FR2521462A1

FR2521462A1 - Metal feed equipment for continuous casting - includes stopper extension creating back pressure in immersion nozzle

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Publication number: FR2521462A1
Application number: FR8202722A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1983-08-19
Also published as: FR2521462B1

Abstract

Equipment for feeding molten metal to a continuous casting mould, comprising a tundish provided with a stopper and a nozzle which extends from the tundish bottom into the melt in the mould, is designed so that the lower end of the nozzle can be constricted sufficiently to create an overpressure within the nozzle which compensates for contraction of the metal stream cross-section. Specifically, the stopper is extended or a stopper extension is provided to close the nozzle opening almost completely.% Aspiration of air into the vena contracta is prevented so that oxidn. of excess aluminium in the steel being cast and consequent blockage of the nozzle by alumina are avoided.

Description

On sait que dans la technique de la coulée continue, notamment de l'acier, le métal à ltétat liquide est déversé dans une cuvette ou répartiteur (souvent désigné du nom anglo-saxon de tundish ) d'où il s'écoule par gravité dans la lingotière, cet écoulement étant réglé en général par un clapet réfractaire ou "quenouille . Pour éviter toute oxydation lton prévoit entre le tundish et la lingotière un tube ou "busette", fait en un matériau réfractaire convenable, qui plonge dans celle-ci. Enfin l'on maintient sur la surface du bain une couche protectrice de laitier. It is known that in the continuous casting technique, in particular of steel, the metal in the liquid state is poured into a bowl or distributor (often designated by the English name of tundish) from where it flows by gravity into the ingot mold, this flow being regulated in general by a refractory valve or "stopper rod. To avoid any oxidation lton provides between the tundish and the ingot mold a tube or" nozzle ", made of a suitable refractory material, which plunges into it. Finally, a protective layer of slag is maintained on the surface of the bath.

L'expérience montre toutefois que la busette a tendance à s'obstruer sous lteffet de scories, ce qui gêne considérablement la bonne marche de la coulée. On a supposé qu'il s'agissait de particules d'alumine ou analogues entraînées par le métal liquide à partir de la couche de laitier qui flotte dans le répartiteur ou tundish et lton a cherché à y remédier en soufflant de l'argon dans la busette.Cela s'est avéré efficace, mais a entrané d'autres inconvénients, savoir que le gaz ainsi injecté provoque des bouillonnements qui brassent le bain dans la zone supérieure de la lingotière en réduisant ainsi ltefficacité de la couche protectrice de laitier et qui gênent considérablement le fonctionnement des appareils optiques de détection et de surveillante du niveau du métal dans la lingotière. However, experience shows that the nozzle tends to become clogged under the effect of slag, which considerably hinders the smooth running of the casting. It was assumed that they were particles of alumina or the like entrained by the liquid metal from the layer of slag which floats in the distributor or tundish and lton sought to remedy it by blowing argon in the This has proven to be effective, but has entailed other drawbacks, namely that the gas thus injected causes bubbling which mixes the bath in the upper zone of the ingot mold, thereby reducing the effectiveness of the protective layer of slag and which hinders considerably the functioning of optical devices for detecting and monitoring the metal level in the mold.

La présente invention vise à remédier à ce qui précède. Elle est basée sur cette constatation que les dépôts indésirables d'alumine et analogues ne proviennent pas essentiellement de particules entraSnées à partir du tundish, mais bien de ltoxydation 8 l'intérieur de la busette, non parfaitement étanche, du petit excès d'aluminium qu'on retrouve touJours dans les aciers. Aux températures opératoires il s'avère que les busettes sont plus ou moins poreuses, que leur liaison avec le répartiteur ou tundish n'est pas parfaitement étanche, et que sous lteffet de trompe aspirante provoqué par l'écoulement du métal fondu, de l'air y pénètre en quantité non négligeable.L'aluminium résiduel renfermé par l'acier s'oxyde ainsi immédiatement autour du jet de métal liquide en donnant naissance à des flocons d'alumine qui sont en principe entranés et viennent se retrouver ainsi dans la couche de laitier à l'intérieur de la lingotière. Mais parfois ces flocons s'accrochent en partie aux parois et arrivent à former des amas qui, lorsqu'ils se détachent, viennent obstruer plus ou moins complètement le débouché de la busette.L'effet bénéfique de l'injection d'argon ntest donc pas dû comme on l'a cru jusqu'ici à lteffet mécanique d'entrainement des impuretés exercé par ce gaz, mais surtout au fait qu'il casse la dépression résultant de l'effet de trompe et empêche ou atténue ainsi toute rentrée d'aIr. The present invention aims to remedy the above. It is based on this observation that the undesirable deposits of alumina and the like do not come essentially from particles entrained from the tundish, but indeed from the oxidation inside the nozzle, not perfectly sealed, of the small excess of aluminum which 'we always find in steels. At operating temperatures, it turns out that the nozzles are more or less porous, that their connection with the distributor or tundish is not perfectly sealed, and that under the effect of a suction tube caused by the flow of molten metal, air enters it in a significant quantity. The residual aluminum enclosed by the steel oxidizes immediately around the jet of liquid metal, giving rise to alumina flakes which are in principle entrained and thus end up in the layer. slag inside the mold. But sometimes these flakes cling partially to the walls and manage to form clusters which, when they come off, more or less completely obstruct the outlet of the nozzle. The beneficial effect of the injection of argon is therefore not due as has been believed hitherto to the mechanical effect of entrainment of the impurities exerted by this gas, but especially to the fact that it breaks the depression resulting from the tube effect and thus prevents or attenuates any re-entry of air.

