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PERFECTIONNEMENTS AUX TETES CALORIFUGES (HOT TOPS) POUR LINGOTIERES ET PROCEDE POUR LA FORMATION DE TETES CALORIFUGES DANS LA COULEE DES LINGOTS
D ACIER.
La présente invention a pour objet des perfectionnements aux hot tops pour lingotières et vise particulièrement un procédé et des moyens pour la formation de hot-tops, ou têtes calorifuges ("hot topping") de manière hautement efficace pour réduire au minimum le pourcentage de métal perdu dans la masselotte par rapport à la quantité de bon métal dans le lingot proprement dit.
La tête calorifuge composite habituelle est constituée par une enveloppe en fonte coulée garnie de blocs de briques réfractaires de premiè- re qualité. Ces briques ont une température de ramollissement supérieure à la température à laquelle sont coulés les aciers en fusion, savoir de 1480 à 1620 environ. Elles possèdent une résistance aux chocs thermiques d'un ordre acceptable pour résister, d'abord, au choc considérable qui se produit lors du remplissage du hot top quand l'acier en fusion vient en contact intime avec le garnissage de briques relativement froid., et ensuite à l'action de l'air froid qui se précipite à travers le hot top lorsqu'on sépare de la masselotte le hot top en balayant les surfaces du garnissage de briques qui sont à une température atteignant 1315 .
Ces briques possè- dent aussi une bonne résistance mécanique pour supporter les efforts rudes que subit un hop top pendant le démoulage et la manutentation. Lorsqu'un grutier tire sur un hot top pour le détacher de la masselotte, il est rare qu'il se produise un soulèvement axial en ligne droite; il faut, par suite, que le garnissage de briques résiste à toute action de déséquilibre ou de coincement.
Les pertes de chaleur d'un hot top employant des briques réfrac- taires de la première qualité sont considérables en raison de leur conduc- tibilité thermique et de leur capacité calorifique élevées. On peut com- penser ces pertes de chaleur par une quantité de métal en fusion suffisante pour assurer l'alimentation en métal fondu appropriée nécessaire pour la cavité de retrait du lingot en cours de solidification,, Suivant le type d'acier, sa température de coulée et divers autres facteurs, il faut qu'un
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hop top ait une capacité représentant environ 15% du volume total de la lin- gotière et de sa tête calorifique. Il suffit de 4 à 6% environ dudit vo- lume total pour assurer l'alimentation et l'obtention de lingots sains.
En conséquence,la différence de 9 à 11 % représente de l'usure, une perte ou des résidus et c'est là un article de compte que chaque aciérie cher- che à réduireo Toute réduction ainsi réalisée équivaut à une augmenta- tion de la capacité de production d'acier, augmentation qui est aujourd'. hui d'une importance capitale pour les besoins militaires et civils.
On a essayé divers artifices pour réduire la quantité d'acier nécessaire à la production d'un lingot sain en maintenant la quantité rédui- te en fusion pour une alimentation satisfaisante. Ces artifices comprennent l'application de flammes de gaz ou d'arcs électriques à la surface supé- rieure du lingot., la production de réactions exothermiques dans le hot top des constructions spéciales de hot tops et des matériaux réfractaires spé- ciaux. Les bénéfices que l'on escomptait de ces artifices ont été limités par des considérations opératoires et économiques et le résultat est que la plus grande partie du travail de formation de têtes calorifiques en hot tops se fait à l'heure actuelle de la même manière qu'il y a vingt ans.
Dans la présente invention, on substitue aux garlissages connus de briques réfractaires un garnissage composé de briques réfractaires iso- lantes. Les qualités d'isolation de ces briques résultent d'une porosité élevée obtenue au moyen d'une matière combustible incorporée dans le mélange et qui brûle lors de la cuisson de la brique. Ces briques ont un faible poids et sont assez fragiles. Elles sont aussi plus coûteuses que les bri- ques réfractaires de première qualité. On les fabrique en diverses quali- tés, celles possédant les meilleurs qualités d'isolation convenant pour des températures de travail, à la partie supérieure, de beaucoup inférieures à la température de coulée de l'acier.
