Brevet FR2521462A1 — publié le 19830819

On sait que dans la technique de la coulée continue, notamment de l'acier, le métal à ltétat liquide est déversé dans une cuvette ou répartiteur (souvent désigné du nom anglo-saxon de tundish ) d'où il s'écoule par gravité dans la lingotière, cet écoulement étant réglé en général par un clapet réfractaire ou "quenouille . Pour éviter toute oxydation lton prévoit entre le tundish et la lingotière un tube ou "busette", fait en un matériau réfractaire convenable, qui plonge dans celle-ci. Enfin l'on maintient sur la surface du bain une couche protectrice de laitier. L'expérience montre toutefois que la busette a tendance à s'obstruer sous lteffet de scories, ce qui gêne considérablement la bonne marche de la coulée. On a supposé qu'il s'agissait de particules d'alumine ou analogues entraînées par le métal liquide à partir de la couche de laitier qui flotte dans le répartiteur ou tundish et lton a cherché à y remédier en soufflant de l'argon dans la busette.Cela s'est avéré efficace, mais a entrané d'autres inconvénients, savoir que le gaz ainsi injecté provoque des bouillonnements qui brassent le bain dans la zone supérieure de la lingotière en réduisant ainsi ltefficacité de la couche protectrice de laitier et qui gênent considérablement le fonctionnement des appareils optiques de détection et de surveillante du niveau du métal dans la lingotière. La présente invention vise à remédier à ce qui précède. Elle est basée sur cette constatation que les dépôts indésirables d'alumine et analogues ne proviennent pas essentiellement de particules entraSnées à partir du tundish, mais bien de ltoxydation 8 l'intérieur de la busette, non parfaitement étanche, du petit excès d'aluminium qu'on retrouve touJours dans les aciers. Aux températures opératoires il s'avère que les busettes sont plus ou moins poreuses, que leur liaison avec le répartiteur ou tundish n'est pas parfaitement étanche, et que sous lteffet de trompe aspirante provoqué par l'écoulement du métal fondu, de l'air y pénètre en quantité non négligeable.L'aluminium résiduel renfermé par l'acier s'oxyde ainsi immédiatement autour du jet de métal liquide en donnant naissance à des flocons d'alumine qui sont en principe entranés et viennent se retrouver ainsi dans la couche de laitier à l'intérieur de la lingotière. Mais parfois ces flocons s'accrochent en partie aux parois et arrivent à former des amas qui, lorsqu'ils se détachent, viennent obstruer plus ou moins complètement le débouché de la busette.L'effet bénéfique de l'injection d'argon ntest donc pas dû comme on l'a cru jusqu'ici à lteffet mécanique d'entrainement des impuretés exercé par ce gaz, mais surtout au fait qu'il casse la dépression résultant de l'effet de trompe et empêche ou atténue ainsi toute rentrée d'aIr. Conformément à l'invention l'on réalise à la sortie de la busette un étranglement suffisant pour y créer une surpression propre à compenser l'effet de trompe précité. Bien entendu cet étranglement doit être réglable en fonction de la position d'ouverture de la quenouille. Dans une forme d'exécution préférée l'on fait comporter à la quenouille un prolongement vers le bas, ou quenouille secondaire'; qui, à la position ferme de celle-ci, vient obturer presque complètement le débouché de la busette sans toutefois s'appliquer contre elle, ceci afin d'éviter d'imposer à cette dernière une poussée mécanique qu'elle risquerait de mal supporter. Ce prolongement peut être solidaire de la quenouille, mais il est également possible de le réaliser sous la forme d'une pièce indépendante commandée séparément, par exemple à travers un alésage axial prévu dans cette quenouille, ou simplement appliquée contre celle-ci en direction du haut par la poussée hydrostatique exerce par le métal liquide en raison de sa forte densité. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe schématique montrant un dispositif suivant l'invention dans lequel la quenouille secondaire est rigidement solidaire de la principale, les pièces étant représentées à la position de fermeture de ltécoulement du métal à partir du tundish. Fig. 2 est une vue partielle montrant une variante dans laquelle la quenouille secondaire est indépendante de la quenouille principale, mais est appliquée en service contre cette dernière par la poussée d 'Archimede. Fig. 3 est une coupe suivant III-III (fig. 2). Fig. 4 montre une variante de la forme d'exécution de fig. 2 et 3. Fig. 5 illustre une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire est accrochée à la quenouille principale. Fig. 6 et 7 montrent des variantes de la disposition de l'extreilte inférieure de la quenouille secondaire