LU86395A1 - Dispositif et procede pour la coulee continue de l'acier - Google Patents

Description

i i 1 * C 2363/8604.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).

Dispositif et procédé pour la coulée continue de l'acier.

La présente invention concerne un dispositif pour la coulée continue de l'acier ainsi qu'un procédé de coulée continue faisant application de ce dispositif.

La coulée continue de l'acier, et en général de tout métal liquide, consiste essentiellement à alimenter en acier, en continu, une lingo-tière de forme appropriée destinée à former un lingot appelé brame ou billette, selon les dimensions qu'il présente. L'acier commence à se solidifier au contact des parois refroidies de la lingotière, et il est extrait par le bas de celle-ci sous la forme d'un lingot ; i i 2.- dont la peau est solidifiée sur une certaine épaisseur et dont le coeur encore liquide se solidifie ultérieurement de façon progressive.

L'acier qui est ainsi coulé en continu provient d'un récipient tel qu' une poche de coulée ou, le plus souvent, un panier répartiteur, qui est muni, à sa partie inférieure, d'un dispositif de coulée généralement appelé "busette de coulée". Habituellement, ce dispositif se compose essentiellement d'une brique réfractaire dans laquelle est ménagé le trou de coulée et qui est équipée d'un système approprié de réglage ou d'interruption du jet de coulée.

La coulée continue décrite ci-dessus est connue et mise en oeuvre depuis longtemps.

On connaît également les défauts spécifiques auxquels elle peut donner lieu, tels que divers types de ségrégation, qui sont fortement influencés par la température de coulée de l'acier.

Habituellement, la température de l'acier dans la poche de coulée ou dans'le panier répartiteur est assez nettement supérieure à sa température de début de solidification, c'est-à-dire à sa température de liquidus. Cette différence de température, appelée surchauffe, est généralement de l'ordre de 35°C.

Cette surchauffe de l'acier en poche ou en panier répartiteur est soumise à deux conditions contradictoires qui sont également bien ...connues des spécialistes. D'une part, il est souhaitable d'opérer avec une surchauffe aussi faible que possible, pour diminuer les risques d'hétérogénéités liées aux ségrégations lors de la solidification. D'autre part, une diminution trop importante de la surchauffe entraîne e une augmentation de la quantité d'acier perdu sous la tonne ae fond de poche ou de panier répartiteur, ainsi qu'une diminution de la vitesse de décantation des inclusions.

Il a déjà été proposé, notamment par le brevet LU-A-85.942 de refroidir l'acier pendant qu'il traverse la busette afin de lui donner, à t ‘ * 3.- son arrivée dans la lingotière, une température voisine de sa température de liquidus. On peut ainsi réduire sensiblement à la fois les pertes par fond de poche ou de panier répartiteur, la diminution de la vitesse de décantation des inclusions et les risques de ségrégation. Ce même brevet LU-A-85.942 décrit également une busette en un matériau bon conducteur de la chaleur, équipée de moyens pour refroidir l'acier qui la traverse; cette busette peut par exemple être réalisée en acier ou en un matériau tel qae du nitrure de bore.

Ces busettes connues présentent cependant divers inconvénients, qui sont essentiellement liés à leur tenue en service.

En effet, les matériaux utilisés sont très sujets à l'érosion par 1' acier liquide; les dimensions du trou de coulée sont très rapidement altérées et il est très difficile de conduire correctement l'opération de coulée.

D'autre part, les busettes en acier sont le siège soit d'une érosion rapide par fusion, soit d'un bouchage également rapide par solidification de l'acier coulé, selon que la température de l'interface en contact avec l'acier liquide est supérieure au point de solidus de l'acier de la busette ou inférieure au point de liquidus de l'acier coulé. Dans les conditions industrielles, il est très difficile d'établir et de maintenir un équilibre entre le risque d'érosion et le risque de bouchage de la busette. Cet équilibre est très ténu et il nécessite une régulation extrêmement précise des conditions de refroidi dissement de la busette, qu'il n'est guère possible d'assurer dans la pratique industrielle.

En outre, cet équilibre, qui constitue un compromis entre deux exigences contradictoires, conduit à l'établissement d'un diamètre d'équilibre de la busette, et donc à un débit d'équilibre pour la coulée, qui ne correspond pas nécessairement au débit requis pour assurer la production désirée.

Une solution à ces difficultés pourrait consister à utiliser des î t 4.- busettes en matériaux frittés spéciaux, par exemple un matériau à base d'oxyde de zirconium ZrC^ et de poudre de molybdène. Ce matériau n'est pas mouillé par l'acier liquide; il présente un point de fusion élevé et une bonne conductibilité thermique. Il n'est cependant pas toujours intéressant sur le plan économique, en raison de son coût élevé, aggravé encore par la nécessité de multiplier le nombre de bu-settes pour rencontrer la gamme des débits de coulée recherchés.

Enfin, de telles busettes refroidies n'éliminent pas entièrement le risque d'explosion résultant de l'introduction accidentelle d'eau, avec vaporisation brutale de cette eau , au coeur d'une masse importante d'acier liquide, en cas de fissuration de la busette.