Conformément à l'invention l'on réalise à la sortie de la busette un étranglement suffisant pour y créer une surpression propre à compenser l'effet de trompe précité. Bien entendu cet étranglement doit être réglable en fonction de la position d'ouverture de la quenouille. In accordance with the invention, there is produced at the outlet of the nozzle a sufficient constriction to create an overpressure therein capable of compensating for the aforementioned tube effect. Of course this constriction must be adjustable as a function of the opening position of the stopper rod.

Dans une forme d'exécution préférée l'on fait comporter à la quenouille un prolongement vers le bas, ou quenouille secondaire'; qui, à la position ferme de celle-ci, vient obturer presque complètement le débouché de la busette sans toutefois s'appliquer contre elle, ceci afin d'éviter d'imposer à cette dernière une poussée mécanique qu'elle risquerait de mal supporter. Ce prolongement peut être solidaire de la quenouille, mais il est également possible de le réaliser sous la forme d'une pièce indépendante commandée séparément, par exemple à travers un alésage axial prévu dans cette quenouille, ou simplement appliquée contre celle-ci en direction du haut par la poussée hydrostatique exerce par le métal liquide en raison de sa forte densité. In a preferred embodiment, the stopper is made to have a downward extension, or secondary stopper; which, in the firm position thereof, comes to close almost completely the outlet of the nozzle without, however, being applied against it, this in order to avoid imposing on the latter a mechanical thrust which it would risk to bear badly. This extension may be integral with the stopper rod, but it is also possible to produce it in the form of an independent part ordered separately, for example through an axial bore provided in this stopper rod, or simply applied against the latter in the direction of the high by the hydrostatic thrust exerted by the liquid metal due to its high density.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est une coupe schématique montrant un dispositif suivant l'invention dans lequel la quenouille secondaire est rigidement solidaire de la principale, les pièces étant représentées à la position de fermeture de ltécoulement du métal à partir du tundish.The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing.
Fig. 1 is a schematic section showing a device according to the invention in which the secondary stopper rod is rigidly secured to the main one, the parts being shown in the closed position of the flow of metal from the tundish.

Fig. 2 est une vue partielle montrant une variante dans laquelle la quenouille secondaire est indépendante de la quenouille principale, mais est appliquée en service contre cette dernière par la poussée d 'Archimede. Fig. 2 is a partial view showing a variant in which the secondary stopper rod is independent of the main stopper rod, but is applied in service against the latter by Archimede's push.

Fig. 3 est une coupe suivant III-III (fig. 2). Fig. 3 is a section along III-III (fig. 2).

Fig. 4 montre une variante de la forme d'exécution de fig. 2 et 3. Fig. 4 shows a variant of the embodiment of FIG. 2 and 3.

Fig. 5 illustre une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire est accrochée à la quenouille principale. Fig. 5 illustrates an embodiment in which the secondary stopper rod is attached to the main stopper rod.

Fig. 6 et 7 montrent des variantes de la disposition de l'extreilte inférieure de la quenouille secondaire par rapport à la surfacez d'étranglement avec laquelle elle coopère. Fig. 6 and 7 show variants of the arrangement of the lower end of the secondary stopper rod with respect to the throttling surface with which it cooperates.

Fig, 8 correspond à une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire est commandée indépendamment de la principale. Fig, 8 corresponds to an embodiment in which the secondary stopper rod is controlled independently of the main one.

