Brevet FR2546782A1 — publié le 19841207

PROCEDE POUR L'ALIMENTATION D'UN BAIN DE METAL EN FUSION La présente invention se rapporte à un procédé pour l'ali- mentation d'un bain de métal en fusion au moyen d'au moins un canal de passage d'une buse avec éventuellement une embouchure dans une fente de coulée entre lescylindres, les lingotières, les bandes ou autres semblables d'une machine de coulée, ainsi qu'à une buse dans ce but. C'est l'un des problèmes les plus importants, lors de la coulée continue, en particulier de métaux ferreux et non ferreux, qu'offre la buse d'alimentation avec laquelle le métal liquide est introduit dans la fente de coulée, par exemple entre deux cylindres ou lingotières à chaine C'est précisément dans cette machine de coulée nomméten dernier lieu que l'on coule des feuillards relativement minces, par exemple d'épaisseur 20-mm et en dessous Ceci signifie à son tour que la buse doit être de dimension relativement faible, en particulier au voisinage de l'embouchure. Les risques essentiels pour la buse viennent des très hautes températures du métal qui s'écoule Il n'y a que peu de matériaux qui résistent à une érosion ou à une solution dans le métal Parmi les quelques matériaux qui correspondent à ces conditions, il faut nommer le graphite Mais le graphite offre le désavantage d'une conductivité thermique élevée, qui évacue la chaleur du bain de métal si rapidement que le métal a tendance à se solidifier dans la buse. Un autre matériau réfractaire est un mélange de 30 % de terre de diatomée (acide silicique pratiquement pur sous forme de cellules microscopiques) de 30 % de fibres d'amiante longues, de 20 % de silicate de sodium (mélange à sec) et de 20 % de chaux (pour la formation de silicate de calcium) C'est une buse de ce type que l'on utilise habituellement pour la coulée de l'aluminium, tandis que pour la coulée de l'acier, on utilise plus généralement des buses en Ze O 2 ou Zr Si O 4 Mais la buse ne doit pas seulement résister aux sollici- tations thermiques, qui apparaissent du fait des températures du métal en fusion, mais elle doit résister de la même façon à l'attaque chimique qui en résulte ainsi qu'aux effets mécaniques provenant des mouvements de vibration de la lingotière ou du cylindre et des flexions de la buse par suite du poids relativement élevé du bain de fusion qui y passe C'est précisément cette flexion qui conduit à un frottement, en particulier de l'embouchure près du cylindre ou près de la paroi de la lingotière et donc à une destruction de la buse. Par le document CH-PS 508 433, on connait une buse d'ali- mentation garnie au voisinage du bord extérieur de làembouchure,à l'extérieur, sur toute sa périphérie, de garnitures d'un matériau autolubrifiant Ces garnitures dépassent de la surface de l'embouchure juste de ce qu'il faut pour que soient interdits tout contact direct de la surface de la buse avec les demi-lingotières ainsi qu'une pénétration du bain-de fusion dans le jeu existant entre l'embouchure et la demi-lingotière En pratique on a néanmoins trouvé désavantageux que des traces de frottement des garnitures de graphite représentent des bandes "activées", qui présentent un refroidissement plus brusque et sont en conséquence à l'origine d'une structure irrégulière, souvent aussi de fissures de surface Pour réduire ces désavantages lors de la sollicitation mécanique de la buse, en particulier de l'embouchure, on connait, à partir de la demande de brevet suisse 3010/83 un procédé au moyen duquel, lors de l'exploitation de la machine de coulée, on détermine la distance entre le corps de la buse d'une part et les cylindres, les lingotières et les bandes ou autres semblables d'autre part Par exemple, se trouvent dans le corps de buse des canaux à air qui débouchent dans l'espace intermédiaire entre la buse ou l'embou- chure et le cylindre, la lingotière ou la bande Du fait de l'addition d'air à travers les canaux à air, on construit dans l'espace inter- médiaire ce que l'on appelle un paradoxe hydrodynamique, qui