PROCEDE ET INSTALLATION DE PROTECTION D'UN JET DE COULEE DE METAL LIQUIDE

METHOD AND DEVICE FOR THE PROTECTION OF A STREAM OF MOLTEN METAL IN THE COURSE OF POURING

French Abstract

ABREGE DESCRIPTIF
L'invention concerne la protection d'un jet de coulée
de métal liquide, s'écoulant entre un réservoir supérieur et
un réceptacle inférieur. Selon le procédé, on injecte au moins
un gaz inerte liquéfié au-dessus et à proximité de la surface
du métal liquide contenu dans le réceptable inférieur,et, si-
multanément, on injecte au moins un gaz inerte dans le métal
liquide par le fond ou les parois dudit réceptacle. L'invention
s'applique à la protection de jets de coulée de métaux, notam-
ment entre poche et répartiteur, entre poche et lingotière,
entre poche et poche, entre convertisseur (ou four) et poche.
La divulgation décrit aussi une installation de transfert
d'un métal liquide comportant un réservoir supérieur et un
réceptacle inférieur munis d'un garnissage réfractaire interne,
et un fourreau en matériau réfractaire ouvert à ses deux extré-
mités. L'ouverture supérieure du fourreau est située en-des-
sous du débouché du réservoir supérieur; l'extrémité inférieure
du fourreau est située à distance du fond du réceptacle inférieur
tandis que l'extrémité supérieure du fourreau fait saillie lar-
gement au-dessus du bord du réceptacle inférieur. L'installation
comporte des moyens d'injection d'un gaz inerte liquéfié à
l'intérieur du fourreau et légèrement en-dessous de l'ouverture
supérieure du fourreau et des moyens d'injection d'au moins un
gaz inerte par le fond ou les parois du réceptacle inférieur.
L'injection simultanée d'un jaz inerte dans le métal liquide
par le fond ou les parois du réceptacle en-dessous de la zone
d'impact du jet, participe à la formation d'une gaine protectri-
ce ascendante et provoque un brassage du métal ce qui empêche
les solidifications parasites, favorise une coalescence des
inclusions et permet un effet de purge.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:-
1. Procédé de protection d'un jet de métal liquide
s'écoulant entre un réservoir supérieur et un réceptacle in-
férieur selon lequel on crée autour dudit jet et sur la totali-
té de la hauteur de ce dernier une gaine protectrice gazeuse
ascendante, formée à partie d'au moins un gaz pratiquement
inerte vis-à-vis dudit métal, par injection dudit gaz inerte
autour de la zone d'impact dudit jet et confinement dudit
gaz inerte au-dessus de la surface du métal liquide et autour
de la base dudit jet au moyen d'un fourreau, ouvert à ses
deux extrémités, entourant la base dudit jet et immergé parti-
ellement dans ledit métal liquide, caractérisé en ce que l'on
injecte au moins un gaz inerte liquéfié au-dessus et à proxi-
mité de la surface du métal liquide contenu dans le réceptacle
inférieur, et simultanément, on injecte au moins un gaz inerte
dans le métal liquide par le fond ou les parois dudit récep-
tacle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que l'on injecte le gaz inerte liquéfié à l'intérieur du
fourreau et légèrement en-dessous de l'ouverture supérieure
dudit fourreau et le gaz inerte dans le métal liquide par le
fond ou les parois dudit réceptacle, à un débit tel que
l'atmosphère gazeuse ascendante formée ait dans ledit fourreau
une teneur en oxygène inférieure à 5%.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que le gaz inerte ayant une température d'ébullition T1 et des
masses volumiques ?L à l'état liquide et ?G à l'état gazeux,
le fourreau de confinement présentant une ouverture inférieure
de section S1 et une ouverture supérieure de section S2, et
-17-

l'atmosphère gazeuse ascendante atteignant ladite ouverture
supérieure à une vitesse V2 et à une température T2, la valeur
de <IMG> étant représentative de la teneur en oxygène de ladite
atmosphère gazeuse ascendante et étant liée au débit D du gaz
inerte liquéfié injecté à l'intérieur du fourreau par la
relation:
<IMG>
on règle ledit débit D de façon à ce que ladite valeur de
<IMG>
corresponde à une teneur en oxygène de ladite atmosphère infé-
rieure à 5%.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que le gaz inerte ayant une température d'ébullition T1 et des
masses volumiques ? L à l'état liquide et ? G à l'état gazeux,
le fourreau de confinement présentant une ouverture inférieure
de section S1 et une ouverture supérieure de section S2, la
température du métal liquide étant T, et l'atmosphère gazeuse
ascendante atteignant ladite ouverture supérieure à une vi-
tesse V2 et à une température T2, la valeur de <IMG> étant
représentative de la teneur en oxygène de ladite atmosphère
gazeuse et étant liée au débit D du gaz inerte injecté dans le
métal liquide par la relation:
<IMG>
on règle ledit débit D de façon à ce que ladite valeur de <IMG>
corresponde à une teneur en oxygène de ladite atmosphère
inférieure à 5%.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, carac-
térisé en ce que le gaz inerte utilisé est de l'azote et en
ce que l'on règle les débits dudit gaz de façon à ce que
-18-

