Brevet FR2713116A1 — publié le 19950609

DISPOSITIF D'ALIMENTATION POUR LE DEPOT PAR SIMPLE GRAVITE D'UN MATERIAU GRANULEUX SUR LA SURFACE D'UN METAL LIQUIDE COULE EN CONTINU La présente invention concerne la coulée continue des métaux et en particulier de l'acier. Plus précisément l'invention concerne l'alimentation et le dépôt d'une couche d'un matériau granuleux d'une granulométrie plus ou moins fine à la surface du métal liquide en lingotière de coulée continue. Ce matériau a notamment pour fonctions d'isoler thermiquement le bain de métal en fusion, de capter les inclusions non-métalliques qui décantent en provenance du métal liquide, d'éviter la réoxydation du métal, et d'assurer les transferts thermiques lingotière/produit et la lubrification des parois de la lingotière. Ce matériau est habituellement appelé "poudre de couverture", et, par commodité, il sera appelé par la suite "poudre" étant bien entendu que sa granulométrie et la forme des grains peuvent largement varier. Cette poudre fond au contact du métal liquide et s'infiltre entre le métal et les parois de la lingotière, jouant ainsi le rôle de lubrifiant. I1 en résulte une consommation continue de poudre lors de la coulée, qu'il est nécessaire de compenser par un apport de poudre neuve. L'importance de cet apport varie en fonction des caractéristiques de la poudre et de celles de l'installation de coulée et du métal coulé. De plus la consommation de poudre peut varier en cours de coulée en fonction des différents paramètres opératoires, et notamment de la température du métal coulé. Pour assurer un niveau constant de poudre et donc la régularité de l'épaisseur de la couche de celle-ci, il est connu d'en effectuer l'alimentation par gravité au moyen d'un conduit issu d'une trémie contenant ledit matériau et placée à une altitude supérieure à celle de la lingotière. Ce conduit débouche dans la lingotière au-dessus de la surface du métal coulé, à une distance de celle-ci correspondant à l'épaisseur souhaitée de poudre, à l'état solide ou fondu. Un tel dispositif est notamment décrit dans le document EP 473521. Ce dispositif permet d'assurer une alimentation automatique de poudre, du fait que, lorsque l'épaisseur de celle-ci tend à diminuer, la poudre s'écoule dans le conduit par gravité jusqu'à ce que le niveau supérieur de la couche atteigne le niveau de l'orifice de décharge du conduit, interrompant le débit. On tire ainsi parti, pour automatiser l'alimentation en poudre, de sa faculté à se répandre sensiblement uniformément sur toute la section de la lingotière tout en profitant des caractéristiques des matériaux en grains qui se déposent en tas à la sortie du conduit d'alimentation. Le conduit, depuis la trémie d'alimentation jusqu'à son extrémité inférieure dont la distance à la surface du métal liquide en lingotière détermine l'épaisseur de la couche de poudre, est en permanence rempli de poudre sur toute sa longueur et sa section. Dans la pratique habituelle, la lingotière de coulée continue est surplombée par le répartiteur qui en est distant de seulement quelques dizaines de cm. Il n'est donc pas possible d'installer la trémie d'alimentation en poudre audessus de la lingotière et à proximité immédiate de celle-ci. Une conséquence en est que, sur une longueur qui peut atteindre plusieurs dizaines de cm, le conduit doit être incliné par rapport à l'horizontale d'un angle n'excédant pas quelques dizaines de degrés. Cette faible inclinaison, imposée par les conditions locales d'encombrement de la zone de coulée, est un obstacle à un bon glissement de la poudre à l'intérieur du conduit, qui risque donc de se colmater. Ce risque existe surtout lorsque l'on utilise une poudre à granulométrie fine, inférieure à 100 ym. En effet, dans ces conditions, les frottements des particules entre elles et contre la paroi du conduit sont exacerbés par rapport au cas des poudres de plus forte granulométrie (de 0,3 à 0,8 mm par exemple). Cela conduit les aciéristes à n'utiliser les dispositifs automatiques de distribution de poudre qui viennent d'être décrits qu'avec des poudres de forte granulométrie, et à n'ajouter que manuellement les poudres de granulométrie fine. Cet ajout manuel ne peut garantir une constance satisfaisante de l'épaisseur de la couche de poudre, et cela incite souvent les opérateurs à ajouter, par sécurité ou par erreur d'appréciation, plus de poudre qu'il ne serait nécessaire. Enfin, cet ajout manuel nécessite la présence physique des opérateurs au voisinage de la lingotière, ce que l'on désire éviter autant que possible pour des raisons d'hygiène et de