WO1995032069A1 - Dispositif de guidage de l'acier en fusion dans un repartiteur - Google Patents

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refractory block
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Yves Braud
Jean-Paul Hertault
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Societe Des Terres Refractaires Du Boulonnais
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    • 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
    • B22D41/005—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with heating or cooling means
    • B22D41/01—Heating means
    • B22D41/015—Heating means with external heating, i.e. the heat source not being a part of the ladle
    • 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
    • B22D41/003—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with impact pads
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    • 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 present invention relates to a device for the production of metallurgical products, continuously, from the solidification of a steel casting leaving the ladle. It relates more particularly to improvements made to the continuous casting distributors.
  • These enclosures are metallurgical vessels coated with refractory materials making it possible to decant and then direct the liquid steel towards the continuous casting molds.
  • conventional distributors include a weir area limited by dams into which the liquid steel is poured from a pocket. On each side of this weir area, the container has an outlet for emptying the distributor to the continuous casting molds. The dams act as a siphon so that the liquid steel is decanted.
  • the continuous casting mold is the place where the steel passes from the liquid state to the solid state in the form of slabs, blooms or billets.
  • the temperature at which the liquid steel enters the continuous casting mold must be precisely regulated so that the liquid steel neither freezes too soon nor too late. This temperature depends on the treatments undergone by the upstream liquid steel
  • Distributors are thus known equipped with a plasma torch, this torch was designed to heat the liquid steel in the distributor.
  • the purpose of plasma heating is to increase and regulate the temperature of the liquid steel which leaves the ladle, which by mixing effect, leads to maintaining the temperature of the liquid steel in the distributor in a narrow and controlled range.
  • This type of distributor therefore includes a heating chamber between the overflow zone and the distributor distribution zone.
  • the heating chamber is separate from the overflow zone thanks to dams so as, inter alia, to avoid the passage of slag which would limit the yield of the operation.
  • the heating chamber is covered with a dome to prevent air from entering, reduce heat loss and oxidation of the liquid steel.
  • the liquid steel flow system between the bag emptying area (weir area) and the plasma heating chamber must promote sufficient speeds of the liquid steel to orient it under impact. of the plasma torch arc and must ensure efficient mixing of the liquid steel bath.
  • Distributors not provided with a means for heating the molten steel do not allow obtaining in the continuous casting mold a steel at the desired solidification temperature and for distributors equipped with a heating means consisting of a plasma torch, the major drawback lies in the fact that the impact of the arc of the plasma torch is very localized on the surface of the steel bath, the area heated by the arc is therefore also. It is therefore important that the steel jet coming from the weir area is directed precisely under the arc. Until now, the j and is directed towards the arc by a more or less inclined plane dam. These distributors do not allow the j ez to be directed as precisely as desired.
  • the present invention therefore aims to overcome these drawbacks, by proposing a device for guiding molten liquid steel in the direction of the zone swept by the arc of a plasma torch, allowing the maintenance and regulation within a narrow range. and controlled the temperature of the liquid steel bath in the distributor.
  • the guide device located between the spillway zone and the distribution zone of a distributor provided with a heating system, in particular a plasma torch, and constituting a rib where the chaneffe cnambre, characterized in that it comprises a refractory block pierced with at least one duct having the shape of a truncated cone and curved towards the predefined zone of the heating chamber and which can be flared at the level of this zone, so as to ensure unidirectional guiding of the flow of liquid steel from the overflow zone towards the predefined zone of the heating chamber.
  • - Figure 1 is a view, in front elevation and in section, of a distributor according to the prior art
  • - Figure 2 is a view, in front elevation and in section, of a distributor provided with the guide device according to the invention
  • - Figure 3 is a sectional and plan view of the guide device;
  • - Figure 4 is a sectional view in side elevation of the guide device;
  • - Figure 5 is a sectional view in front elevation of a guide device according to another embodiment
  • - Figure 6 is a perspective view of the guide device according to the invention
  • the guiding device comprises a barrier block 1, placed within a distributor 2 between a spillway zone 3 and a distribution zone 4, forming a third zone called the heating zone 5.
