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DISPOSITIF D'~r~TM~ATION POUR LE DEPOT PAR SIMPLE GRAVITE
D'UN ~ATERIA~ GRANULEUX SUR LA SURFACE D'UN METAL LIQUIDE
CO~LE EN CONTINU
La présente invention concerne la coulée continue des
métaux et en particulier de l'acier.
Plus précisément l'invention concerne l'alimentation et
le dép~t d'une couche d'un matériau granuleux d'une
granulométrie plus ou moins fine à la surface du métal
liquide en lingotiere de coulée continue. Ce matériau a
notamment pour fonctions d'isoler thermiquement le bain de
métal en fusion, de capter les inclusions non-métalliques qui
décantent en provenance du métal liquide, d'éviter la
réoxydation du métal, et d'assurer les transferts thermiques
lingotière/produit et la lubrification des parois de la
lingotière. Ce matériau est habituellement appelé "poudre de
couverture", et, par commodité, il sera appelé par la suite
"poudre" étant bien entendu que sa granulométrie et la forme
des grains peuvent largement varier. Cette poudre fond au
contact du métal liquide et s'infiltre entre le métal et les
parois de la lingotiere, jouant ainsi le rôle de lubrifiant.
Il en résulte une consommation continue de poudre lors de la
coulée, qu'il est nécessaire de compenser par un apport de
poudre neuve. L'importance de cet apport varie en fonction
des caractéristiques de la poudre et de celles de
l'installation de coulée et du métal coulé. De plus la
consommation de poudre peut varier en cours de coulée en
fonction des différents parametres opératoires, et notamment
de la température du métal coulé.
Pour assurer un niveau constant de poudre et donc la
régularité de l'épaisseur de la couche de celle-ci, il est
connu d'en effectuer l'alimentation par gravité au moyen d'un
conduit issu d'une trémie contenant ledit matériau et placée
à une altitude supérieure à celle de la lingotière. Ce
conduit débouche dans la lingotière au-dessus de la surface
du métal coulé, à une distance de celle-ci correspondant à
l'épaisseur souhaitée de poudre, à l'état solide ou fondu. Un
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tel dispositif est notamment décrit dans le document
EP 47352l.
Ce dispositif permet d'assurer une alimentation
automatique de poudre, du fait que, lorsque l'epaisseur de
S celle-ci tend à diminuer, la poudre s'ecoule dans le conduit
par gravité jusqu'à ce que le niveau supérieur de la couche
atteigne le niveau de l'orifice de décharge du conduit,
interrompant le débit. On tire ainsi parti, pour automatiser
l'alimentation en poudre, de sa faculté à se répandre
sensiblement uniformément sur toute la section de la
lingotière tout en profitant des caractéristiques des
matériaux en grains qui se déposent en tas à la sortie du
conduit d'alimentation. Le conduit, depuis la tremie
d'alimentation jusqu'à son extrémite inferieure dont la
distance à la surface du metal liquide en lingotière
determine l'epaisseur de la couche de poudre, est en
permanence rempli de poudre sùr toute sa longueur et sa
section.
Dans la pratique habituelle, la lingotière de coulée
continue est surplombée par le répartiteur qui en est distant
de seulement quelques dizaines de cm. Il n'est donc pas
possible d'installer la trémie d'alimentation en poudre au-
dessus de la lingotière et à proximite immédiate de celle-ci.
