Brevet FR2586210A1 — publié le 19870220

[ "DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE L'OXYDATION ET/OU LA NITRURATION D'UN JET DE METAL LIQUIDE ET SON UTILISATION" La présente invention concerne un dispositif de protection contre l'oxydation et/ou la nitruration d'un jet de métal liquide s'écoulant à partir de l'orifice de sortie d'une poche ou d'un répartiteur, comportant des moyens pour entourer le jet de coulée sensiblement sur toute sa hauteur et des moyens pour l'injection d'un gaz protecteur au moins autour du jet de coulée de manière à minimiser le contact du métal fondu avec l'air ambiant. Elle s'applique plus particulièrement à la coulée continu, en particulier à la coulée continue de petites dimensions. Les installations de coulée continue ccmprennent généralement un ou plusieurs jets verticaux qui tombent dans une lingotière oscillant verticalement. Pendant sa chute libre, du répartiteur à la lingotière, le métal liquide est susceptible de s'oxyder et/ou de se nitrurer. Par conséquent, on a déjà envisagé de protéger le métal contre de telles réactions en l'entourant, sur la plus grande partie de chute libre, par une gaine ou couronne de gaz neutre tel qu'argon ou azote. Toutefois, les dispositifs connus actuellement présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment en ce qui concerne les difficultés d'étanchéité, de mise en place, de tenue dans le temps et de consoemmation du gaz neutre protecteur. En particulier, dans la coulée continue pour former des billettes de petites sections, on utilise généralement un tube que l'on place autour du jet de coulée. Mais ces tubes doivent être changes fréquemment, car la manoeuvre du répartiteur les endanommage. De plus, leur fixation, après début de la coulée provoque des projections. Enfin, il n'est pas aisé de les enlever en cas de problèmes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un dispositif de protection efficace pouvant être aisément mis en place pendant l'écoulement du métal liquide et permettant d'obtenir, pour une faible consommation de gaz, d'excellents résultats métallurgiques. Le dispositif selon l'invention comprend, sous le fond et autour de l'orifice de sortie, une coquille d'inertage, ouvrante, formée de deux demi-coquilles, pouvant être appliquée contre le fond de la poche et/ou du panier répartiteur et qui assure l'injection de gaz de protection à faible vélocité, uniformément autour du jet de métal sur la majeure partie de sa hauteur; celle-ci est réalisée de telle façon que l'étanchéité du plan de jonction des demi-coquilles garantit une bonne étanchéité tout au long du jet de métal. Elle est de préférence pourvue à sa partie inférieure d'un dispositif aérodynamique approprié permettant de réduire notablement la dilution du gaz de protection avec l'air environnant. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens pour entourer le jet de coulée sont constitués d'une part, par deux demi-coquilles complémentaires et d'autre part, par des moyens d'articulation desdites demi-coquilles permettant l'ouverture et la fermeture de celles-ci. De préférence, il comrporte des moyens de déflection aérodynamiques, placés près de la partie inférieure des demi-coquilles. Les moyens de déflection aérodynamiques comnportent de préférence, une collerette formnnée de deux demi-collerettes, chacune solidaire d'une demi-coquille, et/ou une partie chanfreinée, située à l'extrémité inférieure de la paroi interne de chaque demi-coquille en direction d'une paroi externe. De préférence, les plans de jonctions des deux demi-coquilles se recouvrent partiellement de manière à améliorer l'étanchéité de la coquille. Selon une variante de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte une gaine concentrique placée autour des demicoquilles et formée de deux demi-gaines complémentaires, chacune étant solidaire de sa demi-coquille correspondante, l'espace située entre la gaine et les demi-coquilles étant relié à des moyens d'injection d'un gaz protecteur. Selon un autre aspect de l'invention, il comporte à sa partie supérieure au moins un joint annulaire permettant d'assurer l'étanchéité entre la coquille et le répartiteur de coulée sous lequel il doit être placée. Lorsque le dispositif est destiné à être accouplé à un répartiteur de coulée autour de l'orifice de coulée de celui-ci, il peut coopérer avec une virole circulaire, solidaire du répartiteur et destinée à améliorer l'étanchéité au gaz de l'accouplement. Selon une première variante de réalisation, les moyens d'articulation des demi-coquilles