Brevet FR2564011A1 — publié le 19851115

Panier de coulée continue doté de fonctions de réacteur pour les traitements réalisés en dehors du four. La présente invention concerne un panier de coulée continue doté de fonctions de réacteur pour les traite- ments réalisés en dehors du four après l'affinage. Elle concerne plus spécialement un panier qui exploite l'énergie de chute de 1' acier liquide qui s'écoule de la poche pour assurer un mélange efficace de l'acier avec les additifs tels que, par exemple, les agents d'alliage ou désoxydants et/ou désulfurants, afin de faciliter le déroulement des réactions sans perte de phase gazeuse, d'améliorer la séparation des produits de réaction et de créer des conditions plus efficaces d'homogénéisation de la température et de la composition de l'acier. On sait, bien entendu, que dans le domaine de la fabrication de l'acier cn a réalisé un développement technologique rapide au sujet de la mise au point de systèmes permettant de traiter l'acier en dehors du four, après l'affinage. Ceci est dû au fait que le transfert de ces traitements en un point de la ligne de fabrication toujours plus rapproché de celui de la solidification permet de réduire les inconvénients provenant de la réoxydation par contact avec l'atmos- phère et les réfractaires. Les traitements en question consistent en l'addition à l'acier liquide de réactifs divers en vue d'atteindre des objectifs métallurgiques déterminés tels que la désoxydation, la désulfuration et la modification de la nature et de la morphologie des inclusions. En général, ces additions sont effectuées dans la poche qui présente entre autres l'avantage de présenter une charge ferrostatique suffisante pour assurer que les réactions entre les additifs et l'acier soient complètes et que l'on obtienne un rendement satisfaisant avec les réactifs qui se liquéfient ou se gazéifient à la tempé- rature de l'acier liquide et à pression normale. Dans les aciéries dotées d'installations de coulée continue, il est possible de réaliser des traitements métallurgiques dans le dernier récipient de transvasement (panier ou tundish) de l'acier liquide précédant sa solidification en lingotière. Pour réaliser cet objectif, il faut cependant apporter au panier certaines modifica- tions, en raison du court temps de séjour de l'acier dans ce récipient et de la charge ferrostatique qui est beaucoup moins importante que celle dont on dispose dans la poche. Les modifications qui ont été apportées jusqu'ici pour améliorer l'opération de mélange et accroître les temps de séjour de l'acier dans le panier ne semblent pas être à même de garantir un mélange efficace ni des temps de contact suffisants entre les additifs et l'acier liquide. L'objet de la présente invention consiste à surmonter ces difficultés au moyen d'une modification simple et peu coûteuse de la structure du panier. Suivant l'invention, le panier est muni d'une cloison horizontale qui le divise en deux zones superposées, la zone inférieure ayant - de préférence - une section transversale plus petite que celle de la zone supérieure. Cette cloison est fixée à l'une au moins des longues parois verticales du panier et peut également être fixée à l'une des courtes parois verti- cales. De plus, ladite cloison horizontale est munie de saillies ou d'ailettes dirigées vers le bas à partir de ses bords libres et d'un conduit prévu à l'endroit o l'acier liquide passe de la poche dans le panier; ce conduit a une section plus grande que celle du jet d'acier liquide qui y passe et s'étend à l'intérieur de la zone inférieure du panier. Dans le cas de la coulée continue de brames, on peut disposer d'une ou au maximum de deux lingotières de coulée pour chacun des paniers. S'il existe deux lingotières, et par conséquent si le panier est muni de deux trous de coulée, la cloison horizontale est de préférence fixée aux deux longues parois du panier - le conduit prémentionné étant prévu au centre - et se termine, vers les extrémités du panier, avant chacun des trous de coulée. S'il n'y a qu'une lingotière, la cloison peut être fixée aux deux longues parois du panier et à la petite paroi la plus éloignée du trou de coulée; o10 