Une conséquence en est que, sur une longueur qui peut
atteindre plusieurs dizaines de cm, le conduit doit être
incliné par rapport à l'horizontale d'un angle n'excédant pas
quelques dizaines de degrés. Cette faible inclinaison,
imposée par les conditions locales d'encombrement de la zone
de coulée, est un obstacle à un bon glissement de la poudre à
l'intérieur du conduit, qui risque donc de se colmater. Ce
risque existe surtout lorsque l'on utilise une poudre
granulométrie fine, inférieure à l00 ~m. En effet, dans ces
conditions, les frottements des particules entre elles et
contre la paroi du conduit sont exacerbés par rapport au cas
des poudres de plus forte granulométrie (de 0,3 a 0,8 mm par
exemple). Cela conduit les aciéristes à n'utiliser les
dispositifs automatiques de distribution de poudre qui
viennent d'être décrits qu'avec des poudres de forte
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granulométrie, et à n'ajouter que manuellement les poudres de
granulométrie fine. Cet ajout manuel ne peut garantir une
constance satisfaisante de l'épaisseur de la couche de
poudre, et cela incite souvent les opérateurs à ajouter, par
sécurité ou par erreur d'appréciation, plus de poudre qu'il
ne serait nécessaire. Enfin, cet ajout manuel nécessite la
présence physique des opérateurs au voisinage de la
lingotière, ce que l'on désire éviter autant que possible
pour des raisons d'hygiene et de sécurité (atmosphere chaude
et poussiéreuse, risques de débordement de métal liquide). Or
il serait nécessaire de pouvoir indifféremment ajouter
automatiquement des poudres de faible et forte granulométrie,
car :
- les poudres les plus adaptées aux phases de démarrage
de la coulée sont précisément des poudres de faible
granulométrie ;
- les poudres de forte granulométrie sont parfois
relativement riches en carbone, et leur emploi est
déconseillé lors de la coulée d'acier à tres basse teneur en
carbone, qu'elles risquent de polluer ;
- les poudres de forte granulométrie sont environ deux
fois plus co~teuses que les poudres de faible granulométrie.
Le but de l'invention est de proposer une installation
pour la distribution automatique par simple gravité de poudre
de couverture dans une lingotiere continue, qui puisse
fonctionner de maniere fiable aussi bien avec des poudres de
faible granulométrie (moins de 100 ~m) qu'avec des poudres de
plus forte granulométrie.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif
d'alimentation pour le dépôt par simple gravité d'une couche
d'un matériau granuleux sur la surface d'un métal liquide
contenu dans une lingotiere de coulée continue, comprenant
une trémie renfermant ledit matériau granuleux, et reliée a
un conduit d'alimentation comportant une portion inclinée
selon un angle non nul et non droit par rapport a
l'horizontale, et dont l'extrémité inférieure de décharge est
ouverte en permanence et est située au-dessus de ladite
surface du métal dans la lingotiere a une distance égale ou
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légerement superieure a une epaisseur de consigne de la
couche dudit matériau, caracterise en ce que, sur une partie
au moins de ladite portion inclinee, ledit conduit
d'alimentation est constitué par un tube rectiligne, et en ce
qu'il comprend des moyens pour imprimer un mouvement de
rotation audit tube rectiligne autour de son axe, et des
moyens de connexion des extrémités dudit tube rectiligne au
restant dudit conduit autorisant ledit mouvement de rotation.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste a
imprimer une rotation autour de son axe à une portion au
moins de la partie du conduit d'alimentation qui est inclinée
par rapport à l'horizontale. On cree ainsi une agitation au
sein de la poudre qui minimise les risques de colmatage, et
permet d'utiliser des poudres de granulométrie fine même
lorsque la configuration de la machine de coulée continue
impose localement une inclinaison du conduit relativement
faible.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la
description qui suit, donnée en référence aux figures
annexées suivantes :
- la figure 1 qui schématise, vue en coupe
longitudinale, la partie supérieure d'une lingotière de
coulee continue équipée d'un dispositif d'alimentation en
matériau granuleux selon l'invention, également vu en coupe
longitudinale ;
- la figure 2 qui schématise une variante du dispositif
de mise en rotation du tube rectiligne inclus dans le
dispositif précedent.
Sur la figure 1 est représentée une lingotière de
coulée continue 1 alimentée en métal liquide 2, de manière
classique, par des moyens d'alimentation non représentes tels
qu'un répartiteur et une busette immergée. Le métal liquide 2
y voit sa solidification s'initier par formation d'une cro~te
solide 3 contre les parois 4 de la lingotière 1,
énergiquement refroidies par une circulation interne d'eau.
Sur la surface du métal liquide 2 se trouve une couche de
poudre de couverture 5 qui fond au contact du métal 2 en
formant un film liquide 6 de laitier qui s'écoule
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progressivement vers les parois 4 de la lingotière l,
s'infiltre entre celles-ci et la croûte solide 3 et y joue un
rôle de lubrifiant. Il y a ainsi, lors de la coulée, une
consommation continue de poudre 5, et celle-ci doit être
S remplacée en permanence pour assurer une épaisseur
sensiblement constante de la couche de poudre 5.
L'alimentation en poudre 5 est assurée à partir d'une
trémie 7 à laquelle est connecté un conduit d'alimentation 8.
