Brevet FR2739795A1 — publié le 19970418

La présente invention concerne un appareil pour le chauffage de métal en fusion. Elle s'applique particu- lièrement mais non exclusivement à un appareil pour chauffer du métal en fusion avant son envoi à une machine de coulée continue, telle qu'une machine de coulée conti- nue à rouleaux jumelés. Les techniques de coulée continue, en particulier la coulée à rouleaux jumelés d'acier fondu, nécessitent l'envoi du métal fondu à une machine de coulée à des tem- pératures très élevées, et le métal peut tendre à se re- froidir très rapidement après sa fourniture par une poche de coulée à un système de distribution de métal qui le dis- tribue à la machine de coulée. On a donc proposé d'effec- tuer un chauffage supplémentaire au moyen d'un chalumeau à plasma pendant l'écoulement du métal fondu dans le sys- tème de distribution vers la machine de coulée. De telles propositions sont par exemple décrites dans le brevet des Etats-Unis N 4 646 534 et les publications de brevets ja- ponais N J58-100951 et J59-9202142. Dans l'application de chaleur à un réservoir de métal fondu au moyen d'un chalumeau à plasma, il faut prévoir une électrode assurant un bon contact électrique avec le métal fondu, afin de compléter un circuit élec- trique avec l'électrode de chalumeau qui est tenue près de la surface du métal fondu et qui est alimentée avec un flux de gaz pour créer le plasma électriquement conducteur. L'électrode de chalumeau peut être une électrode négative et l'électrode en contact avec le métal fondu peut être une électrode positive comme décrit dans le brevet japonais J58-100951, mais il est généralement préférable que l'élec- trode de chalumeau soit positive et que l'électrode de contact avec le métal soit une électrode négative ou de mise à la terre. La réalisation d'une électrode de contact avec le métal satisfaisante est difficile dans l'environ- nementsévèrerencontré dans la coulée de métal fondu, en par- ticulier dans la coulée d'acier fondu. Dans une machine de coulée continue, le système de distribution de métal comprend normalement un bassin intermédiaire pour contenir une réserve de métal fondu provenant d'une poche de coulée. Dans ce cas, l'électrode est généralement constituée par une matière réfractaire qui est fixée en place dans le bassin intermédiaire o elle est particulièrement ex- posée à une détérioration pendant le versage initial de la poche ou pendant le nettoyage après une coulée, du fait de la solidification de métal sur les surfaces in- térieures du bassin et les surfaces des composants qui se trouvent dans celui-ci. La perte d'un contact électrique correct pendant le chauffage par le chalumeau à plasma peut conduire à la formation d'un chemin de retour électri- que de remplacement qui peut précipiter une "évasion" de métal fondu àtr.avers les parois du bassin, vers l'environ- nement, ce qui est dangereux et nécessite une interruption immédiate de l'opération de coulée. La présente invention évite ces inconvénients par la réalisation d'un appareil qui permet de déplacer facilement une électrode de con- tact avec le métal, pour l'amener en contact et hors de contact avec le métal fondu à chauffer. Conformément à l'invention, on obtient un appa- reil pour l'application de chaleur à un réservoir de métal fondu, comprenant un chalumeau à plasma monté sur une co- lonne support,pour des mouvements de montée et de descente de façon à être déplaçable vers le bas jusqu'au voisinage de la surface d'un réservoir de métal fondu à chauffer, et une électrode de contact avec le métal fondu de façon à compléter un circuit électrique avec le chalumeau à plas- ma, ladite électrode étant également montée sur la colonne support pour des mouvements de montée et de descente de fa- çon à ce qu'on puisse l'introduire dans le métal fondu et la retirer de celui-ci. De préférence, le chalumeau à plasma et l'élec- trode sont montés sur la colonne comme une unité pour des mouvements communs de montée et de descente. En outre, de préférence, l'électrode est fixée ou peut être réglée par rapport au chalumeau à plasma de fa- çon à dépasser vers le bas au-dessous de la partie infé- rieure du chalumeau à plasma, afin de plonger dans le réservoir de métal fondu à chauffer lorsque la partie inférieure du chalumeau à plasma s'approche de la surface du métal fondu. Le chalumeau à plasma peut comprendre une élec- trode de chalumeau creuse et des moyens d'amenée d'un gaz par l'intermédiaire de l'électrode de chalumeau pour pro- duire un plasma à la surface du métal fondu à chauffer. Le gaz peut par exemple être de l'azote ou de l'argon. En utilisation, l'électrode de chalumeau peut être une électrode positive à courant continu et l'élec- trode de contact avec le métal peut être une électrode né- gative ou de retour. L'électrode de retour peut être fabriquée en une matière réfractaire, par exemple de l'alumine-graphite. Elle peut comporter un passage intérieur pour la circula- tion de gaz et son introduction dans le métal fondu, et elle peut comporter un détecteur de pression de gaz pour détecter un changement de la pression du gaz résultant d'une rupture de l'électrode de contact avec le métal. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté d'une machine de coulée continue de bande,incorporant un appareil cons- truit conformément à l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe suivant la li- gne 2-2 de la figure 1. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'in- vention, dont ils ne constituent en aucune manière une li- mitation. La machine de coulée représentée sur la figure 1 comprend un châssis principal de machine, globalement dé- signé par le repère 11, qui est érigé sur le sol 12 de l'u- sine. Le châssis 11 supporte un chariot de rouleaux de coulée 13 qui est déplaçable horizontalement entre une sta- tion d'assemblage et une station de coulée. Le chariot 13 porte deux rouleaux de coulée parallèles 16 qui définissent un pincement dans lequel une réserve de coulée de métal fondu est formée et retenue entre deux plaques latérales ou barrages (non représentés) maintenus en contact glis- sant avec les extrémités des rouleaux. Le métal fondu est fourni, pendant une opération de coulée, à partir d'une poche de coulée 17, via un bas- sin intermédiaire 18, un distributeur 19a et une buse 19b, à la réserve de coulée. Avant assemblage sur le chariot 13, on préchauffe le bassin 18, le distributeur 19a, la buse 19b et les plaques latérales à des températures supé- rieures à 1000 C. La buse 19b et les plaques latérales peuvent, par exemple, être préchauffées dans des fours de préchauffage spéciaux (non représentés) tandis que le bas- sin 18 et le distributeur 19a peuvent être chauffés par des brûleurs à gaz appropriés (également non représentés). La manière dont ces composants peuvent être préchauffés et assemblés sur le chariot 13 est décrite plus complè- tement dans le brevet des Etats-Unis N 5 184 668. Les rouleauxdecoulée 16 sont refroidis à l'eau de sorte que le métal fondu venant de la réserve de coulée se solidifie en coquilles sur les surfaces des rouleaux en déplacement et les coquilles sont mises en contact mutuel dans le pincement pour produire une bande solidifiée 20 à la sortie des rouleaux. Ce produit est envoyé à une table d'évacuation 21 puis à une bobineuse standard. Un récep- tacle 23 est monté sur le châssis de machine près de la station de coulée et le métal fondu peut être dérivé vers ce réceptacle par un bec de trop-plein 25 prévu sur le distributeur 19a. Pour des raisons qui sont expliquées en dé- tail dans la demande de brevet australien N 59352/94 de la présente demanderesse, le bassin 18 peut contenir une cu- vée initiale de métal fondu qui peut être préchauffée à une température bien supérieure à la température de liqui- dus, pour être versée par l'intermédiaire de la buse de distribution au démarrage, après quoi le métal fondu de la poche de coulée peut être versé àune température beau- coup plus basse, par l'intermédiaire du même bassin et de la même buse de distribution, dans la réserve de coulée. Le bassin 18 est muni d'un couvercle 32 et son plancher est épaulé, en 24, de façon à définir un creux ou puits 26 dans le fond du bassin, à son extrémité gauche comme représenté sur la figure 1. Le métal fondu est in- troduit à l'extrémité droite du bassin, en provenance de la poche 17, par l'intermédiaire d'une buse de sortie 37 et d'une vanne à opercule 38. Au fond du puits 26, une sor- tie 40 est prévue dans le sol du bassin pour permettre au métal fondu de s'écouler à partir du bassin, par une buse de sortie 42, vers le distributeur 19a et la buse 19b. Le bassin 18 est équipé d'une tige de bouchage 46 et d'une van- ne à opercule 47 pour ouvrir et fermer sélectivement la sortie 40 et commander effectivement l'écoulement de mé- tal à travers la sortie. Le puits 26 au fond du bassin est prévu pour re- cevoir la cuvée initiale de métal fondu, afin d'établir un réservoir 27 de métal fondu qui doit être préchauffé à une température supérieure à la température de la poche. Pour cela, un chalumeau à arc à plasma 48 est monté au- dessus du puits 26 et il peut être mis en extension vers le bas de façon à fonctionner pour chauffer le métal fon- du dans le puits. Un dispositif de production de bulles d'argon 28 est installé dans le plancher du puits et il est alimenté en argon gazeux sous pression par un tuyau 30 pour pro- duire des bulles de gaz qui s'élèvent à travers le ré- servoir de métal fondu dans le puits afin d'engendrer une circulation dans la région du chalumeau à arc à plasma et d'éloigner les scories de la surface du métal autour du chalumeau. On a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus si le dispositif de production de bulles comprend deux