  • This dam block 1 made of a refractory material, abrasion resistant, possibly monolithic, comprises three zones: on the one hand, a lateral zone ⁇ , similar to the overflow zone 3 of a conventional distributor 2, delimited by walls 7 in particular inclined forming a dam, and on the other hand, in its lower part 8 a flow duct 9 for the liquid steel coming from the overflow zone 3 in the direction of the distribution zone 4, passing through a heating chamber 5 communicating with said distribution zone 4.
  • a plate 16 also made of refractory material, is placed facing said flow conduit 9, and substantially in a horizontal direction, forming a barrier and delimiting the heating chamber 5, so as to allow the liquid steel to flow towards the distribution zone 4.
  • the lower part 8 of the dam block 1 is crossed by at least one flow conduit 9 for the molten steel extending between the overflow zone 3 and the heating cylinder 5.
  • This conduit 9 firstly travels in part bottom of the dam block 1 in a direction substantially coplanar with the wall 10 constituting the bottom of the distributor 2, then forms a bend oriented perpendicularly in the vertical plane, which opens at the top into the heating chamber 5, in a flared area 11 in particular in the shape of a tulip.
  • This flow conduit 9 therefore constitutes a portion of U-shaped tube, which allows a circulation of liquid between the overflow zone 3 and the heating circuit 5 thanks to the classic principle of communicating vessels.
  • the sludge end zone 11 or conduit 9 determines by its geometry, a control of the speed ⁇ 1 ection of the jet of molten steel, according to a desired speed profile for obtaining a hydrodynamic mixing allowing a homogeneous mixture of the steel in the heating chamber 5.
  • this heating member 12 is constituted by a plasma torch, the arc of which is directed and focused above the entire surface formed by the terminal zone flared 11 of the jet ejection duct 9, thus avoiding unsuitable residence times of the steel in the heating chamber 5.
  • the steel supernatant in the heating chamber 5 flows, by stirring, laterally towards the distribution zone.
  • the barrier block 1 is traversed right through, radially between the overflow zone 3 and the heating chamber 5, by a plurality of conduits 13 extending in a direction substantially parallel with respect to the flat surface defined by the upper part of the flared end zone 11 of the steel jet ejection conduit 9 in the direction of the overflow zone 3; these conduits 13 form zones for holding the thermomechanical stresses which occur within the dam block 1 when the weir area is filled.
  • the refractory barrier block 1 comprises at least one lateral conduit 17 opening into each distribution zone 4 and into the lower part of the flow conduit 9, so as to ensure complete emptying of the zone weir 3 at the end of casting.
  • conduits 9, 13 or 17 they are no longer obtained from the molding of the monolithic dam block 1, but are composed of inserts 9 ′, 13 ′, 17 ′, also made of a material refractory, possibly having different physico-chemical properties with respect to the material forming the barrier block and advantageously a material having characteristics of high resistance to abrasion.
  • the heating chamber 5 is covered by a screen 15 in the shape of a dome, making it possible, on the one hand, to limit as much as possible the parasitic air inlets and therefore the sources of oxidation of the steel bath and on the other hand to constitute a protective screen in order to reduce the thermal losses.
  • the barrier block 1 is placed between a weir area 3 and a distribution zone 4.
  • the barrier block 1 delimits by its front wall, forming a main barrier, the separation between these two zones, and they communicate via the flow conduit 9.
  • the side walls 7 of this barrier block 1 also conform to secondary barrier zones inside the distribution zone 4.
  • the side walls 7, disposed within this distribution zone 4, are of height less than the overall height of the barrier block 1. They thus delimit in their lower part a passage zone for the metal coming from the heats 5 towards distribution zones 4 laterally adjacent to these walls 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Dispositif, situé entre la zone déversoir (3) et la zone de répartition (4) d'un répartiteur (2) muni d'un système de réchauffage (12), notamment une torche à plasma, et constituant un côté de la chambre de chauffe, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc réfractaire (1) percé d'au moins un conduit (9) ayant la forme d'un cône tronqué et recourbé vers la zone prédéfinie de la chambre de chauffe (5) et pouvant être évasé au droit de cette zone, de façon à assurer le guidage unidirectionnel du flux d'acier liquide provenant de la zone déversoir (3) en direction de la zone prédéfinie de la chambre de chauffe (5).

