Brevet FR2490123A1 — publié le 19820319

" DISPOSITIF OBTURATEUR A PLAQUES POUR TROUS DE COULEE DE RECIPIENT CONTENANT UN METAL EN FUSION ". Invention de Albert-Gilbert GOURSAT, Thierry HERSANT et Jacques NICOL Au nom de la Société dite: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETU ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE. 1'' 249012^ L'invention concerne un dispositif obturateur à plaques pour trous de coulée de récipients tels que po- ches ou répartiteurs contenant un métal en fusion, monté extérieurement audit récipient et comportant une plaque fixe et une plaque mobile appliquées face à face l'une contre l'autre, la plaque mobile étant munie d'une busette au moins pouvant venir en communication avec ledit trou de coulée et éventuellement un système à ressort muni d'un circuit de refroidissement pour maintenir les dites pla- ques en contact mutuel. Ces dispositifs obturateurs commandent l'ouver- ture et la fermeture du trou de coulée et permettent par conséquent de verser le métal en fusion, par exemple de l'acier, dans une lingotière ou analogue. le versement du métal en fusion peut être fait directement de la poche dans la lingotière ou, dans le cas de coulée continue, de la poche dans un répartiteur puis dans la lingotière. Les deux plaques sont faites en un matériau ré- sistant aux hautes températures tel que céramique ou alu- mine imprégnée ou goôudronnée. La plaque mobile peut être coulissante ou rotative et 9tre munie d'une busette uni- que ou de plusieurs busettes de diamètres internes diffé- rents. On peut, dans ce dernier cas, en changeant de bu- sette, modifier la vitesse de coulée en fonction, par exemple, de la hauteur du métal dans le récipient. On sait, par ailleurs, qu'il importe d'éviter, au cours d'une coulée, tout contact entre l'air atmosphé- rique ambiant et le métal en fusion, ceci pour empocher la formation d'oxydes divers dans la masse du métal, ces oxydes nuisant considérablement à la qualité du produit final. Or, les dispositifs obturateurs actuellement connus présentent de nombreux endroits de passage pour l'air atmosphérique qui est véritablement aspiré par sui- te de la dépression causée par l'écoulement du métal en fusion. Ces obturateurs augmentent les risques d'occlusion de bulles d'air dans le métal pendant la coulée et donc les risques d'oxydation. Les endroits par lesquels l'air pénètre jusqu'au métal sont: l'interstice entre les deux faces en regard des plaques fixe et mobile en raison du jeu nécessaire à leur mouvement relatif; la zone de liaison entre la ou les busettes et la plaque mobile, en particulier lorsque ladite ou les dites busettes sont montées de façon amovi- ble sur ladite plaque; l'extrémité de sortie de la busette; la liaison entre la plaque fixe et le récipient ainsi que, dans le cas de busettes montées à demeure sur-la plaque mobile, la liaison entre Iadite busette et ladite plaque, ces liaisons étant effeetuées par maçonnage à l'aide d'un coulis de ciment par nature peu étanche aux gaz et qui de- vient de plus en plus poreux en raison des fissures qui apparaissent avec l'usage. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients sus mentionnés des obturateurs connus et propose à cet effet un dispositif obturateur muni d'organes d'adduction et de répartition de gaz, reliés à une source de gaz sous pression, pratiquement inerte vis-à-vis du mé- tal, et formant, entre ledit métal en écoulement dans le- dit dispositif et l'air ambiant, une barrière de protection gazeuse. Une telle barrière s'oppose au passage de l'air ambiant et par conséquent à son action oxydante. De plus, cette barrière gazeuse étant constituée par un gaz prati- quement inerte vis-à-vis du métal traité, tc'est-à-dire dé- pourvu d'action chimique sur ce métal, ou du moins dont l'action chimique, si elle existe, peut 9tre négligée, n'entraine aucun risque de nuire à la qualité du produit final. Selon une autre caractéristique de l'invention, les organes d'adduction et de répartition précités compor- tent au moins un évidement ménagé dans l'une au moins des plaques précitées et communiquant avec l'interstice entre 24 90 t123 les faces en contact mutuel des dites plaques. Cet évidement, relié à la source précitée, en- ferme donc une réserve de gaz inerte sous pression qui pénètre dans l'interstice précité et s'oppose efficacement à la pénétration de l'air ambiant par ledit interstice. Selon une autre caractéristique de l'invention, les organes d'adduction et de répartition précités com- portent un bottier enveloppant ledit dispositif et muni d'un orifice pour l'évacuation du gaz et le passage du jet de coulée. Ce bottier retient le gaz inerte en le confinant autour du dispositif et le protège par conséquent dans son ensemble. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention, les organes d'adduction et de répartition préci- tés comportent un distributeur annulaire disposé au voi- sinage de l'orifice de sortie de la busette. Ce distributeur crée donc une barrière gazeuse qui protège le jet de métal dès sa sortie de la busette. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif: - la figure 1 est une représentation schématique, partiel- lement en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif obturateur selon un premier mode de réalisa- tion de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un second mode de réalisation de l'invention comportant une bu- sette à sortie protégée; - la figure 3 est une vue partielle en coupe d'une premiè- re variante de réalisation de la busette à sortie proté- gée précitée, - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la fi- gure 3; - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'une secon- de variante de réalisation de la busette à sortie pro- tégée; - la figure 6 est une représentation schématique, partiel- lement en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 représente une variante du dispositif de la figure 6. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, un récipient métallique 1, par exemple une po- che de coulée, constituée d'une cuirasse externe métalli- que 2 et d'un revêtement interne 3 en matériau réfractaire, présente une paroi de fond munie d'une douille interchan- geable 5, également en matériau réfractaire, dans laquelle est ménagé le trou de coulée 6. Sur cette paroi de fond 4, et extérieurement à cette dernière, est monté un dis- positif obturateur du trou de coulée 6 conforme à l'in- vention et désigné d'une façon générale par la référence 10. Le dispositif 10 comporte essentiellement une plaque fixe 11 et une plaque mobile 12 appliquées l'une contre l'autre selon leur face lla et 12a respectivement par un système à ressort non représenté, la plaque mobile 12 étant montée rotativement autour d'un axe XII et por- tant deux busettes 13, ces busettes étant faites, comme les plaques 11 et 12, en un matériau réfractaire, par exemple une alumine imprégnée. La plaque 11 est traversée par un orifice 110, placé en alignement avec le trou de coulée 6, tandis que la plaque mobile 12 est traversée par deux passages tels que 120 (un seul est représenté). Chaque busette 13, tra- versée par un canal interne 130 (un seul est représenté), est munie d'une cuirasse externe métallique 131 et montée à demeure sur la plaque 12 par l'intermédiaire de ladite cuirasse 131 et d'un support métallique 121 solidaire de ladite plaque, de telle façon que son canal 130 soit en alignement avec le passage 120. Par rotation de la plaque 12 on amène donc l'une ou l'autre des busettes 13 (la bu- sette de gauche sur la figure 1) en communication avec le trou de coulée 6. La plaque 11 est munie d'un évidement constitué par une gorge circulaire 111 creusée sur sa face lla, con- centriquement à l'orifice 110, et communiquant par consé- quent avec l'interstice lla-12a entre les deux plaques. Deux conduits perpendiculaires communiquant entre eux, 112 et 113, sont percés dans la masse de la plaque 11. Le conduit 113 débouche directement dans la gorge 111 tan- dis que le conduit 112 est relié, par l'intermédiaire d' une tubulure 14, à une source de gaz inerte sous pression 20, munie d'un détendeur 21. Le gaz inerte peut 8tre de l'azote, de l'argon, un mélange d'azote-argon ou encore dans le cas de métallurgie de l'aluminium par exemple, du C02* La gorge 111 ainsi que les conduits 112 et 113 constituent donc des organes d'adduction et de répartition du gaz délivré par la source 20, ce gaz formant, entre les deux plaques 11 et 12 et autour du canal constitué par les orifices 6, 110, 120 et 130, une barrière gazeuse qui empêche l'air ambiant d'atteindre le métal en écoule- ment. Selon le mode de réalisation représenté dans la figure 2 dans laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments que dans la figure 1, c'est la plaque mobile 12 qui est munie d'un évidement consti- tué par une gorge circulaire 122 creusée sur sa face 12a concentriquement au passage 120 et communiquant de ce fait avec l'interstice lla-12a. Deux conduits perpendicu- laires et communiquant entre eux 123 et 124 sont percés dans la masse de la plaque 12. Le conduit 124 débouche directement dans la gorge 122 tandis que le conduit 123 est relié, par l'intermédiaire d'une tubulure 125, à la 2490123 i source 20. Dans le cas d'une plaque mobile portant plu- sieurs busettes donc, plusieurs passages tels que 120, chacun de ces passages peut être muni d'une gorge telle que 122, ou il peut être prévu une seule gorge entourant l'ensemble des passages. La busette 14, dont le canal cen- tral est désigné par 140, est, à la différence des buset- tes 13 de la figure 1, montée de façon amovible sur la plaque 12, ceci grâce à un système approprié de type connu, par exemple à baïonnette. A cet effet, la cuirasse 141 de la busette 14 et la bague 142 portée sur le support 121, sont munies de moyens d'enclenchement (non représentés) qui permettent le maintien de la