Brevet FR2247303A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne des perfectionnements à la coulée de métaux, et notamment de l'acier, de l'aluminium et du laiton. Dans un procédé de coulée continue d'acier, l -écoulement de 1' acier fondu provenant d'une poche à quenouille, ou entonnoir de coulée, est commandé par une vanne à obturateur coulissant dans laquelle une porte est agencée de façon à coulisser en contact avec une plaque stationnaire délimitant un orifice. Des exemples de tels dispositifs de porte coulissante sont décrits dans les brevets anglais N0 1 093 478, 1 274 013 et dans les demandes de brevet anglais NO 25 545/72 et 39 618/72 qui concernent des agencements dans lesquels la porte coulissante peut effectuer un mouvement rectiligne de va-etvient, tandis que dans un autre agencement, décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 430 644, la porte mobile est rotative. Une poche à quenouille comprend par exemple un tube formant tuyère qui est fixé dans un chemisage réfractaire de la poche et qui comporte un alésage ayant une section transversale uniforme et s' étend vers le bas depuis une partie de la poche délimitant un puits en forme de cône inversé. Il a été antérieurement proposé de remplir la région du puits et le tube de la tuyère avec une matière granulaire, par exemple pour empêcher l'acier fondu de pénétrer dans 1' alésage de la tuyère et de se refroidir durant le remplissage de la poche, et de prévoir une certaine quantité de matière carbonée en tant que combustible pour une lance à oxygène si une telle lance est nécessaire pour amorcer l'écoulement de l'acier à travers l'alésage de la tuyère. L'invention apour but de fournir un procédé perfectionné pour introduire une matière granulaire dans un alésage d'une tuyère ou buse, et en particulier bien que non exclusivement lors de la coulée de métal en fusion à travers une tuyère commandée par une porte mobile. Selon cette invention une matière granulaire, qui peut être ré fractaire, exothermique ou présenter ces deux caractéristiques, est introduite dans l'alésage d'une buse ou tuyère de coulée, avant la coulée du métal en fusion à travers celle-ci; cette matière granulaire est introduite en insèrant dans l'alésage une cartouche dans laquelle la matière est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire en une matière qui, dans les conditions de la coulée du métal, est détruite, par exemple par combustion ou par fusion. La matière granulaire est par exemple rendue combustible au moyen d'une matière carbonée, par exemple du carbone. Des exemples de carbone pouvant être utilisés comprennent le graphite, le coke broyé et le carbone gilso. De préférence on utilise du carbone fin, c'est-à-dire un carbone ayant une dimension de particules qui n'est pas supérieure à 3 mm. Non seulement le carbone utilisé présente des propriétés combustibles, mais il est également souhaitable qu'il soit fluide et non mouillable. On utilise de préférence au moins 10 X en poids de carbone et avantageusement au moins 30 %. L'invention a pour objet un procédé pour introduire une matière granulaire, réfractaire, dans un alésage d'une tuyère avant la coulée de métal en fusion à travers cette tuyère, selon lequel on prépare une cartouche dans laquelle la matière granulaire est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire en une matière pouvant être détruite par les conditions de coulée du métal puis on introduit cette cartouche dans l'alésage. On utilise de préférence entre 40 fo et 90 ffi en poids d'une matière granulaire inerte, et plus précisément entre 40 et 70 %. D'une façon avantageuse par exemple on utilise 70 ffi en poids de sable de chromite et 30 % en poids de carbone fin. L'invention concerne également un procédé pour introduire une matière en grains combustible dans l'alésage d'une tuyère avant la coulée du métal à travers cette tuyère, ainsi qu'un procédé pour introduire une matière granulaire carbonée et un procédé pour introduire une matière granulaire exothermique dans l'alésage d'une tuyère avant la coulée du métal. La matière granulaire peut être tassée de façon homogène dans l'organe tubulaire ou, en variant?, elle peut être disposée par couches avec par exemple une ou plusieurs couches de matière réfractaire et une ou plusieurs couches de matière exothermique. la dimension des particules de la matière en grains ne dépasse de préférence pas 3 mm mais il est préférable d'avoir des dimensions de particules allant d'environ 3 mm jusqu a moins de 0,6 mi. L'organe tubulaire peut avoir un couvercle d'extrémité en une matière rigide fusible ayant un point de fusion qui est inférieur à la température du métal à couler, la cartouche étant introduite dans l'alésage de telle sorte que ce couvercle soit disposé à ltextrémité aval de la cartouche par rapport au sens d'écoulement du métal. L'invention a également pour objet un procédé de coulée d'acier comprenant.le procéd d'introduction de matière en grains. L'invention a enfin pour objet une cartouche appropriée pour être utilisée pour la mise en oeuvre dtun procédé tel que défini