Brevet FR2635030A1 — publié le 19900209

La présente invention a pour objet des organes de coulée et plus particulièrement des busettes de protection de jet, notamment pour les opérations de coulée continue. Lors des opérations de coulée, on utilise des busettes pour conduire le flot de métal liquide. Ces busettes, surtout dans le cas des systèmes à coulée continue, sont souvent associées à des systèmes de fermeture à tiroir, notamment lorsque ces busettes servent de tube de protection de jet par exemple pour l'alimentation des moules. Ces systèmes à tiroir peuvent soit servir de sécurité pour interrompre le jet en cas de défaillance du système de régulation principale, généralement réalisé au moyen d'une quenouille ; soit dans d'autres cas, lorsque ce système à tiroir auquel est associée la busette jouer le rôle de régulation principale, auquel cas les busettes du type ci-dessus sont beaucoup plus sollicitées. Si l'on se réfère à la figure 1 qui montre selon les techniques couramment utilisées les différentes positions d'un dispositif associant une busette de protection de jet à un système à tiroir, les deux autres plaques formant tiroir, dans la figure 1-A qui montre le système à tiroir complètement ouvert, l'orifice de la plaque médiane 5 est situé exactement dans l'axe de l'ouverture formée par la plaque supérieure 1, la plaque inférieure 2. 1 associée à la busette 2.2. Les figures 1-B et 1-C montrent le mme dispositif avec les mmes références respectivement en position fermée ou partiellement ouverte. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2 qui détaille dans une vue en coupe la réalisation selon l'art antérieur d'une busette pour protection de jet, cette figure montre une plaque en céramique 2.1, une partie de protection de jet 2.2 réalisée en général en alumine graphitée éventuellement renforcée au niveau de la poudre de couverture et un support métallique 2.3, les deux parties de la pièce 2.1 et 2.2 sont rendues solidaires, d'une part, par le support 2. 3, et d'autre part, par le ciment 2.4 dont on s'est servi pour luter les deux pièces ensembles. Ce type de dispositif présente de très nombreux inconvénients. En effet, les deux parties 2.1 et 2.2 sont réalisées dans des matériaux si différents que leur réaction aux chocs thermiques provoque la fissuration des pièces elles-mmes, la fragilisation du ciment. Cette fragilisation du ciment, compte tenu du concept de la pièce, conduit notamment à deux phénomènes néfastes, d'une part des fuites de métal le long des fissures et les zones de ciment altérées, le métal en fusion peut de cette manière abimer le bâti métallique 2.3, notament au point de soudure indiqué-par un S sur la figure 2. D'autre part, les fissures peuvent également lors de la coulée entraîner la succion d'air qui oxydant le métal en fusion peut en modifier de manière substantielle la nuance et la composition ou/et provoquer des destructions significatives du corps réfractaire constituant la busette de protection de jet. La très grande différence de coefficient de dilatation thermique entre les métaux et les réfractaires aggrave la fragilité d'une telle pièce par le travail qu'elle fait subir à la matière située au voisinage du bâti métallique 2.3. C'est pourquoi, un des buts de la présente invention est de fournir un organe de coulée présentant une surface sensiblement plane résistante au frottement sur laquelle est susceptible de glisser une partie sensiblement plane d'une autre pièce de coulée, organe qui sc-' suffisam- ment homogène pour résister aux chocs thermiques. Un autre but de la présente invention est de fournir un organe du type précédent qui évite les problèmes de"destruction"de bâti métallique. Un autre but de la présente invention est de fournir un organe du type précédent qui évite l'oxydation du métal en fusion pendant le transit de ce dernier, dans l'organe de coulée. Ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints au moyen d'un organe du type tube de coulée présentant une surface sensiblement plane, sur laquelle une autre pièce de coulée est susceptible de glisser, caractérisé par le fait qu'il est réalisé d'une seule pièce. Une des explications au fait qu'il n'existât pas d'organe de coulée de ce type avant les recherches ayant mené à la présente invention pourrait tre l'ignorance dans laquelle était l'homme de métier d'un procédé susceptible de conduire à l'organe recherché. Un des aspects plus suprenants est d'avoir montré que-les produits obtenus selon des techniques de pressage isostatique ou de coulage avaient des caractéristiques mécaniques susceptibles de convenir à l'emploi d'une pièce subissant une érosion par un frottement dans les conditions de coulée (par frottement des pièces entre elles ou par un jet métallique sur l'organe). Avantageusement, cet organe de coulée est obtenu par une technique choisie dans le groupe constitué par les techiques de pressage isostatique et par les techniques de coulée. Le fait d'indiquer que ladite surface plane doit pouvoir supporter le glissement d'une autre pièce signifie que sa résistance mécanique devra tre suffisante pour supporter plusieurs mouvements de ladite autre pièce. Avantageusement, les matières dont est constitué ledit organe de coulée ne doivent pas avoir d'écart de coefficient de dilatation aux températures d'usage supérieures à 5. 