Brevet FR2534165A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne la métallurgie, en particulier les dispositifs destinés à la coulée de métaux en fusion en lingotières, et a notamment pour objet une poche de coulée de métal en fusion. L'invention peut être utilisée avec le maximum d'avantages pour la coulée de l'acier dans les machines de coulée continue en lingotières et coquilles. L'invention peut etre~également appliquée dans la métallurgie des non ferreux. Dans la pratique on utilise un dispositif (une poche) de coulée d'un métal en fusion comportant une chambre de coulée avec des manchons garnis de réfractaires, qui sont raccordés à ladite chambre et prévus pour la cou lée de métamDc en coquilles, ledit dispositif étant muni d'un système de réglage du niveau du métal contenu dans lesdits manchons. Ledit système se compose d'indicateurs de niveau électrique reliés à des régulateurs du débit de sortie du métal de la chambre de coulée et réalisés sous forme de dispositifs électromagnétiques Dans cette conception du système de réglage du niveau du métal dans les coquilles, les indicateurs de. niveau électriques subissent l'action directe du métal liquide. Cette circonstance explique leur fiabilité en service limité et conduit à des erreurs dans les mesures du niveau du métal. Les régulateurseRectromagnétiques du débit sont de conception compliquée, manquent de fiabili- té en service aux températures élevées et exigent des consommations d'énergie et des frais d'exploitation en ser- vice considérables. I1 s'ensuit que le dispositif connu de coulée de métal en fusion se distingue par sua composition compliquée, par sa fiabilité insuffisante de réglage du niveau du métal coulé et par son colt élevé. L'erreur dans le réglage du niveau peut atteindre 20 % et même davantage, ce qui entraîne le déborde- ment du métal de certaines coquilles ou lingotières, un sous-remplissage des autres et en définitive un fort pourcentage de rebuts de lingots ainsi que la mise hors de service fréquente des matériels. On emploie également un autre dispositif pour la coulée et le réglage du niveau de l'acier dans la lingotière d'unemachine de coulée continue. Ce dispositif se compose d'une poche équipée d'un mécanisme à quenouille à commande liée à un système à laser pour la mesure du niveau du métal dans la lingotière. Pareille conception du dispositif est caractérisée par sa grande complication et par son coût élevé, ce qui s'explique par la nécessité de mettre en oeuvre des techniques laser et des instruments optiques qui exigent des conditions strictement stables d'exploitation difficiles à observer dans les conditions d'une aciérie.De ce fait, le fonctionnement du système de mesure du niveau du métal dans la lingotière est insuffisamment fiable, ce qui conduit à des erreurs de mesure et, comme conséquence, à des erreurs de réglage du niveau du métal dans la lingotière. L'accroissement des erreurs de réglage du niveau du métal dans la lingotière est favorisé par l'inertie du couplage entre le système de mesure du niveau du métal et le mécanisme de commande de la quenouille. Ceci peut également entraîner le débordement du métal de la lingotière et la mise hors d'usage du matériel. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la coulée de métal fondu en lingotière, dont la conception assurerait par des moyens simples un réglage fiable et spontané du niveau du métal dans la lingotière. Ce problème est résolu en ce que dans la poche de coulée d'un métal en fusion, du type comprenant un corps dans le fond duquel est menagé au moins un orifice de coulée est caractérisée, suivant l'invention, en ce que autour de chaque orifice, sensiblement coaxialement à lui, est montée une pipe qui est fixée d'une façon étanche, à l'une de ses extrémités, au fond de la poche, et dont l'autre extrémité est immergée dans le métal en fusion au cours de la coulée, ladite pipe ayant un diamètre supérieur au diamétre de l'orifice d'une valeur telle, qu'après immersion de la pipe dans le métal en fusion, il reste à l'intérieur de celle-ci un espace contenant un milieu gazeux sous une pression allant de 2% à 100% de la pression à laquelle in- tervient l'écoulement du métal en fusion hors de la poche. Pareille exécution de la poche assure la création à l'intérieur de la pipe, lors de son immersion dans le métal en fusion, d'une pression de gaz relative ou surpression. La