sorties poreuses peu espacées engendrant deux flux de bulles peu espacés qui coopèrent pour maintenir un ri- deau constant verticalement ascendant de bulles près du chalumeau à arc à plasma. Si on utilise une seule sortie, le flux résultant unique de bulles tend à se déplacer ver- ticalement et à se casser. On obtient de bons résultats avec un débit de gaz de l'ordre de 44 1/min et un éloigne- ment des bulles de 200 mm environ par rapport au chalumeau à arc à plasma en direction opposée àla sortie 40 du bas- sin et vers l'extrémité du bassin qui reçoit le métal fon- du venant de la buse 37 de sortie de la poche. Cela assure que les bulles montent à travers le métal avant qu'il at- teigne la zone du chalumeau à arc à plasma dans son écou- lement allant de la buse 37 de sortie de la poche à la sor- tie 40 du bassin, ce qui favorise une bonne circulation autour de la zone du chalumeau à arc à plasma et dans le puits 26. Conformément à la présente invention, le chalu- meau à plasma 48 est monté sur une colonne de support 51 pour un mouvement de montée et de descente par rapport à la colonne, et une électrode de contact avec le métal 52 est également montée sur la même colonne pour un mouve-35 ment de montée et de descente par rapport à la colonne. La colonne 51 est placée sur un côté du bassin 18. Elle com- prend une base 53 et un mât 54 sur lequel un coulisseau est monté pour un mouvement vertical vers le haut et le bas. Le coulisseau 55 porte un bras en porte-à-faux 56 s'étendant vers l'extérieur au-dessus du bassin 18 et sup- portant le chalumeau à arc à plasma 48 et l'électrode de retour 52 d'une manière telle qu'ils s'étendent vers le bas à travers des trous ménagés dans le couvercle 32 du bassin. On peut faire monter et descendre le coulisseau 55 au moyen d'un vérin pneumatique 57 agissant entre la base 53 de la colonne et un bras 58 s'étendant à partir du coulisseau. Le chalumeau 48 est de construction usuelle. Il comprend l'électrode de chalumeau 60 et les passages d'é- coulement de gaz usuels 61 pour l'écoulement d'azote ou d'argon gazeux vers la partie inférieure du chalumeau afin de produire un plasma conducteur. L'électrode de con- tact avec le métal 52 est fabriquée en une matière réfrac- taire, par exemple alumine-graphite, qui peut être formée autour d'une tige ou âme centrale métallique 62 pour amé- liorer sa rigidité structurelle. La matière réfractaire comporte un ou plusieurs passages 63 pour permettre au gaz venant d'un tuyau d'alimentation 64 de descendre dans l'é- lectrode et de pénétrer dans le métal fondu, et un détec- teur de pression de gaz 65 est prévu dans le tuyau d'ali- mentation pour détecter une diminution brusque de la pres- sion de gaz résultant d'une cassure de l'électrode réfrac- taire. L'électrode de retour 52 a une longueur telle et elle est montée sur le bras en porte-à-faux 54 par rap- port au chalumeau 48 d'une manière telle qu'elle dépasse au-dessous de l'extrémité inférieure du chalumeau 48. Par conséquent, lorsque le chalumeau 48 et l'électrode 52 sont descendus avec le bras 56, l'électrode 52 plonge dans le ré- servoir 27 de métal fondu alors que l'extrémité inférieure du chalumeau à plasma approche de la surface du métal fondu et arrive à sa position de travail. Il en résulte qu'on peut amener très rapidement le chalumeau et l'électrode à une position de fonctionnement correcte quel que soit le niveau du réservoir de métal à chauffer. En outre, dans le cas d'une cassure ou d'un défaut de fonctionnement de l'électrode, on peut relever rapidement l'électrode et le chalumeau de façon à retirer l'électrode du métal fondu. Elle peut alors être rapidement remplacée et le chalumeau peut être ramené à la position de travail avec la nouvelle électrode de contact avec le métal, pour permettre de pour- suivre l'opération sans perte de la charge de métal fondu dans le bassin. Le réservoir 27 de métal fondu dans le puits 26 du bassin peut être préchauffé à une température de l'or- dre de 1635 C, après quoi on ouvre la sortie 40 du bassin pour permettre au métal fondu de s'écouler du bassin 18 à la buse de distribution 19a, via la buse de sortie 42, puis dans le pincement entre les rouleaux de coulée pour établir une réserve de coulée. Lorsque le métal fondu s'é- coule dans les étroits passages de la buse de distribution, il porte les passages d'écoulement à une température uni- forme tout en évitant le refroidissement d'une partie quel- conque du métal à une température qui pourrait provoquer une solidification prématurée. Lorsqu'une coulée stable a été établie, on ac- tionne la vanne à opercule de la poche pour verser le métal de la poche dans le bassin afin de remplir le bassin et maintenir un bassin plein pendant le déroulement de la coulée. On relève le chalumeau à plasma 48 et l'élec- trode 52 avant la manoeuvre de la poche, afin d'éviter une détérioration par le métal