Brevet FR2501086A1 — publié le 19820910

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à la coulée de métaux fondus avec utilisation d'un conduit de coulée (tube, busette ou autre) dont l'extrémité intérieure est inmergée. Pendant la coulée de métaux, il est souvent souhai- table d'isoler autant que possible les jets de métal de l'air ambiant afin d'éviter une oxydation excessive. Les techniques de coulée à immersion dont il est question ici sont utilisées, par exemple, dans la coulée continue. Dans une telle application, le métal fondu d'une poche de coulée peut être introduit dans un panier de coulée, et/ou du panier dans une lingotière, à travers un tube de coulée de forme allongée dont l'extrémité inférieure se trouve sous la surface du bain dans le panier et/ou dans la lingotière. Comme les autres con- duits tubulaires et les busettes par lesquels passe le métal coulé, et il en est de même pour les plaques des busettes coulissantes ou à tiroir, les tubes de coulée sont faits de matériaux réfractaires. De telles pièces sont coûteuses en raison des matériaux réfractaires et de la quantité d'énergie nécessaire pour les produire, ce qui explique la recherche de méthodes de production qui réduisent autant que possible ou qui évitent la nécessité de températures de cuisson élevées. Ces recherches se sont traduites jusqu'ici par une tendance d'essayer des matériaux d'une réfractarité relativement basse, com- prenant notamment la silice et des bétons spéciaux. Un inconvénient de ces matériaux est que le métal fondu les érode ou les attaque chimiquement assez rapidement et, s'ils possèdent une haute conduc- tivité thermique, que des impuretés du métal fondu ont tendance à y adhérer. Les dépôts de solides peuvent devenir importants, suivant le métal ou l'alliage coulé et suivant la longueur du tube de coulée. Dans tous les cas, la durée de service des pièces réfractaires est limitée. On a également proposé déjà d'insuffler du gaz comme un moyen pour pro"dgt4r ou isoler les réfractaires du métal fondu. On a tenté jusqu'4 e ésent d'établir un film de gaz protecteur entre le jet de métal et 1i paroi interne d'une bubette. L'invention vise à créer un tel fflmdans un tube de coulée de forme allongée, afin de prolonger la îIi>ite de service utile du tube et elle apporte un ensemble pour introduire le gaz et atteindre ce but. Le gaz sera généralement un gaz inerte, de l'argon par exemple. L'invention est particulièrement avantageuse pour protdger des tubes de coulée de basse réfractarité mais elle est également utile pour protége-r des réfractaires cuits à des tempéra- tures plus élevées, compte tenu du fait qu'ils sont plus coûteux et qu'ils ne possèdent pas toujours d'euxmêmes la résistance nécessaire à l'attaque par le métal fondu. L'appareil de coulée à immersion apporté par l'inven- tion pour la coulée de métaux fondus comprend un composant à basette menant à un tube de coulée de forme allongée et à extrémité infé- rieure immergée, le composant à busette formant un joint étanche au gaz avec l'extrémité d'entrée ou extrémité amont du tube de coulée et le composant à busette possédant un espace annulaire d'écoulement de gaz et un tube d'arrivée de gaz et un orifice de décharge de gaz communiquant avec cet espace, l'orifice étant agencé pour l'éjection de gaz de cet espace suivant une direction qui longe à peu près la paroi interne du tube de coulée. Dans un mode de réalisation préféré, le composant à 1::sette comporte une busette et une pièce réfractaire percée formant raccord et constituant un prolongement de sortie de la busette, sur laquelle sont formés l'espace d'écoulement de gaz et ledit orifice. L'attaque de la busette par le métal fondu est souvent sévère, surtout s'il s'agit d'une busette à tiroir et si elle occupe une position d'étranglement partiel du jet de métal. Pour réduire l'attaque, la busette est souvent faite ou garnie avec un matériau hautement réfractaire coûteux, tel que la zircone cuite. Grâce au raccord prévu selon l'invention, la longueur d'une telle busette coûteuse peut être réduite au minimum, le raccord formant une ral- longe de busette qui est facilement remplaçable. Le raccord peut être fait d'un matériau réfractaire peu coûteux. 