Description

"Dispositif de guidage de l'acier en fusion dans un répartiteur"
La présente invention est relative à un dispositif permettant l'élaboration de produits métallurgiques, en continu, à partir de la solidification d'une coulée d'acier sortant de la poche de coulée. Elle vise plus particulièrement des perfectionnements apportés aux répartiteurs de coulée continue. Ces enceintes sont des récipients métallurgiques revêtus de matériaux réfractaires permettant de faire décanter puis de diriger l'acier liquide vers les moules de coulée continue. Ainsi, les répartiteurs classiques comprennent une zone déversoir limitée par des barrages dans laquelle l'acier liquide est versé à partir d'une poche. De chaque coté de cette zone déversoir, le récipient comporte une évacuation permettant de vider le répartiteur vers les moules de coulée continue. Les barrages jouent le rôle d'un siphon de façon que l'acier liquide soit décanté.
Le moule de coulée continue est le lieu où l'acier passe de l'état liquide à l'état solide sous la forme de brames, blooms ou billettes. La température à laquelle l'acier liquide pénètre dans le moule de coulée continue doit être régulée avec précision de façon que l'acier liquide ne fige ni trop tôt ni trop tard. Cette température dépend des traitements subis par l'acier liquide en amont
•du répartiteur, elle est donc jusqu'à présent difficile à maîtriser.
On connaît ainsi des répartiteurs équipés d'une torche à plasma, cette torche a été conçue pour réchauffer l'acier liquide dans le répartiteur. Ainsi, le but du chauffage plasma est d'augmenter et de réguler la température de l'acier liquide qui sort de la poche, ce qui par effet de mélange, conduit à un maintien de la température de l'acier liquide dans le répartiteur dans une fourchette étroite et contrôlée . Ce type de répartiteur comprend donc une chambre de chauffe entre la zone déversoir et la zone de répartition du répartiteur. La chambre de chauffe est distincte de la zone déversoir grâce à des barrages de façon, entre autres, à éviter le passage de laitier qui limiterait le rendement de l'opération. La chambre de chauffe est recouverte d'un dôme pour empêcher les entrées d'air, réduire les pertes thermiques et l'oxydation de l'acier liquide.
En outre, le système d'écoulement de l'acier liquide entre la zone de vidange de la poche (zone déversoir) et la chambre de chauffe plasma, doit favoriser des vitesses suffisantes de l'acier liquide pour l'orienter sous l'impact de l'arc de la torche à plasma et doit assurer un brassage efficace du bain d'acier liquide. Les répartiteurs non pourvus d'un moyen de réchauffage de l'acier en fusion ne permettent pas l'obtention dans le moule de coulée continue d'un acier à la température de solidification voulue et pour les répartiteurs équipés d'un moyen de réchauffage constitué d'une torche à plasma, l'inconvénient majeur réside dans le fait que l'impact de l'arc de la torche plasma est très localisé à la surface du bain d'acier, la zone réchauffée par l'arc l'est donc aussi. Il est donc important que le jet d'acier en provenance de la zone déversoir soit dirigé précisément sous l'arc. Jusqu'à présent, le j et est dirigé vers l'arc par un barrage plan plus ou moins incliné. Ces répartiteurs ne permettent pas de diriger le j ez aussi précisément que cela est souhaité.
