EP0404641B1 - Répartiteur de coulée continue d'acier - Google Patents

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EP0404641B1
EP0404641B1 EP90401646A EP90401646A EP0404641B1 EP 0404641 B1 EP0404641 B1 EP 0404641B1 EP 90401646 A EP90401646 A EP 90401646A EP 90401646 A EP90401646 A EP 90401646A EP 0404641 B1 EP0404641 B1 EP 0404641B1
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EP
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tundish
refractory
perforations
gas
wall
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François Weisang
Pierre Charlery-Adele
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0401—Moulds provided with a feed head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/08—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like for bottom pouring

Definitions

  • the invention relates to a continuous casting distributor of steel, typically between ladle and ingot mold, of the type comprising a permanent refractory cast on a sheet metal carcass forming the outer wall of the distributor, and on which a wear refractory is deposited.
  • a continuous casting distributor of steel typically between ladle and ingot mold, of the type comprising a permanent refractory cast on a sheet metal carcass forming the outer wall of the distributor, and on which a wear refractory is deposited.
  • the wear refractory is reconstituted after each operation.
  • the steelmakers use the distributor as a metallurgical tool also making it possible to homogenize the temperature and composition of the liquid metal and to eliminate all or part of the remaining inclusions.
  • numerous improvements have made it possible to improve the flow of liquid metal, and this by modifying the geometry and adding dams (low walls, baffle, etc.).
  • injections of neutral gas argon, helium, nitrogen, etc. are complementary to the current means used to improve the metallurgy of the distributor.
  • a gas injection means comprising a permanent part developing, at the level of the distributor base, into a gas distribution chamber , of which an upper wall with perforations is flower at the bottom of the permanent refractory of the distributor, and a renewable part in the form of a wear refractory plate with gas permeability surmounting overflow said gas distribution chamber.
  • This embodiment makes it possible to constitute a simple distributor, by a conduit embedded in the mass of refractory, opening upwards, without risk of breakthrough in particular at the bottom of distributor, with a simple refractory plate permeable to gas which alone must be changed after each casting. .
  • the distribution chamber extends longitudinally in the transverse direction of the distributor base.
  • the gas permeable refractory plate surmounting the gas distribution chamber is formed by a plate of porous refractory material.
  • the upper wall of the gas distribution chamber advantageously comprises a plate of dense refractory material provided with a plurality of predetermined distributed perforations.
  • the distributed perforations of the upper wall of the distribution chamber are produced according to the technique of through inserts placed before casting of the refractory material forming said upper chamber wall, said inserts being either tubular and placed permanently, or solid like wires and then disposed of before use.
  • the gas distribution chamber is either formed directly by a recess in the permanent distributor refractory material, or comprises a sheet steel casing placed and sealed in a corresponding recess of the distributor refractory material and in the latter case, the sheet steel housing is either open at its upper end and is sealed by the refractory upper wall with distributed perforations of the chamber, or closed at its upper end by a perforated wall, which can itself be covered with '' a dense refractory plate with distributed perforations.
  • the gas distribution chamber is supplied by a tube embedded in a side wall of the distributor and the supply tube of the gas distribution chamber is longitudinally engaged largely inside the distribution chamber.
  • a distributor 1 consists of a rigid metallic outer casing 2, on which is poured a thick wall 3 of permanent dense refractory material which is then itself provided with a coating called wear , made of refractory material 4.
  • at least one gas supply pipe 11 is arranged which opens out through the upper edge 12 of the distributor 1 and engages broadly horizontally in a bottom distribution box. 13 placed in a transverse clearance 14 on the embankment edge 15 of the refractory bottom wall 3 ′, with sealing of said box 13 by a filling mortar 16 and 17.
  • the upper wall 18 of the box is pierced with a multitude of fine holes 19 distributed uniformly and the whole is covered with a gas permeability plate 21 of porous refractory material resting overlapping on the refractory 3 and bonded by mortar seals 22 and 23 with wear coating 4.
  • the gas distribution chamber 13 is placed in a housing formed in the permanent refractory, with a refractory height below this sufficient to avoid any risk of breakthrough in the event that liquid metal is spread in this housing 14.
  • the 16/17 sealing mortar ensures good cohesion between concrete and chamber.
  • the dimensions of the porous plate 21 are such that it overflows on each side so as to ensure a good gas tightness between concrete 3 ′ and plate 21 (a refractory whitewash can be used as glue on the part of the plate in contact with the concrete).
  • the plate 21 is then either sealed at the bottom of the distributor by a mortar 22-23, or taken in the thickness of the wear refractory 4. The positioning of this plate 21 is made before deposition of the wear coating 4 and during this operation, its upper surface through which the gas passes is protected by a sheet of plastic or cardboard during this operation.
  • this plate In order to reduce the cost of this plate which wears out with each pouring of liquid metal, it is advantageous to determine the thickness thereof as a function of the duration of the sequence (for example this plate will be thin for the pouring from a single pocket).
  • the distribution chamber 14 in the form of a sheet steel box has a length equal to the width of the bottom of the distributor 1 and a width sufficient to ensure good efficiency of the process. If necessary, several gas distribution chambers can be fitted in parallel.
  • the upper wall 18 is constituted by a plate pierced with equally distributed holes. According to FIG. 3, this sheet 31 is protected by a dense refractory part 32, in which gas passages 33 are made.
  • the holes 34 of the sheet 31 and the gas passages 33 through this refractory are obtained either by inserts in the form of metal tubes 35 crimped into the sheet ( Figure 4) either by placing sections of son in these holes 34 which will be removed after the initial setting of the refractory or destroyed during cooking (obtaining a directed porosity ).
  • a variant (FIG.
  • the diameter of the passages in the upper plate is less than or equal to 1 mm so as to prevent any penetration of the metal into the distribution chamber in the event that the porous plate is destroyed.

