Brevet FR2543576A1 — publié le 19841005

Procédé et installation pour le balayage d'un bain de métal fondu notamment d'acier dans une poche de coulée ou analogue munie d'un bouchon d'obturation ". L'invention concerne un procédé et une installation pour le balayage d'un bain de métal fondu notamment d'acier dans une poche de coulée ou analogue, dont le fond comporte un orifice de coulée avec un bou- chon de fermeture situé du côté intérieur de la poche, le gaz de balayage par exemple de l'argon étant injecté dans le bain de métal fondu à travers le fond de la poche. Il est connu de balayer des bains de métal fondu à l'aide d'un gaz injecté dans le bain de métal pour nettoyer le bain, pour l'homogénéiser et pour le mettre à une température aussi régulière que possible. Dans la fabrication de l'acier, on utilise généralement de l'argon comme gaz de balayage qui est injecté dans la poche de coulée de préférence à partir du fond de la poche Les poches de coulée connues comporten t à cet effet non seulement un orifice de coulée qui peut par, exemple se fermer à l'aide d'un bouchon prévu sur une tige de commande mais également une conduite de gaz de balayage prévue au fond-de la poche Cette conduite se compose d'une pierre de balayage au gaz, poreuse,en forme de tronc de cône, entouréede tôle, et qui est logée dans une pierre percée prévue dans le fond de la poche et est maintenue de façon interchangeable par une liaison à baïonnette ou encore un Jeu de balayage au gaz, complet La pierre de balayage porte un tube fileté pour le raccordement de la conduite de gaz de balayage. Le montage de pierre du type ci-dessus entraîne un coût non négligeable En fonctionnement, la pierre est soumise à une usure très importante et ainsi après un certain nombre de coulées, il faut la remplacer. Il n'est pas fréquent que l'usure prématurée de la pierre réduise de façon gênante la durée d'utilisation de la poche La pierre constitue une source inévitable de ris- ques pour la rupture de l'acier Lorsqu'en fonctionnement, une partie seulement du bain est soumise à un balayage au gaz, comme cela n'est pas rare en pratique, il faut uti- liser des poches de coulée successives avec un dispositif de balayage intégré et des poches sans dispositif de balayage Lorsque les poches de coulée munies d'un dispo- sitif de balayage sont au repos, il faut soit les maintenir à la température, soit de nouveau les mettre à la tempéra- ture souhaitée, avant leur utilisation. A l'utilisation, il n'est pas rare que selon les procédés de balayage actuels de type connu, on se trouve en présence d'incidents ou de temps d'entretien qui ont pour origine un dépôt de bain sur des pierres de balayage délavées Ce n'est que lorsque ces dépôts désignés par "ours" sont de nouveau fondus que l'argon peut tra- verser la pierre et arriver dans le bain de métal-en fusion Au cas o cette fusion du dépôt ne s'effectue pas, ce qui se produit de temps à autre, il n'est pas possible de balayer le bain contenu dans la poche de cou- lée. La présente invention a pour but de créer un procédé de balayage et une installation de balayage simples, permettant d'effectuer le balayage au gaz avec fourniture de gaz de balayage à travers le fond de la poche, de façon sûre, sans nécessiter les systèmes de balayage usuels à pierre de balayage poreuse ou autres dispositifs de balayage coûteux et fragiles dans les poches de coulée habituelles à dispositif de fermeture par bouchon. Ce problème est résolu selon le procédé de l'invention caractérisé en ce que le gaz de balayage est envoyé à travers le bouchon qui se trouve en position de fermeture dans l'orifice de coulée. De façon surprenante, on a constante que dans les poches de coulée habituelles, dont la sortie de coulée se trouvant dans le fond de la poche et peut se fermer par un bouchon prévu sur une tige, il est possi - ble sans difficulté d'injecter le gaz de balayage dans le bain, par endessous à travers l'orifice de coulée, lorsque le bouchon est en position de fermeture, position dans laquelle il obture l'orifice de sortie du