Brevet FR2577452A1 — publié le 19860822

La présente invention concerne un procédé, un système et une tête pour le décrassage de la surface d'un bain de métal en fusion, tel qu'un bain d'acier liquide, dans une installation de coulée continue, de préférence du type "coulée continue rotative". Ainsi qu'on le sait une installation de coulée continue comporte principalement une lingotière sans fond, dans laquelle du métal fondu se déverse en provenance d'un dispositif régulateur de débit, et par le fond de laquelle sort un lingot sans fin en cours de solidification; le métal fondu se solidifie progressivement à partir des parois de la lingotière, refroidieen permanence, mais le lingot sans fin ainsi formé est généralement encore liquide à coeur lorsqu'il sort de la lingotière. Dans le cas d'une installation de coulée continue rotative, pour la coulée par exemple de produits longs ronds pleins ou creux, la lingotière a une section circulaire et du métal liquide est injecté tangentiellement à la paroi de la lingotière,, selon une direction inclinée par rapport à l'axe longitudinal de la lingotière; celle- ci est elle-même entraînée en rotation, soit directement, soit par l'intermédiaire de la billette sans fin qui en est extraite, ce qui induit pour ce métal un mouvement tournant (en hélice) dans la lingotière. Dans une telle installation de coulée continue rotative une certaine quantité de crasses se rassemble petit à petit au centre du ménisque concave que forme la surface libre du métal en lingotière, malgré la présence d'une éventuelle atmosphère protectrice confinée au-dessus du métal liquide. Il ne faut pas laisser ce magma de crasses prendre trop d'importance et il convient de le retirer du bain de temps à autre. Actuellement, un tel décrassage est classique- ment effectué de la manière suivante. Un opérateur manipule une tige d'acier de quelques 5 mm de diamètre en sorte d'amener une pastille rapportée à une extrémité de cette tige, de quelques 3 mm d'épaisseur et de quelques 5 cm de diamètre, au centre et sous la surface du bain liquide. Une certaine quantité du laitier ou des crasses qui sur- nagent se colle et se fige sur la pastille mécanique en se refroidissant, et peut ainsi être retirée du bain, accrochée à la pastille lorsqu'on la sort et/ou l'éloigne du bain. On laisse alors la pastille se refroidir avec ce qui y adhère pendant quelques dizaines de secondes et on recommence l'opération après quelques 5 à 10 minutes. Cette tâche nécessite une présence humaine quasi- constante. Cette opération manuelle exige une grande dextérité; elle requiert que l'opération ait une vue directe sur la surface du bain, ce qui se révèle néfaste, pour des questions de sécurité et de propreté du bain notamment. Cette opération, répétitive, se révèle sans intérêt pour celui qui l'effectue. La présente invention vise à effectuer ces opé- rations de décrassage de façon automatique, sans interven- tion humaine et sans perturbation des opérations de coulée proprement dite, en particulier en ce qui concerne l'alimen- tation de la lingotière en métal liquide. Cette recherche d'automatisation est rendue difficile par le fait qu'il faut substituer des mouvementsautomatiques à des gestes manuels requerrant actuellement une grande dextérité pour enfoncer suffisamment la pastille dans le bain, mais pas trop, d'attendre un peu mais pas trop que du laitier et des crasses se figent sur cette pastille, de retirer la pastille avec une quantité suffisante de crasses et de laitier, puis de recommencer après un temps raisonnable (5 à 10 min) pendant lequel des crasses se seront reformées, ceci dans un milieu turbulent et chaud, dans un espace exigu d'accès limité et de faible visibilité. L'invention propose, pour pallier les inconvé- nients précités et pour pallier les difficultés exposées ci-dessus, la mise en oeuvre d'un nouvel outil ou tête de décrassage comportant une cloche sur la paroi interne de laquelle une petite quantité de crasse peut être appliquée par aspiration, entrainée avec la cloche à l'écart du bain puis refoulée hors de la cloche. L'invention propose ainsi, dans un cadre