sécurité (atmosphère chaude et poussiéreuse, risques de débordement de métal liquide). Or il serait nécessaire de pouvoir indifféremment ajouter automatiquement des poudres de faible et forte granulométrie, car - les poudres les plus adaptées aux phases de démarrage de la coulée sont précisément des poudres de faible granulométrie - les poudres de forte granulométrie sont parfois relativement riches en carbone, et leur emploi est déconseillé lors de la coulée d'acier à très basse teneur en carbone, qu'elles risquent de polluer ; - les poudres de forte granulométrie sont environ deux fois plus coûteuses que les poudres de faible granulométrie. Le but de l'invention est de proposer une installation pour la distribution automatique par simple gravité de poudre de couverture dans une lingotière continue, qui puisse fonctionner de manière fiable aussi bien avec des poudres de faible granulométrie (moins de 100 Zm) qu'avec des poudres de plus forte granulométrie. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour le dépôt par simple gravité d'une couche d'un matériau granuleux sur la surface d'un métal liquide contenu dans une lingotière de coulée continue, comprenant une trémie renfermant ledit matériau granuleux, et reliée à un conduit d'alimentation comportant une portion inclinée selon un angle non nul et non droit par rapport à l'horizontale, et dont l'extrémité inférieure de décharge est ouverte en permanence et est située au-dessus de ladite surface du métal dans la lingotière à une distance égale ou légèrement supérieure à une épaisseur de consigne de la couche dudit matériau, caractérisé en ce que, sur une partie au moins de ladite portion inclinée, ledit conduit d'alimentation est constitué par un tube rectiligne, et en ce qu'il comprend des moyens pour imprimer un mouvement de rotation audit tube rectiligne autour de son axe, et des moyens de connexion des extrémités dudit tube rectiligne au restant dudit conduit autorisant ledit mouvement de rotation. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à imprimer une rotation autour de son axe à une portion au moins de la partie du conduit d'alimentation qui est inclinée par rapport à l'horizontale. On crée ainsi une agitation au sein de la poudre qui minimise les risques de colmatage, et permet d'utiliser des poudres de granulométrie fine même lorsque la configuration de la machine de coulée continue impose localement une inclinaison du conduit relativement faible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes - la figure 1 qui schématise, vue en coupe longitudinale, la partie supérieure d'une lingotière de coulée continue équipée d'un dispositif d'alimentation en matériau granuleux selon l'invention, également vu en coupe longitudinale - la figure 2 qui schématise une variante du dispositif de mise en rotation du tube rectiligne inclus dans le dispositif précédent. Sur la figure 1 est représentée une lingotière de coulée continue 1 alimentée en métal liquide 2, de manière classique, par des moyens d'alimentation non représentés tels qu'un répartiteur et une busette immergée. Le métal liquide 2 y voit sa solidification s'initier par formation d'une croûte solide 3 contre les parois 4 de la lingotière 1, énergiquement refroidies par une circulation interne d'eau. Sur la surface du métal liquide 2 se trouve une couche de poudre de couverture 5 qui fond au contact du métal 2 en formant un film liquide 6 de laitier qui s'écoule progressivement vers les parois 4 de la lingotière 1, s'infiltre entre celles-ci et la croûte solide 3 et y joue un rôle de lubrifiant. Il y a ainsi, lors de la coulée, une consommation continue de poudre 5, et celle-ci doit être remplacée en permanence pour assurer une épaisseur sensiblement constante de la couche de poudre 5. L'alimentation en poudre 5 est assurée à partir d'une trémie 7 à laquelle est connecté un conduit d'alimentation 8. L'admission de la poudre 5 dans ce conduit 8 est commandée par une vanne 9. Classiquement, la partie terminale de ce conduit 8 est constituée par une pièce tubulaire coudée 9 en un matériau rigide et résistant aux températures relativement élevées régnant au-dessus de la lingotière 1. L'acier convient tout à fait à cet usage. L'extrémité inférieure 10 de cette pièce tubulaire coudée 9 est ouverte en permanence et est maintenue (par des moyens qui seront décrits plus loin) au-dessus de la surface du métal liquide 2, à une distance d de celle-ci. Cette distance d est égale ou légèrement supérieure à une épaisseur de consigne de la couche de poudre 5 et de laitier 6. Lorsque la vanne 9 est ouverte, le conduit 