FR2670145A1 - Method for pouring a fluid into a mould, device and component for the method and the device - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE COULAGE D'UN FLUIDE DANS UN MOULE, DISPOSITIF ET
PIECE POUR LE PROCEDE ET LE DISPOSITIF
La présente invention a pour objet un procédé de coulage d'un fluide dans un moule. Elle a également pour objet un dispositif pour la coulée en continu d'un métal liquide, une pièce destinée à être utilisée dans la mise en oeuvre du procédé et dans le dispositif.METHOD FOR CASTING A FLUID INTO A MOLD, DEVICE AND
PART FOR THE PROCESS AND THE DEVICE
The present invention relates to a method of casting a fluid in a mold. It also relates to a device for the continuous casting of a liquid metal, a part intended to be used in the implementation of the method and in the device.
Dans la coulee en continu de l'acier on utilise des pièces réfractaires sont utilisées pour acheminer un flux de métal liquide d'une poche de coulée vers un répartiteur puis de ce répartiteur dans un moule de coulée en continu.In the continuous casting of steel refractory parts are used are used to convey a flow of liquid metal from a ladle to a distributor then from this distributor in a continuous casting mold.
Afin de protéger le jet d'acier contre l'oxydation lors de son passage du répartiteur vers le moule on utilise un tube de protection de jet en matériau réfractaire. L'extrémité inférieure du tube est immergee dans le métal liquide contenu dans le moule de coulée en continu. Le métal s'ecoule par un ou plusieurs orifices situés en-dessous du niveau libre du métal dans le moule. Les matériaux les plus utilisés pour réaliser ces pièces de protection du jet sont la silice fondue et l'alumine graphitée.In order to protect the steel jet against oxidation during its passage from the distributor to the mold, a jet protection tube made of refractory material is used. The lower end of the tube is immersed in the liquid metal contained in the continuous casting mold. The metal flows through one or more orifices located below the free level of the metal in the mold. The materials most used to make these jet protection parts are fused silica and graphite alumina.
Afin d'éviter l'oxydation au contact de l'air du métal liquide contenu dans le moule, il est connu de répandre une couche d'huile sur sa surface libre. Cette huile a également pour fonction de lubrifier le moule. Mais elle brûle en raison de la température élevée du métal liquide.In order to avoid oxidation on contact with the air of the liquid metal contained in the mold, it is known to spread a layer of oil on its free surface. This oil also has the function of lubricating the mold. But it burns due to the high temperature of the liquid metal.
On a donc remplace l'huile par une poudre de couverture qui remplit les mêmes fonctions de protection de l'acier contre l'oxydation et de lubrification du moule. L'utilisation d'une poudre de couverture permet de remédier aux inconvénients de l'huile parce qu'elle ne brûle pas mais un nouvel inconvénient apparait. En effet cette poudre est corrosive vis-à-vis du matériau réfractaire du tube de protection de jet et l'on assiste à une erosion de cette pièce d'autant plus importante que le moule de coulée est animé en permanence d'un mouvement vertical alternatif de qui a pour but principalement d'éviter le figeage de l'acier sur la paroi du moule. En raison de ce mouvement alternatif du moule le niveau de la poudre de coulée se déplace sur une faible hauteur (de 5 à 10 mm) le long de la paroi du tube de protection de jet.Il en résulte une érosion localisée dans cette zone qui conduit, au bout d'une certaine durée de coulée au perçage du tube voire à la perte de son extrémité. L'érosion du tube de coulée est donc un facteur qui limite la durée de la coulée.The oil was therefore replaced by a covering powder which fulfills the same functions of protecting the steel against oxidation and of lubricating the mold. The use of a covering powder overcomes the disadvantages of the oil because it does not burn but a new disadvantage appears. Indeed, this powder is corrosive to the refractory material of the jet protection tube and there is an erosion of this part all the more important as the casting mold is permanently animated with a vertical movement. alternative which mainly aims to avoid freezing of the steel on the mold wall. Due to this reciprocating movement of the mold, the level of the pouring powder moves a short height (5 to 10 mm) along the wall of the jet protection tube, resulting in localized erosion in this area which leads, after a certain casting time to the drilling of the tube or even to the loss of its end. The erosion of the pouring tube is therefore a factor which limits the duration of the casting.
