Brevet FR2629102A1 — publié le 19890929

L'invention a pour objet un dispositif pour l'introduction d'un gaz de traitement dans du métal fondu contenu dans un creuset de fusion métallurgique, comportant une brique de balayage au gaz, en céramique réfractaire et un compartiment de répartition du gaz disposé à son extrémité inférieure avec une possibilité de raccordement d'un conduit d'alimentation en gaz. On connaît un dispositif de ce type, par exemple par le document DE-OS-35 03 222 et le document EP- 0242 155. Dans le casdudocument DE-OS-35.03 222, la brique de balayage est réalisée dans un matériau céramique réfractaire poreux, à travers lequel on ne peut faire passer que du gaz. La brique de balayage décrite dans le document EP- 0242 155 a certes une porosité orientée, mais elle n'est aussi prévue que pour le balayage au gaz. Le compartiment de répartition du gaz sert à uniformiser sa pression dans la brique de balayage. Or, on a besoin de traiter les bains métallurgiques non seulement avec des gaz, en particulier des gaz inertes comme l'argon, mais d'ajouter au métal en fusion des substances d'alliage ou des additifs sous forme solide. Font partie par exemple de ces produits d'alliage, SiMn ou CaSi, et des additifs comme la chaux pulvérisée ou des mélanges de chaux pulvérisée et de soude, mais aussi le carbure de calcium (CaC2) et la chaux azotée (CaCN2). On sait introduire ces substances d'alliage ou additifs sous forme d'un fil dans un bain métallurgique. Pour cela, le fil estconduit par un tube de guidage, à la surface du métal en fusion et introduit dans celui-ci, à travers la surface du bain. Il est important que les constituants du fil massif ou de remplissage soient totalement dissous, car ils deviennent sans effet dès qu'ils remontent à la surface du bain ou dans la couche de laitier qui flotte au-dessus de cette surface. C'est la raison pour laquelle les solutions connues présentent des inconvénients, car la répartition et la durée de réaction des additifs sont limitées. Le document DE OS-35 20 207 décrit une brique de balayage qui est destinée à injecter des gaz ou des matières solides dans une poche de coulée contenant du métal en fusion. La brique de balayage comporte un grand canal de passage, central, à travers lequel les gaz ou matières solides peuvent être insufflés. Le mode de réalisation décrit, avec un canal de passage particulièrement grand, ne peut toutefois pas être utilisé dans la pratique, car avec cette dimension du canal de passage, le métal fondu pénétrerait certainement dans la brique de balayage et détruirait le dispositif. Il faudrait en outre des quantités considérables de gaz, pour maintenir une pression de gaz à peu près constante, et même dans ce cas, on ne pourrait empêcher que le métal fondu pénètre dans la brique de balayage. L'invention a donc pour but de proposer un dispositif du type précité qui convienne non seulement au balayage au gaz, mais aussi à l'introduction d'additifs solides, en particulier de fils d'alliage et de remplissage, mais aussi de produits de désulfuration. Pour cela, le dispositif doit de préférence être conçu de manière qu'on puisse l'utiliser aussi exclusivement comme brique de balayage. L'invention a aussi pour but de conformer le dispositif de manière à améliorer la possibilité de doser les additifs dans le bain de métal, et d'améliorer aussi leur réactivité et leur répartition. L'invention se fonde sur l'observation qu'en principe, les dispositifs du type précité permettent aussi, outre de procéder à un balayage au gaz, d'introduire des substances d'alliage ou des additifs solides, lorsqu'ils sont convenablement modifiés. En particulier, avec un dispositif comportant une brique de balayage au gaz à porosité orientée, le matériau réfractaire de la matrice compris entre les différents canaux, peut être utilisé pour former un canal de passage à travers lequel on introduira par exemple un fil d'alliage dans le métal en fusion. Si ce canal part du compartiment de répartition du gaz, il est en même temps traversé par le gaz. Dans la zone de la brique de balayage, il ne peut donc se former de dépôts du fil fondu, et le métalen fusion ne peut pénétrer dans une fente formée entre le 'fil et le tube d'alimentation. L'invention a pour but un dispositif du type précité, dans lequel le compartiment de distribution du gaz présente une ouverture, à partir de laquelle un canal de passage tubulaire, dirigé vers le haut, traverse la brique de balayage jusqu'à sa face frontale supérieure, tournée vers le bain de métal, et une autre ouverture est prévue dans le