Brevet FR2422464A1 — publié le 19791109

La présente invention concerne l'électrométallurgie et a notamment pour objet une lingotière pour la refusion de métaux sous laitier électroconducteur. Pendant la refusion de métaux sous laitier électroconducteur, il se produit une élimination de toutes sortes d'impuretés nuisibles contenues dans le métal en fusion. Toutefois, si on ne prend pas des mesures spéciales, 11 élimination des impuretés gazeuses telles que : oxygène, hydrogène, azote, ne s'effectue pas dune façon suffisamment intense. L'une de ces mesures, bien connues en métallurgie, consiste à souffler le métal liquide ou le laitier avec un gaz neutre. Les gaz dissous dans le métal diffusent alors vers la surface des bulles du gaz soufflé et sont évacués avec lui. L'intensité du dégazage augmente avec la quantité des bulles du gaz soufflé et diminue avec la dimension de celles-ci.Il nty a aucune difficulté à observer cette condition quand on souffle le métal liquide se trouvant dans la poche ou dans le four à travers des bouchons de fond en matière réfractaire avec des pores d'un diamètre inférieur à 0,3 mm. L'utilisation de telles matières est pratiquement impossible dans les lingotières pour la fusion sous laitier électroconducteur, car les laitiers fluorurés utilisés dans ce processus sont très agressifs. C'est pourquoi on pratique les orifices pour le passage du gaz dans la cavité intérieure de la lingotière, généralement, par perçage ou par étincelage. En plus de l'importante quantité de travail qutexigent ces opérations, surtout dans le cas du travail du cuivre, cette technologie ne permet pas d'obtenir des orifices de diamètre inférieur à 0,3 mm. On connait une lingotière pour refusion sous laitier électroconducteur, dont la paroi forme-une cavité pour les bains de laitier et de métal et pour le lingot en cours de solidification. La lingotière est munie de canaux débouchants pour l'amenée du gaz dans la zone du bain de laitier, ces canaux étant formés par des ouvertures exécutées dans la paroi (voir brevet belge nO 764.21i Le dégazage dans une lingotière de ce type n'est pas assez intensif, car le gaz soufflé arrive par des ouvertures ayant un diamètre relativement grand, sous forme de grosses bulles ayant une surface totale relativement petite. En plus de cela, une telle construction ne permet pas de prévoir un grand nombre de canaux dans la zone du bain de laitier dans la lingotière. Un autre inconvénient de cette lingotière est l'importante quantité de travail nécessaire pour sa fabrication, ce qui est dt à l'obligation de percer des orifices de très faible diamètre. Le but de ltinvention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est proposé pour cela de créer une lingotière pour la refusion de métaux dont la paroi serait conçue de manière à assurer un soufflage efficace du laitier liquide par un gaz arrivant dans la zone du bain de laitier sous forme de nombreuses bulles fines, tout en simplifiant la technologie de fabrication de la lingotière. La solution consiste en ce que dans la lingotière pour la refusion de métaux sous laitier électroconducteur, dont la paroi formant une cavité pour les bains de laitier et de métal et pour le lingot en cours de solidification est munie de canaux débouchants pour l'amenée d'un gaz dans la zone du bain de laitier, suivant l'invention ladite paroi est équipée d'au moins un bouchon placé dans une ouverture communiquant avec ladite cavité, lesdits canaux débouchants étant disposés dans la zone de contact entre la surface du bouchon et la surface de la paroi enveloppant ladite surface du bouchon, lesdits canaux se présentant sous forme de rainures débouchantes pratiquées sur au moins l'une desdites surfaces de contact et délimitées partiellement par l'autre. Lesdites rainures peuvent être exécutées par rabotage ou moletage, c'est-à-dire par des procédés moins onéreux que le perçage ou ltetincelage quand les ouvertures à obtenir sont d'un très faible diamètre. Ceci diminue sensiblement les dépenses de main d'oeuvre lors de la fabrication de la lingotière. Par ailleurs, la section minimum des canaux n'est pratiquement pas limitée par des c nsidérations technologiques et est déterminée seulement par leur capacité