bain de métal en fusion Un bouchon d'obturation habituel est certes étanche au liquide mais non étanche au gaz, de sorte qu'il permet l'injection de gaz de nettoyage tout en assurant en même temps de façon certaine la fermeture de l'orifice de sortie pour le bain de métal en fusion. Dans ce cas, dans le procédé selon l'invention, on peut travailler avec les pressions de gaz de balayage habi- tuelles, qui se situent au-dessus du balayage sensible- ment à 0,5 bar et qui, en fonction de l'augmentation de la hauteur du bain de métal en fusion dans la poche, augmentent Jusqu'à environ 3 bar Le procédé de balayage selon l'invention fonctionne de façon sure dans la mesure o la pierre de coulée et le bouchon prévu sur la tige portebouchon sont remplacés de toute façon après chaque coulée, qu'il y ait eu ou non balayage. Le procédé selon l'invention permet d'utiliser les poches de coulée habituelles avec dispo- sitif de fermeture à bouchon, au choix soit pour le fonc- tionnement avec gaz de balayage, soit sans alimentation en gaz de balayage On supprime les systèmes à gaz de nettoyage habituels, si bien que l'on évite également les inconvénients propres à ces systèmes Pour le fonctionnement avec gaz de balayage, on peut utiliser sans modification les poches de coulée habituelles Il suffit de prévoir-l'alimentation en gaz de balayage dans la pierre de coulée prévue au fond de la poche et d'assu- rer l'étanchéité dans l'orifice de coulée, par rapport au côté alimentation Au cours de l'opération de balayage, le gaz de balayage (argon) monte dans la zone périphérique de la tige porte-bouchon, à l'intérieur du bain de métal en fusion et y forme le dome de balayage au centre duquel se trouve la tige porte-bouchon On éloigne ainsi les scories de la matière réfractaire constituant la tige porte-bouchon, si bien que dans ce cas également, il n'y a pas de lavage Après le balayage, on enlève de nouveau le dispositif de balayage de l'ori- fice de coulée Ce dispositif peut s'utiliser un nombre quelconque de fois. On obtient une mise en oeuvre particu- lièrement simple et intéressante du procédé si pour effectuer l'opération de balayage, on introduit une lance de balayage en même temps qu'un joint périphéri- que, par le bas dans le canal de coulée de la pierre de coulée prévue dans le fond de la poche, et si à l'inté- rieur du canal de coulée, on assure l'étanchéité à l'aide du joint périphérique Dans ce cas, le joint périphérique peut en même temps fixer la lance de balayage dans le canal de coulée de la pierre de coulée de façon à ne pas nécessiter de dispositif de raccordement ou de dispositif de fixation supplémentaire A la fin de l'opération de balayage, on extrait de nouveau la lance de balayage et le joint périphérique hors du canal de coulée de la pierre Lors du raccordement de la lance de balayage, il est intéressant d'introduire celle-ci jusqu'au voisinage du bouchon qui se trouve sur la surface de siège de la pierre de coulée ou jus- qu'à ce qu'elle vienne en butée contre celui-ci dans le canal de coulée de la pierre de coulée; l'étanchéité du canal de coulée se fait ainsi avantageusement au voi- sinage de l'extrémité de la lance de balayage, qui se trouve à l'intérieur et qui correspond à la sortie du gaz de balayage. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est particulièrement avantageux d'utili- ser une lance qui peut s'introduire dans le canal de coulée de la pierre de coulée prévue dans le fond de la poche, lance qui est munie d'un joint périphérique assu- rant la fermeture du canal de coulée de la pierre de coulée, et qui se trouve avantageusement au voisinage de l'extrémité de la lance de balayage correspondant à la sortie du gaz de balayage et est de préférence en un matériau élastique comme par exemple du caoutchouc ou analogue. Il est particulièrement intéressant d'avoir un montage dans lequel on utilise pour assurer l'étanchéité périphérique, un joint en forme de douille ou analogue qui entoure la lance de balayage et qui se déforme radialement par effet de compression, ce qui bloque la lance