<IMG>
6. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, carac-
térisé en ce que le gaz inerte utilisé est de l'argon et en
ce que l'on règle les débits dudit gaz de façon à ce que
<IMG>
7. Procédé selon l'une des revendications 1, 3 ou 4, ca-
ractérisé en ce que l'on crée une atmosphère de protection
gazeuse pour le jet de métal liquide, immédiatement à son
débouché du fond du réservoir supérieur, ladite atmosphère étant
formée à partir d'au moins un gaz pratiquement inerte vis-à-vis
dudit métal en enveloppant un dispositif obturateur, monté exté-
rieurement sur le fond dudit réservoir supérieur, comportant
une plaque fixe et un équipage mobile comprenant une plaque mo-
bile appliquée contre ladite plaque fixe et un support métalli-
que solidaire de ladite plaque mobile pour au moins une busette
pouvant venir en communication avec le trou d'écoulement du
métal liquide.
8. Installation de transfert d'un métal liquide compor-
tant un réservoir supérieur et un réceptacle inférieur
munis d'un garnissage réfractaire interne, et un fourreau
en matériau réfractaire, ouvert à ses deux extrémités, l'ou-
verture supérieure dudit fourreau étant située en-dessous
du débouché du réservoir supérieur, l'extrémité inférieure
dudit fourreau étant située à distance du fond du réceptacle
inférieur tandis que l'extrémité supérieure dudit fourreau
fait saillie largement au-dessus du bord dudit réceptacle
inférieur, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens
d'injection d'un gaz inerte liquéfié à l'intérieur dudit four-
reau et légèrement en-dessous de l'ouverture supérieure dudit
-19-

fourreau et des moyens d'injection d'au moins un gaz inerte par
le fond ou les parois du réceptacle inférieur.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée
en ce que les moyens d'injection d'un gaz inerte liquéfié
sont constitués par au moins un tube d'injection muni
d'un orifice calibré débouchant légèrement en-dessous de
l'ouverture supérieure dudit fourreau et relié, par
l'intermédiaire d'organes de variation de débit, à une source
de gaz liquéfié.
10. Installation selon la revendication 8, caractérisée
en ce que les moyens d'injection d'un gaz inerte par le fond
ou les parois de réceptacle inférieur sont constitués par des
tuyères métalliques traversant le garnissage réfractaire
dudit réceptacle et reliées à une source de gaz inerte
sous pression.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée
en ce que les moyens d'injection d'un gaz inerte par le fond
ou les parois du réceptacle inférieur sont constitués par
des éléments poreux ou perméables incorporés au garnissage
réfractaire dudit réceptacle et reliés à une source de
gaz inerte sous pression.
12. Installation selon la revendication 10, caractérisée
en ce que les moyens d'injection d'un gaz inerte par les parois
du réceptacle inférieur sont constitués par des conduits
ménagés dans le garnissage réfractaire dudit récepta-
cle et reliés à une source de gaz inerte sous pression.
13. Installation selon la revendication 8, caractérisée
en ce qu'elle comporte des moyens pour créer une atmosphère
-20-

de protection gazeuse formée à partir d'au moins un gaz
inerte pour un dispositif obturateur monté extérieurement
sur le fond du réservoir supérieur, comporant une plaque
fixe et un équipage mobile comprenant une plaque mobile
appliquée contre ladite plaque fixe et un support métallique
solidaire de ladite plaque mobile pour au moins une busette
pouvant venir en communication avec le trou d'écoulement du
métal liquide.
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée
en ce qu'elle comporte un boîtier métallique fixé à étanchéité
sur le fond du réservoir supérieur, enveloppant le dispositif
obturateur, pourvu d'au moins une ouverture et comportant un
conduit d'amenée d'un gaz inerte.
15. Installation selon la revendication 14, dans
laquelle le dispositif obturateur comporte au moins un moyen
à ressort de maintien de l'équipage mobile contre la plaque
fixe, caractérisée en ce que le conduit d'amenée du gaz
inerte débouche dans le moyen à ressort.
16. Installation selon la revendication 13, dans
laquelle le dispositif obturateur comporte au moins un moyen
à ressort pour le maintien de l'équipage mobile contre la
plaque fixe, caractérisée en ce qu'elle comporte:
- une virole, concentrique à la plaque mobile dont la partie
supérieure est solidaire de la plaque fixe et dont la
partie inférieure s'arrête à proximité de la partie supé-
rieure desdits moyens à ressort, ladite virole étant munie
d'un conduit d'amenée d'un gaz inerte,
- une plaque métallique de protection solidarisée au
support métallique, à distance et en-dessous dudit
support métallique et pourvue d'au moins une ouverture,
-21-