La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients, en proposant un dispositif de guidage de l'acier liquide en fusion en direction αe la zone balayée par l'arc d'une torcne a plasma, permettant le maintien et la régulation dans une fourchette étroite et contrôlée de la température du bain d'acier liquide dans le répartiteur. A cet effet, le dispositif de guidage, situe entre la zone déversoir et la zone de répartition d'un répartiteur muni d'un système de réchauffage, notamment une torche a plasma, et constituant un côte oe la cnambre de chaαffe, se caractérise en ce qu'il comporte un bloc réfractaire percé d'au moins un conduit ayant la forme d'un cône tronqué et recourbé vers la zone prédéfinie de la chambre de chauffe et pouvant être évasé au droit de cette zone, de façon à assurer le guidage unidirectionnel du flux d'acier liquide provenant de la zone déversoir en direction de la zone prédéfinie de la chambre de chauffe.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue, en élévation frontale et en coupe, d'un répartiteur selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue, en élévation frontale et en coupe, d'un répartiteur pourvu du dispositif de guidage selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue, en coupe et en plan, du dispositif de guidage ; - la figure 4 est une vue, en coupe et en élévation latérale, du dispositif de guidage ;
- la figure 5 est une vue, en coupe et en élévation frontale, d'un dispositif de guidage selon un autre mode de réalisation ; - la figure 6 est une vue en perspective du dispositif de guidage selon l'invention ;
- la figure 7 est une vue en coupe et en plan d'un autre mode de réalisation du dispositif de guidage objet de 1 ' invention. Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif de guidage selon l'invention, comporte un bloc barrage 1, placé au sein d'un répartiteur 2 entre une zone déversoir 3 et une zone de répartition 4, formant une troisième zone appelée zone de chauffe 5. Ce bloc barrage 1 réalisé dans un matériau réfractaire, résistant à l'abrasion, éventuellement monolithique, comprend trois zones : d'une part, une zone latérale β, similaire à la zone déversoir 3 d'un répartiteur 2 classique, délimitée par des parois 7 notamment inclinées formant barrage, et d'autre part, dans sa partie inférieure 8 un conduit d'écoulement 9 de l'acier liquide provenant de la zone déversoir 3 en direction de la zone de répartition 4, en passant dans une chambre de chauffe 5 communiquant avec ladite zone de répartition 4. Sur la partie supérieure du bloc barrage 1, on dispose en vis-à-vis dudit conduit d'écoulement 9 une plaque 16, également en matériau réfractaire, et sensiblement dans une direction horizontale, formant barrage et délimitant la chambre de chauffe 5, de manière à permettre l'écoulement de l'acier liquide en direction de la zone de répartition 4.
La partie inférieure 8 du bloc barrage 1 est traversée par au moins un conduit d'écoulement 9 pour l'acier en fusion s 'étendant entre la zone déversoir 3 et la cnambre de chauffe 5. Ce conduit 9 chemine tout d'abord en partie basse du bloc barrage 1 selon une direction sensiblement coplanaire à la paroi 10 constituant le fond du répartiteur 2, puis forme un coude orienté perpendiculairement dans le plan vertical, qui débouche en partie supérieure dans la chambre de chauffe 5, dans une zone évasée 11 notamment en forme de tulipe. Ce conduit 9 d'écoulement constitue de ce fait une portion de tube en U, qui permet une circulation de liquide entre la zone déversoir 3 et la cnamore de chauffe 5 grâce au principe classique des vases communiquants .
La zone terminale vasee 11 ou conduit 9 détermine par sa géométrie, un contrôle de la vitesse α1 é ection du jet d'acier en fusion, selon un profil voulu de vitesse pour l'obtention d'un brassage hydrodynamique permettant un mélange homogène de l'acier dans la chambre de chauffe 5.
L'acier passe de la zone déversoir 3 a la zone de répartition 4 par l'intermédiaire du conduit 9 d' éjection débouchant dans la cnambre de cnauffe 5 ; dans cette dernière zone, sa surface libre subit une élévation de température par l'intermédiaire d'un organe cnauffant 12 place en vis-a-vis de cette surface libre, généralement au- dessus, et fixe par des moyens connus sur le bloc barrage 1 au niveau de ladite plaque 16. Dans l'application visée par l'invention, cet organe chauffant 12 est constitué par une torche à plasma dont l'arc est dirigé et focalisé au-dessus de la totalité de la surface constituée par la zone terminale évasée 11 du conduit 9 d'éjection du jet, évitant ainsi des temps de séjour inadaptés de l'acier dans la chambre de chauffe 5.
Après avoir subi le réchauffage, l'acier surnageant dans la chambre de chauffe 5 s'écoule, grâce au brassage, latéralement vers la zone de répartition.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc barrage 1 est traversé de part en part, radialement entre la zone déversoir 3 et la chambre de chauffe 5, par une pluralité de conduits 13 s'étendant selon une direction sensiblement parallèle par rapport à la surface plane définie par la partie supérieure de la zone terminale évasée 11 du conduit d'éjection 9 du jet d'acier en direction de la zone déversoir 3 ; ces conduits 13 forment des zones de détentionnement des contraintes thermomécaniques qui se produisent au sein du bloc barrage 1 lors du remplissage de la zone déversoir.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc barrage 1 réfractaire comporte au moins un conduit latéral 17 débouchant dans chaque zone de répartition 4 et dans la partie inférieure du conduit d'écoulement 9, de façon à assurer la vidange complète de la zone déversoir 3 en fin de coulée.