Dans la vue très schématisée de fig. 1 l'on aperçoit en 1 la cuvette, répartiteur ou tundish dans lequel on vient déverser les poches d'acier en fusion. La référence 2 désigne la quenouille propre à former clapet de réglage de l'écoulement du métal dans la busette de coulée 3 et de là dans le bain liquide 4 dans lequel celle-ci plonge en partie. On a figuré en 5 la couche de laitier qui protège l'acier de l'oxydation. Pour simplifier on a supposé qu'on se trouvait à la position fermée de la quenouille. In the very schematic view of fig. 1 we see in 1 the bowl, distributor or tundish in which we just pour the pockets of molten steel. The reference 2 designates the own stopper rod to form a valve for adjusting the flow of the metal in the pouring nozzle 3 and from there into the liquid bath 4 in which the latter is partially immersed. The layer of slag which protects the steel from oxidation has been shown at 5. To simplify, we have assumed that we are in the closed position of the stopper rod.

Conformément à l'invention l'on a associé à la quenouille 2, ou quenouille principale, un prolongement 6 à moindre diamètre, ou quenouille secondaire, qui s'enfonce dans la busette 3 en ménageant un espace intermédiaire important 7 et qui vient se terminer presque au contact de l'épaulement tronconique 8 formant l'entrée du débouché de celle-ci. In accordance with the invention, there has been associated with the stopper 2, or main stopper, an extension 6 with a smaller diameter, or secondary stopper, which sinks into the nozzle 3 while providing a large intermediate space 7 and which ends. almost in contact with the frustoconical shoulder 8 forming the entrance to the outlet thereof.

Lorsqu'on soulève la quenouille principale 2 pour permettre l'écoulement du métal liquide, on entraîne le prolongement 6 et l'on découvre ainsi le debouché de la busette. Mais il subsiste au droit de ltépaulement 8 un étranglement, de sorte que moyennant un dimensionnement judicieux des pièces, on peut obtenir que le métal liquide qui remplit alors l'espace 7 se trouve toujours sous une pression hydrostatique supérieure à la pression atmosphérique extérieure, ce qui exclut toute rentrée d'air à travers la paroi poreuse de la busette ou par les inévitables défauts d'étanchéité des joints. When the main stopper 2 is raised to allow the liquid metal to flow, the extension 6 is driven and the outlet for the nozzle is thus discovered. But there remains at the right of the shoulder 8 a constriction, so that by means of a judicious dimensioning of the parts, it is possible to obtain that the liquid metal which then fills the space 7 is always under a hydrostatic pressure higher than the external atmospheric pressure, this which excludes any re-entry of air through the porous wall of the nozzle or by the inevitable leaks in the seals.

L'expérience montre qu'au contraire en l'absence de la quenouille secondaire 6, le courant d'acier liquide qui s' engage à grande vitesse dans la busette 3 quand on soulève la quenouille principale 2, agit à la façon d'une trompe aspirante et fait apparaître une dépression qui provoque de telles rentrées d'air. Ce sont ces dernières qui entraînent des phénomènes d'oxydation et donnent naissance à des flocons d'alumine. Experience shows that, on the contrary, in the absence of the secondary stopper 6, the stream of liquid steel which engages at high speed in the nozzle 3 when the main stopper 2 is raised, acts like a suction tube and reveals a depression which causes such air intake. It is the latter which cause oxidation phenomena and give rise to alumina flakes.

Normalement ces flocons sont entraînes et viennent finalement se mélanger au laitier 5, mais il arrive parfois qu'il se forme des amas qui, lorsqu'ils se détachent enfin de la paroi, peuvent occasionner des obstructions gênantes. L'invention permet d'éviter totalement ce phénomène sans aucune injection d'argon ou autre.Normally these flakes are entrained and finally come to mix with the slag 5, but it sometimes happens that clusters form which, when they finally detach from the wall, can cause annoying obstructions. The invention makes it possible to completely avoid this phenomenon without any injection of argon or the like.

On pourrait évidemment songer à n'utiliser que la quenouille secondaire 6 pour commander ltécoulement du métal liquide, l'entrée de la busette 3 restant constamment ouverte. Mais il faudrait alors que cette quenouille secondaire 6 vienne s'appliquer sur ltépaulement 8, ce qui imposerait à la busette 3 des contraintes susceptibles de la détériorer ou de l'arracher du répartiteur ou tundish 1. One could obviously consider using only the secondary stopper 6 to control the flow of the liquid metal, the inlet of the nozzle 3 remaining constantly open. But it would then be necessary for this secondary stopper rod 6 to be applied to the shoulder 8, which would impose on the nozzle 3 stresses liable to deteriorate it or tear it from the distributor or tundish 1.

