EP1028822B1 - Tube de poche de coulee continue - Google Patents

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EP1028822B1
EP1028822B1 EP98945509A EP98945509A EP1028822B1 EP 1028822 B1 EP1028822 B1 EP 1028822B1 EP 98945509 A EP98945509 A EP 98945509A EP 98945509 A EP98945509 A EP 98945509A EP 1028822 B1 EP1028822 B1 EP 1028822B1
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EP
European Patent Office
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around
tube
tube according
section
divergent
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EP98945509A
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EP1028822A1 (fr
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Vincent Boisdequin
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Vesuvius Group SA
Original Assignee
Vesuvius Group SA
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Classifications

    • 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
    • B22D41/50—Pouring-nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a continuous casting ladle tube.
  • the document FR-A-1 447 139 describes a continuous pouring tube comprising a downstream end opening substantially oval in cross section and intended for working in immersion and the inner wall of which is generally divergent from the upstream end towards the downstream end.
  • these tubes are made of high performance refractory materials.
  • the flow of molten steel in such a tube is both very specific and of variable geometry. By this is meant in particular that this flow, which occurs in a non-uniform manner, often gives rise to delamination of the boundary layer, or even to zones of negative speed, and this at an overall average speed of the order of a meter per second. . All this depends on many parameters, including the hardware configuration at the head of the tube (presence of a pocket drawer in particular), and the detailed geometry of the tube.
  • the dynamics of the jet on the bottom of the distributor has the effect of generating vibrations, stronger if the tube is convergent. These vibrations produce stresses which, adding to the aggressiveness of the environment, can result in the rupture of the tube, in particular if the latter is rigidly fixed (without degrees of freedom in rotation) on the pocket drawer.
  • the invention aims to provide an improved continuous casting ladle tube, avoiding these difficulties as much as possible.
  • the tube when each ladle is in place, the tube must be able to be placed on the ladle drawer, which closes the outlet passage from the ladle to the tube.
  • Each pocket filled with steel contains a plugging mass, made of refractory sand, which is interposed between the molten steel and the shutter, obstructing the tap hole located at the bottom of the pocket.
  • this blocking mass must be able to be completely evacuated, passing through the shutter and the pocket tube, and this, without the tube becoming blocked, to avoid any rebound of the pressure wave linked to the nascent flow of steel ("blow back").
  • the invention also aims to allow the drawer to be opened while the end of the tube is already immersed in the steel of the distributor and without risk of clogging.
  • the invention also aims to ensure a reduction in the speed of injection of steel between the pocket and the distributor, while maintaining a given flow rate.
  • the Applicant has observed that it is thus possible to eliminate the unsteady dynamic effects due to the impact of the jet on the bottom of the distributor, and thus limit or even eliminate the vibrations of the tube itself, and thereby the risk of it breaking. .
  • it also promotes decantation (beneficial) in the distributor, by modifying the structure of the flow within it.
  • the shape of the tube also makes it possible to avoid blocking the sand constituting the blocking mass.
  • the subject of the invention is a continuous casting ladle tube according to claim 1.
  • the first part may however be slightly divergent or convergent.
  • An example will be given below.
  • the second part its section is relatively divergent, which means that it is more divergent than the first part. Its downstream internal cross section is identical to the upstream internal cross section of the first part, so as to form a regular passage.
  • Figure 1 is an axial sectional view of a continuous ladle pocket tube comprising, in known manner, a flange 1 for connection to the ladle and a tubular conduit 2, here of variable circular section.
  • the tubular conduit 2 itself consists of a first downstream part 3, of substantially constant section, on the side of the distributor, and a second upstream part 4, divergent, of the side of the ladle. Parts 3 and 4 are connected in a plane 5 where their sections are identical, inside at least.
  • the part 3, defined as having a substantially constant section, is here very slightly divergent by an angle at the top of 2 °.
  • the upstream part 4 diverges from an apex angle of 10 °.
  • both part 3 and part 4 have a substantially constant divergence and therefore correspond to shapes in trunks of cones.
  • the wall thickness of the tube in zone 3 is preferably substantially constant. Preferably, it is the same for part 4.
  • the external shape of the tube can be modified according to needs, or considerations other than those related to the flow.