busette sur la plaque. La zone de jonction entre cette busette amovible 14 et la plaque 12 constituant un passage possible pour l'air am- biant, un canal 126 est percé dans la plaque 12 perpendi- culairement au conduit 123 et communiquant avec ce dernier, ce canal 126 débouchant dans la. zone de jonction 127 entre busette et plaque. Dans ces conditions, le gaz inerte rem- plit la zone 127 créant ainsi une barrière de protection autour du métal en écoulement. La pression du gaz inerte est réglée au moyen du détendeur 21, de façon à obtenir, dans les gorges 111 ou 122, une surpression de quelques millimètres d'eau par rapport à la pression atmosphérique locale. Dans le mode de réalisation de la figure 2, une barrière de protection gazeuse est créée également à l'ex- trémité inférieure de la busette 14, c'est-à-dire à la sortie du jet de métal liquide. Les organes d'adduction et de répartition du gaz inerte comportent, dans ce cas, un distributeur annulaire constitué par une bague poreuse en matériau réfractaire 144 logée dans un embrèvement 145 ménagé à la sortie de la busette 14, cette bague étant reliée, par une tubulure 146, à la source 20. Le débit de gaz inerte issu de la bague 144 permet de compenser la dépression provoquée par l'émergence à grande vitesse du jet de métal et emp8che l'air atmosphérique d'atteindre ledit métal. Une première variante de réalisation de la bar- rière de protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est représentée aux figures 3 et 4. Dans ce cas de figure, la busette 15, munie d'un canal central 150 et d'une cuirasse 151, comporte, à sa partie inférieure, une gorge annulaire 152 dans laquelle débouche tangentielle- ment une tubulure 153 reliée à une source de gaz inerte sous pression (non représentée). Entre cette gorge 152 et l'extrémité inférieure de la busette, le matériau réfrac- taire présente une moindre épaisseur, ménageant ainsi un canal 154 prolongeant le canal 150 mais de diamètre supé- rieur. On obtient ainsi dans le canal élargi 154, autour du jet de métal liquide dont le diamètre est celui du canal 150, un flot de gaz inerte qui arrive tangentielle- ment audit jet, formant autour de lui une barrière gazeuse homogène. L'aspiration créée par le jet de métal tendant à entrainer le gaz inerte, on règle de préférence le débit de ce dernier de façon que son apport se fasse à vitesse égale à celle du métal liquide. Une seconde variante de réalisation de la bar- rière de protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est représentée à la figure 5. Dans ce cas de fi- gure, la busette 16, munie d'un canal central 160 et d'une cuirasse 161, comporte, à sa partie inférieure, un distri- buteur constitué par une collerette métallique 162 en for- me d'auge que prolonge, en direction de l'extrémité de sortie de ladite busette, un manchon également métallique 163 qui forme un revêtement sur la cuirasse 161, la bu- sette étant démunie, dans cette partie, de matériau ré- fractaire. Dans la cdlerette 162 débouche tangentiellement une tubulure 164 reliée à une source de gaz inerte sous forme liquéfiée (non représentée) et délivrant ledit gaz en phase liquide. Le fait que la collerette 162 et le manchon 163 soient métalliques, par exemple en acier doux, a pour conséquence de faciliter la transmission des calo- 2490123;- ries du jet de métal et par conséquent d'accélérer le pas- sage de phase liquide en phase gazeuse, cette dernière formant la barrière de protection désirée. On peut régler le débit du gaz liquéfié de façon qu'une partie seulement soit vaporisée dans la collerette 162. l'excès de phase liquide s'écoule alors le long du jet du métal et se ré- pand sur la surface du bain, en formant une couche liquide protectrice. Selon les modes de réalisation des figures 6 et 7, dans lesquelles les mêmes chiffres de référence dési- gnent les mêmes éléments que dans les figures précédentes, le dispositif 10 est muni d'un bottier ou capot métallique 17 qui est monté de façon étanche sur le fond du récipient et qui enveloppe pratiquement complètement ledit disposi- tif, seule une ouverture 170 étant prévue à sa partie in- férieure pour le passage des busettes 13 et l'écoulement du jet métallique. Ce bottier 17 est alimenté en gaz iner- te sous pression par une source (non représentée) telle que la source 20 précédente, et maintient, autour du dis- positif 10, une atmosphère qui constitue une barrière de protection efficace contre l'air atmosphérique. Le gaz s'échappe par l'ouverture 170 formant ainsi, autour des buses et du jet métallique, un flux gazeux inerte. Ce bot- tier protège en outre le dispositif 10 contre les projec- tions de métal. Dans la figure 6, le dispositif 10 étant supposé démuni de système à ressorts pour le maintien des plaques 11 et 12 l'une contre l'autre, donc de circuit de refroi- dissement, le gaz inerte est amené directement à l'inté- rieur du bottier 17 par une tûbulure 171 solidaire de ce dernier. Dans la figure 7, le dispositif 10 est supposé équipé d'un système à ressorts associé à un circuit de re- froidissement à air comprimé. Ce système à ressorts, re- présenté schématiquement et désigné par-la référence 18, comporte une butée 181 en forme de coupelle renversée ouverte à son extrémité inférieure et solidaire de la plaque 12, une pièce d'appui 182 en forme de piston soli- daire de la plaque 11 et un ressort 183 interposé entre la butée 181 et la pièce 182. Une tubulure 184 permet l'amenée d'air comprimé de refroidissement dans la butée 181, cet air circulant, par des conduits non représentés, dans les autres éléments identiques du système à ressorts. Dans ce cas, la tubulure 184 est reliée non pas à une source d'air comprimé, mais à la source de gaz inerte sous pression, de sorte que le bottier 17 est alimenté par l'in- termédiaire du circuit de refroidissement du système à ressorts. Le bottier 17 est muni dtun orifice 172 pour le passage de la tubulure 184. On pourrait apporter aux modes de réalisation décrits et représentés diverses modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, par exemple, les gorges 111 et 122 de la plaque fixe 11 et de la plaque mobile 12 pourraient avoir une forme autre que circulaire, par exemple elliptique. De m9me, dans la gorge 152 et dans la collerette 162 des busettés 15 et 16 respectivement pourraient déboucher tangentiellement plu- sieurs tubulures telles que 153 et 164 au lieu d'une seule. 2490123, REVENDICATIONS 1. - Dispositif obturateur à plaques (10) pour trou de coulée (6) de récipients (1) tels que poches ou répartiteurs contenant unmétal en fusion, monté extérieu- rement audit récipient et comportant une plaque fixe (ll) et une plaque mobile (12) appliquées face a face l'une contre l'autre, la plaque mobile (12) étant munie d'une busette au moins (13), (14), (15), (16) pouvant venir en communication avec ledit trou de coulée (6) et éventuelle- ment un système à ressorts muni deun circuit de refroidis- sement pour maintenir les dites plaques (11, 12) en con- tact mutuel, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il est muni d'organes d'adduction et de répartition de gaz (11l, 122), reliés à une source de gaz sous pression pratiquement inerte vis-à-vis du métal (20) et formant, entre ledit métal en écoulement dans ledit dispositif et l'air ambiant, une barrière de protection gazeuse. 2. - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les organes d'adduction et de réparti- tion précités comportent au moins un évidement (111), (122) ménagé dans l'une au moins des plaques (11, 12) pré- citées et communiquant avec l'interstice (lla - 12a) en- tre les faces (lla, 12a) en contact mutuel des dites pla- ques (11, 12). 3. --Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'évidement précité est constitué par une gorge (111) creusée sur la face précitée (lla) de la pla- que fixe (11) et entourant un orifice (110) traversant ladite plaque fixe et communiquant avec le trou de coulée (6), ladite gorge étant reliée à ladite source de gaz iner- te (20) par des conduits (112 - 113) percés dans ladite plaque fixe. 4. - Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'évidement précité est constitué par une gorge (122) creusée sur la face précitée (12a) de la pla- que mobile et entourant au moins un passage (120) traver- il sant ladite plaque mobile et prévu pour communiquer avec le trou de coulée (6), ladite gorge étant reliée à la source de gaz inerte (20) par des conduits (123), (124), percés dans ladite plaque mobile. 5. - Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la plaque mobile précitée (12) comporte en outre un canal (126) communiquant avec l'un (123) des conduits précités et débouchant dans la zone de jonction 127 entre ladite plaque mobile (12) et ladite busette (14). 6. - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les organes d'adduction et de répartition précités comportent un bottier (17) enveloppant ledit dispositif (10) et muni d'au moins une ouverture (170) pour l'évacuation du gaz et le passage du jet de coulée. 7. - Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le bottier (17) précité est relié à la source de gaz sous pression par l'intermédiaire du circuit de refroidissement (184). 8. - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les organes d'adduction et de répartition précités comportent un distributeur annulaire disposé au voisinage de l'orifice de sortie de la busette (14, 15, 16). 9. - Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le distributeur précité est constitué par une bague poreuse (144) alimentée en phase gazeuse. 10. - Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisée en ce que le distributeur précité est constitué par une gorge (152) alimentée en phase gazeuse. 11. - Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce que le distributeur précité est constitué par une collerette métallique (162) alimentée en phase liquide.