8 est approvisionné en permanence en poudre 5 de manière à être maintenu en charge, et la poudre 5 se déverse par simple gravité dans la lingotière 1 jusqu'à ce que la couche ainsi formée vienne obturer l'extrémité inférieure 10 de la pièce tubulaire coudée 9, interrompant ainsi l'arrivée de poudre. Ce phénomène se poursuit continûment pendant la coulée, au fur et à mesure de la consommation de la poudre 5, dont l'épaisseur présente dans la lingotière 1 est ainsi maintenue constante. Selon l'invention, afin, comme on l'a dit, de permettre l'utilisation d'une poudre 5 de fine granulométrie sans risquer un colmatage du conduit 8 dans sa portion faiblement inclinée, celui-ci est constitué de la manière suivante. La pièce tubulaire coudée 9 qui le termine est connectée, à son extrémité amont, à un tube rectiligne 11. Ce tube 11 doit être rigide, résistant à la chaleur, et présenter sur sa surface interne un coefficient de frottement avec la poudre 5 aussi faible que possible pour permettre une descente aisée de la poudre 5. L'acier, en particulier l'acier inoxydable, là encore, est un matériau particulièrement adapté pour le constituer. A son extrémité amont, le tube 11 est lui-même connecté à la partie restante du conduit 8. Le diamètre intérieur du tube 11 est du même ordre de grandeur que celui de l'ensemble du conduit 8 et de la pièce tubulaire coudée 9, à savoir de l'ordre de 2 à 6 cm. Selon l'invention, l'installation comporte également des moyens de maintien de l'axe longitudinal du tube 11 dans une position telle qu'il fait un angle a non nul et non droit avec l'horizontale, et des moyens pour mettre le tube 11 en rotation autour de cet axe. Dans l'exemple représenté, ces moyens de maintien comportent une potence télescopique 12 fixée à un socle 13 rendu solidaire du bord supérieur 14 de la lingotière 1. Cette potence, dans l'exemple (non limitatif) représenté, comporte une tige verticale 15 fixée rigidement au socle 13, une tige tubulaire 16 fixé à la tige verticale 15 par une articulation 17 permettant d'incliner la tige tubulaire 16. A l'intérieur de la tige tubulaire 16 peut coulisser une tige 18, dont la profondeur de pénétration dans la tige tubulaire 16 peut être réglée et maintenue constante par une clavette 19 ou tout autre moyen équivalent. Cette tige 18 est, d'une part, reliée rigidement par une tige latérale 20 à la pièce tubulaire coudée 9 constituant la partie terminale du conduit 8. D'autre part, la tige 18 porte à son extrémité libre un moteur 21 (par exemple électrique ou pneumatique) imprimant à un axe 22 une vitesse de rotation choisie par l'opérateur. Cet axe 22 porte à son extrémité libre un galet 23, dont la surface extérieure est maintenue en contact avec la paroi externe du tube rectiligne 11, et dont la forme (tronconique dans l'exemple représenté) est adaptée à cet effet. Le galet 23 est en un matériau présentant un coefficient de frottement élevé avec le matériau constitutif du tube rectiligne 11, par exemple en caoutchouc si le tube rectiligne 11 est en acier. Le résultat procuré par cette configuration est que la rotation du galet 23, entrainé par l'axe 22 du moteur 21, provoque par frottement la rotation du tube rectiligne 11 autour de son axe longitudinal. Cette rotation s'effectue à une vitesse angulaire dépendant de la vitesse de rotation du galet 23 et des dimensions respectives du galet 23 et du tube rectiligne 11. Celles-ci sont choisies de telle manière que la vitesse angulaire de rotation du tube rectiligne 11 soit de l'ordre, par exemple, de 1 t/min. Pour garantir un bon frottement entre le galet 23 et le tube rectiligne 11, on peut aussi prévoir de rendre rugueuse la surface externe du tube rectiligne 11 dans la zone où elle est susceptible d'être au contact du galet 23. Comme on l'a dit, l'effet de cette rotation du tube rectiligne 11 est de créer, au sein de la poudre 5 qu'il renferme, une agitation permanente qui supprime les risques de colmatage du tube rectiligne 11. L'angle a d'inclinaison de l'axe du tube rectiligne 11 et la distance d entre l'extrémité 10 de la pièce tubulaire coudée 9 et la surface du métal liquide 2 dans la lingotière 1 sont réglées en combinaison par l'opérateur, qui peut agir d'une part sur la profondeur d'insertion de la tige 18 dans la tige tubulaire 16, et, d'autre part, sur l'orientation conférée à la tige tubulaire 16 par l'articulation 17. Pour permettre ce réglage, il faut, de plus, que le conduit 8, dans sa partie située en amont du tube rectiligne 11, possède des moyens d'articulation, ou soit réalisé sur au moins une portion de sa longueur en un