Brevet FR2159434A1 — publié le 19730622

La présente invention concerne un dispositif de protection à Jeter après usage, empochant ltoxydation d'un courant de métal fondu en cours de coulée. Lors de la coulée des métaux, l'un des problèmes principaux concerne l'oxydation du métal fondu transféré de la poche de coulée au moule. Habituellement, lors de la coulée dans une série de lingotières, une poche de coulée contenant le métal fondu est disposée, par un ensemble de suspension, au-dessus de la lingotière à remplir, et un courant de métal fondu pénètre dans la lingotière par une buse placée au fond de la poche. Une fois que la lingotière a été remplie, le courant de métal est interrompu et la poche est déplacée vers le moule suivant. L'un des problèmes posés par cette opération de coulée est que le métal, lorsqu'il s'écoule entre la poche et la lingotière ou le moule, réagit avec l'oxygène de l'atmosphère en formant des oxydes et parfois des nitrures.Les oxydes sont nuisibles, car ils créent des défauts métallurgiques, appelés inclusions d'oxyde, dans le produit terminé qui a des propriétés réduites. Pour satisfaire à des spécifications de plus en plus sévères notamment en ce qui concerne le fer et l'acier, il est donc impératif que le produit terminé soit dépourvu de tels défauts. Pour éliminer l'oxydation indésirable du métal fondu ou coulé, on a essayé de protéger ce courant lors de l'opération de coulée. Pour l'essentiel, on connatt des appareils destinés à entourer espace compris entre la plage de coulée et le moule par un capot cylindrique en métal qui protège de l'atmosphère le curant qui tombe. Ces capots sont. en général fixés à la partie inférieure de la poche et ils entourent la buse, tout en permettant le passage d'un gaz inerte, par exemple de l'argon qui chasse l'air et empoche sa rentrée lors de la coulée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 174 200 décrit un tel dispositif. Cependant, l'utilisation de tels capots ne donne satisfaction qu'en partie dans la protection du métal du contact de l'air. Ce comportement est essentiellement dA au fait que les capots ne peuvent pas constituer une enceinte pratiquement totale renfermant tout espace compris entre la poche et le moule. Ainsi, la dimension de la poche est telle qu'elle ne peut pas entre abaissée avec précision Jusqu'au point où le capot fixé à la poche repose directement à la face supérieure de l'ensemble contenant les moules. Au contraire, la poche qui pèse souvent plus de 300 tonnes est maintenue à plusieurs centimètres au-dessus de la surface des moules, laissant ainsi un espace à la pénétration de l'air lors de la coulée.Cette hauteur est maintenue, car 11 opérateur de la grue ou du pont roulant ne peut pas placer avec précision la poche, et il est difficile d'élever et d'abaisser de façon répétée une telle masse. En général, l'entrée d'air par cet espace est rendue minimale par balayage de l'intérieur du capot par un gaz inerte. Par exemple, le brevet précité décrit que, dans le cas d'un espace de 5 à 20 cm entre le capot et le moule, il faut un débit d'argon de l'ordre de 28 à 34 m3/h pour purger un capot de 25 à 33 cm de diamètre. Cependant, pour tenir compte des bouffées de vent qui peuvent passer sur les plateformes de coulée, le débit de balayage d'argon doit entre accru jusqu'à des valeurs prohibitives au point de vue de la rentabilité. Divers autres tentatives ont aussi visé à la formation d'une enceinte continue entre la poche et le moule. On a décrit un appareil comprenant un manchon télescopique fermant l'espace compris entre la poche et le moule, et des manchons dilatables contenant des soufflets souples. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3 523 684 et 2 905 989 décrivent des exemples de tels dispositifs. Cependant, pour l'essentiel, ils ne donnent pas satisfaction car ils sont déformés par la chaleur irradiée par le métal fondu et par les projections du métal qui s'écoule. En général, le courant de métal a tendance à tomber irrégulièrement, si bien qu'il heurte 11 enceinte qui 11 entoure. En conséquence, les soufflets ou la partie télescopique de ce dispositif de protection ne fonctionnent que pendant de courtes périodes. L'inventicn concerne un dispositif de protection dtun courant de métal chaud contre l'atmosphère ambiante, d'utilisation commode et de prix très faible, si bien qu'il peut entre jeté après une seule utilisation. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de protection d'un courant de coulée, à jeter après usage et destiné à empêcher l'oxydation du métal par l'oxygène atmosphérique lors de la coulée à partir d'une poche dans un moule ou une lingotière ; ce dispositif comprend une enceinte munie d'extrémités supérieure et inférieure ayant chacune un orifice, et un passage disposé longitudinalement dans l'en- ceinte qui est destinée reposer à sa partie inférieure sur le moule et à être en butée à son extrémité supérieure contre la poche de coulée, les orifices et le passage étant alignés avec la cavité du moule de manière à permettre le passage du métal fondu de la poche à la cavité du moule sans que le métal soit au contact de l'atmosphère.La matière de l'enceinte est composite, l'enceinte comprenant une couche intermédiaire cohérente dont la face externe est revttue d'une couche imperméable aux gaz et la face interne d'une couche réfléchissante. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de protection comporte un ensemble permettant à l'enceinte entre élastiquement en butée contre la poche lors de la cou- - lée. Dans un tel mode de réalisation, ltenceinte a a une partie de sa longueur qui peut se replier. Cette partie est encochée et pliée, par des plis disposés perpendiculairement à l'axe vertical de l'enceinte. La position de la section pliée le long de l'enceinte ainsi que le nombre de plis peuvent varier. Par exemple, l'enceinte peut comprendre des parties alternées à plis et sans plis, ou elle peut être entièrement pliée. Dans un mode de réalisation préféré, la partie pliante comprend un seul pli et est disposée à la base de l'enceinte destinée à coopérer avec la partie supérieure de l'ensemble des moules. Un manchon interne à l'enceinte, capable de coulisser dans celle-ci, ferme les orifices des bords des plis. Dans un autre mode de réalisation, une partie télescopique permet le déplacement élastique du dispositif de protection le long de son axe vertical. Ce déplacement est assuré par une partie supérieure de l'enceinte qui coulisse autour d'une partie inférieure avec laquelle elle est reliée par un dispositif élastique, par exemple par un élastomère. L'enceinte constitue donc un joint souple continu entre le moule et la poche, empêchant la pénétration des gaz atmosphériques lors de la coulée. L'enceinte n'a pas de section bien définie, c'està-dire qu'elle peut avoir une section géométrique quelconque, par exemple circulaire ou polygonale, notamment hexagonale, rectangulaire ou triangulaire. Du point de vue de la commodité de la réalisation, il est préférable que la section soit rectangulaire. Une caractéristique du dispositif de protection de l'invention est sa simplicité. Comme la matière est peu cot- teuse et que la réalisation est facile, le dispositif est suffisamment peu coûteux pour wetre jeté après usage. En fait, la durée prévue au cours d'une opération de coulée est inférieure à 5 mn ou en d'autres termes le temps de remplissage d'un moule unique est de cet ordre. L'expression "à Jeter après usage" utilisée dans le présent mémoire indice que le dispositif de l'invention est destiné à titre utilisé une seule fois pour le remplissage d'un seul moule. Ceci est en général inévitable lorsque la matière est par exemple formée de fibres agglomérées de bois, car l'enceinte est en général déformée ou percée par des trous brayés après une seule utilisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une perspective avecçdes parties arrachées, d'un mode de réalisation préféré de l'invention, comportant une partie pliante - la figure 2 est une coupe du dispositif de la figure 1, et elle montre la position du manchon interne par rapport au corps - la figure 3 est une coupe de la matière composite préférée utilisée pour la réalisation de l'enceinte selon l'invention - la figure 4 représenté la mise en place d'un dispositif