Dispositif pour la coulée de l'acier.
La présente invention concerne un dispositif, du type connu sous le nom de busette, pour la coulée de l'acier liquide.
Dans la description qui va suivre, il sera fait particulièrement référence à la coulée continue de l'acier, en raison de l'importance que présente actuellement cette technique de coulée.Il va de soi cependant que l'invention est également applicable avec intérêt pour la coulée suivant des méthodes plus conventionnelles telles que la cou-
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Dans son brevet belge n[deg.] 903.805, le présent demandeur a proposé un procédé de coulée continue de l'acier en phase pâteuse, notamment afin d'augmenter la vitesse de coulée de l'acier sans accroître le risque de percées.
Plus récemment, la demande de brevet belge n[deg.] 6/48.215 a décrit une busette de coulée équipée d'inducteurs tubulaires refroidis à l'eau destinés à assurer le refroidissement et le brassage de l'acier dans la busette et réaliser ainsi la coulée en phase pâteuse. Dans cette busette connue, l'acier s'écoule à travers un canal de section constante, dont le diamètre est déterminé de manière à assurer le débit d'acier désiré compte tenu de la hauteur de la charge d'acier liquide. Le diamètre de cette section est cependant relativement faible, ce qui donne lieu à deux inconvénients sérieux.
En premier lieu, la surface d'échange entre l'acier et la busette n'est pas importante, le flux de chaleur que l'on peut évacuer s'en trouve donc limité et le refroidissement de l'acier n'est pas toujours suffisant.En outre, la vitesse axiale de l'acier est élevée; par conséquent, la durée de séjour de l'acier dans le champ des inducteurs est courte et ne permet pas toujours d'opérer le brassage requis de l'acier dans la busette.
La présente invention a pour objet de proposer une busette de coulée
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met de remédier aux inconvénients précités.
A cet effet, le dispositif de coulée, du type busette, qui fait l'objet de la présente invention, lequel comporte un élément réfractaire dans lequel est ménagé un canal de coulée de l'acier liquide, ainsi que des moyens de refroidissement et de brassage de l'acier liquide disposés autour dudit élément, est essentiellement caractérisé en ce
que les sections d'entrée et de sortie dudit canal sont; de dimensions différentes, en ce que ladite section de sortie est apte à assurer le débit d'acier visé compte tenu de la hauteur de la charge d'acier liquide au-dessus de cette section, en ce que ledit canal comporte au moins deux tronçons de sections de passage différentes et en ce que^ sur au moins une partie de sa longueur, ledit canal présente une section de passage supérieure à ladite section de sortie.
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invention, le canal présente un tronçon final de faible longueur, dont la section est constante et égale à ladite section de sortie, un tronçon initial dont la section est constante et supérieure à ladite section de sortie, et un tronçon intermédiaire reliant le tronçon initial et le tronçon final et dont la section varie de façon continue depuis la section du tronçon initial jusqu'à la section du tronçon final.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'élément dans lequel est ménagé ledit canal est avantageusement constitué de deux parties, une partie, dite corps de la busette présentant le tronçon initial dudit canal, et l'autre partie,dite tête de la busette, présentant le tronçon intermédiaire et le tronçon final dudit canal.
Il ne sortirait évidemment pas du cadre de la présente invention de réaliser l'une et/ou l'autre de ces parties elles-mêmes en plusieurs pièces présentant chacune une portion de canal de section, constante ou non, appropriée à la position de ladite pièce dans la partie concernée dudit élément.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d' exemple d'une réalisation préférée et se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue d'une busette conforme à l'invention, en coupe longitudinale suivant la ligne B-B de la figure 2; la figure 2 est une vue de..cette même busette, en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 1; et la figure 3 est un diagramme montrant l'évolution de la vitesse de ci- <EMI ID=4.1>
Dans la figure 1, la busette est représentée dans sa position normale de coulée, c'est-à-dire avec l'acier liquide circulant de haut en bas et dans les figures 1 et 2, les mêmes constituants sont désignés par les mêmes repères numériques.
La busette représentée schématiquement dans la figure 1 se compose d'un corps de busette 1 et d'une tête de busette 2 qui se succèdent sans interruption dans le sens de l'écoulement de l'acier liquide.Ces deux parties sont fixées l'une à l'autre par des moyens non représentés.