compartiment de répartition du gaz, par-laquelle un fil d'alliage ou fil de remplissage, ou un tube peut être introduit dans le compartiment de répartition et le canal de passage. Il est particulièrement avantageux dans ce cas que la zone de l'ouverture par laquelle le fil ou le tube est introduit dans le compartiment de répartition du gaz, soit étanche au gaz. Pour cela, l'homme du métier dispose de différents moyens de construction. Un mode de alisation particulièrement avantageux consiste à prévoir une étanchéité par presse-étoupe, en particulier lorsque celle-ci est placée directement au-dessous de l'ouverture correspondante du compartiment de distribution du gaz, car alors, elle peut être actionnée de l'extérieur. Outre les avantages déjà cités, ce dispositif est caractérisé en particulier en ce que le fil n'est engagé que dans la partie du bain qui est de toute façon la plus fortement agite par le traitement au gaz inerte de la brique de balayage. Grâce à 11 agitation du bain, les produits en réaction peuvent être répartis de manière particulièrement homogène. Enfin, on est assuré que les substances d'alliage se répartiront sur la totalité de la hauteur du bain en fusion, et qu'ainsi leur efficacité sera optimisée. Le dispositif peut encore être perfectionné par différents moyens de construction. Il est proposé de conformer la zone entourant l'ouverture d'introduction du fil, dans la section supérieure du compartiment de répartition du gaz, vers la brique de balayage, en forme de cône, dans le sens d'arrivée du fil. En particulier, avec une nouvelle bobine de fil, on garantit ainsi que le fil est directement introduit dans le canal de passage, sans se coincer. Le canal de passage peut être soit simplement percé, soit être constitué d'un tube d'acier ou de céramique réfractaire qui est ensuite de préférence scellé au mortier dans le matériau de matrice convenablement percé dans la brique d'injection. Comme nuance d'acier, on peut utiliser par exemple un alliag du type X5. 6 CuNi 18/9. Le tube céramique peut être par exemple en oxyde d'aluminium ou en dioxyde de zirconium. Il peut être fabriqué sous la forme d'une pièce obtenue par compression isostatique. Comme il a déjà été dit auparavant, le diamètre du tube est de préférence un peu plus grand que celui du fil à introduire; on a des dimensions optimales lorsque le diamètre intérieur du tube a environ 1 ou 2 mm de plus que le diamètre du fil. Bien que le dispositif puisse être équipé de tout type de bricue de balayage (balayeurs à joints, balayeurs à porosité orientée, balayeurs à porosité non orientée), on préfère toutefois une brique de balayage à porosité orientée, car le tube d'introduction du fil peut alors être placé entre les différents canaux de la brique de balayage. De préférence, le canal de passage est placé au milieu et les canaux d'arrivée du gaz sont uniformément répartis autour du canal de passage; l'effet de balayage et la répartition du fil d'alliage fondu est ainsi favorablement influencé. Si un autre tube est disposé coulissant, mais sans jeu dans le canal de passage ou dans le tube fixe, le canal de passage ou le tube peut aussi être utilisé pour injecter des matières solides pulvérulentes; dans ce cas, le tube ressort de préférence à la partie inférieure du compartiment de répartition du gaz. Par des 'conduits de raccordement convenables,les additifs pulvérulents peuvent être injectés à travers le tube, de préférence avec un courant de gaz inerte, de la même manière que décrit pour le passage d'un fil d'alliage. En faisant coulisser le tube, on peut compenser des dépôts de substances fondues dans la zone de contact avec le métal en fusion. Entre les différentes charges, on 6 2 62629102 peut brider d'autres portions de tube à l'extrémité inférieure du tube introduit en dernier, ou les fixer par exemple par vissage, par l'intermédiaire de sections correspondantes filetées, de sorte que l'on peut introduire un tube pratiquement "sans fin". Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après plus en détail en référence au dessin annexé. La figure unique est une coupe très schématisée d'un dispositif suivant l'invention. Sur la figure, la référence 10 désigne une brique de balayage au gaz, qui comporte une collection de fins canaux 12 d'un diamètre d'environ 1 mm. On voit au total quatre canaux 12. Les canaux repo- sent dans une matrice réfractaire étanche qui est constituée d'un matériau céramique, dans ce cas à base de corindon d'une teneur en A1203 supérieure à 97 % en poids. Mais, on peut aussi utiliser d'autres types de réfractaires connus. La brique de balayage 10 repose sur un caisson métallique 14 qui renferme un compartiment de répartition du gaz 16. Le caisson métallique 14 a une section transversale circulaire et sa paroi périphérique 18 déborde vers le haut une couverture 20. On forme ainsi un volume 21 dans lequel est placée la brique de balayage 10. Dans la couverture 20 sont pratiquées des ouvertures 22 qui correspondent par leur nombre, leurs dimensions et leur emplacement aux canaux 12, de manière que les ouvertures 22 se trouvent dans le prolongement des canaux 12 et assurent une liaison entre les canaux 12 et le compartiment de répartition du gaz 16. Outre les ouvertures 22, le caisson métallique 14 présente dans sa couverture 20 une autre ouverture 24 centrale de section transversale 26 2 9 1 0 2 ronde. L'ouverture 24 est plus grande que les ouvertures 22. Au-dessus de l'ouverture 24, un canal de passage 26 dont la section transversale correspond à peu près à l'ouverture 24, traverse la brique de balayage 10. Sur son pourtour, le canal de passage 26 est limité par un tube 28 céramique réfractaire, étanche, en dioxyde de zirconium, qui estinrrpédans le matériau de matrice de la brique de balayage 10. Le tube 28 se termine directement sur la face supérieure de la couverture 20, tandis qu'une portion de tube 30, évasée vers le bas en forme de cône, est soudée dans l'ouverture 24, de telle sorte qu'elle se trouve pratiquement dans le prolongement du tube 28, et pénètre dans le compartiment de répartition du gaz 16. Face à l'ouverture 24, une autre ouverture 34 est ménagée dans le fond 32 du caisson métallique 14, et une étanchéité par "presse- étoupe" 36 est prévue au-dessous de l'ouverture 34. L'étanchéité par presse- étoupe 36 est constituée d'un corps de presse- étoupe" 38 qui est vissé contre une bride de presse- étoupe' 40, par des sections de tige filetée 42 correspondantes, ce qui a pour effet de comprimer entre les deux éléments 38, 40, un matériau d'étanchéité placé dans le volume de garniture 44. On Ctientainsi l'étanchéité souhaitée. Comme le montre la figur e, 1 a bride 40 es t soudé e sur la face inférieure du fond 32 du caisson métallique 14. La figure montre encore que l' étanchéité par 'presse- étoupe" entoure un canal de passage 46. Outre l'ouverture 34, une troisième ouverture 48 est pratiquée dans le fond 32 du caisson métallique 14. A partir de celle-ci, un tube daL'eatian en gaz 50 s'étend vers le bas. Avant de décrire en détail le fonctionnement du dispositif, il faut encore signaler que le dispositif ou la brique de balayage au gaz 10, est placé de manière connue, dans la brique perforée, au fond d'un creuset de fusion métallurgique. Pour la mise en service; du gaz, en particulier un gaz inerte, comme l'argon, est injecté par le tube d'alimentation en 50, dans le compartiment de répartition du gaz 16, d'o il est envoyé, par les canaux 12, dans le métal en fusion, par la brique de balayage 10. Auparavant, un fil d'alliage 52 a été introduit dans le tube 28, au travers du presseétoupe, du compartiment de répartition du gaz 16,de laportion de tube 30. Du gaz parvient aussi dans l'interstioe annulaire compris entre le fil 52 et le tube 28, par l'intermédiaire du compartiment de répartition du gaz 16. Pendant que le fil est poussé vers le haut et qu'il est fondu par le métal en fusion, lorsqu'il atteint la face frontale de la brique de balayage 10, il est constamment balayé par un courant de gaz inerte, ce qui empêche des dépôts de fil fondu dans la zone de la brique de balayage, ainsi qu'une infiltrationdu métal en fusion, dans cet interstice, entre le fil 52 et le tube 28. Suivant la proportion d'éléments d'alliage qui doivent être apportés, -on poursuit l'introduction du fil pendant une durée-déterminée, tout en maintenant in- changé le balayage par les canaux 12. On empêche le gaz de s'échapper par l'ouverture 34 en choisissant comme diamètre du canal de passage 46 dans la zone de l'étanchéité par le presse-étoupe 36, un diamètre égal à celui du diamètre extérieur du fil, et en ce que par ailleurs, le dispositif d'étanchéité par presse-étoupe assure une étanchéité supplémentaire. Cette disposition permet d'enfiler le fil à partir du bas, ce qui est particulièrement simple et À5 commode. On peut aussi, sans problèmes, interrompre l'alimentation en fil, car dans le canal de passage 28, est toujours maintenue une certaine pression de gaz qui empêche une infiltration de métal fondu ou une fusion du fil. Tandis que la portion de tube 30 évasée vers le bas, facilite l'enfilage initial du fil 52, le dispositif peut