Brevet FR2499434A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne un procédé et un appareil de coulée de métal fondu. Lorsqu'on prépare un appareil à réservoir de cou- lée en source tel qu'une poche en vue d'une coulée, on injecte couramment un gaz dans le contenu fondu, au voi- sinage de la région du fond du réservoir qui conduit à l'ori- fice de coulée en source du réservoir. L'utilisation d'un gaz a plusieurs rôles, notamment de rinçage, d'évacuation des produits de solidification de la région relativement froide du fond, de réduction et/ou d'égalisation de la tem- pérature dans la matière fondue, et de redistribution de la matière refroidie près des côtés et du fond du réser- voir, et d'agitation permettant une répartition uniforme des additions d'alliage dans la matière fondue. L'injection de gaz est aussi souvent utilisée pour l'introduction d'une matière particulaire dans la matière fondue afin qu'elle se dissolve, le gaz étant alors un véhicule. L'injection d'un gaz a été réalisée jusqu'à présent de diverses manières présentant toutes des inconvénients. L'injection à la lance nécessite l'introduction d'une tuyau- terie ou d'une lance revêtue d'un réfractaire dans la ma- tière fondue. La lance est un élément coûteux et sa durée est très limitée car elle est soumise à une attaque nui- sible ou à un grillage dans la région de la couche de laitier qui flotte sur la matière fondue. Selon un autre procédé, le revêtement du réservoir a une ouverture dans laquelle est placé un bouchon poreux. Celui-ci a une tuyauterie d'in- troduction de gaz qui en dépasse par dessous et est disposée dans une ouverture formée dans la partie externe du réser- voir. La réserve de gaz est alors raccordée à la tuyauterie au-dessous du réservoir. Il peut apparaître des fuites de matière fondue entre le bouchon et le revêtement, si l'un ou l'autre est détérioré ou érodé, et en conséquence, l'uti- lisation d'un tel bouchon pour l'introduction de gaz a pré- senté des risques potentiels graves. Lorsque la coulée exécutée avec des réservoirs de coulée en source est réglée à l'aide de vannes à tiroir, l'utilisation d'un bouchon place dans le fond, comme décrit précédemment, n'est pas comkmode. L'introduction du gaz peut alors être réalisée par la vanne qui a un élément specia d'obturation muni d'un bouchon poreux, celui-ci étant per- méable aux gaz mais imperméable à la matière fcndue, cG:nme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 53-S 948. L'utilisation de tels éléments spéciaux d'obturation n'est pas toujours commode ni rentable. Dans une variante, le fond ou une partie de celui-ci peut être formé d'une brique po- reuse à travers laquelle un gaz est pompé vers le passage de coulée, comme décrit dans le brevet britannique n 1 351 618. Les sidérurgistes souhaitent souvrent remplir l'ou- verture de coulée en source d'une charge siliceuse (sable ou mélange de sable et de graphite) avant l'introduction de la matière fondue dans le réservoir. Cette mesure est notamment destinée à empêcher la solidification dans l'ou- verture et à assurer un début de coulée sans problème lors- que le tiroir de l'obturateur est ouvert pour la première fois. Lors de l'utilisation d'arrangements d'introduction de gaz tels que décrits dans les brevets précités, il existe un risque important pour que le gaz perturbe la charge siliceuse. L'invention concerne un dispositif d'introduction de gaz qui ne présente pas ce risque. Evidemment, la coulée à partir d'un réservoir n'est pas toujours en pratique réalisée en une seule fois. Habi- tuellement, la coulée est interrompue, par exemple lorsque plusieurs lingotières doivent être remplies. La charge si- liceuse disparaît après le début de la première coulée, mais une introduction de gaz peut encore être souhaitable pendant les coulées ultérieures. L'appareil selon l'invention peut être utilisé de cette manière et ne nécessite pas l'uti- lisation d'éléments obturateurs spéciaux. Plus précisément, l'invention concerne un réservoir de coulée en source de métal fondu auquel est fixée une vanne à tiroir, le réservoir ayant un bloc de fond placé dans une ouverture de coulée en source du réservoir, le bloc de fond ayant un trou formant un passage de circulation, une partie inférieure du bloc de fond logeant une buse interne permet- tant la circulation vers la vanne de la matière fondue qui, lors du fonctionnement, s'écoule dans la partie du bloc qui forme un passage de circulation, le réservoir ayant en outre un conduit de circulation de