant donné que l'on travaille à l'abri de l'air, il est possible de donner au brassage une très grande intensité car le -isque de contamination du métal par oxygène de l'air n'existe plus mais à la pression atmosphérique, en l'absence de protection convenable contre l'action de l'air, il est trs difficile, sinon impossible, de mettre en jeu un brassage intense du métal en raison du danger que présente le contact renouvelé du métal avec l'air ambiant.On est alors obligé d'accepter un compromis, c' est-à-dire de travailler avec une intensité de brassage relativement faible dont lteffi- cacité sera au total médiocre. L'invention a pour but de fournir une poche pefectionnée permettant de procéder directement au traitement sous vide en poche sans passer par l'intermédiaire d'un caisson et avec une sécurité totale d'exploitation. Elle a encore pour but de fournir une poche permettant d'effec tuer un brassage intense du métal à la pression atmosphérique en assurant au métal une protection quasi-totale contre l'oxç= ène de l'air en ménageant une atmosphère réglée au-dessus de celui-ci. L'invention a donc pour objet une poche-caisson pour le traitement de métaux fondus sous atmosphère réglée, caractérisée en ce qu'elle comprend une poche pour recevoir le métal fondu comportant dans son fond un orifice pour la sortie du métal qui est muni d'un dispositif de fermeture coulissante, un couvercle pour ladite poche, des moyens pour assurer l'étanchéité entre la poche et le couvercle lorsque ce dernier est posé sur la poche, et des moyens associés au couvercle pour régler l'atmosphère à l'intérieur de la poche. Suivant un mode de réalisation, les moyens pour régler l'atmosphère de la poche comprennent un orifice formé dans le couvercle et un dispositif de conduits pour relier ledit orifice à une source de vide. Suivant un autre mode de réalisation, les moyens pour régler l'atmosphère de la poche comprennent un premier orifice formé dans le couvercle, un dispositif de conduits pour relier cet orifice à une source de gaz inerte et au moins un second orifice formé dans le couvercle pour l'évacuation du gaz à partir de la poche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est une vue en perspective avec partie en coupe d'un mode de réalisasion de poche-caisson suivant l'invention, destiné plus particulièrement au traitement sous vide des métaux; la Fig. 2 est une vue en coupe d'une partie du couvercle de la poche de la Fig. 1 avec un dispositif d'introduction du métal fondu pour le dégazage au jet sous vide, et la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig. 1 montrant un autre mode de réalisation de la poche, destiné plus particulièrement a brassage des métaux fondus sous atmosphère inerte. On se reportera d'abord plus particulièrement au mode de réalisation des Fig. 1 et 2 qui est plus particulièrement destiné au traitement sous vide des métaux fondus, en particulier en vue de leur dégazage. La poche-caisson représentée comprend une poche circulaire 1 pour recevolr le métal fondu, qui porte un garnissage intérieur 2 en matériau réfractaire (briques réfractaires, pisé réfractaire,etc.) Dans le fond de la poche est placé un dispositif d'évacuation du métal du type à fermeture coulissante désigné dans son ensemble par F. On peut utiliser dans l'invention tout type de fermeture coulissante connu. Le dispositif représenté à la Fi,. 1 comporte une busette 3 placée dans le fond de la poche, avec un orifice de sortie 4. Cette busette se termine à l'extérieur de la poche par une plaquette 5 en matière réfractaire percée d'un trou 6 corres 7 pondant au trou 4 de la busette.Une autre plaquette/en matière réfractaire percée d'un trou 8,et sur laquelle est fixée une seconde busette 9 portant un orifice d'évacuation IO qui correspond au trou 8, est appliquée contre la plaquette 5. L'ensemble de la plaquette 7 et de la busette 9 peut être déplacé par glissement sur la plaquette 5 au moyen d'un vérin 11. Le mouvement de l'en- semble est guidé par un carter I2. Quand les trous 6 et 8 des deux plaquettes sont face à face, le liquide s'écoule hors de la poche par les busettes 3 et 9; lorsqu'ils ne correspondent pas, le métal ne peut pas quitter la poche 1. La poche 1 est supportée par un pie annulaire p La poche-caisson comporte en outre un couvercle 15, garni intérieurement d'une couche I4 de pisé réfractaire, et dont le bord circulaire I5 est rabattu de manière à venir envelopper la partie aupérieure de la poche lorsque le couvercle est en position. Une bride I6 est placée à l'extrémité du bord I5 du couvercle et elle est creusée d'une gorge circulaire I7 dans laquelle vient se loger un oint torique I8 en caoutchouc résistant aux conditions thermiques et mécaniques d'emploi de la poche. Une bride complémentaire 19 à face supérieure