entrant. Le métal fondu, à la température de la poche, se mélange au reste de la charge initiale de métal à plus haute température dans le bassin, de sorte que la température du métal sortant du bassin di- minue. A ce stade, on peut positionner le chalumeau à arc à plasma audessus du nouveau niveau du réservoir de métal fondu dans le bassin et le mettre en service pour fournir de l'énergie thermique au métal fondu s'écoulant à tra- vers le bassin, en provenance de la poche, de façon à maintenir la température du métal qui s'écoule vers la buse de distribution à une valeur sensiblement constante inférieure à celle de la charge initiale qui a été préchauf- fée dans le puits 26. Puisque l'électrode de retour 52 se déplace avec le chalumeau à plasma, elle est automatique- ment réglée pour plonger dans le métal fondu à la position appropriée et à la profondeur appropriée correspondant au nouveau niveau de la surface du métal. Dans une installation typique, le bassin 18 peut avoir une capacité totale de 8 à 11 tonnes environ, le puits 26 peut avoir une capacité de 2 à 4 tonnes environ, et le chalumeau à arc à plasma 48 peut avoir une capacité de l'ordre de 1 megawatt. L'appareil illustré a été décrit à titre d'exem- ple et il peut être modifié de façon importante. Par exem- ple, le chalumeau à plasma et/ou l'électrode de contact avec le métal peuvent être déplaçables indépendamment, ver- ticalement sur le bras en porte-à-faux 56, pour permettre le réglage de la profondeur de pénétration de l'électrode de contact avec le métal. Un de ces composants ou les deux peuvent également être réglables dans la direction longi- tudinale du bras pour permettre le réglage de la sépara- tion latérale entre le chalumeau et l'électrode de retour. La configuration physique de la colonne support et du cou- lisseau mobile ainsi que la structure de support du cha- lumeau/électrode peuvent être modifiées pour une adapta- tion à des applications particulières. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou- tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du tech- nicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Appareil pourl'application de chaleur à un réservoir (27) de métal fondu, comprenant un chalumeau à plasma (48) et une électrode de contact avec le métal (52) pour compléter un circuit électrique avec le chalumeau (48) via le métal fondu dans le réservoir (27), caractérisé en ce que le chalumeau à plasma (48) et l'é- lectrode de contact avec le métal (52) sont tous deux mon- tés sur une colonne de support (51) pour des mouvements de montée et de descente de sorte que le chalumeau à plasma (48) est déplaçable vers le bas pour venir près de la surface du réservoir de métal fondu et l'électrode de contact avec le métal peut être plongée dans le métal fondu et retirée de celui-ci. 2.- Appareil suivant la revendication 1, ca- ractérisé en outre en ce que le chalumeau à plasma (48) et l'électrode de contact avec le métal (52) sont montés sur la colonne (51) pour un mouvement commun de montée et de descente, unitairement. 3.- Appareil suivant la revendication 2, ca- ractérisé en outre en ce que l'électrode de contact avec le métal (52) est fixée ou peut être réglée par rapport au chalumeau à plasma (48) de façon à dépasser vers le bas au-dessous de l'extrémité inférieure du chalumeau à plasma (48), de sorte qu'elle plonge dans le réservoir (27) de métal fondu à chauffer lorsque l'extrémité infé- rieure du chalumeau à plasma approche de la surface du mé- tal fondu. 4.- Appareil suivant une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en outre en ce que le chalu- meau à plasma (48) comprend une électrode de chalumeau (60) comportant des passages d'écoulement de gaz (61) pour le passage d'un gaz dans l'électrode afin de produire un plasma à la surface du métal fondu. 5.- Appareil suivant la revendication 4, carac- térisé en outre en ce que l'électrode de chalumeau (60) est une électrode positive à courant continu et l'électrode de contact avec le métal (52) est une électrode négative ou de retour. 6.- Appareil suivant une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en outre en ce que l'élec- trode de contact avec le métal (52) comporte un passage intérieur (63) pour la circulation de gaz dans l'électro- de et son introduction dans le métal fondu, et il est prévu un détecteur de pression de gaz (65) pour détecter un changement de pression du gaz résultant d'une cassure de l'électrode de contact avec le métal (52). 7.- Appareil suivant une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en outre par un dispositif de production de bulles de gaz (28) au fond du réservoir (27), pour produire des bulles de gaz qui s'élèvent à travers le métal fondu dans le réservoir, afin d'engendrer une cir- culation dans la région du chalumeau à plasma (48) et d'é- vacuer les scories de la surface du métal autour du cha- lumeau.