Brevet FR2607738A3 — publié le 19880610

FR 2607738 A3 19880610 FR 8616940 A 19861203 Dispositif pour l'alimentation en métal en fusion des lingotières de coulée continue L'invention concerne un dispositif pour l'alimentation en métal en fusion de lingotières de coulée continue. Les dispositifs de ce type comportent généralement un bac répartiteur alimenté en métal liquide par la poche de coulée. Ce répartiteur est placé au-dessus de la lingotière et comporte dans sa partie basse une busette d'alimentation dite immergée car elle débouche sous la surface du métal coulé en lingotière en assurant ainsi un écoulement du métal liquide du répartiteur dans celle-ci. Des moyens d'obturation des busettes appelés quenouilles sont disposés à l'intérieur du répartiteur et permettent d'obstruer plus ou moins l'orifice des busettes pour limiter le débit de métal liquide.On peut ainsi en agissant sur ces quenouilles régler l'écoulement du métal en fonction de la vitesse d'avancée du produit coulé dans la lingotière et en aval de celle-ci dans la zone de refroidissement. L'utilisation des dispositifs selon l'art antérieur et tel que décrit ci-dessus présente plusieurs inconvénients, en particulier dans la coulée d'ébauches minces. Du fait de la position du répartiteur au-dessus de la lingotière, la pression du métal liquide au-dessus des busettes provoque un écoulement rapide à travers celles-ci. Le métal sort en jets des busettes. Ces jets provoquent des vagues à la surface libre du métal dans la lingotière, et peuvent induire des refusions locales dans les zones de convection, c'est-à-dire que le métal liquide des jets peut refondre localement la peau du produit, déjà solidifiée au contact de la lingotière. Ces refusions entrainent des irrégularités d'épaisseur solidifiée, et donc un produit non homogène, avec des risques d'apparition de criques lors du refroidissement. Pour réduire ces risques et améliorer la qualité du produit, certains dispositifs comportent des systèmes de freins électromagnétiques, c'est-à-dire des dispositifs qui permettent de ralentir les jets de métal issus des orifices des busettes par induction magnétique. Cependant, ces systèmes influent sur le débit et peuvent limiter la vitesse de coulée. De plus, dans le cas de la coulée continue d'ébauches minces, les irrégulairtés d'épaisseur solidifiée sont beaucoup moins tolérables que pour des produits plus épais. Ceci provient du fait que la lingotière assure, dans ce cas, une fraction importante de la solidification totale, ou même la totalité. En conséquence, les défauts créés au niveau de la lingotière se répercutent intégralement dans le produit fini. Pour parer aux inconvénients induits par le jet issu des busettes, il serait donc nécessaire d'augmenter la section de celles-ci pour pouvoir réduire la vitesse du flux de métal d'alimentation. On se heurte alors à des problèmes de limitation de taille des busettes dûs à la faible épaisseur du produit dans lequel doit plonger l'extrémité inférieure de la busette. De plus, les sorties latérales de ces busettes, prévues dans le cas de la coulée de produits à format allongé pour alimenter les bords latéraux de lalingotière, produisent un mouvement transversal du métal liquide à sa surface et créent des courants de convection inévitables. L'utilisation de busettes plus allongées pour alimenter directement les bords entrainerait des problèmes de régulation du débit par la quenouille, dus à l'impossibilité d'un réglage précis de la position de la quenouille pour obtenir une section d'écoulement constante, et donc un débit constant, sur toute la section du produit. De plus, le réglage de la section d'écoulement entre l'orifice de la busette et la quenouille est rendu malaisé du fait que la quenouille plonge dans le métal liquide et que la section de passage ne peut pas être directement contrôlée. Le but de l'invention est de résoudre ces différents problèmes et de proposer un dispositif permettant d'obtenir un produit fini présentant le moins possible de défauts, principalement dans le cas de produits minces. Pour atteindre ce but, l'invention propose un dispositif permettant d'obtenir une coulée régulière, avec un débit élevé, et cependant sans générer les défauts dus aux jets induits par les systèmes de l'art antérieur. A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif pour l'alimentation en métal liquide d'une lingotière de coulée continue, à l'aide d'une busette immergée, caractérisé en ce que le répartiteur est placé à côté de la lingotière de façon que le niveau