Brevet FR2818567A1 — publié le 20020628

L'invention concerne la coulée continue des métaux. Elle concerne plus précisément les busettes en matériau réfractaire par lesquelles on introduit le métal liquide à couler, tel que de l'acier, dans la lingotière d'une installation de coulée continue, notamment d'une coulée entre cylindres. Ces busettes sont connectées par leur extrémité supérieure au récipient servant de réservoir de métal liquide, appelé répartiteur, et leur extrémité inférieure plonge dans le bain de métal liquide présent dans la lingotière où doit s'amorcer la solidification du produit coulé. Le premier rôle de ces busettes est de protéger de l'oxydation atmosphérique le jet de métal liquide sur son parcours entre le récipient et la lingotière. Elles permettent également, grâce à des configurations appropriées de leur extrémité inférieure, d'orienter favorablement les écoulements du métal liquide dans la lingotière pour que la solidification du produit s'effectue dans les meilleures conditions possibles. La coulée de bandes minces métalliques de quelques mm d'épaisseur directement à partir de métal liquide (acier ou cuivre, par exemple) peut avoir lieu sur une installation dite de coulée entre cylindres . Elle comporte une lingotière dont l'espace de coulée est délimité sur ses grands côtés par une paire de cylindres refroidis intérieurement à axe horizontaux parallèles et tournant autour de ces axes en sens inverses, et sur ses petits côtés par des plaques de fermeture (appelées faces latérales) en matériau réfractaire appliquées contre les extrémités des cylindres. Les cylindres peuvent également être remplacés par des bandes sans fin refroidies. En coulée entre cylindres, on utilise souvent des busettes en deux parties (voir, par exemple, le document EP-A-0 771 600). La première partie est composée d'un tube cylindrique dont l'extrémité supérieure est connectée à un orifice pratiqué dans le fond du répartiteur qui constitue la réserve d'acier liquide alimentant la lingotière. Cet orifice est obturable à volonté par l'opérateur, partiellement ou totalement, grâce à une quenouille ou un système à tiroir assurant la régulation du débit de métal. De la section de cet orifice dépend le débit maximal de métal qui peut s'écouler à l'intérieur de la busette. La deuxième partie, fixée à l'extrémité inférieure du tube précédent, par exemple par vissage, ou lui étant intégrée de construction, est destinée à être immergée dans le bain de métal liquide présent dans la lingotière. Elle est composée d'un élément creux à l'intérieur duquel débouche l'orifice inférieur du tube cylindrique précédent. L'espace intérieur de cet élément creux a une forme générale plus ou moins allongée selon les dimensions de l'espace de coulée de la machine sur laquelle la busette doit être montée. Il est orienté sensiblement perpendiculairement au tube. Lorsque la busette est en service, l'élément creux est placé parallèlement aux cylindres, et le métal liquide s'écoule dans la lingotière par des ouïes pratiquées sur les côtés de l'élément creux, généralement à chacune de ses extrémités. Dans ce dernier cas, les écoulements du métal sortant de la busette sont ainsi orientés préférentiellement en direction des faces latérales, afin d'amener du métal chaud sur leurs surfaces, et éviter ainsi que ne s'y produisent des solidifications de métal non désirées (dites solidifications parasites ) qui perturberaient gravement le fonctionnement de la machine. Les ouïes peuvent avoir une orientation horizontale ou oblique descendante. Divers orifices de moindre importance que ces ouïes peuvent également être ménagés sur les parois latérales et/ou le fond de la busette, afin d'alimenter directement en métal chaud les régions de la lingotière situées sur les côtés de la busette et/ou sous elle. On vise ainsi, notamment, à améliorer l'homogénéité thermique du métal présent dans la lingotière. Une des principales difficultés rencontrées dans l'utilisation de ces busettes est que, en général, le métal liquide ne remplit pas complètement leur espace interne, et l'écoulement du métal s'y effectue souvent de manière irrégulière et tourbillonnante. C'est en particulier le cas lorsque l'orifice du répartiteur n'a pas son ouverture maximale. Cela conduit à une forte instabilité des courants de métal sortant des ouïes, et les écoulements à l'intérieur de la lingotière deviennent différents de leur configuration optimale que la busette est théoriquement censée imposer. On constate alors l'apparition d'irrégularités dans la solidification du produit, qui peuvent gravement affecter sa qualité