Brevet FR2499229A1 — publié le 19820806

- 1 - L'invention concerne un dispositif pour boucher le trou de coulée d'un récipient métallurgique. Lors de l'élaboration d'acier par affinage de fonte brute, des réactions d'oxydation produisent la combinaison avec l'oxygène d'oligo-éléments indésirables ayant de l'affinité pour l'oxygène et contenus dans la fonte liquide, les oxydes formés étant dissipés dans l'atmosphère sous forme de gaz ou incorporés dans le laitier. Après l'affinage, l'acier doit souvent être ad- ditionné d'éléments de désoxydation et d'alliage qui possèdent pour l'oxygène une plus grande affinité que les oligo-éléments indésirables intégrés dans le laitier. Il s'ensuit que ces élé- ments d'alliage peuvent réduire les oligo-éléments indésirables contenus dans le laitier en se transformant eux-mêmes en scories. Les laitiers d'affinage peuvent en outre avoir une grande agres- sivité à l'égard du garnissage réfractaire du récipient de fusion et de la poche de coulée. Pour des raisons tenant à la qualité de l'acier et à la rentabilité de son élaboration, on s'efforce par conséquent d'empêcher autant que possible l'entraînement de laitier lors de la coulée et l'alliage en poche d'un métal. Pour les récipients de fusion pourvus de trous de coulée, on connatt à cet égard des solutions prévoyant l'utilisation d'obturateurs céramiques sphériques ou en forme de bouchon. Un tel obturateur flotte entre le métal et le laitier, sa densité étant plus petite que celle du métal et plus grande que celle de la couche de lai- tier qui le recouvre. Dès que l'acier s'est écoulé du récipient de fusion, l'obturateur céramique est censé fermer le trou de coulée de façon étanche et empêcher ainsi la sortie du laitier. Le procédé de coulée prévoyant une telle séparation entre le métal et le laitier est très peu sûr parce que le con- tour d'un trou de coulée du côté foyer change sans cesse en rai- son de l'usure, de sorte que l'obturateur de forme définie est souvent incapable de boucher le trou convenablement. Le coût que représentent ces interrupteurs flottants qui ne sont utilisables qu'une seule fois et les dispositifs mé- caniques nécessaires pour leur introduction dans le récipient est -2 - en outre considérable. Cet inconvénient est particulièrement sen- sible avec les récipients de fusion dont la capacité en poids de la charge par coulée est faible. L'invention évite les inconvénients et difficultés décrits et apporte un dispositif permettant de boucher le trou de coulée de récipients métallurgiques de façon sure. Les moyens né- cessaires pour boucher le trou d'un récipient métallurgique doi- vent être d'un emploi-simple, peu coûteux et utilisables de façon répétée. Le dispositif pour boucher le trou de coulée d'un récipient métallurgique est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur dans lequel se termine une conduite d'arrivée de gaz sous pression et qui est monté pivotant de maniè- re qu'il peut être engagé par pivotement dans le trou de coulée jusqu'à une position o subsiste une fente annulaire entre la pa- roi du trou de coulée et la paroi latérale de l'obturateur et sorti et écarté du trou de coulée, également par pivotement. Sous l'effet de l'injection du gaz dans le trou de coulée, de l'air est aspiré à l'intérieur du récipient et l'oxygène de cet air fait brûler donc disparaître les loups qui se forment lors de la coulée d'acier à l'embouchure du trou de coulée. Jusqu'à présent, ces loups doivent périodiquement être détachés au marteau ou arrachés d'une manière qui ne permette pratiquement pas d'éviter l'endom- magement de l'embouchure du trou de coulée. Selon un mode de réalisation avantageux, la paroi latérale extérieure de l'obturateur se rétrécit en direction de l'embouchure de la conduite d'arrivée des gaz sous pression, c'est- à-dire vers l'extrémité intérieure de l'obturateur, et- l'obtura- teur est monté sur un bras pivotant portant des butées pour limi- ter l'engagement de l'obturateur dans le trou de coulée. De cette manière, l'obturateur ne vient pas s'appliquer contre la paroi externe du récipient et la partie intérieure de l'obturateur, dans laquelle est