Dans le corps de busette 1 est ménagé un tronçon initial de diamètre
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Des conducteurs électriques tubulaires 3 sont répartis sur la périphérie du corps de busette 1; ils sont refroidis par une circulation d'eau 4. Ces conducteurs 3 sont en outre raccordés à une source de courant alternatif, non représentée. Ils sont destinés d'une part à brasser par induction l'acier présent dans le tronçon initial du canal de coulée et d'autre part à provoquer, par refroidissement, un début de solidification de cet acier, en particulier dans les zones proches de la paroi du canal de coulée.
Pour accentuer ces deux effets, le canal de coulée présente dans son
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tion de sortie, ce dernier étant déterminé de façon à assurer le débit d' acier désiré, compte tenu de la hauteur de la charge d'acier liquide au-dessus de la section de sortie.
Dans ces conditions, la vitesse axiale d'écoulement de l'acier dans
le tronçon initial est plus faible que dans la section de sortie; la durée de séjour de l'acier dans le tronçon initial est ainsi accrue,
et l'acier y est soumis pendant une durée plus longue à la double ac-tion de refroidissement et de brassage exercée par les conducteurs 3. Par conséquent, la busette conforme à l'invention permet une accentuation d'une part de la solidification de l'acier sous l'action des conducteurs 3 refroidis et d'autre part du mouvement de rotation de l'acier provoqué par le champ électrique tournant appliqué par les conducteurs 3.
La figure 2 montre la répartition périphérique des conducteurs 3 autour du corps de busette 1, ainsi que leur pénétration dans l'épaisseur de ce corps de busette 3.
Selon l'invention, le corps de busette 1 et la tête de busette 2 sont avantageusement réalisés en des matériaux réfractaires différents adaptés aux fonctions respectives de ces deux parties.
Le corps de busette est réalisé en un matériau qui est bon conducteur de la chaleur et mauvais conducteur de l'électricité, afin d'assurer aussi bien le refroidissement de,l'acier que l'isolation électrique des conducteurs 3. A cet effet, on utilise par exemple une céramique
à base de nitrure de bore, de nitrure de silicium ou de carbure de silicium.
Pour la tête de la busette 2, on utilisera de préférence un matériau présentant une résistance élevée à l'érosion, en particulier de l'oxyde de zirconium.
Comme on l'a indiqué plus haut, la section de sortie de la tête de busette 2, ou son diamètre (D6 dans les figures 1 et 2) est déterminé de façon à assurer le débit d'acier, c'est-à-dire la vitesse de coulée désirée (en t/h par exemple), compte tenu de la hauteur de la charge d' acier liquide au-dessus de cette section. Une assimilation entre la section et le diamètre du canal de coulée se justifie par le fait que
<EMI ID=7.1> Les essais du demandeur ont en outre montré que le diamètre du tronçon initial du canal de coulée, soit D, devait avantageusement être compris entre deux fois et cinq fois le diamètre de la section de
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suffisamment la vitesse axiale de l'acier dans ce tronçon pour assurer le refroidissement et le brassage requis.
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combrement de la busette et des conducteurs, ainsi que de la puissance du système d'induction.
Par ailleurs, le tronçon final du canal de coulée aura une longueur axiale comprise entre une fois et trois fois le diamètre de la sec-
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Une longueur au moins égale au diamètre est nécessaire pour annuler la composante tangentielle de la vitesse d'écoulement de l'acier. Audelà de trois fois ce diamètre, un accroissement de cette longueur n'apporte plus d'amélioration à cet égard, il ne-se traduit en fait que par une augmentation inutile du prix de la tête de la busette.
Exemple.
On a réalisé une busette conforme à l'invention, dont le corps
était constitué d'une céramique composée de nitrure de bore et de nitrure de silicium, et dont la tête était en oxyde de zirconium. Les conducteurs 3 étaient des tubes de cuivre parcourus par de l'eau circulant à grande vitesse.
Les différents diamètres indiqués dans les figures 1 et 2 avaient les valeurs suivantes :
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entrée de la busette, une surchauffe de 25[deg.]C. Le débit d'acier à assurer s'élevait à 20 t/h. L'inducteur triphasé à une paire de pôles était alimenté en courant ayant une fréquence de 3000 Hz et une intensité par phase de 1550 A. L'induction magnétique au niveau de l' inducteur était de 20 m T.
Dans le tronçon initial du canal de coulée, c'est-à-dire dans le corps de busette 1, l'acier avait une vitesse axiale de 0,25 m/s et une vitesse tangentielle de 1,5 m/s. La vitesse résultante élevée, soit 1,52 m/s, conduisait à un coefficient d'échange élevé entre le corps
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La figure 3 montre l'évolution de la vitesse de cisaillement V de l' acier le long d'un rayon r d'une section quelconque du tronçon ini- <EMI ID=14.1>
tions précitées de coulée et de brassage.