10'("C"). De préférence, le coefficient de dilatation ne doit pas dépasser 10* sur le corps de busette. De préférence, l'organe est réalisé à partir de matériau choisi dans le groupe constitué par des matériaux réfractaires choisis dans le groupe constitué par l'alumine, la magnésie, la zircone, la silice, la chaux, l'oxyde de chrome, les nitrures, le graphite, leurs mélanges et leurs dérivés par réduction totale ou partielle, par exemple pour donner des salons.. La charge est éventuellement complétée par l'addition de composés connus de l'homme de métier et qui engendrent le réseau de liaisons céramique chimique ou carbonée qui est décrit ci-après. La cohésion du matériau constitutif de l'organe est obtenue par la création de liaisons carbonée ou par frittage en atmosphère contrôlée. On préfère les liaisons carbonées qui sont créées par transformation thermique de composés avantageusement cokéfiables et/ou du type polymère ou brai de houille ou de pétrole. Par atmosphère contrôlée, il faut comprendre une atmosphère non défavorable, voire favorisant la création des liaisons spécifiées ci-dessus ; ainsi, on choisit de préférence une atmosphère réductrice pour la création de liaisons carbonée et oxydantes pour le frittage des oxydes. La résistance à l'abrasion par frottement est déterminée par les matériaux utilisés et la conception de la pièce dépend de l'usage que l'on attend de l'organe de coulée. Lorsque l'organe de coulée fait partie d'un ensemble de sécurité, et donc lorsqu'il n'est pas beaucoup sollicité, la résistance à l'abrasion peut tre relativement faible ce qui permet l'utilisation d'un organe de coulée à la fois d'une seule pièce et d'une composition homogène. En revanche, lorsque l'organe de coulée est souvent sollicité, la résistance à l'abrasion doit tre meilleure et il est alors opportun de réaliser une fraction de la partie supérieure dudit organe en matière réfractaire ayant une bonne résistanceà l'abrasion par frottement dans les conditions de coulée, par exemple à la température de métal fondu. Cette fraction de la partie supérieure correspond à la partie centrale de la surface plane et aux premières zones avec lesquelles le métal en fusion entre en contact avec l'organe de coulée. Ces zones et la partie centrale correspondent à l'érosion maximum causée par le cisaillement du jet. La mise en forme de la portion résistant à l'abrasion et du reste de l'organe peut tre réalisée simultanément et dans le mme moule. La disposition de la fraction plus résistante à l'abrasion est de préférence réalisée de manière que la jonction entre ladite fraction et le reste de la pièce ne débouche que sur la partie plane dudit organe et dans le conduit de la busette. Ladite fraction peut simplement tre constituée par un renforcement superficiel d'une épaisseur comprise entre G, 5 et 5 cm des zones de frottement et les zones entrant en premier en contact avec le métal en fusion. L'organe monobloc selon l'invention peut également tre réalisée en plusieurs temps, ladite fraction étant réalisée séparément du reste de I'organe et étant réunie sous forme d'insert au dit organe. La cohésion entre ledit insert et le reste de 1'organe peut tre réalisée lors de la cuisson par création de liaisons de type carboné ou hors de la cuisson par toute liaison habituellement employée pour réaliser ce type de jonction. Quoique les liaisons carbonées soient préférables, la présente invention peut également tre mise en oeuvre par création de liaisons chimiques, céramiques, nitrures.... Le concept présidant à la réalisation des organes de coulée selon la présente invention est particulièrement bien adaptée au cas-où celui-ci est une busette dont la partie supérieure joue le rôle d'une plaque coulissante ou fixe dans une vanne à tiroir de répartiteur. L'autre partie de la busette correspondant avantageusement à une protection du jet de métal d'alliage ou d'acier (pour en préserver la nuance) du répartiteur au moule de coulée. Dans le cas spécifique de ces busettes ou répartiteurs de coulée, on se référera aux figures 3 à 6 qui montrent à l'homme de métier les problèmes particuliers et les caractéristiques qui visent à les résoudre, ainsi que certaines mises en oeuvre préférées