Brevet FR2516821A1 — publié le 19830527

L'invention concerne la protection d'un jet de métal fondu s'écoulant verticalement entre un réservoir supérieur et un réceptacle inférieur au moyen d'un gaz inerte. t' invention intéresse ainsi tous les jets de coulée de métaux, notamment : - entre poche et répartiteur - entre poche et lingotière - entre poche et poche - entre convertisseur (ou four) et poche. Il est déjà c-ernu par le brevet U.S. 3.908.734 de protéger un et de coulée de métal fondu au moyen d'un élément tubulaire entourant le jet et alimenté en gaz protecteur. Ce mode de protection a l'inconvénient d'empêcher pratiquement toute intervention sur le Jet. il est connu e5galement, par le brevet Pr. 2.408.413, d'insuf- fler an gaz inerte a la partie supérieure du jet de métal au moyen un organe annu9-ai"c situé au voisinage de la tuyère de sortie du réservoir supérieur. t' 'expérience a montré que ce mode de protection nlest pas applicable aux jets de grande longueur tels que ceux existant par exemple entre poche et répartiteur de coulée continue. il est connu enfin, par exemple par le brevet P, 2.405.852 d'assurrer la protection de jets de coulée de métaux au moyen d'un gaz inerte liquéfié délivré autour du jet par un dispositif géné raclement torique disposé sous le réservoir. Si ce système présente des avantages certain par rapport aux deux précédents, il peut se faire néanmoins que la création d'une atmosphère inerte sur tout le trajet aérien du jet prenne un certain temps. tes phénomènes parasites (entrainoient d'air, diffusion d'oxygène ...) sont alors susceptibles d'affecter plus facilement l'efficacité d'un inerte en cours d'établissement. enfin, la nécessité de prévoir, sous le réservoir supérieur, un organe annulaire ou torique pour délivrer le gaz inerte à l'é tat gazeux ou liquéfié peut constituer une complication constructive. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients sus-mentionnés et propose un procédé et un dispositif permettant de travailler sur le jet, d'établir rapidement, autour dudit jet, une atmosphère inerte et de simplifier les moyens nécessaires à la création de cette atmosphère. te procédé de protection selon l'invention consiste à créer, autour du jet et sur la totalité de la hauteur de ce dernier, une gaine protectrice gazeuse ascendante. ta formation d'une gaine gazeuse protectrice le long du jet de métal à contre-courant de celui-ci s'oppose à tout entrainement d'air par convection ou par aspiration dû à l'écoulement du métal à la sortie dela poche de coulée. Selon une autre caractéristique de l'invention, on injecte le gaz dans le métal liquide autour de la zone d'impact du jet. te gaz de protection est ainsi porté à haute température et est soumis à une force ascentionnelle qui permet sa circulation à contre-courant du jet. Une telle injection da gaz a, en outre, pour effet de renouveler le métal à la surface du bain et d'éviter ainsi toute solidification intempestive dudit métal. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on confine le gaz précité au-dessus de la surface du métal liquide et autour de la base du jet. Ce confinement permet de canaliser le gaz ascendant autour du jet. L'invention propose également, pour la mise en oeuvre du procédé précité, un dispositif de coulée de métal comportant un réservoir supérieur et un réceptacle inférieur, ce réceptacle inférieur étant muni de moyens d'insufflation de gaz reliés à une souree de gaz inerte sous pression et débouchant au-dessous de la surface du métal liquide dans ledit réceptacle. Ces moyens d'injection du gaz ont pour effet de le porter à haute température et de créer au-dessus de la surface du bain une gaine protectrice gazeuse ascendante. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'insufflation précités sont constitués par des tubes métalliques traversant le garnissage réfractaire du réceptacle. D'autres eactéristiques e-t avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. pans les dessins annexes donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif - a figure 1 présente, de façon schématique et en coupe partielle, un dispositif selon l'invention - la figure 2 est une coupe partielle perpendiculaire au plan de la figure 1, la moitié de droite représentant les moyens d1insuf- flation selon le mode de réalisation de la figure 1, tandis que la moitif gauehe représente une première variante des dits moyens d'insufflation ; - la figure 3 est une coupe partielle comme la figure 2, mais avec arrachement et montrant une seconde -variante de réalisation des moyens d'insufflation. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure i et sur la moitié de droite de la figure 2 des dessins, un réservoir supérieur 1, par exemple une poche de coulée, contient le métal en fusion, lequel après avoir traversé un obturateur à plaque la, su écoule sous forme d'un jet J et arrive dans un réceptacle inférieur L formé d'une cuirasse externe 3, d'un garnissage intermédiaire de sable 4- et d'un garnissage réfractaire interne 5. t'insuf- flaticn du gaz inerte est réalisée au moyen de tubes métalliques 6 traversant le garnissage réfractaire 5 du réceptacle 2, au-dessous du niveau du métal liquide et reliés,par des tubulures 79 à un distributeur ou à un collecteur 8 relié lui-meme à une source 9 de gaz inerte sous pression. Une hotte 10 de confinement en matériau réfractaire et -en forme de tronc de pmazEde est disposée autour du jet J à la base de ce dernier et permet de confiner ie gaz inerte injecté par les tubes métalliques d'insufflation6. ta hotte 10 permet également de protéger les ouvriers contre les projections de métal liquide et a enfin pour effet de délimiter la zone de turbulence, donc d'éviter de perturber la couche de poudrede couverture généralement utilisée à la surface du bain dans un répartiteur et déviter son emploi dans cette zone de turbulence. Des plaquesde barrage 11 en matériau réfractaire immergées dans le répartiteur au droit de la hotte9, sont prévues pour amé- liorer la propreté inclusionnaire des produits obtenus. te gaz inerte injecté autour de la zone d'impact du jet J par les tubes métalliques 6 s'échappe en bulles qui viennent crever à la surface du métal et forment une colonne gazeuse ascendante à haute température qui est canalisée par la hotte 107 de sorte que l'on obtiens, autour du jet de métal et à contre-courant de celui-ci, une gaine protectrice s'écoulant selon les flèches P. Cette gaine protectrice s'oppose ainsi à tout entraînement d'air par convection ou par aspiration dû à l'écoulement du métal à sa sortie de la poche de coulée. Selon le mode de réalisation représenté sur la moitié gauche de la figure 2, l'insufflation de gaz dans le bain liquide est effectuée par l'intermédiaire d'éléments poreux ou perméables 12 incorporés au garnissage 5 et reliés au distributeur 8. L'utilisation de ces éléments poreux permet une plus grande souplesse dans le réglage du débit de gaz injecté et autorise même l'arrêt de l'insufflation. De plus, un tel élément poreux permet le fractionnement du gaz en fines bulles, ce qui correspond aux meilleures conditions pour la décantation des inclusions. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, l'insufflation du gaz inerte est réalisée au moyen de conduits 13 et 13a prévus dans le garnissage réfractaire 5 et reliés au distributeur 8. tes conduits 13 et 13a peuvent être obtenus par per çage du garnissage 5 ou lors du moulage de ce dernier. Il convient de remarquer que l'invention apporte de nombreux avantages. te brassage du métal qui résulte de l'injection du gaz améliore la décantation des inclusions d'une part par piégeage direct de ces inclusions par les bulles et d'autre part par une meilleure ccalescence de ces inclusions. La température élevée des gaz résultant de leur traversée du métal a pour conséquence de réduire, pour un même volume à inerte, la quantité nécessaire dudit gaz. P.7en entendu, l'invention ngest nullement limitée aux modes de réaiisation décrits et représentés. REVENDI CTI ONS 1. Procédé de protection d'un jet de métal s'écoulant verticalement entre un réservoir supérieur et un réceptacle inférieur au moyen d'un gaz inerte, caractérisé en ce qu'il consiste à créer, autour dudit jet et sur la totalité de la hauteur de ce dernier, une gaine protectrice gazeuse ascendante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte le gaz dans le métal liquide autour de la zone d'impact du jet. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on confine le gaz précité au-dessus de la surface du métal liquide et autour de la base du jet. 4. Dispositif de coulée de métal en fusion pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 3,du type comportant un réservoir supérieur et un réceptacle inférieur muni d'un garnissage réfractaire interne, caractérisé en ce que le réceptacle inférieur précité (2) est muni de moyens d'insufflation (6, 12, 13) reliés à une source de gaz inerte sous pression (9) et débouchant au-dessous de la surface du métal liquide dans ledit réceptacle. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'insufflation précités sont constitués par des tubes métalliques (6) traversant le garnissage réfractaire (5) précité. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé entre que les moyens d'insufflation précités sont constitués par des éléments poreux ou perméables incorporés au garnissage réfractaire (5) précité. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'insufflation précités sont constitués par des conduits (13, 13a) prévus dans le garnissage réfractaire (5) précité. 8. Dispositif selon la revendication' 4, caractérisé en ce qu'il comporte une hotte ou cylindre de confinement (10) en matériau réfractaire entourant la base du jet (J) précité. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des plaques de barrage (11) en matière réfractaire immergées dans le bain de métal au droit de la hotte ou cylindre (io) précité.