Afin de surmonter ce problème on a réalisé des organes de coulée comportant une surépaisseur au niveau de la poudre de coulée. On a également réalisé des busettes composites comportant une manchette de protection réalisée en un matériau présentant une résistance particulièrement élevée à l'érosion tel que la zircone ou la zircone graphitée. Une manchette de ce type peut être realisée en surépaisseur ou intégrée dans le corps de la pièce. Elle permet effectivement une durée de coulée plus longue. Une busette de ce type comportant une manchette de renforcement au niveau de la poudre de coulée est décrite dans le brevet
US-A-4746038.In order to overcome this problem, casting members have been made comprising an additional thickness at the level of the casting powder. Composite nozzles have also been produced comprising a protective sleeve made of a material having a particularly high resistance to erosion such as zirconia or graphitized zirconia. A cuff of this type can be made thicker or integrated into the body of the part. It effectively allows a longer casting time. A nozzle of this type comprising a reinforcement sleeve at the level of the casting powder is described in the patent.
US-A-4746038.
Le problème de la limitation de la durée de coulée est toutefois surmonté seulement partiellement parce que la manchette de protection est malgré tout érodée au bout d'un certain temps, avec les inconvénients décrits précédemment, qui obligent à interrompre la coulée. En outre il n'est pas possible d'augmenter à volonté l'épaisseur de la manchette de protection parce que la busette de coulée doit être introduite dans un moule présentant une section de passage limitée. C'est le cas en particulier lorsque l'on souhaite couler des produits minces.The problem of limiting the casting time is however only partially overcome because the protective sleeve is nevertheless eroded after a certain time, with the drawbacks described above, which make it necessary to interrupt the casting. Furthermore, it is not possible to increase the thickness of the protective sleeve at will because the pouring nozzle must be introduced into a mold having a limited passage section. This is particularly the case when it is desired to pour thin products.
Afin d'augmenter la durée de la coulée on a également songé à faire varier la hauteur du tube par rapport au moule, c'est à dire sa profondeur d'immersion dans l'acier liquide du moule. De cette manière le tube n'est pas érodé toujours au même niveau. Cette solution permet effectivement de prolonger la durée de vie de la busette, mais elle entraine l'inconvénient de perturber l'écoulement du métal et par suite le refroidissement du moule. En effet le moule de coulée en continu, est refroidi par une circulation d'eau et ce refroidissement doit être réglé avec précision pour que d'une part le métal ne fige pas sur le moule et pour que, d'autre part, il se solidifie suffisamment rapidement.In order to increase the duration of the casting, consideration has also been given to varying the height of the tube relative to the mold, that is to say its depth of immersion in the liquid steel of the mold. In this way the tube is not always eroded at the same level. This solution effectively prolongs the life of the nozzle, but it causes the drawback of disturbing the flow of the metal and consequently the cooling of the mold. Indeed, the continuous casting mold is cooled by a circulation of water and this cooling must be adjusted precisely so that on the one hand the metal does not freeze on the mold and so that, on the other hand, it solidifies quickly enough.
Le fait de faire varier la profondeur d'immersion du tube de coulée perturbe le refroidissement et a une influence négative sur la qualité de l'acier.Varying the immersion depth of the pouring tube disturbs the cooling and has a negative influence on the quality of the steel.