gaz, débçouchant dans le bloc ou à travers celui-ci par une ouverture de sortie de gaz disposée soit dans la paroi du trou formant la partie du bloc qui délimite le passage de circulation au-dessus de la buse, soit dans cette paroi, au-dessous de l'emplacement de l'extrémité supérieure de la buse mais très près de cet emplacement afin que le gaz pénètre au fond par le joint formé entre la buse et le trou du bloc. L'invention concerne aussi un procédé de coulée d'un métal fondu d'un récipient, sous la commande d'une vanne à tiroir, selon lequel, avant l'ouverture de la vanne en vue de la coulée, un gaz est injecté au fond du réservoir, le fond ayant un bloc de fond comportant une buse dans une partie inférieure du bloc, la buse débouchant dans la vanne, un gaz étant injecté dans une partie supérieure du bloc, sans passage dans la buse, grâce à une sortie de gaz placée dans la paroi interne du bloc en amont de la buse ou dans la partie supérieure du raccord entre la buse et la paroi interne du bloc, la vanne étant ensuite ouverte. En outre, l'invention concerne un procédé de cou- lée de métal fondu d'un réservoir sous la commande d'une vanne à tiroir, dans lequel le réservoir a un bloc de fond logeant une buse dans une partie inférieure, la buse débou- chant dans la vanne, le procédé comprenant (1) le remplis- sage de la buse avec une matière siliceuse particulaire avant le chargement du métal fondu dans le réservoir, (2) l'in- jection d'un gaz dans une partie supérieure du bloc de fond, avant l'ouverture de la vanne et sans passage dans la buse afin que la charge siliceuse ne soit pas perturbée, le gaz étant injecté par une sortie de gaz placée dans une paroi interne du bloc de fond en amont de la buse ou dans la partie supérieure d'un raccord formé entre la buse et ladite paroi, et (3) l'ouverture postérieure de la vanne. Si la sortie de gaz se trouve au raccord ou dan- la région de raccordement du bloc de fond et de la buse, un dispositif tel qu'une enveloppe métallique placée autour de la buse, peut être utilisé afin qu'il empêche la descen te du gaz entre la buse et la paroi interne du bloc de fond et qu'il entretienne un débit minimal de gaz dans le cures de la buse, vers l'intérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe partielle d'une poche selon l'invention, et notamment de la région de son fond; et la figure 2 est une coupe partielle de la fiaure 1, à plus grande échelle. Sur la figure 1, une poche 10 a une paroi 11 de fer ou d'acier, isolée de l'intérieur 12 de la poche par un revêtement classique 14. La paroi 11 et le revêtement 14 ont des ouvertures 15, 16 afin qu'ils forment une ouver- ture de coulée en source, et un bloc 18 de fond y est logé et cimenté. Le bloc 18 a son extrémité inférieure qui passe par l'orifice 15 et qui repose sur une plaque 19 de mon- tage d'une vanne à tiroir 20. La plaque 19 assure le mon- tage de la vanne à la poche 10 et est fixée à la paroi 11 par un dispositif non représenté. Le bloc 18 de fond a un trou 21 qui le traverse. Le trou a une paroi à côtés parallèles, dans la partie su- périeure du bloc, et il forme un passage de circulation du métal sortant de la poche lors du fonctionnement. Dans une partie inférieure du bloc 18, la paroi du trou 21 diverge vers le bas. Cette partie inférieure divergente 22 forme un siège pour une buse 24, 25 en deux parties qui peut être, le cas échéant, remplacée par accès par dessous. La buse est cimentée en place dans le bloc de fond. La buse princi- pale porte la référence 24 et elle a une paroi externe diver- geant radialement correspondant à la partie divergente 22 de paroi. La buse inférieure 25 dépasse à l'extérieur du réservoir et elle est en contact étanche avec la plaque 27 de la vanne qui comporte un orifice. La buse 24, 25 délimite un passage 28 pour le métal fondu allant du passage de cir- culation à la vanne 20. La plaque 27 de tête a son orifice qui coïncide avec le passage 28 de la buse. Dans le mode de réalisation représenté, la totalité du trou 21 formé dans la partie supérieure du bloc de fond a des côtés parallèles. Cependant, dans certains cas, il peut avoir une embouchure évasée vers l'extrémité supérieure. Un dispositif est destiné à introduite un gaz dans la matière fondue par l'intermédiaire de la région du fond, d'une manière telle qu'il ne pénètre pratiquement pas de gaz dans la zone du fond à partir du passage 28 de la buse. Le gaz est introduit dans la région du fond par une tuyau- terie 32 enrobée dans le bloc 18 et débouchant