sont constitués par une charnière. Selon une seconde variante, les moyens d'articulation des demi-coquilles sont constitués par un ensemble de bras articulés permettant d'éloigner les demi-coquilles l'une de l'autre, lesdits bras articulés étant comandés par des moyens de commande. Dans un mode de réalisation particulièrement bien adapté à l'industrie métallurgique, il comporte un bras mobile qui lui est solidaire à une extrémité et relié à des moyens pour plaquer ladite coquille contre le répartiteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: - la figure 1 est une vue en coupe verticale schématique d'un dispositif de protection contre l'oxydation d'un jet de nétal liquide suivant l'invention;- - la figure 2, une vue d'un exemple de réalisation selon l'invention, les deux demi-coquilles étant en position ouverte;- - les figures 3A et 3B, des vues en coupe de l'exemple de réalisation de la figure 2, les demi-coquilles étant fermes; - les figures 4A et 4B, une vue schématique de variantes de réalisation des moyens de ccmmandes de l'ouverture et de la fenrmeture des demi-coquilles; - la figure 5, une vue détaillée de moyens de commande du mouvement des demi-coquilles, selon un mode préféré de réalisation. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ainsi que de certaines variantes. Le dispositif de protection selon l'invention comporte une coquille 1 constituée de deux demi-coquilles 1A, lB ccmplémentaires, ainsi que des moyens pour l'injection de gaz protecteur, ces moyens étant essentiellement constitués d'un canal 8 de forme annulaire placé au sommet de la coquille 1, ce canal 8 étant muni de perforations 9 permettant le passage du gaz issu des conduites d'alimentation 7A et 7B, respectivement reliées aux deux demi canaux annulaires 8A et 8B constituant le canal 8 et respectivement solidaires des deux demi- coquilles 1A et lB. Le dispositif comporte en outre des moyens d'articulation des demi-coquilles, non représentés sur la figure. (le diamâtre, la position, le nombre des perforations seront détermnninés 25862 10 expérimentalement par l'hcmme de métier, par de simples expériences de routine, en fonction du résultat que l'on veut obtenir et du débit de gaz inerte). Le répartiteur dont on ne voit que le fond 3 sur la figure est muni d'une virole 5 de forme complémentaire à la forme extérieure du canal 8, c'est-à-dire circulaire dans le cas présent. Sur sa face supérieure, le canal annulaire 8 comporte une gorge circulaire 48 dans laquelle est logé un joint 4 assurant l'étanchéité entre le répartiteur et le dispositif selon l'invention. Les deux demi-coquilles 1A et lB se recouvrent partiellement le long de la ligne de joint 6, assurant une étanchéité grâce à une structure en forme de chicane. La paroi interne 66 de la demi-coquille lB est fixée radialement à celle-ci, avec un décrochement 72. La paroi interne 65 est fixée radialement à la demi-coquille 1A, en extrêmité de celle-ci. Elle comporte également un décrochement 73, camplémentaire du décrochement 72, qui forment ainsi une chicane 67, 68 et 69 pour le gaz venant de l'intérieur de la coquille et qui s'échapperait vers l'extérieur. Avec une telle perte de charge, le gaz, introduit sous forme d'un flux laminaire dans la coquille par les ouvertures 9, ne peut pratiquement s'échapper par le joint latéral 6. A noter que l'extrémité latérale 70 de AB vient porter, au jeu près, après fermeture, contre l'extrémité latérale 71 de la paroi 65. La référence lOA représente deux variantes de réalisation des moyens aérodynamiques selon l'invention placée à l'extrémité inférieure de la coquille 1. La paroi interne de la daemi-coquille 1A est chanfreinée à environ 45 , d'une part, tandis qu'une collerette 52 est fixée en extrémité, sur la paroi extérieure de la coquille 1 d'autre part. Les caractéristiques de cette collerette seront précisées ci-après. La référence lOB montre une variante de réalisation des parois de la coquille 1 permettant d'améliorer encore la protection gazeuse. Les demi-coquilles, telles que lB, sont entourées, sensiblement de la base du canal annulaire 8 à l'extrémité inférieure de la demi-coquille, par une gaine 70, disposée coaxialement avec les demi-coquilles, de manière à ménager un espace 71 qui coamunique avec le canal annulaire 8 d'amenée de gaz ou chambre de répartition du gaz. (Cette amenée de gaz pourrait être différente si l'on voulait créer une gaine gazeuse de nature différente). Dans cette variante de réalisation, il est également possible de supprimer la paroi lB au droit de la paroi 