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Description

  • L'invention concerne un répartiteur de coulée continue d'acier, typiquement entre poche et lingotière, du genre comprenant un réfractaire permanent coulé sur une carcasse en tôle formant paroi externe du répartiteur, et sur lequel on dépose un réfractaire d'usure. Dans les répartiteurs connus de ce genre, on reconstitue le réfractaire d'usure après chaque opération.
  • Afin de satisfaire aux exigences croissantes sur la qualité des produits coulés, les aciéristes utilisent le répartiteur comme un outil de métallurgie permettant également d'homogénéiser la température et la composition du métal liquide et d'éliminer tout ou partie des inclusions restantes. Dans ce but, de nombreux perfectionnements ont permis d'améliorer les écoulements du métal liquide, et cela en modifiant la géométrie et en ajoutant des barrages (murets, chicane...). On a également montré que des injections de gaz neutre (argon, hélium, azote...) sont complémentaires aux moyens actuels utilisés pour améliorer la métallurgie du répartiteur.
  • Si l'injection de gaz neutre dans un métal liquide est maintenant très largement employée en métallurgie en poche, les caractéristiques demandées à un injecteur de gaz dans un répartiteur sont substantiellement différentes, car interviennent, outre des contraintes métallurgiques, des contraintes de sécurité et de limitations de coûts. Pour ces raisons, les technologies utilisées en poche, tels les bouchons poreux et lances, ne peuvent pas être directement transposables. En effet, d'une part des considérations métallurgiques imposent des bulles de gaz les plus fines possibles, au travers d'une surface d'injection importante et avec une répartition la meilleure possible. D'autre part, la maintenance de cet injecteur doit être facile à mettre en oeuvre, de façon à ne pas augmenter les coûts d'intervention sur le répartiteur. Le surcoût engendré par cette technique dépend du tonnage coulé (de 30 t à 1000 t en fonction des machines et des durées de séquences). Le répartiteur est habituellement placé sur chariot à hauteur de tête d'homme sur le plancher de coulée, de manière à permettre l'accès aux lingotières. Pour la sécurité du personnel, toute percée doit donc être définitivement écartée.
  • Ces objectifs sont atteints, selon l'invention, en ce qu'on aménage, dans la masse du réfractaire permanent un moyen d'injection gazeuse comportant une partie à demeure se développant, au niveau du fond de répartiteur, en une chambre de distribution gazeuse, dont une paroi supérieure à perforations est à fleur du fond du réfractaire permanent du répartiteur, et une partie renouvelable en forme de plaque en réfractaire d'usure à perméabilité gazeuse surmontant à débordement ladite chambre de distribution gazeuse.
  • Cette réalisation permet de constituer un répartiteur simple, par un conduit noyé dans la masse de réfractaire, débouchant vers le haut, sans risque de percée notamment en fond de répartiteur, avec une simple plaque réfractaire perméable au gaz qui seule doit être changée après chaque coulée.
  • Selon une forme préférentielle de réalisation, la chambre de distribution s'étend longitudinalement dans le sens transversal du fond de répartiteur.
  • La plaque réfractaire à perméabilité gazeuse surmontant la chambre de distribution gazeuse est formée par une plaque en matériau réfractaire poreux.
  • La paroi supérieure de la chambre de distribution gazeuse comprend avantageusement une plaque en matériau réfractaire dense pourvue d'une pluralité de perforations réparties préétablies. Les perforations réparties de la paroi supérieure de la chambre de distribution sont réalisées selon la technique d'inserts de traversée placés avant coulage du matériau réfractaire formant ladite paroi supérieure de chambre, lesdits inserts étant soit tubulaires et placés à demeure, soit pleins tels des fils et éliminés ensuite avant utilisation.
  • La chambre de distribution gazeuse est soit formée directement par un dégagement dans le matériau réfractaire permanent de répartiteur, soit comprend un boîtier en tôle d'acier placée et scellée dans un dégagement correspondant du matériau réfractaire de fond du répartiteur et dans ce dernier cas, le boîtier de tôle d'acier est soit ouvert à son extrémité supérieure et est recouvert à étanchéité par la paroi supérieure réfractaire à perforations réparties de la chambre, soit fermé à son extrémité supérieure par une paroi à perforations, qui peut être elle-même recouverte d'une plaque réfractaire dense à perforations réparties.
  • De préférence, la chambre de distribution gazeuse est alimentée par une tubulure noyée dans une paroi latérale du répartiteur et la tubulure d'alimentation de la chambre de distribution gazeuse est engagée longitudinalement largement à l'intérieur de la chambre de distribution.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un répartiteur selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne II-II de la figure 1 ;
