LU87665A1 - Dispositif de controle de l'ecoulement du metal dans un oanier repartiteur de coulee continue - Google Patents

Description

Dispositif de contrôle de 1'écouleient du létal dans un panier répartiteur de coulée continue.

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de l'écoulement du nétal dans un panier répartiteur de coulée continue.

On sait que la coulée continue est une technique qui consiste à couler le aétal, en particulier l'acier, depuis une poche dans un récipient intenédiaire appelé panier répartiteur, et de celui-ci dans la lingotière. Le panier répartiteur est aliienté en acier par des poches qui se succèdent; cette aliientation est réglée de telle façon qu'en régiie, le niveau de l'acier dans le panier répartiteur reste pratiquenent constant. 11 ne se produit une certaine fluctuation de ce niveau, à savoir une baisse suivie d'une remontée, que pendant le court laps de teips nécessaire pour le changenent de poche. Il en résulte une hauteur de charge sensibleient invariable sur l'orifice de coulée du panier répartiteur et par conséquent des conditions de coulée aussi constantes que possible. On peut rappeler ici qu'un panier répartiteur peut présenter plusieurs orifices de coulée, soit pour aliienter plusieurs lingotières de petites dinensions, coue dans les lachlnes de coulée de blooas ou de billettes, soit pour aliienter une seule ou deux lingotières de plus grandes diiensions dans une nachine de coulée de braies.

Coue on vient de le rappeler, un premier rôle du panier répartiteur est de fournir l'acier à l'orifice de coulée ou aux orifices de coulée, tout en assurant des conditions de coulée stables. Un autre r81e du panier répartiteur est d'imposer à l'acier un teaps de séjour suffisaient long pour que se produise une décantation appréciable des inclusions de l'acier. A cet égard, on rappellera que les inclusions sont plus légères que l'acier et que la décantation des inclusions signifie en fait leur reaontée vers la surface de l'acier où elles peuvent être captées par la scorie qui couvre l'acier.

A cet effet, l'introduction de l'acier dans le panier répartiteur est réalisée à une distance de l'orifice de coulée, suffisante pour assurer le teaps de séjour désiré et ne pas perturber l'écouleaent de l'acier par cet orifice.

D'une façon très générale, l'acier est introduit dans le panier répartiteur sous la forne d'un jet vertical à travers un tube de coulée fixé extérieureaent au fond de la poche et dont l'extréaité inférieure est habituellement iaaergée dans l'acier présent dans le panier répartiteur. Le jet d’acier se brise contre le fond du panier répartiteur et l'acier se répand alors dans ce dernier sous la forne d'un courant principal auquel sont associés plusieurs courants secondaires. Le courant principal reaonte obliquement depuis le fond du panier jusqu'à la surface, où l'acier vient en contact avec la couche de scorie, puis il s'incurve à nouveau pour se diriger vers l'orifice de coulée. Un premier courant secondaire provoque la recirculation d'une certaine quantité d'acier à proximité du jet d'alimentation; ce flux d'acier ne participe pratiquement pas à l'écoulement principal du panier. Un autre courant secondaire circule le long du fond du panier répartiteur et gagne directement l'orifice de coulée où il rejoint le courant principal. Il ne subit aucune décantation de ses inclusions et celles-ci sont intégralement entraînées dans l'acier coulé.

On connaît actuellement différents dispositifs pour aodifier l'écoulement de l'acier dans le panier répartiteur, notamment en vue de diriger plus t8t le courant principal d'acier vers la couche de scorie afin d'améliorer la décantation des inclusions.

Un premier dispositif connu comporte un barrage partielleaent immergé, occupant toute la section du panier, à proxiaité du point d'alimentation. Dans la partie iaaergée du barrage, il est prévu un ou plusieurs passages dirigeant le courant principal d'acier vers la surface. Il coaporte souvent égaleaent un passage, situé au fond du panier, destiné à éviter la rétention d'acier liquide et la foraation de loups en aaont du barrage. On rappelle ici qu'un loup est une quantité d'acier solidifié adhérant au fond d'un récipient aétallurgique après vidange dudit récipient. Un inconvénient majeur de ce dispositif est qu'il n'eapéche pas la formation d'un courant secondaire chargé d'inclusions, circulant dans le fond du panier jusqu'à l'orifice de coulée.