Cette vitesse augmente rapidement et fortement au voisinage de la paroi refroidie du canal, c'est-à-dire dans la zone où le refroidissement de l'acier est le plus prononcé. Elle traduit la désagrégation de la couche d'acier solidifiée, qui conserve ainsi une fluidité suf-
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REVENDICATIONS.
1. Dispositif pour la coulée de l'acier, du type busette, qui comporte un élément réfractaire dans lequel est ménagé un canal de coulée
de l'acier liquide, ainsi que des moyens de refroidissement et de brassage de l'acier liquide disposés autour dudit élément, caractérisé en ce que les sections d'entrée et de sortie dudit canal sont
de dimensions différentes, en ce que ladite section de sortie est
apte à assurer le débit d'acier visé compte tenu de la hauteur de
la charge d'acier liquide au-dessus de cette section, en ce que ledit canal comporte au moins deux tronçons de sections de passage . différentes et en ce que sur au moins une partie de sa longueur,
ledit canal présente une section de passage supérieure à ladite
section de sortie.
Device for casting steel.
The present invention relates to a device, of the type known under the name of nozzle, for the pouring of liquid steel.
In the description which follows, particular reference will be made to the continuous casting of steel, because of the importance which this casting technique currently has. It goes without saying, however, that the invention is also applicable with interest for casting using more conventional methods such as casting
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In his Belgian patent n [deg.] 903.805, the present applicant has proposed a process for the continuous casting of steel in the pasty phase, in particular in order to increase the speed of casting of steel without increasing the risk of breakthroughs.
More recently, Belgian patent application n [deg.] 6 / 48.215 described a pouring nozzle equipped with tubular water-cooled inductors intended to ensure the cooling and the mixing of the steel in the nozzle and thus achieve pouring in the pasty phase. In this known nozzle, the steel flows through a channel of constant cross section, the diameter of which is determined so as to ensure the desired steel flow rate taking into account the height of the load of liquid steel. The diameter of this section is however relatively small, which gives rise to two serious drawbacks.
Firstly, the exchange surface between the steel and the nozzle is not significant, the heat flow which can be removed is therefore limited and the cooling of the steel is not always In addition, the axial speed of the steel is high; consequently, the duration of stay of the steel in the field of the inductors is short and does not always make it possible to effect the required stirring of the steel in the nozzle.
The object of the present invention is to provide a pouring nozzle
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puts to remedy the aforementioned drawbacks.
To this end, the pouring device, of the nozzle type, which is the subject of the present invention, which comprises a refractory element in which is formed a pouring channel for the liquid steel, as well as means for cooling and stirring of the liquid steel arranged around said element, is essentially characterized in that
that the inlet and outlet sections of said channel are; of different dimensions, in that said outlet section is capable of ensuring the targeted steel flow taking into account the height of the load of liquid steel above this section, in that said channel comprises at least two sections of different passage sections and in that, over at least part of its length, said channel has a passage section greater than said outlet section.
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invention, the channel has a final section of short length, the section of which is constant and equal to said outlet section, an initial section of which the section is constant and greater than said outlet section, and an intermediate section connecting the initial section and the final section and the section of which varies continuously from the section of the initial section to the section of the final section.
According to an additional characteristic of the invention, the element in which said channel is formed advantageously consists of two parts, one part, said body of the nozzle having the initial section of said channel, and the other part, said head of the nozzle, presenting the intermediate section and the final section of said channel.
Obviously, it would not be outside the scope of the present invention to produce one and / or the other of these parts themselves in several parts, each having a section portion of section, constant or not, suitable for the position of said section. part in the relevant part of said element.
Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following description, given by way of example of a preferred embodiment and referring to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a view of a nozzle according to the invention, in longitudinal section along the line BB in Figure 2; Figure 2 is a view of..this same nozzle, in cross section along the line A-A of Figure 1; and Figure 3 is a diagram showing the evolution of the speed of ci- <EMI ID = 4.1>
In FIG. 1, the nozzle is shown in its normal pouring position, that is to say with the liquid steel flowing from top to bottom and in FIGS. 1 and 2, the same constituents are designated by the same references digital.
The nozzle shown schematically in Figure 1 consists of a nozzle body 1 and a nozzle head 2 which follow one another without interruption in the direction of flow of the liquid steel. These two parts are fixed to each other by means not shown.
