Brevet FR2357318A1 — publié le 19780203

La présente invention concerne un dispositif pour assurer l'obturation de l'orifice de coulée d'un récipient de transvasénlent, destiné à contenir un métal en fusion ou pour régler le débit de la coulée du métal à travers cet orifice. On contact des dispositifs appelés généralement "quenouilles de couléen destinés à obturer l'orifice de coulée d'un récipient de transvasement tel qu'une poche de coulée ou un répartiteur de coulée alimentant une ou plusieurs lingotières. Les quenouilles de coulée de ce type comportent généralement une tige métallique portant une tette en matériau réfractaire des- tinée à obturer l'orifice de coulée du récipient de transvasement. La tige de ces quenouilles de coulée est en général entourée par plusieurs éléments cylindriques en matériau réfractaire tel que graphite aggloméré, chamotte, alumine ou chrome-magnésie. L'élé- ment cylindrique réiractaire situé à l'une des extrémités de la tige constitue la tête de la quenouille. L'expérience a montré que ce dispositif d'obturation présentait de nombreux inconvénients liés au faible pouvoir calorifuge du matériau réfractaire constituant la t8te~de la quenouille et le revêtement de la tige. En effet, il se produit souvent au contact de la quenouille et notamment entre la tête de celle-ci et l'orifice de coulée du récipient de transvasement, une solidification du métal qui risque - soit d'empêcher l'obturation complète de l'orifice de coulée par la t8te de la quenouille, - soit de modifier le débit de coulée du métal en fusion psr cet orifice; - soit d'entraSner parfois l'obturation totale de cet orifice de coulée. Ces solidification9 de métRl peuve par conséquent perturber considérablement lé déroulement des opérations de coulée. Ainsi, lorsque l'orifice de coulée est obturé, il est neces- saire de procéder à son débouchage, soit en exerçant des poussées violentes et répétées sur la quenouille, soit en utilisant un cha jumeau, En procédant à ces opérations, on risque toutefois dé pro- voquer la destruction de la tette de la quenouille ou de l'orifice de coulée. On risque ainsi de provoquer "une coulée au large" c'est- à-dire une coulée franche de métal en fusion qu'il est impossible d'arrêter et qui présente un grave danger pour le personnel placé à proximité du récipient de transvasement du métal en fusion. Les dispositifs d'obturation précités sont par conséquent peu fiables. Ils ont d'ailleurs de ce fait été pratiquement abandonnés au profit d'un système d'écoulement de métal en fusion appelé busette à tiroir. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs précités,en créant un dispositif d'obturation ou de réglage de débit à la fois fiable et peu onéreux. Le dispositif d'obturation visé par l'invention est du genre comprenant une tige portant une tette en matériau réfractaire destinée à obturer l'orifice de coulée du récipient de transvasement. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il est recouvert au moins en partie par un revatement isolant thermique à base de particules inorganiques réfractaires noyées dans un liant organique ou inorganique, la nature et la composition des particules inorganiques précitées étant telles quton obtient au moins une vitrification superficielle du rev8tement lorsque ce dernier est mis en contact avec le métal en fusion. La cohésion du revêtement isolant thermique est assurée par le liant organique ou inorganique qui enrobe les particules inorganiques réfractaires. Lorsque le métal en fusion est mis en contact avec ce rev8tement, il se forme de façon surprenante à la surface du revOtement, une couche vitrifiée obtenue par fusion partielle des particules inorganiques réfractaires. L'épaisseur de cette couche vitrifiée augmente avec la durée de contact entre le métal en fusion et le rev8tement. Cette couche de vitrification évite la destruction du revêtement isolant thermique, de sorte que l'isolation thermique apportée par celui-ci est maintenue pendant toute la durée de l'opération de coulée. L'isolation thermique procurée par le rev8tement précité permet d'éviter la solidification du métal en fusion entre la quenouille et l'orifice de coulée du récipient de transvasement et par suite, d'éviter l'obturation partielle ou totale de l'orifice de coulée par le métal. D'autres particularités et avantages de l'invention ap paraferont encore dans la description ci-après Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'un dispositif d'obturation conforme à l'invention, disposé en regard de l'orifice de coulée d'une poche de coulée, - la figure 2 est une vue schématique en coupe du revête- ment de la toute du dispositif d'obturation, ce revêtement étant en contact avec un métal en fusion, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'extr mité d'une variante du dispositif d'obturation conforme B l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe axiale de la tette d'une autre variante du dispositif conforme b l'invention, cette tette