Brevet FR2765126A1 — publié le 19981231

Procédé de coulée de métal liquide dans un conduit comprenant au moins deux pièces réfractaires. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour étanchéifier le plan de joint entre deux pièces réfractaires d'un conduit d'écoulement de métal en fusion. Pour la coulée d'acier à partir d'une poche dans une lingotière, L'acier est vidangé par le fond de la poche au travers d'un tiroir de réglage de débit, puis s'écoule dans un répartiteur au travers d'un tube protecteur de jet ; l'acier est ensuite vidangé par le fond du répartiteur au travers d'une busette interne, puis s'écoule au travers d'une busette externe jusque dans la lingotière. Le long du circuit de coulée d'acier, on trouve alors deux plans de joint de pièces réfractaires: un plan de joint entre deux plaques réfractaires du tiroir de vidange de poche et un plan de joint entre les deux busettes réfractaires interne et externe. Le tiroir de réglage de débit de vidange de poche comporte en effet généralement deux plaques réfractaires, coulissantes l'une sur l'autre dans un plan perpendiculaire au sens d'écoulement du métal fondu, qui sont dotées chacune d'un trou ; par coulissement des plaques, on règle la surface de recouvrement des deux trous de manière à réguler le débit d'acier. La busette externe, en matériau réfractaire, peut être changée en cours de coulée à l'aide d'un dispositif d'échange de busette; cette busette présente donc un plan de joint en matériau réfractaire avec la busette interne. Si l'étanchéité n'est pas suffisamment assurée entre deux éléments réfractaires du circuit de métal liquide, la dépression créée dans le conduit de coulée par l'écoulement de l'acier liquide provoque, au niveau des plans de joint des pièces réfractaires du circuit, des aspirations de gaz externe. Afin d'éviter que certains gaz de l'atmosphère, comme de l'oxygène ou de l'azote, ne pénètrent à ce niveau dans le circuit de métal fondu, on injecte généralement à ce niveau un gaz inerte, comme de l'argon. Ainsi, au niveau des plans de joint des pièces réfractaires du circuit de coulée de métal liquide, on prévoit généralement un canal annulaire de diffusion de gaz inerte faisant le tour du conduit de métal liquide à cet endroit. Ce canal annulaire est connecté à un conduit d'alimentation débouchant vers l'extérieur des busettes, qui est lui-même relié à des moyens d'alimentation en gaz inerte. Pendant la coulée de métal liquide, on maintient donc, dans ce canal annulaire, un débit de gaz inerte destiné à être aspiré au niveau des plans de joint des pièces réfractaires dudit circuit, de manière à éviter à cet endroit des infiltrations de gaz provenant de l'atmosphère dans le circuit de métal liquide. Le débit de gaz inerte est même généralement suffisamment élevé pour qu'une partie du gaz inerte s'échappe meme vers l'extérieur du plan de joint, c'est à dire vers l'atmosphère. L'inconvénient d'un tel procédé est qu'il consomme donc des quantités importantes de gaz inerte et que l'injection d'une partie importante du gaz inerte dans le circuit de métal liquide peut avoir des effets néfastes au moment de la solidification dudit métal dans la lingotière, ce qui est préjudiciable à la qualité de l'acier. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de coulée de métal liquide à travers un conduit comportant au moins deux pièces réfractaires dans lequel, pendant l'écoulement dudit métal liquide dans ledit conduit, on injecte à la fois un gaz, inerte vis à vis dudit métal liquide, et de l'huile, au niveau du plan de joint entre les deux dites pièces réfractaires de manière à éviter l'introduction de gaz provenant de l'atmosphère dans ledit conduit au niveau dudit plan de joint. L'invention a également pour objet un procédé de coulée de métal liquide à travers un conduit comportant au moins deux pièces réfractaires dans lequel, pendant l'écoulement dudit métal liquide dans ledit conduit, on injecte un gaz, inerte vis à vis dudit métal liquide, au niveau du plan de joint entre les deux dites pièces réfractaires de manière à éviter l'introduction de gaz provenant de l'atmosphère dans ledit conduit au niveau dudit plan de joint, caractérisé en ce que l'on propulse ou on injecte de l'huile au niveau dudit plan de joint à l'aide dudit gaz inerte. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la température de craquage ou de décomposition de ladite huile est inférieure à la température dudit plan de joint à l'endroit où l'on injecte ledit gaz inerte. - ladite huile contient des particules de carbone, notamment du graphite et/ou du noir de fumée. - un niveau d'étanchéification requis dudit plan de joint étant prédéterminé, on régule l'injection d'huile en diminuant ou en stoppant les injections dès que le niveau d'étanchéification mesuré atteint ledit niveau requis et en augmentant ou en reprenant les injections dés que le niveau d'étanchéification mesuré n'atteint plus ledit niveau requis. - on injecte l'huile de manière intermittente par doses de volume prédéterminé. L'invention a également pour objet un dispositif de coulée de métal liquide comportant: - au moins deux pièces réfractaires successives formant une portion de conduit pour le métal liquide, - un canal annulaire pratiqué autour dudit conduit dans le plan de joint desdites deux pièces réfractaires et un conduit d'alimentation dudit canal annulaire débouchant vers l'extérieur, - des moyens d'alimentation en gaz inerte dudit conduit d'alimentation, - des moyens pour injecter ou propulser de l'huile dans tout le volume dudit canal annulaire. A l'aide de ce dispositif, le procédé selon l'invention peut également présenter les caractéristiques suivantes: - pour réguler l'injection d'huile, on mesure la pression d'alimentation dudit canal annulaire pour un débit prédéterminé d'alimentation en gaz inerte. - ledit volume de dose d'huile est supérieur au volume dudit canal annulaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence au cas de la jonction entre deux busettes réfractaires dans un circuit de coulée continu d'acier. Sur le circuit de coulée d'acier, on trouve une poche, un répartiteur et une lingotière; L'acier liquide du répartiteur se vide par une busette interne solidaire du fond du répartiteur qui communique avec une busette réfractaire externe dont l'extrémité inférieure plonge sous le niveau de métal liquide dans la lingotière. Les deux pièces réfractaires successives que sont la busette interne et la busette externe forment donc un élément de conduit pour l'acier liquide. Le plan de jonction de ces deux pièces comporte un canal annulaire faisant le tour dudit conduit et un conduit d'alimentation dudit canal annulaire débouchant vers l'extérieur. Par des moyens de connexion adaptés, ledit conduit d'alimentation est relié à des moyens d'alimentation en gaz inerte. Sur le circuit d'alimentation en gaz inerte, on rajoute un dispositif adapté pour injecter de l'huile dans ce circuit jusqu'au niveau du canal annulaire. Ce dispositif d'injection d'huile peut être un dispositif d'injections continues ou un dispositif d'injections intermittentes périodiques de doses d'huile. Comme dispositif d'injection continue, on peut notamment utiliser un dispositif de pulvérisation de gouttelettes d'huile dans le gaz inerte, ou encore un huileur du type de ceux qu'on implante classiquement sur les circuits d'air comprimé d'alimentation de vérins pneumatiques. On va maintenant décrire le procédé de coulée de métal liquide selon l'invention. D'une manière connue en elle-même, on verse de l'acier dans le répartiteur; L'acier contenu dans le répartiteur s'écoule alors par gravité dans la lingotière à travers le conduit formé par les deux busettes réfractaires. Pendant l'écoulement du métal liquide dans ce conduit, on alimente en gaz inerte, par exemple en argon, le conduit d'alimentation du canal annulaire, de sorte que, si fuites il y a dans le plan de jonction des deux busettes, seul du gaz inerte pénètre dans le métal liquide et on évite tout risque de pollution de l'acier liquide par des gaz réactifs comme l'oxygène ou l'azote. II faut noter que ces fuites dépendent des défauts d'usinage des plans de joint des busettes et de l'usure de ces plans de joint, résultant par exemple du positionnement de la busette externe au moment du changement de busette. Dans le cas de tiroirs de coulée à la sortie d'une poche, ces fuites dépendent de l'usure des deux plaques coulissantes du tiroir. Le débit d'injection de gaz inerte dans le plan de joint des busettes dépend donc du niveau de ces fuites et est adapté d'une manière connue en elle-même pour éviter tout risque de pollution de l'acier liquide par des gaz réactifs comme l'oxygène ou l'azote. Selon l'invention, à l'aide du dispositif adapté déjà cité, on injecte donc de l'huile dans le circuit d'alimentation en gaz inerte de manière à l'entraîner jusque dans le canal annulaire et à la répartir uniformément sur toute la circonférence de ce canal, d'où elle est ensuite aspirée ou poussée, avec le gaz inerte, au travers des interstices de fuite tout autour du plan de joint des deux busettes d'une part vers le centre du conduit où s'écoule le métal liquide d'autre part vers l'extérieur dudit conduit. Comme la zone du plan de joint, notamment la zone comprise entre le canal annulaire et la paroi interne du conduit, est à une température très élevée, L'huile entraînée dans ce plan de joint se décompose en particules solides qui s'agglomèrent et s'accumulent progressivement dans les interstices de fuite jusqu'à les boucher complètement. Progressivement, on aboutit alors, grâce à l'invention, à une étanchéification améliorée sinon complète du plan de joint, ce qui permet de diminuer sensiblement la consommation de gaz inerte. On constate que l'étanchéification est réalisée plus rapidement lorsqu'on injecte des doses d'huile de volume supérieur à celui du canal annulaire et on injecte alors ces doses d'huile de manière intermittente. On constate aussi une amélioration de la qualité de l'acier coulé selon l'invention. De préférence, pour mettre en oeuvre l'invention, on choisit une huile dont la température de craquage ou de décomposition est inférieure à la température normale qui règne dans le canal annulaire lorsque l'on coule du métal dans le conduit. De préférence, pour mettre en oeuvre l'invention, on utilise des huiles contenant des particules de carbone en suspension, ce qui facilite le colmatage des fuites. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 1: Cet exemple a pour but d'illustrer le procédé selon l'invention appliqué au colmatage du plan de joint entre deux busettes de coulée d'acier. Les caractéristiques du dispositif au niveau du plan de joint sont les suivantes: - diamètre interne du conduit de coulée d'acier: 70 mm; - diamètre de l'anneau du conduit annulaire d'injection de gaz inerte: 120 mm; - conduit annulaire de section approximativement demi-cylindrique largeur 5 mm, hauteur 3 mm (le volume total du conduit annulaire atteint donc environ 4 cm3); - nature du gaz inerte: argon; - nature de l'huile utilisée pour l'injection: huile référencée TELLUS 22 de la Société SHELL; Le dispositif d'injection d'huile est adapté pour injecter de manière intermittente des doses d'huile de volume très supérieur à celui du canal annulaire et de manière à ce que ces doses d'huile soient propulsées par le gaz inerte pour se répartir uniformément dans tout le volume du canal annulaire ; une surpression de gaz inerte peut être nécessaire à cet effet au moment de l'injection d'une dose d'huile. Pendant la coulée de l'acier dans le conduit de coulée, pendant qu'on injecte du gaz inerte dans le canal annulaire d'une manière connue en ellemême pour éviter que des gaz réactifs ne pénètrent dans le circuit de coulée, on injecte donc également de l'huile dans le circuit de gaz inerte à l'aide du dispositif d'injection d'huile. De préférence, on asservit la marche du dispositif d'injection d'huile de manière à stopper les injections dès que le niveau d'étanchéification requis est atteint et à les reprendre dès que le niveau d'étanchéification évalué n'est plus considéré comme suffisant. On évalue le niveau d'étanchéification entre les deux busettes par exemple en mesurant la pression d'alimentation du canal annulaire sous débit constant, ou par exemple en mesurant le débit d'alimentation sous pression constante. Lorsqu'il existe des fuites au niveau du plan de joint vers l'extérieur du conduit de coulée, la quantité d'huile projetée vers l'extérieur dans l'atmosphère au moment des injections s'enflamme spontanément au niveau du plan de joint. Après mise en oeuvre de l'invention, on a analysé les teneurs en carbone de l'acier obtenu et on n'a constaté aucune reprise en carbone de cet acier, ce qui indique clairement que le procédé selon l'invention ne pollue pas en carbone le métal liquide. On pouvait craindre en effet que des particules solides résultant de la décomposition de l'huile ne soient entraînées dans le métal au cours de la mise en oeuvre de l'invention. Exemple 2: D'autres essais concluants ont été réalisés dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 avec la même huile, mais chargée: - soit de 10% en poids de graphite (granulométrie: 70% de passage au tamis de maille égale à 100 m). - en noir de fumée d'une qualité utilisée habituellement dans la poudre de moule , c'est à dire pour la lubrification de l'acier dans les lingotières de coulée continue; cette poudre est fournie par la Société DENAIN ANZIN MINÉRAUX. Exemple 3: Cet exemple a pour but d'illustrer un variante de mise en oeuvre du procédé de coulée selon l'invention dans le cas où on injecte des doses d'huile de manière périodique dans le circuit d'alimentation en gaz inerte, dans le cas où on dispose de moyens d'alimentation en gaz inerte qui peuvent être régulés en débit et dans le cas où on régule l'injection d'huile et de gaz inerte en fonction d'un niveau d'étanchéification cible . Selon cette variante: - on fixe une valeur haute et une valeur basse de débit d'alimentation en gaz inerte ; la valeur basse peut être égale à 10% de la valeur haute . - à partir de ces valeurs, on détermine et on fixe une valeur plancher et une valeur plafond de pression d'alimentation du canal annulaire; - on fixe également le volume de chaque dose injectée, la période d'injection de cette dose et un nombre maximal de doses d'étanchéification; de préférence, ce volume est largement supérieur au volume du canal annulaire. - on alimente le canal annulaire en gaz inerte selon un débit de gaz inerte établi à ladite valeur haute et, pendant la coulée du métal, on mesure la pression d'alimentation dudit canal; - puis, tant que la pression dans ce canal n'atteint pas le plafond de pression prédéterminé, à chaque période d'injection, on injecte une dose d'huile dans le circuit de gaz inerte de manière à propulser la dose d'huile dans le canal annulaire et à la répartir uniformément dans le volume de ce canal ; la propulsion de la dose