90. De cette manière, un flux de gaz sera engendré par les perforations 9, tandis qu'un second flux sera envoyé par la fente de sortie 71 du canal 8 dirigé vers le bas, pour entourer le jet à ce niveau. Les débits sont ajustés respectivement selon le diamètre des trous et la largeur de la fente. Cette gaine 70 comporte de préférence une collerette aérodynamique 52 à sa base. Le dispositif de protection étant conçu en particulier pour la coulée continue dans des lingotières de petites dimensions, il n'est pas possible, dans ce cas d'introduire l'extrémité inférieure de la coquille dans le mnétal compte tenu des dimensions respectives du jet, de la coquille et de l'ouverture de la lingotière. C'est pourquoi, il existe un jeu entre la partie inférieure de la coquille et l'ouverture de coulée, ce jeu permettant de plus la manoeuvre du dispositif en cours de coulée, si cela s'avère nécessaire. En position normale de fonctionnement, la coquille d'inertage 1 centrée sur le jet de coulée 2 est appuyée contre le fond du répartiteur 3, de façon quasi étanche, à l'aide de joint 4 en produit fibreux réfractaire ou métalloplastique, et/ou grâce à la' virole circulaire 5. Les deux demi-coquilles 1A et lB sont plaquées l'une contre l'autre et l'étanchéité entre elles est assurée par le joint en forme chicane 6 sur toute la longueur du dispositif. Deux arrivées de gaz 7A et 7B, de diamètre suffisant pour garantir une très faible vitesse d'alimentation en gaz de protection débouchent dans les chambres de répartition 8A et 8B. Le gaz ensuite s'écoule en régime laminaire au travers les trous 9 et gaine le jet de métal jusqu'à la partie inférieure de la coquille. Pour réduire, de façon significative, la dilution du gaz de protection avec l'air ambiant et permettre ainsi une protection efficace sur une plus grande longueur du jet de mnétal, des moyens aérodynamiques sont utilisés. Ils consistent essentiellement en un chanfreinage (ou un évasement) de la paroi intérieure et l'adjonction d'un déflecteur sur la paroi extérieure de la coquille 1. Le déflecteur, par ailleurs, entraîne une meilleure couverture de la partie supérieure de la lingotière assurant ainsi une plus grande efficacité de l'inertage. De plus, on peut adapter les dimensions et la forme du déflecteur aux différents formats des lingotières. Dans le cas d'une régulation de niveau par visée optique et/ou d'introduction d'addition par fil (Ai., par exemple), une échancrure peut être ménagée dans un angle de la lingotière. La figure 2 est un croquis en perspective représentant les demi-coquilles en position ouverte autour du jet de coulée schématisé par la référence 102. Le dispositif de protection selon l'invention carporte deux demicoquilles complémentaires 10lA et 101B, entourées à leur partie supérieure des chambres de répartition ccmplémentaires 108A et 108B de forme semi-annulaire, reliées respectivement à une alimentation en gaz non représentée sur la figure, et percées d'ouvertures 109 régulièrement réparties sur la surface des demi-coquilles correspondantes 10lA et 101B, de manière à permettre le passage du gaz de protection entre les demicoquilles 10lA et 1OlB et le jet de coulée 102. Les chambres de répartition 108A et 108B sont fernées à leurs extrémités. Chaque demi-coquille comporte à sa partie inférieure une demi-collerette 150A et 150B, complémentaires l'une de l'autre. La jonction entre les demi-coquilles d'une part et les demi-collerettes d'autre part se fait à l'aide des plans de jonctions 157 et 158 s'étendant respectivement de la base des chambres de répartition 108A et 108B jusqu'aux demi-collerettes 150A et 150B. Ces plans de jonction ont la forme d'un trapèze-rectangle si la coquille est cylindrique. (Mais cette coquille peut avoir également la forme d'un tronc de cône). Les plans de jonction 157 et 158 ont une épaisseur telle qu'ils chevauchent le plan de joint des deux demicoquilles formant ainsi une chicane comme décrit sur la figure 1. La demicollerette 150B est légèrement plus longue que la demi-circonférence de la demi-coquille 101B à sa base. Inversement, la demi-collerette 150 A est légèrement moins longue que 101A. Ainsi, la demi-collerette 150B déborde légèrement au-delà des plans de jonction 157 et 158 ce qui permet de prolonger le joint en chicane au niveau des demi-collerettes. Dans leur partie supérieure, la chambre de répartition comporte deux gorges annulaires 104 et 1040 pour loger un joint d'étanchéité avec la base du répartiteur. 