finale, surtout dans le cas où on coule des bandes de faible épaisseur. On remédie à ce problème en insérant dans l'espace interne de la busette des obstacles qui imposent des pertes de charge au métal en contrariant son écoulement naturel. A débit de métal liquide égal, on limite la vitesse de l'écoulement et on améliore ainsi le remplissage de l'espace intérieur de la busette. De cette façon, les variations erratiques des écoulements du métal hors de la busette sont atténuées. Dans le cas des busettes en deux parties précédemment citées, ces obstacles peuvent être insérés dans la première partie cylindrique ou dans son prolongement (voir le document EP-A-0 765 702). Ils peuvent aussi comprendre une réglette , c'est à dire un élément parallélépipédique allongé en réfractaire poreux ou perforé disposé à l'intérieur de l'élément creux constituant la deuxième partie de la busette (voir le document EP-A-0 950 451). Cette réglette permet également d'alimenter de façon plus homogène les orifices de sortie du métal qui sont éventuellement ménagés dans le fond ou les parois latérales de la busette. Dans ce dernier type de busette, la réglette est disposée sensiblement dans la partie médiane de la hauteur de l'élément creux, et repose sur des épaulements ménagés dans l'élément creux. Elle divise chacune des ouïes en deux zones : - une zone supérieure, par laquelle du métal liquide peut s'écouler sans avoir, au préalable, traversé la réglette ; - une zone inférieure, par laquelle ne s'écoule que du métal liquide qui a, au préalable, traversé la réglette. Cette disposition présente, à l'expérience, plusieurs inconvénients. En premier lieu, la présence de la réglette impose la réalisation d'ouïes de relativement fort diamètre, de manière à autoriser la mise en place de la réglette, ce qui n'est pas toujours souhaitable d'un point de vue hydrodynamique. En effet, ce fort diamètre impose lui-même une immersion profonde de la deuxième partie de la busette dans l'espace de coulée, car il faut maintenir une distance minimale entre le sommet de l'ouïe et la surface du métal liquide présent entre les cylindres. Si cette distance minimale n'est pas respectée, on risque une agitation trop forte de ladite surface, ce qui rend irrégulière l'initiation de la solidification de la bande. De plus, il arrive que sous l'effet des boucles de recirculation du métal liquide entre les cylindres, du métal liquide reflue dans la zone supérieure des ouïes, ce qui perturbe le bon fonctionnement de la busette. Enfin, une immersion profonde de la busette entraîne qu'une masse importante de réfractaire est au contact du métal liquide présent entre les cylindres, ce qui est défavorable du point de vue thermique, particulièrement en début de coulée lorsque la busette n'est pas encore en équilibre thermique avec le métal. Le but de l'invention est de proposer une busette équipée d'une réglette exempte des inconvénients précédemment cités. A cet effet, l'invention a pour objet une busette pour l'introduction d'un métal liquide dans une lingotière de coulée continue des métaux, du type comportant une première partie tubulaire dont une extrémité est destinée à être connectée à un récipient renfermant ledit métal liquide, et dont l'autre extrémité débouche dans une deuxième partie creuse de forme allongée dont au moins une portion de l'espace intérieur est orientée sensiblement perpendiculairement à ladite première partie tubulaire, ladite partie creuse comportant une ouïe à chacune de ses extrémités, une réglette munie de perforations étant disposée dans l'espace intérieur de ladite partie creuse, caractérisée en ce que les ouïes de ladite partie creuse sont obturées au dessus de ladite réglette. Les ouïes de ladite partie creuse peuvent être obturées par des protubérances ménagées sur la face supérieure de la réglette. Lesdites protubérances peuvent avoir leur paroi tournée vers l'intérieur de la busette inclinée. Ladite réglette peut comporter une partie en relief sur au moins une portion de la largeur de sa face supérieure, le sommet de ladite partie en relief étant situé sur l'axe longitudinal de la réglette. Ladite réglette peut comporter sur sa face supérieure des reliefs transversaux entre lesquels sont ménagées les perforations. Lesdits reliefs transversaux peuvent avoir des sections de forme générale triangulaire. Le relief transversal situé au centre de la réglette peut avoir une section en forme générale de triangle isocèle, et les autres reliefs transversaux des sections en forme générale de triangles quelconques. La deuxième partie creuse de la busette peut comporter un ou des orifices ménagés dans son fond et/ou ses parois latérales. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à prévoir une obturation complète de la zone supérieure des ouïes de la deuxième partie de la busette, au-dessus de la réglette. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes : - la figure 1 a qui montre, vu de face et en coupe longitudinale, un exemple de busette selon l'invention, équipée d'une réglette que la figure 1b montre vue en perspective ; - la figure 2 qui montre, vu en perspective, un autre exemple de réglette pouvant équiper une busette selon l'invention ; - la figure 3 qui montre, vu en perspective, un autre exemple d'une telle réglette ; - la figure 4, qui montre, vu de profil, une variante de la réglette de la figure 3. La busette 1 selon l'invention représentée sur la figure 1a est, grâce à sa forme étroite et allongée, particulièrement adaptée à une utilisation sur une installation de coulée de bandes minces entre deux cylindres refroidis intérieurement et mis en rotation, selon un procédé à présent bien connu. Comme dans l'art antérieur précédemment décrit, elle comporte une première partie composée d'un tube cylindrique 2 dont l'extrémité supérieure non représentée est destinée à être connectée à l'orifice de sortie d'un répartiteur. Ce tube cylindrique 2 débouche dans l'espace intérieur 3 de la deuxième partie de la busette 1, composée d'un élément creux 4 de forme allongée, suffisamment étroite pour permettre son insertion dans l'espace de coulée de l'installation. Conformément à l'art antérieur, cet élément creux 4 comporte divers orifices par lesquels le métal liquide peut sortir de la busette 1, à savoir : - deux ouïes 5,6 de section rectangulaire dans l'exemple non limitatif représenté, ménagées chacune à une extrémité de l'élément creux 4, destinées à être orientées vers les petits côtés de l'espace de coulée, et par lesquelles transitera l'essentiel du flot de métal liquide traversant la busette 1 ; dans l'exemple de la figure 1a, ces ouïes 5,6 sont orientées horizontalement, mais elles peuvent également être orientées de manière oblique ; elles peuvent aussi avoir une section de forme différente (par exemple circulaire, ovale ou plus complexe), de manière classique ; - une série d'orifices de sortie 7-17 cylindriques de petit diamètre orientés verticalement, ménagés dans le plan médian du fond 18 de l'élément creux 4, et destinés à alimenter directement en métal chaud les zones de l'espace de coulée situées sous la busette ; en variante, on peut, comme il est connu dans le document EP-A-0 771 600, prévoir non pas une mais deux séries de tels orifices, disposées chacune de part et d'autre du plan médian du fond 18 de l'élément creux 4. Une autre variante consisterait à ajouter aux orifices de sortie 7- 17 (ou à leur substituer) des orifices ménagés dans les grandes parois latérales de l'élément creux 4, et orientés en direction des grands côtés de l'espace de coulée (autrement dit en direction des cylindres dans le cas d'une installation de coulée entre cylindres). Ces orifices 7-17 peuvent aussi ne pas être strictement cylindriques, mais avoir une section par exemple elliptique. Ils peuvent aussi (notamment selon l'une des variantes de EP-A-0 771 600) être orientés de manière oblique. Enfin, ils peuvent être remplacés par une ou plusieurs fentes s'étendant chacune sur une partie ou l'ensemble de la longueur du fond 18 de l'élément creux 4, et dont il serait important qu'elles soient alimentées de manière homogène sur l'ensemble de leur longueur. Il doit également être entendu qu'il demeurerait dans l'esprit de l'invention de ne prévoir aucun orifice de sortie du métal liquide autre que les ouïes 5,6. La busette 1 comporte également, disposée dans son espace intérieur 3, une réglette perforée 19 reposant sur des épaulements 20 ménagés sur les parois de l'élément creux 4, et s'étendant sur l'ensemble de la longueur de cet élément creux 4. Sa fonction est, comme il est connu, de créer des pertes de charge dans le métal liquide, de manière à obtenir un meilleur remplissage de l'espace intérieur 3, et régulariser ainsi les écoulements du métal liquide hors de la busette 1. Cette réglette 19 a une forme générale parallélépipédique dans l'exemple représenté sur les figures 1a et 1 b. Elle comporte des perforations 21 qui la traversent de part en part, depuis sa face supérieure 22 jusqu'à sa face inférieure 23. Dans l'exemple représenté, ces perforations 21 sont disposées selon une double rangée et réparties de part et d'autre de l'axe longitudinal de la réglette 19, et elles ont une forme strictement cylindrique. Il doit être