par rapport à la surfacez d'étranglement avec laquelle elle coopère. Fig, 8 correspond à une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire est commandée indépendamment de la principale. Dans la vue très schématisée de fig. 1 l'on aperçoit en 1 la cuvette, répartiteur ou tundish dans lequel on vient déverser les poches d'acier en fusion. La référence 2 désigne la quenouille propre à former clapet de réglage de l'écoulement du métal dans la busette de coulée 3 et de là dans le bain liquide 4 dans lequel celle-ci plonge en partie. On a figuré en 5 la couche de laitier qui protège l'acier de l'oxydation. Pour simplifier on a supposé qu'on se trouvait à la position fermée de la quenouille. Conformément à l'invention l'on a associé à la quenouille 2, ou quenouille principale, un prolongement 6 à moindre diamètre, ou quenouille secondaire, qui s'enfonce dans la busette 3 en ménageant un espace intermédiaire important 7 et qui vient se terminer presque au contact de l'épaulement tronconique 8 formant l'entrée du débouché de celle-ci. Lorsqu'on soulève la quenouille principale 2 pour permettre l'écoulement du métal liquide, on entraîne le prolongement 6 et l'on découvre ainsi le debouché de la busette. Mais il subsiste au droit de ltépaulement 8 un étranglement, de sorte que moyennant un dimensionnement judicieux des pièces, on peut obtenir que le métal liquide qui remplit alors l'espace 7 se trouve toujours sous une pression hydrostatique supérieure à la pression atmosphérique extérieure, ce qui exclut toute rentrée d'air à travers la paroi poreuse de la busette ou par les inévitables défauts d'étanchéité des joints. L'expérience montre qu'au contraire en l'absence de la quenouille secondaire 6, le courant d'acier liquide qui s' engage à grande vitesse dans la busette 3 quand on soulève la quenouille principale 2, agit à la façon d'une trompe aspirante et fait apparaître une dépression qui provoque de telles rentrées d'air. Ce sont ces dernières qui entraînent des phénomènes d'oxydation et donnent naissance à des flocons d'alumine. Normalement ces flocons sont entraînes et viennent finalement se mélanger au laitier 5, mais il arrive parfois qu'il se forme des amas qui, lorsqu'ils se détachent enfin de la paroi, peuvent occasionner des obstructions gênantes. L'invention permet d'éviter totalement ce phénomène sans aucune injection d'argon ou autre. On pourrait évidemment songer à n'utiliser que la quenouille secondaire 6 pour commander ltécoulement du métal liquide, l'entrée de la busette 3 restant constamment ouverte. Mais il faudrait alors que cette quenouille secondaire 6 vienne s'appliquer sur ltépaulement 8, ce qui imposerait à la busette 3 des contraintes susceptibles de la détériorer ou de l'arracher du répartiteur ou tundish 1. Dans la forme d'exécution de fig. 2, la quenouille secondaire 6 n'est plus rigidement solidaire de la principale 2. Mais en raison de sa densité très inférieure à celle du métal fondu, elle tend à flotter et par conséquent à rester appliquée contre l'extrémité inférieure de celle-ci dopt elle suit les mouvements. Sur les dessins la quenouille principale 2 étant fermée, il n'y a pas de métal dans la busette 3 et par conséquent la quenouille auxiliaire 6 n'est pas soulevée et repose sur la portée 8. Son centrage est assuré par des saillies intérieures de guidage 9 (fig. 3).On remarquera que dans cette forme d'exécution la busette débouche par deux canaux latéraux 10, ce qui ne change rien au fonctionnement general. Là encore à la position fermée de la quenouille principale 2, il subsiste un léger jeu entre la quenouille secondaire 6 et son siège 8, en supposant celle-ci soulevée. Un avantage important de la disposition à quenouille secondaire flottante" de fig. 2 et 3 réside dans le fait que si l'on choisit la densité de cette quenouille secondaire 6 de façon qu'elle soit intermédiaire entre celle de l'acier liquide et celle du laitier, on peut obtenir que lorsque la coulée se termine, ltécoulement du liquide s'arrente automati quemeut dés que le laitier surnageant pénètre dans la busette. On évite ainsi soit des déchets de fin de coulée par trop importants résultant de ce qu'un opérateur a 'referme trop t8t la quenouille principale, soit l'apparition de défauts dûs à l'inclusion de laitier dans la partie terminale de la barre d'acier coulée. Fig. 4 indique une variante de la disposition de fig. 2 et 3, suivant. laquelle le centrage de la quenouille secondaire est obtenu non plus par des saillies de guidage telles que 9, mais bien en prévoyant en bout de la quenouille principale 2 une dépression axiale conique 2a dans laquelle vient s'engager I'extrémité supérieure de