dans ce cas, le conduit est situé à proximité du petit côté du panier le plus éloigné du trou de coulée.. En variante, la cloison horizontale peut être fixée à l'une seulement des longues parois du panier et se terminer, vers l'autre longue paroi et dans la direction du trou de coulée, par un prolongement vertical qui est fixé au fond du panier de manière à délimiter un canal ouvert uniquement à l'extrémité du panier la plus éloignée du trou de coulée. Dans ce cas, le conduit dans la paroi horizontale est situé près du trou de coulée dont il est séparé au moyen du prolongement vertical précité. De cette manière, on crée le long du canal fermé un passage totalement libre qui s'étend longitu- dinalement le long de toute la longueur du panier et ce passage libre est nécessaire pour vider complètement le panier quand la coulée est terminée. Dans le cas de la coulée continue de billettes, le panier dessert au moins quatre lingotières; par consé- quent, la cloison horizontale n'est fixée qu'à une seule des longues parois verticales du panier et se termine, vers l'autre longue paroi, contre une autre paroi verticale qui est placée dans le sens longitudinal à l'intérieur du panier et qui s'étend en hauteur depuis le fond du panier jusqu'au-delà de ladite cloison hori- zontale, de manière à dépasser le niveau de l'acier liquide qui s'établit en régime. Cette paroi verticale supplémentaire délimite ainsi un canal fermé au sommet par la cloison horizontale et un canal, ouvert au sommet, pourvu des trous de coulée à même le fond. Dans une telle disposition, le conduit dans la cloison horizontale est situé en position centrale. Lors du fonctionnement en régime, l'acier liquide coule de la poche vers le panier en passant par un tube en réfractaire, appelé snorkel, qui est partiellement immergé dans l'acier contenu dans le panier et qui se termine dans l'axe du conduit de la cloison horizontale et à peu de distance de celui-ci, Les additifs nécessaires, par exemple le calcium métallique, sont introduits près de ce conduit au moyen de dispositifs connus en soi et - par conséquent - non décrits ici. Suivant la présente invention, l'ensemble décrit ci-dessus (partie terminale du snorkel et conduit dans la cloison horizontale) fonctionne comme un éjecteur, de sorte que le courant d'acier liquide qui coule du snorkel vers le conduit dans la cloison horizontale entraine de l'acier liquide, à travers ledit conduit, depuis la zone supérieure du panier dans la zone inférieure. Cette action d'entraînement assure que les additifs introduits à proximité dudit conduit soient bien amenés dans la zone inférieure o ils ont tendance à remonter, comme ils sont généralement moins denses que l'acier liquide, mais leur ascension est arrêtée par la face inférieure de la cloison horizontale o ils sont retenus par les ailettes qui s'étendent vers le bas depuis les bords libres de la cloison horizontale. Le dimensionnement réciproque des zones supérieure et inférieure du panier, combiné à l'intensité du courant venant de la poche et à la présence de la cloison hori- zontale, assurent que le débit d'acier n'est très 25640 11l turbulent que dans la zone inférieure, ce qui se traduit par un mélange efficace de l'acier liquide et des additifs. Au contraire, dans la zone supérieure, le debit d'acier est plus lent que dans la zone inférieure et il est laminaire, de sorte que les particules d'impuretés formées par la réaction entre l'additif et le métal fondu peuvent aisément aboutir à la surface o elles sont englobées dans la couche de scorie. En outre, le dimensionnement réciproque des zones supérieure et inférieure et des trous de coulée est tel que, statistiquement, l'acier soutiré de la poche circule au moins deux ou trois fois entre la zone infé- rieure et la zone supérieure avant d'être coulé dans la lingotière. Cela assure des temps de réaction corrects entre le métal et l'additif et aussi des temps de flottation adéquats pour garantir l'élimination des particules d'impuretés. On va, à présent, décrire la présente invention en se référant à quelquesuns de ses modes de réalisation possibles cités uniquement à titre d'exemples qui ne limitent en aucune