La présente invention a pour objet un procédé de coulage d'un fluide dans un moule, un dispositif pour la coulée en continu d'un métal liquide et une pièce de protection d'un organe de coulée destinée à être utilisée dans le procédé qui remédient à ces inconvénients en permettant en particulier d'augmenter considérablement la durée de la coulée. Le procédé se caractérise en ce que l'on forme une barrière physique autour de l'organe de coulée au niveau du fluide dans le moule. Cette barrière physique est de préférence déplacée par rapport au niveau du fluide dans le moule. Ce déplacement est de préférence effectué en translation rectiligne parallèlement à un axe longitudinal de la pièce de coulée.The present invention relates to a method for casting a fluid in a mold, a device for the continuous casting of a liquid metal and a protective part of a casting member intended to be used in the method which remedies to these drawbacks, in particular making it possible to considerably increase the duration of the casting. The method is characterized in that a physical barrier is formed around the casting member at the level of the fluid in the mold. This physical barrier is preferably displaced relative to the level of the fluid in the mold. This movement is preferably carried out in rectilinear translation parallel to a longitudinal axis of the casting.
Le dispositif selon l'invention pour la coulée en continu d'un métal liquide, comprenant un récipient contenant ledit métal liquide, un moule situé sous le récipient et un organe de coulée pour transférer le métal liquide du récipient vers le moule, se caractérise en ce qu'il comporte une pièce de protection de l'organe de coulée placée autour dudit organe de coulée. Ce dispositif comporte de préférence des moyens permettant de déplacer ladite piece de protection par rapport au niveau du métal liquide dans le moule. Ce mouvement est de préférence un mouvement de translation parallèle à un axe longitudinal de l'organe de coulée.The device according to the invention for the continuous casting of a liquid metal, comprising a container containing the said liquid metal, a mold situated under the container and a casting member for transferring the liquid metal from the container to the mold, is characterized in what it includes a protective part of the casting member placed around said casting member. This device preferably comprises means making it possible to move said protective part relative to the level of the liquid metal in the mold. This movement is preferably a translational movement parallel to a longitudinal axis of the casting member.
L'invention concerne enfin une pièce de protection d'un organe de coulée pour un fluide destiné à être utilisé dans le procédé de l'invention ou dans le dispositif de l'invention.The invention finally relates to a protective part of a casting member for a fluid intended to be used in the method of the invention or in the device of the invention.
Cette pièce est de préférence réalisée en un matériau réfractaire par exemple la zircone, la zircone graphitée, l'alumine, l'alumine graphitée, la silice, l'oxyde de chrome.This part is preferably made of a refractory material, for example zirconia, graphitized zirconia, alumina, graphitized alumina, silica, chromium oxide.
L'effet de la barrière de protection physique disposée autour du tube de coulée est d'empêcher la poudre de coulée d'attaquer ce tube de coulée au niveau du métal liquide de telle sorte que la durée de vie de ce dernier est prolongé.The effect of the physical protective barrier arranged around the pouring tube is to prevent the pouring powder from attacking this pouring tube at the level of the liquid metal so that the lifetime of the latter is prolonged.
Conformément à l'invention on peut introduire de l'huile entre la pièce de coulée et la barrière de protection physique. Ceci est possible parce que la surface libre du métal entre la barrière de protection physique et l'organe de coulée est tres faible. Il est également possible d'introduire un gaz de protection, par exemple l'argon, entre ces deux pièces. Ceci suppose que l'espace annulaire qui les sépare soit suffisamment faible. On peut également introduire de la cendre de riz ou une poudre protectrice contre l'oxydation mais sans effet de lubrification, donc sans effet de corrosion.According to the invention, oil can be introduced between the casting part and the physical protection barrier. This is possible because the free surface of the metal between the physical protective barrier and the casting member is very small. It is also possible to introduce a protective gas, for example argon, between these two parts. This assumes that the annular space which separates them is sufficiently small. It is also possible to introduce rice ash or a powder protecting against oxidation but without the lubrication effect, therefore without the corrosion effect.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention la barrière physique est constituée par un manchon réalisé en un matériau réfractaire. Elle est déplacée par rapport au niveau du métal liquide afin de répartir l'usure sur toute sa longueur. Ce mouvement de translation peut être obtenu sans inconvénient parce qu'il n'influe pas sur les caractéristiques de l'écoulement et par suite sur la qualité de l'acier, contrairement à ce qui se passe lorsque l'on déplace la busette par rapport au moule. Cela perturbe en outre le refroidissement du moule, ce qui a pour effet de changer la profondeur d'immersion des orifices, comme on l'a expliqué précédemment.According to a preferred characteristic of the invention, the physical barrier consists of a sleeve made of a refractory material. It is moved relative to the level of the liquid metal in order to distribute the wear over its entire length. This translational movement can be obtained without disadvantage because it does not influence the characteristics of the flow and therefore the quality of the steel, unlike what happens when the nozzle is moved relative in the mold. This further disrupts the cooling of the mold, which has the effect of changing the immersion depth of the orifices, as explained above.