plane de préférence est fixée à l'extérieur de la paroi de la poche et le couvercle I3 vient reposer sur cette bride par le joint I8 lorsqu'il est en position de fermeture. On réalise de la sorte l'étanchéité de l'ensemble poche-couvercle. Le couvercle est percé d'un trou 20 dans lequel aboutit l'ex- trémité d'un élément tubulaire 21 à l'intérieur duquel est monté co-axialement un autre tube 22 fermé hermétiquement à sa partie supérieure par un capuchon amovible 23. L'autre extrémité du tube 21 comporte une bride 24 sur laquelle est fixée une plaque 25 percée d'un trou central pour le passage du tube 22 qui y est fixé de manière étanche. Le tube 22 sert à introduire, si on le désire, des éléments d'alliage dans le métal fondu sans qu'il soit néces saire de retirer le couvercle. Le tube 21 est percé lateralement d'un trou 26 dans lequel est soudée l'extrémité d'un autre tube 27 relié à une source de vide, non représentée. Une chape de préhension 28 est soudée au bord I5 du couvercle et permet son enlèvement par un pont-roulant ou autre dispositif de levage rapproprié. La poche est munie également de deux tourillons 29 diamétralement opposés, de type classique, permettant son enlèvement par un dispositif de levage. La poche-caisson représentée à la Fig. 1 fonctionne de la manière suivante: Lorsque le métal fondu est placé dans la poche, le dispositif F étant en position de fermeture, on place le couvercle I3 sur la bride 19. On branche ensuite l'appareil à faire le vide et on procède au traitement du métal de la manière habituelle. Quand ce traitement est terminé, on casse le vide, on retire le couvercle d'étanchéité, on vient placer la poche sur les lingotières ou sur la machine de coulée continue et on place le dispo- sitif F en position d'ouverture pour évacuer le métal de la poche. On a représenté à la Fig. 2 une variante du couvercle conçue pour le dégazage au jet du métal'liquide. Pour ce mode de mise en oeuvre, le couvercle I3a est en plus traversé par un conduit 30 au-dessus duquel est disposé de manière étanche un petit récipient 3I porté par des pieds 32 soudés ou fixés d'autre manière au couvercle. Le fond du récipient SI est percé d'un orifice 33 dont l'obturation est commandée par un dispositif classique à quenouille 34. Le rôle du récipient 31 est d'assurer l'étanchéité au vide entre la poche 1 et le jet du métal sortant de l'appareil de fusion (non représenté). On opère de la façon suivante: lorsque le récipient 31 est vide, l'étanchéité entre le concentreur de jet 30 et l'orifice 33 est assurée par disque d'aluminium. La quenouille 34 étant abaissée, on verse le métal fondu dans le récipient 51. Ensuite, on soulève la quenouille, le métal fait fondre la plaquette d'aluminium et pénètre dans la poche 1 par le conduit 30. Le jet de métal est dégazé pendant sa chute sous l'effet du vide régnant dans la poche caisson de manière connue en soi. Grâce à l'absence de quenouille pour l'orifice de vidange de la poche 1 et du mécanisme de commande correspondant, la pose du couvercle d'étanchéité sur la poche pleine de métal peut se faire facilement, alors que pour une poche à quenouille, la pose d'un tel couvercle ne serait que très difficilement réalisable et au prix de sévères complications technologiques. L'invention procure, par rapport au procédé classique sous caisson, les avantages suivants: 10) Coût de construction de l'installation de traitement beaucoup moins élevé en raison notamment de l'absence de caisson et d'une diminution importante de la puissance des moyens de pompage (volume plus réduit à mettre sous vide). 20) Frais d'exploitation plus faibles par suite d'une baisse importante dans la consommation des fluides nécessaires à la cré ation du vide (eau, vapeur). 3 ) Sécurité d'exploitation beaucoup plus grande. La poche peut avoir toute forme générale appropriée et une capacité quelconque. A la Fig. 3, on a représenté une poche-caisson plus particulièrement destinée au brassage des métaux à la pression atmosphérique au moyen d'un barbotage de gaz inerte. La poche 40 est semblable à la poche 1 de la Fig. 1. Elle porte dans son fond un élément poreux 41 (brique poreuse par exemple) pour l'introduction dans la poche d'un gaz inerte (l'argon ou l'azote par exemple) qui traversera le métal et assurera son brassage. Cet élément poreux est alimenté en gaz inerte à partir d'une source non représentée au moyen d'un conduit 42. Ce dispositif est tout à fait classique. De son côté, le couvercle 45 (au lieu de comporter l'ensemble d'orifices et conduits 20 à 27 de la Fig. 1) est traversé par un tube 44 pour l'arrivée d'un gaz inerte à partir d'une source non représentée (on emploie de préférence le même gaz que pour le brassage) et comporte également un orifice de sortie 45 (de préférence de grand diamètre) dans lequel est fixé un court élément tubulaire 46 destiné à l'évacuation des gaz contenus dans la poche. On peut aussi avoir plusieurs évents 45, si on le désire. Le couvercle pourrait également comporter, si on le désire, un dispositif d'admission d'éléments d'alliage comme représenté à la Fig. 1. L'étanchéité entre le couvercle et la poche est assurée comme décrit à propos de la Fig. 1. Le déroulement d'une opération de brassage avec la poche-caisson de l'invention est le suivant: 10) une fois la poche pleine de métal, on vient poser le cou vercle 5 sur la bride Ig de la poche 40. 