Un autre dispositif connu comprend un barrage partiellement immergé, arreté à une certaine distance du fond du panier, et un barreau déflecteur fixé au fond du panier, en aval du barrage. Ce dispositif peut assurer une bonne trajectoire du courant principal vers la surface. Toutefois, le barreau déflecteur empêche la vidange totale du panier et provoque donc la formation de loups indésirables.

La présente invention a pour objet de proposer un dispositif, simple à réaliser et à mettre en oeuvre, qui permet d'assurer un écoulement optimal de l'acier, et plus généralement d'un métal, dans un panier répartiteur de coulée continue sans présenter les inconvénients qui ont été indiqués plus haut.

Conformément à la présente invention, un dispositif de contrôle de l'écoulement du métal dans un panier répartiteur de coulée continue, entre un point d'introduction du métal dans ledit panier et un orifice de coulée dudit panier, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un barrage disposé dans ledit panier transversalement par rapport à la direction dudit écoulement, en ce que ledit barrage est situé entièrement sous le niveau de la surface supérieure du métal et en ce qu'il subsiste un espace libre d'une part entre le bord supérieur dudit barrage et le niveau de la surface supérieure du métal et d'autre part entre le bord inférieur dudit barrage et le fond du panier répartiteur.

Le dispositif de l'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, données ici dans un ordre qui ne traduit aucune préférence particulière : a) le barrage est constitué par une plaque en matériau réfractaire, éventuellement renforcée par des barres, des fils ou des fibres métalliques et/ou céramiques; b) le barrage est réalisé en une seule pièce; c) le barrage est réalisé en plusieurs pièces assemblées l'une à l'autre; d) le barrage présente des faces planes, qui peuvent être parallèles ou inclinées l'une par rapport à l'autre; e) le barrage présente au moins une face partiellement ou entièrement incurvée; f) le barrage présente un bord supérieur et un bord inférieur rectilignes, qui peuvent être parallèles l'un à l'autre; g) le barrage présente au moins un bord, supérieur ou inférieur, partiellement ou entièrement courbe; h) le barrage présente au moins un bord, supérieur ou inférieur, comportant au moins deux tronçons rectilignes faisant un angle entre eux; i) le barrage est disposé suivant un plan perpendiculaire au fond du panier répartiteur; j) le barrage est incliné par rapport au fond du panier répartiteur; fc) au moins un bord rectiligne, respectivement au moins un tronçon rectiligne d'un bord du barrage est disposé parallèlement au fond du panier répartiteur;

1) la plus grande distance entre le bord inférieur du barrage et le fond du panier répartiteur est comprise entre 10 % et 30 X

de la hauteur nominale de métal dans le panier, ladite hauteur nominale étant définie comme étant la distance verticale comprise entre le fond du panier et le niveau de la surface supérieure du métal dans ledit panier; m) la plus grande distance entre le bord supérieur du barrage et le niveau de la surface supérieure du métal dans le panier répartiteur est comprise entre 20 X et 60 % de la hauteur nominale de métal dans le panier; cette distance doit être suffisante pour qu'il subsiste un courant principal de métal au-dessus du barrage quand le niveau du métal est minimum dans le panier.

Dans le cadre de la présente invention, le barrage peut être placé en tout point de la distance séparant le point d'introduction du métal et l'orifice de coulée. Il s'est cependant avéré avantageux de le placer dans la région du panier répartiteur où le courant principal de métal est, par écoulement naturel, le plus proche de la couche de scorie. C'est dans cette région, que le barrage perturbe le moins le courant principal de métal. Cette position optimale du barrage dépend cependant aussi de la géométrie du panier répartiteur et il est recommandé de la déterminer expérimentalement pour chaque type de panier. D'une manière générale toutefois, il est apparu que le barrage pouvait avantageusement être placé à une distance, mesurée à partir de l'orifice de coulée, comprise entre 0,2 fois et 0,6 fois la distance séparant cet orifice de coulée et le point d'introduction du métal dans le panier répartiteur.