cidessus, et une telle cartouche en combinaison avec un appareil de coulée d'acier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples. Sur ces dessins la Fig. I est une vue partielle, en coupe, d'une poche à quenouille, comportant une porte coulissante et un alésage de tuyère rempli au moyen d'une cartouche contenant une matière en grains; la Fig. 2 est une vue en perspective d'une cartouche suivant l'invention. La poche de coulée représentée au dessin est adaptée -pour être utilisée pour la coulée d'acier dans une lingotière (non représentée) ou dans un entonnoir d'une installation de coulée continue, à travers une vanne à porte coulissante 10 (dont une partie seulement est représentée). La poche de coulée comprend une enveloppe externe 12 en métal et un chemisage réfractaire 11. Une tuyère 14 est montée dans la poche et comprend un tube de tuyère réfractaire 16, comportant un alésage 17 ayant dans son ensemble, en section transversale, une forme circulaire uniforme, qui est monté dans des blocs réfractaires 18,20 et dans un organe externe réfractaire 22 de la tuyère, monté sur une plaque de support métallique 24 fixée sur l'enveloppe externe métallique 12 de la poche. Une plaque stationnaire réfraetaire percée 26 est fixée au-dessous de la plaque 24 et comporte un orifice 28 qui est aligné avec l'alésage 17 du tube de tuyère 16, la plaque 26 étant constituée par un corps réfractaire 29 enfermé dans une enveloppe 31 en acier mince. L'extrémité supérieure du tube 16 et le bloc 18 délimitent un puits en forme de conne inversé 19 qui débouche dans l'alésage 17. La vanne à porte coulissante comprend-une porte coulissante réfractaire 30 qui est constituée par un tube réfractaire 32 fixé dans un organe annulaire réfractaire 34 qui est lui-même enfermé dans une enveloppe 36 en acier, à paroi mince. La porte 50 est agencée pour glisser en contact avec la plaque 26 entre une position d' ouverture (non représentée) dans laquelle l'acier fondu peut sortir de la poche par la tuyère 16, l'orifice 28 et le tube 32, etune position de fermeture, représente au dessin, dans laquelle l'orifice 28 est fermé par la porte 30. Une cartouche représentée en 38 est étroitement ajustée dans l'alésas 17 et s'étend jusqu'à l'extrémité amont de cet alésage. La cartouche 38 est constituée par un tube cylindrique circulaire 40 représenté au dessin comme partant de la plaque 26 traversant l'alésage 17, pénétrant dans le puits 19 et se terminant au-dessus du tube 16 de la tuyère. Ce tube 40 peut s'étendre sur une partie seulement de la longueur de l'alésage 17 du tube de tuyère 16, ou sur la totalité de cette longueur ou avoir tout autre position appropriée. Le tube 40 est en une matière qui peut être détruite (par exemple par combustion) par les conditions de coulée de l'acier; il est par exemple en carton. Ce tube 40 est muni de couvercles 40a en la même matière, qui sont collés sur lui. le diamètre externe du tube 40 est par exemple compris entre 38 et 120 mm, le tube 40 renferme une matière granulaire appropriée, comprenant par exemple une matière réfractaire granulaire inerte additionnée de carbone fin en tant que combustible, par exemple une matière composée de 70 %0 en poids de sable de chromite et 50 % en poids de graphite fin, ou = 40 ajG en poids de sable fin dur de silice et 60 % en poids de graphite fin, ou = 60 % en poids de sable fin de silice pur et 40 % en poids de graphite fin. D'autres formes de carbone fin pouvant être utilisées et notamment le coke broyé et le carbone gilso. On utilise de préférence au moins 10 %0 en poids de carbone fin. D'autres chartes réfractaires comprennent par exemple le sable de chrysalite, le sable de zirconium et la magnésite granulaire. On peut également utiliser des matières réfractaires isolantes de la chaleur, de faible densité, pour remplacer entièrement ou partielle ment la charge réfractaire nar exemple de la perlite, de la vermiculite ou de l'argile réfractaire expansé. La matière granulaire peut être tassée de façon homogène dans le tube 40 ou en variante elle peut etre stratifiée par exemple en plusieurs couches alternées de carbone et de matière réfractaire, telle qutune couche inférieure de carbone, une couche intermédiaire de sable de silice et une couche supérieure de carbone. En variante la matière granulaire peut comprendre une matière doucement exothermique qui est également additionnée de carbone fin en tant que combustible, par exemple une matière composée de 25 % en poids de ferro-silicium et 75 ode carbone fin. Dans ce cas encore le carbone fin peut être constitué par du graphite, du coke, broyé ou du carbone gilso et l'on utilise de préférence au moins 10 ffi en poids de carbone fin avec entre 25 et 90 ffi en poids de ferro-silicium. En remplacement du ferro-silicium on peut utiliser un mélange d'oxyde de fer et d'aluminium; de préférence encore avec au moins 10 % de carbone et entre 25 et 90 % en poids d'oxyde de fer et d'aluminium. De même également la matière granulaire, constituée par une matière exothermique et un carbone fin, peut être tassée de façon homogène dans le tube 