Brevet FR2122402A1 — publié le 19720901

4Jl« ' 2122402 Dans la production de l'acier par le procédé de coulée continue, il est souhaitable que l'acier fondu soit versé dans le moule à partir d'une poche ou d'un entonnoir par coulée en source par l'intermédiaire d'une buse doseuse. Le débit doit 5 être réglé en fonction de la capacité de refroidissement des moules et ce mode de coulée en source permet un meilleur réglage. L'acier doit être également distribué avec précision au centre du moule pour éviter une turbulence près des parois latérales. line telle distribution précise est plus facilement obte-10 nue par coulée en source. L'expérience a montré qu'au cours de la coulée des aciers calmés à l'aluminium, il s'accumule de l'oxyde d'aluminium dans l'alésage de la buse et autour de son extrémité de décharge. Cette accumulation dans l'alésage proprement dit a naturellement pour effet de réduire progres-15 sivement le débit pour finalement l'interrompre et l'accumulation autour de l'extrémité contraint le courant à s'écarter de la ligne désirée d'introduction de l'acier dans le moule de manière à provoquer un affaiblissement des parois du lingot dont l'intérieur est encore fondu, lorsqu'il sort du moule. 20 I>a buse d'un entonnoir de coulée selon la présente inven tion est une buse qui comporte des éléments permettant d'engendrer une nappe de gaz inerte autour de la face interne de l'alésage de manière à éviter l'adhérence des scories d'aluminium à la fois à l'intérieur de l'alésage et autour de son extrémité 25 de décharge pour permettre de couler l'acier calmé à l'aluminium à un débit sensiblement constant et en un filet uniforme désiré. En même temps, la nappe de gaz empêche sensiblement l'érosion de la buse. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 50 ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin î la figure 1 est une élévation latérale d'une buse d'enton-35 noir de coulée selon la présente invention ; la figure 2 est une coupe verticale de ladite buse ; et la figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 71 43143 2122402 de la figure 1. la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 809 723 déposée par George S. NEÏÏTOIÎ décrit la génération d'une pellicule, nappe bu écran de gaz inerte sur la 5 surface de l'alésage d'une buse d'entonnoir de coulée pour éviter les difficultés susmentionnées dues aux accumulations d'oxyde d'aluminium dans l'alésage et autour de son extrémité de décharge. Les buses d'entonnoir de coulée sont réalisées couramment en matière céramique du type oxyde de zirconium ou silicate de 10 zirconium ayant un faible degré de porosité. En conséquence, les surfaces externes de la buse, hormis celles de l'alésage proprement dit, sont émaillées à un état non poreux, un trou est percé en partie dans la buse en direction de l'alésage pour s'arrêter à peu de distance de ce dernier et un conduit de gaz est relié 15 à l'alésage pour introduire un gaz inerte sous pression dans le corps de la buse. Ce moyen s'est avéré peu efficace du fait que le coussin de gaz désiré ne se forme que sur la partie de l'alésage la plus proche du point-d'entrée du gaz. La présente invention a pour objet de former un espace 20 annulaire collecteur concentrique à l'alésage de la buse et communiquant avec l'entrée du gaz. En se référant en particulier au dessin, la buse représentée, qui est conforme à la présente invention, comporte un corps cylindrique assez peu profond 10 présentant un chanfrein 12 autour de sa périphérie inférieure 25 et un alésage axial 14 au centre. Une bague collectrice 16 est noyée dans le corps concentriquement à l'alésage 14. La bague est très poreuse de manière à n'offrir pratiquement aucune résistance à l'écoulement d'un gaz en comparaison de la matière du corps. La bague doit être proportionnée de manière 30 que ses côtés plats supérieur 18 et inférieur 20 soient distants d'environ 6,35 mm des surfaces supérieure et inférieure du corps respectivement et qu'une distance analogue sépare sa face interne de l'alésage 14. La buse peut présenter un émail imperméable 22 sur toutes ses surfaces autre que l'alésage 14 proprement dit. 35 Un trou- 24 est' percé dans le corps dé la face chanfreinée à la bague 16 et est taraudé pour y visser un conduit à gaz 26. Ce conduit est relié par son autre extrémité à une source de 71 2122402 gaz inerte, avantageusement de l'argon, représentée schématique-ment en 28. TJn second alésage 30 peut être également percé du chanfrein à la bague en un point situé à 180° de l'alésage 24 et auquel est relié un manomètre 32 pour détecter la pression 5 régnant dans la bague 16. la figure 2 montre la buse montée dans l'ouverture inférieure 34 d'un entonnoir 36, l'ouverture ayant une partie inférieure 38 inclinée vers l'intérieur conformément au chanfrein 12 pour supporter la buse. 10 La forme précise de la buse et de -la partie qui la supporte dans l'entonnoir peut varier dans une large mesure. Les éléments caractéristiques de la présente invention sont l'alésage 14, la bague 16 entourant étroitement l'alésage et le moyen permettant d'introduire un gaz inerte sous pression dans la bague. 