CA1186146A - Protection d'un metal en fusion dans un obturateur a plaques - Google Patents

Protection d'un metal en fusion dans un obturateur a plaques

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CA1186146A
CA1186146A CA000385354A CA385354A CA1186146A CA 1186146 A CA1186146 A CA 1186146A CA 000385354 A CA000385354 A CA 000385354A CA 385354 A CA385354 A CA 385354A CA 1186146 A CA1186146 A CA 1186146A
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Jacques Nicolas
Thierry Hersant
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    • B22D41/14Closures
    • B22D41/22Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings
    • B22D41/42Features relating to gas injection

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

L'invention concerne la protection du jet de coulée d'un métal en fusion contenu dans un récipient et traversant un dispositif obturateur à plaques comportant une plaque fixe et une plaque mobile munie d'une busette au moins. On introduit, dans le dispositif précité, un gaz pratiquement inerte vis-à-vis du métal et ayant une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique et on répartit ce gaz autour du métal alors qu'il traverse ledit dispositif de façon à l'isoler de l'air ambiant par une barrière de protection gazeuse continue.

Description

1186~46 L'invention concerne la protection du jet de coulée d'un métal en fusion contenu dans un récipient e-t traversant un dispositif obturateur à plaques comportant une plaque fixe et une plaque mobile munie d'une busette au moins.
Ces dispositifs obturateurs commandent l'ouverture et la fermeture du trou de coulée du recipient, poche ou réparti-teur, la busette pouvant venir en communication avec ledit trou de coulée. Ils permettent par conséquent de verser le métal en fusion, par exemple de l'acier, dans une lingotière ou analo~ue.

Le versement du métal en fusion peut être fait directement de la poche dans la lingotière ou, dans le cas de coulée continue, de la poche dans un répartiteur puis dans la lingotière.
Les deux plaques sont faites en un matériau résistant aux hautes températures tel que céramique ou alumine imprégnée ou youdronnée. La plaque mobile peut être coulissante ou rota-tive et être munie d'une busette unique ou de plusieurs busettes de diamètres internes différents. On peut, dans ce dernier cas, en changeant de busette, modifier la vitesse de coulée en fonc-tion, par exemple, de la hauteur du métal dans le récipient. Les deux plaques peuvent être appliquées l'une contre l'autre au moyen d'un système à ressorts muni d'un circuit de refroidisse-ment.
On sait, par ailleurs, qu'il importe d'éviter, au cours d'une coulée, tout contact entre l'air atmosphérique ambiant et le métal en fusion, ceci pour empêcher la formation d'oxydes di-vers dans la masse du métal, ces oxydes nuisant considérablement à la qualité du produit final~
Or, les dispositifs obturateurs actuellement connus présentent de nombreux endroits de passage pour l'air atmosphé-rique qui est véritablement aspiré par suite de la dépressioncausée par l'écoulement du métal en fusion. Ces obturateurs augmentent les risques d'occlusion de bulles d'air dans le métal pendant la coulée et donc les risques d'oxydatio~.

i~61~6 Les endroits par lesquels l'air p~nètre jusqu'au m~tal sont : l'interstice entre les deux faces en regard des plaques fixe et mobile en raison du jeu nécessaire à l.eur mou-vement relatif, la zone de liaison entre la ou les busettes et la plaque mobile, en particulier lorsque ladite ou lesdites busettes sont montées de fa,con amovible sur ladite plaqu.e; l'ex-trémité de sortie de la busette, la liaison entre la plaque fixe et le recipient ainsi que, dans le cas de busettes montées à
demeure sur la plaque mobile, la liaison entre ladite busette et ladite plaque, ces liaisons étant effectuées par maçonnage à l'aide d'un coulis de ciment par nature peu étanche aux gaz et qui devient de plus en plus poreux en raison des fissures qui apparaissent avec l'usage.
La présente invention a pour but d'éliminer les in-convénients susmentionnés et propose à cet effet un procédé qui consiste à introduire, dans le dispositif obturateur, un gaz pra-tiquement inerte vis-à-vis du métal et ayant une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique et à répartir ce gaz autour du métal alors qu'il traverse ledit dispositif de fa,con à l'isoler de l'air ambiant par une barrière de protection gazeuse continue.
Une telle barrière s'oppose au passage de l'air am-biant et par conséquent à son action oxydante. De plus, cette barrière gazeuse étant constituée par un gaz pratiquement iner-te vis-à-vis du métal traité, c'est-à-dire dépourvu d'action chimique sur ce métal, ou du moins dont l'action chimique, si elle existe, peut être négligée, n'entraîne aucun risque de nuire à la qualité du produit final.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on introduit le gaz inerte entre les plaques précitées et on le répartit autour du métal au moyen d'une gorge creusée dans l'une des plaques autour d.'un orifice de passage traversant la-dite plaque.