pression est due à la compression, sous l'ac tion de la charge de métal qui se trouve à l'extérieur de la pipe, du milieu gazeux qui se trouve à l'intérieur d'elle. La valeur de cette charge et, par conséquent, de la pression du gaz siirus l'orifice de coulée augmente au fur et à mesure que s'accroît la profondeur d'immersion de la pipe dans le métal en fusion et du niveau du métal dans la lingotière, tandis que la valeur de la pression sous l'effet de laquelle intervient l'écoulement du métal en fusion va en diminuant, et il y a une baisse du dé-bit dudit métal en fusion hors de l'orifice de coulée de la poche vers la lingotière. Avec la baisse du niveau du métal dans la lingotière, diminue la pression des gaz à l'intérieur de la pipe, sous l'orifice de coulée, et le débit du métal au départ de la poche augmente. On réalise de cette manière un réglage spontané du niveau du métal dans la lingotière, et il n'y a plus besoin de mettre en service de dispositifs compliqués et insuffisamment fiables de détermination et de réglage du niveau du métal dans la lingotière. Il est avantageux que la pipe située dans la poche ait un diamètre intérieur au moins égal au double du diamètre de l'orifice de coulée, étant donné que dans ce cas on assure un régime optimal de fonctionnement du dispositif. Il est souhaitable que la longueur de la pipe situe dans la poche soit de 2 à 6 fois le diamètre de ladite pipe, cette longueur étant déterminée suivant la valeur de la pression à laquelle le métal en fusion s'écoule de la poche. Il est possible de réaliser la pipe située dans la poche de manière-qutelle soit amovible, ce qui assure une exploitation facile de la poche de coulée du métal en fusion, étant donné qu'en cas d'usure de la pipe, il est facile de lui substituer une pipe neuve. Il est possible que dans la poche chaque orifice de coulée soit muni d'une busette de coulée réalisée d'une seule pièce avec ladite pipe. Pareille exécution supprime l'obligation de fixer d'une manière étanche la pipe au fond de la poche, puisque ltétanchéité est obtenue grâce à l'absence de séparation entre la busette de coulée et la pipe. Un tel mode d'exécution permet d'utiliser un seul dispositif de coulée de conception simple pour résoudre simultanément trois problèmes importants :obtentiond-'un ået ordonné du métal s'écoulant de la poche; réglage du niveau du métal en fusion dans la lingotière et protection dudit jet contre l'oxydation secondaire. Il est avantageux de munir la pipe d'un garnissage réfractaire afin de prolonger la durée de service de la pipe et de réduire son effet de refroidissement sur lenetal liquide. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement la poche conforme à l'invention, munie de pipes fixées d'une manière étanche à son fond; - la figure 2 représente une variante de réalisation de la poche, dans laquelle les pipes sut amovibles (rapportées); - la figure 3 représente encore une autre variante, de la poche dans laquelle celle-ci est nunie d'use busette réalisée d'une seule pièce avec la pipe;; - la figure 4 représente la variante de la poche laquelle est munie de pipes métalliques garnies de réfractaire; - la figure 5 représente une poche suivant les figures 1 à 4, en position de servioeen cas de coulée con tinue d'acier en lingotières La poche de coulée d'un métal en fusion, notamment d'acier, comporte suivant l'invention, un corps 1 garni de matière réfractaire 2 Dans le fond de la poche sont pratiqués des orifices de coulée 3, autour de chacun desquels est montée sensiblement coaxialement une pipe exécutée en matière imperméable aux gaz 4 et fixée dune façon étanche par son extrémité supérieure au fond de la poche.La pipe 4 peut être réalisée notamment en acier Pareille réalisation de la poche suivant l'in vention assure la création à l'intérieur de la pipe 4, lors de son immersion dans le métal en fusion, d'une pression de gaz dont la valeur augmente avec la profondeur d9immer- sion de la pipe 4 dans le métal Ceci assure un réglage spontané du niveau du métal dans la lingotière ou dans les coquilles (non représentées air la figure 1) sans mise en oeuvre, comme ctest le cas dans les dispositifs connus de coulée des métaux, de capteurs -compliqués et manquant de fiabilité pour la détermination du niveau du métal dans la lingotière et de mécanismes à quenouille pour sa régulation. Par ailleurs la pipe 4 a un diamètre