25862 1 0 La figure 3 représente deux vues en coupe du dispositif de la figure 2, en position fermne. Sur la figure 3A (qui est une vue en coupe selon l'axe BB- figure 3B), les menes Eléments que ceux de la figure 2 portent les mrmes références. On remarquera particulièrement que les deux denmi-coquilles 101A et 1OIB portent sensiblement l'une sur l'autre en 160, 163, 260, 263, et délimitent respectivement des chicanes 161, 162 et 261, 262. - La figure 3B, qui est une coupe selon l'axe AA de la figure 3A porte les mâtes références que la figure 3A. La figure 4A schématise une première variante de réalisation de l'ensemble du dispositif selon l'invention, muni de ses moyens de commande. La coquille 1 corporte une charnière 31 permettant l'ouverture et la fermeture des demi-coquilles autour du jet de coulée (non représenté) dans l'ouverture 30 de la lingotière oscillante. La coquille 1 est reliée via 31 à un premier bras 32 qui pivote horizontalement sur un second bras 34 autour de l'articulation 33. (mouvement;)). le bras vertical 34 coulisse de bas en haut (mouvement () sous l'action du vérin , permettant de venir plaquer le dispositif 1 sur le répartiteur (non représenté). Auparavant, on aura refermé les demi-coquilles autour du jet de coulée (mouvement sur la figure). Dans cette variante, on peut fixer 35 à la table de coulée. Sur la variante de la figure 4B, les mânes éléments portent les mâmes références. Le vérin 35 est fixé sur le répartiteur de coulée 39 et est alimenté en air ccmprimé (pour les manoeuvres) via 37 et en gaz d'inertage (argon et/ou zote, et/ou anhydride carbonique) via 36. Le dispositif de protection est fixé sur un support formant conduite de gaz de protection et comportant une partie mobile permettant l'ouverture des coquilles, celui-ci peut être fixé sur la paroi de la poche ou du répartiteur ainsi que sur tout support solidaire de son berceau, à telle fin de pouvoir manoeuvrer le dispositif d'une façon solidaire de la poche ou du répartiteur; dans certains cas, il est possible de fixer cet ensemble sur la table de coulée. Le bras support est fixé sur un tourillon permettant l'échappement du dispositif de protection de jet par une rotation de celui-ci. 258621 l Une fois mis en place, un vérin en appui sur l'extrémité du bras applique le dispositif en demi-coquille sur le fond du répartiteur en exerçant une force d'accostage d'environ 50 deca Newton, pour assurer l'étanchéité dès que le vérin entre en action pour abaisser le dispositif, l'articulation d'ouverture est sollicitée automatiquement par un ressort qui a été tendu à la fermeture à l'aide d'un bras poussant maintenu en place par un dispositif à doigt ccmmandé par ressort. La figure 5 représente un exemple préféré de réalisation des moyens de commande du dispositif selon l'invention. Les deux demi-coquilles sont schématisées par les repères 401A et 401B en position ouverte correspondant à la position des moyens de commande représentés sur la figure. Ceux-ci comportent une partie principale 435 dont l'extrémité est coudée du cté de la demi-coquille 401B qui lui est fixée par une rotule 462. L'autre demi-coquille 401A est solidaire, par la rotule 461 d'une pluralité de bras articulés 489, dont l'extrémité 431 est coudée autour de la demi-coquille 401A, relié au bras 426 par l'articulation 428, lui- mume relié au bras 423, 421 se terminant par une manette de commaande 420. Le bras 423, 421 coulisse dans un guide cylindrique 422 ainsi que dans un guide cylindrique 424. Le ressort de rappel 432 fixé au bras 426 en 433 d'une part et au bras 435 en 434 d'autre part maintien les coquilles en position d'ouverture, la butée 425, solidaire du bras 423, 421 s'appuyant contre le guide cylindrique 424 pour limiter la course d'ouverture. Les guides 422 et 424 sont solidaires du bras 423, lui-mne fixé par son extrémité droite sur la figure, à un chariot 450 coulissant sur un rail 451 dans le sens de la flèche F. Une poignée de manoeuvre 437 est prévue pour commander la rotation du bras 435 autour de l'axe 0 perpendiculaire au plan de la figure. L'axe 436 permet une rotation du bras 435, de manière à engendrer le mouvement des coquilles de manière à leur faire traverser le plan de la figure. La mise en place du dispositif s'effectue commne suit: On amène les demicoquilles 401A et 401B à l'aplomb du jet de coulée, de part et d'autre de celui-ci, en faisant coulisser le chariot 450 sur le rail 451 et/ou par rotation autour de l'axe 0 à l'aide de la poignée de manoeuvre 437. La manette de commande 420 est poussée vers la gauche en direction de 422, provoquant la fermeture des demi-coquilles