Brevet FR2628521A1 — publié le 19890915

Inhibiteur d'écoulement du laitier métallurgique. L'invention se rapporte à un inhibiteur d'écoulement du laitier et plus particulièrement, à un inhibiteur d'écoulement du laitier destiné à inhiber l'écoulement du laitier d'un bain métallique fondu à travers le trou de coulée d'un récipient métallurgique. De nombreux processus qui comportent la formation d'un métal fondu, tel que l'acier, se- traduisent par la formation d'une couche de laitier qui flotte audessus du métal fondu. I1 est important d'empêcher le laitier de souiller le métal fondu lorsqu'on vide le métal fondu du récipient métallurgique. Un procédé pour décharger le contenu d'un tel récipient métallurgique consiste à faire couler le contenu du récipient métallurgique à travers un trou de coulée pratiqué dans le récipient métallurgique. Pour éviter que le laitier ne souille le métal fondu, on doit arrêter l'écoulement du métal fondu du récipient métallur- gique avant que le laitier ne coule par le trou de coulée. En général, le laitier commence à s'écouler à travers le trou de coulée avant que tout le métal fondu n'ait été déchargé du récipient métallurgique, ceci en raison de la formation d'un tourbillon dans la région du trou de coulée, ce qui amène le laitier à se mélanger au métal fondu.Etant donné que le mélange du métal fondu et du laitier commence avant que tout le métal fondu n'ait été déchargé du récipient métallurgique, l'écoulement du métal fondu à travers le trou de coulée doit être interrompu avant que l'on ait récupéré la totalité du métal fondu contenu dans le récipient métallurgique. Etant donné qu'il est fréquemment difficiie pour un opérateur de déterminer exactement le moment où l'écoulement du laitier du récipient métallurgique est imminent, on a développé différents types d'inhibiteurs d'écoulement du laitier qui arrêtent partiellement l'écoulement du métal fondu hors du récipient métallurgique vers la fin de la coulée et qui, par ce moyen, modifient le type d'écoulement à la sortie du récipient métallurgique, soit en ralentissant simplement l'écoulement, comme dans le brevet des E.U.A n04 601 415, soit en amenant l'écoulement à s'évaser, comme dans les brevets des E.U.A n04 462 574, 4 494 734 et 4 709 903.Lorsqu'il se produit une modification de l'écoulement du métal fondu, l'opérateur peut arrêter le déchargement du métal fondu du récipient métallurgique. I1 existe égale- ment des inhibiteurs d'écoulement du laitier de forme sphérique qui bouchent entièrement le trou de coulée. L'utilisation de tels inhibiteurs d'écoulement du laitier contribue certes à empêcher que le métal fondu déchargé ne soit contaminé par le laitier, mais -une certaine quantité de métal fondu reste dans le récipient métallurgique, avec le laitier. On a développé des inhibiteurs d'écoulement du laitier sous diverses formes. On connait des inhibiteurs d'écoulement du laitier de forme sphérique, ainsi que des inhibiteurs d'écoulement du laitier présentant la forme d'un polyédre (brevet des E.U.A n04 462 574), d'un polygone à section décroissante et à pointe lestée (brevet des E.U.A n04 601 415) et d'un cône modifié (brevets des E.U.A n04 494 734 et 4 709 903). Le brevet des E.U.A n04 526 349 décrit l'utilisation d'un disque annulaire, de préférence combiné à un bouchon sphérique séparé, et qui vient se poser autour du trou de coulée lorsque le métal fondu s'écoule du récipient métallurgique. Le disque a un diamètre supérieur à celui du trou de coulée et à celui du tourbillon qu'on s'attend à trouver dans la région du trou de coulée. La force du tourbillon attire le bouchon dan-s le trou de coulée à travers le disque mais la présence du disque au niveau du trou de coulée résiste à la force du tourbillon et retarde ce processus.De cette façon, la quantité de métal fondu qui peut être récupérée à la sortie du récipient métallurgique avant que ce métal ne soit souillé nar le laitier et avant que le trou de coulée ne soit sensiblement bouché par le bouchon, est plus grande que celle qu'on récupérerait autrement. Un but de la présente invention est de réaliser un inhibiteur d'écoulement du laitier qui permette d'améliorer l'écoulement du métal fondu à travers le trou de coulée du récipient métallurgique après que l'inhibiteur