étant séparée du reste du dispositif, - la figure 5 est une vue en coupe axiale de l'extrémité d'une troisième variante du dispositif conforme è l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une autre variante du dispositif selon l'invention. Dans la réalisation de la figure 1, le dispositif d'obturation ou de réglage de débit appelé quenouille de coulée, comprend une tige métallique 1 à laquelle est fixée une teste 2 destinée à obturer l'orifice de coulée 3 ménagée dans le fond 4 en briques réfractaires 5 de la poche de coulée 6. L'extrémité 7 de la tête 2 est arrondie pour faciliter l'ajustement de celle-ci dans la partie supérieure tronconique 8 de la busette de coulée 9 qui est insérée dans l'orifice de coulée 3. L'extrémité de la tige 1 opposée à la tette 2 est reliée à des moyens non représentés tels que des leviers ou analogues, permettant de soulever ou d'abaisser la tête 2 relativement àl'orifi- ce de coulée 3 pour commander l'ouverture ou la fermeture de l'orifice de coulée 3 ou pour régler le débit du métal en fusion contenu dans la poohe de coulée 6 par cet orifice 3. Conformément à l'invention, au moins la partie de la tige 1 destinée à être en contact avec le métal en fusion est recouverte par un revêtement isolant thermique 10 comprenant des particules réfractaires inorganiques noyées dans un liant organique ou inorganique, la nature et la composition des particules réfractaires inorganiques étant telles qu'on obtient au moins une vitrification superficielle du revêtement précité au contact du métal en fusion contenu dans la poche de coulée 6. Dans l'exemple représenté, la tête 2 de la quenouille de coulée est réalisée entièrement dans le matériau isolant thermique constituant le revêtement 10. Dans cet exemple en outre, le revêtement isolant thermique 10 est constitué par une série d'éléments annulaires cylindriques 11, 12, 13, ... embottés les uns dans les autres et autour de la tige t, au moyen de protubérances 14 et d'evidements 15 axiaux complémentaires et tronconiques. Dans cet exemple d'autre part, l'élément il constituant la tête 2 de la quenouille de coulée est vissé sur un manchon en matière réfractaire 16 engagé sur l'extrémité de la tige 1 et solidaire de celle-ci par l'intermédiaire d'un boulon 17. L'extrémité du manchon 16 opposée au boulon 17 présente une surface tronconique 18 engagée dans l'évidement tronconique complémentaire 15 de l'élé- ment adjacent 12. Avant l'introduction du métal en fusion dans la poche de coulée 6, la cohésion du revêtement isolant thermique 10 entourant la tige 1 est assurée par le liant organique ou inorganique 20 qui enrobe les particules réfractaires inorganiques 21 du revêtement (voir figure 2). Le liant 20 du revêtement 10 ne résiste pas intrinsèquement à la température du métal en fusion destiné à être introduit dans la poche de coulée 6. On pouvait par conséquent craindre que le revêtement isolant thermique 10 soit immédiatement décomposé au contact du métal en fusion. Suivant l'invention, on a constaté ce résultat surprenant qu'au contact avec le métal en fusion 22, il se forme (voir figure 2) à la surface du revêtement 10, une couche de vitrification 23 provenant d'une fusion superficielle des particules réfractaires 21 contenues dans le revêtement 10. L'épaisseur de cette couche vitrifiée 23 croit avec la durée de contact avec le métal en fusion 22. La formation de cette couche vitrifiée 23 évite la destruction du revêtement 10, de sorte que l'isolation thermique procurée par ce revêtement 10 est maintenue pendant toute la durée de l'opération de coulée du métal en fusion par l'orifice de coulée 3. En raison de cette isolation thermique, il ne se produit aucune solidification de métal au contact de la quenouille de coulée, notamment entre la tête 2 de cette dernière et l'orifice de coulée 3, de sorte qu'on évite les incidents de- coulée dûs à l'obturation partielle ou complète de cet orifice. La composition du revêtement isolant thermique 10 est de préférence la suivante - particules inorganiques réfractaires 21, par exemple, silice et/ou alumine et/ou magnésie : 50 à 9556 en poids, - liant organique et/ou inorganique, par exemple, résine phénolformaldéhyde, silicate de soude, sol de silice, sol d'alumine ou ciment réfractaire : 0,5 à 20%o en poids. Cette composition peut également renfermer des fibres minérales et/ou organiques, telles que amiante, laine de laitier, fibre de cellulose, laine de verre ou laine de roche, à raison de O à 40% en poids du poids total de la composition. Ces fibres permettent d'augmenter la cohésion du revêtement isolant thermique 10, en particulier avant utilisation de la quenouille de coulée. Sorsque les fibres sont minérales, celles-ci peuvent en outre participer à la formation de la couche superficielle vitrifiée 23. La composition précitée peut encore renfermer des fondants, par exemple, des oxydes métalliques tels que des oxydes de métaux alcalins dont le point de fusion est choisi de façon à diminuer la