Brevet FR2513909A1 — publié le 19830408

La présente invention est relative au traitement d'un métal liquide dans un récipient d'affinage ou de main- tien par injection de gaz par le trou de coulée percé au fond du récipient, l'ouverture de ce trou étant commandée par un mécanisme de fermeture à plaque coulissante L'invention s'applique en particulier à l'affinagede l'acier en poche ou dans tout autre récipient de maintien. Il est connu que différents traitements d'affinage peuvent être effectués dans un récipient en injectant au- dessous de la surface du bain un gaz introduit par la paroi latérale ou le fond du récipient Ces traitements englobent la désulfuration, la déphosphoration, la désoxydation et l'addition d'éléments d'alliage Jusqu'à présent, cependant, toutes les tubulures restaient avec le récipient et ne pou- vaient pas en être séparées lorsque le traitement métallur- gique était terminé. Un procédé couramment employé pour l'injection d'un gaz dans un bain métallique consiste à faire traverser à ce gaz un bouchon poreux encastré dans le fond du récipient Le gaz peut passer dans les interstices du bouchon poreux et pénétrer dans le bain, mais le métal en fusion ne peut pas traverser le bouchon Il faut donc des pressions très élevées pour forcer le gaz à passer en quantité suffisante à travers le bouchon pour la réalisation du traitement voulu La pré- sente invention permet d'éviter les problèmes inhérents à l'utilisation de bouchons poreux. La présente invention a pour objet une tuyère amo- vible placée au-dessous de la surface du bain et permettant l'injection de gaz de traitement par le trou de coulée d'une poche ou d'un récipient, l'ouverture de cet orifice étant commandée par un mécanisme de fermeture à plaque coulissante. La tuyère ou buse de soufflage est constituée par un assem- blage formé de deux tubes concentriques dont le passage cen- tral permet le soufflage d'un produit de traitement tandis que le passage annulaire extérieur permet le soufflage d'un produit réfrigérant destiné à empêcher toute détérioration des tubes pendant la période de traitement La tuyère s'étend sur toute la longueur du trou de coulée et traverse la busette coulissante et s'ancre dans un bloc de tuyère ré- fractaire monté dans la busette. Lorsque le traitement métallurgique est terminé, la tuyère et une partie du bloc de tuyère sont éliminées de la busette, laissant un orifice de coulée dont l'ouver- ture est commandée par une plaque coulissante. Des dispositifs de fermeture à plaque coulissante appropriés sont décrits dans le brevet Shapland 3 501 068. Le but principal de l'invention est de créer un moyen d'appliquer un traitement métallurgique à un métal en fusion par injection de solides, de fluides ou de gaz dans le bain métallurgique, le produit injecté agissant alors au maximum sur le métal en fusion. Le but de l'invention est également de permettre la réalisation d'appareils permettant le traitement métal- lurgique d'un bain métallique dans un récipient ou dans une poche par l'injection d'un gaz à travers un trou de coulée, ce qui permetd'effectuer la coulée du métal en fusion par le trou de coulée lorsque le traitement métal- lurgique est terminé. L'invention a également pour objet un procédé de traitement par un gaz d'un bain métallique contenu dans une poche ou un récipient, le gaz étant injecté dans le métal en fusion au-dessous de la surface du bain par le trou de coulée, après quoi le métal en fusion est coulé par le même orifice. L'invention a également pour objet un moyen per- mettant d'éliminer le dispositif utilisé pour l'injection au- dessous de la surface du bain alors qu'il reste encore du métal en fusion dans le récipient tout en évitant toute perte de métal en fusion. L'invention est exposée d'une manière plus expli- cite dans la description ci-dessous en se référant aux dessins. La figure 1 est une coupe verticale d'un récipient pour métal en fusion faite dans le plan du trou de coulée et représentant l'appareil d'injection de gaz mis en place. La figure 2 est une coupe verticale, à plus grande échelle, d'une partie de la figure 1 1 La figure 3 est une vue en plan d'une partie du ré- cipient représentée à la figure 2 