façon les objectifs et les indications de l'invention. Ces modes de réalisation sont illustrés dans les figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un panier conforme à la présente invention, dans la version pour la coulée continue de brames en deux lignes., - la figure 2 représente une coupe longitudinale d'un panier, dans la version pour la coulée continue de brames en une seule ligne, - la figure 3 représente une coupe longitudinale d'un panier, dans une autre version pour la coulée continue de brames en une seule ligne, - la figure 4 est une coupe transversale du panier suivant le plan A-A' de la figure 3, - la figure 5 est une vue en plan d'un panier pour la coulée continue de billettes en sept lignes, - la figure 6 est une coupe transversale suivant le plan BB' de la figure 5 et - la figure 7 est une coupe longitudinale suivant le plan C-C' de la figure 5. On voit, en se référant à la figure 1, que l'acier liquide contenu dans la poche 1 s'écoule par la busette 2 et le snorkel 3 dans le panier 4. Dans des conditions de régime, l'acier fondu qui s'écoule par la partie termi- nale du snorkel 3 dans le conduit 7 exerce une série très importante de fonctions par suite de la disposition réciproque particulière du snorkel 3, du conduit 7 et de la cloison horizontale 5 fixée aux deux longues parois du panier 4. Comme on peut aisément le constater, cette disposi- tion particulière constitue un éjecteur qui exploite l'énergie de chute de l'acier liquide qui s'écoule de la poche dans le panier pour créer un écoulement très turbulent de l'acier dans la zone inférieure 6 délimitée par la cloison 5. Cette turbulence décroît graduellement vers les extrémités de droite et de gauche de ladite zone inférieure o l'acier, dans les parties terminales 11 et 11' du panier, monte dans la zone supérieure 8. Ici, par suite de l'effet d'aspiration de l'éjecteur et du fait que la zone 8 a une section plus grande que la zone 6, l'écoulement de l'acier devient plus lent et laminaire. Les flèches, dans la figure 1, indiquent les condi- tions d'écoulement de l'acier dans les diverses zones du panier. Des agents d'affinage ou des éléments d'alliage, sous forme de particules par exemple, peuvent être ajoutés dans la zone d'aspiration de l'éjecteur à proximité de la partie terminale du snorkel 3, au moyen d'un tube immergé 10 ou d'un autre dispositif connu. Ces additifs sont alors entraînés, via le conduit 7, dans la zone inférieure 6 o ils sont efficacement mélangés par l'écoulement turbulent de l'acier. Si l'additif est plus léger que l'acier, comme c'est le cas pour les substances désoxydantes et/ou désulfurantes telles que Ca, Mg, etc., la matière tend à monter mais elle sera en grande partie retenue en tant que couche liquide ou gazeuse 15 contre la face inférieure de la cloison 5 par les ailettes 9. Les inclusions d'oxydes et/ou de sulfures qui se forment sont entraînées dans la zone supérieure 8 o, grâce à l'écoulement plus lent et laminaire de l'acier, elles peuvent monter à la surface et être retenues par la couche de scorie 12. La zone inférieure 6, la zone supérieure 8 et les trous de coulée 13 et 13' sont dimensionnés de telle manière que - statistiquement - une quantité donnée d'acier qui arrive dans le panier circule au moins deux ou trois fois entre la zone inférieure et la zone supérieure avant d'être déchargée dans les lingotières 14 et 14' à travers les orifices 13 et 13'. Il est donc possible d'affirmer que le produit coulé contient beaucoup moins d'inclusions que cela est normalement le cas avec les paniers traditionnels connus. Les autres figures représentent diverses formes d'exécution de la présente invention, formes qui fonc- tionnent toutes de la même manière que celle décrite en se référant à la figure 1. En particulier, dans la figure 2, qui représente une coulée continue de brames en une seule ligne, la cloison 5 est fixée à l'une des courtes parois - à savoir celle qui est la plus éloignée du trou de coulée - ainsi qu'aux deux longues parois du panier. Dans ce cas, le conduit 7 est évidemment situé aussi loin que possible du trou de coulée 13. Les figures 3 et 4 représentent une autre solution possible