de passage. Ceci contribue à une diminution sensible de la dimension des bulles de gaz souffle, et, à débit de gaz constant, assure un soufflage plus efficace du laitier liquide. En cas de besoin, on peut augmenter le débit de gaz et élever encore l'efficacité du soufflage en prévoyant des canaux débouchants supplémentaires pour l'amenée du gaz dans la zone du laitier liquide. Il est avantageux, dans ce cas, d'employer un bouchon composite constitué de plusieurs pièces concentriques placées l'une dans autre, et de pratiquer sur au moins l'ure des surfaces de chaque paire de surfaces de contact desdites pièces, des rainures débouchantes longitudinales délimitées en partie par l'autre surface de ladite paire. Il est avantageux que la profondeur et la largeur de chacune des rainures se trouvent dans les limites de 0,05 à 0,5 mm et que la plus courte distance entre les bords correspondants de ces rainures ne soit pas inférieureau quintuple de la largeur de celles-ci. En effet, le choix d'une section des canaux plus faible que celle déterminée par les dimensions indiquées ci-dessus augmenterait le risque de leur engorgement et accroîtrait consi dérablement la pression de travail nécessaire du gaz. Au contraire, une augmentation des dimensions des canaux et une diminution de leur espacement en comparaison de celles indiquées provoqueraient lors du soufflage du gaz dans le bain laitier, la formation de bulles relativement importantes, ce qui diminuerait l'efficacité du soufflage. Afin de faciliter la mise en place ou le remplacement des bouchons ainsi que des pièces qui les composent, il est pratique que leurs surfaces de contact aient une forme conique allant en se rétrécissant vers la cavité de la lingotière. Il a été expérimentalement établi que la conicité optimale de ces surfaces était de 1/100 à 1110. Une moindre conicité peut provoquer le coincement du bouchon, tandis quJune plus grande conicité peut causer une augmentation des dimensions des bulles de gaz à cause de la focalisation ou concentration du jet de gaz soufflé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de différents exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés, dans lesquels - la figure I représente une vue générale de la lingotière pour la refus ion de métaux sous laitier électroconducteur suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe de la lingotière de la figure 1, suivant II-II; - la figure 3 représente une vue générale d'une lingotière équipée d'un bouchon composite conformément à l'invention; - la figure 4 représente une vueen coupe suivant IV-IV de la lingotière de la figure 3. La lingotière pour la refusion de métaux sous laitier électroconducteur comporte une paroi 1 à section transversale à contour fermé (figure 1), formant une cavité pour les bains de laitier et de métal ainsi que pour le lingot en cours de solidification. Sur le dessin, les zones de disposition de ceux-ci dans la lingotière sont indiquées par les chiffres de référence 2, 3 et 4 respectivement, Dans la paroi 1 sont pratiqués des canaux longitudinaux 5 pour la circulation d'un liquide de refroidissement. Au niveau de la zone 2, où se trouve le bain de laitier, il y a entre ces canaux une ou plusieurs ouvertures 6 dans chacune desquelles, suivant l'invention, il y a un bouchon 7. Le bouchon 7 comporte sur a surface extérieure en contact avec la paroi de l'ouverture 6, des rainures longitudinales débouchantes 8 de section semi-circulaire ou de toute autre forme géométrique. Chacune des rainures 8 délimitées extérieurement par la paroi de l'ouverture 6 forme un canal débouchant pour l'amenée du gaz dans la zone 2 où se trouve le bain de laitier. il faut noter que l'ouverture 6 et son bouchon 7 peuvent autre disposés à la limite des zones 2 et 3 pour qu'une partie des canaux d'amenée du gaz soient en communication avec la zone du bain de métal et que le gaz arrivant par ces canaux puisse agir directement sur le métal liquide.Les dimensions de chacune des rainures 8 sont choisies de manière à assurer une efficacité maximum du traitement du laitier liquide par le gaz insufflé, ce qui est obtenu en faisant arriver le gaz dans la zone du bain de laitier sous forme de bulles fines ne se confondant pas l'une