dépassant 7e diamètre de l'orifice de coulée d'une valeur telle qu'après immersion de la pipe 4 dans le métal en fusion, il reste à l'intérieur de ladite pipe un espace rempli d'un milieu gazeux sous une pression qui, de préférence, est de 0,2 à 1,0 lors de la pression à laquelle s'effectue l'écoulement du métal en fusion hors de la poche. La valeur de la pression relative ou surpression de gaz à l'intérieur de la pipe 4 oscille dans les limites indiquées selon la profondeur d'immersion de ladite pipe dans le métal en fusion, c'estaà-dire du niveau dumétal dans la lingotière ou dans la coquille. Elle atteint sa limite inférieure lorsque le niveau du métal dans la lingotière est minimal et qu'à l'état immergé ne se trouve approximativement que la cinquantième partie de la pipe 4. Dans ce cas, le débit du métal s'écoulant de la poche dans la lingotière est maximal étant donné que la valeur de la pression relative à l'intérieur de la pipe 4 sous l'orifice de coulée 3 s'opposant à l'écoulement du métal en fusion, est insignifiante. Lorsque 3e niveau du métal en fusion dans la lin- gotière remonte jusqu'à la cote critique, la pipe 4 est 3mmergée à sa profondeur maximale, alors que la valeur de la pression des gaz à l'intérieur d'elle, sous l'orifice de coulée 3, devient égale à la pression à laquelle intervient l'écoulement du métal en fusion au départ de la poche de coulée. L' écoulement du métal, dans ce cas, cesse jusqu' à ce que le niveau du métal en fusion dans la lingotière devienne inférieur à la cote critique. De cette manière se fait le réglage spontané du niveau du métal dans la lingotière, sans mise en oeuvre à cet effet de moyens compliqués et manquant de fiabilité. Il est avantageux de réaliser la pipe 4 de manière que son diamètre soit au moins égal à deux fois le diamètre de l'orifice de coulée 3 afin d'éviter une expulsion complète du jet de métal en fusion s'écoulant par l'orifice de coulée du milieu gazeux renfermé-à l'intérieur de la pipe. La longueur de la pipe est déterminée par la valeur de la pression à laquelle s'effectue l'écoulement du métal en fusion hors de la poche et est généralement comprise entre deux fois et six fois le diamètre de la pipe. Dans le cas où la poche est installée sur une machine de coulée continue, il est avantageux de faire en sorte que la pipe 4 soit amovible, comme représenté sur la figure 2, étant donné que lors de l'usure de la pipe elle peut être facilement remplacée par une pipe neuve sans qu'il soit indispensable de changer la poche tout entière. La pipe 4 est fixée au fond de la poche par n'im-- porte quel moyen connu, par exemple par des mains 6. L'étanchéité de l'assemblage de la pipe 4 au corps 1 de la poche peut être obtenue par exemple en remplissant l'interstice annulaire étroit 5 avec du métal qui, en se solidifiant, étanche de manière sûre ledit assemblage. On casse le métal dans la partie la plus étroite de l'interstice suivant la périphérie d'un anneau et on sépare la pipe 4 du corps 1 de la poche. Au cours de la coulée de l'acier, il est avantageux de munir ltorifice-de coulée 3 d'une busette fabriquée d'une seule pièce avec la pipe 7, comme représenté, par exemple, sur la figure 3. Dans cette variante, la busette-pipe combinée 7 permet de résoudre trois problèmes importants: elle permet d'ordonner lejet de métal en fusions' écoulant de la poche; elle règle, suivant l'invention, le niveau du métal dans la lingotière; et elle protège le jet de métal contre l'oxy- dation secondaire puisqu'elle l'isole de l'influence de l'atmosphère. Il est recommandé de réaliser la busette-pipe 7 en réfractaires imperméables aux gaz, par exemple en quartz fondu. Les pipes 4 réalisées en métal peuvent être avantageusement garnies de réfractaires afin de prolonger la durée de vie de la pipe 4 et de diminuer son effet réfrigérant sur le métal liquide. Le garnissage pourra etre effectué sous forme d'une chemise réfractaire amovible 8 rapportée sur la partie métallique de la pipe 4, comme représenté, par exemple, sur la figure 4s Un garnissage ainsi conçu se prête à des remplacements rapides et garantit un calorifugeage fiable de la pipe 4. La poche revendiquée, installée par exemple audessus des lingotières d'une machine de coulée continue de l'acier, fonctionne de la manière suivante. On admet, dans l'enceinte d'une poche intermédiaire comportant un corps 1 (figure 5), de l'acier à partir de