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L'invention concerne la protection du jet de coulée
d'un métal en fusion contenu dans un récipient e-t traversant un
dispositif obturateur à plaques comportant une plaque fixe et
une plaque mobile munie d'une busette au moins.
Ces dispositifs obturateurs commandent l'ouverture et
la fermeture du trou de coulée du recipient, poche ou réparti-
teur, la busette pouvant venir en communication avec ledit trou
de coulée. Ils permettent par conséquent de verser le métal en
fusion, par exemple de l'acier, dans une lingotière ou analo~ue.
Le versement du métal en fusion peut être fait directement de la
poche dans la lingotière ou, dans le cas de coulée continue, de
la poche dans un répartiteur puis dans la lingotière.
Les deux plaques sont faites en un matériau résistant
aux hautes températures tel que céramique ou alumine imprégnée
ou youdronnée. La plaque mobile peut être coulissante ou rota-
tive et être munie d'une busette unique ou de plusieurs busettes
de diamètres internes différents. On peut, dans ce dernier cas,
en changeant de busette, modifier la vitesse de coulée en fonc-
tion, par exemple, de la hauteur du métal dans le récipient. Les
deux plaques peuvent être appliquées l'une contre l'autre au
moyen d'un système à ressorts muni d'un circuit de refroidisse-
ment.
On sait, par ailleurs, qu'il importe d'éviter, au cours
d'une coulée, tout contact entre l'air atmosphérique ambiant et
le métal en fusion, ceci pour empêcher la formation d'oxydes di-
vers dans la masse du métal, ces oxydes nuisant considérablement
à la qualité du produit final~
Or, les dispositifs obturateurs actuellement connus
présentent de nombreux endroits de passage pour l'air atmosphé-
rique qui est véritablement aspiré par suite de la dépressioncausée par l'écoulement du métal en fusion. Ces obturateurs
augmentent les risques d'occlusion de bulles d'air dans le
métal pendant la coulée et donc les risques d'oxydatio~.
- 1 -
i~61~6
Les endroits par lesquels l'air p~nètre jusqu'au
m~tal sont : l'interstice entre les deux faces en regard des
plaques fixe et mobile en raison du jeu nécessaire à l.eur mou-
vement relatif, la zone de liaison entre la ou les busettes et
la plaque mobile, en particulier lorsque ladite ou lesdites
busettes sont montées de fa,con amovible sur ladite plaqu.e; l'ex-
trémité de sortie de la busette, la liaison entre la plaque fixe
et le recipient ainsi que, dans le cas de busettes montées à
demeure sur la plaque mobile, la liaison entre ladite busette
et ladite plaque, ces liaisons étant effectuées par maçonnage
à l'aide d'un coulis de ciment par nature peu étanche aux gaz et
qui devient de plus en plus poreux en raison des fissures qui
apparaissent avec l'usage.
La présente invention a pour but d'éliminer les in-
convénients susmentionnés et propose à cet effet un procédé qui
consiste à introduire, dans le dispositif obturateur, un gaz
pra-tiquement inerte vis-à-vis du métal et ayant une pression
légèrement supérieure à la pression atmosphérique et à répartir
ce gaz autour du métal alors qu'il traverse ledit dispositif de
fa,con à l'isoler de l'air ambiant par une barrière de protection
gazeuse continue.
Une telle barrière s'oppose au passage de l'air am-
biant et par conséquent à son action oxydante. De plus, cette
barrière gazeuse étant constituée par un gaz pratiquement iner-
te vis-à-vis du métal traité, c'est-à-dire dépourvu d'action
chimique sur ce métal, ou du moins dont l'action chimique, si
elle existe, peut être négligée, n'entraîne aucun risque de
nuire à la qualité du produit final.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on
introduit le gaz inerte entre les plaques précitées et on le
répartit autour du métal au moyen d'une gorge creusée dans
l'une des plaques autour d.'un orifice de passage traversant la-
dite plaque.
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~8~ 6
Selon une autre caractéristique de l'invention, on
introduit le gaz inerte dans la zone de jonction entre la bu-
sette et la plaque mobile.
On peut encore isoler l'ensemble du dispositif en
l'enfermant dans un boîtier et on alimente ledit boîtier en
gaz inerte.