- et un deuxième conduit d'amenée d'un gaz inerte solidaire
du support métallique et débouchant dans l'espace défini
par ladite plaque de protection et l'équipage mobile.
17. Installation selon la revendication 13, dans laquelle
le dispositif obturateur comporte au moins un moyen à ressort
pour le maintien de l'équipage mobile contre la plaque fixe,
caractérisée en ce qu'elle comporte:
- une virole, concentrique à la plaque mobile, dont la partie
supérieure est solidaire de la plaque fixe et dont la
partie inférieure s'arrête à proximité de la partie supé-
rieure desdits moyens à ressort,
- un premier conduit d'amenée d'un gaz inerte traversant
le support métallique et débouchant à fleur de l'interstice
entre ledit support métallique et la plaque mobile,
- une plaque métallique de protection solidarisée au
support métallique, à distance et en-dessous dudit
support métallique, et pourvue d'au moins une ouverture,
et
- un deuxième conduit d'amenée d'un gaz inerte solidaire
du support métallique et débouchant dans l'espace défini
par ladite plaque de protection et l'équipage mobile.
- 22 -

Description

~zo~
L'invention concerne la protection d'un jet de métal
liquide s'écoulant entre un réservoir supérieur et un réceptacle
inférieur.
Certains procédés utilisés jusqu'à présent pour
proteger un jet de coulée de métal fondu consistent à déverser
un gaz inerte liquéfié à la partie supérieure dudit jet. Par
exemple, le brevet fran,cais 2.403.8~2, au nom du demandeur,
décrit un procédé selon lequel le gaz inerte liquéfié est
délivré autour du jet par un dispositif généralement torique
disposé sous le réservoir supérieur. Ce système n'est pas
toujours satisfaisant, en effet, la création d'une atmosphère
inerte sur tout le trajet du jet peut parfois prendre un
certain temps il y a alors entraînement d'air par le métal
en écoulement, notamment au niveau de l'impact du jet sur le
bain métallique, cet air entraîné dans le bain réagit avec
le métal provoquant la mise en solution d' azote et la formation
d'inclusions d'oxydes.
Pour remédier à ces`inconvénients, le demandeur a
récemment mis au point un procédé, décrit dans le brevet
français 2.516.821 du demandeur, selon lequel on crée
autour du jet de coulée et sur la totalité de la hauteur de ce
dernier, une gaine protectrice gazeuse ascendante formée à
partir d'au moins un gaz pratiquement inerte vis-à-vis du mé-
tal. De fa,con plus précise, cette gaine protectrice ascendante
est formée par injection du gaz inerte autour de la zone d'im-
pact dudit jet et confinement dudit gaz inerte au-dessus de la
surface du métal liquide et autour de la base duait jet au
moyen d'un fourreau, ouvert à ses deux extrémités, entourant
la base dudit jet et immergé partiellement dans le métal liqui-
de.
t

Ainsi, le gaz de protection confiné autour du jet
et porté à haute température est soumis à une force ascension
nelle qui permet la formation d'une gaine gazeuse protectrice
le long du jet de métal circulant à contre-courant de celui-ci
et s'opposant à tout entraînement d'air par le métal en écou-
lement.
La présente invention a pour objet un nouveau procé-
dé pour créer une gaine protectrice ascendante de ce type.
Le procédé conforme à l'invention se caractérise en
ce que l'on injecte au moins un gaz inerte liquéfié au-dessus
et à proximité de la surface du métal liquide contenu dans le
réceptacle inf~rleur et, simultanément, on injecte un gaz
inerte dans le miel liquicle par le Eond ou les parois cludit
réceptacle.
Selon l'invention, l'injection d'un gaz inerte li-
quéfié au-dessus et à proximité de la surface du métal liquide
s'effectue par injection dudit gaz à l'intérieur du fourreau
et légerement en-dessous de l'ouverture supérieure dudit
fourreau. La couche protectrice de gaz liquéfié ainsi formée
sur la surface de métal liquide se vaporise et engendre, à
l'intérieur du fourreau, une atmosphère gazeuse qui s'~chappe
par l'ouverture supérieure de ce dernier et s'oppose à tout
entraînement d'air par le jet de coulée. L'injection simul-
tanée, conforme à l'invention, d'un gaz inerte dans le métal
liquide par le fond ou les parois du réceptacle, en-dessous
de la zone d'impact du jet, participe également à la formation
de cette gaine protectrice gazeuse ascendante. De plus, l'in-
jection du gaz inerte dans le métal liquide provoque un
brassage dudit métal qui empêche les solidifications parasites,
favorise une coalescence des inclusions et donc une décantation