matériau souple. Sur la figure 1, on a représenté une installation qui est telle que, avec l'angle a et la distance d choisies, la pièce tubulaire coudée 9 se retrouve perpendiculaire à la surface de l'acier liquide 2 dans la lingotière 1, mais cette caractéristique n'est pas du tout obligatoire. Les connexions entre le tube rectiligne 11 et le conduit 8 d'une part, et la pièce tubulaire coudée 9 d'autre part, doivent être conçues pour permettre une rotation aisée du tube rectiligne 11. Cela suppose que la poudre 5 ne puisse constituer une gêne à cette rotation. A cet effet, comme représenté sur la figure 1, ces connexions peuvent être assurées par des joints 24, 25 comportant chacun un roulement solidaire du tube rectiligne 11 ou de l'élément auquel il est connecté. De plus, afin que la poudre 5 ne puisse gripper le fonctionnement des joints 24, 25, il est préférable que - l'extrémité aval 26 du conduit 8 soit insérée dans l'extrémité amont 27 du tube rectiligne 11, et débouche en aval du joint 24 ; - et que l'extrémité aval 28 du tube rectiligne 11 soit insérée dans l'extrémité amont 29 de la pièce tubulaire coudée 9 et débouche en aval du joint 25. La figure 2 montre une variante possible du mode d'entraînement en rotation du tube rectiligne 11. Au lieu du galet 23 de l'exemple précédent, c'est un pignon 30 que porte l'axe 22 du moteur 21, et ce pignon est engrené sur une couronne dentée tronconique 31 solidaire de la paroi externe du tube rectiligne 11. On obtient ainsi une mise en rotation du tube rectiligne 11 plus fiable que si elle était réalisée par simple frottement du galet 23 sur le tube rectiligne 11. La valeur minimale de l'angle a d'inclinaison du tube rectiligne 11 dépend des caractéristiques de la poudre 5, mais une valeur de 20 à 300 est suffisante pour assurer une chute régulière des poudres fines habituelles dont les particules ont une dimension moyenne de moins de 100 m. Quant à la longueur du tube rectiligne 11, elle dépend de la géométrie de l'installation de coulée continue sur laquelle le dispositif selon l'invention est monté. Mais il est bien évident qu'on a intérêt à ce que ce tube rectiligne 11 rotatif représente une fraction importante du parcours qu'effectue la poudre 5 entre la trémie 7 et la lingotière 1, du moins de la portion non verticale de ce parcours dans laquelle, sans cela, on pourrait rencontrer des problèmes d'écoulement de la poudre 5. Bien entendu, si ce dispositif est prioritairement conçu pour distribuer des poudres 5 de granulométrie fine, il est parfaitement compatible avec l'utilisation des poudres 5 de granulométrie plus grossière. De même, il peut être installé sur des installations de coulée continue d'autres métaux que l'acier. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'alimentation pour le dépôt par simple gravité d'une couche d'un matériau granuleux sur la surface d'un métal liquide (2) contenu dans une lingotière de coulée continue (1), comprenant une trémie (7) renfermant ledit matériau granuleux (5), et reliée à un conduit d'alimentation (8) comportant une portion inclinée selon un angle (a) non nul et non droit par rapport à l'horizontale, et dont l'extrémité inférieure (10) de décharge est ouverte en permanence et est située au-dessus de ladite surface du métal (2) dans la lingotière (1) à une distance (d) égale ou légèrement supérieure à une épaisseur de consigne de la couche dudit matériau (5), caractérisé en ce que, sur une partie au moins de ladite portion inclinée, ledit conduit d'alimentation (8) est constitué par un tube rectiligne (11), et en ce qu'il comprend des moyens pour imprimer un mouvement de rotation audit tube rectiligne (11) autour de son axe, et des moyens (24, 25) de connexion des extrémités (27, 28) dudit tube rectiligne (11) au restant dudit conduit (8) autorisant ledit mouvement de rotation. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour imprimer un mouvement de rotation audit tube comportent un moteur (21) mettant en rotation un galet (23), ledit galet (23) frottant contre la surface externe dudit tube rectiligne (11). 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour imprimer un mouvement de rotation audit tube comportent un moteur (21) mettant en rotation un pignon (30) engrené sur une couronne dentée (31) solidaire dudit tube rectiligne (11). 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (24, 25) de connexion des extrémités (27, 28) dudit tube au restant dudit conduit comportent des roulements. 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15, 16, 17, 18, 19, 20) pour régler la valeur dudit angle (a).