In the nozzle body 1 is formed an initial section of diameter
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Tubular electrical conductors 3 are distributed over the periphery of the nozzle body 1; they are cooled by a circulation of water 4. These conductors 3 are also connected to an alternating current source, not shown. They are intended on the one hand to inductively stir the steel present in the initial section of the pouring channel and on the other hand to cause, by cooling, a beginning of solidification of this steel, in particular in the areas close to the wall of the pouring channel.
To accentuate these two effects, the sprue present in its
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tion of outlet, the latter being determined so as to ensure the desired steel flow, taking into account the height of the load of liquid steel above the outlet section.
Under these conditions, the axial speed of flow of the steel in
the initial section is weaker than in the exit section; the residence time of the steel in the initial section is thus increased,
and the steel is subjected thereto for a longer period of time to the double cooling and stirring action exerted by the conductors 3. Consequently, the nozzle according to the invention allows an accentuation on the one hand of the solidification of the steel under the action of the cooled conductors 3 and on the other hand the rotational movement of the steel caused by the rotating electric field applied by the conductors 3.
FIG. 2 shows the peripheral distribution of the conductors 3 around the nozzle body 1, as well as their penetration into the thickness of this nozzle body 3.
According to the invention, the nozzle body 1 and the nozzle head 2 are advantageously made of different refractory materials adapted to the respective functions of these two parts.
The nozzle body is made of a material which is a good conductor of heat and a poor conductor of electricity, in order to ensure both the cooling of the steel and the electrical insulation of the conductors 3. For this purpose, we use for example a ceramic
based on boron nitride, silicon nitride or silicon carbide.
For the head of the nozzle 2, it is preferable to use a material having a high resistance to erosion, in particular zirconium oxide.
As indicated above, the outlet section of the nozzle head 2, or its diameter (D6 in FIGS. 1 and 2) is determined so as to ensure the flow of steel, that is to say say the desired casting speed (in t / h for example), taking into account the height of the load of liquid steel above this section. An assimilation between the section and the diameter of the sprue is justified by the fact that
<EMI ID = 7.1> The tests of the applicant have further shown that the diameter of the initial section of the pouring channel, ie D, should advantageously be between two and five times the diameter of the section of
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sufficiently the axial speed of the steel in this section to ensure the required cooling and stirring.
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space of the nozzle and the conductors, as well as the power of the induction system.
Furthermore, the final section of the pouring channel will have an axial length of between once and three times the diameter of the section.
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A length at least equal to the diameter is necessary to cancel the tangential component of the speed of flow of the steel. Beyond three times this diameter, an increase in this length brings no more improvement in this respect, it does in fact only translate into an unnecessary increase in the price of the head of the nozzle.
Example.
A nozzle was produced in accordance with the invention, the body of which
consisted of a ceramic composed of boron nitride and silicon nitride, and whose head was made of zirconium oxide. The conductors 3 were copper tubes traversed by water circulating at high speed.
The different diameters shown in Figures 1 and 2 had the following values:
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inlet of the nozzle, an overheating of 25 [deg.] C. The steel flow rate to be insured amounted to 20 t / h. The three-phase inductor with a pair of poles was supplied with current having a frequency of 3000 Hz and an intensity per phase of 1550 A. The magnetic induction at the level of the inductor was 20 m T.
In the initial section of the sprue, that is to say in the nozzle body 1, the steel had an axial speed of 0.25 m / s and a tangential speed of 1.5 m / s. The resulting high speed, 1.52 m / s, led to a high exchange coefficient between the body
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Figure 3 shows the evolution of the shear speed V of the steel along a radius r of any section of the initial section <EMI ID = 14.1>
aforementioned pouring and brewing operations.
This speed increases rapidly and sharply in the vicinity of the cooled wall of the channel, that is to say in the zone where the cooling of the steel is most pronounced. It reflects the disintegration of the solidified steel layer, which thus retains a sufficient fluidity.
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CLAIMS.
1. Device for the casting of steel, of the nozzle type, which comprises a refractory element in which is formed a pouring channel
liquid steel, as well as means for cooling and stirring the liquid steel arranged around said element, characterized in that the inlet and outlet sections of said channel are
of different dimensions, in that said outlet section is
suitable for ensuring the targeted steel flow taking into account the height of
the charge of liquid steel above this section, in that said channel comprises at least two sections of passage sections. different and in that over at least part of its length,
said channel has a passage section greater than said
outlet section.