température de formation de la couche superficielle vitrifiée 23 du revêtement 10. On peut ainsi ajuster la température de vitri fication de la couche 23 à une température comprise entre 1100 et 14000C environ. L'épaisseur du revêtement isolant thermique 10 peut être comprise entre 20 et 40mm. De telles épaisseurs confèrent au revêtement 10, une isolation thermique suffisante pendant des durées comprises entre 30 minutes et une heure environ qui correspondent aux durées usuelles d'une opération de coulée dans le cae d'une poche de coulée de 300 tonnes. Les éléments 11, 12 et 13 constituant le revêtement isolant thermique de la quenouille de coulée peuvent être réalisés sin- plement en mélangearh les constituants de la composition précitée et en procédant à un moulage dans des moules à paroi perforée appropries, suivant le principe bien connu de décantation accélérée. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, il n'est pas indispensable de lier ou de fixer les uns aux autres les différents éléments 11, 12 et 13 du revêtement isolant thermique 10. En effet, au contact avec le métal en fusion, les éléments 11, 12 et 13 se soudent les uns aux autres par fusion superficielle des particules inorganiques-21 du revêtement 10, ce qui évite toute infiltration de métal en fusion entre les éléments précités. Dnr la réalisation de la figure 3, la tige 1 est entourée par un manchon métallique 24 présentant dea perforations 25 dans lesquelles est ancré le revêtement extérieur isolant thermique 26. Le manchon métallique 24 est solidaire de la tige 1 par un tube 27 engagé sur cette tige, la liaison entre le tube 27 et le manchon 24 étant assurée par des entretoises 28 ou analogues. On voit d'autre part, dans cet exemple, que le manchon perforé 24 est séparé du tube 27 par un matériau de remplissage réfractaire 29, tel que du sable. Cette disposition est particulièrement économique en ce qu'elle permet de réduire la quantité de matériau isolant thermique à utiliser pour confectionner le revêtement de la quenouille de coulée. Dans les réalisations des figures 1 et 3, le matériau isolant thermique constituant la toute 2 de la quenouille est avantageusement vitrifiable à une température supérieure à la température de vitri fication du matériau constituant les éléments 12 et 13 ou le rez9, tement 26 entourant la tige 1 du dispositif. En effet, ctest au niveau de la tête 2 que l'isolation thermique apportée par le revêtement isolant doit être la plus prononcée et c'est également à ce niveau que le revêtement isolant est soumis le plus à l'érosion engendrée par la coulée du métal. I1 est avantageux en outre, que le matériau isolant thermique constituant la tête 2 ou recouvrant cette dernière comporte plusieurs couches successives, la couche extérieure étant vitrifiable à une température supérieure à la température de vitrification du matériau isolant thermique constituant les autres couches. Ainsi, la tête de quenouille 30 représenté à la figure 4 comporte trois couches successives 31, 32 et 33 de matériau isolant thermique. Dans cet exemple, le liant de la couche extérieure 31 est constitué par un ciment réfractaire. Le liant de la couche intermédiaire 32 peut être constitué par un liant inorganique tel que silicate de soude, sol de silice ou sol d'alumine. Le liant de la couche interne 33 est dans cet exemple constitué par une résine phénol-formaldéhyde. Le liant en ciment réfractaire de la couche extérieure 31 destinée à btre en contact direct avec le métal en fusion confère à la tête de la quenouille une excellente résistance à l'érosion. La couche intermédiaire 32 et la couche interne 33 présentent intrinsèquement une résistance à l'usure inférieure à celle de la couche extérieure 31, mais apportent à la tete 30, du fait de la nature des liants qu'el-les renferment, une excellente isolation thermique. Dans la réalisation de la figure 5, la tige I est entourée par un revêtement isolant thermique 10 constitué comme dans la réalisation de la figure 1 par des éléments superposés 2a, 12, 13 emboîtes les uns dans les autres. La tête 2a au lieu d'hêtre en matériau isolant thermique à base de particules réfractaires inorganiques noyées dans un liant, est réalisée entièrement en matériau réfractaire tel que graphite, alumine, silice, chamotte, magnésie et analogue. Dans cet exemple, la tête 2a présente une cavité interne 34 renfermant une résistance électrique de chauffage 35 reliée à des conducteurs électriques 36. Ces derniers passent à l'intérieur de la tige 1, et sont raccordés à une alimentation électrique non représentée. Le chauffage réalisé par la résistance électrique 35 permet d'éviter toute possibilité de solidification du métal fondu contenu dans la poche de coulée au niveau de la tête 2a. Dans la réalisation de la figure 6, la tête 2b de la quenouille de coulée est constituée par des éléments emboîtés 37, 38 et 39 en matière réfractaire traditionnelle, telle que graphite, alumine, silice, chamotte, magnésie et