et représentant la busette et l'appareil d'injection de gaz. Comme le montre la figure 1, un récipient ou une poche 10 ayant un blindage 12 en acier comporte un garnis- sage réfractaire 14 et un trou de coulée percé dans la pa- roi de son fond A l'intérieur du trou de coulée, un bloc de buse ou busette 16 est constitué par un matériau réfrac- taire compact et résistant à l'usure La partie centrale de la busette comporte un orifice vertical -dans lequel un bloc de tuyère 18 en matériau réfractaire est inséré La busette 16 et le bloc de tuyère 18 sont tous deux maintenus en place par un mortier Il est préférable que la surface 20 de la busette 16 soit de forme tronconique descendant vers le trou de coulée Le bloc de tuyère 18 comporte un orifice central dans lequel est montée une tuyère double, concentrique Cette tuyère est constituée par un tube métallique extérieur 24 et par un tube métallique intérieur ou central 26 maintenu à distance du tube extérieur par des dispositifs d'espacement convenables de manière à laisser libre entre les tubes un espace annulaire 28 Il est préférable qu'à sa partie infé- rieure l'intérieur du bloc de tuyère 18 présente un élargis- sement, indiqué en 30, qui commence dans la zone d'inter- section du prolongement du tracé de la surface inclinée 20 et de la ligne centrale du bloc de tuyère Une plaque de maintien 32 fixe en matériau réfractaire s'applique contre le fond du bloc de tuyère 18 pour le maintenir dans sa posi- tion de fonctionnement. Un mécanisme de fermeture à plaque coulissante fixé sous le trou de coulée est constitué par une plaque coulis- sante 34 en matériau réfractaire qui peut se placer, dans une position d'ouverture ou dans une position de fermeture, par des dispositifs de commande de la plaque tels qu'un cylindre pneumatique ou hydraulique 36, relié à la plaque 34, et par des dispositifs de support, non représentés Faculta- tivement, une buse de coulée 39 peut être fixée sur le fond de la plaque coulissante pour atténuer les projections et les éclaboussures pendant la coulée. La soupape 40 met en communication le tube exté- rieur 24 de la tuyère avec une source extérieure d'agent de refroidissement, 42, et, alternativement, avec une source extérieure d'oxygène, 44 Le tube central de la tuyère, 26, est mis en communication par la soupape 50 avec la source d'oxygène, 52, avec une source de gaz inerte, 54, et avec la source des produits de traitement, 56 Les produits de traitement peuvent être constitués par une addition de solides dans un gaz servant de véhicule, par un liquide ou par n'importe quel gaz de traitement. Le tube de tuyère extérieur 24 est hermétiquement cimenté dans le bloc de tuyère 18, mais uniquement dans sa partie supérieure o il n'y a pas d'élargissement de l'intérieur. Pour l'application du traitement, la busette 16 est enfoncée à sa place dans le garnissage 14 du récipient alors que le récipient est froid Le récipient est chauf- fé ensuite jusqu'à la température de traitement au moyen de dispositifs de préchauffage classiques, après quoi le bloc de tuyère 18 qui contient les tubes de tuyère 24 et 26 est introduit dans la busette et cimenté à sa place à partir du fond du récipient La plaque support 32 en maté- riau réfractaire est mise en place et fixée de manière à maintenir le bloc de tuyère dans la position de souf- flage, après quoi on met en place l'appareil de fermeture à plaque coulissante On peut, si on le veut, utiliser un matériau réfractaire pouvant être moulé, comme la gunnite, pour remplir la zone 58 entourant le bout de bloc de tuyère à l'intérieur du four Les tubes 24 et 26 sont mis en communication avec les sources d'alimentation en gaz, le gaz de refroidissement provenant de la source 42 sortant le premier par l'orifice annulaire 28, le gaz inerte provenant de la source 54 arrive ensuite par le tube de tuyère central 26, puis le métal liquide est versé dans le récipient Dès que le bain métallique atteint, à l'in- térieur du récipient, le niveau voulu, c'est-à-dire à peu près 70 % de la hauteur définitive, on commence le traite- ment par le gaz Normalement, l'oxygène est insufflé par le tube central et le gaz de refroidissement est insufflé par l'orifice