supérieur du métal liquide qu'il contient puisse être maintenu légèrement au-dessus du niveau du métal coulé dans la lingotière, en ce qu'un siphon surmonte le répartiteur et la lingotière, le col dudit siphon passant au-dessus d'une paroi de la lingotière et séparant une branche amont qui débouche à l'intérieur du répartiteur en-dessous du niveau du métal liquide et une branche aval qui est pourvue de la ou des busette(s) d'alimentation, et en ce que le siphon comporte à sa partie supérieure un orifice relié à des moyens d'aspiration. Un autre objet de l'invention est un procédé d'alimentation de lingotière mettant en oeuvre le dispo sitif ci-dessus, ce procédé étant caractérisé en ce l'on remplit le répartiteur de métal en fusion de façon que le niveau de la surface du métal liquide soit au-dessus de l'extrémité de la branche aval du siphon qui débouche dans ledit répartiteur, on bouche l'orifice de la ou des busettes par un système d'obturation, on amorce le siphon en créant un vide partiel par aspiration dans sa partie haute jusqu'à ce que le métal liquide parvienne au-dessus des busettes, on débouche l'orifice des busettes pour que le métal liquide s'écoule dans celles-ci et alimente la lingotière et on poursuit la coulée en réglant le niveau du métal dans le répartiteur de façon que celui-ci soit légèrement supérieur au niveau du métal liquide dans la lingotière. Le dispositif et le procédé objets de la présente invention présentent l'avantage d'éviter les jets de métal liquide à la sortie des busettes, ceci étant dû au fait que la pression régnant dans le métal liquide à l'intérieur des busettes et à leurs extrémités inférieures est sensiblement égale à la pression à la surface du métal dans le répartiteur, c'est-à-dire généralement à la pression atmosphérique, et donc à la pression régnant à la surface du métal liquide coulé dans la lingotière. Du fait de l'équivalence des pressions en bas de la busette et à la surface du métal dans la lingotière, il ne se crée pas de turbulences dans celle-ci et l'intensité des courants de convection est fortement limitée. On évite ainsi les disparités d'épaisseur solidifiée dans la lingotière et les risques de criques inhérents aux dispositifs et procédés de l'art antérieur. Parallèlement, on observe que les vitesses de passage du métal liquide dans les busettes peuvent, à débit constant, être considérablement réduites par augmentation de la section interne desdites busettes, dans la limite des contraintes géométriques induites par les dimensions de la section du produitfabriqué. Corollairement, le débit de coulée peut être augmenté et la productivité de l'installation de coulée continue améliorée, tout en fournissant un produit de meilleure qualité. De plus, des variations de débit du métal coulé en lingotière pouvant être induites par les variations de niveau du métal liquide dans le répartiteur, il est aisé de régler avec précision ce débit. En fait, on règle pratiquement le niveau de métal dans la lingotière par le contrôle du niveau dans le répartiteur, les deux niveaux étant sensiblement identiques. Pratiquement, le niveau du métal dans la lingo tière est légèrement inférieur à celui dans le répartiteur, ceci étant dû aux pertes de charge dans le siphon. Il est en conséquence intéressant de réduire les pertes de charge en augmentant, autant que possible, la section du siphon et particulièrement celle de la branche aval, côté répartiteur. Un avantage particulièrement important obtenu grace au système de maintien du niveau dans la lingotière relaté ci-dessus est que ce réglage est grandement facilité et peut être très précis puisqu'il résulte du réglage du niveau dans le répartiteur et que, celui-ci pouvant avoir une surface relativement importante, des variations dans le débit d'alimentation du répartiteur par la poche de coulée n'auront que peu d'influence sur le niveau dans celui-ci. Comparativement aux procédés connus, dans lesquels le débit, et donc le niveau dans la lingotière, est réglé de manière peu précise au moyen des quenouilles d'obturation des busettes, l'invention apporte une grande régularité dans le maintien du niveau en lingotière et donc une constance dans les caractéristiques internes du produit final car le refroidissement effectué en lingotière est uniforme sur toutes les sections du produit. Pour maintenir le siphon amorcé, on continuera de préférence la pompage ou l'aspiration à faible puissance en partie haute du siphon pendant toute la coulée pour maintenir le vide partiel qui y est créé et compenser les éventuelles entrés d'air et surtout les dégazages du métal. Un avantage supplémentaire du procédé selon l'invention est que, bien qu'on maintiendra de préférence la dépression sensiblement constante, des variations de celle-ci n'ont pas d'influence sur les niveaux ou débits de métal en lingotière. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'une réalisation particulière de l'invention. On se référera à l'unique figure annexee, qui représente schématiquement un dispositif d'alimentation d'une installation de coulée continue entre cylindres, ce procédé étant surtout adapté à la coulée de produits minces pour lesquels l'invention est particulièrement avantageuse. I1 est cependant précisé dès maintenant que l'invention peut s'appliquer aux autres types de coulee continue, par exemple en lingotière classique, ou entre bandes, et pour des produits de section quelconque. Le dessin de la figure représente la partie haute d'une installation de coulée continue, supportée par une superstructure 1. La "lingotière" est ici constituée, de façon connue, de deux cylindres 11,12 entrainés en rotation de sens contraire selon les flèches courbes représentées sur la figure. Ces cylindres sont maintenus dans les paliers de support 13,14 reliés de façon rigide ou non à la superstructure. Les cylindres constituent les deux faces larges de la lingotière et leur écartement est généralement sensiblement constant pendant la coulée. Les faces étroites de la lingotière sont constituées de manière connue par des plaques d'extrémité refroidies et dont la forme épouse la courbure des cylindres. La superstructure porte également le bac répartiteur 2 placé à côté et à hauteur des cylindres 11,12. Le bac répartiteur est alimenté en métal liquide 51 par une poche de coulée non représentée. Un siphon 3 est disposé au-dessus de l'installation et enjambe l'un des cylindres (11). Le siphon comporte une branche amont 32 de section importante qui débouche à sa partie inférieure dans le répartiteur 2 en dessous du niveau du métal liquide 51. Cette branche amont est disposée obliquement et débouche à sa partie supérieure dans une chambre 31 consituant la partie centrale du siphon et disposée au-dessus du cylindre 11. Le fond 33 de cette chambre est sensiblement horizontal et constitue le "col" du siphon, c' est-à-dire la zone la plus basse de la partie haute centrale du siphon, qui détermine le niveau minimum que doit atteindre le métal liquide dans le siphon pour pouvoir s'écouler dans la deuxième branche aval. La face supérieure du fond 33 de la chambre 31 est située à une hauteur sensiblement égale à 0,7 au-dessus du niveau du métal liquide dans le répartiteur. Le siphon comporte en sa partie supérieure, en haut de la chambre 31, un orifice 34 auquel sont raccordés des moyens d'aspiration, par exemple une pompe, non représentés, destinés à créer et à maintenir un vide partiel dans le siphon. La seconde branche, ou branche aval, du siphon est constituée par la busette 4, sensiblement verticale et dont l'extrémité supérieure débouche à la surface interne du fond 33 de la chambre 31. La branche aval 32, la chambre centrale 31 et la busette 4 comportent un revêtement interne réfractaire pour résister à la température du métal en fusion. Les longueurs de la branche aval 32 et de la busette 4 sont telles que l'extrémité inférieure de la branche aval 32 est, ainsi que décrit plus haut, à un niveau inférieur à celui du métal 51 contenu dans le répartiteur 2, et l'extrémité inférieure de la busette 4 est à un niveau inférieur à celui du métal dans la lingotière, c'est-à-dire que l'extrémité inférieur de la busette est immergée dans le métal liquide 6 coulé entre les cylindres 11,12. La busette représentée sur la figure a une section transversale de faible largeur, correspondant à la faible épaisseur du produit coulé. Par contre, la longueur de sa section transversale correspond de même pratiquement à la largeur du produit, qui peut être beaucoup plus importante que son épaisseur. De ce fait, la section de la busette est de forme oblongue pour s'adapter à l'espace disponible dans la partie haute de la lingotière, c'est-à-dire entre les cylindres 11,12 et couvrir au maximum la section du produit coulé. D'ailleurs, il est précisé dès maintenant que selon des réalisations particulières de l'invention, le siphon peut comporter plusieurs busettes disposées en parallèle, par exemple alignées parallèlement aux axes des cylindres, et alimentant différents points, régulièrement répartis dans la largeur du produit. Que la busette