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 de la figure unique du dessin annexé, qui est une coupe axiale d'une combinaison d'une busette et d'un tube de coulée constituant un exemple de réalisation préféré d'un appareil de coulue selon l'invention. 250 10 8 6 Le dessin montre un appareil de coulée 10 qui est attaché à la plaque inférieure il d'une busette à tiroir. S'il s'agit d'une busette coulissante à deux plaques, la plaque 11 est bien entendu celle qui coulisse. Les différentes exécutions de busettes coulissantes ou à tiroir étant maintenant bien connues, il n'est pas nécessaire de les décrire ici. L'appareil 10 comprend une busette 12 dont l'alésage 14 est aligné avec l'orifice 15 de la plaque 11. L'alésage 14 de la busette mène au passage 16 d'un tube de coulée 17 dont l'extrémité inférieure est immergée. Une pièce réfractaire percée formant un raccord 18 est intercalée entre la busette 12 et le tube de coulée 17. L'orifice 19 du raccord 18 est coaxial à l'alésage 14 et au passage 16. La busette 12, le raccord 18 et le tube 17 sont en matériaux réfractaires et au moins la busette et le raccord sont entourés d'enveloppes métalliques. Il est souhaitable que le tube de coulée 17 soit également chemisé par une enveloppe métallique. L'enveloppe métallique 20 qui entoure le raccord 18 se trouve à une faible distance de celui-ci pour définir un espace annulaire d'écoulement de gaz 21 tout autour du raccord. L'enveloppe est maintenue à distance du raccord 18 par un anneau de ciment 22 qui relie les deux éléments au sommet, c'est-à-dire à l'extrémité amont du raccord. L'espace 21 est alimenté en gaz par un tube d'arri- vée de gaz 24 qui est porté par une bague de fixation 25 entourant l'enveloppe métallique 20. Comme décrit par la suite, la bague 25 fixe le raccord 18 à l'extrémité aval ou extrémité de sortie de la busette 12. Pendant le service, le gaz pénètre dans l'espace d'écou- lement 21 à travers des trous 26 ménagés tout autour du raccord dans l'enveloppe 20. A l'extrémité de sortie, l'enveloppe 20 et le raccord 18 définissent un orifice annulaire d'éjection de gaz 28. L'enveloppe pourrait, si désiré, comporter des nervures ou d'autres protubé- rances internes pour maintenir son extrémité inférieure uniformément espacée du raccord. De telles nervures ou autres protubérances peuvent entraîner la formation d'une couronne d'orifices d'éjection de gaz. 0 1 0 8 6 L'Iespace d'écoulement de gaz 21 peut contenir un rem- plissage de matériau poreux 29 perméable au gaz, d'une substance céramique fibreuse par exemple ou d'une masse poreuse à base de cémentite. Ce remplissage contribue à la distribution uniforme du gaz sur le pourtour de l'orifice annulaire ou sur les orifices 28. Le raccord 18 et son enveloppe 20 forment un joint étanche au- gaz avec l'extrémité amont du passage 16 du tube de coulée 17. L'étanchéité au gaz peut être obtenue le plus facilement si le raccord 18 et l'enveloppe 20 se rétrécissent coniquement par leurs extrémités inférieures et si le tube de coulée 17 possède une entrée évasée 30 correspondante à son extrémité amont. Il est probable que, pendant le fonctionnement, le passage 16 se remplisse à peu près complètement de métal fondu, provoquant la soudure de l'enveloppe 20 à l'entrée 30 du tube, donc l'établissement- d'un joint étanche au gaz. Lorsque du gaz est introduit sous pression dans l'espace 21, il est éjecté de l'orifice ou des orifices 28 dans une direction qui longe la paroi du passage 16. Le gaz a tendance à "coller" à la paroi et forme un film protecteur entre la paroi et le métal descendant par le passage 16. Le joint 31 entre la busette 12 et le raccord 18 est du type conventionnel à gradins. Comme l'air a tendance à être aspiré à travers un tel joint, un dispositif est prévu pour amener une