De telles briques ne résistent ni aux efforts mécaniques importants., ni à la pénétration dans leur structure po- reuse du métal ou de la scorie liquides comme le font les garnissages habi- tuels en briques réfractaires de première qualité. Les bains protecteurs se sont révélés inefficaces parce qu'une telle protection durcit en donnant une dureté plus grande que la structure de briques et que, ensuite, lors de chauffages et de refroidissements rapides, des mouvements produisant des différences de dimensions cisaillent la structure plus faible de briques ré- fractaires isolantes poreuses.
En disposant un garnissage protecteur d'épaisseur convenable ne servant qu'une fois, on peut utiliser des briques réfractaires isolantes comme garnissage semi-permanent pour des hot tops avec de bonnes carac- téristiques de durée. Il est préférable d'utiliser une qualité intermédiai- re de briques réfractaires isolantes possédant une meilleure résistance que la qualité donnant le maximum d'isolation, mais avec une conductibilité thermique qui n'est que le tiers environ de celle de la brique réfractaire de première qualité.
En utilisant une telle brique isolante, protégée con - fermement à l'invention, on peut réduire d'un tiers la quantité d'acier ver- sée dans le hot top en plus de celle nécessaire pour l'alimentation du lin- got en cours de solidificationo
L'épaisseur du garnissage ou placage protecteur est telle que le gradient de température dans l'épaisseur empêche la température de la face interne de la brique réfractaire isolante de dépasser le maximum pour lequel elle a été prévue.
Grâce au gradient décroissant de température à travers le garnissage protecteur, on peut choisir une qualité de brique isolante pour laquelle la température limite de service est inférieure à la température de coulée de l'acier, et, par suite profiter des qualités i- solantes supplémentaires et une capacité thermique plus faible sans sacri- fier la durée de la brique. Une garniture ayant cette épaisseur est plus que suffisante pour empêcher l'acier en fusion de venir en contact avec la brique réfractaire isolante et elle est d'une nature permettant de sé- parer facilement le hot top de la masselotte. De plus,elle absorbe fa- cilement tous les efforts mécaniques résultant d'un démoulage ne se faisant pas en ligne droite.
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Conformément à ce qui vient d'être exposé, l'invention a pour objet'un procédé et des moyens pour la formation de hot tops réduisant la quantité de métal dans la masselotte et augmentant de manière correspondante le pourcentage de métal de qualité par rapport à la quantité totale de métal coulée Conformément à 1?invention, on utilise des briques réfractaires isolantes, mais on les protège contre les chocs thermiques et les chocs mécaniques par un garnissage réfractaire de manière telle que leur durée puisse être comparée favorablement avec celle des garnissages ordinaires en briques réfractaires.
De plus, il a été prévu des moyens pour l'échappe- ment, à travers la paroi de l'enveloppe, des gaz et de la vapeur d'eau engen- drée dans le revêtement formant garnissage et pour leur échappement à travers les pores du garnissage en briques réfractaires isolantes.
On va maintenant décrire l'invention en se référant au dessin schématique annexé sur lequel :
La figure 1 est une coupe verticale d'un lingot., d'une lingo- tière et d'un hot top réalisé conformément à l'invention, la figure mon- trant une masselotte à paroi relativement mince, telle qu'on l'obtient par la mise en oeuvre de l'invention;
La figure 2 est une coupe verticale partielle à plus grande échel- le du hot top;
La figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2, mais montre une variante du hot top;
La figure 4, enfin, est une vue en élévation partielle extérieure de l'enveloppe de hot top.