  • the illustrated ladle tube includes another part 6, bordering the flange 1, and which, like part 3, has a substantially constant section, also in fact very slightly divergent.
  • the parts 4 and 6 are connected in a plane 7 where the downstream section of the part 6 is identical to the upstream section of the part 4, inside at least.
  • the left end of the tube is very advantageously sheathed externally by a sheet coating, which marries it.
  • Part 3 of the tube has a length preferably equal to approximately 3 times its downstream diameter.
  • the part 4 has a length which is in particular a function of its angle of divergence, and of the desired outlet diameter.
  • the tube can be produced in particular from graphite alumina, or from other refractory materials which can be used in steelworks.
  • the Applicant has observed that the liquid steel entering the tube leaves it uniformly with a speed lower than its entry speed.
  • the ratio of the average flow velocities is equal to the ratio of the sections and, therefore, equal to the square of the ratio of the diameters since the tube is here of circular section.
  • no pulverulent or granulated solid mass in particular plugging mass
  • the present invention is particularly advantageous where a pocket drawer is used.
  • the shape of the tube is advantageously arranged according to the characteristics of the flow leaving this drawer.
  • the Applicant currently prefers to manufacture the tube in two or more parts, then assembled in a known manner. At least some of these parts can be produced by isostatic pressing.
  • said first part is divergent by an angle at the top of the order of 2 °.
  • another angle preferably small, in particular zero, or convergent, is possible, provided that we stay with an average angle below a threshold of the order of 2 °.
  • said second part diverges from an apex angle of between approximately 1 ° and approximately 20 °, preferably between approximately 3 ° and approximately 14 °, and advantageously between approximately 6 ° and approximately 10 °.
  • the invention can be applied when the shutter is other than a pocket drawer.
  • said first part has a length of between approximately once and approximately five times its largest transverse dimension, preferably between approximately twice and five times, and advantageously between approximately twice and approximately four times its greatest transverse dimension.
  • the shape of the cross sections of the first and second parts of the tube, perpendicular to its axis, could be arbitrary, provided there is sufficient continuity. However, it is preferably substantially oval, for example substantially elliptical, or more precisely substantially circular.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Washing And Drying Of Tableware (AREA)
  • Domestic Plumbing Installations (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un tube de poche de coulée continue.
  • On connaît de nombreux types de tubes utilisés dans des installations de coulée continue pour permettre l'écoulement de l'acier liquide entre la poche de coulée continue et le répartiteur. On peut citer, parmi les plus répandus, les tubes droits, les tubes convergents, les tubes dits "en cloche" ("Bell Shape") et les tubes dits patte d'éléphant ("Elephant Foot").
  • Le document FR-A-1 447 139, par example, décrit un tube de coulée continue comprenant une ouverture d'extrémité aval sensiblement ovale en section transversale et destinée à travailler en immersion et dont la paroi intérieure est globalement divergente depuis l'extrémité amont vers l'extrémité aval.
  • Pour résister à l'agression de l'acier en fusion, ces tubes sont réalisés en des matériaux réfractaires de hautes performances. L'écoulement de l'acier en fusion dans un tel tube est à la fois très particulier, et de géométrie variable. On entend notamment par là que cet écoulement, qui se produit de façon non uniforme, donne souvent lieu à des décollements de couche limite, voire à des zones de vitesse négative, et ceci à une vitesse moyenne globale de l'ordre du mètre par seconde. Tout ceci dépend de nombreux paramètres, dont la configuration matérielle en tête du tube (présence d'un tiroir de poche en particulier), et la géométrie détaillée du tube. En outre, la dynamique du jet sur le fond du répartiteur a pour effet d'engendrer des vibrations, plus fortes si le tube est convergent. Ces vibrations produisent des contraintes qui, s'ajoutant à l'agressivité du milieu, peuvent se traduire par la rupture du tube, en particulier si celui-ci est fixé rigidement (sans degrés de liberté en rotation) sur le tiroir de poche.
  • Or un tube ne donnant plus un écoulement satisfaisant doit être échangé, opération délicate, et coûteuse en termes de rendement. Il en résulte des difficultés pratiques considérables.
  • L'invention vise à fournir un tube de poche de coulée continue perfectionné, évitant autant que possible ces difficultés.