Etant donné que la barrière de protection physique est déplacée, la corrosion due à la poudre de couverture est répartie sur toute sa longueur. Si l'on prévoit une barriere suffisamment longue par exemple 150 à 200 mm et d'une épaisseur suffisante par exemple 15 mm, il sera possible d'obtenir des durées de coulée très longues. Le mouvement de translation de la barrière de protection physique peut être obtenu par tous moyens connus de l'homme de l'art, par exemple un moteur électrique ou hydraulique ou encore un vérin.Since the physical protection barrier is displaced, the corrosion due to the covering powder is distributed over its entire length. If a sufficiently long barrier, for example 150 to 200 mm and a sufficient thickness, for example 15 mm, is provided, it will be possible to obtain very long casting times. The translational movement of the physical protection barrier can be obtained by any means known to those skilled in the art, for example an electric or hydraulic motor or even a jack.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif en référence à la figure annexée qui est une vue d'ensemble en coupe d'une installation de coulée en continu comportant une pièce de protection de l'organe de coulée conforme à l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of an exemplary embodiment given by way of illustration and in no way limitative with reference to the appended figure which is an overall sectional view of a continuous casting installation comprising a protective part of the casting member according to the invention.
Sur la figure, un métal liquide, par exemple de l'acier fondu est contenu dans un récipient tel qu'un répartiteur 1 comportant une paroi d'acier extérieure 4 revêtue intérieurement de briques de protection réfractaires 6.In the figure, a liquid metal, for example molten steel, is contained in a container such as a distributor 1 comprising an outer steel wall 4 internally coated with refractory protective bricks 6.
En dessous du répartiteur 1 on trouve un moule de coulée en continu 8 comportant une circulation d'eau 9 pour assurer son refroidissement. Un organe de coulée 10 tel qu'une busette ou un tube de protection de jet assure le transfert du métal liquide 2 du répartiteur 1 vers le moule 8. La busette 10 comporte un alésage interne 12 qui s'étend axialement d'une ouverture d'entrée située dans une brique de siège 13 montée dans le répartiteur 1 jusqu'à des ouies de sortie situées à la partie inférieure de la busette 10.Below the distributor 1 there is a continuous casting mold 8 comprising a circulation of water 9 to ensure its cooling. A casting member 10 such as a nozzle or a jet protection tube ensures the transfer of the liquid metal 2 from the distributor 1 to the mold 8. The nozzle 10 has an internal bore 12 which extends axially from an opening d inlet located in a seat brick 13 mounted in the distributor 1 up to outlet openings located at the bottom of the nozzle 10.
Au cours de la coulée en continu, l'acier 2 s'écoule du répartiteur 1 vers la busette 10, traverse le canal interne 12 et sort par les ouies 14 au-dessous du niveau libre 16 du métal dans le moule 8. Au contact de la paroi intérieure du moule 8 qui est refroidi à l'eau, l'acier se solidifie pour former une partie solide 17 dont l'épaisseur va en augmentant vers le bas du moule. Afin d'éviter l'accrochage de l'acier sur la paroi intérieure du moule ce dernier est continuellement animé d'un mouvement alternatif de translation verticale. Ainsi le métal liquide ne fige pas sur la paroi froide du moule. En outre, afin d'éviter cet accrochage, on a prévu une couche d'une poudre de couverture 18 sur la surface libre 16 du métal liquide.During continuous casting, the steel 2 flows from the distributor 1 to the nozzle 10, crosses the internal channel 12 and exits through the openings 14 below the free level 16 of the metal in the mold 8. In contact of the interior wall of the mold 8 which is cooled with water, the steel solidifies to form a solid part 17 whose thickness increases with the bottom of the mold. In order to avoid the attachment of the steel to the internal wall of the mold, the latter is continuously driven by an alternating movement of vertical translation. Thus the liquid metal does not freeze on the cold wall of the mold. In addition, in order to avoid this snagging, a layer of covering powder 18 is provided on the free surface 16 of the liquid metal.