d'écoulement du laitier a été mis en position sur le trou de coulée mais avant que le métal fondu déchargé ne soit souillé par le laitier. L'inhibiteur d'écoulement du laitier selon llin- vention inhibe l'écoulement du laitier d'un bain de métal fondu à travers le trou de coulée d'un récipient métallurgique et comprend un corps creux possédant une coque extérieure qui définit une chambre intérieure. La coque présente une pluralité de passages qui sont espacés sensiblement uniformément sur le tour de la coque et qui traversent la coque, pour aller de la surface de le corps jusqu'à la chambre. La coque est formée d'un matière réfractaire stable à la chaleur qui possède un poids spécifique supérieur à celui du laitier et inférieur à celui du métal fondu du bain -de métal fondu, de sorte que l'inhibitèur d'écoulement du laitier flotte à l'interface entre le métal fondu et le laitier. L'inhibiteur d'écoulement du laitier bouche sensiblement le trou de coulée du récipient métallurgique lorsqu'on coule le métal fondu de ce récipient, de sorte que, lorsque l'inhibiteur d'écoulement du laitier se trouve en position sur le trou de coulée, le métal fondu peut s'écouler à travers les passages et la chambre de l'inhibiteur d'écoulement du laitier pour se décharger du récipient métallurgique à travers le t.rou de coulée avant qu'une quantité notable de laitier ne puisse passer par le trou de coulée. D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront clairement de l'examen des dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue en plan de l'inhibiteur d'écoulement du laitier selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe passant par le centre de l'inhibiteur d'écoulement du laitier de la figure 1, prise selon la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe d'un récipient métallurgique montrant l'inhibiteur d'écoulement du laitier de la figure 1 flottant à l'interface du métal fondu et du laitier d'un bain de métal fondu la figure 4 est une vue en coupe agrandie de la région du trou de coulée d'un récipient métallurgique, qui montre l'inhibiteur d'écoulement du laitier de la figure 1 en position sur le trou de coulée la figure 5 est une vue en perspective d'une deuxième forme de réalisation de l'inhibiteur d'écoulement du laitier selon l'invention la figure 6' est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation de l'inhibiteur d'écoulement du laitier selon l'invention ; et la figure 7 est une vue en perspective d'une quatrième forme de réalisation de l'inhibiteur d'écoulement du laitier selon l'invention. L'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 de la présente invention.inhibe ltécoulement du laitier 3 du bain de métal fondu 5 qui contient du laitier 3 et du métal fondu 7, par exemple de l'acier, à travers le trou de coulée 9 d'un récipient métallurgique 11 (figures 3 et 4). Tel qu'il est représenté, le récipient métallurgi que 11 est une poche mais il est facile de comprendre que l'invention peut être utilisée avec de nombreux autres types de récipients, tels qu'un four BOF. L'inhibiteur d'écoulement du laitier I est un corps creux 13 (figures 1 et 2) ayant une coque extérieure 15 qui définit une chambre intérieure 17. La périphérie extérieure de la coque 15 est plus grande que le diamètre d'un trou de coulée 9, de sorte que l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 bouche sensiblement le trou de coulée 9 lorsque l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est nosé sur le trou de coulée 9. La largeur de l'inibiteur d'écoulement du laitier 1 est de préférence à peu près le double du diamètre du trou de coulée 9. En général, un trou de coulée 9 possède un diamètre d'entre environ 0,1 m et environ 0,25 m. t'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 a donc de préférence une largeur d'entre environ 0,2 m et environ 0,5 m .L'épaisseur de la coque 15 du coros creux 13 est de préférence d'entre environ 0,05 et environ 0,08 m. La coque 15 présente une pluralité de passages 19 qui sont espacés sensiblement uniformément sur le tour de la coque 15 et qui traversent la coque 15, de la surface externe 21 de la coque 15 à la chambre 17. La dimension et le nombre à adopter pour les passages 19 varient en fonction de la dimension de la chambre et du diamètre du