  • De plus, à la mise en place de chaque poche de coulée, le tube doit pouvoir être placé sur le tiroir de poche, lequel obture le passage de sortie de la poche vers le tube.
  • Chaque poche remplie d'acier contient une masse de bouchage, faite de sable réfractaire, qui s'interpose entre l'acier en fusion et l'obturateur, en obstruant le trou de coulée situé au fond de la poche. A l'ouverture de l'obturateur, cette masse de bouchage doit pouvoir s'évacuer totalement, en passant à travers l'obturateur et le tube de poche, et ce, sans que le tube ne se bouche, pour éviter tout rebondissement de l'onde de pression liée à l'écoulement naissant de l'acier ("blow back").
  • L'invention a aussi pour but de permettre que le tiroir puisse être ouvert alors que l'extrémité du tube est déjà immergée dans l'acier du répartiteur et ce sans risque de se boucher.
  • Plus particulièrement, l'invention a encore pour but d'assurer une réduction de la vitesse d'injection de l'acier entre la poche et le répartiteur, tout en conservant un débit donné. La demanderesse a observé que l'on peut ainsi supprimer les effets dynamiques instationnaires dus à l'impact du jet sur le fond du répartiteur, et ainsi limiter ou même supprimer les vibrations du tube lui-même, et par là le risque de sa rupture. En outre, on favorise aussi la décantation (bénéfique) dans le répartiteur, en modifiant la structure de l'écoulement au sein de celui-ci. La forme du tube permet en outre d'éviter le blocage du sable constituant la masse de bouchage.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un tube de poche de coulée continue selon la revendication 1.
  • On observera en premier lieu que la première partie, dont la section est sensiblement constante, peut toutefois être légèrement divergente ou convergente. On en donnera un exemple ci-après.
  • En ce qui concerne la deuxième partie, sa section est relativement divergente, ce qui signifie qu'elle est plus divergente que la première partie. Sa section transversale interne aval est identique à la section transversale interne amont de la première partie, de manière à former un passage régulier.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels:
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation particulier d'un tube selon l'invention, et
    • la figure 2 est une vue d'extrémité, selon la flèche A, du tube de la figure 1.
  • Les dessins annexés sont, pour l'essentiel, de caractère certain, et l'invention fait intervenir des formes. En conséquence, les dessins pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.
  • La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tube de poche de coulée continue comportant, de façon connue, un flasque 1 de raccordement à la poche de coulée et un conduit tubulaire 2, ici de section circulaire variable.
  • Le conduit tubulaire 2 se compose lui-même d'une première partie aval 3, de section sensiblement constante, du côté du répartiteur, et d'une deuxième partie amont 4, divergente, du côté de la poche de coulée. Les parties 3 et 4 se raccordent dans un plan 5 où leurs sections sont identiques, à l'intérieur au moins.
  • En fait, dans le mode de réalisation illustré, la partie 3, définie comme de section sensiblement constante, est ici très légèrement divergente d'un angle au sommet de 2°. La partie amont 4 est divergente d'un angle au sommet de 10°.
  • Egalement dans le mode de réalisation illustré, aussi bien la partie 3 que la partie 4 ont une divergence sensiblement constante et correspondent donc à des formes en troncs de cônes.
  • Quant aux formes intérieures, d'autres exécutions sont envisageables, avec une divergence variable: par exemple, au lieu de la génératrice rectiligne du tronc de cône, on peut envisager une génératrice exponentielle, ou plus généralement quelconque, pourvu qu'elle définisse globalement un divergent.
  • En outre, l'épaisseur de paroi du tube dans la zone 3 est de préférence sensiblement constante. De préférence, il en est de même pour la partie 4. Cependant, la forme extérieure du tube peut être modifiée en fonction des besoins, ou de considérations autres que celles liées à l'écoulement.
  • On remarquera encore qu'en amont de la partie 4, le tube de poche de coulée illustré comprend une autre partie 6, avoisinant le flasque 1, et qui, comme la partie 3, a une section sensiblement constante, en fait elle aussi très légèrement divergente. Les parties 4 et 6 se raccordent dans un plan 7 où la section aval de la partie 6 est identique à la section amont de la partie 4, à l'intérieur au moins.
  • Enfin, l'extrémité gauche du tube est très avantageusement gainée extérieurement par un revêtement de tôle, qui l'épouse.