L'admission de la poudre 5 dans ce conduit 8 est commandée
par une vanne 32. Classiquement, la partie terminale de ce
conduit 8 est constituée par une pièce tubulaire coudée 9 en
un matériau rigide et résistant aux températures relativement
élevées régnant au-dessus de la lingotière l. L'acier
convient tout à fait à cet usage. L'extrémité inférieure lO
de cette pièce tubulaire coudée 9 est ouverte en permanence
et est maintenue (par des moyens qui seront décrits plus
loin) au-dessus de la surface du métal liquide 2, à une
distance d de celle-ci. Cette distance d est égale ou
légèrement supérieure à une épaisseur de consigne de la
couche de poudre 5 et de laitier 6. Lorsque la vanne 9 est
ouverte, le conduit 8 est approvisionné en permanence en
poudre 5 de manière à être maintenu en charge, et la poudre 5
se déverse par simple gravité dans la lingotière l jusqu'à ce
que la couche ainsi formée vienne obturer l'extrémité
inférieure lO de la pièce tubulaire coudée 9, interrompant
ainsi l'arrivée de poudre. Ce phénomène se poursuit
continûment pendant la coulée, au fur et à mesure de la
consommation de la poudre 5, dont l'épaisseur présente dans
la lingotière l est ainsi maintenue constante.
Selon l'invention, afin, comme on l'a dit, de permettre
l'utilisation d'une poudre 5 de fine granulométrie sans
risquer un colmatage du conduit 8 dans sa portion faiblement
inclinée, celui-ci est constitué de la manière suivante. La
pièce tubulaire coudée 9 qui le termine est connectée, à son
extrémité amont, à un tube rectiligne ll. Ce tube ll doit
être rigide, résistant à la chaleur, et présenter sur sa
surface interne un coefficient de frottement avec la poudre 5
aussi faible que possible pour permettre une descente aisée
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de la poudre 5. L'acier, en particulier l'acier inoxydable,
la encore, est un matériau particulièrement adapté pour le
constituer. A son extrémité amont, le tube 11 est lui-même
connecté à la partie restante du conduit 8. Le diamètre
intérieur du tube 11 est du même ordre de grandeur que celui
de l'ensemble du conduit 8 et de la pièce tubulaire coudée 9,
à savoir de l'ordre de 2 a 6 cm. Selon l'invention,
l'installation comporte également des moyens de maintien de
l'axe longitudinal du tube 11 dans une position telle qu'il
fait un angle a non nul et non droit avec l'horizontalel et
des moyens pour mettre le tube 11 en rotation autour de cet
axe. Dans l'exemple représenté, ces moyens de maintien
comportent une potence télescopique 12 fixée à un socle 13
rendu solidaire du bord supérieur 14 de la lingotière 1.
Cette potence, dans l'exemple (non limitatif) représenté,
comporte une tige verticale 15 fixée rigidement au socle 13,
une tige tubulaire 16 fixé a la tige verticale 15 par une
articulation 17 permettant d'incliner la tige tubulaire 16. A
l'intérieur de la tige tubulaire 16 peut coulisser une tige
18, dont la profondeur de pénétration dans la tige tubulaire
16 peut être réglée et maintenue constante par une clavette
19 ou tout autre moyen équivalent. Cette tige 18 est, d'une
part, reliée rigidement par une tige latérale 20 ~ la pièce
tubulaire coudée 9 constituant la partie terminale du conduit
8. D'autre part, la tige 18 porte à son extrémité libre un
moteur 21 (par exemple électrique ou pneumatique) imprimant a
un axe 22 une vitesse de rotation choisie par l'opérateur.
Cet axe 22 porte a son extrémité libre un galet 23, dont la
surface extérieure est maintenue en contact avec la paroi
externe du tube rectiligne 11, et dont la forme (tronconique
dans l'exemple représenté) est adaptée a cet effet. Le galet
23 est en un matériau présentant un coefficient de frottement
élevé avec le matériau constitutif du tube rectiligne 11, par
exemple en caoutchouc si le tube rectiligne 11 est en acier.