Toujours dans le cadre de la présente invention, le barrage qui vient d'etre décrit peut être combiné à un ou à plusieurs autres dispositifs, en vue d'améliorer encore l'écoulement du métal et/ou la décantation des inclusions présentes dans celui-ci.

Plusieurs variantes de réalisation du dispositif de l'invention, données uniquement à titre d'exemple, sont illustrées dans les dessins annexés, dans lesquels la

Figure 1 montre un panier répartiteur usuel de coulée continue, avec indication des trajectoires d'écoulement de l'acier; la

Figure 2 illustre l'effet d'un barrage immergé sur les trajectoires d'écoulement de l'acier; et les Figure 3 à figure 6 présentent diverses combinaisons d'un barrage immergé avec d'autres dispositifs ainsi que les trajectoires d'écoulement de l'acier qui en résultent.

Ces figures constituent des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Les trajectoires d'écoulement de l'acier sont symbolisées par des flèches appropriées. Ces trajectoires comprennent le courant principal (1), les courants locaux de recirculation (2), le courant de fuite (3) le long du fond du panier, des zones mortes (4) et le vortex (5) qui se forme à l'orifice de coulée. En outre, des éléments identiques ou analogues du dispositif illustré sont désignés par les memes repères numériques dans toutes les figures; c'est le cas en particulier du panier répartiteur (6), représenté en coupe, de la busette d'alimentation (7), généralement une busette immergée, de l'orifice de coulée (8) et du dispositif de fermeture de cet orifice de coulée; ce dispositif de fermeture est ici symbolisé par une quenouille (9), mais il pourrait être constitué par tout moyen approprié, tel qu'un obturateur à tiroir. Le niveau supérieur (10) indique l'interface acier-scorie.

La Fig. 1 montre les trajectoires d'écoulement de l'acier dans un panier répartiteur 6 usuel qui ne comporte aucun moyen de guidage de l'acier. Le jet d'acier introduit par la busette 7 se brise contre le fond du panier répartiteur qui le dévie en un courant principal 1 globalement dirigé vers l'orifice de coulée 8. On n'a représenté ici qu'un seul orifice de coulée 8 et un seul courant principal 1; il va de soi qu'il s'établit un courant principal analogue en direction de chacun des orifices de coulée que peut comporter le panier répartiteur 6. Comme on le voit dans la Fig. 1, le courant principal 1 remonte en oblique vers l'interface 10 où une partie des inclusions de l'acier est captée par la scorie. Le courant principal 1 s'incurve ensuite vers l'orifice de coulée 8 par lequel l'acier, entraîné par le vortex 5, s'écoule vers une lingotière non représentée. A proximité immédiate de la busette 7, il s'établit un courant de recirculation 2 qui ne participe pas activement à 1'écoulement. Par contre, une certaine quantité d'acier forme un courant de fuite 3 qui circule horizontalement le long du fond du panier 6, avec une vitesse relativement faible et qui gagne directement l'orifice de coulée 8. Cet acier ne subit pas de décantation de ses inclusions par la scorie et il influence donc défavorablement la propreté inclusionnaire de l'acier coulé dans la lingotière. En 4 se trouve une zone morte qui n'est le siège d'aucun courant et qui ne participe pas à l'écoulement.

Le barrage immergé, qui fait l'objet de la présente invention, est représenté dans la Fig. 2. En toute généralité, il se compose d'une plaque 11, représentée ici avec une section rectangulaire, qui est disposée transversalement par rapport au courant principal 1. Elle est placée dans la région du panier où le courant principal 1 vient toucher la couche de scorie; ses bords supérieur et inférieur sont situés à une certaine distance respectivement du niveau supérieur 10 et du fond du panier 6. On constate que ce barrage a pour effet d'interrompre le courant de fuite 3 et de le remplacer par des courants de recirculation 2, qui ne prennent pratiquement aucune part à l'écoulement. Il en résulte donc une meilleure décantation des inclusions et une plus grande propreté de l'acier coulé dans la lingotière.