selon l'invention lors de l'utilisation - la figure 5 est une coupe d'une variante du dispositif des figures 1 et 2 ; et - la figure 6 représente une autre variante du dispositif selon l'invention, comportant une partie télescopique. La matière utilisée selon l'invention est une matière composite à trois constituants, comprenant une couche médiane cohérente recouverte sur sa face interne d'une couche réfléchissante et sur sa face externe d'une couche imperméable aux gaz. La face interne désigne la face tournée vers le courant de métal, alors que la face externe est celle qui est au contact de l'atmosphère. La couche médiane cohérente peut entre selon l'invention en toute matière peu conteuse capable de constituer un substrat pour les couches interne et externe. La matière cohérente de la couche médiane peut être avantageusement en panneaux de fibres de bois, en panneaux de bois déchiqueté ou en matière plastique cellulaire, par exemple en mousse de polyuréthane. Des panneaux de papier ondulé, c'est-à-dire du carton ondulé courant, constituent la matière préférée.Le revatement réfléchissant de la face interne constitue une protection contre les radiations. Une feuille métallique, par exemple d'aluminium, constitue un revêtement préféré, bien que toute matière réfléchissante capable d'^etre pliée convient, par exemple l'argent, si on fait abstraction des considérations de prix. Le rôle de la couche imperméable placée à la face externe est essentiellement d'empêcher la combustion de la couche cellulosique intermédiaire en empochant l'oxygène de l'atmosphère de l'atteindre. Ainsi, son r81e principal est une protection contre l'oxygène. La nécessité de la disposition d'une couche externe est montrée par des essais dans lesquels des panneaux de fibres, revalus uniquement sur leur face interne d'une feuille métallique, brillent au cours de la coulée, et restent intacts lorsqu'ils portent à l'extérieur une couche imperméable aux gaz, par exemple une feuille métallique.On constate qu'en formant un stratifié comprenant une feuille d'aluminium dont 11 épaisseur peut entre aussi faible que 8 microns, sur les faces interne et externe drun paneau de fibres, la ma-tière composite formée peut supporter l'exposition à un courant d'acier fondu sans désintégration par combustion dans les conditions d'utilisation, c'est-àdire lors de l'utilisation comme dispositif de protection, les parois du dispositif étant disposées à une distance d'environ 30 cm du courant de métal pendant une période inférieure à 5 mn environ. Les techniques d'association de la feuille d'aluminium aux faces du panneau de papier sont bien connues dans la technique ; de préférence, une colle convenable assure la formation du stratifié.Il faut noter qu'on peut utiliser un autre dispositif à la place de la feuille métallique de manière que la face externe résiste à la combustion. Ainsi, un revêtement ou une membrane de matière plastique retardant l'inflammation et imperméable à l'oxygène, ou un produit chimique retardateur d'inflammation, par exemple du phosphate diammonique, peut former le rev8tement de la face externe. La figure I représente un mode de réalisation préféré de l'invention, sous forme d'une enceinte 10 à quatre c8tés comportant un pli 11 à proximité de la base. L'enceinte 10 est réalisée par formation de découpes et par pliage d'un flan plan de matière composite formée d'un panneau de fibres stratifiées avec des feuilles métalliques, comme représenté sur la figure 3, de manière classique, en utilisant un appareil classique de réalisation des bottes en papier pour la réalisation de l'enceinte de forme rectangulaire. L'orifice 12 de la partie supérieure de l'enceinte 10 est délimité par deux volets opposés 15 et 15' et 16 et 16' qui ne se rejoignent pas au centre. L'enceinte 10 est rendue élastique par découpe de la partie inférieure le long des quatre bords 13, puis pliage de la partie découpée suivant les lignes 14 et 17, perpendiculairement à l'axe vertical de l'enceinte 10. Les plis 11, lorsqu'ils sont comprimés, repoussent l'enceinte vers sa position allongée, permettant ainsi le déplacement élastique de l'enceinte le long de l'axe 