compris que cette disposition et cette forme ne sont que des exemples non limitatifs. Il est notamment possible de ne prévoir qu'une simple rangée de perforations 21. Selon l'invention, les parties des ouïes 5,6 situées au-dessus de la réglette 19 sont obturées, de manière à forcer l'ensemble du métal liquide traversant la busette 1 à passer à travers la réglette 19. Dans l'exemple représenté sur les figures 1a et 1b, cette obturation est réalisée grâce à des protubérances 24,25 intégrées de construction aux extrémités de la réglette 19. Mais il demeurerait conforme à l'invention de réaliser cette obturation à l'aide de pièces rapportées fixées sur la réglette 19 avant ou après sa mise en place dans la busette 1, ou d'un réfractaire façonnable appliqué après la mise en place de la réglette 19. De cette façon, l'espace intérieur de l'élément creux 4 est divisé en deux parties communicantes séparées par la réglette 19 : une partie supérieure 26 et une partie inférieure 27 qui, seule, débouche à l'extérieur de la busette 1 par les parties inférieures non obturées des ouïes 5,6 et les orifices 7-17. L'invention a notamment les avantages suivants sur les busettes connues équipées d'une réglette et dont les parties supérieures des ouïes ne sont pas obturées. L'écoulement de l'acier liquide à l'intérieur de la busette 1 est mieux amorti et est canalisé de façon plus stricte, ce qui lui procure une meilleure stabilité dans le temps. Les variations du débit de métal liquide sortant du répartiteur ont ainsi moins de répercussions sur l'hydrodynamique de l'acier liquide, non seulement dans la busette 1, mais aussi dans l'espace de coulée de la machine de coulée continue. En particulier, l'égalité de la répartition du débit de métal entre les deux ouïes 5,6 est mieux assurée. On évite les recirculations de métal liquide à l'intérieur des ouïes 5,6, en provenance de l'espace de coulée, ce qui, là encore, contribue à une bonne régularité des écoulements, aussi bien dans la busette 1 que dans l'espace de coulée. On peut se permettre d'immerger la busette 1 moins profondément dans l'espace de coulée, puisque cette immersion est calculée non plus à partir du sommet de l'espace intérieur de l'élément creux 4, mais à partir de la face inférieure 23 de la réglette 19. Une moindre quantité de réfractaire se trouve donc immergée dans l'acier liquide, ce qui est favorable du point de vue thermique. Si on choisit de maintenir une immersion semblable à celle de la busette de l'art antérieur à ouïes non partiellement obturées, on obtient une arrivée du métal à une profondeur moyenne plus importante, ce qui diminue l'agitation de la surface du métal liquide présent dans l'espace de coulée. L'amorçage de la solidification s'effectue donc de façon plus régulière. Le bon scellement de la réglette 19 est mieux assuré, du fait de l'augmentation de sa surface de contact avec l'élément creux 4 procurée par les protubérances 24,25 ou, de manière générale par la matière assurant l'obturation de la partie supérieure des ouïes 5,6. En variante, on peut donner à la réglette 19 diverses formes, dont des exemples non limitatifs sont donnés sur les figures 2 à 4. Comme il est connu par le document EP-A-0 950 451, on peut ménager sur la réglette 27 une partie en relief s'étendant longitudinalement sur la longueur de la réglette 19 et sur au moins une portion de sa largeur. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, cette partie en relief 28 s'étend sur toute la longueur et toute la largeur de la réglette 27, et a une section transversale triangulaire uniforme, le sommet du triangle coïncidant avec l'axe longitudinal de la réglette 27. La fonction de cette partie en relief 28 est de faire éclater le jet de métal provenant du tube cylindrique 2 de la busette 1 en le répartissant de manière symétrique sur la section transversale de l'élément creux 4 de la busette 1. Par rapport à une réglette purement parallélépipédique, on obtient un remplissage plus homogène et plus constant dans le temps. L'obturation de la partie supérieure des ouïes 5,6, selon l'invention, permet d'accentuer encore les avantages procurés par ce type de réglette 27. Les autres exemples de réglettes à partie centrale en relief décrites dans EP-A-0 950 451 peuvent également être adaptés à l'invention, et on pourra se reporter à ce document pour une description plus détaillée de ces exemples. Une variante de configuration de la réglette est représentée sur la figure 3. La réglette 29 est ici de forme générale parallélépipédique, et comporte sur sa surface supérieure 22 des reliefs transversaux 30 de section