de balayage dans la pierre de coulée et assure en même temps l'étanchéité par rapport à l'exté- rieur Le joint en forme de douille ou analogue s'appuie avantageusement contre une butée fixe de la lance de balayage; de cette façon, on la comprime ou la déforme radialement à l'aide d'un organe de poussée mobile dans la direction longitudinale de la lance, organe qui se compose de préférence d'un tube de serrage entourant la lance tubulaire Il est intéressante de réaliser le montage de façon que la lance de balayage comporte une partie filetée à son extrémité sortant du canal de coulée de la pierre de coulée, et dont le filetage coopère avec un organe de serrage à main, qui permet de commander le tube de serrage pour faire ou défaire l'étanchéité péri- phérique dans la direction longitudinale de la lance de balayage. Dans le dispositif de balayage selon l'invention, la seule pièce d'usure est le joint ci- dessus qui, comme on le constate, peut s'utiliser pour au moins 30 opérations de balayage Le joint est une pièce interchangeable bon marché. L'invention sera décrite ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté dans les dessins, dans lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'une poche de coulée connue, avec une sortie de coulée et un dispositif de balayage selon l'invention. la figure 2 est également une coupe verticale à échelle agrandie de la sortie de coulée de la poche de coulée et du dispositif de balayage selon l'invention. Selon les dessins, la poche de coulée 1 munie d'un revêtement réfractaire 2 est de type habituel. La poche comporte dans son fond 3 une sortie de coulée 4 avec un bouchon de fermeture La sortie de coulée 4 est constituée par une pierre de coulée 5 en un matériau réfractaire, qui est logée dans une pierre percée 6 à perçages coniques La pierre à trous 6 est également en un matériau réfractaire; cette pierre se trouve dans le revêtement maçonné, réfractaire du fond de la poche La pierre de coulée 5 présente une pièce de col 7 à diamè- tre décalé qui traverse une ouverture du fond 3 de la poche La fixation de la pierre de coulée 5 se fait à l'aide d'un dispositif de fixation 8 avec un montage de type baïonnette ou analogue. La pierre de coulée 5 comporte un canal de coupée 9, vertical, traversant, qui débouche à l'in- térieur de la poche dans une cavité conique plate de la surface de tête de la pierre de-coulée et forme le siège d'un bouchon 11 en un matériau thermoréfractaire qui ferme l'orifice de coulée Le bouchon Il est fixé à l'extrémité inférieure d'une tige porte-bouchon 12 Cette tige est constituée par une tige en acier 13 munie d'un revêtement 14 réfractaire La tige porte-bouchon 12 sort par le haut de la poche de coulée 1 et est reliée de façon connue à une tringlerie à levier (non représentée) à l'aide de laquelle on peut soulever la tige 12 pour ouvrir l'orifice de coulée; pour fermer l'orifice de coulée, on l'abaisse avec le bouchon 11 sur le siège 10 de la pierre de coulée 5. Le mode de réalisation de 1-a poche de coulée 1 et de son orifice de coulée 4 avec la tige porte- bouchon 12 est de type habituel et ne nécessite pas de description détaillée. Pour balayer le bain de-métal fondu qui se trouve dans la poche de coulée 1, par exemple de l'acier, avec un gaz et notamment de l'argon, on intro- duit un dispositif de balayage 15, par le bas dans-le canal de coulée 9 de la pierre de coulée 5 Comme le montre notamment la figure 2, le dispositif de balayage se compose d'une lance de balayage 16 de forme tubu- laire, dont la longueur est sensiblement plus grande que la longueur du canal de coulée 9 de la pierre de coulée 5 La lance de balayage 16 comporte au voisinage d'une extrémité, plusieurs perçages latéraux 17 pour la sortie du gaz de balayage A l'autre extrémité, la lance est munie d'un raccord 18 auquel est reliée une conduite d'alimentation de gaz de balayage par exemple un tuyau à l'aide d'un accouplement rapide La lance de balayage 16 comporte au voisinage des perçages 17, un joint péri- phérique en forme de manchon 19 en un matériau