18. Un manchon interne 20, visible dans la partie arrachée 19, est disposé dans l'enceinte 10 et coulisse sur celle-ci, en empêchant l'entrée d'air par l'orifice 21 formé par chaque extrémité découpée des plis 11. Le manchon 20, qui est en même matière composite que l'enceinte 10, repose à la surface 25 du moule, sur la méme surface que l'enceinte, et dépasse sur une hauteur supérieure à celle des parties 13 découpées, si bien que les orifices 21 sont toujours fermées. il faut noter que le dispositif de protection de l'invention ne comprend pas obligatoirement une partie pliée qui donne de la souplesse. Dans les opérations de coulée dans lesquelles la poche peut entre disposée avec précision au contact de l'orifice de l'enceinte, la partie pliante peut entre éliminée. Dans ce cas, l'élasticité naturelle de la matière composite suffit. La disposition relative du manchon 20 et de l'en- ceinte 10 apparatt clairement sur la figure 2. Le manchon 20 repose sur la surface 25 du moule 26 et entoure la cavité 27 (représentée en traits interrompus). La dimension du manchon 20 est telle qu'il coulisse le long de la face interne 28 de l'enceinte 10, au contact de laquelle il est. Son rible est d'empocher l t entrée d'air par la partie découpée (qui n'apparatt pas sur la figure 2). Le manchon 20 a pratiquement la m6me forme géométrique et est en m8me matière que l'enceinte 10. La matière composite préférée selon l'invention est représentée sur la figure 3. Un organe médian 30 ondulé ou cannelé est disposé entre deux feuilles 31 et 32 de couverture. Deux feuilles métalliques réfléchissantes 33 et 34 sont collées à la face externe des feuilles 31 et 32 de manière à former les revttements interne et externe. L'invention est destinée à être mise en oeuvre avec une surface d'étanchéité placée à la partie inférieure de la poche, par exemple un capot classique du type décrit dans le brevet précité nO 3 174 200. Initialement, le dispositif 41 représenté sur la figure 4 est disposé sur la lingotière 26 en face de la cavité 27 de coulée de manière que le courant de métal pénètre directement. En pratique, la lingotière peut comprendre une masse chaude et dans ce cas le dispositif 41 entoure la partie de la masse chaude qui dépasse au-dessus de la surface de la lingotière. Une fois que le dispositif 41 a été placé à la surface de la lingotière 26, ces deux éléments sont purgés, par exemple à l'argon ou à l'aide d'un autre gaz inerte, suivant les procédés classiques tels que décrits dans le brevet précité nO 3 174 200. Juste après la purge, l'argon~gazeux est conservé dans la lingotière par fermeture de l'orifice (non visible) de la partie supérieure du dispositif 41, à l'aide d'un morceau de feuille de papier ou d'aluminium. La lingotière 26 et le dispositif 41 sont alors plats à recevoir le courant de métal de la poche 42. La poche 42 et le capot 43 sont mis en position de manière à venir reposer à la partie supérieure du dispositif 41, si bien que celui-ci est légèrement comprimé. Une fois que la poche est en position, de l'argon commence à circuler dans le capot de manière à chasser l'air de l'espace entourant la buse 45 (indiquée en traits interrompus). La buse 45 est alors ouverte et le courant métallique perce facilement le couvercle de l'orifice du dispositif de protection et pénètre dans la cavité 27. La poche 42, qui est en butée contre le dispositif 41, est disposée de manière que le capot entoure l'orifice du dispositif 41, formant ainsi une enceinte souple continue pour le courant de métal entre la buse 45 et la cavité 27. Comme représenté sur la figure 4, le courant de métal (non représenté) quittant la poche 42 passe par la buse 45, le capot 43, le dispositif 41 et la cavité 27.L'argon passe par la tuyauterie 44 et pénètre dans le capot 43 qui entoure la buse 45. La figure 5 représente une variante du dispositif de la figure 1, destinée à accroStre la résistance à la combustion de l'enceinte soumise aux radiations par le courant de métal fondu. La pyrolyse de la matière constituant le dispositif de protection commence en général au bord exposé 29 de l'orifice 21 (figure 1) car celui-ci ne comprend pas