interdit que l'embouchure vienne en contact avec le cylindre, la lingotière ou la bande. C'est un autre problème que pose ce que l'on appelle la noyade de la buse par le bain de fusion sortant de la buse Le bain de fusion sortant de la buse forme dans la zone entre l'ouverture de sortie et le premier contact avec les parois entraînées du cylindre, de la lingotière, de la bande ou autres semblables un rayon de cour- bure qui dépend essentiellement de la tension de surface du métal, de la pression métallostatique avec laquelle le métal sort de la buse et de la vitesse des parois entraînées des pièces correspondantes de la machine de coulée Par suite d'une solidification prématurée du métal, on peut en arriver à une sorte de retenue qui fait que le métal vient noyer l'embouchure Ce phénomène est très incommode car il gêne essentiellement le déroulement de la coulée continue et interdit éga- lement la collaboration de l'embouchure et de la machine de coulée. L'invention a pour objet de développer un procédé ainsi qu'une buse du type -mentionné ci-dessus au moyen duquel ou desquels on interdit une noyade de la buse et on évite en même temps éventuel- lement le frottement, décrit ci-dessus, de la buse contre la paroi de la lingotière ou autres semblables On atteint cet objet par le moyen que l'on bâtit, dans un espace intermédiaire entre la buse ou l'embouchure et les cylindres, les lingotières, les bandes ou autres semblables, un'coussin d'air au moyen duquel on influence un rayon de courbure du bain de fusion du métal entre une ouverture de sortie de l'embouchure et un point de contact du bain de fusion avec le cy- lindre, la lingotière, la bande ou autres semblables On peut alors y réunir les avantages décrits dans la demande de brevet suisse men- tionnée ci-dessus 3010/83 du paradoxe hydrodynamique avec les avantages obtenus maintenant de l'interdiction de la noyade de la buse. Une buse pour l'exécution du procédé est traversée, dans sa paroi supérieure et/ou inférieure, de canaux à air qui débouchent dans un espace intermédiaire entre la buse ou l'embouchure et le cylindre, la lingotière, la bande ou autres semblables et y bâtissent un coussin d'air d'une pression déterminée Cette pression du coussin d'air agit sur un rayon de courbure du bain de fusion métallique à tension de surface sortant de l'embouchure sous une pression métallo- statique et modifie ce rayon de courbure Si on utilise un buse de la forme décrite dans le demande de brevet suisse 3010/83, les canaux à air sont de préférence percés dans les éléments métalliques de renfort de la buse. Le métal liquide qui sort de l'ouverture de sortie dans l'embouchure, avec une pression déterminée pmet' donnée par la pression statique et dynamique selon Bernoulli, donnerait un rayon de courbure R =/p met' étant la tension de surface du métal liquide Du fait 36 du coussin d'air il se produit une contre pression p qui modifie le rayon de courbure du bain de fusion, à savoir R = 6 t(p met P). L'espace intermédiaire entre la buse et le cylindre, la lingotière, la bande ou autres semblables au voisinage de l'embouchure peut alors être agrandie en amont, sans que le métal ne vienne noyer la buse On réduit ainsi également le risque que la buse ne frotte contre le cylindre,, la lingotière ou la bande. Par ailleurs, le coussin d'air présente l'avantage qu'il déclenche déjà le refroidissement du métal avant son contact avec le cylindre, la lingotière ou la bande et donc l'accélère. Comme gaz utilisé pour bâtir le coussin d'air, on introduit de préférence un gaz inerte dans le volume intermédiaire par les canaux à air Ici se présente en particulier l'argon qui amène avec lui à son tour l'avantage qu'il réduit l'oxydation de surface du métal liquide après sa sortie de la buse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin; celui-ci donne un extrait en coupe, en représentation schématique, d'une embouchure 1, en position de service entre deux bandes entraînées 2 et 3 d'une lingotière à chaine non représentée plus