L'invention propose également un dispositif obtura-
teur à plaques comportant des organes d'adduction et de répar-
tition de gaz reliés à une source de gaz pratiquement inerte
1~ vis-à-vis du métal, ces organes formant une enveloppe continue
autour du métal en écoulement dans ledit dispositif, de fa~con
à créer, entre le métal et l'air ambiant, une barrière de pro-
tection gazeuse.
Les organes d'adduction et de répartition précités
peuvent comporter au moins un évidement ménagé dans l'une au
moins des plaques précitées et communiquant avec l'interstice
entre les faces en contact mutuel desdites plaques.
Cet évidement, relié à la source précitée, enferme
donc un réserve de gaz inerte sous pression qui penetre dans
l'interstice précité et s'oppose efficacement à la pénétration
de l'air ambiant par ledit interstice.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaltront au cours de la description qui va suivre.
Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre
d'exemple non limitatif:
- la figure 1 est une représentation schématique, partiellement
en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif
obturateur selon un premier mode de réalisation de l'invention:
- la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un second mode
de réalisation de l'invention comportant une busette à sortie
protégée,
- la ~igure 3 est une vue partielle en coupe d'une première
variante de réalisation de la busette à sortie protég~e précitée;
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~L186~
- la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la
figure 3,
- la figure 5 est une vue partielle en coupe d'une seconde va-
riante de r~alisation de la busette a sortie protégée'
- la figure 6 est une représentation schématique, partiellement
en vue extérieure et partiellement en coupe, d'un dispositif se
selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 7 représente une variante du dispositif de la fi-
gure 6.
La première feuille de dessins renferme les figures
1, 3 et 4.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure
1, un récipient métallique 1, par exemple une poche de coulée,
constituée d'une cuirasse externe métallique 2 et d'un revete-
ment interne 3 en matériau réfractaire, présente une paroi de
fond munie d'une douille interchangeable 5, également en maté-
riau réfractaire, dans laquelle est ménagé le trou de coulée 6.
Sur cette paroi de fond 4, et extérieurement à cette dernière,
est monté un dispositif obturateur du trou de coulée 6 confor-
me a l'invention et désigné d'une façon générale par la réfé-
rence 10.
Le dispositif 10 comporte essentiellement une plaque
fixe 11 et une plaque mobile 12 appliquées l'une contre l'autre
selon leur face lla et 12a respectivement par un système à
ress¢rts non représenté, la plaque mobile 12 étant montée rota-
tivement autour d'un axe XX' et portant deux busettes 13, ces
busettes étant faites, comme les plaques 11 et 12, en un maté-
riau réfractaire, par exemple une alumine imprégnéeO
La plaque 11 est traversée par un orifice llO,placé
en alignement avec le trou de coulée 6, tandis que la plaque
mobile 12 est traversée par deux passages tels que 120 (un seul
est repr~senté). Chaque busette 13, traversée par un canal in-
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terne 130 (un seul est représenté), est munie d'une cuirasse
externe métallique 131 et montée à demeure sur la plaque 12 par
l'intermédiaire de ladite cuirasse 131 et d'un support métalli-
que 121 solidaire de ladite plaque, de telle fa~on que son
canal 130 soit en alignement avec le passage 120. Par rotation
de la plaque 12 on amène donc l'une ou l'autre des busettes 13
(la busette de gauche sur la figure 1) en communication avec le
trou de coulée 6.
La plaque 11 est munie d'un évidement constitué par une
une gorge circulaire 111 creusée sur sa face lla, concentrique-
ment à l'orifice 110, et communiquant par cons~quent avec l'in-
terstice lla-12a entre les deux plaques. Deux conduits perpen-
diculaires communiquant entre eux, 112 et 113, sont percés dans
la masse de la plaque 11. Le conduit -113 débouche directement
dans la gorge 111 tandis que le conduit 112 est relié, par
l'intermediaire d'une tubulure 14, à une source de gaz inerte
sous pression 20, munie d'un détendeur 21. Le gaz inerte peut
être de l'azote, de l'argon, un mélange d'azote-argon ou encore
dans le cas de métallurgie de l'aluminium par exemple, du C02.
La gorge 111 ainsi que les conduits 112 et 113 consti-
tuent donc des organes d'adduction et de répartition du gaz
délivré par la source 20, ce gaz formant, entre les deux plaques
11 et 12 et autour du canal constitué par les orifices 6, 110,
120 et 130, une barrière gazeuse qui empêche l'air ambiant d'at-
teindre le métal en écoulement.
Selon le mode de réalisation représenté dans la figure
2 dans laquelle les memes chiffres de référence désignent les
mêmes eléments que dans la figure 1, c'est la plaque mobile 12
qui est munie d'un évidement constitué par une gorge circulaire
122 creusée sur sa face 12a concentriquement au passage 120 et
communiquant de ce fait avec l'interstice lla-12a. Deux con-
duits perpendiculaires et communiquant entre eux 123 et 124 sont
percés dans la masse de la plaque 12. Le conduit 124 débouche
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directement dans la gorge 122 tandis que le conduit 123 est
relié, par l'intermédiaire d'une tubulure 125, à la source 20.
Dans le cas d'une plaque mobile portant plusieurs busettes donc,
plusieurs passages tels que 120, chacun de ces passages peut
etre muni d'une gorge telle que 122, ou il peut etre prévu une
seule gorge entourant l'ensemble des passages. La busette 14,
dont le canal central est désigné par 140, est, à la différence
des bu~ettes 13 de la ~igure 1, montée de fac,on amovible sur la
plaque 12, ceci grace à un système approprié de type connu, par
exemple à ba~onnette. A cet effet, la cuirasse 141 de la buset-
te 14 et la bague 142 portée sur le support 121, sont munies de
moyens d'enclenchement (non représentés) qui permettent le main-
tien de la busette sur la plaque. La zone de jonction entre
cette busette amovible 14 etla plaque 12 constituant un passage
possible pour l'air ambiant, un canal 126 est percé dans la
plaque 12 perpendiculairement au conduit 123 et communiquant
avec ce dernier, ce canal 126 débouchant dans la zone de jonc-
tion 127 entre busette et plaque. Dans ces conditions, le gaz
inerte remplit la zone 127 cr~ant ainsi une barrière de protec-
tion autour du métal en écoulement.
La pression du gaz inerte est réglée au moyen du dé-
tendeur 21, de ~açon à obtenir, dans les gorges 111 ou 122, une
surpression de quelques millimètres d'eau par rapport à la pres-
sion a-tmosphérique locale.
Dans le mode de réalisation de la ~igure 2, une
barrière de protection gazeuse est créée également à l'extré-
mité inférieure de la busette 14, c'est-à-dire à la sortie du
jet de métal liquide~ Les organes d'adduction et de réparti-
tion du gaz inerte comportent, dans ce cas, un distributeur
annulaire constitué par une bague poreuse en matériau ré~rac-
taire 144 logée dans un embrèvement 145 ménagé à la sortie de
la busette 14, cette bague étant reliée, par une tubulure 146,
à la source 20. Le débit de gaz inerte issu de la bague 144
4~
perme-t de compenser la dépression provoquée par l'émergence à
grande vitesse du jet de métal et empeche l'air atmosphérique
d'atteindre ledit métal~
Une première variante de réalisation de la barrière
de protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est
représentée aux figures 3 et 4. Dans ce cas de figure, la
buset-te 15, munie d'un canal central 150 et d'une cuirasse 151,
comporte, à sa partie inférieure, une gorge annulaire 152 dans
laquelle débouche tangentiellement une tubulure 153 reliée à
une source de gaz inerte sous pression (non representée~. ~ntre
cette gorge 152 et l'extrémité inférieure de la busette, le
matériau réfractaire présente une moindre épaisseur, ménageant
ainsi un canal 154 prolongeant le canal 150 mais de diamètre
supérieur. On obtient ainsi dans le canal élargi 154, autour
du jet de métal liquide dont le diamètre est celui du canal 150,
un flot de gaz inerte qui arrive tangentiellement audit iet,
formant autour de lui une barrière gazeuse homogène. L'aspira-
tion créée par le jet de métal tendant à entrainer le gaz iner-
te, on règle de préférence le débit de ce dernier de façon que
son apport se fasse à vitesse égale à celle du métal liquide.