soit unique, ou qu'il y en ait plusieurs, leur section peut être circulaire, oblongue, ou autre, pour s'adapter à la section du produit coulé. Les diverses réalisations possibles sont un avantage particulier de l'invention en cé qui concerne la régularité de l'alimentation de la lingotière, qui était difficilement réalisable par les dispositifs connusqui nécessitaient une forme correspondante de la quenouille et auraient provoqué des problèmes de contrale de la section de passage et de régulation du débit. Il est précisé que pour la description qui vient d'être faite du dispositif d'alimentation de lingotière, on a considéré que l'installation de coulée continue était en cours de fonctionnement, et donc que le siphon était amorcé. On va maintenant décrire la suite des opérations nécessaires pour la mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention L'installation étant prête à fonctionner, on commence par obturer l'orifice de la busette 4 par un opercule métallique ce qui permettra par la suite de créer un vide partiel dans le siphon pour l'amorcer. On alimente également le répartiteur en métal liquide 51 provenant d'une poche de coulée, jusqu'à ce que le métal dépasse la partie inférieure de la branche amont 32 du siphon 3, et atteigne un niveau sensiblement égal à celui désiré dans la lingotière. On commence alors à pomper pour créer par aspiration un vide partiel dans le siphon. De ce faitle métal pénètre dans le siphon par sa branche amont 32 et son niveau monte jusqu'à dépasser le fond 33 de la chambre 31. A ce moment, le métal occupe toute la surface de la chambre 31 et donc atteint l'orifice supérieur de la busette 4. L'opercule métallique qui obturait la busette fond alors au contact du métal en fusion et celui-ci s'écoule par la busette dans la lingotière, entre les cylindres 11,12. Simultanément, on maintien le niveau dans le répartiteur à la hauteur désirée. Le métal 51 dans le répartiteur, et celui 6 coulé entre les cylindres communiquant par l'intermédiaire du siphon, le niveau dans la lingotière s'ajuste sur le niveau dans le répartiteur, légèrement en dessous toutefois lorsqu'il y a débit de métal à cause des pertes de charge dans le siphon. Comme la section interne des branches du siphon est prévue la plus grande possible, les pertes de charge sont faibles et en conséquence la différence de niveau est également faible. On remarquera qu'on obtient également un ajustement automatique du débit de métal en fusion dans la busette, en réponse à d'éventuelles modifications de la vitesse d'extraction, ceci bien sûr à condition de rester dans les limites fixées par le débit maximum admissible de la busette en fonction de la section de celle-ci. La dépression existant dans la partie haute du siphon est maintenue constante a une valeur d'environ 0,5bar (5.104Pa) pendant toute la durée de la coulée pour compenser les entrées d'air éventuelles et les dégazages inévitables du métal, et éviter le désamorçage du siphon. Cependant, des variations de la dépression n'ont aucune influence sur les niveaux ni sur le débit. Seul le niveau supérieur du métal dans le siphon pourra en être affecté, ce qui n'a aucune conséquence tant qu'il reste à une hauteur suffisante au-dessus du fond de la chambre 31. Pendant la coulée on règle facilement le niveau dans la lingotière en ajustant le niveau dans le répartiteur, ainsi que cela a été décrit précédemment, puisque le métal liquide dans la lingotière s'équilibre légèrement au-dessous du niveau dans le répartiteur. A cet effet, le répartiteur peut être pourvu de moyens de réglage de sa hauteur, tels que par exemple des pieds ajustables en hauteur (21). Un asservissement de la hauteur du répartiteur, supporté par exemple par des vérins hydrauliques, pourra être réalisé en fonction de la vitesse d'extraction, déterminée par un capteur mesurant la vitesse du produit en aval de la lingotière, pour régler la hauteur du métal liquide dans la lingotière à un niveau déterminé. Cet asservissement permet de compenser la variation du faible écart de hauteur entre niveau du métal dans la lingotière et niveau dans le répartiteur, en fonction du débit de métal en fusion. L'extrémité inférieure de la busette 4 doit bien sûr rester en permanence immergée dans le métal liquide 6 coulé entre les rouleaux 11,12. L'invention s'applique d'une manière générale à la coulée continue des métaux et notamment de l'acier, dans les procédés de coulée de produits minces ou il n'a a pas de mouvement relatif entre la paroi interne de la lingotière et la surface du produit coulé. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'alimentation en métal liquide d'une lingotière de coulée continue comportant un bac répartiteur (2) recevant le métal liquide et une ou plusieurs busettes d'alimentation (4) placées au-dessus de la lingotière (11,12) et assurant l'écoulement du métal du répartiteur dans celle-ci, l'extrémité inférieure desdites busettes étant immergée dans le métal coulé en lingotière, caractérisé en ce que le répartiteur (2) est placé à côté de la lingotière (11,12) de façon que le niveau du métal liquide (51) qu'il contient puisse être maintenu légèrement au-dessus du niveau du métal (6) coulé dans la lingotière (11,12), en ce qu'un siphon (3) surmonte le répartiteur et la lingotière, le col dudit siphon séparent une branche amont (32) qui débouche à l'intérieur du répartiteur en dessous du niveau du métal liquide (51) et une branche aval qui est pourvue de ladite ou desdites busette(s) d'alimentation (4), et en ce que le siphon (3) comporte à sa partie supérieure un orifice (34) relié à des moyens d'aspiration. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche (32) du siphon (3) qui débouche dans le répartiteur (2) a une section importante pour limiter les pertes de charge du métal liquide qui la traverse et en ce que l'autre branche est constituée de la ou des busette(s) (4). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et2, caractérisé en ce que la face supérieure du fond (33) du col du siphon (3), correspondant au niveau minimum d'amorçage, est située à environ 0,7m au-dessus du niveau du métal (51) dans le répartiteur (2). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le siphon (3) comporte plusieurs busettes (4) en parallèle alimentant différents points dans la largeur du produit. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le siphon (3) comporte une ou plusieurs busettes (4) dont la section a une forme oblongue pour s'adapter à l'espace disponible dans la partie haute de la lingotière (11,12) et couvrir au maximum la section du produit coulé (9). 6. Siphon pour le dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, étant observé dans sa position d'utilisation courante, une branche amont (32) de forte section et disposée obliquement dont l'extrémité supérieure débouche dans une chambre (31) constituant la partie centale du siphon (3), ladite chambre comportant, en haut, un orifice (34) sur lequel peuvent être raccordés des moyens d'aspiration, et en bas une ou des busette(s) (4) sensiblement verticale(s) formant la branche aval du siphon et dont l'extrémité supérieure débouche à la surface intérieure et sensiblement horizontale de la paroi inférieure (33) et de ladite chambre (31), et en ce que le siphon est constitué, ou tout au moins revêtu intérieurement, par un matériau réfractaire. 7. Procédé d'alimentation d'une lingotière de coulée continue mettant en oeuvre le dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on remplit le répartiteur (2) de métal liquide (51) de façon que le niveau de la surface du métal liquide soit au-dessus de l'extrémité de la branche aval (32) du siphon qui débouche dans ledit répartiteur, on bouche l'orifice de la ou des busettes (4) par un système d'obturation, on amorce le siphon en créant un vide partiel par aspiration dans sa partie haute (34) jusqu'à ce que le métal liquide parvienne au-dessus des busettes, on débouche l'orifice des busettes pour que le métal liquide s'écoule dans celles-ci et alimente la lingotière (11,12) et on poursuit la coulée en réglant le niveau du métal (51) dans le répartiteur (2) de façon que celui-ci soit légèrement supérieur au niveau du métal liquide (6) dans la lingotière. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système f'ObttzatioN est un opercule métallique, mis en place avant l'amorçage du siphon et en ce que les orifices des busettes (4) sont débouchés par fusion dudit opercule provoquée par l'arrivée du métal liquide au contact de celui-ci. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'on maintient le vide partiel par aspiration en partie haute (34) du siphon (3) pendant toute la durée de la coulée. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'on maintient le vide partiel à une valeur de dépression d'environ 0,5 bar (5.104 Pa). 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'on règle le niveau du métal liquide (51) dans le répartiteur (2) de façon que l'extrémité inférieure des busettes (4) soit légèrement en dessous du niveau du métal liquide (6) coulé dans la lingotière (11,12).