par- tie du gaz arrivant par le tube 24 jusqu'au joint 31. Ce dispositif comprend un espace annulaire 32 entre l'enveloppe métallique 20 et un prolongement 34 - entourant une partie de l'enveloppe 20 et l'espace 32 de l'enveloppe métallique 35 de la busette 12. L'espace annulaire 32 entoure le joint 31 et, comme indiqué par les flèches, une partie du gaz sortant du tube 24 s'écoule dans cet espace, le reste entrant dans l'espace d'écoulement de gaz 21. Le gaz pénétrant à l'intérieur à travers le joint 31 peut établir un film protecteur,& sur 1a paroi de l'orifice 19 pendant le fonctionnement. Le prolongement 34 en bas de l'enveloppe 35 est soudé sur cette dernière et sert également à la fixation du raccord 18 à la busette 12. Plus précisément, le prolongeiaent 34 constitue une moitié d'un dispositif d'accouplement dont l'autre moitié est formée par la bague de fixation 25. Cette bague possède en bas une lèvre 36 250 1086 repliée vers l'intérieur et s'appliquant contre un épaulement exté- rieur 37 entourant le raccord. L'accouplement des éléments 34 et 25 peut être établi par vissage mais aussi, de préférence, par un joint à baïonnette. Bien que le dessin représente un jeu relativement important entre la bague de fixation 25 et le prolongement 34, ce jeu est très faible dans la pratique, de sorte que la fuite de gaz entre la bague 25 et l'enveloppe métallique 20 sera minimale. Il est cependant possible d'utiliser une matière d'étanchéité quelconque pour empêcher une telle fuite. Le tube de coulée 17 est supporté de la manière désirée (non représentée) sous la busette. L'appareil de coulée 10 peut être combiné aussi avec un système de régulation de débit à quenouille à la place d'une busette à tiroir; il est possible encore d'utiliser l'appareil selon l'invention dans certains systèmes de coulée en panier qui ne demandent pas de régulation. e 250 108 6 RE V E N D I C A T I 0 N S 1. Appareil pour la coulée à immersion de métaux fondus, comprenant un composant à busette menant vers un tube de coulée de forme allongée dont l'extrémité inférieure est immergée, un joint étanche au gaz étant formé entre le composant à busette et l'extré- mité amont du tube de coulée, cafactérisé en ce que le composant à busette (12, 18) comporte un espace annulaire d'écoulement de gaz (21), ainsi qu'un tube d'arrivée de gaz (24) et un orifice de décharge de gaz (28) communiquant avec cet espace (21), l'orifice (28) étant agencé pour éjecter du gaz de l'espace (21) suivant une direction qui longe à peu près la paroi interne (16) du tube de coulée (17). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant à busette (12> 18) présente un rétrécissement conique dans le sens de l'écoulement du métal fondu et est reçu étanche au gaz dans une ouverture d'entrée évasée (30) à l'extrémité amont du tube de coulée (17). 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant à busette (12, 18) comporte une enveloppe métallique (20) définissant extérieurement l'espace d'écoulement de gaz (21). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe métailique (20) définit un seul orifice annulaire (28) et l'espace d'écoulement de gaz (21) contient un remplissage de matériau (29) perméable au gaz. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que le composant à busette (12, 18) comporte une busette (12) et une pièce réfractaire percée formant un raccord (18) et constituant un prolongement de sortie de la busette (12). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la busette (12) et le raccord (18) s'ajustent l'un à l'autre par un joint à gradins (31) et un canal (32) est prévu pour amener du gaz arrivant par le tube (24) jusqu'à ce joint (31). 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le raccord (18) est relié à la busette (12) par un accou- plement constitué d'un prolongement annulaire (34) en bas de la busette (12) et d'une bague (25). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le prolongement (34) est relié à la bague (25) par un joint à baTonnette.