Une seconde variante de r~alisation de la barrière de
protection gazeuse à l'orifice de sortie de la busette est
représentée à la figure 5. Dans ce cas de figure, la busette 16,
munie d'un canal central 160 et d'une cuirasse 161, comporte, à
sa partie inférieure, un distributeur constitué par une colle-
rette metallique 162 en -forme d'auge que prolonge, en direction
de l'e~trémité de sortie de ladite busette, un manchon également
métallique 163 qui forme un revêtement sur la cuirasse 161, 1
busette etant démunie, dans cette partie, de matériau réfrac-
taire. Dans la collerette 162 débouche tangentiellement une
tubulure 16~ reliée à une source de gaz inerte sous forme li-
quéfiée (non représentée) et délivrant ledit gaz en phase li-
quide. Le fait que la collerette 162 et le manchon 163 soient
métalliques, par exemple en acier doux, a pour conséquence de
faciliter la transmission des calories du jet de métal et par
conséquent d'accélérer le passage de pha.se liquide en phase
gazeuse, cette dernière formant la barrière de protection
désirée. On peut régler le débit du gaz liquéfie de façon
qu'une partie seulement soit vaporisée dans la collerette 162.
L'excès de phase liquide s'~coule alors le long du jet du métal
et se répand sur la surface du bain, en formant une couche li-
quide protectrice.
Selon les modes de réalisation des figures 6 et
7, dans lesquelles les memes chiffres de référence désignent les
même éléments que dans les figures precédentes, le dispositif
10 est muni d'un boltier ou capot métallique 17 qui est monté
de fa~on étanche sur le fond du récipient et qui enveloppe pra-
tiquement complètement ledit dispositif, seule une ouverture
170 étant prévue à sa partie inférieure pour le passage des
busettes 13 et l'écoulement du jet métallique. Ce boltier 17
est alimenté en gaz inerte sous pression par une source (non
représentée) telle que la source ~0 precédente, et maintient,
autour du dispositif 10, une atmosphere qui constitue une bar-
rière de protection efficace contre l'air atmosphérique. Le
gaz s'échappe par l'ouverture 170 formant ainsi, autour des
buses et du jet métallique, un flux gazeux inerte. Ce boîtier
protège en outre le dispositif 10 contre les projections de
métal.
Dans la figure 6, le dispositif 10 étant suppo-
sé démuni de système à ressorts pour le maintien des plaques
11 et 12 l'une contre l'autre, donc de circuit de refroidis-
sement, le gaz inerte est amené directement à l'intérieur du
boîtier 17 par une tubulure 171 solidaire de ce dernier.
Dans la figure 7, le dispositif 10 est supposé
équipé d'un système à ressorts associé à un circuit de refroi-
dissemert à air comprimé~ Ce système à ressorts, représenté
schématiquement et désigné par la référence 18, comporte une
butée 181 en forme de coupelle renversée ouverte à son extré-
mité inférieure et solidaire de la plaque 12, une pièce d'ap-
pui 182 en forme de piston so~idaire de la plaque 11 et un res-
sort 183 interpos~ entre la butée 181 et la pièce 182. Une
tubulure 184 permet l'amenée d'air comprimé de refroidissement
dans la butée 181, cet air circulant, par des conduits non re-
présentés, dans les autres éléments identiques du système à
ressorts. Dans ce cas, la tubulure 184 est reliée non pas à
une source d'air comprimé, mais à la source de gaz inerte sous
pression, de sorte que le boîtier 17 est alimenté par l'inter-
médiaire du circuit de refroidissement du système à ressorts.
Le boi`tier 17 est muni d'un orifice 172 pour le passage de la
tubulure 184.
On pourrait apporter aux modes de réalisation
décrits et représentés diverses modifications sans pour autant
sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, par exemple,
les gorges 111 et 122 de la plaque fixe 11 et de la plaque
mobile 12 pourraient avoir une forme autre que circulaire, par
exemple elliptique. De même, dans la gorge 152 et dans la
collerette 162 des busettes 15 et 16 respectivement pourraient
déboucher tangentiellement plusieurs tubulures telles que 153
et 164 au lieu d'une seule.
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