élasti- que tel que par exemple du caoutchouc ou analogue, qui s'appuie par l'intermédiaire d'une bague d'appui 20 con- tre une butée 21 fixe de la lance de balayage, butée en forme d'anneau de butée Le joint en forme de manchon 19 entoure la lance tubulaire 16; ce joint est déformable radialement par l'intermédiaire d'un organe de compres- sion mobile dans la direction longitudinale de la lance 16; cet organe est déformable radialement par l'intermé- diaire d'un organe de compression constitué par un tube de serrage 22, mobile dans la direction longitudinale de la lance 16 Le tube de serrage 22 agit sur le joint en forme de manchon 19 par l'intermédiaire d'une rondelle de compression 23, annulaire La lance de balayage 16 comporte une section filetée 24 à son extrémité en saillie par rapport au canal de coulée 9; un écrou 25 est vissé sur la section filetée; cet écrou est muni d'une poignée ou d'un volant 26 En faisant tourner l'écrou 25, on déplace le tube de serrage 22 par rapport à la lance tubulaire 16, dans la direction longitudinale Une poi- gnée de maintien 27 est fixée à l'extrémité extérieure de la lance, par exemple sur le raccord 18. Pour effectuer une opération de balayage, on introduit le dispositif de balayage 15 décrit ci-dessus, par le bas dans le canal de coulée 9 de la pierre de cou- lée 5 jusqu'à ce que la lance vienne en butée contre le bouchon 11 Les perçages 17 se trouvent ainsi directement sous le bouchon 11 qui s'appuie sur le siège 10 de la pierre de coulée 5 sensiblement suivant un contact linéaire et ferme le canal de coulée 9 pour éviter l'écoulement du bain Le joint périphérique formé par le manchon 19 se trouve également au voisinage de l'ex- trémité intérieure du canal de coulée 9 c'est-à dire à faible distance derrière les perçages 17 de la lance de balayage 16 En faisant tourner le volant 26 ou ana- logue, on déplace le tube de serrage 22 par rapport à la lance de balayage 16 en direction du joint d'étanchéité 19 On bloque en rotation la lance 16 à l'aide de la poignée 27 En déplaçant le tube de serrage 22, on comprime le manchon élastique 19 constituant le joint; celui-ci se déforme radialement et s'applique contre la paroi intérieure du canal de coulée 9 De cette façon, on maintient l'ensemble de l'installation de balayage 15 dans la position de balayage à l'intérieur de la pierre 5 comme cela est représenté à la figure 2 et en même temps on assure l'étanchéité du canal de coulée 9 dans la pierre de coulée, si bien que le gaz de balayage ne peut s'échapper vers le bas à travers le canal de coulée La conduite d'alimentation de gaz de balayage se raccorde à l'aide de l'accouplement rapide sur le rac- cord 18. En ouvrant une vanne, on laisse passer le gaz de balayage à travers la lance tubulaire 16 jus- qu'au bouchon 11 Le gaz de balayage sort par les perça- ges radiaux 17 directement en-dessous du bouchon 11 au niveau de l'orifice du canal de coulée 9 et s'échappe ainsi dans la direction des flèches en passant sur le bouchon 11 en position de fermeture, pour arriver dans la poche de coulée 1 On a constaté que les joints à bou- chon habituels permettent certes d'assurer l'étanchéité de la sortie de coulée de la poche pour les bains de métal fondu qui s'y trouvent mais que ces joints ne sont pas étanches au gaz, si bien que le gaz de balayage peut arriver dans le bain en passant sur le bouchon 11 qui se trouve en position de fermeture, sans qu'il soit néces- saire d'utiliser des pressions de gaz qui y sont supé- rieures aux pressions de gaz, habituelles lorsqu'on utilise des pierres de balayage, poreuses Pendant l'opération de balayage, on maintient le dispositif de balayage 15 dans sa position par le manchon d'étanchéité 19 qui est appliqué fortement contre la paroi intérieure du canal de coulée 9 Il est avantageux pour effectuer l'opération de balayage, que le joint périphérique formé par le manchon d'étanchéité 19 se trouve aussi près que possible de l'extrémité intérieure de la lance de balayage 16. Après une opération de balayage, on desserre le manchon d'étanchéité 19 