7~
ultérieure de ces dernières, et permet un effet de purge,
c'est-à-dire la désorption des gaz dissous dans le bain, on
évite ainsi la formation d'une croûte qui, sans brassage du
bain métallique, se formerait au bout d'un certain temps.
Le gaz inerte liquéfié et le gaz inerte injecté dans
le métal liquide sont soit de même nature, soit dénaturé dif-
férente.
Pour que l'atmosphère gazeuse ascendante formée soit
considérée comme inerte vis-à-vis du métal, il est préférable
qu'elle contienne moins de 5% d'oxygene. Une valeur représen-
tative de cette teneur en oxygene est le rapport 2 (V2 et T2étant la vitesse et la température auxquelles l'at2osphère
gazeuse ascendante formée atteint l'ouverture supérieure du
fourreau); à ces caractéristiques du flux gazeux ascendant, on
peut associer la rétrodiffusion de l'air due au fait que ledit
flux empêche l'air de pénétrer dans le fourreau, et donc la
teneur en oxygène dudit flux gazeux.
C'est pourquoi, selon l'invention, il est préférable
qu'on règle le débit d'injection Dl du gaz inerte liquéfié de
fa,con à ce que la valeur de V2 corresponde à une teneur en
oxygène de ladite atmoshphère2inférieure à 5%,selon l'équation:
2 _ 7 _ 51 PL Dl il
T2 60.10 Tl S2 PG
dans laquelle:
-Tl est la température d'ébullition du gaz inerte liquéfié
exprimé en degrés X,
-Sl et S2 sont les sections des ouvertures inférieure et
supérieure du fourreau,
-IL et sont les masses volumiques du gaz inerte à l'état
liquide et a l'état gazeux,
-V2 est exprimée en m/s, T2 en degrés K et Dl en litre/min/m .
D'autre part, on règle le débit d'injection D2 du gaz inerte

7C~
dans le métal liquide de façon à ce que la valeur de V2
T2
corresponde à une teneur en oxygène de ladite atmosphère
inférieure à 5%, selon l'équation:
V2 = 1 1 Sl L , T D2 ( 2 ),
T2 3600 Tl S2 PG 410
q 2' 2 ' Tl Sl S2 ' IL ' PG sont les memes para-
mètres que ceux de l'équation (1) ci-dessus, T est la tempé-
rature du métal liquide exprimée en degrés K et D2 est expri-
mée en m /heure.
Par exemple, si-le gaz inerte utilisé est de l'azote,
on détermine expérimentalement la valeur V2 3,5 . 10 4m/S/ K
T2
nécessaire pour que la teneur en oxygène de l'atmosphère so.it
inférieure à 5% , et, compte tenu des paramètres relatifs à
l'azote (Tl, P Là c et des dimensions du fourreau utilisé
(sections Sl et S2), on règle le débit de l'azote injecté selon
l'équation (l) et/ou (2). Si le gaz inerte utilisé est de
l'argon, on détermine expérimentalement la valeur 2 qui doit
être supérieure à 1,7 . lO 4m/s/K et on règle le débit de
l'argon injecté selon l'équation (l) et/ou (2).
Selon une variante de réalisation de l'invention, on
complète la protection du jet de métal liquide, immédiatement
à son débouché du fond du réservoir supérieur, en créant une
atmosphère de protection gazeuse formée à partir d'au moins
un gaz pratiquement inerte vis-à-vis dudit métal, ladite
atmosphère enveloppant un dispositif obturateur monté extéri-
eurement sur le fond dudit réservoir supérieur, comportant une
plaque fixe et un équipage mobile comprenant une plaque mobile
appliquée contre ladite plaque fixe et un support métallique
solidaire de ladite plaque mobile pour au moins une busette
pouvant venir en communication avec le trou d'écoulement du
métal liquide. De fac,on plus précise, l'atmosphère gazeuse

~2C~
inerte fsrmée s'oppose plus particulièrement à toute infiltra-
tion d'air dans l'interstice entre la plaque fixe et la plaque
mobile ainsi que dans la zone de jonction entre la plaque mobile
et la ou les busettes et protège également le jet de métal juste
à sa sortie d'une des busettes.
Cette protection du jet de métal liquide, immédiatement
à son débouché du réservoir supérieur, complète avantageusement
la protection dudit jet sur toute sa hauteur par la gaine
gazeuse ascendante, en effet, le jet de métal liquide ne peut
ainsi entralner, lors de son écoulement, que du gaz inerte dans
le fourreau entourant sa base.
L'invention a également pour objet une installation de
transfert d'un métal liqulde mettant en oeuvre le procédé con-
sidéré qui comporte un réservoir supérieur et un réceptacle
inférieur muni d'un garnissage réfractaire interne et un
fourreau en matériau réfractaire ouvert à ses deux extrémités,
l'ouverture supérieure dudit fourreau étant située en~dessous
du débouché du réservoir supérieur, l'extrémité inférieure du-
dit fourreau étant située à distance du fond du réceptacle
inférieur tandis que l'extrémité supérieure dudit fourreau
fait saillie largement au-dessus du bord dudit réceptacle infé-
rieur. Cette installation comporte des moyens d'injection d'un
gaz inerte liquéfié à l'intérieur dudit fourreau et légèrement
en-dessous de l'ouverture supérieure dudit fourreau et des
moyens d'injection d'au moins un gaz inerte par le fond ou les
parois du réceptacle inférieur.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront
mieux compris à la lecture de la description qui suit faite en
se référant aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une coupe schématique partielle d'une pre-
mière variante d'un premier mode de réalisation d'une ins-
tallation selon l'invention,
-- 5 --