~8~ 6 Selon une autre caractéristique de l'invention, on introduit le gaz inerte dans la zone de jonction entre la bu-sette et la plaque mobile.
On peut encore isoler l'ensemble du dispositif en l'enfermant dans un boîtier et on alimente ledit boîtier en gaz inerte.
L'invention propose également un dispositif obtura-teur à plaques comportant des organes d'adduction et de répar-tition de gaz reliés à une source de gaz pratiquement inerte 1~ vis-à-vis du métal, ces organes formant une enveloppe continue autour du métal en écoulement dans ledit dispositif, de fa~con à créer, entre le métal et l'air ambiant, une barrière de pro-tection gazeuse.
Les organes d'adduction et de répartition précités peuvent comporter au moins un évidement ménagé dans l'une au moins des plaques précitées et communiquant avec l'interstice entre les faces en contact mutuel desdites plaques.
Cet évidement, relié à la source précitée, enferme donc un réserve de gaz inerte sous pression qui penetre dans l'interstice précité et s'oppose efficacement à la pénétration de l'air ambiant par ledit interstice.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre.
Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif:
- la figure 1 est une représentation schématique, partiellement en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif obturateur selon un premier mode de réalisation de l'invention:
- la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un second mode de réalisation de l'invention comportant une busette à sortie protégée, - la ~igure 3 est une vue partielle en coupe d'une première variante de réalisation de la busette à sortie protég~e précitée;