général non limité exclusivement aux installations de coulée continue rotative, un procédé de décrassage pour enlever au moins unepartie d'une nappe de crasse surnageant à la surface d'un bain de métal en fusion dans une instal- lation de coulée continue, caractérisé en ce qu'on abaisse une cloche métallique froide, ouverte vers le bas jusqu'à enfermer latéralement, sur une faible profondeur, une zone de la surface libre du bain au moins partiellement recou- verte par la nappe de crasse, tout en confinant, au-dessus de cette zone, un volume dont la section en coupe horizon- tale diminue vers le haut, on crée dans cette cloche une dépression adaptée à faire monter la zone enfermée de crasse et de métal sur une partie de la hauteur de cette dernière et à se solidifier en une masse, on écarte la cloche vis-à- vis du bain avec ladite masse solidifiée, on crée une surpression dans la cloche en sorte de détacher ladite masse solidifiée. De préférence, ladite dépression à l'intérieur de la cloche est créée juste avant que celle-ci ne pénètre dans le bain. L'invention préconise par ailleurs que la dépression à l'intérieur de.la cloche soit augmentée de façon sensible avant d'éloigner celle-ci vis-à-vis du bain. Chaque cycle de décrassage est de préférence entamé lorsque l'aire de la couche de crasse qui se reforme atteint une valeur prédéterminée. L'invention propose également, pour la mise en oeuvre de ce-procédé, un système de décrassage pour enlever au moins une partie d'une nappe surnageant à la surface d'un bain de métal fondu dans uns installation de coulée- continue, caractérisé en ce qu'il comporte: - un système de détection de niveau adapté à détecter le niveau du bain de métal; une cloche métallique, bonne conductrice de la chaleur, ouverte vers le bas, délimitant intérieurement un volume dont la section en coupe horizontale augmente vers le bas, - une tige tubulaire à laquelle est rapportée la cloche et qui communique avec l'intérieur de la celle-ci, - un système d'aspiration et de refoulement communiquant avec l'intérieur de la cloche par la tige tubulaire, - un système de positionnement à au moins deux degrés de liberté adapté à déplacer la cloche, et - un système de pilotage et de synchronisation relié au système de détection de niveau et adapté & commander en synchronisme le systime d'aspiration et de refoulement et le système de positionnement en sorte d'abaisser la cloche jusqu:' à 'intercepter une zone de la surface libre du bain recouverte de crasse, d'as- pirer de la crasse dans la cloche et de l'y faire se solidifier, d'éloigner la cloche, et de refouler cette masse solidifiée. La cloche selon l'invention a de préférence une paroi interne de forme tronconique, avec up demi- angle au sommet avantageusement inférieur à 15 . Cette paroi tronconique se prolonge avantageusement vers le bas par un chanfrein. La cloche a une paroi externe !., qui s'évase par exemple vers le haut (ou s'effile vers le bas) de manière à ce que cette cloche soit peu épaisse le long de son bord inférieur tout en consti- tuant, grâce à son épaisseur qui augmente en s'éloignant de ce bord, une masse thermique suffisante pour figer les crasses. L'invention porte également sur cette nouvelle tête de décrassage. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un système automatique de décrassage selon l'inventLon; - la figure 2 en est une vue de détail représentant la cloche en coupe longituinale avant sa pénétration dans le bain de métal; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, représentant la cloche après aspiration de cra - la figure 4 est une vue en coupe d'un mode préféré de réalisation d'une cloche selon l'invention; et - la figure 5 est une vue latérale -avec arrachement par tiel d'un système d'aspiration et de refoulement selon l'invention. La figure 1 représente à titre d'exemple, de façon sché matique, un système automatique de décrassage selon l'invention appl qué au décrassage de la surface d'un bain de métal dans la lingotiè d'une installation de coulée continue rotative de type connu. Une telle installation de coulée continue rotative, cla que, ne