Dans la forme d'exécution de fig. 2, la quenouille secondaire 6 n'est plus rigidement solidaire de la principale 2. Mais en raison de sa densité très inférieure à celle du métal fondu, elle tend à flotter et par conséquent à rester appliquée contre l'extrémité inférieure de celle-ci dopt elle suit les mouvements. Sur les dessins la quenouille principale 2 étant fermée, il n'y a pas de métal dans la busette 3 et par conséquent la quenouille auxiliaire 6 n'est pas soulevée et repose sur la portée 8. Son centrage est assuré par des saillies intérieures de guidage 9 (fig. 3).On remarquera que dans cette forme d'exécution la busette débouche par deux canaux latéraux 10, ce qui ne change rien au fonctionnement general. Là encore à la position fermée de la quenouille principale 2, il subsiste un léger jeu entre la quenouille secondaire 6 et son siège 8, en supposant celle-ci soulevée. In the embodiment of fig. 2, the secondary stopper 6 is no longer rigidly secured to the main 2. But due to its density much lower than that of the molten metal, it tends to float and consequently to remain applied against the lower end of the latter. dopt it follows the movements. In the drawings, the main stopper 2 being closed, there is no metal in the nozzle 3 and consequently the auxiliary stopper 6 is not lifted and rests on the bearing 8. Its centering is ensured by internal projections of guide 9 (fig. 3). Note that in this embodiment the nozzle opens out through two lateral channels 10, which does not change anything in general operation. Again in the closed position of the main stopper 2, there is a slight clearance between the secondary stopper 6 and its seat 8, assuming it raised.

Un avantage important de la disposition à quenouille secondaire flottante" de fig. 2 et 3 réside dans le fait que si l'on choisit la densité de cette quenouille secondaire 6 de façon qu'elle soit intermédiaire entre celle de l'acier liquide et celle du laitier, on peut obtenir que lorsque la coulée se termine, ltécoulement du liquide s'arrente automati quemeut dés que le laitier surnageant pénètre dans la busette. On évite ainsi soit des déchets de fin de coulée par trop importants résultant de ce qu'un opérateur a 'referme trop t8t la quenouille principale, soit l'apparition de défauts dûs à l'inclusion de laitier dans la partie terminale de la barre d'acier coulée. An important advantage of the arrangement with floating secondary stopper "of fig. 2 and 3 lies in the fact that if the density of this secondary stopper 6 is chosen so that it is intermediate between that of the liquid steel and that of the slag, it can be obtained that when the pouring ends, the flow of the liquid stops automatically as soon as the supernatant slag enters the nozzle. This avoids either excessively large end-of-pouring waste resulting from a operator has closed the main stopper too early, that is, the appearance of faults due to the inclusion of slag in the terminal part of the cast steel bar.

Fig. 4 indique une variante de la disposition de fig. 2 et 3, suivant. laquelle le centrage de la quenouille secondaire est obtenu non plus par des saillies de guidage telles que 9, mais bien en prévoyant en bout de la quenouille principale 2 une dépression axiale conique 2a dans laquelle vient s'engager I'extrémité supérieure de la quenouille secondaire 6. Fig. 4 indicates a variant of the arrangement of FIG. 2 and 3, following. which the centering of the secondary stopper is no longer obtained by guide projections such as 9, but by providing at the end of the main stopper 2 a conical axial depression 2a in which engages the upper end of the secondary stopper 6.

Fig. 5 montre une disposition intermédiaire entre celles de fig. l et de fig. 2 à 4. Ici la quenouille secondaire 6 constitue également une pièce séparée, mais son extrémité supérieure en forme de bouton 6a est accrochée dans une chambrure 2b creusée dans l'extrémité inférieure de la quenouille principale 2. On peut imaginer, par exemple, que le débouché de la chambrure 2b est rectangulaire et qu'il en va de mêBe pour le bouton 6a qu'on peut donc introduire en le-présentant suivant une orientation déterminée, puis accrocher en le faisant simplement tourner sur lui-même. On peut également agencer les choses de façon que le bouton puisse être introduit en présentant la quenouille auxiliaire horizontalement, et qu'on le verrouille ensuite en place en redressant celle-ci. Fig. 5 shows an intermediate arrangement between those of FIG. l and fig. 2 to 4. Here the secondary stopper 6 also constitutes a separate part, but its upper end in the form of a button 6a is hung in a recess 2b hollowed out in the lower end of the main stopper 2. It can be imagined, for example, that the opening of the recess 2b is rectangular and the same goes for the button 6a which can therefore be introduced by presenting it in a determined orientation, then hang by simply making it rotate on itself. We can also arrange things so that the button can be inserted by presenting the auxiliary stopper horizontally, and that it is then locked in place by straightening it.