~L186~

- la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'une seconde va-riante de r~alisation de la busette a sortie protégée' - la figure 6 est une représentation schématique, partiellement en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif se selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 représente une variante du dispositif de la fi-gure 6.
La première feuille de dessins renferme les figures 1, 3 et 4.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, un récipient métallique 1, par exemple une poche de coulée, constituée d'une cuirasse externe métallique 2 et d'un revete-ment interne 3 en matériau réfractaire, présente une paroi de fond munie d'une douille interchangeable 5, également en maté-riau réfractaire, dans laquelle est ménagé le trou de coulée 6.
Sur cette paroi de fond 4, et extérieurement à cette dernière, est monté un dispositif obturateur du trou de coulée 6 confor-me a l'invention et désigné d'une façon générale par la réfé-rence 10.
Le dispositif 10 comporte essentiellement une plaque fixe 11 et une plaque mobile 12 appliquées l'une contre l'autre selon leur face lla et 12a respectivement par un système à
ress¢rts non représenté, la plaque mobile 12 étant montée rota-tivement autour d'un axe XX' et portant deux busettes 13, ces busettes étant faites, comme les plaques 11 et 12, en un maté-riau réfractaire, par exemple une alumine imprégnéeO
La plaque 11 est traversée par un orifice llO,placé
en alignement avec le trou de coulée 6, tandis que la plaque mobile 12 est traversée par deux passages tels que 120 (un seul est repr~senté). Chaque busette 13, traversée par un canal in-~186~ 6 terne 130 (un seul est représenté), est munie d'une cuirasse externe métallique 131 et montée à demeure sur la plaque 12 par l'intermédiaire de ladite cuirasse 131 et d'un support métalli-que 121 solidaire de ladite plaque, de telle fa~on que son canal 130 soit en alignement avec le passage 120. Par rotation de la plaque 12 on amène donc l'une ou l'autre des busettes 13 (la busette de gauche sur la figure 1) en communication avec le trou de coulée 6.
La plaque 11 est munie d'un évidement constitué par une une gorge circulaire 111 creusée sur sa face lla, concentrique-ment à l'orifice 110, et communiquant par cons~quent avec l'in-terstice lla-12a entre les deux plaques. Deux conduits perpen-diculaires communiquant entre eux, 112 et 113, sont percés dans la masse de la plaque 11. Le conduit -113 débouche directement dans la gorge 111 tandis que le conduit 112 est relié, par l'intermediaire d'une tubulure 14, à une source de gaz inerte sous pression 20, munie d'un détendeur 21. Le gaz inerte peut être de l'azote, de l'argon, un mélange d'azote-argon ou encore dans le cas de métallurgie de l'aluminium par exemple, du C02.
La gorge 111 ainsi que les conduits 112 et 113 consti-tuent donc des organes d'adduction et de répartition du gaz délivré par la source 20, ce gaz formant, entre les deux plaques 11 et 12 et autour du canal constitué par les orifices 6, 110, 120 et 130, une barrière gazeuse qui empêche l'air ambiant d'at-teindre le métal en écoulement.
Selon le mode de réalisation représenté dans la figure
2 dans laquelle les memes chiffres de référence désignent les mêmes eléments que dans la figure 1, c'est la plaque mobile 12 qui est munie d'un évidement constitué par une gorge circulaire 122 creusée sur sa face 12a concentriquement au passage 120 et communiquant de ce fait avec l'interstice lla-12a. Deux con-duits perpendiculaires et communiquant entre eux 123 et 124 sont percés dans la masse de la plaque 12. Le conduit 124 débouche ~1~3614~6 directement dans la gorge 122 tandis que le conduit 123 est relié, par l'intermédiaire d'une tubulure 125, à la source 20.
Dans le cas d'une plaque mobile portant plusieurs busettes donc, plusieurs passages tels que 120, chacun de ces passages peut etre muni d'une gorge telle que 122, ou il peut etre prévu une seule gorge entourant l'ensemble des passages. La busette 14, dont le canal central est désigné par 140, est, à la différence des bu~ettes 13 de la ~igure 1, montée de fac,on amovible sur la plaque 12, ceci grace à un système approprié de type connu, par exemple à ba~onnette. A cet effet, la cuirasse 141 de la buset-te 14 et la bague 142 portée sur le support 121, sont munies de moyens d'enclenchement (non représentés) qui permettent le main-tien de la busette sur la plaque. La zone de jonction entre cette busette amovible 14 etla plaque 12 constituant un passage possible pour l'air ambiant, un canal 126 est percé dans la plaque 12 perpendiculairement au conduit 123 et communiquant avec ce dernier, ce canal 126 débouchant dans la zone de jonc-tion 127 entre busette et plaque. Dans ces conditions, le gaz inerte remplit la zone 127 cr~ant ainsi une barrière de protec-tion autour du métal en écoulement.
La pression du gaz inerte est réglée au moyen du dé-tendeur 21, de ~açon à obtenir, dans les gorges 111 ou 122, une surpression de quelques millimètres d'eau par rapport à la pres-sion a-tmosphérique locale.
Dans le mode de réalisation de la ~igure 2, une barrière de protection gazeuse est créée également à l'extré-mité inférieure de la busette 14, c'est-à-dire à la sortie du jet de métal liquide~ Les organes d'adduction et de réparti-tion du gaz inerte comportent, dans ce cas, un distributeur annulaire constitué par une bague poreuse en matériau ré~rac-taire 144 logée dans un embrèvement 145 ménagé à la sortie de la busette 14, cette bague étant reliée, par une tubulure 146, à la source 20. Le débit de gaz inerte issu de la bague 144 4~
perme-t de compenser la dépression provoquée par l'émergence à
grande vitesse du jet de métal et empeche l'air atmosphérique d'atteindre ledit métal~
Une première variante de réalisation de la barrière de protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est représentée aux figures 3 et 4. Dans ce cas de figure, la buset-te 15, munie d'un canal central 150 et d'une cuirasse 151, comporte, à sa partie inférieure, une gorge annulaire 152 dans laquelle débouche tangentiellement une tubulure 153 reliée à