    • les figures 3 et 4 sont des vues partielles, à échelle agrandie, de variante d'une réalisation selon la figure 2 ;
    • les figures 5, 6 et 7 sont trois autres variantes de réalisation.
  • En se référant à la figure 1, un répartiteur 1 est constitué d'une enveloppe externe métallique rigide 2, sur laquelle est coulée une paroi épaisse 3 en matériau réfractaire dense permanent qui est ensuite elle-même pourvue d'un revêtement dit d'usure, en matériau réfractaire 4. Lors du coulage de la paroi 3, on a agencé au moins un conduit d'amenée de gaz 11 débouchant au travers du bord supérieur 12 du répartiteur 1 et s'engageant horizontalement largement dans une boîte de distribution de fond 13 placée dans un dégagement transversal 14 à bord en talus 15 de la paroi de fond réfractaire 3′, avec scellement de ladite boîte 13 par un mortier de remplissage 16 et 17. La paroi supérieure 18 de la boîte est percée d'une multitude de trous fins 19 répartis uniformément et le tout est recouvert d'une plaque à perméabilité gazeuse 21 en matériau réfractaire poreux reposant à recouvrement sur le réfractaire 3 et lié par des scellements de mortier 22 et 23 avec le revêtement d'usure 4.
  • La chambre de répartition du gaz 13 est placée dans un logement ménagé dans le réfractaire permanent, avec une hauteur de réfractaire en dessous de celle-ci suffisante pour éviter tout risque de percée dans l'éventualité où du métal liquide s'épandrait dans ce logement 14. Le mortier de scellement 16/17 assure une bonne cohésion entre béton et chambre. Les dimensions de la plaque poreuse 21 sont telles qu'elle déborde de chaque côté de façon à assurer une bonne étanchéité au gaz entre béton 3′ et plaque 21 (un badigeon réfractaire peut servir de colle sur la partie de la plaque en contact avec le béton). La plaque 21 est ensuite soit scellée au fond du répartiteur par un mortier 22-23, soit prise dans l'épaisseur du réfractaire d'usure 4. La mise en place de cette plaque 21 est faite avant dépôt du revêtement d'usure 4 et durant cette opération, sa surface supérieure à travers laquelle passe le gaz est protégée par une feuille de plastique ou de carton lors de cette opération.
  • La plaque poreuse 21 est constituée :
    • soit d'un réfractaire poreux du même type que celui des bouchons poreux utilisés en métallurgie (constitué par un mélange de grains de réfractaires de répartition granulométrique fixée formant une galette qui est ensuite frittée à haute température) ;
    • soit d'un réfractaire dont la porosité a été obtenue en agoutant à la pâte crue un produit qui lors de la cuisson disparaît ;
    • soit une plaque non cuite du même type que celles qui équipent les répartiteurs dits "froids à plaques" (une fine couche "glacée" se forme lors du contact avec le métal liquide mais laisse des passages pour le gaz lorsque l'on a pris soin de maintenir un débit de gaz à travers celle-ci avant la mise en métal du répartiteur).
  • Afin de réduire le coût de cette plaque qui s'use à chaque coulée de métal liquide, on a intérêt à déterminer l'épaisseur de celle-ci en fonction de la durée de la séquence (par exemple cette plaque sera de faible épaisseur pour la coulée d'une seule poche).
  • La chambre de distribution 14 sous forme d'une boîte en tôle d'acier présente une longueur égale à la largeur du fond du répartiteur 1 et une largeur suffisante pour assurer une bonne efficacité du procédé. Le cas échéant plusieurs chambres de distribution gazeuse peuvent être aménagées en parallèle. La paroi supérieure 18 est constituée par une tôle percée de trous également répartis. Selon la figure 3, cette tôle 31 est protégée par une partie en réfractaire dense 32, dans laquelle sont ménagés des passages de gaz 33. La concordance des trous 34 de la tôle 31 et des passages 33 de gaz à travers ce réfractaire est obtenue soit par des inserts sous forme de tubes métalliques 35 sertis dans la tôle (figure 4) soit en plaçant des tronçons de fils dans ces trous 34 qui seront enlevés après la prise initiale du réfractaire ou détruits lors de la cuisson (obtention d'une porosité dirigée). Une variante (figure 5) consiste à utiliser cette plaque réfractaire 51 comme couvercle et supprimer ainsi la tôle supérieure de la boîte distributrice 52. Dans ce cas, il est nécessaire de soigner l'étanchéité de la jonction tôle 52 - plaque 51, de manière à éviter tout passage préférentiel du gaz à la périphérie. Deux autres variantes consistent à réaliser la chambre de distribution 61 entièrement en réfractaire dense (figure 6), ou même à utiliser le logement 71 ménagé dans le réfractaire permanent et en scellant une plaque perforée en béton 72 dans une feuillure 73 (figure 7).
  • A noter que le diamètre des passages dans la plaque supérieure est inférieur ou égal à 1 mm de façon à empêcher toute pénétration du métal dans la chambre de répartition dans le cas où la plaque poreuse serait détruite.