pour une coulée continue en une ligne. Afin de garantir qu'une quantité donnée d'acier passe au moins une fois à travers la zone supérieure 8 avant d'être déchargée dans la lingotière, la cloison horizontale 5 est fixée à l'un des longs côtés du panier et se termine, vers l'autre paroi et le trou de coulée 13 par des prolongements verticaux 16 dans la figure 4 et 17 dans la figure 3, qui sont également fixés au fond 18 du panier 4. Dans ce cas, le conduit 7 est situé à proximité de ce prolongement 17. Comme on peut le voir à la figure 4, cette solution particulière comporte la présence d'une zone inférieure 6 en forme de canal étroit (figures 3 et 4), ouvert à l'une seulement de ses extrémités. La zone supérieure 8 s'étend au-dessus de la zone infé- rieure ainsi qu'à son côté, le canal 8' aidant à ralentir l'écoulement de l'acier fondu et à le rendre laminaire, mais ayant également pour fonction de permettre la vidange totale de la zone inférieure 6, lorsque la coulée est terminée. Les figures 5, 6 et 7 représentent une solution possible de la présente invention dans le cas d'une coulée continue de billettes en plusieurs lignes; dans le cas spécifique, il s'agit d'une installation à sept lignes. Dans ce cas, on voit en se référant à la figure 5, qui représente une vue en plan du panier suivant la présente invention, que le conduit 7 dans la cloison 5 est situé dans le plan médian transversal du panier et est déplacé vers la longue paroi qui est la plus éloignée des trous de coulée 13. La cloison 5 est fixée à cette longue paroi et se termine dans la direction des trous de coulée 13, mais avant ceux-ci, par un prolongement vertical 19 qui s'étend du fond 18 du panier jusqu'au- delà du niveau maximum de la couche de scorie 12. Ce prolongement 19 est plus long que la cloison horizon- tale 5 et fait donc saillie à partir de celle-ci en direction des courtes parois du panier par les saillies 19' et 19". De cette manière (voir aussi la figure 6) on définit trois zones dans lesquelles l'acier fondu s'écoule de manières différentes. Dans les zones inférieure et supérieure, respectivement 6 et 8, l'acier se comporte comme on en a déjà discuté à propos de la figure 1. Des essais effectués à l'échelle pilote ont permis d'établir qu'en utilisant le panier conforme à l'invention, il est possible, par exemple, de réduire la teneur en soufre de 50-80 à 15-20 ppm, en employant des alliages contenant du calcium comme agent désulfurant, tout en obtenant une grande amélioration aussi bien dans la forme des inclusions (qui sont complètement globulisées) que dans leur nombre (qui est réduit d'environ 60 %). De plus, on obtient une excellente uniformité des températures de l'acier, dans les limites de précision des mesures de la température effectuées avec des thermocouples PtRh6 - PtRh30 ( 5-C). Revendications 1. Panier de coulée continue doté de fonctions de réacteur pour les traitements réalisés en dehors du four caractérisé en ce qu'il est muni d'une cloison horizon- tale fixée à l'une au moins des longues parois verticales du panier, ladite cloison divisant le volume interne du panier en deux zones superposées et étant munie de sail- lies dirigées vers le bas à partir de ses bords libres et d'un conduit prévu à l'endroit o l'acier liquide passe de la poche dans le panier, ledit conduit mettant en communication les zones supérieure et inférieure, s'étendant à l'intérieur de cette dernière et ayant une section transversale libre plus grande que celle du jet d'acier liquide qui pénètre dans le panier. 2. Panier de coulée continue suivant la revendi- cation 1 caractérisé en ce que ladite cloison horizontale peut aussi être fixée à une des courtes parois du panier. 3. Panier de coulée continue suivant la revendica- tion 1 caractérisé en ce que ladite cloison horizontale peut être munie, à l'un au moins de ses bords non fixés aux parois du panier, d'un prolongement vertical qui est fixé au fond du panier. 4. Panier de coulée continue suivant la revendica- tion 3 caractérisé en ce que ledit prolongement vertical est placé longitudinalement dans le panier et s'étend en hauteur jusqu'au-delà du niveau maximum de l'acier dans le panier.