et adaptées à différents types d'application de la présente invention. -La figure 3 qui est une vue en coupe, montre une busette selon la présente invention ou la fraction 3.1 est réalisée en matière plus résistante à l'abrasion, cependant que la fraction 3.2 correspond au matériau utilisé habituellement pour les busettes de ce type. Un ciment 3.4 assure le lien avec le bâti 3.3. -La figure 4 est une vue en perspective avec arrachement et représente la mise en oeuvre dans laquelle la busette est réalisée en un seul matériau, -La figure 5 est une vue en perspective avec arrachement et montre le cas ou la fraction plus résistante à l'abrasion 5.1 est distincte du reste de la pièce et est réalisée séparément et constitue un insert. -La figure 6 est une vue en perspective avec arrachement et correspond à une application dans des conditions sévères et/ou la surface de glissement dans sa totalité est réalisée durant la mme étape de fabrication que le corps de la busette, cette technique pouvant tre obtenue avantageusement par les techniques de pressage isostatique ou par les techniques de coulée. -La figure 7 représente une vue en coupe d'une busette réalisée selon le processus décrit dans l'exemple ci-après. Cette busette est du type de celle de la figure 6 et les mmes références que pour cette figure ont été reprises. Dans toutes les réalisations des figures 3 à 5, il convient de souligner que comme cela est conforme selon le mode préféré de présente invention, la partie résistant à l'abrasion est totalement entourée par le reste de la pièce en sorte que il ne peut y avoir ni sortie de métal, ni entrée d'air qui serait susceptible d'altérer la composition de l'alliage en cours de coulée. La jonction entre la fraction résistant à l'abrasion et le reste de la busette débouche ainsi soit à l'intérieur du conduit de la busette, soit à la surface supérieure de la partie plane de la busette. En d'autres termes, aucun des joints n'est débouchant à la périphérie de la pièce, mais sont circonscrits à l'intérieur du tube de protection ou la surface plane de glissement. Si l'on se réfère maintenant à la figure 6, on remarque que la fraction résistant à l'abrasion 6.1 recouvre simplement la partie plane supérieure d'une busette 6.2 réalisée en un seul produit comme dans la figure 4. Plus spécifiquement, la mise en oeuvre de la figure 4 correspond à une utilisation dans des conditions peu sévères en ce qui concerne l'érosion par cisaillement du jet. En conséquence, il n'y a pas de zones durcies à la surface supérieure de glissement. La figure 5, qui correspond au cas de l'insert, peut tre utilisée soit en cas d'usure abrasive dans la zone de l'ouverture de la busette, soit lorsque des aciers agressifs sont coulés, en sorte qu'une qualité spéciale d'insert est requise. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication desdits organes. Selon ce procédé, l'organe de coulée est mis en forme en totalité ou en deux fractions en utilisant soit une technique de coulée, soit de préférence une technique de pressage isostatique. Selon les techniques utilisées pour le pressage isostatique, les organes sont ensuite soumis à un chauffage en atmosphère réductrice de manière à fritter en créant des liaisons carbonées en présence de composés ou de dérivés graphiteux présents initialement dans l'organe après mise en forme. Selon les autres techniques, les moyens de réaliser les liaisons seront adaptés aux connaissances de l'homme de l'art. La présente invention permet d'obtenir des dispositifs de coulée continue et plus particulièrement des dispositifs d'alimentation de moule qui ont une durée de vie et des performances supérieures à ceux qui étaient connus précédemment. Enfin, les organes de coulée selon la présente invention permettent une excellente association des busettes et des systèmes à tiroir, pour réguler le débit d'une coulée. L'exemple non limitatif qui suit permettra à l'homme de métier de mieux comprendre l'intért de la présente invention. Exemple de pièce avec son procédé de fabrication Le présent exemple doit tre avantageusement lu en se référant à la figure 7 qui est une vue en coupe d'une busette réalisée selon la technique décrite ci-après. -Le mélange A référencé Mix A sur la figure 7, est caractérisé par une tenue excellente à l'érosion mécanique permettant le glissement sur toute autre surface réfractaire dans les conditions d'utilisation à haute température. Sa teneur en carbone est cependant suffisante pour lui donner une résistance au choc thermique permettant son utilisation sans risque à ce niveau. -Le mélange B référencé Mix B sur la figure 7, est caractérisé par une tenue excellente à l'érosion et à la corrosion par l'acier-ainsi qu'une résistance supérieure au choc thermique. -Le mélange C