annulaire extérieur A la fin du traitement, on envoie de l'oxygène à la fois dans le tube central 26 et dans l'espace annulaire 28 L'oxygène réagit avec le métal à haute température et brûle les tubes qui sont détruits jusque dans le bloc de tuyère, le bout du bloc de tuyère en matériau réfractaire étant également détruit Lorsque la destruction du bloc de tuyère atteint la zone d'élargisse- ment annulaire 30, les tubes de tuyère 24 et 26 cessent d'être reliés au bloc de tuyère 18, après quoi on les enlè- ve et on fait intervenir la plaque coulissante 34 pour fer- mer l'orifice de coulée Dès ce moment, le récipient est prêt à être utilisé pour une opération ou un traitement ultérieur quelconque tels que dégazage sous vide, transva- sement, transport ou coulée. L'exemple suivant est relatif à l'élaboration d'a- cier inoxydable suivant l'invention décrite ci-dessus Le garnissage réfractaire de la poche utilisée dans ce cas était constitué par de la magnésite contenant plus de 95 % de Mg O La busette et le bloc de tuyère étaient également constitués par de la magnésite à plus de 95 % de Mg O Les tubes de tuyère 24 et 26 étaient en acier à faible pourcen- tage de carbone Le gaz de refroidissement provenant de la source 42 était du gaz carbonique et le gaz de traitement provenant de la source 56 était un mélange d'oxygène et de gaz carbonique On a versé seize tonnes d'acier liquide contenant 20 % de chrome, 8 % de nickel et 1,3 % de carbone dans la poche dans laquelle l'appareil suivant l'invention avait été installé dans le trou de coulée Le soufflage du mélange d'oxygène et de gaz carbonique dans le bain d'acier a duré soixante minutes et a été suivi du soufflage d'un mélange de gaz inerte et de 02 pendant une courte période, au bout de laquelle la teneur en carbone s'est trouvée ra- menée à 0,005 % On a injecté ensuite dans le bain un mé- lange de chaux finement divisée et de spath-fluor, en même temps que de l'oxygène, pour désulfurer et déphosphorer le métal On a ensuite soufflé uniquement de l'oxygène à la fois par le tube central 26 et par l'espace annulaire 28 pour brûler et détruire les tubes de tuyère et le bloc de tuyère jusqu'à la partie élargie 30 Les tubes de tuyère ont été alors enlevés et la plaque coulissante 34 a été immédiatement fermée La poche a été ensuite transportée jusqu'à une installation de dégazage sous vide, après quoi l'acier a été coulé en lingots L'acier obtenu était un acier inoxydable ayant une analyse d'acier inoxydable à 18 % de chrome et 8 % de nickel. On voit donc que la présente invention fait con- naître un procédé et un appareil permettant le traitement métallurgique d'un métal en fusion dans un récipient d'af- finage ou de maintien par injection de produits de traite- ment par le trou de coulée situé au-dessous de la surface du bain. REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation d'un récipient de coulée en source permettant un traitement du bain au-dessous de sa surface par un gaz pénétrant par un orifice de busette mé- nagé dans la paroi de fond du récipient, ledit récipient ayant un garnissage réfractaire, caractérisé en ce qu'il implique 1) l'insertion d'un bloc de buse, ou busette, compact, en matériau réfractaire, dans l'orifice de buse dans le gar- nissage du récipient et sa fixation en place au moyen d'un mortier pendant que le récipient est à la température am- biante; 2) le chauffage de la poche jusqu'à la température de fonctionnement; 3) l'insertion d'un bloc de tuyère dans l'orifice de la busette en remontant à partir du fond du réci- pient et la fixation de ce bloc de tuyère en place au moyen d'un mortier, ledit bloc de tuyère comprenant une brique réfractaire qui s'adapte à l'orifice de la busette et com- porte un trou vertical qui la traverse, un tube extérieur, qui est fixé dans ce trou vertical du bloc de tuyère et dont l'extrémité supérieure est au même niveau que l'extré- mité supérieure dudit bloc, son extrémité inférieure dépas- sant l'extrémité inférieure dudit bloc, et un tube inté- rieur, qui est monté dans le tube extérieur et dont l'extré- mité supérieure est au même niveau que celle du tube exté- rieur, son extrémité inférieure dépassant l'extrémité infé- rieure