~20~
- la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne II - II
de la figure 1, vue selon la flèche X,
- la figure 3 est une coupe partielle dans le même plan que
la figure 2, représentant une deuxième variante du premier
mode de réalisation d'une installation selon l'invention,
- la figure 4 est une coupe partielle dans le même plan que
la figure 2, représentant un deuxième mode de réalisation
d'une installation selon l'invention~ la moitié de droite
représentant une première variante et la moitié de gauche
représentant une deuxième variante dudit deuxième mode de
réalisation,
- la figure 5 est une coupe partielle dans le même plan que
la figure 4, mais avec arrachement, représentant une troi-
sième variante du deuxieme mode de réali.sation d'une ins-
tallation selon l'invention,
- les figures 6, 7, 8 et 9 sont des représentations schéma-
tiques partiellement en coupe de quatre modes de réalisation
du dispositif de protection du jet de coulée à la sortie du
réservoir supérieur.
Selon le mode de réalisation représenté aux figures
1 et 2, un réservoir supérieur 1 contient du métal en fusion
qui, après avoir traversé un dispositif obturateur à plaque
2 monté extérieurement sur le fond du réservoir 1, s'écoule
sous la forme d'un jet J et arrive dans un réceptacle infé-
rieur 3. Les parois et le fond de ce réceptacle 3 sont formés
d'une cuirasse externe 4, d'un garnissage intermédiaire de
sable 5 et d'un garnissage réfractaire interne 6. Un fourreau
7 en matériau réfractaire, ouvert à ses deux extrémités et
partiellement immergé dans le bain 8 de métal liquide contenu
dans le réceptacle 3, est disposé autour du jet J. Ce fourreau
comporte deux parties 9 et 10, la partie supérieure 9 fait
largement saillie au-dessus des bords du réceptacle 3, elle

~20~2~d~
est en forme de tronc de pyramide comportant quatre paxols
9a, 9b, 9c, 9d, deux parois opposées 9a et 9b de cet-te partie
supérieure 9 prennent appui sur deux bords supérieurs opposés
du réceptacle 3. La partie inférieure 10 est constituée de
deux plaques verticales lOa et lOb au droit des parties 9d
et 9c de la partie 9, immergées dans le ba:in de métal liquide
8. Le fourreau 7 est disposé de façon que son axe coïncide
sensiblement avec le jet J. L'ouverture inférieure du fourreau
7 présente une section Sl et l'ouverture supérieure une section
10 s2~
Un réservoir de gaz inerte liquéfié 11 est relié par
un conduit 12 muni d'une vanne 13 à un séparateur de phases 14
qui, par l'intermédiaire d'une vanne 15 de réglage cle débit,
alimente en gaz liqu~Eié un tube d'injection 16 à orifice calibré
17, ce tube d'injection 16 débouche légèrement en-dessous de
l'ouverture supérieure du fourreau 7.
Dans la partie du garnissage réfractaire interne 6
du fond duréceptacle 3, qui est en-dessous du fourreau 7, sont
incorporés des éléments poreux 21. Ces éléments poreux 21
sont reliés par des tubulures 22 placées dans le garnissage de
sable intermédiaire 5 et connectées à un distributeur 23 relié
lui-même à une source 24 de gaz inerte sous pression.
Le fonctionnement de l'installation représentée aux
figures 1 et 2 est le suivant. On injecte dans la partie
supérieure 9 du fourreau 7 le gaz inerte liquéfié provenant du
réservoir 11 à l'aide du tube d'injection 16 qui déverse ce
gaz inerte liquéfié directement sur la surface du bain de métal
liquide 3 contenu dans le réceptacle 3. Le gaz inerte liquéfié
ainsi versé forme, par caléfaction, une couche liquide sur la
de la surface du bain 8 qui est comprise entre les plaques lOa
et lOb et se vaporise en créant une gaine gazeuse ascenclante
qui, au début, chasse l'air qui était contenu dans le fourreau
7 puis s'oppose ensuite à toute entrée d'air éventuellement

~20~7~
amené par le jet de coulée J. Etant donné la forme resserrée
vers le haut de la partie 9 du fourreau 7, cette gaine pro-
tectrice ascendante s'écoule selon les flèches F, en direction
du jet de coulée J. Simultanément, on injecte le gaz inerte
provenant de la source 24 dans le bain de métal liquide 8
autour de la zone d'impact du jet J, par l'intermédiaire des
éléments poreux 21. Le gaz s'échappe en bulles qui viennent
crever à la surface du bain 8 et forment une colonne gazeuse
ascendante qui, canalisée par le fourreau 7, s'écoule selon
les flèches F, De plus, l'injection du gaz inerte dans le bain
métallique 8 provoque un brassage dudit bain et permet d'éviter
la formation d'une croûte à la surface du bain 8, comme on l'a
expliqué précédemment On règle les débits du gaz inerte
injecté dans le métal liquide, comme on l'a expliqué ci-dessus,
de fa,con telle que le rapport vitesse sur température de
l'atmosphère formée dans le fourreau corresponde à une teneur
en oxygène de cette atmosphère inférieure à 5%.
Selon la variante de réalisation représentée à la
figure 3, des tuyères métalliques 25 sont incorporés au
garnissage réfractaire interne 6 du fond du réceptacle 3, Ces
tuyères 25 sont reliées(de la meme façon que les éléments poreux
l des figures 1 et 2) à une source de gaz inerte sous pression
24 par l'intermédiaire de tubulures 22. Tous les éléments de
cette installation (à l'exception des tuyères 25 qui remplacent
les éléments poreux 21) sont identiques et portent les mêmes
références que ceux de l'installation représentée aux figures
1 et 2, et le fonctionnement est le même.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure
4, un réservoir supérieur 41 contient du métal en fusion qui, après
avoir traversé un dispositif obturateur à plaques 42, s'écoule
sour forme d'un jet J et arrive dans un réceptacle inférieur 43.
-- 8