faisant pas partie de l'invention, ne sera pas détaillée ici Seule la partie supérieure de la lingotière 1 est représentée. Cette lingotière est refroidie en permanence par des royens connus no représentés; il peut y avoir plusieurs lingotières dans une même installation de coulée continue rotative. Du métal liquide 2 tel que de l'acier est injecté le long de la paroi de la lingotière 1, suivant une direction inclinée par rapport & la verticale, en provenance d'une poche de régulation de débit (non représentée). Ce métal liquide 2 alimente un bain liquide 3 qui se solidifie progressi- vement en descendant vers le bas le long de la paroi de la lingotiêre en formant une couche cylindrique solidifiée 4 confinant latéralement ce bain 3. Du fait d'une rotation appliquée au bain 3, par action par exmmple sur le li got en cours de solidification qui est extrait de la lingtière 1; L surface libe 3A de ce bain prend une forme en ménisque concave au centre duquel de la crasse 5 se rassemble au cours du temps. Le système de décrassage selon l'invention, destiné à éliminer la couche de crasse au fur et à mesure qu'elle se forme coeporte principalemnt une tête de d5cras- sage 6 ccrmportant une cloche, ouverte vers le bas, reliée par une tig tubulaire 7 à une pompe aspirante-refoulante commandée par un système de synchronisation et de pilotage 9. La pompe 8 est reliée à une canalisation d'échappement et à,nn canalisation d'alimentation en air 11, à partir de l'air ambiant par exemple. La cloche 6, représentée à plus grande échelle aux figures 2 et 3, confine latéralement un volume dont la section en coupe horizontale augmente en direction du bas. De façon avantageuse, la cloche 6 présente intérieurement une paroi 12 globalement tronconique, ayant de préférence un demi-angle au sommet a inférieur à 15 , de l'ordre de par exemple sur les figures 2 et 3, mais non nul. La cloche 6 a une épaisseur qui augmente en direction du haut. Sur les figures 2 et 3 cette cloche 6 est délimitée extérieurement par une paroi 13 globalement tronconique d'orientation opposée à celle de la paroi interne 12. Telle que représentée, la cloche 6 est en outre délimitée par des faces supérieure 14 et inférieure 15. La paroi interne 12 se raccorde à la face inférieure par un chanfrein 16 correspondant à un demi-angle au sommet de 30 environ. Cette cloche est réalisée en un métal ou en un alliage métallique présentant de bonnes caracté- ristiques de conductivité thermique, en cuivre ou en cuprochrome de préférence. On notera que le volume confiné à l'intérieur de la cloche par la paroi 12 n'est qu'une faible fraction du volume total de cette cloche. Celle-ci est une pièce massive, tout en présentant un bord libre inférieur 15 de faible épaisseur. La tige tubulaire 7 est rapportée de façon étanche à la cloche 6, par soudage de préférence. Cette tige tubulaire est rigide sur une partie au moins de sa longueur, grâce à quoi la cloche peut être positionnée dans l'espace par son intermédiaire. Le système de décrassage de l'invention comporte en effet un dispositif de positionnement 17 à au moins deux degrés de liberté (de tout type connu) adapté à déplacer la cloche 6 à la verticale du centre du ménisque 3A du bain 3 et à l'en éloigner latéralement. Selon que la pompe 8 est portée ou non par ce dispositif de positionnement 17, la tige tubulaire 7 peut être rigide sur toute sa longueur entre la cloche 6 et cette pompe 8, ou doit comporter un tronçon flexible, de préférence à l'écart de la cloche. Le système de décrassage de l'invention comporte en outre un système 18 de détection du niveau du bain 3 dans la lingotière 1, de tout type connu. Il est rappelé que la plupart des installations de coulée continue actuellement connues sont munies de tels systèmes de détection précise de niveau. Les informations de ce système 18 sont trans- mises au système 9 de synchronisation et de pilotage sous le contr8le duquel est par ailleurs placé le dispo- sitif de positionnement 17. Ce système 9 de synchronisation et de pilotage est en pratique un microprocesseur de tout type connu, programmé de manière appropriée, ce qui est du