2 ) l'arrivée He gaz 44 est racordée à la source d'argon o d'azote et on fait pénétrer l'un ou l'autre de ces gaz sous le couvercle; l'appauvrissement en oxygène de l'atmosphère au contact du métal se fait par dilution, l'oxygène de l'air contenu initialement sous le couvercle étant petit à petit évacué par la tubulure 46. Après avoir infecté en quelques minutes un volume de gaz inerte égal à environ 4 fois le volume d'air compris sous le couvercle, l'atmosphère se trouve raréfiée à environ 4 a d'oxygène et comme il n'y aura plus ultérieurement apport d'oxygène, la très faible quantité d'oxygène présente au-dessus du bain sera sans danger pour le métal en cours de brassage. 3 ) sitôt et appauvrissement en oxygène réalisé, on arrête l'arrivée de gaz inerte en 44 et on commence le brassage intense du métal par injection d'argon (ou d'azote) à travers ia masse me- tallique par le dispositif poreux 41. Il faut souligner que le gaz servant au brassage et s 'échappant du métal, maintient une légère surpression au-dessus du bain métallique et-que de ce fait toute entrée d'air parasite est impossible par la tubulure 46.De ce fait, en tablant sur une atmosphère raréfiée à 4 ri d'o! > ygène,telle que précédemment réalise, un calcul simple montre que l'apport possible d'oxygène dans le métal sera inférieur à 00008 , et que donc le risque de contamination par l'oxygène peut être considéré comme négligeable. Si le brassage du métal se fait par voie électrique, le dispositif d'admission de gaz inerte 41,42 sera supprimé et remplacé par un dispositif d'agitation par induction classique quelconque Il sera nécessaire de maintenir pendant le brassage une légère arrivée de gaz inerte par la tubulure 44, de façon à maintenir une légère surpression sous le couvercle. Comme la fermeture de la poche 40 n'est pas commandez par un système à quenouille, il est possible, une fois la poche pleine de métal, de la couvrir du couvercle en assurant une excellente étanchéité entre ce dernier et la poche. RF\TTDI CAT ONS 1 - Une poche-caisson pour le traitement de métaux fondus sous atmosphère réglée, caractérisée en ce qu'elle comprend une poche pour recevoir le métal fondu comportant dans son fond un orifice pour la sortie du rétal qui est muni d'un dispositif de fermeture coulissante, des moyens sur la paroi externe de la poche pour recevoir un couvercle enveloppant le bord supérieur de la poche en position de fermeture, des moyens pour assurer l'étanchéité entre la poche et le couvercle lorsque ce dernier est posté sur les moyens de réception, et des moyens associés au couvercle pour régler l'at mosphère à l'intérieur de la poche. 2 - Une poche-caisson suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour régler l'atmosphère de la poche comprennent un orifice formé dans le couvercle et un dispositif de conduits pour relier ledit orifice à une source de vide. 3 - Une poche-caisson suivant la revendication 1, caractérisée cn ce que les moyens pour régler l'atmosphère de la poche comprennent un premier orifice formé dans le couvercle, un dispositif de conduits pour relier cet orifice à une source de gaz inerte et au moins un second orifice formé dans le couvercle pour l'évacuation du gaz à partir de la poche. 4 - Une poche-caisson suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le couvercle comporte un dispositif pour introduire des éléments d'alliage comprenant un tube disposé dans un orifice du couvercle et des moyens d'obturation de ce tube. 5 - Une poche-caisson suivant les revendications 2 et 4 considérées ensemble, caractérisée en ce que le dispositif de conduits reliant l'orifice du couvercle à la source de vide comprend un tube débouchant dans ledit orifice et le tube du dispositif d'introduction des éléments d'alliage est disposé à l'intérieur du premier tube. 6 - Une poche-caisson suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une bride est disposée au bord du couvercle, une autre bride est disposée extérieurement sur la paroi de la poche à une certaine distance du bord de celle-ci, et un joint d'étanchéité est solidaire d'une des brides pour s'interposer entre celles-ci lors de la pose du couvercle sur les moyens de réception de celui-ci.