située l'embouchure de la conduite d'arrivée de gaz sous pression, peut être engagée convenablement dans le trou de coulée même s'il y a des dép6ts de métal solidifié à l'orifice de ce trou. 2l 99229 -3- L'axe de pivotement du bras portant l'obturateur est avantageusement contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe du trou de coulée. Selon une autre caractéristique avantageuse, permet- tant d'obtenir une vitesse élevée du gaz à sa sortie de l'obtura- teur, celui-ci est réalisé comme une tête de tuyère d'injection. Pour déterminer le moment exact o, après la sortie du métal, il faut empêcher que le laitier ne sorte par le trou de coulée mais soit retenu dans le récipient, il est avantageux de faire observer le jet sortant du trou de coulée par un pyro- mètre discriminateur, lequel fournit un signal au moment o le laitier commence à sortir. Ce signal peut être utilisé pour dé- clencher l'injection du gaz sous pression en sens contraire à la direction de coulée dans le trou de coulée. Lorsque l'invention est appliquée à la coulée de charges d'acier affiné, la retenue dans le récipient de fusion du laitier d'affinage de grande réactivité permet d'éviter sinon de réduire fortement le contact de ce laitier avec le matériau réfractaire du trou de coulée et le garnissage réfractaire de la poche, ce qui se traduit par un prolongement considérable de la durée de maintien en bon état du trou de coulée et du garnissage de la poche. Le gaz sous pression refroidit le laitier à tel point qu'il se forme sur la paroi du trou de coulée une pellicule mince et uniforme de laitier qui, pendant la coulée suivante, agit comme une couche protectrice et augmente considérablement la du- rabilité du trou de coulée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une coupe verticale d'un récipient d'affinage pendant la coulée d'une charge d'acier dans une poche de coulée représentée sous ce récipient, également en coupe ver- ticale, l'obturateur selon l'invention étant représenté à sa posi- tion écartée du trou de coulée du récipient; et -4 - - la figure 2 est une coupe axiale schématique et à plus grande échelle du trou de coulée du récipient d'affinage de la figure 1 mais après son bouchage par l'obturateur. Le récipient d'affinage 1 visible sur la figure 1 contient une certaine quantité d'acier liquide 2 sur laquelle flotte une couche de laitier 3. L'acier s'écoule à travers un trou de coulée 4 dans la partie inférieure du récipient 1 dans une poche de coulée 5 se trouvant sous lui. Le trou de coulée peut être fermé par un obturateur 7 fixé sur un bras pivotant 6 et sur lequel est branchée une conduite d'arrivée de gaz sous pression 8. Le bras 6 est articulé sur la cuirasse 9 du récipient 1 et est manoeuvré par un vérin pneumatique à double effet 10 qui est également articulé sur la cuirasse du récipient et qui peut faire pivoter le bras 6 et l'obturateur 7 porté par lui vers le trou de coulée 4 ou vers la position écartée visible sur la figu- re 1. L'obturateur 7 présente une paroi latérale extérieure 11 qui se rétrécit en partie coniquement vers l'embouchure de la conduite 8, c'està-dire vers l'extrémité de l'obturateur 7 qui est dirigée vers l'intérieur du récipient 1 lorsque, comme repré- senté sur la figure 2, le trou de coulée 4 est fermé par l'obtu- rateur 7. Il est à noter que, lorsque l'obturateur 7 occupe la position de fermeture représentée sur la figure 2, il ne ferme pas complètement l'orifice de sortie en bas du trou de coulée 4 mais laisse subsister une fente annulaire 13 entre sa paroi laté- rale 11 et la paroi du trou 4; l'obturateur 7 ne peut pas être engagé davantage dans le trou 4 en raison de butées 12 prévues sur le bras pivotant 6 et s'appliquant en fin de course de fermeture contre la cuirasse 9 du récipient 1. Le bouchage du trou de coulée s'effectue de la manière suivante: Dès que tout l'acier s'est écoulé du récipient 1 à travers le trou de coulée 4, le laitier 3, qui est plus léger, commence également à sortir par ce trou. Le jet 15 d'acier et/ou de laitier tombant du trou 4 dans la poche 5 est observé par un pyromètre discriminateur 14 qui fournit une impulsion