trou de coulée 9. tes passages 19 devraient être aussi grands que possible sans être suffisamment rapprochés, à l'endroit où ils atteignent la surface interne 29 de la coque 15, pour comPromettre la solidité de la coque 15. Les passages 19 sont de préférence espacés d'au moins environ 12,7 mm sur la surface interne de la coque 15.En outre, les passages 19 sont de préférence espacés sensiblement uniformément sur le tour de la coque 15 et sont suffisamment rapprochés les uns des autres sur la surface externe 21 de la coque 15 pour que, lorsque l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est appuyé sur le trou de coulée 9 (fiqure 4), au moins un passage 19 débouche dans le trou de coulée 9. La dimension de la section des passages 19 devrait être sensiblement la même pour tous les passages, bien que la dimension des sections puisse varier quelque peu pour assurer un espacement uniforme des passages 19. Dans des conditions idéales, l'équivalent d'au moins deux passages 19 débouche dans le trou de coulée 9. Il est donc facile de comprendre que la dimension préférée et le nombre préféré de passages 19 formés à travers le corps creux 13 pour une coque 15 particulière peuvent être facilement calculés.Les passages 19 peuventrevêtir une grande diversité de formes. Les passages 19 sont de préférence cylindriques. La coque 15 du corps creux 13 est formée d'une matière réfractaire stable à la chaleur, de préférence, d'une matière réfractaire pouvant être moulée par coulée. Les matières réfractaires appropriées qui peuvent être utilisées pour former l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 selon l'invention comprennent des mélanges de ciment réfractaire, de minerai de fer, de grenaille d'acier et d'eau. La matière réfractaire possède un poids spécifique qui est supérieur à celui du laitier 3 du bain de métal fondu 5 et inférieur à celui du métal fondu 7. Généralement, le métal fondu 7 possède un Doids soncifique d'environ 8 a/cm3, et le laitier 3 possède un poids spécifique d'entre environ 2, 5 et environ 2, 8 a/cm3. La matière réfractaire possède donc de oréférence un poids spécifique supérieur à environ 2,5 g/cm3 et inférieur à environ 8 q/cm3. TJn moyen d'obtenir le poids spécifique désiré pour la matière réfractaire consiste à régler la concentration de la grenaille d'acier dans la matière réfractaire. L'inhibiteur d'écoulement du lai tier 1 flotte donc à l'interface 23 entre le métal fondu 7 et le laitier 3 et ne gêne pas la sortie du métal fondu 7 contenu dans le bain de métal fondu 5 jusqu'≈un instant proche de la fin de la coulée, et où la sortie du laitier 3 avec le métal fondu 7 est imminente.La densité de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est de préférence telle qu'environ 40% de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 se trouve dans le laitier 3 et que les 60% restants de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 se trouvent dans le métal fondu 7. L'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 peut être d'une grande diversité de formes et de dimensions. Des formes particulièrement bien appropriées pour l'inhibiteur d'écoulement du laitier qui sont numérotées 1, la, lb et lc respectivement comprennent une sphère 25 (figures 1 à 4), un polygone à section décroissante 25a présentant une pointe lestée 27 pour garantir la bonne orientation sur le trou de coulée 9 (figure 5), un polyedre 25b (figure 6) et un conte modifié 25c convenablement lesté pour assurer ici aussi la bonne orientation sur le trou de coulée 9 (figure 7). Le corps creux 13 de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est de préférence une sphère creuse 25. La sphère creuse oréEoroo 25 possède un diam- tre extérieur d'entre environ 0,25 m et environ 0,5 rn ou1 selon une réalisation encore préférée, d'environ 0,30 m, et un diamètre intérieur d'entre environ 0,15 m et environ 0,4064 m,u de façon encore préférée d'environ 0,2032 m. Ls sphère creuse 25 préférée a de préférence environ douze passages cylindriques 19 sensiblement uniformément esoacés, qui possèdent un diamètre de section d'environ 0,08 m. L'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 de la présente invention est de préférence placé dans le récipient métallurgique 11 qu'il s'agit de vider au moment où le