Sur le dessin, on a représenté en 10 une lingotière à extrémité élargie pour la coulée de lingots d'acier calmé. La figure montre un lin- got 11 contenu dans ladite lingotière avec une masselotte 12 de masse rela- tivement faible telle qu'on l'obtient par la mise en oeuvre de l'invention Le hot top est constitué par une enveloppe en fonte ou autre matière analo- gue qui peut être coulée en une ou plusieurs sections, le dessin montrant des sections supérieure et inférieure 13 et 14. On peut utiliser tous moyens appropriés quelconques pour maintenir entre elles les sectionso
La section d'enveloppe 14 présente un rebord inférieur 15 tourné vers l'intérieur et s'étendant tout autour du hot top; la section 13 pré- sente un rebord 16 supérieur tourné vers l'intérieur et s'étendant aussi tout autour du hot top.
Un garnissage semi-permanent est supporté par le rebord 15 et s'étend vers le haut jusqu'à un point situé immédiatement au-dessous de la collerette surplombante 16. Ge garnissage? tel qu'il est représenté sur la figure 1, est constitué par une assise inférieure de bri- ques réfractaires isolantes 17 et par une assise supérieure de briques iso- lantes réfractaires 18. Ces briques son étalées et fabriquées pour s'adapter à la surface interne de la paroi de l'enveloppe. Les surfaces internes des briques sont inclinées en dedans et vers le haut dans des plans recoupant la collerette 16 de l'enveloppe quelque peu en arrière du bord de la collerette la distance étant de préférence de l'ordre de 12 mm7 dans le cas des hot tops de dimensions moyennes.
Sous le rebord 15 de l'enveloppe se trouve une bague inférieure réfractaire 20 ne servant qu'une fois; cette bague est plane à sa surface supérieure et présente de préférence une surface inférieure inclinée, comme on le voit sur les figures 1 et 2. Une telle bague est connue sous le nom de bague conique et présente l'avantage de former un épaulement conique sur le lingot. On peut utiliser cependant, sans s'écarter de l'esprit de l'invention, une bague inférieure quelque peu différente telle, par exemple, que celle représentée en 20' sur la figure 3. La bague 20 (ou 20') s'étend vers l'intérieur au delà du rebord comme le montre le dessin.
Elle est sup- portée par un dispositif susceptible de céder quand le métal chaud est coulé ou quand on détache le hot top du lingot. Un tel dispositif peut être con- stitué par un certain nombre d'agrafes élastiques en fil métallique 21 com- portant des extrémités inférieures recourbées qui saisissent la bague et des
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crochets supérieurs s'engageant dans des pièces 19 formant alvéoles et pou- vant être remplacées, pièces montées dans la section 14 de l'enveloppe.
Quand on détache le hot top du lingot, les agrafes se rompent ou s'échappent des logements 19 et la bague 20 (ou 20') reste derrière le lingot.
Pour préparer le hot top pour 1'utiliser, on place l'enveloppe avec ses blocs de garnissage 17 et 18 dans un berceau approprié et on la renverse. On met en place la bague 20 (ou 20') et on la fixe avec les agrafes 21; on applique ensuite aux blocs 17 et 18 un garnissage 22 en ma- tière réfractaire moulable; ce garnissage devant avoir une faible conducti- bilité thermique. Il peut avoir une base siliceuse et contenir des par- ticules organiques telles que de la sciure de bois qui ajoute à ses quali- tés d'isolation, ainsi qu'un liant. On peut aussi incorporer des matériaux exothermiques. Le bord intérieur de la bague 20 (ou 20') et le bord inté- rieur de la collerette 16 peuvent être utilisés comme guides pour calibrer l'épaisseur du garnissage moulé lors de son application*.
Quand le garnissage moulé a été appliquée il faut le sécher avant de se servir du hot topo On peut exécuter de préférence le séchage en sou- mettant le garnissage ou tout l'ensemble à l'action d'air chaud.