Le résultat procuré par cette configuration est que la
rotation du galet 23, entrainé par l'axe 22 du moteur 21,
provoque par frottement la rotation du tube rectiligne 11
autour de son axe longitudinal. Cette rotation s'effectue à
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une vitesse angulaire dépendant de la vitesse de rotation du
galet 23 et des dimensions respectives du galet 23 et du tube
rectiligne 11. Celles-ci sont choisies de telle manière que
la vitesse angulaire de rotation du tube rectiligne 11 soit
S de l'ordre, par exemple, de 1 t/min. Pour garantir un bon
frottement entre le galet 23 et le tube rectiligne 11, on
peut aussi prévoir de rendre rugueuse la surface externe du
tube rectiligne 11 dans la zone où elle est susceptible
d'être au contact du galet 23. Comme on l'a dit, l'effet de
cette rotation du tube rectiligne 11 est de créer, au sein de
la poudre 5 qu'il renferme, une agitation permanente qui
supprime les risques de colmatage du tube rectiligne 11.
L'angle a d'inclinaison de l'axe du tube rectiligne 11
et la distance d entre l'extrémite 10 de la pièce tubulaire
lS coudée 9 et la surface du métal liquide 2 dans la lingotière
1 sont réglées en combinaison par l'opérateur, qui peut agir
d'une part sur la profondeur d'insertion de la tige 18 dans
la tige tubulaire 16, et, d'autre part, sur l'orientation
conférée à la tige tubulaire 16 par l'articulation 17. Pour
permettre ce réglage, il faut, de plus, que le conduit 8,
dans sa partie située en amont du tube rectiligne 11, possède
des moyens d'articulation, ou soit réalise sur au moins une
portion de sa longueur en un matériau souple. Sur la figure
1, on a représenté une installation qui est telle que, avec
l'angle a et la distance d choisies, la pièce tubulaire
coudée 9 se retrouve perpendiculaire à la surface de l'acier
liquide 2 dans la lingotière 1, mais cette caractéristique
n'est pas du tout obligatoire.
Les connexions entre le tube rectiligne 11 et le
conduit 8 d'une part, et la pièce tubulaire coudée 9 d'autre
part, doivent être conçues pour permettre une rotation aisée
du tube rectiligne 11. Cela suppose que la poudre 5 ne puisse
constituer une gêne à cette rotation. A cet effet, comme
représente sur la figure 1, ces connexions peuvent être
assurees par des joints 24, 25 comportant chacun un roulement
solidaire du tube rectiligne 11 ou de l'élément auquel il est
connecté. De plus, afin que la poudre S ne puisse gripper le
fonctionnement des joints 24, 25, il est preferable que :
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- l'extrémité aval 26 du conduit 8 soit insérée dans
l'extrémité amont 27 du tube rectiligne 11, et débouche en
aval du joint 24 ;
- et que l'extrémité aval 28 du tube rectiligne 11 soit A
S insérée dans l'extrémité amont 29 de la piece tubulaire
coudée 9 et débouche en aval du joint 25.
La figure 2 montre une variante possible du mode
d'entra~nement en rotation du tube rectiligne 11. Au lieu du
galet 23 de l'exemple précédent, c'est un pignon 30 que porte
l'axe 22 du moteur 21, et ce pignon est engrené sur une
couronne dentée tronconique 31 solidaire de la paroi externe
du tube rectiligne 11. On obtient ainsi une mise en rotation
du tube rectiligne 11 plus fiable que si elle était réalisée
par simple frottement du galet 23 sur le tube rectiligne 11.
La valeur minimale de l'angle ~ d'inclinaison du tube
rectiligne 11 dépend des caractéristiques de la poudre 5,
mais une valeur de 20 a 30 est suffisante pour assurer une
chute réguliere des poudres fines habituelles dont les
particules ont une dimension moyenne de moins de 100 ~m.
Quant a la longueur du tube rectiligne 11, elle dépend de la
géométrie de l'installation de coulée continue sur laquelle
le dispositif selon l'invention est monté. Mais il est bien
évident qu'on a intéret a ce que ce tube rectiligne 11
rotatif représente une fraction importante du parcours
qu'effectue la poudre 5 entre la trémie 7 et la lingotiere 1,
du moins de la portion non verticale de ce parcours dans
laquelle, sans cela, on pourrait rencontrer des problemes
d'écoulement de la poudre 5.
Bien entendu, si ce dispositif est prioritairement
conçu pour distribuer des poudres 5 de granulométrie fine, il
est parfaitement compatible avec l'utilisation des poudres 5
de granulométrie plus grossiere. De meme, il peut être
installé sur des installations de coulée continue d'autres
métaux que l'acier.