Les parois et le fond de ce réceptacle 43 sont formés d'une
cuirasse externe 44, d'un garnissage intermédia}re de sable
45 et d'un garnissage réfractaire interne 46. Un fourreau 47
ouvert à ses deux extrémités et partiellement immergé dans le
bain 48 de métal liquide contenu dans le réceptacle 43, est
disposé autour du jet J. Ce fourreau 47 comporte deux parties
49 et 50, la partie supérieure 49 est en forme de tronc de
pyramide comportant quatre parois 49a, 49b, 49c, 49d, deux
parois opposées 49a et 49b de cette partie 49 prennent appui
sur deux bords opposés du réceptacle 43. La partie inférieure
50 est constituée de deux plaques verticales 50a et 50b, au
droit des parties 49c et 49d de la partie 49, immergées dans
le bain de métal liquide 48. Le fourreau 47 est disposé de
fa,con telle que son axe coincide sensiblement avec le jet J.
Selon la première variante de réalisation représentée
sur la moitié de droite de la figure 4, des tuyères métalliques
51 traversent le garnissage réfractaire interne 46 des parois
du réceptacle 43 ces tuyères 51 sont reliées, par l'intermé-
diaire de tubulures 52, placées dans le garnissage
de sable intermédiaire 45 , à un distributeur 53 , relié lui-
meme à une source 54 de gaz inerte sous pression. Les tuyères
51 , qui ont un diamètre de 1 à 4mm et de préférence de 2 mm,
sont placées de faucon à déboucher à une distance d'environ 25 à
30 cm en-dessous de la surface du bain de métal liquide 48 .
elon la deuxième variante de réalisation représentée
sur la moitié gauche de la figure 4, des éléments poreux 55
sont incorporés au garnissage réfractaire interne 46 des parois
du réceptacle 43, ces éléments poreux 55 sont reliés par des
tubulures 52' à un distributeur 53', relié lui-même à une
source de gaz inerte sous pression (les éléments 52' et 53'
sont identiques aux éléments 52 et 53).

7~
Selon la troisième variante de réalisation représentée
sur la figure 5, des conduits 56 sont ménagés longitudinalement
dans le garnissage réfractaire 46 des parois du réceptacle 43.
Ces conduits 56 sont reliés, à leur partie supérieure, par
l'intermédiaire de tubulures 57, à un distributeur 58, relié
lui-meme à une source de gaz inerte sous pression (non repré-
sentée sur la figure3. Les conduits 56 communiquent, à leur
partie inférieure, avec des conduits 59 qui sont ménagés trans-
versalement dans le garnissage réfractaire 46 et qui débouchent
dans le bain de métal liquide contenu dans le réceptacle 43.
Le fonctionnement de l'installation représentée aux
figures 4 et 5 est le suivant. On injecte un gaz inerte dans
le bain de métal liquide 48 par l'in-terméclaire, soit des tuyères
51, soit des éléments poreux 55, soit des conduits 56, 59,
conformément à l'un des trois modes de réalisation décrits ci-
dessus. Simultanément, on injecte dans la partie supérieure
49 du fourreau 47 un gaz inerte liquéfié. On obtient ainsi,
à la fois, formation d'une gaine gazeuse inerte ascendante
et brassage du bain métallique.
On donne, ci-dessous, à titre non limitatif, deux
exemples de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention à
l'aide d'une des installations représentées aux figures 1 à 5.
Exemple 1
Le gaz inerte utilisé est de l'argonO
On désire que l'atmosphère formée dans le fourreau
ait une teneur en oxygène inférieure à 1 %. On détermine
expérimentalement la valeur V2 correspondante, soit V2 4.
10 m/s/ K.
Les paramètres relatifs à l'argon sont les suivants:
T1 = 87K
PL = 1400 kg/m3
= 5,85 kg/m .
-- 10 --