L'espace libre entre le bord inférieur du barrage 11 et le fond du panier 6 n'est parcouru, en régime, par aucun courant de fuite et 11 permet d'éviter la formation de loups lors de la vidange du panier 6. Le bord supérieur du barrage 11 sera situé à un niveau inférieur au niveau minimal de 1'acier dans Ie panier au changement de poche, de sorte que le barrage 11 est toujours entièrement immergé.

Les figures 3 à 6 illustrent quelques combinaisons du barrage 11 avec divers dispositifs complémentaires qui agissent essentiellement sur le courant principal 1.

Un barrage partiellement immergé 12 a pour effet de créer un compartiment d'introduction de l'acier dans le panier et de réduire la turbulence dans l'ensemble du panier.

Un muret 13, placé au fond du panier 6 dans la Fig. 4, permet d'améliorer quelque peu le guidage du courant principal 1, mais il crée une seconde zone morte 4 et rend difficile la vidange complète du panier 6, ce qui provoque la formation d'un loup.

Un second barrage immergé 14, représenté dans la Fig. 5, réduit également la turbulence dans le panier 6 sans interrompre la couche de scorie flottant sur l'acier.

On peut encore prévoir un second barrage partiellement immergé 1S, comme dans la Fig. 6, pour améliorer encore le guidage du courant principal 1.

L'une ou l'autre combinaison, dont les solutions illustrées ici ne constituent que quelques exemples, peut être adoptée notamment en fonction de la forme et des dimensions du panier, de son co&t ou de la qualité de l'acier à couler. Dans tous les cas cependant, la présence du barrage 11 conforme à l'invention assure les avantages qui sont décrits en détail dans la présente demande.

Claims (10)

1. Dispositif de contrSle de l'écoulement du métal dans un panier répartiteur de coulée continue, entre un point d'introduction (7) du métal dans ledit panier (6) et un orifice de coulée (8) dudit panier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un barrage (11) disposé dans ledit panier (6) transversalement par rapport à la direction dudit écoulement (1), en ce que ledit barrage (11) est situé entièrement sous le niveau de la surface supérieure (10) du métal et en ce qu'il subsiste un espace libre d'une part entre le bord supérieur dudit barrage (11) et le niveau de la surface supérieure (10) du métal et d'autre part entre le bord inférieur dudit barrage (11) et le fond du panier répartiteur (6).

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le barrage (11) est constitué par au moins une plaque en matériau réfractaire, au moins une desdites plaques pouvant être renforcée par des barres, des fils ou des fibres métalliques et/ou céramiques.

3. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit barrage (11) présente au moins une face plane.

4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit barrage (11) présente au moins une face partiellement ou entièrement incurvée.

5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit barrage (11) présente au moins un bord rectiligne.

6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit barrage (11) présente au moins un bord partiellement ou entièrement courbe.

7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit barrage (11) est disposé de manière sensiblement perpendiculaire par rapport au fond du panier répartiteur (6).

8. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7( caractérisé en ce que la plus grande distance entre le bord inférieur du barrage (11) et le fond du panier répartiteur (6) est comprise entre 10 % et 30 X de la hauteur nominale de métal dans le panier répartiteur.

9. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plus grande distance entre le bord supérieur du barrage (11) et le niveau de la surface supérieure (10) du métal dans le panier répartiteur (6) est comprise entre 20 X et 60 X de la hauteur nominale de métal dans le panier répartiteur.

10. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications l à 9, caractérisé en ce qu'au moins un barrage (11) est placé à une distance, mesurée à partir de l'orifice de coulée (8), comprise entre 0,2 fois et 0,6 fois la distance séparant ledit orifice de coulée (8) et le point d'introduction (7) du métal dans le panier répartiteur (6).