analogue. I;e corps 2c est réalisé en éléments embottés 40, 41, 42 et 43 de mOme nature que les éléments de la tette 2b, mais présentant un diamètre inférieur à ces derniers. Ces éléments 40, 41, 42 et 43 sont recouverts extérieurement par des éléments annulaires 44, 45, 46 superposés en revêtement isolant thermique vitrifiable. Dans cet exemple, l'épais- seur des éléments annulaires 44, 45 et 46 est telle que leur surface extérieure est située dans le prolongement dé la surface extérieure des éléments de la taste 2b. Dans cet exemple, la partie du corps 2c recouverte par les éléments 44, 45 et 46 en matériau isolant vitrifiable, est destinée à venir en contact avec les scories du métal introduit dans le récipient de coulée. Dans une telle réalisation, il est préférable que le matériau constituant les éléments vitrifiables 44, 45 et 46 soit de mEme nature que les scories destinées à venir à leur contact. Ainsi, lorsque les scories sont basiques, il est avantageux que les particules inorganiques contenues dans les éléments 44, 45 et 46 soient également basiques. De même, lorsque les scories sont acides, il est avantageux que les particules inorganiques contenues dans les éléments 44, 45 et 46 soient acides. On évite ainsi toute réaction entre ces scories et les éléments 44, 45 et 46 susceptible; de dégrader ces derniers. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire. Ainsi, le revêtement isolant thermique 10 ou 26 visé par l'invention peut être appliqué autour de toute quenouille de coulée présentant une tige et une taste déjà revêtue par un matériau réfractaire connu en soi. La nature et la composition des particules inorganiques du rev8tement isolant thermique 10, 26, 44, 45 ou 46 peuvent varier dans une large gamme, pourvu que celles-ci permettent la formation d'une couche superficielle de vitrification aux températures consi déréels. D'autre part, le dispositif d'obturation conforme à l'invention est également utilisable dans un répartiteur de coulée contenant un ou plusieurs orifices de coulée, destinés à alimenter une ou plusieurs lingotières ou tout autre récipient de moulage ou de coulée analogue. REVENDICÂTIONS 1. Dispositif d'obturation de l'orifice de coulée d'un récipient de transvasement destiné à contenir un métal en fusion, ce dispositif comprenant une tige portant une tette en matériau réfractaire tel que graphite, alumine, silice, chamotte, magnésie et analogues, cette tête étant destinée à obturer l'orifice de coulée précité, caractérisé en ce que la partie supérieure du dispositif, destinée à venir en contact avec les scories du métal introduit dans le récipient de transvasement, est recouverte par un revêtement en un matériau isolant thermique frittable au contact du métal liquide, ce matériau renfermant des particules inorganiques basiques ou acides de meme nature que les scories précitées. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement isolant thermique est constitué par une surie d'éléments embottés les uns sur les autres autour de la tige, ces éléments étant entièrement constitués par ledit matériau isolant thermique frittable. 3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la toute est réalisée entièrement dans le matériau constituant ledit rev8tement isolant thermique. 4. Dispositif conforme à'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige est entourée par un manchon métallique comportant des perforations dans lesquelles est ancré le revêtement extérieur isolant thermique. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon perforé est séparé de la tige par un matériau de remplissage réfrantaire tel que du sable. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau isolant thermique constituant la toute ou recouvrant cette dernière est vitrifiable ou frittable à une température supérieure à la température de vitrification du rev8tement entourant la tige du dispositif. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau isolant thermique constituant la tette ou recouvrant cette dernière comporte plusieurs couches successives, la couche extérieure étant de préférence vi trifiable à une température supérieure a' la température de vitrification du matériau isolant thermique constituant les autres couches. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la tette comprend trois couches successives de matériau isolant thermique, le liant de la couche intérieure étant constitué par une résine phénol-formaldéhyde, le liant de la couche intermédiaire étant à base de silicate de soude et/ou un sol de silice, et/ou un sol d'alumine, et le liant de la couche extérieure étant constitué par un ciment réfractaire. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, au moins la partie interne de la tette étant constituée par un matériau réfractaire tel que graphite, alumine, silice, chamotte, magnésie et analogues, caractérisé en ce que ladite partie interne de la teste présente une cavité renfermant une ou plusieurs résistances électriques de chauffage.