15 Le corps de la buse se compose d'une matière céramique à base de zircon, c'est-à-dire de sable au zircon et de zircon broyé de manière à assurer une porosité finale de 17 à 18 Cette composition est très classique et courante pour les buses d'entonnoir de coulée et a été utilisée à cet effet bien avant 20 la mise au point de la présente invention. Cette composition satisfait à toutes les conditions de résistance mécanique et de résistance à l'érosion et a également l'avantage d'être peu coûteuse. On pourrait également avoir recours à d'autres matières céramiques telles que celles à base d'oxyde de zirconium. 25 En tout cas, toute matière céramique ayant les qualités nécessaires de résistance mécanique et de résistance à l'érosion ainsi que le même degré général de porosité pourrait être utilisée à cet effet. La porosité ci-dessus est normale pour la composition et est utile dans la présente invention. 30 Après avoir découvert les principes d'application d'une pellicule gazeuse sur la face interne de l'alésage et de formation d'un collecteur annulaire pour garantir la répartition égale du gaz sur toute la surface de l'alésage, la réalisation du collecteur a posé un problème. On a envisagé la formation 35 d'un collecteur vide en utilisant un noyau vaporisable, par exemple en cire ou en glace. [Toutefois, il a été très difficile d'éliminer la matière du noyau à travers la matière céramique 71 43143 4 2122402 relativement peu poreuse tout en maintenant l'intégrité de la buse formée à l'état vert. En outre, il s'est avéré que la paroi de l'alésage ou d'une façon plus générale les parois supérieure, inférieure et interne de la buse délimitant l'espace annulaire 5 du collecteur doivent être minces pour permettre un débit sensiblement uniforme du gaz dans l'alésage sur toute sa longueur. Les bords supérieur et inférieur de l'alésage sont évidemment plus éloignés de l'espace annulaire que les zones de l'alésage comprises entre eux, et pour obtenir un coussin satisfaisant 10 à ces extrémités de l'alésage, il est indispensable que l'épaisseur des parois soit si faible . Ainsi, un espace annulaire donnerait une buse qui serait assez fragile à la fois à l'état vert et à l'état cuit. Une buse pouvant être produite et utilisée industriellement 15 a été réalisée en découpant un élément annulaire dans taie brique réfractaire du type K-28. On a introduit une partie de la composition classique à base de zircon de la buse dans une matrice, on a placé la brique réfractaire formant l'élément annulaire sur cette partie concentriquement au poinçon de l'alésage de la 20 matrice et on a ajouté le reste de la composition formant la buse sur et autour de la brique réfractaire. Après compression, on a séché et cuit la buse façonnée. Ensuite, on a percé les trous 24 et 30 à travers la matière céramique de la buse dans la brique réfractaire. 25 Cette buse fonctionne d'une manière très satisfaisante. Des résultats assez remarquables de coulée ^expérimentales sont donnés en détail dans la demande de brevet précitée. Pour résumer certains de ces résultats, on a équipé un entonnoir de coulée d'une buse classique et de la buse à pellicule de gaz 30 de la présente invention et on l'a rempli d'acier calmé à l'aluminium. On a fait avancer l'entonnoir le long d'une double ligne de quatre moules associés.Dès que l'un des moules d'une paire a été rempli, on a fait avancer l'entonnoir vers la paire suivante. Les. débits de coulée de la buse à pellicule de gaz 35 étaient d'environ 159 kg par minute pour chacun des trois premiers moules et ont diminué à 79,4 kg par minute pour le quatrième moule. On présume que cette diminution est due à un 71 43143 2122402 refroidissement du métal et par suite à une augmentation de la viscosité, les débits de coulée avec la buse classique ont constamment diminué et ont été successivement de 143, 98, 62 et 47 kg par minute. Au cours d'un essai effectué à une échelle industriel-5 le, un entonnoir équipé de deux buses à pellicule de gaz selon la présente invention, contenant 23 590 kg d'acier a été vidé en 61 minutes dans deux moules ouverts aux extrémités et refroidis par de l'eau. Avec des buses classiques, les alésages ont été obturés par des dépôts d'alumine bien avant que l'enton-10 noir ait été entièrement vidé. Toutefois, la brique réfractaire annulaire n'-a pas assuré une réussite complète. le matériau de la brique réfractaire est mou .Sous l'effet de la pression très importante de 8 à 10 tonnes utilisée pour tasser le mélange formant la buse dans 15 la matrice, la brique réfractaire a été fréquemment écrasée et a perdu sa porosité dans des zones essentielles ou a été décalée ou basculée de manière à ne plus être concentrique à l'alésage de la buse. En outre, la brique réfractaire diffère du matériau du corps en ce qui concerne le coefficient de dila-20 tation thermique. Par conséquent, la surface interne de l'alésage a subi une rupture ou un écaillage. Le manque de concen-tricité de l'espace annulaire et les défauts de la surface de l'alésage ont conduit à des débits de gaz inégaux à partir de certaines parties