~2~7~
Le fourreau utilisé a des dimensions telles que Sl
S2
= 1,8.
Selon l'équation 1, (4. 10 4= 1 ' 1 ' 1,8
60.10 87
1 , D),si on injectait uniquement de l'argon liquéfié, on
5,85
devrait l'injecter à un débit 4,73 1/mn/m2.
Mais, simultanément, on injecte de l'argon gazeux
dans le bain de métal liquide à un débit de 20 m3/h. Cette
quantité d'argon gazeux est, selon l'équation 2, équivalente
du point de vue efficacité de l'inertage 0,41 litres/mn d'argon
liquide. On injecte donc, simultanément, de l'argon gazeux
à un débit de 20 m3~h dans le métal liquide et de l'argon li-
quéfié à l'entrée du fourreau à un débit de 4,32 1/mn/m2.
Exemple 2
Le gaz inerte liquide utilisé est de l'azote et le gaz
inerte injecté dans le bain de métal liquide est de l'argon~
On désire que l'atmosphère formée dans le fourreau
ait une teneur en oxygène inférieure à 1%. On détermine ex-
périmentalement la valeur 2 correspondante, soit 2 > 10,5 .
10 m/s/ K. 2 2
Les paramètres relatifs à l'azote sont les suivants:
Tl = 77K
PL 808 kg/m3
c = 4,6 kg/m
Le fourreau utilisé à des dimentions telles que Sl
= 1,8.
Selon l'équation 1, (10,5 . 10-4 = 1 . 1 .
60.10 77
1,8 . 808 . D), si on injectait uniquement de l'azote liquéfié,
on devrait l'injecter à un débit 15 1/mn/m2.

~2~ 27~
Mais, simultanément, on injecte dans le métal liquide
de l'argon gazeux à un débit de 20 m3~h qui est, selon l'équa-
tion 2, équivalent à 0,41 l~/mn d'argon liquéfié. On injecte
donc, simultanément, de l'argon gazeux à un débit de 20 m3/h
dans le métal liquide et de l'azote liquéfié à l'entrée du
fourreau à un débit de 13,7 1/mn/m2.
La figure 6 représente le dispositif obturateur à
plaques 2 ou(42 est monté extérieurement sur Ie fond du ré-
servoir supérieur 1 ou 41). ce dispositif obturateur à
plaques est de type connu et décrit dans le brevet
français 2.490.123 du demandeur. Il comporte une
plaque fixe 60 et une plaque mobile 61 appliquées l'une contre
l'autre, la plaque mobile 61 ôtant montée rotativement et
portant deux busettes 62, les plaques 60 et 61 et les busettes
62 sont en matériau réfractaire, par exemple en alumine impré-
gnée. La plaque mobile 61 est munie d'une roue dentée 36,
susceptible d'être entrai`née par un pignon 37 relié à un mo-
teur (non représenté sur la figure). La plaque 60 est traver-
sue par un orifice 63, placé en alignement avec le trou de
coulée 64 qui est ménagé dans le revêtement interne réfractai-
re 65 et la cuirasse métallique externe 66 constituant le fond
du réservoir 1. La plaque mobile est traversée par deux pas-
sages 67. Chaque busette 62 est traversée par un canal 68
et montée à demeure (par exemple par un système à baionnette)
sur la plaque mobile 61 par l'intermédiaire d'un support métal-
lique 69 de façon à C2 que son canal 68 soit en alignement avec
le passage 67 correspondant. Par rotation de la plaque 61,
on amène donc l'une ou l'autre des busettes 62 en communication
avec le trou de coulée 64.
Un boltier métallique 70 est monté de façon étanche
sur le fond du récipient 1 et enveloppe pratiquement complètement
le dispositif obturateur 2, une ouverture 71 est prevue à la
- 12 -

partie inférieure du boîtier 70 pour le passage des busettes.
Un conduit 72, relié à une source de gaz inerte sous pression
(non représentée sur la figure), débouche dans le boîtier 70.
Le gaz inerte introduit par le conduit 72 se répand
dans le boitier 70 et s'échappe par l'ouverture 71. Ce gaz
inerte forme ainsi une atmosphère qui protège le dispositif
2 contre l'air atmosphérique, et plus particulièrement l'in-
terstice entre les plaques 60 et 61 et la zone de jonction
entre les busettes 62 et la plaque 61, ainsi que le jet de
métal liquide à sa sortie d'une des busettes 62.
La figure 7 représente un dispositif obturateur à
plaques 2 identique à celui de la figure 6 (les mêmes réfé-
rences ont été affectées aux mêmes éléments), mais qui comporte,
en plus, un moyen à ressort 73 pour maintenir les plaques 60
et 61 l'une contre l'autre. Un boîtier 70 identique à celui
de la figure 6 enveloppe le dispositif 2. Le moyen à ressort
73 comporte une butée 74 en forme de coupelle renversée ouver-
te à son extrémité inférieure et solidaire de la plaque 61 par
l'intermédiaire du support métallique 69, une pièce d'appui
75 en forme de piston solidaire de la plaque 60 et un ressort
76 interposé entre la butée 74 et la pièce 75. Un conduit
77, relié à une source de gaz inerte sous pression (non repré-
sentée sur la figure ) débouche dans la butée 74 après avoir
traversé le boitier 70 par un orifice 78 ménagé à cet effet.
Ainsi, le gaz inerte amené par le conduit 77 refroidit le moyen
à ressort 73, puis se répand dans le boitier 70 en jouant son
rôle de protection pour le dispositif 2 et s'échappe par l'ou-
verture 71.
La figure 8 représente un dispositif obturateur à
plaques 2 identique à celui de la figure 6 (les mêmes référen-
ces ont été affectées aux mêmes éléments), mais qui comporte,
en plus deux moyens à ressort 80 pour maintenir les plaques