triangulaire, entre lesquels sont percées les perforations 21. Ces reliefs transversaux 30 constituent des obstacles aux écoulements du métal liquide permettant d'obtenir une meilleure homogénéité de la répartition du métal liquide entre les diverses perforations 21. L'obturation des parties supérieures des ouïes de la busette 1 permet de tirer un parti optimal de l'existence de ces reliefs transversaux 30. En effet, le bon remplissage de la partie supérieure 26 de l'élément creux 4 qu'il procure aide à stabiliser les écoulements dans le temps, et donc à assurer que l'effet des reliefs transversaux 30 est bien obtenu de façon fiable et constante. Si les ouïes de la busette 1 étaient laissées libres dans leur partie supérieure, les écoulements à l'intérieur de la busette 1 seraient beaucoup plus aléatoires, et l'effet des reliefs transversaux 30 ne serait pas maîtrisé. En variante, on peut proposer de conférer aux reliefs transversaux 30 des sections de formes différentes sur la longueur de la réglette 27, comme représenté sur la figure 4. Dans cette configuration, le relief transversal central 31 a une section en forme de triangle isocèle, de manière à répartir également le métal liquide entre le côté droit et le côté gauche de la busette 1, alors que les autres reliefs transversaux 32 ont des sections triangulaires en forme de triangles quelconques, calculées pour homogénéiser la répartition du métal liquide entre les différentes perforations 21. Dans cet exemple de configuration, on a aussi conféré aux parois des protubérances 24,25 obturant les parties supérieures des ouïes de la busette 1 des faces 33,34 tournées vers l'intérieur de la busette 1 inclinées, et non pas verticales. On cherche ainsi à éviter la formation de zones mortes dans le métal liquide, au niveau de l'intersection entre les protubérances 24,25 et la face supérieure 22 de la réglette 29. Cette caractéristique est, bien entendu, transposable aux autres configurations de réglettes qui ont été décrites. Dans les variantes qui viennent d'être décrites et représentées, les angles des reliefs transversaux (30,31, 32) sont des angles vifs, mais il demeurerait dans l'esprit de l'invention de les arrondir, de manière à éviter leur possible érosion non maîtrisée sous l'effet des frottements avec le métal liquide. REVENDICATIONS 1. Busette (1) pour l'introduction d'un métal liquide dans une lingotière de coulée continue des métaux, du type comportant une première partie tubulaire (2) dont une extrémité est destinée à être connectée à un récipient renfermant ledit métal liquide, et dont l'autre extrémité débouche dans une deuxième partie creuse (4) de forme allongée dont au moins une portion de l'espace intérieur (3) est orientée sensiblement perpendiculairement à ladite première partie tubulaire (2), ladite partie creuse (4) comportant une ouïe (5, 6) à chacune de ses extrémités, une réglette (19,27, 29) munie de perforations (21) étant disposée dans l'espace intérieur (3) de ladite partie creuse (4), caractérisée en ce que les ouïes (5,6) de ladite partie creuse (4) sont obturées au dessus de ladite réglette (19,27, 29). 2. Busette selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouïes (5, 6) de ladite partie creuse (4) sont obturées par des protubérances (24,25) ménagées sur la face supérieure de la réglette (19,27, 29). 3. Busette selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites protubérances (24,25) ont leur paroi (33,34) tournée vers l'intérieur de la busette (1) inclinée. 4. Busette selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite réglette (27) comporte une partie en relief (28) sur au moins une portion de la largeur de sa face supérieure (22), le sommet de ladite partie en relief (28) étant situé sur l'axe longitudinal de la réglette (27). 5. Busette selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite réglette (29) comporte sur sa face supérieure (22) des reliefs transversaux (30,31, 32) entre lesquels sont ménagées les perforations (21). 6. Busette selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits reliefs transversaux (30,31, 32) ont des sections de forme générale triangulaire. 7. Busette selon la revendication 6, caractérisée en ce que le relief transversal (31) situé au centre de la réglette (29) a une section en forme générale de triangle isocèle, et en ce que les autres reliefs transversaux (32) ont des sections en forme générale de triangles quelconques. 8. Busette selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que sa deuxième partie creuse (4) comporte un ou des orifices (7-17) ménagés dans son fond (18) et/ou ses parois latérales.