dans le trou 21 au-dessous de l'extrémité supérieure de la partie supé- rieure de buse 24 mais près de cette extrémité supérieure. A cet emplacement, la partie 24 de buse est légèrement dis- tante de la paroi du trou 21. Le gaz pénétrant dans l'es- pace annulaire 34 depuis la sortie de la tuyauterie 32, est injecté dans la région du fond, vers le haut depuis la région du joint formé par le bloc de fond et la buse. L'espace 34 forme un orifice annulaire et le gaz qui s'en échappe peut s'écouler comme un rideau le long du trou 21, vers le haut. Une gorge circulaire 35, coïncidant avec la sortie de la tuyauterie, est avantageusement formée dans la paroi du trou 21 afin qu'elle joue le rôle d'un organe répartiteur. Le gaz quittant la tuyauterie 32 ne peut pas des- cendre le long de la paroi externe de la partie de buse 24 étant donné la disposition d'une enveloppe métallique 36 et de ciment utilisé pour le maintien de la cuve en place. A son extrémité supérieure, l'enveloppe 36 se trouve juste au-dessous de la gorge 35 et de la sortie de la tuyauterie. Tous les éléments réfractaires 14, 18, 24 et 25 sont obli- gatoirement perméables aux gaz d'une manière limitée. L'en- veloppe métallique 36 qui entoure la partie de buse 24 réduit au minimum le débit de gaz allant vers le passage 28 si bien que la totalité en pratique du gaz pénétrant dans la région du fond passe par la région du joint de l'espace 34. Le cas échéant, la tuyauterie peut déboucher dans la paroi du trou 21 au-dessus de la partie de buse 24. La configuration de la tuyauterie, dans ce cas, est représen- tée en traits mixtes sur la figure 1. Une gorge de distribu- tion équivalant à la gorge 35 peut aussi être utilisée. La tuyauterie 32 dépasse depuis l'extrémité infé- rieure du bloc 18. L'extrémité externe de la tuyauterie est disposée avec du jeu dans une ou'verture 38 formée dans la plaque 19 de montage, l'ouverture cotmmuniquant avec un pas- sage 39 de gaz formé dans cette plaque 19. Le passage 39 rejoint un raccord de gaz non représenté, permettant la con- nexion à une source convenable de gaz. Lors du fonctionnement, un gaz inerte est normale- ment introduit dans la région du fond, soit seul soit avec des additions d'alliage à un état finement divisé. Un gaz inerte qui convient est l'argon. D'autres gaz peuvent être utilisés, notamment ceux qui réagissent avec la matière fon- due, une réaction étant souhaitable lorsque la composition ou la température doivent subir des changements. Les débits de gaz dépendent du rôle particulier que doit remplir le gaz et des débits qui conviennent peuvent être facilement déterminés empiriquement par l'homme du métier. Coimne le gaz est transmis vers le haut depuis l'espace 34 de rac- cord, il a tendance à former un rideau le long de la paroi du trou 21, dans la partie supérieure du bloc de fond. Cette disposition peut être avantageuse car le dessin du courant formé réduit les risques de solidification du métal ou de formation d'inclusiorse sur la pa.-roi du trou. En outre, lors- que le gaz pénètre dans la région du I'ond sans circuler le long du passage 28 de la buse, celui-ci peut contenir une charge siliceuse avant que la poche reçoive la matière fon- due, et l'introduction du gaz peut ensuite être effectuée jusqu'à ce que la coulée commence, sans perturbation de la charge. L'introduction d'un gaz peut évidemment recommencer ultérieurement si la coulée doit être interrompue. L'extrémité de sortie de la tuyauterie 32 peut être attaquée par le métal fondu pendant la coulée, mais ce phénomène n'est pas particulièrement gênant. Dans un mode de réalisation avantageux, la buse 24, 25 qui, en pratique, doit être remplacée souvent, assure une protection de la tuyauterie 32 contre la matière fondue. La fabrication du bloc 18 par coulée autour de la tuyauterie 32 est commode, et la structure est peu coûteuse. Les vannes à tiroir sont bien connues dans la technique et en conséquence, on n'a représenté la vanne 20 que sous forme schématique. La vanne représentée est du type à deux plaques, comprenant la plaque fixe 27 de tête et une plaque mobile 40 formant tiroir. La vanne peut être du type à trois plaques, ayant des plaques fixes supérieure et in- férieure et une plaque mobile intermédiaire formant tiroir. On connaît de telles vannes évidemment. L'arrangement représenté, ayant le passage 39 de gaz dans la plaque 19 de montage ou d'adaptation de la vanne, est le plus commode, pour de nombreuses raisons. Le passage 39 peut être formé à un autre emplacement, par