dans la position schématisée en pointillés. (un système de blocage la maintient dans cette position, déverrouillable manuellement). Enfin, on vient plaquer la coquille sous le répartiteur, par exemple à l'aide d'un vérin qui provoque la rotation du bras 435 autour de l'axe 436. Les demi-coquilles initialement, sous le plan de la figure, ont leur face supérieure qui passe au-dessus du plan de la figure. La référence 401AB représente les deux demi-coquilles fermées amenées dans cette position après rotation du bras 435 autour de l'axe 0 (perpendiculaire au plan de la figure), suivie d'une fermeture des demi-coquilles à l'aide de 420 (puis rotation de 435 autour de l'axe 436). Exemple d'application Dans le cas d'une coulée d'acier au Si - Mn, dont les billettes ont une section carrée de 105 mm de côté, la coquille utilisée pour la protection a un diamètre intérieur de 80 mm à la base, le débit d'azote est de 70 Nm3/h et la consommation spécifique ressort à environ Nm /tonne. Pour ces conditions de fonctionnement' et sans utilisation de ventilateur, inutile dans ce cas d'un bon inertage, les mesures des teneurs en oxygène sont les suivantes: - à l'intérieur de la coquille REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre l'oxydation et/ou la nitruration d'un jet (2) de m5tal liquide s'écoulant à partir de l'orifice de sortie d'une poche ou d'un répartiteur(3), comportant des moyens (lA, lB)pour entourer le jet de coulée (2) sensiblement sur toute sa hauteur et des moyens (8A, 8B) pour l'injection d'un gaz protecteur au moins autour du jet de coulée (2) de manière à minimiser le contact du métal fondu avec l'air ambiant, caractérisé en ce que les moyens pour entourer le jet de coulée sont constitués d'une part, par deux demi-coquilles canplgnentaires (1A, lB) et d'autre part, par des moyens d'articulation (31) desdites demi- coquilles permettant l'ouverture et la fermeture de celles-ci. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il coaiçorte des moyens de déflection aérodynamiques (51,52) placés près de la partie inférieure des demi-coquilles (1A, lB). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de déflection aérodynamiques (51, 52) carnportent une collerette (52) formnée de deux demi-collerettes, chacune solidaire d'une demi-coquille (1A, lB). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de d6flection (51, 52) corportent une partie chanfreinée (51) située à l'extrémité inférieure de la paroi interne de chaque demi-coquille (lA, lB) en direction d'une paroi externe. 5. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il coeporte une gaine concentrique (70) placée autour des demi-coquilles (LA, lB) et forngée de deux demi-gaines caplèmentaires, chacune étant solidaire de sa demi-coquille correspondante, l'espaoe (71) situé entre la gaine et les demi-coquilles étant relié à des moyens d'injection (8A, 8B)d'un gaz protecteur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plans de jonctions des deux demi-coquilles se recouvrent partiellement de manière à améliorer l'étanchéité de la coquille. 7. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il caTforte à sa partie supérieure au moins un joint annulaire (4) permettant d'assurer l'étanchéité entre la coquille (1A, lB) et le répartiteur de coulée (3) sous lequel elle doit être placée. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, destiné à être accouplé à un répartiteur de coulée (3) autour de l'orifice de coulée de celui-ci, caractérisé en ce qu'il coopère avec une virole circulaire (5), solidaire du répartiteur (3) et destinée à améliorer l'étanchéité au gaz de l'accouplement. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'articulation (31) des demi-coquilles sont constitués par une charnière. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'articulation (31) des demi-coquilles sont constitués par un ensemble de bras articulés (431, 435) permettant d'éloigner les demi-coquilles l'une de l'autre, lesdits bras articulés étant ccmmandés par des moyens de commande (421, 423, 426, 430, 432). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un bras mobile (435) qui lui est solidaire à une extrxéité (462) et relié à des moyens (436,450) pour plaquer ladite coquille (lA, lB)contre le répartiteur (3). 12. Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on sépare les demi-coquilles (lA, lB), on amèine les demi-coquiiles de part et d'autre du jet de coulée (2), on ferme les demi-coquilles (lA, lB), puis on plaque l'ensemble contre le répartiteur (3), autour de l'orifice de coulée.