40 ou encore ce tube peut être rempli avec des couches par exemple, une couche inférieure de carbone, une couche intermédiaire de matière exothermique et de carbone en un mélange homogène, et une couche supérieure en carbone ou en une matière purement réfractaire, ou en variante, par exemple, deux couches: une couche inférieure de matière réfractaire et une couche supérieure de matière exothermique. La réaction exothermique peut etre amorcée soit par l'action de la chaleur restant dans les parties réfractaires soit par contact avec l'acier en fusion. On donne ci-dessous une analyse caractéristique des dimensions des particules de la matière se trouvant dans le tube 40. Tamis à mailles de : Pourcentage de matière retenue 2,81 mm 0,1 2,06 mm 0,2 1,40 mm 3,9 1,- mm 4,1 0,50 mm 17,6 0,25 mm 44,4 0,124 mm -25,4 0,09 mm 1,0 0,06 mm 2,0 C 0,06 mm 3,3 la densité naturelle apparente de la matière tassée dans le tube est par exemple d'environ 2,1 grammes par centimètre cube et, lorsque la matière n'est pas tassée dans le tube cette densité est d'environ 1 ,8 grammes par centimètre cube. Habituellement lorsque la cartouche est introduite dans l'alésage, le tube 16 de la buse et les parties qui l'entourent sont encore chauds à la suite d'une coulée précédente, ainsi le tube 40 et ses couvercles d'extrémité commencent immédiatement à brûler ou à se carboniser. Lorsque le tube 40 se prolonge au-dessus de l'alésage 17 il brûle rapidement et s'affaisse en découvrant la matière granulaire et en lui permettant de se déposer dans le puits 19 avant que l'acier ne soit coulé dans la poche. Lorsque la porte mobile 30 est déplacée vers sa position d'ouverture et que l'on commence à couler de l'acier à travers le tube 16et l'orifice 28, la matière granulaire est balayée à travers l1ori- fice 28 et le tube 32. La cartouche est introduite dans l'alésage 17 depuis l'extérieur de la poche lorsque cette dernière se trouve sur son coté et que la porte mobile 30 et la plaque 26 sont enlevées pour être inspectées ou entretenues. le carton doit être tel que le couvercle d' extrémité inférieur et les parties adjacentes du tube restent suffisamment rigides pour contenir la matière granulaire jusqu'à ce que la porte mobile ait été remise en place et que la porte 30 se trouve dans sa position de fermeture. En variante, le couvercle d'extrémité inférieur en carton est remplacé par un couvercle d'extrémité en une matière fusible rigide, par exemple en aluminium ou en acier doux, qui présente un point de fusion inférieur à la température de l'acier en fusion-et qui conserve sa rigidité sans difficulté jusqu'à ce qu' il soit fondu. Dans une autre variante, l'organe tubulaire lui-meme est également en matière rigide fusible, ou encore en carton, chemisé avec une feuille d'aluminium. le couvercle d'extrémité aval peut comporter une collerette fusible, s'étendant vers l'extérieur (non représenté), qui peut être retenue entre la plaque 26 d'une part et le tube de tuyère 16 et l'organe externe 22 d'autre part, ce qui permet de retenir la cartouche dans le tube de tuyère 16 jusqu'à ce que la collerette soit détruite par la chaleur du métal coulé. Si la collerette est en aluminium elle peut s'oxyder en un oxyde d'aluminium pour fournir un composé de séparation entre la plaque 26 et le tube 16 et l'organe externe 22. Selon une variante le carbone est supprimé dans les grains de la matière réfractaire exothermique, ou encore le carbone est remplacé par une autre matière appropriée. il est également possible utiliser 10046 de carbone. Par application de l'un des procédés suivant l'invention, plus particulièrement lorsque l'on utilise dans ce procédé une matière exothermique, on peut emp8cherle métal de se refroidir dans l'alésa- ge 17 ou l'orifice 28 à la suite du déplacement de la porte mobile vers la position d'ouverture, ce refroidissement ayant posé un problème dans les dispositifs de la technique antérieure. Revendications 1 - Procédé pour l'introduction d'une matière granulaire réfractaire dans l'alésage d'une tuyère de coulée caractérisé en ce que, avant la coulée d'un métal en fusion à travers cette tuyère, a) on forme une cartouche dans laquelle la matière granulaire est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire et une matière sus ceptible d'être détruite par les conditions de coulée du métal et b) on introduit cette cartouche dans l'alésage. 2 - Procédé pour introduire une matière granulaire additionnée de combustible dans l'alésage d'une tuyère de coulée czractrisé en ce que,avant la coulée de métal en fusion à travers cette tuyère, on forme une cartouche dans laquelle la matière granulaire est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire en une matière susceptible d'être détruite par les conditions de coulée du métal et on introduit cette cartouche dans l'alésage. 3 - Procédé pour introduire une matière granulaire carbonée dans l'alésage d'une tuyère de coulée caractérisé en ce que, avant la coulée du métal à travers cette tuyère, on forme une cartouche dans laquelle la matière en grains est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire en une matière susceptible d'être détruite par les conditions de coulée du métal puis on introduit cette cartouche dans l'alésage. 