une source de gaz inerte sous pression (non representée~. ~ntre cette gorge 152 et l'extrémité inférieure de la busette, le matériau réfractaire présente une moindre épaisseur, ménageant ainsi un canal 154 prolongeant le canal 150 mais de diamètre supérieur. On obtient ainsi dans le canal élargi 154, autour du jet de métal liquide dont le diamètre est celui du canal 150, un flot de gaz inerte qui arrive tangentiellement audit iet, formant autour de lui une barrière gazeuse homogène. L'aspira-tion créée par le jet de métal tendant à entrainer le gaz iner-te, on règle de préférence le débit de ce dernier de façon que son apport se fasse à vitesse égale à celle du métal liquide.
Une seconde variante de r~alisation de la barrière de protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est représentée à la figure 5. Dans ce cas de figure, la busette 16, munie d'un canal central 160 et d'une cuirasse 161, comporte, à
sa partie inférieure, un distributeur constitué par une colle-rette metallique 162 en -forme d'auge que prolonge, en direction de l'e~trémité de sortie de ladite busette, un manchon également métallique 163 qui forme un revêtement sur la cuirasse 161, 1 busette etant démunie, dans cette partie, de matériau réfrac-taire. Dans la collerette 162 débouche tangentiellement une tubulure 16~ reliée à une source de gaz inerte sous forme li-quéfiée (non représentée) et délivrant ledit gaz en phase li-quide. Le fait que la collerette 162 et le manchon 163 soient métalliques, par exemple en acier doux, a pour conséquence de faciliter la transmission des calories du jet de métal et par conséquent d'accélérer le passage de pha.se liquide en phase gazeuse, cette dernière formant la barrière de protection désirée. On peut régler le débit du gaz liquéfie de façon qu'une partie seulement soit vaporisée dans la collerette 162.
L'excès de phase liquide s'~coule alors le long du jet du métal et se répand sur la surface du bain, en formant une couche li-quide protectrice.
Selon les modes de réalisation des figures 6 et 7, dans lesquelles les memes chiffres de référence désignent les même éléments que dans les figures precédentes, le dispositif 10 est muni d'un boltier ou capot métallique 17 qui est monté
de fa~on étanche sur le fond du récipient et qui enveloppe pra-tiquement complètement ledit dispositif, seule une ouverture 170 étant prévue à sa partie inférieure pour le passage des busettes 13 et l'écoulement du jet métallique. Ce boltier 17 est alimenté en gaz inerte sous pression par une source (non représentée) telle que la source ~0 precédente, et maintient, autour du dispositif 10, une atmosphere qui constitue une bar-rière de protection efficace contre l'air atmosphérique. Le gaz s'échappe par l'ouverture 170 formant ainsi, autour des buses et du jet métallique, un flux gazeux inerte. Ce boîtier protège en outre le dispositif 10 contre les projections de métal.
Dans la figure 6, le dispositif 10 étant suppo-sé démuni de système à ressorts pour le maintien des plaques 11 et 12 l'une contre l'autre, donc de circuit de refroidis-sement, le gaz inerte est amené directement à l'intérieur du boîtier 17 par une tubulure 171 solidaire de ce dernier.
Dans la figure 7, le dispositif 10 est supposé
équipé d'un système à ressorts associé à un circuit de refroi-dissemert à air comprimé~ Ce système à ressorts, représenté

schématiquement et désigné par la référence 18, comporte une butée 181 en forme de coupelle renversée ouverte à son extré-mité inférieure et solidaire de la plaque 12, une pièce d'ap-pui 182 en forme de piston so~idaire de la plaque 11 et un res-sort 183 interpos~ entre la butée 181 et la pièce 182. Une tubulure 184 permet l'amenée d'air comprimé de refroidissement dans la butée 181, cet air circulant, par des conduits non re-présentés, dans les autres éléments identiques du système à
ressorts. Dans ce cas, la tubulure 184 est reliée non pas à
une source d'air comprimé, mais à la source de gaz inerte sous pression, de sorte que le boîtier 17 est alimenté par l'inter-médiaire du circuit de refroidissement du système à ressorts.
Le boi`tier 17 est muni d'un orifice 172 pour le passage de la tubulure 184.
On pourrait apporter aux modes de réalisation décrits et représentés diverses modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, par exemple, les gorges 111 et 122 de la plaque fixe 11 et de la plaque mobile 12 pourraient avoir une forme autre que circulaire, par exemple elliptique. De même, dans la gorge 152 et dans la collerette 162 des busettes 15 et 16 respectivement pourraient déboucher tangentiellement plusieurs tubulures telles que 153 et 164 au lieu d'une seule.