La présente invention a pour objet un dispositif de coulée permettant d'assurer le refroidissement de l'acier liquide entre la poche de coulée ou le panier répartiteur et la lingotière de coulée continue et qui ne présente pas les inconvénients précités.

Le dispositif de coulée qui fait l'objet de la présente invention, qui comprend un répipiènt de coulée muni d'une boèëfeteret une liingôfeière de coulée continue, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte en outre, entre la sortie de ladite busette et l'entrée de ladite lingotière, un canal refroidi, faiblement incliné sur l'horizontale, dont l'extrémité amont, par rapport au sens d'écoulement de 1' acier, est raccordée à la sortie de ladite busette et dont l'extrémité aval est pourvue de moyens d'introduction de l'acier liquide dans ladite lingotière.

Dans une première variante, lesdits moyens d'introduction consistent en un déversoir disposé à l'extrémité de sortie dudit canal et situé au-dessus de ladite lingotière.

Dans une seconde variante qui constitue une solution préférée, lesdits moyens d'introduction comprennent un conduit substantiellement vertical dont l'extrémité supérieure est raccordée par un coude à l'extrémité aval dudit canal et dont l'extrémité inférieure se termine par un i 1 5.- ajutage débouchant au-dessus de ladite lingotière de coulée continue.

Au sens de la présente demande, il faut comprendre que le canal sensiblement horizontal est de préférence rectiligne et que la lingotière est horizontalement écartée de la busette d'une distance correspondant à la longueur de ce canal.il ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention de donner à ce canal toute autre configuration, par exemple une forme annulaire, permettant de rapprocher la lingotière de la busette et éventuellement de ramener la lingotière sous la busette, en alignement suivant un axe vertical commun.Une telle configuration présenterait l'avantage supplémentaire de réduire l'encombrement transversal du dispositif.

Selon une autre particularité de l'invention, ledit canal présente une section transversale au moins double de celle de la busette.

En outre, les caractéristiques géométriques desdits moyens d'introduction de l'acier liquide dans la lingotière sont telles que l'acier liquide ne remplit pas entièrement l'espace intérieur dudit canal sensiblement horizontal.

Egalement selon l'invention, le dispositif de coulée comprend des moyens pour introduire un gaz de protection à l'intérieur dudit canal.

En particulier, ces moyens consistent en au moins une ouverture pratiquée dans la région supérieure du canal sensiblement horizontal, au voisinage de l'extrémité aval de celui-ci; cette ouverture est raccordée, par des moyens connus en soi, à une source de gaz de protection tel que l'argon.

Dans la première variante précitée, le gaz de protection introduit par ladite ouverture assure un balayage de la partie de l'espace intérieur du canal qui n'est pas occupée par l'acier liquide.

L'acier liquide se trouve donc protégé de tout contact avec l'air ambiant pendant qu'il parcourt le canal sensiblement horizontal.

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Dans la seconde variante précitée, le gaz de protection remplit tout l'espace fermé non occupé par l'acier liquide, depuis la sortie de la busette jusqu'au conduit vertical de sortie. Cette disposition offre un moyen de réglage du débit d'acier liquide dans le canal, en agissant simplement sur la pression du gaz de protection.

Toujours selon l'invention, le diamètre de la section de sortie de l'ajutage est inférieur au diamètre de la busette. Cette disposition permet de créer, à la sortie de cet ajutage, une perte de charge qui entraîne le remplissage du conduit vertical par de l'acier liquide.

Corrélativement, ce conduit vertical présente une longueur suffisante pour constituer une colonne d'acier liquide appliquant à la sortie de l'ajutage une pression ferrostatique capable d'assurer à l'ajutage un débit égal au débit de la busette.

L'invention sera maintenant décrite en détail en faisant référence à la figure annexée qui représente, en coupe, à titre d'exemple, une réalisation préférée de la seconde variante précitée.

Dans cette figure, la poche de coulée 1 contenant l'acier liquide 2 est munie d'une busette 3 qui présente un diamètre D^. Il s'agit d'une busette de type connu, en matériau réfractaire, qui ne fait pas partie de la présente invention. La busette 3 débouche dans un coude 4 ménagé dans une brique réfractaire 5, la busette s'adaptant hermétiquement à l'entrée de ce coude 4. A la sortie du coude 4, la brique réfractaire 5 est raccordée à l'extrémité amont d'un canal 6, sensiblement horizontal, équipé d'un circuit de refroidissement 7. Le canal 6 peut être réalisé en acier; il doit alors être remplacé après chaque coulée; il peut également être réalisé en un matériau fritté à base de (Zrt^) et il est alors utilisable pour plusieurs opérations de coulée. Ce canal 6 présente une section intérieure plus grande que celle de la busette 3, afin de réduire les risques de colmatage du canal 6 par de l'acier solidifié. L'agent de refroidissement, par exemple l'eau ou un brouillard d'eau, pénètre dans ce circuit de ' J * 7.- préférence à l'extrémité aval du canal 6 et en sort à l'extrémité amont. A l'extrémité aval du canal 6 est adapté un conduit vertical 8, en matériau réfractaire, qui se raccorde au canal 6 par l'intermédiaire d'un coude 9. L'extrémité inférieure du conduit 8 comporte un ajutage 10 dont le diamètre intérieur D2 est inférieur au diamètre de la busette. Le conduit vertical 8 débouche dans la lingotière de coulée continue 11. Les raccordements du canal 6 d'une part avec la brique réfractaire 5 et d'autre part avec le conduit vertical 8 sont, de façon connue en soi, étanches au gaz et à l'acier liquide.