tourbillon commence à se former au niveau du trou de coulée 9, généralement après écoulement des deux tiers du temps de la coulée ou au bout d'environ 4 minutes de coulée, afin de réduire l'usure et l'abrasion de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1. Le tourbillon attire l'inhibiteur du laitier 1 vers le trou de coulée 9 et tend à obliger le laitier 3 à se mélanger au métal fondu 7. La présence de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 dans le tourbillon empêche le laitier 3 d'être attiré vers le bas dans le tourbillon et de pénétrer dans le trou de coulée 9, et elle empêche ainsi le laitier 3 de se mélanger prématurément avec le métal fondu 7 et de souiller ce dernier.Finalement, le tourbillon attire l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 vers le trou de coulée de sorte qu'il se pose sur le trou de coulée 9 et ferme sensiblement le trou de coulée 9 (figure 4) du récipient métallurgique 11 pendant le versement du métal coulé 1 hors de ce récipient. Les passages 19 et la chambre 17 de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 se remplissent initialement de laitier parce que l'inhibiteur d'écoulement du laitier est introduit dans le bain de métal fondu 5 à travers le laitier 3. Bien que l'invention ne doive pas être considérée comme limitée par cette théorie, on estime que, lorsque l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est attiré dans le tourbillon, l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 se met à tourner et que la force centrifuge résultante fait sortir le laitier 3 de la chambre 17 à travers les passages latéraux 19 de l'inhibiteur 1. Lorsque la vitesse de rotation de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 se ralentit, la chambre 17 et les passages 19, qui sont ainsi vidés, se remplissent de métal fondu 7 et de laitier 3 aux niveaux qui sont représentés par les portions relatives de l'inhibiteur 1 qui sont respectivement contenues dans le métal fondu 7 et dans le lai tier 3 du bain de métal fondu 5. De cette façon, lorsque l'inhibiteur 1 est en place dans le trou de coulée 9, la portion de l'inhibiteur 1 contenue dans la portion laitier 3 du bain 5 se remplit de laitier 3. De même, le métal fondu 7 pénètre dans les passages 19 et dans la chambre 17 qui sont situés dans la portion métal fondu 7 du bain 5, et il s'écoule à travers le trou de coulée 9 en passant par les passages inférieurs 17, comme indiqué par les flèches sur les figures 2 et 4.Lorsque le niveau du métal fondu 7 descend dans le récipient 11, le laitier 3 remplace le métal fondu 7 dans les portions extrêmes supérieures des passages 19 et de la chambre 17 de l'inhibiteur 1. I1 convient de remarquer que, étant donné que l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 est plus grand que le trou de coulée 9, le nombre de passages 19 qui sont exposés au bain de métal fondu 5 est supérieur à celui des passages exposés au trou de coulée 9 lorsque l'inhibiteur est appuyé sur le trou d'écoulement 9. De cette façon, le métal fondu 7 s'accumule dans la chambre 17 et dans les passages 19 de l'inhibiteur 1, et en raison du fait que le poids spécifique du laitier 3 est inférieur à celui du métal fondu, la pression du laitier 3 à l'intérieur de la chambre 17 et des. passages supérieurs 19 n'est pas suffisante pour forcer aucune partie du laitier 3 à traverser le métal fondu 7 et les passages inférieurs 19 pour atteindre le trou de coulée 9.. De cette façon, le métal fondu 7 peut s'écouler à travers les passages 19 et à travers la chambre 17 de l'inhibiteur 1 pour sortir du récipient métallurgique 11 à travers le trou de coulée 9 avant qu'une notable quantité de laitier 3 ne puisse passer par le trou de coulée 9. L'utilisation de l'inhibiteur d'écoulement du laitier 1 selon l'invention permet une meilleure récupération du métal fondu 7 du récipient métallurgique 11, comparativement aux inhibiteurs d'écoulement du laitier dont on dispose actuellement. Une fraction importante du métal fondu 7 qui resterait bloqué dans le récipient métallurgique 11 dans le cas des inhibiteurs d'écoulement du laitier actuels peut s'écouler à travers les passages 19, la chambre 17 et le trou de coulée 9 de l'inhibiteur 1 selon l'invention pour se décharger du récipient métallurgique 