Brevet FR2671102A1 — publié le 19920703

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de fluidification du laitier liquide se trouvant à la surface d'un bain de métal en fusion dans un récipient métallurgique, tel qu'une lingotière de coulée continue, dans le cas de coulée avec une poudre de couverture. Lors de la coulée, le métal liquide est surmonté d'une couche de laitier liquide issue de la fusion de la poudre de couverture qui est alimentée en continu dans la lingotière en cours de coulée. La poudre de couverture forme progressivement en s'échauffant une poudre frittée ou "laitier fritté", qui en approchant du métal liquide, fond pour former la couche de laitier liquide. Le laitier liquide s'étale au-dessus du ménisque et s'infiltre entre les parois de la lingotière et la peau du métal solidifié de façon à assurer une lubrification de ces parois ce qui favorise le glissement de ladite peau sur celle-ci. Mais, l'infiltration du laitier liquide est très irrégulière et aléatoire, si bien qu'il se crée des zones mortes, c'est à dire des zones sans film de laitier liquide et par conséquent une mauvaise lubrification des parois de la lingotière. La présente invention a pour but de favoriser l'étalement de la phase liquide de laitier sur le ménisque de métal en fusion de façon à régulariser et à assurer la présence d'un film liquide sur tout le pourtour de la lingotière pour améliorer la lubrification des parois de ladite lingotière. La présente invention a donc pour objet un procédé de fluidification du laitier liquide à la surface d'un bain de métal en fusion dans un récipient métallurgique, tel qu'une lingotière de coulée continue, le laitier liquide étant formé à partir d'une couche de poudre qui le surmonte et compris entre une première interface laitier liquide-poudre et une seconde interface métal fondu-laitier liquide, caractérisé en ce qu'on injecte des ultrasons de puissance dans le laitier liquide au-dessus de l'interface métal fondu-laitier liquide. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on maintient l'injection des ultrasons de puissance dans le laitier liquide à une distance déterminée et constante de l'interface métal fondulaitier liquide, - on injecte les ultrasons de puissance dans une zone pâteuse du laitier. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un transmetteur d'ultrasons de puissance dans le laitier liquide au-dessus de l'interface métal fondu-laitier liquide. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le dispositif comporte des moyens de régulation de la position du transmetteur d'ultrasons de puissance par rapport à- l'interface métal fondulaitier liquide, - le dispositif comporte des moyens de détection du niveau de l'interface métal fondu-laitier liquide, - le dispositif comporte des moyens de détection de l'épaisseur du laitier liquide, - les moyens de régulation de la position du transmetteur d'ultrasons comprennent un support dudit transmetteur, mobile en translation verticale et dont le déplacement est commandé par un système d'asservi sement recevant un signal de mesure des moyens de détection du niveau de l'interface métal fondu-laitier liquide ou des moyens de détection de l'épaisseur du laitier liquide. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en référence au dessin unique qui en illustre une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif et qui représente schématiquement un dispositif de fluidification du laitier conforme à la présente invention. On voit sur la figure représentée de manière schématique une lingotière de coulée continue 1 dans laquelle se trouve un bain 2 de métal en fusion, par exemple de l'acier. L'acier liquide 2 est séparé par un ménisque 3 d'une couche de laitier liquide 4 qui est elle même surmontée d'une couche de poudre 5. La fusion de la poudre 5 génère du laitier liquide 4 à mesure de sa consommation pour les besoins de la coulée. Le laitier liquide 4 s'infiltre entre les parois de la lingotière 1 et la peau du métal solidifié de façon à assurer une lubrification de ces parois. Le dispositif comporte un support 6 constitué par un bras horizontal à une- extrémité duquel est - fixé un générateur 7b d'ultrasons de puissance relié à un transmetteur 7 ou sonotrode, et dont l'autre extrémité est supportée par un chariot 8 pouvant se déplacer verticalement et de manière réglable par un moteur pas à pas non représenté, sur une glissière 9 disposée à proximité de la lingotière 1. Le transmetteur 7 est vertical et a son extrémité 7a, opposée au support 6, disposée dans le laitier liquide 4 à une distance prédéterminée et constante de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4. De préférence, l'extrémité 7a du transmetteur 7 est placée dans une zone pâteuse du laitier 4. Le dispositif comporte également des moyens de détection du niveau de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4. Ces moyens sont constitués, par exemple, par un détecteur de rayons g 10 placé à proximité de la lingotière 1 et au niveau du ménisque 3. Ce détecteur 10 est relié à un système de régulation et d'asservissement 11 qui peut commander le déplacement du transmetteur 7 par l'intermédiaire du moteur pas à pas, non représenté, et du chariot 8 pour, par exemple, maintenir l'extrémité 7a dudit transmetteur à une distance prédéterminée et constante de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4. Les moyens de détection du niveau de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4 peuvent également être constitués, par exemple, par une bobine à courants de Foucault placée au-dessus de cet interface ou par un plongeur. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Le transmetteur 7 relié au générateur 7b de vibrations ultrasonores émet des ondes ultrasonores qui se propagent dans le laitier liquide 4. Ce laitier liquide 4 entre ainsi en résonance ce qui favorise sa fluidification et son étalement au-dessus du ménisque 3 et, de ce fait, le laitier liquide s'écoule plus rapidement entre les parois de la lingotière 1 et la peau d'acier solidifié de façon à assurer la présence d'un film liquide sur tout le pourtour ae ladite lingotière. L'effet est plus important si l'extrémité 7a du transmetteur 7 est dans la zone pâteuse entre la poudre 5 et le laitier liquide 4. En effet, il a été constaté qu'à 900"C la viscosité du laitier liquide est divisée par deux. D'autre part, l'émission d'ultrasons dans le laitier liquide 4 favorise la fusion de la poudre 5 par mélange des grains en cours de fusion avec le laitier liquide 4. De plus, il se produit un phénomène d'autorégulation. Si l'épaisseur de la couche de laitier liquide 4 est importante, la fluidification du laitier liquide est favorisée et la consommation de laitier augmente ce qui provoque une diminution de l'épaisseur de ladite couche. L'épaisseur de la couche de laitier liquide 4 diminuant l'extrémité 7a du transmetteur 7 se trouve dans la zone pâteuse ce qui favorise la fusion de la poudre 5 et, de ce fait, l'épaisseur de ladite couche augmente et ainsi de suite. Dans le cas où le niveau de l'interface varie, cette variation est immédiatement décelée par le détecteur 10 et transmise au système d'asservissement 11 qui émet un signal de commande du moteur pas à pas de façon à déplacer le chariot 8 sur la glissière 9 et à repositionner l'extrémité 7a du transmetteur 7 par rapport à cet interface. Le dispositif selon la présente invention peut être complété par des moyens de détection de l'épaisseur de la couche de laitier liquide 4. Ces moyens peuvent être constitués par deux tiges verticales 12 supportant à leurs extrémités libres inférieures, chacune un capteur de température constitué par un termocouple. Les extrémités inférieures des tiges 12 plongent dans la couche de laitier liquide 4. Ces deux capteurs de température, preférentiellement identiques, situés à une distance verticale prédéterminée l'un d l'autre, sont relies au système d'asservissement et de régulation Il et permettent de calculer par extrapolation, à partir d'une courbe prédéterminée représentative du gradient de température en fonction du niveau dans le laitier liquide 4, la différence de niveau correspondant à la différence de températures entre les températures isothermes des deux interfaces laitier liquide 4-poudre 5 et métal fondu 2-laitier liquide 4. La régulation de la position du transmetteur 7 en fonction de l'épaisseur de laitier liquide 4 peut venir en complément de la régulation en fonction du niveau de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4. En effet, seule la régulation de la position du transmetteur 7 en fonction du niveau de l'interface métal fondu 2-laitier liquide 4 peut en principe suffire puisque l'effet d'autorégulation décrit précédemment conduit à maintenir constante l'épaisseur de laitier liquide 4. Mais, si les capteurs 12 détectent une variation trop forte de l'épaisseur de laitier liquide 4, ces capteurs peuvent agir sur la position du transmetteur 7 pour amener l'extrémité 7a dudit transmetteur, par rapport à l'interface laitier liquide 4-poudre 5, dans une position qui conduit à compenser cette variation en augmentant l'effet d'autorégulation. A titre d'exemple, si l'épaisseur de laitier liquide 4 diminue, l'extrémité 7a du transmetteur 7 restant dans le laitier liquide 4, on-remonte ledit transmetteur 7 pour le situer dans la zone pâteuse et favoriser la fusion de la poudre 5. D'autre part, les capteurs 12 peuvent également agir comme un système de sécurité. En effet, si l'épaisseur du laitier liquide 4 décroît à un point tel que l'extrémité 7a du transmetteur 7 se trouve hors du laitier liquide ou pateux, le transmetteur 7 est abaissé pour ramener son extrémité 7a dans la zone pâteuse et favoriser ainsi la fusion de la poudre 5. Par conséquent, l'invention permet de réaliser une fluidification efficace du laitier à la surface du bain de métal en fusion et de réguler cette fludification tout en favorisant la présence d'un film liquide sur tout le pourtour de la lingotière. Les ultrasons de puissance ont une action sur la viscosité du laitier liquide et cette action est quasiment instantanée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fluidification du laitier liquide (4) à la surface d'un bain de métal en fusion (2) dans un récipient métallurgique (1), tel qu'une lingotière-de coulée continue, le laitier liquide (4) étant formé à partir d'une couche de poudre (5) qui le surmonte et compris entre une première interface laitier liquide (4)-poudre (5) et une seconde interface métal fondu (2)-laitier liquide (4)r caractérisé en ce qu'on injecte des ultrasons de puissance dans le laitier liquide (4) au-dessus de l'interface métal fondu (2)-laitier liquide (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient l'injection des ultrasons de puissance dans le laitier liquide (4) à une distance déterminée et constante de l'interface métal fondu (2)-laitier liquide (4). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte les ultrasons de puissance dans une zone pâteuse du laitier (4). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un transmetteur (7) d'ultrasons de puissance dans le laitier liquide (4) au-dessus de l'interface métal fondu (2)-laitier liquide (4). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (6, 8, 9) de régulation de la position du transmetteur (7) d'ultrasons de puissance par rapport à l'interface métal fondu (2)-laitier liquide (4). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10) de détection du niveau de l'interface métal fondu (2) laitier liquide (4). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12) de détection de l'épaisseur du laitier liquide (4). 8. Dispositif selon l'une quelconque de s revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de régulation de la position du transmetteur (7) comprennent un support (6, 8) dudit transmetteur (7), mobile en translation verticale et dont le déplacement est commandé par un système d'asservissement (11) recevant un signal de mesure des moyens (10) de détection du niveau de l'interface métal fondu (2)laitier liquide (4) ou des moyens (12) de détection de l'épaisseur du laitier liquide (4).