  • La partie 3 du tube a une longueur de préférence égale à environ 3 fois son diamètre aval. De son côté, la partie 4 a une longueur qui est notamment fonction de son angle de divergence, et du diamètre de sortie désiré.
  • Le tube peut être réalisé notamment en alumine graphitée, ou en d'autres matériaux réfractaires utilisables en aciéries.
  • La Demanderesse a observé que l'acier liquide entrant dans le tube en sort de manière uniforme avec une vitesse inférieure à sa vitesse d'entrée. Le rapport des vitesses moyennes de l'écoulement est égal au rapport des sections et, par conséquent, égal au carré du rapport des diamètres puisque le tube est ici de section circulaire. En outre, du fait de la forme du tube, aucune masse solide pulvérulente ou granulée (masse de bouchage en particulier) ne pourra être bloquée.
  • La présente invention est particulièrement intéressante là où l'on utilise un tiroir de poche. La forme du tube est avantageusement aménagée d'après les caractéristiques de l'écoulement en sortie de ce tiroir.
  • Bien qu'il soit envisageable de le fabriquer de manière monobloc par pressage isostatique, au moins dans certains cas, la Demanderesse préfère actuellement mener la fabrication du tube en deux parties, ou plus, assemblées ensuite de manière connue. Certaines, au moins, de ces parties, peuvent être fabriquées par pressage isostatique.
  • Bien que les formes, notamment intérieures, soient importantes, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, qui pourra être adapté, en particulier en termes dimensionnels, par l'homme de métier.
  • Ainsi, dans le mode de réalisation particulier décrit, ladite première partie est divergente d'un angle au sommet de l'ordre de 2°. Mais un autre angle, de préférence faible, en particulier nul, ou convergent, est envisageable, pourvu qu'on reste avec un angle moyen inférieur à un seuil de l'ordre de 2°.
  • Plus généralement, ladite deuxième partie est divergente d'un angle au sommet compris entre environ 1° et environ 20°, de préférence entre environ 3° et environ 14°, et avantageusement entre environ 6° et environ 10°.
  • Par ailleurs, l'invention peut s'appliquer lorsque l'obturateur est autre qu'un tiroir de poche.
  • En généralisant également les dimensions, ladite première partie a une longueur comprise entre environ une fois et environ cinq fois sa plus grande dimension transversale, de préférence entre environ deux fois et cinq fois, et avantageusement entre environ deux fois et environ quatre fois sa plus grande dimension transversale.
  • La forme des sections transversales des première et deuxième parties du tube, perpendiculairement à son axe, pourrait être quelconque, sous réserve d'une continuité suffisante. Toutefois, elle est de préférence sensiblement ovale, par exemple sensiblement elliptique, ou plus précisément sensiblement circulaire.

Claims (10)

  1. Tube de coulée continue d'une poche vers un répartiteur, comprenant une ouverture d'extrémité aval sensiblement ovale en section transversale, et destinée travailler en immersion dans le répartiteur et dont la paroi intérieure est globalement divergente depuis l'extrémité amont vers l'extrémité aval, caractérisé en ce qu'il comprend, dans une zone aval, une première partie (3) et, en amont de ladite première partie, une deuxième partie (4), la première partie (3) étant de section sensiblement constante et la deuxième partie (4) de section relativement divergente vers la zone aval.
  2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première partie (3) possède un angle au sommet moyen inférieur à un seuil de l'ordre de 2°.
  3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième partie (4) est divergente d'un angle au sommet compris entre environ 1° et environ 20°.
  4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite deuxième partie est divergente d'un angle au sommet compris entre environ 3° et environ 14°.
  5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite deuxième partie (4) est divergente d'un angle au sommet compris entre environ 6° et environ 10°.
  6. Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite première partie (3) a une longueur comprise entre environ une fois et environ cinq fois sa plus grande dimension transversale.
  7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite première partie (3) a une longueur comprise entre environ deux fois et environ cinq fois sa plus grande dimension transversale.
  8. Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite première partie (3) a une longueur comprise entre environ deux fois et environ quatre fois sa plus grande dimension transversale.
  9. Tube selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites première et deuxième parties a une section transversale sensiblement ovale.
  10. Tube selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites première et deuxième parties a une section transversale circulaire.
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