2~
60 et 61 l'une contre l'autre. Les moyens à ressort 80 compor-
tent une butée 81 en forme de coupelle renversée ouverte à son
extrémité inférieure et solidaire de la plaque 61 par l'inter-
médi~ire du dupport métallique 69, une pièce d'appui 82 en for-
me de piston solidaire de la plaque 60 et un ressort 83 inter-
posé entre la butée 81 et la pièce 82. Un conduit 84, relié à
une source d'air comprimé, débouche dans la butée 81.
Une virole métallique 85 est disposée concentrique-
ment à la plaque mobile 61; elle est solidaire, à son extré-
mité supérieure ~6, de la plaque fixe 60 et son extrémitéinférieure 87 s'arrête à proximité de la partie supérieure
88 des moyens à ressort 80. Un conduit 89, relié à une source
de gaz inerte sous pression, débouche dans la virole 85. La
virole 85 comporte une ouverture (non représen-tée sur la
figure) pour le passage du pignon moteur (non représenté
sur la figure) de la plaque mobile 61.
Une plaque métallique de protection 90, pourvue
d'ouvertures 91, est fixée au support 69 (par exemple par
clavetage), à distance et en-dessous dudit support 69. Un
conduit 92, relié à une source de gaz inerte sous pression
(non représentée sur la figure), est fixé au support 69 (par
exemple par soudage) et débouche dans l'espace défini par la
plaque mobile 61 et la plaque de protection 90.
Le fonctionnement de l'installation de la figure 8
est le suivant: on injecte un yaz inerte par le conduit 89
à l'intérieur de la virole 85; ce gaz inerte se répand dans
l'espace défini par la virole 85 et protège ainsi l'interstice
entre les plaques 60 et 61 ainsi que la zone de jonction entre
les busettes 62 et la plaque 61, il s'écoule ensuite par les
ouvertures 91. S.i.multanément, on injecte un
- 14 -

~2~27~
gaz inerte par le conduit 92, ce gaz inerte se répand dans
l'espace compris entre le support métallique 69 et la plaque
de protection 90, puis: s'écoule par les ouvertures 91 proté-
geant ainsi le jet de métal liquide à sa sortie d'une des
busettes 62. D'autre part, on refroidit les moyens à ressort
80 par injection d'air comprimé par les conduits 840
La figure 9 représente un dispositif obturateur à
plaques 2 comportant deux moyens à ressort 80, identique à
celui de la figure 8 (les mêmes références ont été affectées
aux mêmes éléments). Une virole métallique 95, concentrique
à la plaque mobile 61 est solidaire, à son extrémité supérieure
96, de la plaque fixe 60, son extrémité infér.ieure 97 s'arrete
à proximité de la partie supérieure 88 des moyens à ressort 80.
La virole 95 comporte une ouverture (non représentée sur la
figure) pour le passage du pignon moteur (non représenté sur
la figure) de la plaque mobile 61.
Une plaque métallique de protection 98,pourvue
d'ouvertures 99 est fixée au support 69 (par exemple par
clavetage), à distance et en-dessous dudit support 69. Un
premier conduit 100, relié à une source de gaz inerte sous
pression (non représentée sur la figure), est fixé au support
69 (par exemple par soudage) et débouche dans l'espace défini
par la plaque mobile 61 et la plaque de protection 98. Un
deuxième conduit 101, relié à une source de gaz inerte sous
pression (non représentée sur la figure), traverse la plaque
98 par lm orifice 102 ménagé à cet effet, puis le support 69
par un orifice 103, et débouche dans l'interstice 104 entre
le support 69 et la plaque mobile 61. Ce conduit 101 est flex-
ible à partir d'un certain moment pour ne pas gêner le mouve-
ment de l'équipage mobile.
Le fonctionnement de l'installation de la figure 9

~Z~ 7~
est le suivant: on injecte un gaz inerte par le conduit 101 dansdans l'interstice 104, ce gaz inerte se répand dans l'inter-
stice 104, puis dans l'espace défini par la virole 95 et pro-
tège ainsi la zone de jonction entre les busettes 62 et la
plaque 61 ainsi que l'interstice entre les plaques 60 et 61,
il s'écoule ensuite par les ouvertures 99. Simultanément, on
injecte un gaz inerte par le conduit 100, ce gaz inerte se
répand dans l'espace compris entre le support métallique 69
et la plaque de protection 98, puis s'écoule par les ouvertures
99 protégeant ainsi le jet de métal liquide à sa sortie d'une
des busettes 62. D'autre part, on refroidit les moyens à
ressort 80 par injection d'air comprimé par les conduits 84.
Dans tous les modes de réalisation de l'i.nvention,
on utilise soit un gaz pratiyuement inerte vis-à-vis du métal
liquide tel que de l'azote ou de l'argon, soit un mélange
de gaz inertes.
L'invention s'applique à la protection de tous les
jets de cou].ée de métaux, verticaux ou paraboliques, notam-
ment entre poche et répartiteur, entre poche et lingotière,
entre poche et poche, entre convertisseur (ou four et poche.