exemple dans la paroi 11 de la poche. Comme la tuayauterie 32 peut éven- tuellement se boucher, il peut être avantageux de munir le bloc 18 de plusieurs tuyauteries 32. Dans ce cas, ces tu- yauteries communiquent par leur extrémité inférieure avec un collecteur annulaire qui reçoit le gaz du passage 39 et qui est formé dans la plaque 19 ou à un autre emplacement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil à réservoir de coulée en source de matas fondu par l'intermédiaire d'une vanne à tiroir (20) qui y est fixée, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de fond (18) placé dans une ouverture de coulée en source du réservoir de l'appareil, le bloc de fond ayant un trou (21) délimitant un passage de circulation, une par- tie inférieure du bloc de fond logeant une buse interne i24, ) destinée à transmettre à la vanne (20) la matière fondue qui, pendant le fonctionnement, s'écoule dans la partie du bloc qui forme le passage de circulation, le réservoir de l'appareil ayant en outre un conduit (32) de gaz débouchant dans le bloc de fond et traversant celui-ci vers un orifice de sortie de gaz placé soit dans la paroi du trou qui déli- mite la partie de circulation de gaz du bloc, au-dessus de la buse, soit dans cette paroi mais au-dessous de l'empla- cement de l'extrémité supérieure de la buse mais très près de cet emplacement, afin que le gaz pénètre au fond par l'in- termédiaire du joint formé entre la buse et le trou du bloc de fond. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de gaz est placé au-dessous de l'extrémité supérieure de la buse (24, 25) mais très près de cette extrémité supérieure, et un dispositif (36) est destiné à empêcher la circulation du gaz vers le gaz entre la buse et le trou du bloc de fond. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif (36) destiné à empêcher la cir- culation de gaz comprend une enveloppe métallique (36) en- tourant toute la surface radiale externe de la buse (24, ) sauf l'extrémité supérieure de cette surface, l'enve- loppe réduisant au minimum la circulation du gaz à travers le corps de la buse, vers l'intérieur de celle-ci. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite paroi a une gorge fer- mée (34) coïncidant avec l'orifice de sortie de gaz et des- tinée à constituer un distributeur de gaz. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bloc de fond (18) traverse une paroi du réservoir, et le conduit de gaz (32) qui y est formé coopère avec un passage de gaz formé dans une pla- que de montage (19) de la vanne (20) fixée au réservoir. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit de gaz (32) est une tuyauterie dépassant du bloc de fond (18) dans une ouverture (38) formée dans la plaque de montage (19), le passage du gaz communiquant avec cette ouverture. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la buse comporte deux parties (24, 25), la partie inférieure étant en coopération étanche avec une plaque de tête (27) de la vanne (20). 8. Procédé de coulée d'un métal fondu d'un réservoir sous la commande d'une vanne à tiroir (20), caractérisé en ce que, avant ouverture de la vanne en vue de la coulée, un gaz est injecté au fond du réservoir, à un emplacement comprenant un bloc de fond (18) qui a une buse (24, 25) dans sa partie inférieure, la buse débouchant dans la vanne (20), un gaz étant injecté dans une partie supérieure du bloc de fond (18) sans passage à travers la buse, par l'intermédiai- re d'une sc'rtie de gaz disposée dans la paroi interne du bloc de fond en amont de la buse ou dans la partie supé- rieure du joint entre la buse et la paroi interne du bloc de fond, et la vanne (20) est ensuite ouverte. 9. Procédé de coulée d'un métal fondu d'un réservoir sous la commande d'une vanne à tiroir (20), le réservoir ayant un bloc de fond (18) contenant une buse (24, 25) dans une partie inférieure, la buse communiquant avec la vanne, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend (1) avant le chargement du métal fondu dans le réservoir, le remplissage de la buse (24, 25) d'une matière siliceuse particulaire, (2) avant l'ouverture de la vanne, l'injection de gaz dans une partie supérieure du bloc de fond (18>, sans passage à travers la buse afin que la charge siliceuse de celle-ci ne soit pas perturbée, le gaz étant injecté par une sortie de gaz disposée dans la paroi interne du bloc de fond en amont de la buse ou dans la partie supérieure du joint entre la buse et ladite paroi, et (3) l'ouverture postérieure de la vanne (20).