la quenouille secondaire 6. Fig. 5 montre une disposition intermédiaire entre celles de fig. l et de fig. 2 à 4. Ici la quenouille secondaire 6 constitue également une pièce séparée, mais son extrémité supérieure en forme de bouton 6a est accrochée dans une chambrure 2b creusée dans l'extrémité inférieure de la quenouille principale 2. On peut imaginer, par exemple, que le débouché de la chambrure 2b est rectangulaire et qu'il en va de mêBe pour le bouton 6a qu'on peut donc introduire en le-présentant suivant une orientation déterminée, puis accrocher en le faisant simplement tourner sur lui-même. On peut également agencer les choses de façon que le bouton puisse être introduit en présentant la quenouille auxiliaire horizontalement, et qu'on le verrouille ensuite en place en redressant celle-ci. En fig. 6 on retrouve une busette à débouché axial avec une quenouille secondaire se terminant sous la forme d'un clapet tronconique, la petite base du tronc se prolongeant quelque peu, comme indiqué en ll, pour contribuer à assurer un étranglement de la section de passage au début de la levée de l'ensemble de la quenouille principale et de la quenouille secondaire. Ainsi l'etranglement initial de ltécoulement du métal ne commence à se dilater que lorsque la quenouille principale 2 s'est nettement soulevée de son siège. Dans la forme d'exécution de fig. 7 ce retard à l'ouverture du débouché de la busette est obtenu en prévoyant simplement dans le bas de celle-ci un rétrécissement cylindrique rapporté 12 et en supprimant toute sorte de siège pour la quenouille secondaire 6. Ici comme en fig. 2 le débouché de cette busette est assuré par deux canaux latéraux. Bien entendu le rétrécissement 12 pourrait être d'une seule pièce avec la busette 3. Enfin fig. 8 montre une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire 6 traverse la quenouille principale 2 prévue tubulaire, ces deux organes étant commandés indépendamment l'un de l'autre. On peut ainsi prévoir de soulever d'abord la quenouille principale pour laisser l'acier pénétrer dans la busette, la quenouille secondaire restant fermée, sauf le léger jeu de sécurité prévu pour éviter toute contrainte appliquée à la busette, puis manoeuvrer cette quenouille secondaire pour régler l'écoulement du métal. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amenée du métal liquide à la lingotière dans les installations de coulée continue, du genre comportant une cuvette ou "tundish", un clapet. ou "quenouille" destiné à être abaissé sur un siège prévu au fond du tundish pour régler l'écoulement du métal, et une busette qui s'entend vers le bas à partir de ce siège pour plonger dans le bain métallique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens propres à réaliser au voisinage de l'extrémité inférieure de la busette (3) un étranglement suffisant pour créer à l'intérieur de celle-ci une surpression compensant l'effet de trompe aspirante provoqué par ltécoule- ment du métal.- 2.Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quenouille (2) comporte un prolongement vers le bas ou "quenouille secondaire" (6) qui coopère avec une partie fixe inférieure de la busette (3) pour obturer presque complètement le débouché de celle-ci sans toutefois lui appliquer des contraintes mécaniques excessives. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la quenouille secondaire (6) est solidaire de la quenouille principale (2i. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la quenouille secondaire (6) est indépendante de la quenouille principale (2), mais est maintenue appliquée contre èIle par la pousse d'Archimède due au aetal fondu. 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la dexisit de la quenouille secondaire (6) est intermédiaire entre celle du métal liquide (4) et celle du laitier (5) de manière que cette quenouille secondaire se ferme automatiquement dès que le laitier s'écoule dans la busette (3). 6. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la quenouille secondaire (6) est accrochée en bout de la quenouille principale (2). 7. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la quenouille principale (2) est prévue tubulaire et est traversée par la quenouille secondaire (6), laquelle est commandée de façon indépendante. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la partie fixe (12) avec laquelle coopère la quenouille secondaire (6) entoure celle-ci avec un certain jeu, de façon qu'au début du soulèvement de cette quenouille secondaire le passage d'écoulement de l'acier reste fortement étranglé et ne commence à s'ouvrir davantage que lorsque la quenouille principale (2) s'est déjà soulevée de façon appréciable.