la poche de coulée de l'acier (non représentée sur la figure) et on maintient dans cette enceinte un niveau du métal en fusion "H". Le métal en fusion passe par les orifices de coulée 3 et arrive dans les lingotières 9, 10. Lorsque les extrémités de la pipe 4 sont immergées dans le métal en fusion de la lingotière 10, le milieu gazeux se trouvant à l'intérieur de la pipe 4 y est isolé et se trouve comprimé sous la charge du métal h1 se trouvant à l'extérieur de la pipe 4. La hauteur de la colonne h1, dans ce cas, est faible et la pression relative du gaz, à l'intérieur de la pipe 4 est faible elle aussi. De ce fait, le métal en fusion s'écoule pratiquement sans subir de freinage de l'orifice de coulée-3 de la poche dans la lingotière 10. Au fur et à mesure que le niveau du métal dans la lingotière 9 monte, la profondeur d'immersion de la pipe 4' dans le métal en fusion s'accroît, la hauteur de la colonne h2 augmente et la valeur de la pression du gaz à l'in- térieur de la pipe 4' s'accroît en s'opposant à l'écoule- ment du métal en fusion dans la lingotière 9. Lorsque la valeur de la charge "H" du métal, dont l'action provoque l'écoulement du métal, devient égale à la charge du métal h2 à l'extérieur de la pipe 4, l'écoulement du métal par l'orifice de coulée 3' dans la lingotière 9 s'arrête. De cette manière il y a réglage spontané du niveau de métal en fusion dans les lingotières 9 et 10. Il est avantageux, avant d'immerger les pipes 4 et 4' dans le métal liquide, d'admettre à sa surface des substances qui créent par combustion une atmosphère neutre ou réductrice, par exemple des composés azotés ou de la sciure, afin d'éviter l'interaction du métal liquide avec le milieu oxydant gazeux à l'intérieur des pipes 4 et 4'. La mise en oeuvre de la poche revendiquee, par exemple dans les machines de coulée continue, permet de réaliser ce qui suit en comparaison des poches intermédiaiz res connues: - de supprimer la nécessité de quenouilles compliquées et insuffisamment fiables, ainsi que des mécanisme mes de commande connexes; - de supprimer la nécessité de systèmes compliqués et peu fiables de mesure du niveau du métal dans la lingotière; - d'assurer un réglage spontané du niveau du métal dans la lingotière; - d'améliorer la qualité des lingots. par suppression de la projection des gouttes de métal s'écoulant de l'orifice de coulée de la poche, lesdites projections étant provoquées par la quenouille; ; - d'améliorer, de pair avec le réglage du niveau dumétal en fusion dans la;lingotière, la protection du jet de métal s'écoulant de la poche contre l'oxydation secondaire. Il est avantageux d'exploiter la poche revendiquée dans les machines de coulée de l'acier et au cours de la coulée de l'acier en coquilles à titre de dispositif de coulée intermédiaire. L'invention peut également trouver des applications pour la coulée de la fonte et des métaux et alliages non ferreux. R E V E N D 1 C A T I 0 N S 1. Poche de coulée de métal en fusion, du type comprenant un corps (1) au fond duquel est pratiqué au moins un orifice de coulée (3), caractérisée en ce qu'autour de chaque orifice (3) sensiblement coaxialement à celui-ci, est montée une pipe (4) dont l'une des extrémités est fixée d'une manière étanche au fond de la poche, et dont l'autre extrémité est immergée dans le métal en fusion au cours de la coulée, la pipe (4) ayant un diamètre dépassant le diamètre de l'orifice correspondant d'une valeur telle qu'après immersion de la pipe (4) dans le métal en fusion, il reste à l'intérieur de la pipe un espace rempli d'un milieu gazeux sous une pression pouvant aller de 0,02 fois à 1,0 fois la pression à laquelle intervient l'écoulement du métal en fusion de la poche. 2. Poche suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre intérieur de la pipe (4) est au moins égal à deux fois le diamètre de l'orifice de coulée (3). 3. Poche suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la longueur de la pipe (4) est comprise entre 2 fois et 6 fois le diamètre de ladite pipe. 4. Poche suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que la pipe (4) est amovible. 5. Poche suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que chacun des orifices de coulée (3) est muni d'une busette de coulée réalisée d'une seule pièce avec ladite pipe (4). 6. Poche suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pipe (4) est garnie de réfractaire.