Claims (14)

  1. Répartiteur de coulée continue d'acier, du genre comprenant un réfractaire permanent (3, 3') coulé sur une carcasse en tôle (2) formant paroi externe du répartiteur, et sur lequel on dépose un revêtement réfractaire d'usure (4), caractérisé en ce qu'on aménage dans la masse dudit réfractaire permanent un moyen d'injection gazeuse comportant une partie à demeure se développant, au niveau du fond du répartiteur (1), en une chambre de distribution gazeuse (13, 52), dont une paroi supérieure à perforations (18 ; 31 ; 51 ; 72) est à fleur du fond (3') du réfractaire permanent du répartiteur, et une partie renouvelable en forme de plaque en réfractaire d'usure à perméabilité gazeuse (21) surmontant à débordement ladite chambre de distribution gazeuse.
  2. Répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque à perméabilité gazeuse (21) est montée solidairement avec le revêtement réfractaire d'usure (4) du répartiteur.
  3. Répartiteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque à perméabilité gazeuse (21) est formée par une plaque en matériau réfractaire poreux.
  4. Répartiteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi supérieure de la chambre de distribution gazeuse comprend une plaque (32, 51) en matériau réfractaire dense pourvue d'une pluralité de perforations réparties préétablies.
  5. Répartiteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les perforations réparties de la paroi supérieure de la chambre de distribution sont réalisées selon la technique d'inserts (35) de traversée placés avant coulage du matériau réfractaire formant ladite paroi supérieure (32 ; 51) de chambre, les inserts étant soit tubulaires et placés à demeure, soit pleins, tels des fils, et éliminés ensuite avant utilisation.
  6. Répartiteur selon l'une des revendications 1, 3 à 5, caractérisé en ce que la chambre de distribution gazeuse est formée directement par un dégagement (71) dans le matériau réfractaire permanent (3') de répartiteur.
  7. Répartiteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre de distribution gazeuse est formée d'un boîtier en tôle d'acier (13 ; 52) placé et scellé dans un dégagement correspondant (14) du matériau réfractaire de fond (3') du répartiteur.
  8. Répartiteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier de tôle d'acier est ouvert à son extrémité supérieure et est recouvert à étanchéité par la paroi supérieure réfractaire (32) à perforations réparties (33) de la chambre.
  9. Répartiteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier de tôle d'acier est fermé à son extrémité supérieure par une paroi à perforations (51).
  10. Répartiteur selon l'une des revendications 4, 5, 9, caractérisé en ce que la paroi supérieure à perforations (31) du boîtier est recouverte d'une plaque réfractaire dense (32) à perforations réparties (33).
  11. Répartiteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la paroi supérieure à perforations du boîtier est recouverte d'une plaque à perforations (33) prolongeant les perforations de la paroi supérieure (31) de boîtier.
  12. Répartiteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la paroi de tôle (31) du boîtier présente des moyens de saillie (35) à l'endroit de chaque perforation de la paroi pour former, lors du coulage, les perforations (33) de prolongement du réfractaire (32) recouvrant la paroi supérieure de chambre.
  13. Répartiteur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la chambre de distribution gazeuse (13 ; 52) est alimentée par une tubulure (11) noyée dans une paroi latérale du répartiteur.
  14. Répartiteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tubulure (11) d'alimentation est engagée longitudinalement largement dans la chambre de distribution (13 ; 52).
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