de la surface de l'alésage, ce qui s'est 25 traduit par une érosion plus rapide. On a découvert une matière céramique qui surmonte les difficultés ci-dessus de la brique réfractaire. Tout en ayant une porosité de 60 elle est néanmoins suffisamment robuste pour résister à la pression de tassement susmentionnée et 30 elle présente un coefficient de dilatation thermique sensiblement identique à celui du corps à base de zircon. La résistance mécanique de la buse avec l'élément annulaire incorporé est sensiblement identique à celle d'une buse sans ledit élément. La composition de l'élément annulaire est la suivante 35 (en poids) : 14,59 % de mullite fondue (3Alg Si0^.2Si02) - granulométrie supérieure à 0,65 et inférieure à 1,41 mm 71 43143 2122402 65,01 i de mullite fondue, granulométrie supérieure à 0,3 et inférieure à 0,65 mm 3,48 io de sciure de bois 11,11 io de "Carbowax 4000", une marque déposée de Union 5 Carbide and Chemical Co. désignant un polyéthylène- glycol 3,32 io d'argile du type "Old mine" N° 4 2,5 i« d'eau. Après l'avoir mélangée, on moule la composition pour former 10 l'élément annulaire, on la sèche et la cuit à 1427°C. Bien que la sciure de bois ne constitue qu'une faible proportion pondérale de la composition, elle équivaut presque à la moitié de la composition en volume. Etant donné que la sciure.et le produit "Carbowax" brûlent naturellement pendant la cuisson, on obtient 15 la porosité désirée. Comme indiqué plus haut, l'émail est facultatif. Il empêche naturellement que le gaz passe vers une autre surface que celle de l'alésage,mais la résistance opposée à l'écoulement des gaz augmente suffisamment avec l'épaisseur du zircon à 20 traverser pour que la perte de gaz à travers des surfaces autres que celle de l'alésage reste très faible. En bref, la présence de l'émail pourrait bien dépendre de l'épaisseur comparative du corps entre l'élément annulaire et l'alésage et l'épaisseur du corps ailleurs. Plus ces épaisseurs tendent vers une 25 valeur égale, plus la présence d'un émail pourrait être souhaitable. Cela dépend également en partie au moins de l'ouverture de l'entonnoir de coulée dans laquelle la buse est logée. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de rece-30 voir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 71 431^3 2122402 REVENDICATIONS 1. Buse d'entonnoir de coulée pour la coulée en source de l'acier calmé, buse caractérisée en ce qu'elle comporte un corps en matière céramique poreuse traversé par un alésage et destiné 5 à être logé dans un entonnoir et un organe pour répartir un gaz d'une manière sensiblement régulière autour de l'alésage afin de le diffuser régulièrement à travers le corps sensiblement sur toute la surface formant l'alésage. 2. Buse d'entonnoir selon la revendication 1, caractérisée 10 en ce que le corps a une porosité limitée et en ce que l'organe de distribution du gaz comporte un élément formant un anneau concentrique à l'alésage et radialement espacé de ce dernier, opposant une résistance insignifiante à l'écoulement d'un gaz par rapport à la résistance qu'oppose le corps et duquel un gaz 15 sous pression est diffusé à travers ledit corps sensiblement sur toute la surface définissant l'alésage, et un organe pour distribuer un gaz sous pression à l'élément formant l'anneau. 3. Buse d'entonnoir selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément formant l'anneau est noyé dans ledit corps. 20 4. Buse d'entonnoir selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit anneau est près de la surface de l'alésage et des surfaces supérieure et inférieure du corps et sensiblement à égale distance de ces surfaces. 5. Buse d'entonnoir selon la revendication 4, caractérisée 25 en ce que ledit anneau est plus éloigné de la périphérie externe du corps. 6. Buse d'entonnoir se'lon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle présente un émail imperméable sur la face externe du corps autre que celle de l'alésage. 30 7. Buse d'entonnoir selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps présente une porosité de l'ordre de 18 io. 8. Buse d'entonnoir selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau est en un matériau ayant une porosité de l'ordre de 60 io. 35 9. Buse d'entonnoir selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit anneau est en céramique poreuse. 10. Buse d'entonnoir selon la revendication 9, caractérisée 71 43143 2122402 en ce que ladite céramique constitue une brique réfractaire poreuse. 11. Buse d'entonnoir selon la revendication 9» caractérisée en ce que ladite céramique a sensiblement le même coefficient de dilatation thermique que le corps. 5 12. Buse d'entonnoir selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite céramique se compose essentiellement de mullite fondue broyée. 13. Buse d'entonnoir selon la revendication 12, caractérisée en ce que le corps est en une céramique à base de zircon. 10 14. Buse d'entonnoir selon la revendication 9 ou 11, caracté risée en ce que l'anneau est à une distance comprise entre 6,35 et 12,7 mm de la surface de l'alésage et des surfaces supérieure et inférieure du corps.