ressort de l'homme du métier. En fonctionnement, pour l'élimination d'une partie au moins d'une nappe de crasse 5, la cloche 6 préalablement refroidie est disposée par le systéme de positionnement 17 à la verticale du centre du ménis- que du bain 3, au-dessus de la nappe 5, puis abaissée jusqu'à s'enfoncer de 1 cm environ sous la surface 3A du métal. Cela peut atre effectué avec précision grâce au système 18 de détection de niveau. Cela a polur résultat d'enfeimer ou de circonscrire latéralamsnt, sur une faible hauteur, une zone de la surface libre 3A du bain recouverte par la nappe de crasse, tout un confinant au-dessus de cette zone, un volume dont la section en coupe horizontale diminue en 's'éloignant de cette zone. Le système de pilotage 9 active parallèlement la pompe 8 en régime d'aspiration en sorte de créer dans le volume précité une dépression adaptée à faire monter la crasse et le métal circonscrit par la cloche sur une partie de la hauteur de la cloche (3 cm par exemple, voir la figure 3). Par cette aspiration, et grâce au fait que la cloche 6, massive, était initiale- ment froide, on obtient, au bout de 2 à 3 secondes environ, une masse solidifiée telle que représentée à la.figure 3 avec du laitier 5' (crasse) collé à la paroi 12 de la cloche 6 et un peu de métal 3'. On soulève alors la cloche 6 et la masse qui y adhère, tout en maintenant la dépression, et on déplace latéralement la cloche suffisamment à l'écart de la lingotière 1. Le système de pilotage 9 coupe alors la dépression dans la canalisation 7 et commute la pompe 8 en régime de refoulement en sorte de chasser le "bouchon" que forme la crasse 5' et le métal 3' solidifiés (à moins qu'ils soient tombés par eux-mêmes auparavant). Les formes coniques de la cloche 6 facilitent le décollement dudit "bouchon". On laisse alors refroidir la cloche 6, de façon naturelle ou par tout moyen connu approprié, et!'on peut recommencer un cycle de décrassage. L'invention préconise en fait que, de façon avantageuse, une dépression soit créée à l'intérieur de la cloche 6 juste avant qu'elle ne.pénètre dans le rbain (voir la figure 2) ce qui accélère les opéra- tions. L'invention préconise aussi que, au bout des 2 a 3 secondes précitées au cours desquelles la crasse 5' se colle à l'intérieur de la cloche, on augmen- te de façon sensible la dépression à l'intérieur de la cloche, à environ une demi-atmosphère ou plus, de façon à bien coller dans la cloche la masse de crasse et de métal solidifiée. L'invention préconise également, de façon avantageuse, que l'on scrute de façon périodique, toutes les 15 secondes par exemple, la surface libre du métal, par un organe de surveillance tel qu'une caméra 19, pilotée par le système 9 de pilotage et de synchronisa- tion. A partir d'enregistrements de l'image des crasses qui surnagent sur le bain on peut mesurer, par un moyen quelconque connu, par exemple intégré au système 9 de pilotage, l'aire apparente de ces crasses et déclen- cher un nouveau cycle de décrassage lorsque cette aire atteint une valeur prédéterminée (par exemple égale à la section moyenne de la cloche 6). On notera que l'invention propose un outil de décrassage qui peut servir indéfiniment et qui présente une action toujours constante (ce qui n'est pas le cas des pastilles de l'art antérieur précédemment décrites). Un système de décrassage selon l'invention est particulièrement intéressant lorsque la coulée se fait en aveugle dans une enceinte de protection; une seule lunette-caméra, à infrarouge par exemple, peut piloter toutes les opérations de contrôle de niveau et de décrassage. Dans ce cas, l'organe de surveillance 19 et le dispositif de détection de niveau 18 sont confondus en un seul élément. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre illustratif non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, notamment, la géométrie interne de la cloche peut être aménagée, en sorte par exemple de la décomposer en plusieurs troncs de cône successifs. Quant à la géométrie externe de cette cloche elle admet de nombreuses variantes, sous réserve toutefois, dans le cas général, qu'elle conserve un caractère massif. La figure 4 illustre une cloche 20 selon un mode préféré de réalisation selon l'invention. Celle-ci se comporte comme une masse thermique froide grâce à une cir- culation permanente d'un fluide 21 de réfrigération (air ou eau). La cloche 20 est composée de trois pièces 22, 23 et 24. La pièce 22 comporte un tronçon tubulaire 22A dont la paroi interne 25 est légèrement tronconique, à la manière de la paroi 12 de la cloche 6 des figures 2 et 3, et se ter- mine à sa partie inférieure par un chanfrein 26; ce tronçon tubulaire 22A se prolonge radialement, à sa partie inférieure par une collerette 22B présentant un bord libre 27, de fai- ble épaisseur radiale, destiné à pénétrer dans un bain de métal fondu. Cette pièce 22 est de préférence en cuivre lorsqu'il s'agit de décrasser un bain d'acier.Sur la péri- phérie de cette collerette 22B est rapportée par soudage la pièce 24, de forme globalement cylindrique, formant la paroi extérieure de la cloche 20. La pièce 23, est disposée radia- lement entre le tronçon tubulaire 22A de la pièce 22 et la pièce 24 en sorte de ménager des espaces globalement cylin- driques 28 et 29 reliés le long de la collerette 22B de la pièce 22 par un espace annulaire 30. Dans la pièce intermédiaire 23, à sa partie supérieure, est ménagé un couloir annulaire 31 se raccordant à l'espace cylindrique interne 28; dans ce couloir 31 débouche une cana- lisation 32 d'alimentation en fluide de réfrigération 21. A la partie supérieure de la pièce externe 24 est ménagé un alésage 33 se raccordant à une canalisation 34 d'évacuation du fluide de réfrigération. En circulation, le fluide de réfrigération arrive par la canalisation 32, se répartit dans le couloir annulaire 31, longe extérieurement, en une nappe tubulaire qui s'évase, le tronçon 22A de la pièce 22, passe par l'espace annulaire 30, remonte dans l'espace tubulaire 29 puis s'échappe par la ca- nalisation. Il en résulte un très bon refroidissement per- manent de la cloche 20. Le système d'aspiration-refoulement 40 représenté à la figure 5 est monté à une extrémité de la tige tubulaire 7, à l'opposé.de la cloche 6 (ou 20). Ce système comporte un tronçon d'alimentation, en air comprimé 41 par exemple, qui se dédouble en deux branches 42 et 43 munies chacune d'une vanne en tout ou rien 44 ou 45, respectivement; ces vannes admettent des débits différents. Ces branches 42 et 43 se rejoignent en un tronçon principal 46 qui se termine par un embout 47 qui est orienté à l'opposé de la tige tubulaire 7 dans un tronçon de tube 48 portant à son extrémité une vanne 49 à débit élevé. Lorsque la vanne 49 et l'une des vannes 44 et 45 sont ouvertes de l'air comprimé est injecté au travers de cette vanne 49, ce qui induit une dépression dans la tige 7 et done dans la cloche. Selon que c'est la vanne 44 ou la vanne 45 qui est ouverte il se produit dans la tige uii dépression à l'un de deux niveaux prédéterminé (voir plus haut à propos du fonctionnement d'un système de dcrassage- selon l'invention). Si par contre la vanne a9 est fenue et que l'une des vannes 44 ou 45 est ouverte il se prodtit ue surpression dans la tige tubulaire. Selon la disposition ues vannes 44, 45 et 49, le dispositif de la figure 5 se copozte donc bien comme un système d'aspiration et de refoulement Il va de soi que les dispositions qui viennent htre exposées à propos des figures 4 et 5 peuvent se combiner aveC ce qui a été décrit à propos des figures X i 3$ On appréciera que l'invention permet un décrassage efficace sans interruption du jet malgré les turbulences et l'environnement hostile déjà décrit. REVENDICATIONS 1. Procédé de décrassage pour enlever au moins une partie d'une nappe de crasse surnageant à la surface d'un bain de métal en fusion dans une installation de coulée continue, caractérisé en ce qu'on abaisse une cloche (6, 20) métallique froide, ouverte vers le bas, jusqu'à circonscrire latéralement, sur une faible profondeur, une zone de la surface libre (3A) du bain au moins partiellement recouverte par la nappe de crasse (5) tout en confinant, au-dessus de cette zone, un volume (12) dont la section en coupe horizontale diminue vers le haut, qu'on crée dans cette cloche une dépression adaptée à faire monter la zone circonscrite de crasse et de métal sur une partie de la hauteur de cette dernière et à se solidifier en une masse (5'-3'), on écarte la cloche vis- à-vis du bain avec ladite masse solidifiée, on crée une surpression dans la cloche en sorte de détacher ladite masse solidifiée. 