4 - Procédé pour introduire une matière granulaire exothermique dans l'alésage d'une tuyère de coulée et provoquer une réaction exothermique, caractérisé en ce que, avant la coulée d'un métal en fusion à travers cette tuyère, on forme une cartouche dans laquelle la matière granulaire est enfermée à l'intérieur d'un organe tubulaire en une matière susceptible d'être détruite par les conditions de coulée du métal puis on introduit cette cartouche dans l'alésage et on amorce la réaction. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche contient à la fois une matière granulaire exothermique et une matière granulaire réfractaire. 6 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en grains est tassée de façon homogène dans l'organe tubulaire. 7 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la matière granulaire disposée dans la cartouche est stratifiée et comprend au moins une couche de matière réfractaire et au moins une couche de matière exothermique. 8 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire comprend du combustible. 9 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la matière granulaire est carbonée. 10 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière en grains comporte du carbone 11 - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le carbone est choisi parmi le groupe comprenant le graphite, le coke broyé et le carbone gilso. 12 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire comporte du sable de chromite. 13 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire comporte du sable de silice. 14 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire est choisie parmi le groupe comprenant le sable de ehrysolite, le sable de zirconium, la magnésite granulaire, la perlite, la vermiculite et l'argile réfractaire expansé. 15 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire comprend également du carbone fin. 16 - Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que le carbone est du graphite. 17 - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la matière granulaire comprend au moins 10 % en poids de carbone. 18 - Procédé suivant la revendication 1,caractérisé en ce que la matière granulaire comprend entre 40 % et 90 % en poids de matière réfractaire inerte. 19 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire comprend 70 % en poids de sable de chromite et 30 % en poids de carbone fin. 20 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la matière granulaire est un mélange exothermique comprenant du carbone et du ferro-silicium. 21 - Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le mélange exothermique comprend entre 25 et 90 en poids de ferro silicium. 22 - Procédé suivant la revendication A, caractérisé en ce que la matière granulaire comprend un mélange exothermi;ue constitué de carbone, d'oxyde de fer et d'aluminium. 23 - Procédé suivant la revendication 22, caractérisé en ce que le mélange exothermique comprend entre 25 A et 90 % en poids d'oxyde de fer et d'aluminium. 24 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange exothermique comprend au moins 10 % en poids de carbone fin. 25 - Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le carbone est du graphite. 26 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière granulaire enfermée dans l'organe tubulaire se trouve à sa densité naturelle de chargement tassé. 27 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension des particules de la matière en grains peut atteindre 3 mm. 28 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de la matière en grains ont des dimensions comprises entre environ 3 mm et moins de 0,6 mm. 29 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche est placée de manière à s'étendre jusqu a 11 extrémité amont de l'alésage de la tuyère. 30 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ceque l'organe tubulaire est en carton. 31 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe tubulaire est constitué par une matière rigide fusible ayant un point de fusion inférieur à la température du métal à cou leur. 32 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe tubulaire comporte un couvercle d'extrémité en une matière rigide fusible, ayant un point de fusion inférieur à la température du métal à couler, la cartouche étant introduite dans l'alésage de la tuyère de telle sorte que ce couvercle se trouve à l'extrémité aval de la cartouche par rapport au sens d'écoulement du métal. 37 - Procédé suivant la revendication 32, caractérisé en ce que la matière rigide fusible est du métal. 34 - Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que 1'organe tubulaire présente en section transversale une forme circulaire et un diamètre externe compris entre 38 mm et 120 mm. 35 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal fondu est de l'acier. 36 - Procédé suivant la revendication 35, caractérisé en ce que l'alésage de la tuyère est commandé par une porte mobile.