_ g _

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de protection d'un jet de coulée d'un métal en fusion contenu dans un récipient et traversant un dispositif obturateur à plaques comportant une plaque fixe traversée par un orifice et une plaque mobile reliée à au moins une busette dans un orifice traversant ladite plaque mobile, le métal en fusion traversant les deux orifices et ladite busette, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire, dans le dispositif précité, un gaz pratiquement inerte vis-à-vis du métal et ayant une pression au moins légèrement supé-rieure à la pression atmosphérique entre les plaques pré-citées, à répartir ce gaz autour du métal alors qu'il traverse ledit dispositif de façon à l'isoler de l'air ambiant par une barrière de protection gazeuse continue, à isoler pratiquement l'ensemble du dispositif en l'enfermant dans un boîtier, et alimenter ledit boîtier en gaz inerte sous pression à travers une ouverture prévue sur ledit boîtier de façon à ce que l'espace entre le dispositif et le boîtier soit alimenté un gaz inerte à une pression au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique et que le gaz inerte soit évacué du boîtier à travers au moins l'une des busettes pour constituer une barrière de protection autour du métal en fusion.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'une ouverture dans le boîtier au voisinage de l'évacuation du métal en fusion à travers ladite busette permet au métal en fusion d'être évacué du boîtier et de plus permet au gaz pratiquement inerte présent dans le boîtier de s'évacuer et de constituer une barrière de protection du métal en fusion qui s'écoule de ladite busette.
3. Procédé de protection d'un jet de coulée d'un métal en fusion contenu dans un récipient et traversant un dispositif obturateur à plaques comportant une plaque fixe traversée par un orifice et une plaque mobile reliée à au moins une busette dans un orifice traversant ladite plaque mobile, le métal en fusion traversant les deux orifices et ladite busette, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans le dispositif précité, un gaz pratiquement inerte vis-à-vis du métal et ayant une pression au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique entre les plaques précitées, à répartir ce gaz autour du métal alors qu'il traverse ledit dispositif de façon à l'isoler de l'air ambiant par une barrière de protection gazeuse continue, et de plus à alimenter ledit gaz inerte, en phase liquide, dans une bague prévue au voisinage de la sortie dudit métal en fusion de ladite busette.
4. Dispositif obturateur à plaques pour trou de coulée de récipient contenant un métal en fusion, comportant une plaque fixe et une plaque mobile munie d'une busette au moins, lesdites plaques et ladite busette possédant chacune au moins un orifice en communication avec ledit trou de coulée, des faces respectives desdites plaques étant en juxtaposition mutuelle et séparées par un interstice relativement petit, des organes d'adduction et de répartition de gaz incluant une source de gaz pratiquement inerte vis-à-vis le métal en fusion et ayant une pression au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique, lesdits organes formant une enveloppe continue autour du métal en écoulement dans ledit dispositif, de façon à créer, entre ledit métal et l'air ambiant,une barrière de protection gazeuse, lesdits organes d'adduction et de répartition com-prenant un boîtier enveloppant ledit dispositif et muni d'au moins une ouverture pour l'évacuation du gaz et le passage du jet de coulée de façon à faciliter la sortie du jet de coulée et aussi à permettre au gaz pratiquement inerte à
l'intérieur du boîtier de s'écouler tout en formant une barrière de protection du métal s'écoulant de ladite buse.
5. Dispositif obturateur à plaques pour trou de coulée de récipient contenant un métal en fusion, comportant une plaque fixe et une plaque mobile munie d'une busette au moins, lesdites plaques et ladite busette possédant chacune au moins un orifice en communication avec ledit trou de coulée, des faces respectives desdites plaques étant en juxtaposition mutuelle et séparées par un interstice relativement petit, des organes d'adduction et de répartition de gaz incluant une source de gaz pratiquement inerte vis-à-vis le métal en fusion et ayant une pression au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique, lesdits organes formant une enveloppe continue autour du métal en écoulement dans ledit dispositif de façon à créer entre ledit métal et l'air ambiant, une barrière de protection gazeuse, lesdits organes d'adduction et de répartition comprenant un organe de répartition annulaire au voisinage de la sortie dudit métal de ladite busette, et des organes pour alimenter le gaz inerte en phase liquide, audit organe de répartition annulaire.
6. Dispositif obturateur à plaque pour trou de coulée de récipient contenant un métal en fusion, comportant une plaque fixe et une plaque mobile munie d'une busette au moins, lesdites plaques et ladite busette possédant chacune au moins un orifice en communication avec ledit trou de coulée, des faces respectives desdites plaques étant en juxtaposition mutuelle et séparées par un interstice relativement petit entre lesdites surfaces où peut se produire un échappement de gaz, et des organes d'adduction et de répartition de gaz incluant une source de gaz pratiquement inerte vis-à-vis le métal en fusion et ayant une pression au moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique, lesdits organes de répartition incluant un évidement constitué par une gorge creusée sur la surface de la plaque mobile et entourant ledit orifice de ladite plaque communiquant avec le trou de coulée, ladite gorge étant reliée à ladite source de gaz inerte par au moins un conduit percé dans ladite plaque mobile, de façon à ce que les organes de répartition entourent le métal en fusion en écoulement dans le dispositif et l'isolent de l'air ambiant par une barrière de protection gazeuse continue, les organes de répartition incluant aussi des organes de conduite vers au moins l'un des conduits percés dans ladite plaque mobile et reliant la région entre la plaque mobile et la plaque fixe pour distribuer le gaz inerte dans cette région.
CA000385354A 1980-09-15 1981-09-08 Protection d'un metal en fusion dans un obturateur a plaques Expired CA1186146A (fr)

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