En fig. 6 on retrouve une busette à débouché axial avec une quenouille secondaire se terminant sous la forme d'un clapet tronconique, la petite base du tronc se prolongeant quelque peu, comme indiqué en ll, pour contribuer à assurer un étranglement de la section de passage au début de la levée de l'ensemble de la quenouille principale et de la quenouille secondaire. Ainsi l'etranglement initial de ltécoulement du métal ne commence à se dilater que lorsque la quenouille principale 2 s'est nettement soulevée de son siège. In fig. 6 there is a nozzle with an axial outlet with a secondary stopper ending in the form of a frustoconical valve, the small base of the trunk extending somewhat, as indicated in ll, to help ensure a constriction of the passage section at start of the lifting of the whole of the main distaff and the secondary distaff. Thus the initial constriction of the flow of the metal only begins to expand when the main stopper 2 is clearly lifted from its seat.

Dans la forme d'exécution de fig. 7 ce retard à l'ouverture du débouché de la busette est obtenu en prévoyant simplement dans le bas de celle-ci un rétrécissement cylindrique rapporté 12 et en supprimant toute sorte de siège pour la quenouille secondaire 6. Ici comme en fig. 2 le débouché de cette busette est assuré par deux canaux latéraux. In the embodiment of fig. 7 this delay in opening the outlet of the nozzle is obtained by simply providing at the bottom thereof a cylindrical narrowing reported 12 and removing any kind of seat for the secondary stopper rod 6. Here as in fig. 2 the outlet of this nozzle is provided by two lateral channels.

Bien entendu le rétrécissement 12 pourrait être d'une seule pièce avec la busette 3. Of course, the constriction 12 could be in one piece with the nozzle 3.

Enfin fig. 8 montre une forme d'exécution dans laquelle la quenouille secondaire 6 traverse la quenouille principale 2 prévue tubulaire, ces deux organes étant commandés indépendamment l'un de l'autre. On peut ainsi prévoir de soulever d'abord la quenouille principale pour laisser l'acier pénétrer dans la busette, la quenouille secondaire restant fermée, sauf le léger jeu de sécurité prévu pour éviter toute contrainte appliquée à la busette, puis manoeuvrer cette quenouille secondaire pour régler l'écoulement du métal. Finally fig. 8 shows an embodiment in which the secondary stopper 6 crosses the main stopper 2 provided tubular, these two members being controlled independently of one another. We can thus plan to first lift the main stopper to let the steel enter the nozzle, the secondary stopper remaining closed, except the slight safety clearance provided to avoid any stress applied to the nozzle, then maneuver this secondary stopper to regulate the flow of metal.

I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. It should moreover be understood that the above description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents.

Claims

1. Device for supplying liquid metal to the mold in continuous casting installations, of the type comprising a bowl or "tundish", a valve. or "distaff" intended to be lowered onto a seat provided at the bottom of the tundish to regulate the flow of metal, and a nozzle which is heard downwards from this seat to plunge into the metal bath, characterized in that '' it includes means suitable for producing in the vicinity of the lower end of the nozzle (3) a sufficient constriction to create inside thereof an overpressure compensating for the suction tube effect caused by the flow of the metal .-

2. Device according to claim 1, characterized in that the stopper rod (2) has a downward extension or "secondary stopper rod" (6) which cooperates with a lower fixed part of the nozzle (3) to close the outlet almost completely. of the latter without, however, applying excessive mechanical stress thereto.

3. Device according to claim 2, characterized in that the secondary stopper (6) is integral with the main stopper (2i.

4. Device according to claim 2, characterized in that the secondary stopper (6) is independent of the main stopper (2), but is kept applied against èIle by Archimedes growth due to molten aetal.

5. Device according to claim 2, characterized in that the dexisit of the secondary stopper (6) is intermediate between that of the liquid metal (4) and that of the slag (5) so that this secondary stopper closes automatically as soon as the slag flows into the nozzle (3).

6. Device according to claim 2, characterized in that the secondary stopper (6) is hung at the end of the main stopper (2).

7. Device according to claim 2, characterized in that the main stopper (2) is provided tubular and is crossed by the secondary stopper (6), which is controlled independently.

8. Device according to any one of claims 3 and 4, characterized in that the fixed part (12) with which the secondary stopper (6) cooperates surrounds the latter with a certain clearance, so that at the start of the lifting from this secondary stopper the steel flow passage remains strongly constricted and does not begin to open more until the main stopper rod (2) has already lifted appreciably.