Selon un autre mode de réalisation de ces conduits 9, •13 ou 17, ils ne sont plus obtenus dès le moulage du bloc barrage 1 monolithique, mais sont composés par des inserts 9', 13', 17', également réalisés dans un matériau réfractaire, présentant éventuellement des propriétés physico-chimiques différentes vis-à-vis du matériau formant le bloc barrage et avantageusement un matériau possédant des caractéristiques de résistance élevée à l'abrasion.
La chambre de chauffe 5 est recouverte par un écran 15 en forme de dôme, permettant d'une part, de limiter au maximum les entrées parasites d'air et donc les sources d'oxydation du bain d'acier et d'autre part de constituer un écran protecteur afin de diminuer les pertes thermiques. Selon un autre mode de réalisation du dispositif ce guidage objet de l'invention, le bloc barrage 1 est place entre une zone déversoir 3 et une zone de répartition 4. Le bloc barrage 1 délimite par sa paroi frontale, formant un barrage principal, la séparation entre ces deux zones, et elles communiquent par le conduit d'écoulement 9. Les parois latérales 7 de ce bloc barrage 1 conforment également des zones de barrage secondaires à l'intérieur de la zone de répartition 4.
En effet, les parois latérales 7, disposées au sein de cette zone de répartition 4, sont de hauteur inférieure à la hauteur globale du bloc barrage 1. Elles délimitent ainsi dans leur partie inférieure une zone de passage pour le métal provenant de la chambre de chauffe 5 en direction des zones de répartition 4 adjacentes latéralement à ces parois 7.
L'invention telle que décrite ci-dessus offre de multiples avantages dont notamment :
- le système d'écoulement de l'acier en fusion entre la zone déversoir et la chambre de chauffe, favorise l'obtention de vitesses suffisantes de l'acier liquide pour l'orienter correctement sous l'impact oe l'arc de la torcne à plasma ;
- le bloc barrage limitant une chambre de chauffe entre la zone déversoir et la zone ce répartition améliore d'une part,
- le rechauffage de l'acier en sortie de poche de coulée et d'autre part,
- l'acheminement de l'acier recnauffe en direction des veines de coulées continues tout en limitant au maximum les phénomènes d'oxydation.
Il demeure oien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentes ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes .

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif, situé entre la zone déversoir (3) et la zone de répartition (4) d'un répartiteur (2) muni d'un système de réchauffage (12), notamment une torche à plasma, et constituant un côté de la chambre de chauffe, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc réfractaire (1) percé d'au moins un conduit (9) ayant la forme d'un cône tronqué et recourbé vers la zone prédéfinie de la chambre de chauffe (5) et pouvant être évasé au droit de cette zone, de façon à assurer le guidage unidirectionnel du flux d'acier liquide provenant de la zone déversoir (3) en direction de la zone prédéfinie de la chambre ce chauffe (5) . 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc réfractaire (1) est monolithique.
3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit (9) est constitué d'un insert (9') fabriqué avec un matériau possédant des propriétés physiques et/ou chimiques différentes du bloc réfractaire (1) .
4- Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc réfractaire (1) comporte au moins un conduit latéral (17) débouchant dans chaque zone de répartition (4) et dans la partie inférieure du conduit (9) , de façon a assurer la vidange complète de la zone déversoir (3) en fin de coulée.
5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit (17) est constitué d'un insert (17') fabrique avec un matériau possédant des propriétés physiques et/ou chimiques différentes du bloc réfractaire
(1) •
6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce qu'il comporte au moins un conduit horizontal (13) situe au- dessus du conduit (9) entre la zone déversoir (3) et la chambre de cnauffe (5) et servant de conduit de détensionnement pour la libération des contraintes thermomécaniques .
7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit (13) est constitué d'un insert (13') fabriqué avec un matériau possédant des propriétés physiques et/ou chimiques différentes du bloc réfractaire
(1) •
8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc réfractaire (1) dispose d'une paroi frontale, formant barrage principal, entre la zone de répartition (4) et la zone déversoir (3) , et de parois latérales (7) , formant barrage secondaire, permettant le passage dans leur partie inférieure, du métal en fusion entre la chambre de chauffe (5) et la zone de répartition (4) .
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