lorsque le jet d'acier devient un jet de laitier. Cette impulsion est envoyée à travers un amplificateur 16 à un relais 17 qui envoie alors un signal électrique aux électrovannes 20, 21 et 22 montées respec- tivement dans les conduites d'alimentation 18 et 19 du vérin 10 et dans la conduite d'arrivée de gaz sous pression 8 aboutissant sur l'obturateur 7. L'électrovanne 21 étant ainsi ouverte, le vérin 10 fait pivoter le bras 6 à la position de fermeture repré- sentée sur la figure 2. L'électrovanne 22 étant ouverte en même temps, l'obturateur 7 est alimenté en gaz par la conduite 8 sous la pression maximale. Il est à noter qu'à la position écartée de l'obturateur, représentée sur la figure 1, l'obturateur est éga- lement alimenté en gaz, mais sous une pression plus faible et par des moyens non représentés, en vue de son refroidissement. Lors- que la position de fermeture représentée sur la figure 2 est atteinte, le gaz sous pression qui est injecté à travers l'obtu- rateur 7 dans le récipient 1 aspire en même temps de l'air exté- rieur par la fente 13, suivant les flèches sur la figure 2. Le flux de gaz sous pression et d'air extérieur dirigé vers l'inté- rieur du récipient 1 refoule le laitier qui tente de sortir par le trou de coulée 4. Le laitier peut ensuite être déversé dans une cuve à laitier prévue à cet effet. Le gaz sous pression peut être de l'air comprimé, de l'argon ou de l'azote par exemple. Le pyromètre discriminateur 14 réagit presque ins- tantanément au début d'entraînement de laitier par l'acier tombant dans la poche 5. Le temps qui s'écoule ensuite jusqu'à la ferme- ture du trou de coulée dépend de la conception du vérin pneumati- que et peut être prolongé au besoin par un relais temporisé. Des essais avec un convertisseur LD (de conversion par soufflage par le haut) de 5 t ont démontré que le dispositif de l'invention permet d'abaisser la quantité de laitier dans la poche de 40 kg en moyenne par tonne d'acier brut à 10 kg/t d'a- cier brut, sans réduire le rendement en acier. Il s'agit du lai- tier que contient la poche à la fin de la coulée, qui est pesé ensuite et est constitué de laitier de convertisseur, de produits de désoxydation et de produits d'usure (érosion, abrasion) du - 6 - garnissage de la poche. L'invention apporte donc, dans ce cas, un abaissement de la quantité de laitier dans la poche suivant le rapport de 4 à 1 environ. Ce rapport devient encore bien plus favorable s'il s'agit de convertisseurs plus grands. La consommation de gaz sous pression était d'envi- ron 0,5 Nm3/mn pour le refroidissement'de l'obturateur à sa posi- tion écartée et d'environ 8Nm3/mn à sa position de fermeture. Outre la diminution de la quantité de laitier dans la poche de coulée et la réduction qui en résulte dans la re- phosphoration, l'application du dispositif de l'invention aug- mente la durabilité du trou de coulée et de la poche. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour boucher le trou de coulée d'un ré- cipient métallurgique, caractérisé en ce qu'il comprend un obtu- rateur (7) dans lequel se termine une conduite d'arrivée de gaz sous pression (8) et qui est monté pivotant de manière qu'il peut être engagé par pivotement dans le trou de coulée (4) jusqu'à une position o subsiste une fente annulaire (13) entre la paroi du trou de coulée (4) et la paroi latérale (11) de l'obturateur (7) et sorti et écarté du trou de coulée (4), également par pivotement. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale extérieure (11) de l'obturateur (7) se rétrécit en direction de l'embouchure de la conduite d'arrivée de gaz sous pression (8), c'est-àdire vers l'extrémité intérieure de l'obturateur (7), et en ce que l'obturateur (7) est monté sur un bras pivotant(6) portant des butées (12) pour limiter l'engage- ment de l'obturateur (7) dans le trou de coulée (4). 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe de pivotement du bras (6) portant l'obturateur (7) e st contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe du trou de cou- lée (4). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'obturateur (7) est réalisé comme une tête de tuyère d'injection.