Au voisinage de l’extrémité aval du canal 6, il est prévu une ouverture 12 qui, par des moyens connus en soi et non représentés, met l'espace intérieur du canal 6 en communication avec une source d'argon (non représentée).

Ce dispositif fonctionne de la façon suivante : l'acier liquide 2 s'écoule de la poche de coulée 1 à travers la busette 3 puis, successivement, à travers la brique réfractaire 5, le canal 6 et le conduit 8 pour parvenir dans la lingotière 11. Pour faciliter l'écoulement de l'acier liquide, le canal 6 présente une -3 légère pente, par exemple de l'ordre de 5.10 . Dans l'exemple illus tré, le canal 6 a une longueur L = 800 mm et un diamètre intérieur D = 60 mm, tandis que la busette avait un diamètre = 15 mm. On détermine le diamètre qui, associé à une longueur donnée du conduit vertical 8, permettra d'assurer à l'ajutage un débit d'acier égal au débit de la busette tout en maintenant en permanence dans le canal 6 une couche d'acier ayant une épaisseur d constante, par exemple d = 30 mm. Inversément, si l'on se fixe un diamètre D^, inférieur à Dp on déterminera la hauteur H requise pour remplir les conditions de débit précitées. On réglera ensuite l'intensité du refroidissement assuré par le circuit 7 pour que l'acier liquide subisse dans ce canal 6 la chute de température désirée à partir de la température,avec surchauffe, qu'il présente à la sortie de la busette 3.

, L'intensité du refroidissement peut être modifiée en faisant varier le débit et/ou la température de l'agent de refroidissement, généralement l'eau, qui parcourt le circuit 7.

Il 8.-

La stabilisation du nivéau. dans le canal peut être assurée grâce au réglage de la pression d'argon. On peut ainsi régler l'importance de la surface d'échange thermique, quelles que soient les pertes de charge dans le circuit.

Il ne sortirait pas du cadre de la présente invention de choisir les dimensions du dispositif de manière telle que l'on utilise en régime une pression d'argon inférieure à la pression atmosphérique, ce qui pourrait permettre un dégazage de l'acier liquide si nécessaire.

On voit que le dispositif de l'invention offre une plus grande souplesse de conduite que les busettes classiques, car il permet une régulation du débit d'acier et une régulation du refroidissement totalement indépendantes.

En outre, la sécurité du système est accrue de deux façons. D'une part, la quantité d'acier qui risque d'être mise en présence d'eau en cas de défaillance du système est fortement réduite, car une telle défaillance ne peut se produire que dans le canal 6. Par ailleurs, il est possible de supprimer totalement l'emploi d'eau et de passer à un refroidissement par air, en allongeant suffisamment le canal.

Claims (8)

1. Dispositif pour la coulée continue de l'acier, qui comprend un récipient de coulée (1) muni d'une busette (3) et une lingotière de coulée continue (11), caractérisé en ce qu'il comporte, entre la sortie de ladite busette et l'entrée de ladite lingotière, un canal (6) refroidi,faiblement incliné sur l'horizontale, dont l'extrémité amont, par rapport au sens d'écoulement de l'acier, est raccordée à la sortie de ladite busette et dont l'extrémité aval est pourvue de moyens (8) d'introduction de l'acier liquide dans ladite lingotière.

1 A * Revendications.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les-dits moyens d'introduction consistent en un déversoir disposé à l’extrémité de sortie dudit canal et situé au-dessus de ladite lingotière.

3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les-dits moyens d'introduction comprennent un conduit substantiellement vertical, dont l'extrémité supérieure est raccordée par un coude à l'extrémité aval dudit canal et dont l'extrémité inférieure se termine par un ajutage débouchant au-dessus de ladite lingotière de coulée continue.

4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit canal présente une section intérieure au moins double de celle de la busette.

5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour introduire un gaz de protection à l'intérieur dudit canal.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les-dits moyens consistent en au moins une ouverture pratiquée dans la région supérieure dudit canal, au voisinage de l'extrémité aval de celui-ci, la dite ouverture étant raccordée par des moyens connus en soi à une source de gaz appropriée. 10.- *

7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le diamètre de la section de sortie de l'ajutage est inférieur au diamètre de la busette.

8. Procédé pour la coulée continue d'acier, dans lequel l'acier subit un refroidissement pendant son trajet entre la sortie de la busette et la lingotière de coulée continue, caractérisé en ce qu'après avoir quitté ladite busette, l'acier liquide parcourt un trajet sensiblement horizontal au cours duquel on le refroidit et on le met en contact avec un gaz et en ce que l'on règle le débit d'acier pendant son refroidissement en faisant varier la pression dudit gaz.