avec l'autre0 Cette condition peut autre remplie en particulier si la largeur et la profondeur de chacune des rainures 8 sont de 0,05 à 0,5 mm et si la distance a entre les mêmes bords de chaque paire de rainures 8 mutuellement voisines n'est pas inférieure au quintuple de la largeur de l'une des rainures 8. Des rainures de moindres dimensions augmenteraient dans une large mesure le risque de leur engorgegemment.Le soufflage du gaz à travers des canaux de section aussi faible exigerait une augmentation de la pression de travail du gaz soufflé. En cas de soufflage de gaz par l'inter- médiaire de rainures 8 ayant plus de 0,5 mm de largeur et de profondeur, la probabilité de formation de grosses bulles à surface totale insuffisante pour l'évacuation efficace des impuretés contenues dans le laitier augmente. Les grosses bulles se forment quand la distance "a" est inférieure au quintuple de la largeur de la rainure 8, car il y a alors réunion ou coalescence de plusieurs petites bulles arrivant trop près les unes des autres dans la cavité de la lingotière. On peut pratiquer les rainures 8 par rabotage ou moletage, ce qui permet de simplifier l'usinage et de diminuer la section des canaux d'amenée de gaz comparativement aux canaux analogues des dispositifs connus, ayant la forme d'ouvertures et pratiqués par perçage métallurgique ou par étincelage. Bien qu'il soit possible de concevoir unlingotière conforme à l'invention comportant des rainures 8 pratiquées dans la paroi de l'ouverture 6 des bouchons 7 à surface lisse, il est évident que du point de vue technologique il est préférable de la réaliser conformément à la variante décrite ci-dessus. La figure 1 montre une ouverture 6 de forme cylindrique avec un bouchon 7 de forme cylindrique également. La surface de la paroi de l'ouverture 6 et la surface du bouchon 7 en contact avec ellipeusent, suivant une variante, avoir une forme conique allant en se rétrécissant vers la cavité de la lingotière. Ceci permet de sortir facilement le bouchon 7 de l'ouverture 6 en cas de remplacement de celui-ci. La conicité de ces surfaces est choisie dans les limites de 1/100 à 1/10, ce qui permet d'éviter, d'une part, le coincement du bouchon 7, et d'autre part, la réunion de plusieurs bulles de gaz par suite de la focalisation du jet de gaz soufflé. Pour l'amenée du gaz à l'ouverture 6 on y monte un raccord fileté 9 (figure 1, 5) relié à un système d'amenée de gaz (non représenté). Les figures 3 et 4 représentent une variante de réalisation de la lingotière suivant l'invention, dans laquelle le bouchon 7 est réalisé en plusieurs parties et comprend des pièces montées concentriquement et se présentant sous forme d'une tige 10 et de deux bagues concentriques 11 et 12. Comme dans la variante de réalisation déjà décrite, le bouchon 7 comporte sur sa surface extérieure, qui en l'occu- rence est celle de la bague 12, des rainures longitudinales débouchantes 8 formant une série annulaire extérieure de canaux d'amenée de gaz. De plus, le bouchon 7 comporte encore deux rangées de canaux supplémentaires d'amenée de gaz, formées par des rainures 13 pratiquées sur la surface extérieure de la tige 10, et des rainures 14 pratiquées sur la surface extérieure de la bague 11. Quant aux dimensions, à la disposition des rainures et à la forme de leurs surfaces de contact, elles sont conformes aux paramètres correspondants du contact du bouchon 7 et de l'ouverture 6 associée de la paroi 1 de la lingotière représentée sur la figure 1. En principe, le nombre de bagues dans le bouchon 7 peut être aussi bien supérieur qu'inférieur (une seule bague) à celui montré sur les figures 3 et 4. D'autre part, dans au moins l'une des surfaces de chaque paire de surfaces conjuguées de toutes les pièces constituant le bouchon 7 peuvent être pratiquées des rainures longitudinales débouchantes du type décrit. Pour les raisons énumérées plus haut, il est préférable que les rainures soient faites sur la surface enveloppée de chacune desdites paires de surfaces conjuguées. La présence de canaux supplémentaires dans la lingotière permet d'augmenter la quantité de gaz soufflée dans la zone du bain de laitier par unité de temps, en augmentant ainsi l'efficacité du traitement du laitier liquide par le gaz. Il faut remarquer que les dimensions des pièces concen triques faisant partie du bouchon 7 sont limitées par l'exigence que la distance minimum entre les bords correspon dants des rainures mutuellement voisines ne soit pas inférieure au quintuple de la largeur d'une rainure. Cette exigence concer ne également la distance entre les canaux aussi bien dans le sens tangentiel (a), dont on a déjà parlé, que dans le sens radial. La lingotière fonctionne de la manière suivante Après formation du bain de laitier et mise en circuit de la source d'alimentation, on met en marche le système d'amenée du gaz, par exemple d'argon ou d'un mélange argon-oxygène. Par le raccord fileté 9 (figure i) et les canaux débouchants formés par les rainures 8 du bouchon 7 et la paroi de l'ouverture 6, le gaz arrive dans la cavité de la lingotière sous forme de petites bulles. Les gaz contenus dans le métal diffusent vers la surface de ces bulles, où leur pression partielle est pratiquement égale à zéro, et sont évacués avec elles. Il est clair que plus la surface totale des bulles est grande, plus l'effet purificateur du soufflage de gaz est important. C'est pourquoi il est préfJrable d'avoir des bulles de dimensions aussi petites que possible, mais en plus grande quantité possible. Dans la réalisation préférentielle de l'invention, représentée sur les figures J et 4, le gaz arrive dans la cavité de la lingotière par les canaux formés par les rainures 8, 13, 14 en combinaison avec les surfaces de contact qui leur sont adjacentes. Pour une surface constante de la zone de la paroi 1 correspondant à la zone de disposition du bouchon 7, le nombre de ces canaux est supérieur à celui de la variante de lingotière considérée plus haut. L'utilisation de la lingotière conforme à l'invention a permis, lors de la production de lingots d'une section de 5.00 x 15.000 mm en acier de construction, élaborés par la méthode de refusion utilisant un soufflage du bain de laitier avec un mélange argon-oxygène dans une proportion de 5 m3 par tonne de lingot, d'obtenir un métal dont la teneur en hydrogène ne dépassait pas 0,00015 %. Le principe de la construction de la lingotière conforme à l'invention peut être appliqué à la fabrication de tuyères de stinées au soufflage de bains de fusion et qui peuvent être utilisées soit indépendamment, soit en tant que parties intégrantes de lingotières. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Lingotière pour la refusion de métaux sous laitier électroconducteur ,dont la paroi formant une cavité pour les bains de laitier et de métal et pour le lingot en cours de solidification, comporte des canaux débouchants pour l'amenée du gaz dans la zone de bain de laitier, caractérisée par la présence dans ladite paroi, d'au moins un bouchon placé dans une ouverture communiquant avec ladite cavité, et par le fait que lesdits canaux sont formés dans la zone de contact entre la surface du bouchon et la surface de ladite paroi enveloppant ladite surface-du bouchon, et se présentent sous forme de rainures longitudinales débouchantes exécutées sur au moins l'une desdites surfaces de contact et délimitées en partie par l'autre. 2.- Lingotière suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le bouchon est composite, étant constitué de plusieurs pièces montées concentriquement l'une dans l'autre, et que sur au moins l'une des surfaces de contact de chaque paire de surfaces de contact desdites pièces sont ménagées des rainures débouchantes délimitées en partie par l'autre surface de ladite paire et formant des canaux supplémentaires d'amenée de gaz dans la zone du bain de laitier. 3.- Lingotière suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la largeur et la profondeur de chacune desdites rainures est de 0,05 à 0,5 mm et que la distance la plus courte entre les bords correspondants de ces rainures n'est pas inférieure au quintuple de leur largeur0 4.- Lingotière suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que lesdites surfaces de contact sont de forme conique allant en se rétrécissant vers la cavité de la lingotière. 5.- Lingotière suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la conicité des surfaces de contact est de 1/100 à 1/10.