Brevet FR2627715A1 — publié le 19890901

La présente invention a pour objet une busette 'de coulée à ouverture assistée, elle porte également sur des poches de coulée équipées d'une telle busette et sur le moyen d'utilisation d'une telle busette. Dans l'industrie de la métallurgie -en voie ignée on transporte le métal fondu soit pour le traiter métallurgiquement comme par exemple dans la coulée continue, soit pour le conduire vers des opérations d'affinage, soit pour toute autre raison, au moyen de récipients appelés poches. Le transfert du métal liquide de la poche vers l'outil o le métal doit être traité, se fait soit par déversement, soit au moyen de trous de coulée le plus souvent équipés de busette. L'ouverture des trous de coulée est un problème général, souvent difficile à résoudre, surtout lorsque le métal est un métal ou un alliage à haut point de fusion, tel que le fer et les différents aciers dont le point de fusion est voisin de celui du fer. Le problème est d'autant plus aigu lorsque l'opération réalisée sur le métal liquide est une opération de métallurgie physique, c'est-à-dire dans laquelle il n'est plus possible de faire des additions pour remettre le métal ou l'alliage à la nuance voulue. En effet, lors de l'ouverture du trou de coulée, on est souvent contraint d'utiliser la technique de lances à oxygène qui permettent de fondre la croûte superficielle au moyen de la chaleur dégagée par la combustion de la lance au contact de l'oxygène. Cette injection d'oxygène peut modifier la composition de l'alliage ou du métal, elle est particu- lièrement gênante dans le cas de l'acier destiné à une coulée continue. Le problème qui vient d'être exposé est particulièrement important dans le cas des poches de coulée utilisées pour les systèmes de coulée continue dans la sidérurgie. L'invention qui sera exposée par la suite est également dirigée particulièrement vers la résolution de ce problème. C'est pour cette raison que dans la suite de la description, on ne se référera plus qu'au problème des poches de coulée continue dans- la sidérurgie. Cette application servira de paradigme à toutes les *autres applications. 2 6 2 7 7 1 5 Selon la technique la plus généralement utilisée, les poches de coulée continue sont équipées d'une busette disposée au fond de la poche et maintenues par un système réfractaire. Cette busette présente en son centre une ouverture cylindrique par ou s'écoule le métal fondu. Le système de fermeture de cette ouverture est en général du type à tiroir. En fonctionnement le tiroir étant fermé, on remplit l'ouverture de la busette par un sable en général formé de matière réfractaire, et on laisse déborder ce sable dans la partie supérieure de la busette et sur le fond de la poche à proximité de l'orifice de coulée. L'acier est alors versé dans la poche, et une croûte d'épaisseur variable se forme au fond de la poche de coulée et notamment au dessus de la couche de sable de la busette. Au moment de vider la poche, on ouvre le trou de coulée de la busette, le sable s'écoule et la pression hydrostatique de l'acier se trouvant dans la poche est suffisamment forte pour briser la croûte et provoquer l'écoulement. Toutefois, ceci n'est vrai qu'en principe et nombreux. sont les cas ou la croûte est trop solide pour qu'elle soit brisée par ladite pression hydrostatique. Il faut alors déboucher comme cela a été expliqué ci-dessus, au moyen de lances à oxygène avec le risque de perdre la production de la coulée correspondante continue. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir une busette qui permet d'éviter les bouchage intempestifs de la busette et les inconvénients qui en découlent, que ce soit au niveau de la nuance d'acier avec un possible déclassement de celui-ci et de la perte de temps et de productivité de l'ensemble de l'installation. Un autre but de la présente invention est de fournir un système d'ouverture assistée pour mettre en oeuvre la busette du type ci-dessus. Enfin, un autre but de la présente invention est de fournir un procédé d'ouverture assistée mettant en oeuvre la busette ci-dessus. Ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen de busette de coulée du type de celle utilisée pour les poches pour le transport de métal pour ouverture assistée, caractérisée par le fait qu'elle comporte une partie supérieure et une opartie inférieure, ladite partie supérieure étant au moins partiellement perméable au gaz, et un moyen d'amener un gaz à ladite partie supérieure. Ainsi, selon la présente invention, il a été démontré qu'il était possible de rompre la croûte formée lors du transport de l'acier en injectant un gaz inerte vis-à-vis du métal à une pression nettemment supérieure à celle de la pression hydrostatique du métal liquide. Un des rôles de la busette selon la présente invention est de permettre l'arrivée du gaz au voisinage de la croûte de sable et de métal du fond de la poche et ainsi de développer une force qui soit susceptible de briser cette croûte. Quoique l'on ne puisse exclure des moyens de faire arriver le gaz par un simple canal d'arrivée du gaz inerte à la surface supérieure de la busette, un des modes préférés de cette dernière consiste en une busette - formée d'une partie poreuse perméable au gaz, formant la partie supérieure de la busette, cependant que le reste est constitué par un matériau imperméable au gaz. De préférence, les matériaux poreux sont choisis dans le groupe constitué par l'alumine, la magnésie, le mélange alumine-chrome, la zircone, lezircon, la silice et tout réfractaire à liant carboné nitrure, céramique et chimique. Il va de soi que le matériau poreux est néces- sairement réfractaire et doit pouvoir supporter la. température du métal liquide à transporter. La manière de réaliser cette busette composite fait appel à des techniques connues, comme par exemple un frittage par pression. La busette peut être également réalisée d'un tel tenant ou être réalisée en plusieurs pièces que l'on cimente entre elles au moyen de liant adapté à ce type de réfractaire. La busette peut également être réalisée en éléments de réfractaire liés entre eux au moyen d'un liant céramique de carbone ou chimique. Cela vaut aussi bien pour les pièces de réfractaire poreux que pour les pièces de réfractaire plein. Les moyens d'amener du gaz à ladite partie supérieure peut être un canal d'une forme spéciale pour assurer une bonne répartition de l'amenée du gaz à la partie poreuse, et pour éviter au maximum une perte de charge lors du passage à travers cette dernière. Le moyen d'amener un gaz à la partie supérieure peut également être une chemise entourant la busette ou bien encore des tubulures. La perméabilité de la busette peut être également réalisée au moyen d'au moins un canal de préférence une pluralité, dont l'orifice supérieure débouche à la surface supérieure de ladite busette. De préférence, on choisira une pluralité de canaux ou des systèmes formant tubulures. La forme de ces canaux ou de ces tubulures est choisie dans le groupe constitué par des cylindres, des portions de cylindre et toute forme usuelle des tubulures. Enfin, la perméabilité de la busette peut être assurée simulta- nément par l'emploi d'un matériau poreux et par des réseaux d'un réseau de canaux dans sa partie supérieure. Lorqu'un matériau poreux est choisi, le diamètre moyen de ses pores est de préférence inférieur à 100 micromètres avantageusement de 1 à 10 micromètres (un chiffre significatif); lorsqu'on utilise des tubulures, leur diamètre est de préférence ihférieur à I mm. Il avait déjà été proposé d'utiliser des busettes poreuses, mais il s'agissait dans ce cas de busettes totalement poreuses dont le but était d'assurer l'injection d'un courant faible d'argon pendant la coulée, pour éviter l'accumulation de l'alumine dans le trou de coulée. Contrairement à cet état de la technique selon la présente invention, la busette n'est perméable que dans sa partie supérieure. Il n'est pas possible d'utiliser une busette complètement perméable, car une telle busette favorise le refroidissement et la prise en masse dans le trou de coulée avec comme corollaire une ouverture encore pire que la normale. C'est pourquoi, la partie inférieure, de préférence au moins la moitié inférieure, de la busette doit être en matériau imperméable au gaz. Des exemples de réalisation de busette sont représentés à la figure 1. La figure la représente une 'busette avec un trou de coulée axiale référencée 1, une partie perméable au matériau poreux référencée 2, des moyens d'amenée de gaz 3a et 3b. La figure lb représente une busette du même type que précédemment avec les mêmes références ou les moyens d'amenée du gaz 3 sont constitués par une chemise entourant la busette. La partie imperméable étant référencée 4. La figure lc représente également une busette selon l'invention, dans laquelle il n'y a pas de partie poreuse 2, mais une partie imperméable, rendue perméable par un système d'amenée des gaz 3 qui se prolonge jusqu'à la surface supérieure de la busette. Ces moyens d'amenée de gaz étant bien