dudit bloc, le tube intérieur portant sur sa surface extérieure des pièces en saillie maintenant un espace annu- laire libre formant conduit entre le tube intérieur et le tube extérieur; 4) le montage d'un appareil de fermeture de la buse sur la paroi extérieure du récipient, dans la posi- tion d'ouverture de la buse, les tubes venant de la busette et descendant le long de l'orifice de la busette, et 5) la mise en communication du tube intérieur avec une première source de gaz et la mise en communication du conduit annulaire avec une deuxième source de gaz. 2 Procédé de traitement d'un bain métallique dans un récipient comportant un orifice de busette dans la paroi de son fond et une tuyère double concentrique comprenant un conduit central et un conduit annulaire extérieur montés dedans, caractérisé en ce qu'il implique l'injection d'un produit de traitement dans le bain à l'intérieur du réci- pient par le conduit central de la tuyère, l'injection d'un gaz de refroidissement par le conduit annulaire de la tuyère, puis, lorsque le traitement est terminé, l'injection d'oxy- gène à la fois par le conduit central et par le conduit annulaire de la tuyère pour brûler et détruire le bout de la tuyère et, en même temps que lui, une partie du bloc de tuyère en matériau réfractaire dans lequel il est inséré, jusqu'au point o la partie restante de la tuyère n'est plus solidaire du bloc de -tuyère, ensuite l'évacuation de la partie restante de la tuyère hors de l'orifice de buse et l'obturation de l'orifice de buse par un mécanisme ex- térieur à plaque coulissante. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit de traitement est un gaz, un liquide, un solide mélangé à un gaz servant de véhicule ou un mélange de ces produits. 4 Appareil pour l'injection d'un gaz de traitement dans un récipient à travers la paroi du fond, ce récipient ayant un garnissage réfractaire comportant un trou de coulée en source, caractérisé en ce qu'il comprend une busette en matériau réfractaire fixée au moyen d'un mortier dans le garnissage réfractaire et comportant un orifice central dans l'alignement de l'axe de coulée, un bloc de tuyère en maté- riau réfractaire inséré dans l'orifice central de la busette et pénétrant dans le récipient au moins jusqu'à la limite du garnissage réfractaire, deux tubes concentriques fixés à l'intérieur du bloc de tuyère et se terminant à l'extrémité de ce bloc de tuyère à l'intérieur du four, ces tubes déli- mitant entreeux un passage annulaire, dépassant à l'exté- rieur du blindage extérieur en acier du récipient et pouvant être mis en communication avec les différentes sources de produits de traitement, et un dispositif de fermeture à plaque coulissante monté extérieurement sur le récipient et comprenant une pièce de fermeture en matériau réfrac- taire comportant un trou de coulée dont le bord est dans l'alignement de la partie extérieure du couple de tu- bes concentriques pour que ces tubes puissent s'y engager. 5 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bloc de tuyère comporte un élargissement in- térieur entre le fond du bloc de tuyère et un plan situé approximativement à mi-chemin de l'extrémité supérieure de ce bloc de tuyère. 6 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la busette présente, à l'intérieur, une partie de forme tronconique descendant à partir du bord extérieur de la surface supérieure de cette busette. 7 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend également une plaque de maintien en matériau réfractaire montée sous la busette et sous le bloc de tuyère pour maintenir ces deux blocs dans une position fixe. 8 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une buse descendante fixée sur le fond du dispositif de fermeture à plaque coulissante. 9 Appareil selon La revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sources de produits de trai- tement pouvant être mises en communication d'une manière sélective avec le passage central de l'assemblage de tubes concentriques. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend également plusieurs sources de gaz pouvant être mises en communication avec le passage annu- laire délimité par lesdits tubes concentriques.