de revêtement réfléchissant le protégeant contre les radiations. Pour éviter ce comportement, -on enroule simplement une feuille métallique réfléchissante, par exemple d'aluminium sur le bord 29 au périmètre de l'orifice 12. Une technique plus efficace consiste à former des volets 51 de longueur suffisamment grande pour que les diverses parties 55 puissent entre repliées vers l'arrière au bord de l'orifice 52, comme représenté sur la figure 5. Les volets 51 qui dépassent dans l'enceinte Jusqu'au contact du revêtement interne 53 assurent que les parois externes 54 ont une résistance accrue aux radiations provenant du courant de métal fondu, grâce à la protection thermique constituée par le revêtement 53 et les parties 55. La figure 6 représente un dispositif de protection comportant une partie télescopique constituant une variante permettant le déplacement élastique de l'enceinte suivant son axe longitudinal. Dans ce mode de réalisation, le dispositif est formé d'une enceinte à quatre cotés ayant une partie supérieure 60 capable de coulisser autour d'une partie inférieure 61 et supportée sur celle-ci par un dispositif élastique 62. Ce dernier associe les deux parties télescopiques qui sont fixées auxbordsinférieur 63 et supérieur 64 de la partie supérieure 60 et de la partie inférieure 61 respectivement. Cette disposition permet à la partie 60 d'être comprimée par la poche lors de la coulée, sans déformation, tout en étant repoussée en position normalement allongée par rapport à la partie 61, formant ainsi une enceinte souple continue entre la poche et la lingotière. Le dispositif élastique décrit dans le présent mémoire peut comprendre un ressort en fil d'acier ou en élastomère, par exemple en caoutchouc. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS Dispositif de protection à Jeter après usage, destiné à empêcher l'oxydation d'un courant de métal fondu par l'oxygène atmosphérique, lors de la coulée d'une poche à un moule, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ayant des extrémités supérieure et inférieure, comportant chacune un orifice et un passage longitudinal disposé entre les orifices, l'enceinte étant destinée à reposer à son extrémité inférieure sur le moule en étant en butée à son extrémité supérieure contre la poche de coulée, les orifices et le passage pouvant etre disposés dans l'alignement de la cavité du moule de manière à permettre 7e passage du courant de métal fondu de la poche à la cavité du moule sans qu?il soit au contact de l'atmosphère, l'en- ceinte étant en matière composite comprenant une couche médiane cohérente ayant une couche imperméable aux gaz à sa face externe et une couche réfléchissante à sa face interne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que enceinte comprend une partie élastique pliante, qui est découpée et pliée suivant un pli au moins placé autour de l'enceinte dans un plan perpendiculaire à l'axe vertical de l'enceinte, le dispositif comprenant de plus un manchon interne placé dans l'enceinte et coulissant dans celle-ci, entre la partie inférieure de celle-ci et une hauteur dépassant celle de la partie pliante, de manière que, lors de la compression par la poche au cours de la coulée, l'enceinte soit repoussée de manière à être en butée élastique contre la poche et à former une enceinte continue et souple entre la poche et le moule. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte a deux parties, la première pouvant coulisser autour de la seconde, un dispositif élastique repoussant la première partie en position normalement allongée et associant le bas de la première partie au haut de la seconde, de manière que, après compression par la poche au cours de la coulée, l'enceinte soit repoussée en butée élastique contre la poche de manière à former une enceinte continue et souple entre la poche et le moule. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche médiane de matière composite est du carton ondulé. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche réfléchissante est une feuille d'aluminium. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la couche imperméable aux gaz est une feuille d'aluminium.