aussi être utilisé exclusivement pour le balayage au gaz. A cet effet, on introduit de manière fixe, de préférence un bouchon cylindrique étanche, réalisé dans un matériau céramique réfractaire, tel que de l'oxyde d'aluminium, au moins dans la section supérieure 28' du tube 28. Le tube 28 est ainsi fermé, tandis que du gaz peut continuer de s'écouler dans le métal en fusion, par les canaux 12. Les canaux 12 étant disposés autour du tube 28, cndotb ue:répartition particulièrement favorable des particules fondues d'alliage dans le bain de métal, lorsqu'un fil le traversé. Mais d'autres dispositions des canaux 12 par rapport au tube 28 sont naturellement possibles, suivant le domaine d'application. Au lieu du fil 52, on peut aussi introduire un tube dans le canal de passage, de la même manière que pour le fil 52. A travers ce tube coulissant, on peut surtout introduire des substances pulvérulentes, en particulier en même temps qu'un courant de gaz inerte (par exemple de l'argon) à travers le tube, par des conduits de raccordement correspondants. Ce tube présente de préférence un filtrage à son extrémité ressortant vers le bas du dispositif d'étanchéité 36, ce qui permet de fixer un autre tube, présentant un filetage terminal correspondant besoin, on peut ainsi pratiquement pousser le tube vers le haut (à travers le canal de passage 28), si des coupures par fusion dans la zone de la face frontale 54 rendent cette opération nécessaire. Un autre tube est raccordé de préférence entre les différentes charges, pour - cela on interrompt l'alimentation en gaz/substances solides, on enlève les raccords du premier tube pour les placer sur le tube suivant. Ce mode de réalisation présente par ailleurs les mêmes avantages que ceux cités à propos de l'introduction du fil. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'introduction d'un gaz de traitement dans du métal fondu contenu dans un creuset de fusion métallurgique, comportant une brique de balayage au gaz (10), en céramique réfractaire et un compartiment de répartition du gaz (16) disposé à son extrémité inférieure avec une possibilité-de raccordement d'un conduit d'alimentationen gaz (50), caractérisé en ce que le compartiment de répartition du gaz (16) comporte une ouverture (24), à partir de laquelle un canal de passage (26) tubulaire, dirigé vers le haut, traverse la brique de balayage (10) jusqu'à sa face frontale supérieure, tournée vers le bain de métal, et en ce qu'une autre ouverture (34) est prévue dans le compartiment de répartition du gaz (16), par laquelle un fil d'alliage ou fil de remplissage (52), ou un tube peut être introduit dans le compartiment de répartition (16) et le canal de passage (26). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la zone de l'ouverture (34) par laquelle le fil (52) ou le tube est introduit dans le compartiment de répartition du gaz, est rendu étanche au gaz. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel une étranchéité par presse-étoupe (36) est prévue dans la zone de l'ouverture (34). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'étanchéité par presse-étoupe (36) est placée directement au-dessous de l'ouverture (34). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la zone entourant l'ouverture (24) se rétrécit dans le sens d'arrivée du fil (52). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , dans lequel le canal de passage (26) est constitué d'un tube d'acier ou de céramique (28) inséré dans le matériau de matrice de la brique de balayage (10). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le tube (28) ou une portion de tube (30) séparée pénètre vers le bas dans le compartiment de répartition du gaz (16), pour s'y évaser en forme de cône. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le diamètre intérieur du canal de passage (26) ou du tube (28) est un peu plus grand ou aussi grand que le diamètre extérieur du fil (52) ou du tube qui le traverse. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le diamètre intérieur du canal de passage (26) ou du tube (28) a un ou deux millimètres de plus que le diamètre extérieur du fil (52). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la brique de balayage (10) est une brique à porosité orientée. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel les canaux (12) sont approximativement uniformément répartis autour du canal de passage ou du tube (28). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel la section (28') supérieure du canal de passage ou du tube (28) peut être fermée par un bouchon céramique réfractaire, étanche.