11. REVENDICATIONS 1. Inhibiteur dlécoulement du laitier destiné à inhiber l'écoulement du laitier d'un bain de métal fondu à travers le trou de coulée d'un récipient métallurgique, caractérisé en ce qu'il comprend : un corps creux (13) possédant une coque extérieure tel5) qui définit une chambre intérieure (17), ladite coque (15) présentant une pluralité de passages (19) espacés sensiblement uniformément sur le tour de ladite coque (15) et traversant ladite coque, de la surface de cette coque jusqu'à ladite chambre (17), ladite coque (15) étant formée d'une matière réfractaire stable à la chaleur qui possède un poids spécifique supérieur à celui du laitier et inférieur à celui du métal dudit bain de métal fondu, de sorte que l'inhibiteur d'écoulement du laitier (1) flotte à l'interface entre le métal fondu et le laitier ; ledit inhibiteur d'écoulement du laitier étant adapté pour boucher sensiblement le trou de coulée (9) dudit récipient métallurgique (11) lorsqu'on coule ledit métal fondu (7) de ce récipient, de sorte que, lorsque ledit inhibiteur (1) se trouve en position sur ledit trou de coulée (9), ledit métal fondu (7) peut s'écouler à travers lesdits passages (19) et la chambre (17) de l'inhibiteur (1) pour se décharger dudit récipient métallurgique (11) à travers ledit trou de coulée (9) avant qu'une quantité notable du laitier (3) ne puisse passer par le trou de coulée (9). 2. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (13) est une sphère creuse. 3. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite sphère creuse possède un diamètre extérieur d'entre environ 0,25 m et environ 0,4 m. 4. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite sphère creuse possède un diamètre intérieur d'entre environ 0,15 m et environ 0,4 m. 5. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits passages (19) sont cylindriques. 6. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite coque (15) possède douze desdits passages (17), chaque tassage ayant un diamètre de section d'environ 0,08 m. 7. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (13) est un polygone creux à section décroissante et possédant une pointe lestée. 8. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (13) est un polyèdre creux. 9. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps creux (13) est un cône creux modifié. 10. Inhibiteur d'écoulement du laitier destiné à inhiber l'écoulement du laitier d'un bain de métal fondu à travers le trou de coulée (9) d'un récipient métallurgique (11), caractérisé en ce qu'il comprend : une sphère creuse possédant une coque extérieure (15) qui définit une chambre intérieure (17), ladite coque (15) présentant une pluralité de passages cylindriques (19) espacés sensiblement uniformément sur ladite coque, en traversant ladite coque de la surface (21) de cette coque ,usqu'à ladite chambre (17), ladite coque étant formée d'une matière réfractaire stable à la chaleur possédant un poids spécifique qui est supérieur à celui du laitier (3) et inférieur à celui du métal fondu (7) dudit bain de métal fondu (5), de sorte que ledit inhibiteur d'écou lement du laitier (1) flotte à l'interface entre le métal fondu et le laitier ; ledit inhibiteur d'écoulement du laitier étant adapté pour boucher sensiblement ledit trou de coulée (9) dudit récipient métallurgique (11) lorsqu'on coule ledit métal fondu (7) de ce récipient, de sorte que, lorsque ledit inhibiteur d'écoulement du laitier est en position sur ledit trou de coulée, ledit métal fondu peut s'écouler à travers lesdits passages (19) et ladite chambre (17) dudit inhibiteur (1) pour se décharger dudit récipient métallurgique à travers ledit trou de coulée avant qu'une notable quantité dudit laitier (3) ne puisse passer par ledit trou de coulée (9). 11. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite sphère creuse possède un diamètre extérieur d'entre environ 0,15 m et environ 0,5 m. 12. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite sphère creuse possède un diamètre intérieur d'entre environ 0,15 m et envircn 0,4 rn. 13. Inhibiteur d'écoulement du laitier selon -la revendication 10, caractérisé en ce que ladite sphèree creuse possède douze desdits passages (19), chacun desdits oassages possédant un diamètre de section d'environ 0,08 m.