entendu réalisés en matériau réfractaires. La figure ld représente une busette réalisée en deux parties une partie poreuse référencée 2 comme dans les dessins précédents et une partie non poreuse référencée 4. Les deux parties étant cimentées entre elles par un liant réfractaire 40. Les moyens d'amenée du gaz ne sont pas représentés sur cette figure. Un autre but de la présente invention est un système de coulée à ouverture assistée et une poche équipée de ce système comportant au moins une busette, un système de fixation de la busette et un système de tiroirs pour l'ouverture de la busette. Un tel système de coulée est représenté à la figure 2. Dans cette figure, les éléments de la busette sont référencés comme dans le dessin précédent: le fond de la poche 6, un système à tiroirs comportant une partie fixe 7 dans l'utilisation qui est décrite, une partie mobile 8, avec un trou de coulée 9 et une pièce guidant le jet 10. Dans ce système d'ouverture à tiroirs en marche normale, le trou 9 est mis par translation de la partie mobile 8 en face de l'ouverture 1, provoquant l'écoulement du sable de remplissage de l'ouverture I puis la rupture de la croûte d'acier et de sable. Selon l'invention, avant de mettre le trou 9 en face de l'ouverture 1, on injecte par l'intermédiaire des moyens 3, un gaz inerte, tel que l'argon, les gaz rares, des mélanges non réactifs vis-à-vis du métal à transporter (cf. technique CLU) dans la partie perméable de la busette à une pression suffisante pour rompre le croûte. Il est possible de faire monter la pression jusqu'au moment o l'on détecte à la surface du bain de métal fondu un dégagement de gaz inerte ou une diminution de la contre-pression dans la busette. Cette injection d'un gaz inerte présente l'avantage de brasser le bain métallique au voisinage du trou de coulée et donc de le réchauffer, ce qui facilite la coulée. La pression du gaz inerte est déterminée cas par cas, on peut toutefois indiquer qu'une pression supérieure à deux fois la pression hydrostatique du bain métallique est souvent nécessaire. En général toutefois, la pression différentielle (par rapport à la pression hydrostatique du bain de métal), nécessaire est environ égale à de une à cinq fois ladite pression hydrostatique soit par rapport à la pression atmosphérique 2 à 6 fois ladite pression hydrostatique. 2627'T15 REVENDICATIONS 1. Busette de coulée du type de celle utilisée pour les poches pour le transport de métal pour ouverture assistée, caractérisée par le fait qu'elle comporte une partie supérieure et une partie inférieure, ladite partie supérieure étant au moins partiellement perméable au gaz, et un moyen d'amener un gaz à ladite partie supérieure. 2. Busette selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite partie supérieure est constituée par un matériau poreux. 3. Busette selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ce matériau perméable est choisi dans le groupe constitué par l'alumine, la magnésie, le mélange alumine-chrome, la zircone, le zircon, la silicie et tout réfractaire à liant carboné nitrure, céramique et chimique. 4. Busette selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite partie supérieure est rendue perméable par au moins un canal dont l'orifice supérieur débouche sur la surface supérieure de ladite busette. 5. Busette selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le canal présente une forme choisie dans le groupe constitué par des cylindres, des portions cylindriques et toute forme usuelle des tubulures. 6. Système de coulée à ouverture assistée, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une busette selon les revendications 1 à 5, un système de fixation de la busette et un systèmine de tiroirs pour l'ouverture de la busette. 7. Poche pour le transport de métal liquide, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'un système selon la revendication 6. 8. Procédé d'ouverture assistée d'une busette de coulée selon les revendications I à 6, caractérisé par le fait qu'avant d'avoir fait fonctionner le système d'ouverture, on injecte au travers de la partie supérieure de la busette un gaz inerte à une pression supérieure à la pression hydrostatique du métal fondu jusqu'au moment o l'on détecte l'arrivée des bulles à la surface dudit métal fondu ou une chute.de la pression résiduelle dans la partie poreuse de la busette. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la pression du gaz inerte est comprise entre deux et six fois la pression hydrostatique du bain métallique.