d'huile peut nécessiter un surpression instantanée de gaz inerte. Lorsque la pression mesurée est faible, à débit constant, cela signifie que le niveau de fuite est élevé au niveau du plan de joint des busettes. Lorsque la pression mesurée est forte, à débit constant, cela signifie que les fuites sont colmatées ou quasiment colmatées. - si la pression dans ce canal atteint ensuite ledit plafond de pression, on réduit le débit de gaz inerte qui alimente le canal annulaire à ladite valeur basse ; - si ultérieurement la pression vient à chuter en dessous du plancher de pression, on ré-augmente le débit de gaz inerte au niveau de la valeur haute , - si la pression dans ce canal n'atteint pas ledit plafond de pression lorsqu'on a atteint le nombre maximal de doses d'injection d'huile, on cesse les injections d'huile et on maintient le débit de gaz inerte à sa valeur haute ; L'injection périodique de doses importantes d'huile et leur application uniforme dans tout le volume du canal annulaire permet d'éviter l'encrassement du canal annulaire, ce qui est nécessaire pour pouvoir maintenir l'étanchéité du plan de joint et la restaurer si besoin, notamment après un changement de busette externe. Si l'on applique cette variante à l'installation décrite dans l'exemple 1 ou 2, on peut choisir par exemple les valeurs suivantes: - valeur haute de débit de gaz inerte : 5 N.l/min. (normo-litre par minute); - valeur basse de débit de gaz inerte: 0,5 N.l/min. - valeur plancher de pression d'alimentation: 0,2. 105 Pa. - valeur plafond de pression d'alimentation:1 . 10s Pa. - volume nominal d'une dose d'injection d'huile: 50 cm3. - période d'injection d'huile: 5 minutes. - nombre maximal de doses d'injection d'huile: 5. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on note que la pression d'alimentation en argon dans le canal d'alimentation du canal annulaire passe progressivement de 0,3 105 Pa. à 2 iOs Pa., ce qui indique un bon colmatage du plan de joint des deux busettes réfractaires. On constate que l'évolution de la pression consécutive aux injections d'huile peut s'étaler sur plusieurs minutes. REVENDICATIONS 1.- Procédé de coulée de métal liquide à travers un conduit comportant au moins deux pièces réfractaires dans lequel, pendant l'écoulement dudit métal liquide dans ledit conduit, on injecte à la fois un gaz, inerte vis à vis dudit métal liquide, et de l'huile, au niveau du plan de joint entre les deux dites pièces réfractaires de manière à éviter l'introduction de gaz provenant de l'atmosphère dans ledit conduit au niveau dudit plan de joint. 2.- Procédé de coulée de métal liquide à travers un conduit comportant au moins deux pièces réfractaires dans lequel, pendant l'écoulement dudit métal liquide dans ledit conduit, on injecte un gaz, inerte vis à vis dudit métal liquide, au niveau du plan de joint entre les deux dites pièces réfractaires de manière à éviter l'introduction de gaz provenant de l'atmosphère dans ledit conduit au niveau dudit plan de joint, caractérisé en ce que l'on propulse ou on injecte de l'huile au niveau dudit plan de joint à l'aide dudit gaz inerte. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la température de craquage ou de décomposition de ladite huile est inférieure à la température dudit plan de joint à l'endroit où l'on injecte ledit gaz inerte. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite huile contient des particules de carbone, notamment du graphite et/ou du noir de fumée. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, un niveau d'étanchéification requis dudit plan de joint étant prédéterminé, on régule l'injection d'huile en diminuant ou en stoppant les injections dès que le niveau d'étanchéification mesuré atteint ledit niveau requis et en augmentant ou en reprenant les injections dès que le niveau d'étanchéification mesuré n'atteint plus ledit niveau requis. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on injecte l'huile de manière intermittente par doses de volume prédéterminé. 7.- Dispositif de coulée de métal liquide pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins deux pièces réfractaires successives formant une portion de conduit pour le métal liquide, - un canal annulaire pratiqué autour dudit conduit dans le plan de joint desdites deux pièces réfractaires et un conduit d'alimentation dudit canal annulaire débouchant vers l'extérieur, - des moyens d'alimentation en gaz inerte dudit conduit d'alimentation, - des moyens pour injecter ou propulser de l'huile dans tout le volume dudit canal annulaire. 8.- Procédé selon la revendication 5 mis en oeuvre à l'aide du dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que, pour réguler l'injection d'huile, on mesure la pression d'alimentation dudit canal annulaire pour un débit prédéterminé d'alimentation en gaz inerte. 9.- Procédé selon la revendication 6 mis en oeuvre à l'aide du dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit volume de dose d'huile est supérieur au volume dudit canal annulaire.