L'épaisseur du garnissage moulé doit être telle que le gradient de température dans son épaisseur donne une température à la surface ne dé- passant pas la température maximum de sécurité dans le travail pour la bri- que réfractaire isolante utilisée. Une épaisseur de 12mm7.. ou une épaisseur plus grande,convient.
Un garnissage moulé n'a pas besoin d'être très dur En fait, un garnissage relativement tendre présente certains avantages, en ce sens qu'il permet de détacher facilement le hot top de la masselotte parce qu'il absorbe tout effort résultant d'une opération exécutée avec un défaut d'alignement. Bien entendu, le garnissage 22 suit la contour des briques 17 et 18; toutefois, si on le désirée l'épaisseur du garnissage à la partie supérieure peut être quelque peu inférieure à celle de la partie inférieure parce que les efforts mécaniques et thermiques sont moins rigou- reux à la partie supérieure qu'à la partie inférieure.
Sur la figure 3, on a représenté l'invention dans le cas d'une forme de bague inférieure 20' qui était habituelle jusqu'à présent. Cette bague comprend une partie 23 qui s'étend vers le haut sur la surface inter- ne du rebord inférieur 15' de l'enveloppe.
Dans les deux modes de réalisation de l'invention illustrés, le rebord 15 (ou 15') s'étend vers l'intérieur sur une distance moindre que la bague inférieure 20 (ou 20') et quelque peu inférieure à celle du bord interne inférieur du garnissage semi-permanento L'espace résultant, dans le cas du mode de réalisation des figures 1 et 2, est rempli de la matière de garnissage moulable, comme on l'a indiqué en 34. Dans le mode de con- struction de la figure 3, un tel espace est sensiblement éliminé et,en conséquence, il suffit d'une très petite quantité de matière de garnissage moulable pour remplir le joint.
Dans l'enveloppe 13-14 sont prévues des poches de réserve à noyau 35 et 36 reliées par des passages 37 à des rainures 38. Dans le fond de l'enveloppe sont ménagées des rainures 39. Ces rainures 38 et 39 servent d'évents pour l'évacuation de tous gaz ou de la vapeur d'eau dégagés quand l'acier en fusion heurte le garnissage moulé, les gaz et la vapeur traversant ensuite la brique réfractaire isolante poreuse et allant dans les poches 35 et 36.
Une certaine quantité de gaz et de vapeur d'eau s'échappe le long de la paroi interne du hot top, mais la plus grande partie s'échappe à travers le garnissage poreux puis,par les poches 35 et 36, les évents 37 et les rainures 38= Les gaz dégagés autour des parties épaisses 34 de la garniture moulée s'échappent par les rainures 39.
Le hot top peut être supporté sur la lingotière momentanément pendant la coulée du métal chaud, au moyen de blocs 40 en bois ou par tout autre moyen. Quand le métal a été coulé dans le hot top jusqu'au niveau correct, -ces blocs peuvent être chassés Après coulée et solidification
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du lingot.,on détache le hot top de la masselotte. Une certaine quantité. de la matière de garnissage moulable reste sur la masselotte et une cer-,' taine quantité adhère au hot topo Lors de la préparation du hot top pour la coulée suivante, on enlève la matière de garnissage détachée,on met en place de nouveaux blocs, des bandes de frottement, des bagues et des , agrafes, puis on applique une couche de matière de garnissage moulable form fraîche.
REVENDICATIONS
1. Hot top pour lingotières comprenant une enveloppe métallique avec un garnissage réfractaire, dans lequel ce garnissage est constitué par un garnissage isolant semi-permanent de faible conductibilité thermique et de faible capacité calorifique- et par un placage réfractaire ayant une épais- seur de 1?ordre de 12,7 mm. et ne servant qu'une fois, en contact direct avec la surface interne du premier garnissate susvisé, grâce à quoi ce dernier est protégé contre les chocs thermiques et mécaniques, ledit hot top ayant des dimensions telles qu'il comporte une cavité, pour la masselotte de volume relativement réduit.