en tournant le volant ou la poignée 26 en sens opposé L'ensemble du dispositif de balayage 15 peut ainsi s'extraire par le bas hors du canal de coulée 9 de la pierre 5. L'installation de balayage 15 décrite ci-dessus peut s'utiliser sur toutes les poches de coulée habituelles, dont le fond comporte une sortie de coulée fermée du côté intérieur de la poche de coulée par un bouchon 11 en un matériau réfractaire Pour effectuer le balayage avec du gaz, il n'est pas nécessaire d'avoir des dispositifs particuliers sur la poche de coulée Il est clair que le dispositif de balayage au gaz selon l'in- vention peut s'utiliser sur tous les récipients conte- nant des bains ou analogues, ayant une sortie de coulée dans le fond et une fermeture par un bouchon. 1.1 R E V E N D I C-A T I O N S ) Procédé pour balayer au gaz un bain de métal fondu notamment un bain d'acier dans une poche de coulée ou analogue dont le fond comporte un orifice de coulée qui est fermé de façon étanche du côté inté- rieur de la poche par un bouchon de fermeture, le gaz de balayage tel que par exemple de l'argon étant injecté dans le bain de métal en fusion à travers le fond de la poche, procédé caractérisé en ce qu'on injecte le gaz de balayage à travers l'orifice de coulée ( 4), le bou- chon ( 11) étant-en position de fermeture. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la mise en oeuvre de l'opéra- tion de balayage au gaz, on introduit une lance de balayage ( 16) ainsi qu'un joint périphérique ( 19), par le bas dans le canal de coulée ( 9) de la pièce de coulée ( 5) prévue au fond ( 3) de la poche, et on assure l'étan- chéité à l'intérieur du canal de coulée à l'aide du joint périphérique, et en ce qu'après l'opération de balayage, on extrait la lance de balayage ( 16) et le joint d'étanchéité ( 19) hors du canal de coulée ( 9) de la pierre de coulée ( 5). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lance de balayage ( 16) est in- troduite dans le canal de coulée ( 9) de la pierre de coulée ( 5) jusqu'au voisinage du bouchon ( 11) appuyé sur le siège ( 10) de la pierre de coulée ( 5) ou jusqu'à venir en butée contre celui-ci, et à l'aide du joint périphérique ( 19), on assure l'étanchéité dans le canal de coulée au voisinage de l'extrémité comportant la sortie de gaz de balayage ( 17). ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par une lance de balayage ( 16) suscep- tible d'être introduite dans le canal de coulée ( 9) de la pierre de coulée ( 5) prévue dans le fond ( 3) de la poche de coulée, cette lance étant munie d'un joint périphérique ( 19) assurant l'étanchéité dans le canal de coulée ( 9) de la pierre de coulée. 50) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le joint périphérique ( 19) est prévu au voisinage de l'extrémité de la lance de balayage ( 16) comportant la sortie de gaz de balayage ( 17). ) Installation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le joint périphérique ( 19) est en un matériau élastique de préférence du caoutchouc ou analogue. 7 ) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le joint périphérique ( 19) est constitué par un manchon d'étanchéité ou analogue, radia- lement déformable par compression et qui entoure la lance de balayage. ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité ( 19) s'appuie contre une butée fixe ( 21) de la lance de balayage ( 16) et est radialement déformable par l'inter- médiaire d'un organe de compression ( 22) mobile dans la direction longitudinale de la lance de balayage. ) Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'organe de compression ( 22) est constitué par un tube de serrage entourant la lance tubulaire ( 16). ) Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la lance de balayage ( 16) comn- porte à son extrémité en saillie par rapport au canal de coulée( 9), un segment fileté ( 24) qui coopère par vis- sage avec un organe de serrage à main ( 25), qui permet de déplacer le tube de serrage ( 22) dans la direction longitudinale de la lance de balayage pour serrer et desserrer le joint périphérique ( 19).