en détail L'embouchure 1 présente une paroi su- périeure 4 et une paroi inférieure 5 entre lesquelles se trouve un canal de passage 6 pour le passage d'un bain de fusion 7 d'un métal liquide. Ce bain de fusion 7 sort d'une ouverture de sortie 8 de l'embouchure 1 et parvient entre les deux bandes de lingotière 2 et 3, o il vient en contact avec les parois refroidies de la lingotière 9 et 10 Le-refroi- dissement fait que, peu après le contact, le bain de fusion commence à se solidifier depuis l'extérieur pour donner une couche métallique 11. Selon chaque fois la vitesse des bandes entraînées 2 et 3 par rapport à celle du bain de fusion à la sortie 7 et selon la tension de surface du métal liquide, un point de contact 12 du bain de fusion 7 avec la paroi 9 ou 10 peut se trouver plus loin ou plus près de l'ou- verture de sortie 8 La vitesse des bandes 2 et 3 y reste généralement constante, tandis que la vitesse du bain de fusion 7 dépend d'une pression métallostatique Pmet Un rayon de courbure r d'un arc de cercle ima- ginaire entre l'ouverture de sortie 8 et le point de contact 12 se dé- termine alors essentiellement d'après le rapport de la tension de sur- face e' à la pression métallostatique pmet' Dans les parois 4 et 5 de la buse sont disposés de plus des canaux à air 14 qui débouchent par les alésages 15 dans l'espace intermédiaire J entre la paroi de la lingotière 9, 12 et l'embouchure 1 L'air-introduit dans l'espace intermédiaire J bâtit un coussin d'air qui influence le rayon de cour- bure r et, de façon plus précise, à peu près selon le rapport de la tension de surface 6 X à la pression métallostatique pmet diminiuée de la pression p du coussin d'air. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l.Procédé d'alimentation d'un bain de fusion au moyen d'au moins un canal de passage d'une buse avec éventuellement une embouchure dans une fente de coulée entre les cylindres, les lingotières, les bandes ou autres semblables d'une machine de coulée, caractérisé en ce que l'on bâtit, dans un espace intermédiaire entre la buse ou l'em- bouchure et les cylindres, les lingotières,-les bandes ou autres sem- blables, un coussin d'air au moyen duquel on influence un rayon de cour- bure du bain de fusion du métal entre une ouverture de sortie de l'em- bouchure et un point de contact du bain de fusion avec le cylindre, la lingotière ou autres semblables. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussin d'air agit comme paradoxe hydrodynamique avec lequel l'em- bouchure est maintenue à une distance prédéterminée du cylindre, de la lingotière, de la bande ou autres semblables. 3 Buse, avec éventuellement une embouchure, pour l'alimen- tation d'un bain de fusion métallique au moyen d'au moins un canal de passage dans une fente de coulée entre les cylindres, les lingotières, les bandes ou autres semblables d'une machine de coulée, caractérisée en ce qu'une paroi supérieure et/ou une paroi inférieure ( 4 et/ou 5) de la buse est traversée de canaux à air ( 14) qui débouchent dans un espace intermédiaire (J) entre la buse ou l'embouchure ( 1) et le cy- lindre, la lingotière ( 2, 3), la bande ou autres semblables et y bâ- tissent un coussin d'air d'une pression (p). 4 Buse selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pression (p) du coussin d'air permet de modifier un rayon de cour- bure (r) du bain de métal en fusion ( 7), d'une tension de surface ( dr), sortant de l'embouchure ( 1) sous une pression métallostatique (Pmet) entre une ouverture de sortie ( 8) et un point de contact ( 12) avec par exemple une paroi de lingotière ( 9, 10) - Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure (r) se détermine d'après le rapport de la tension de surface ( e) du bain de fusion métallique ( 7) avec la pression metallostatique (pmet) diminuée de la pression (p). 6 Buse selon l'une quelconque des revendications 3 5, caractérisée en ce que le coussin d'air est essentiellement bâti en un gaz inerte amené par les canaux à air ( 14), de préférence de l'argon.