Cette poudre a pour fonction d'empêcher l'inclusion de particules non métalliques dans le métal et de lubrifier le moule. Les poudres de couverture communément utilisées sont constituées de mélanges ayant un bas point de fusion qui forment un laitier fondu qui flotte sur la surface 16 du métal. Toutefois, comme on l'a expliqué précédemment, cette poudre de couverture présente l'inconvénient d'éroder la surface extérieure de la busette 10. Ceci est du au fait que la poudre présente un bas point de fusion et agit comme un fondant en formant des eutectiques fusibles à basse température. Cette érosion est d'autant plus forte que le moule est animé d'un mouvement alternatif de translation verticale.Ce mouvement accélère l'érosion en créant un effet mécanique de sape par un renouvellement constant des agents attaquants. I1 a donc des effets mécaniques et chimiques combinés.The function of this powder is to prevent the inclusion of non-metallic particles in the metal and to lubricate the mold. The commonly used covering powders consist of mixtures having a low melting point which form a molten slag which floats on the surface 16 of the metal. However, as explained above, this covering powder has the drawback of eroding the external surface of the nozzle 10. This is due to the fact that the powder has a low melting point and acts as a fluxing agent, forming low temperature fusible eutectics. This erosion is all the stronger as the mold is driven by an alternating movement of vertical translation. This movement accelerates erosion by creating a mechanical undermining effect by a constant renewal of attacking agents. It therefore has combined mechanical and chemical effects.
Conformément à l'invention on a prévu une pièce 20 de protection de l'organe de coulée 10. La pièce 20 est constituée par un manchon de matériau réfractaire présentant une forte résistance à l'érosion par la poudre de couverture. Elle est munie de moyens de fixation 22 qui permettent de la fixer à des moyens 24 pour la déplacer selon un mouvement de translation verticale. Les moyens 24 peuvent être constitués par exemple par un moteur électrique, par un vérin hydraulique ou pneumatique ou encore par tout autre moyen connu de l'homme du métier permettant d'obtenir un tel mouvement de translation. Les moyens 24 sont par exemple fixés à la partie inférieure du répartiteur.In accordance with the invention, a piece 20 for protecting the casting member 10 is provided. The piece 20 is constituted by a sleeve of refractory material having a high resistance to erosion by the covering powder. It is provided with fixing means 22 which make it possible to fix it to means 24 for moving it in a vertical translational movement. The means 24 may be constituted, for example, by an electric motor, by a hydraulic or pneumatic cylinder or by any other means known to those skilled in the art, making it possible to obtain such a translational movement. The means 24 are for example fixed to the lower part of the distributor.
Il est possible d'introduire dans l'espace annulaire compris entre la paroi extérieure de la busette 10 et la paroi interne de la pièce de protection 20 une couche d'huile qui protège la surface du métal liquide 16 contre l'oxydation. L'utilisation de l'huile reste possible étant donné la faible surface de métal à couvrir.It is possible to introduce into the annular space between the outer wall of the nozzle 10 and the inner wall of the protective part 20 an oil layer which protects the surface of the liquid metal 16 against oxidation. The use of oil remains possible given the small metal surface to be covered.
On peut utiliser tout agent qui protège contre l'oxydation, sans nécessité de lubrification puisque cet agent n'a pas pour fonction de lubrifier le moule. Cet agent peut être, à titre d'exemple, un gaz, (argon) ou une poudre (cendre de riz). Any agent which protects against oxidation can be used, without the need for lubrication since this agent does not have the function of lubricating the mold. This agent can be, for example, a gas, (argon) or a powder (rice ash).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |