Brevet FR2720307A1 — publié le 19951201

La présente invention est relative a un dispositif permettant l'élaboration de produits métallurgiques, en continu, à partir de la solidification d'une coulée d'acier sortant de la poche de coulée. Elle vise plus particulièrement des perfectionnements apportés aux répartiteurs de coulée continue. Ces enceintes sont des récipients métallurgiques revêtus de matériaux réfractaires permettant de faire décanter puis de diriger l'acier liquide vers les moules de coulée continue. Ainsi, les répartiteurs classiques comprennent une zone déversoir limitée par des barrages dans laquelle l'acier liquide est versé à partir d'une poche. De chaque coté de cette zone déversoir, le récipient comporte une évacuation permettant de vider le répartiteur vers les moules de coulée continue. Les barrages jouent le rôle d'un siphon de façon que l'acier liquide soit décanté. Le moule de coulée continue est le lieu ou l'acier passe de l'état liquide à l'état solide sous la forme de brames, blooms ou billettes. La température à laquelle l'acier liquide pénètre dans le moule de coulée continue doit être régulée avec précision de façon que l'acier liquide ne fige ni trop tôt ni trop tard. Cette température dépend des traitements subis par l'acier liquide en amont du répartiteur, elle est donc jusqu'à présent difficile à maîtriser. On connaît ainsi des répartiteurs équipés d'une torche à plasma, cette torche a été conçue pour réchauffer l'acier liquide dans le répartiteur. Ainsi, le but du chauffage plasma est d'augmenter et de réguler la température de l'acier liquide qui sort de la poche, ce qui par effet de mélange, conduit à un maintien de la température de l'acier liquide dans le répartiteur dans une fourchette étroite et controlée. Ce type de répartiteur comprend donc une chambre de chauffe entre la zone déversoir et la zone de répartition du répartiteur. La chambre de chauffe est distincte de la zone déversoir grâce à des barrages de façon, entre autres, à éviter le passage de laitier qui limiterait le rendement de l'opération. La chambre de chauffe est recouverte d'un dôme pour empêcher les entrées d'air, réduire les pertes thermiques et l'oxydation de l'acier liquide. En outre, le système d'écoulement de l'acier liquide entre la zone de vidange de la poche (zone déversoir) et la chambre de chauffe plasma, doit favoriser des vitesses suffisantes de l'acier liquide pour l'orienter sous l'impact de l'arc de la torche à plasma et doit assurer un brassage efficace du bain d'acier liquide. Les répartiteurs non pourvus d'un moyen de réchauffage de l'acier en fusion ne permettent pas l'obtention dans le moule de coulée continue d'un acier à la température de solidification voulue et pour les répartiteurs équipés d'un moyen de réchauffage constitué d'une torche à plasma, l'inconvénient majeur réside dans le fait que l'impact de l'arc de la torche plama est très localisé à la surface du bain d'acier, la zone réchauffée par l'arc l'est donc aussi. I1 est donc important que le jet d'acier en provenance de la zone déversoir soit dirigé précisément sous l'arc. Jusqu'à présent, le jet est dirigé vers l'arc par un barrage plan plus ou moins incliné. Ces répartiteurs ne permettent pas de diriger le jet aussi précisément que cela est souhaité. La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients, en proposant un dispositif de guidage de l'acier liquide en fusion en direction de la zone balayée par l'arc d'une torche à plasma, permettant le maintien et la régulation dans une fourchette étroite et contrôlée de la température du bain d'acier liquide dans le répartiteur. A cet effet, le dispositif de guidage, situé entre la zone déversoir et la zone de répartition d'un répartiteur muni d'un système de réchauffage, notamment une torche à plasma, et constituant un côté de la chambre de chauffe, se caractérise en ce qu'il comporte un bloc réfractaire percé d'au moins un conduit ayant la forme d'un cône tronqué et recourbé vers la zone prédéfinie de la chambre de chauffe et pouvant être évasé au droit de cette zone, de façon à assurer le guidage unidirectionnel du flux d'acier liquide provenant de la zone déversoir en direction de la zone prédéfinie de la chambre de chauffe. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - la figure 1 est une vue, en élévation frontale et en coupe, d'un répartiteur selon l'art antérieur - la figure 2 est une vue, en élévation frontale et en coupe, d'un répartiteur pourvu du dispositif de guidage selon l'invention - la figure 3 est une vue, en coupe et en plan, du dispositif de guidage - la figure 4 est une vue, en coupe et en élévation latérale, du dispositif de guidage - la figure 5 est une vue, en coupe et en élévation frontale, d'un dispositif de guidage selon un autre mode de réalisation - la figure 6 est une vue en perspective du dispositif de guidage selon l'invention. Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif de guidage selon l'invention, comporte un bloc barrage 1, placé au sein d'un répartiteur 2 entre une zone déversoir 3 et une zone de répartition 4, formant une troisième zone appelée zone de chauffe 5. Ce bloc barrage 1 réalisé dans un matériau réfractaire, résistant à l'abrasion, éventuellement monolithique, comprend trois zones : d'une part, une zone latérale 6, similaire à la zone déversoir 3 d'un répartiteur 2 classique, délimitée par des parois 7 notamment inclinées formant barrage, et d'autre part, dans sa partie inférieure 8 un conduit d'écoulement 9 de l'acier liquide provenant de la zone déversoir 3 en direction de la zone de répartition 4, en passant dans une chambre de chauffe 5 communiquant avec ladite zone de répartition 4. Sur la partie supérieure du bloc barrage 1, on dispose en vis-à-vis dudit conduit d'écoulement 9 une plaque 16, également en matériau réfractaire, et sensiblement dans une direction horizontale, formant barrage et délimitant la chambre de chauffe 5, de manière à permettre l'écoulement de l'acier liquide en direction de la zone de répartition 4. La partie inférieure 8 du bloc barrage 1 est traversée par au moins un conduit d'écoulement 9 pour l'acier en fusion s'étendant entre la zone déversoir 3 et la chambre de chauffe 5. Ce conduit 9 chemine tout d'abord en partie basse du bloc barrage 1 selon une direction sensiblement coplanaire à la paroi 10 constituant le fond du répartiteur 2, puis forme un coude orienté perpendiculairement dans le plan vertical, qui débouche en partie supérieure dans la chambre de chauffe 5, dans une zone évasée 11 notamment en forme de tulipe. Ce conduit 9 d'écoulement constitue de ce fait une portion de tube en U, qui permet une circulation de liquide entre la zone déversoir 3 et la chambre de chauffe 5 grâce au principe classique des vases communiquants. La zone terminale évasée 11 du conduit 9 détermine par sa géométrie, un contrôle de la vitesse d'éjection du jet d'acier en fusion, selon un profil voulu de vitesse pour l'obtention d'un brassage hydrodynamique permettant un mélange homogène de l'acier dans la chambre de chauffe 5. L'acier passe de la zone déversoir 3 à la zone de répartition 4 par l'intermédiaire du conduit 9 d'éjection débouchant dans la chambre de chauffe 5 ; dans cette dernière zone, sa surface libre subit une élévation de température par l'intermédiaire d'un organe chauffant 12 placé en vis-à-vis de cette surface libre, généralement au-dessus, et fixé par des moyens connus sur le bloc barrage 1 au niveau de ladite plaque 16. Dans l'application visée par l'invention, cet organe chauffant 12 est constitué par une torche à plasma dont l'arc est dirigé et focalisé au-dessus de la totalité de la surface constituée par la zone terminale évasée 11 du conduit 9 d'éjection du jet, évitant ainsi des temps de séjour inadaptés de l'acier dans la chambre de chauffe 5. Après avoir subi le réchauffage, l'acier surnageant dans la chambre de chauffe 5 s'écoule, grâce au brassage, latéralement vers la zone de répartition. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc barrage 1 est traversé de part en part, radialement entre la zone déversoir 3 et la chambre de chauffe 5, par une pluralité de conduits 13 s'étendant selon une direction sensiblement parallèle par rapport à la surface plane définie par la partie supérieure de la zone terminale évasée 11 du conduit d'éjection 9 du jet d'acier en direction de la zone déversoir 3 ; ces conduits 13 forment des zones de détentionnement des contraintes thermomécaniques qui se produisent au sein du bloc barrage 1 lors du remplissage de la zone déversoir. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc barrage 1 réfractaire comporte au moins un conduit latéral 17 débouchant dans chaque zone de répartition 4 et dans la partie inférieure du conduit d'écoulement 9, de façon à assurer la vidange complète de la zone déversoir 3 en fin de coulée. Selon un autre mode de réalisation de ces conduits 9, 13 ou 17, ils ne sont plus obtenus dès le moulage du bloc barrage 1 monolithique, mais sont composés par des inserts 9', 13', 17', également réalisés dans un matériau réfractaire, présentant éventuellement des propriétés physico-chimiques différentes visà-vis du matériau formant le bloc barrage et avantageusement un matériau possédant des caractéristiques de résistance élevée à l'abrasion. La chambre de chauffe 5 est recouverte par un écran 15 en forme de dôme, permettant d'une part, de limiter au maximum les entrées parasites d'air et donc les sources d'oxydation du bain d'acier et d'autre part de constituer un écran protecteur afin de diminuer les pertes thermiques. L'invention telle que décrite ci-dessus offre de multiples avantages dont notamment - le système d'écoulement de l'acier en fusion entre la zone déversoir et la chambre de chauffe, favorise l'obtention de vitesses suffisantes de l'acier liquide pour l'orienter correctement sous l'impact de l'arc de la torche à plasma ; - le bloc barrage limitant une chambre de chauffe entre la zone déversoir et la zone de répartition améliore d'une part, - le réchauffage de l'acier en sortie de poche de coulée et d'autre part, - l'acheminement de l'acier réchauffé en direction des veines de coulées continues tout en limitant au maximum les phénomènes d'oxydation. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif, situé entre la zone déversoir (3) et la zone de répartition (4) d'un répartiteur (2) muni d'un système de réchauffage (12), notamment une torche à plasma, et constituant un côté de la chambre de chauffe, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc réfractaire (1) percé d'au moins un conduit (9) ayant la forme d'un cône tronqué et recourbé vers la zone prédéfinie de la chambre de chauffe (5) et pouvant être évasé au droit de cette zone, de façon à assurer le guidage unidirectionnel du flux d'acier liquide provenant de la zone déversoir (3) en direction de la zone prédéfinie de la chambre de chauffe (5). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc réfractaire (1) est monolithique. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit (9) est constitué d'un insert (9') fabriqué avec un matériau possédant des propriétés physiques et / ou chimiques différentes du bloc réfractaire (1). 4 - Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc réfractaire (1) comporte au moins un conduit latéral (17) débouchant dans chaque zone de répartition (4) et dans la partie inférieure du conduit (9), de façon à assurer la vidange complète de la zone déversoir (3) en fin de coulée. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit (17) est constitué d'un insert (17') fabriqué avec un matériau possédant des propriétés physiques et / ou chimiques différentes du bloc réfractaire (1). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit horizontal (13) situé au-dessus du conduit (9) entre la zone déversoir (3) et la chambre de chauffe (5) et servant de conduit de détensionnement pour la libération des contraintes thermomécaniques. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit (13) est constitué d'un insert (13') fabriqué avec un matériau possédant des propriétés physiques et/ou chimiques différentes du bloc réfractaire (1).