2. Procédé de décrassage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée ladite dépression juste avant que la cloche (6) ne pénètre dans le bain (3). 3. Procédé de décrassage selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on augmente la dépression de façon sensible avant d'éloigner la cloche (6) du bain. 4. Procédé de décrassage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on mesure de façon périodique l'aire apparente de la nappe de crasse au fur et à mesure qu'elle se forme et on déclenche un nouveau cycle de décrassage lorsque cette aire atteint une valeur prédéterminée. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on refroidit la cloche (20) en permanence. 6. Système automatique de décrassage pour enle- ver au moins une partie d'une nappe surnageant à la surface d'un bain de métal fondu dans une installation de coulée continue, caractérisé en ce qu'il comporte: - un système (18) de détection de niveau adapté à détecter le niveau du bain de métal (3), - une cloche métallique (6), bonne conductrice de la chaleur, ouverte vers le bas, délimitant intérieu- rement un volume dont la section en coupe horizontale augmente vers le bas, - une tige tubulaire (7) à laquelle est rapportée la cloche et qui communique avec l'intérieur de la cloche, - un système d'aspiration et de refoulement 8,40) communiquant avec l'intérieur de la cloche par la tige tubulaire, - un système de positionnement (17) à au moins deux degrés de liberté adapté à déplacer la cloche (6), et - un système de pilotage et de synchronisation (9) relié au système de détection de niveau (18) et adapté à commander en synchronisme le système d'aspiration et de refoulement (8) et le système de positionnement (17) en sorte d'abaisser la cloche jusqu' à intercepter une zone de la surface libre du bain recouverte de crasse, d'aspirer de la crasse dans la cloche et de l'y faire se solidifier, d'éloigner la cloche, et de refouler cette crasse solidifiée. 25. 7. Système automatique de décrassage selon la revendication 6,, caractérisé en ce que la cloche (6) est limitée intérieurement par une paroi interne (12) sensiblement tronconique. 8. Système automatique de décrassage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite paroi tronconique (12) a un demi-angle au sommet non nul inférieur à 15 . 9. Système automatique de décrassage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la cloche (6) est limitée latéralement par une paroi externe (13) sensiblement tronconique s'effi- lant vers le bas. 10. Système automatique de décrassage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la cloche (6) destinée au décrassage d'un bain d'acier, est en cuivreou en cuprchrome. 11. Système automatique de décrassage selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de surveillance (19) relié au système de pilotage et de synchronisation (9) destiné à' scruter de façon périodique la surface libre du métal en vue du suivi de l'aire apparente d'une nappe de crasse en cours de formation, ledit système de pilotage et de synchronisation réagissant lorsque cette aire atteint une valeur prédéterminée. 12. Système automatique de décrassage selon l'une quelconque des revendications 6 à 1i, caractérisé en ce que la cloche (20) est connectée à un circuit de circulation de fluide de réfrigération. -- 13. Tète de décrassage pour enlever au moins une partie d'une nappe de crasse surnageant à la surface d'un bain de métal en fusion dans une installation de coulée continue, caractérisée en ce qu'elle comporte une cloche (6, 20), bonne conductrice de la chaleur, destinée à être raccordée à une tige tubulaire (7) et délimitant par sa paroi interne (12, 25), un volume dont la section diminue en se rapprochant de cette tige.