référencé Mix C sur la figure 7, est spécialement caractérisé par sa tenue excellente en matière de corrosion par la poudre de couverture utilisée dans le moule de coulée pour protéger l'acier de la réoxydation. Composition chimique A B C A1203 41-43 % 50-55 % 0-2 ~ Si02 7-9 % 13-17 % 7-10 % ~C 8-10 % 30-35 96 13-15 % Zr 2 3 0-1 % 65-72 % Autres0-3 % 0-2 % 0-4 % Le moule de pressage est constitue intérieurement par un mandrin en acier usiné aux formes internes de la pièce, l'extérieur étant constitué d'une enveloppe en matière déformable, résistant au déchirement à pression élevée. Il est fermé aux deux extrémités par deux plaques d'acier. Les mélanges sont introduits dans le moule de pressage au moyen d'entonnoirs spécialement calibrés pour mettre les mélanges exactement aux endroits où leur pression sont requises. La cuisson sera effectuée sous atmosphère contrôlée et réductrice à une température suffisante au développement de la liaison carbonée (généralement comprise entre 800 et I400 C). L'extérieur de la pièce est alors usiné à la forme finale. REVENDICATIONS 1. Organe de coulée du type tube de coulée servant de protection de jet entre le répartiteur et le moule de coulée continue, présentant une surface sensiblement plane, sur laquelle une autre pièce de coulée est susceptible de glisser, caractérisé par le fait qu'il est réalisé d'une seule pièce. 2. Organe de coulée selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par une technique choisie dans le groupe constitué par les techniques de pressage isostatiques et par les techniques de coulée. 3. Organe selon les revendications 1 et 2 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il est réalisé à partir de matériaux choisis dans le groupe constitué par des matériaux réfractaires choisis dans le groupe constitué par l'alumine, la magnésie, la zircone, la silice, la chaux, l'oxyde de chrome, le graphite, les nitrures leurs mélanges et-leurs dérivés par réduction et par le fait que la cohésion du matériau peut tre obtenue par la création de liaisons carbonées, par frittage en présence de composés ou de dérivés graphiteux en atmosphère réductrice. 4. Organe selon les revendications 1 et 2 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il est réalisé à partir de matériaux choisis dans le groupe constitué par des matériaux réfractaires choisis dans le groupe constitué par l'alumine, la magnésie, la zircone, la silice, la chaux, l'oxyde de chrome, le graphite, les nitrures leurs mélanges et leurs dérivés par réduction et par le fait que la cohésion du matériau peut tre obtenue par céramisation au cours d'un frittage naturel. 5. Organe de coulée selon les revendications 1 à 4 prises séparément, caractérisé par le fait qu'une fraction (3.1) de la partie supérieure dudit organe est réalisée en matière réfractaire ayant une bonne résistance à l'abrasion par frottement. 6. Organe selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite fraction (3.1) correspond aux zones planes du tube de protection de jet qui sont susceptibles d'entrer en contact avec le métal fondu. 7. Organe selon les revendications 5 et 6 prises séparément, caractérisé par le fait que ladite fraction est réalisée simultanément avec le reste de l'organe (3.2) par pressage isostatique suivi d'une cuisson. 8. Organe selon les revendications 5 et 6 prises séparément, caractérisé par le fait que ladite fraction est réalisée simultanément avec le reste de l'organe (3.2) par coulage suivi d'une cuisson. 9. Organe selon les revendications 5 et 6 prises séparément, caractérisé par le fait que ladite fraction est réalisée séparément et forme un insert (5. 1) dans le reste de la partie de l'organe (5. 2). 10. Organe selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la cohésion entre ladite fraction et le reste de l'organe est assurée lors de la cuisson par des liaisons de type carboné. 11. Organe selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la cohésion entre ladite fraction et le reste de l'organe est assurée par des liaisons céramiques, chimiques ou hydrauliques. 12. Organe selon les revendications 9 et 11 prises séparément, caractérisé par le fait qu'aucun des joints n'est débouchant à la périphérie de la pièce, mais sont circonscrits à l'intérieur du tube de protection ou la surface plane de glissement. 13. Procédé de fabrication des organes selon les revendications 1 3 à 5 à 7,9 et 10 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape de mise en forme par pressage isostatique suivie d'une opération de cuisson en atmosphère contrôlée. 14. Procédé de fabrication des organes selon les revendications 1, 2,4,8,11,12 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape de mise en forme par coulage suivi d'une opération de cuisson en atmosphère oxydante.