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MYO 98/172
BUSETTE POUR L'INTRODUCTION DE METAL LIQUIDE DANS UNE
LINGOTIERE DE COULEE CONTINUE DES METAUX
L'invention concerne la coulée continue des métaux. Elle concerne plus
précisément les busettes en matériau réfractaire par lesquelles on introduit
le métal liquide
à couler, tel que de l'acier, dans la lingotière d'une installation de coulée
continue,
notamment d'une coulée entre cylindres.
Ces busettes sont connectées par leur extrémité supérieure au récipient
servant de
réservoir de métal liquide, appelé répartiteur, et leur extrémité inférieure
plonge dans le
bain de métal liquide présent dans la lingotière où doit s'amorcer la
solidification du
produit coulé. Le premier rôle de ces busettes est de protéger de l'oxydation
atmosphérique
le jet de métal liquide sur son parcours entre le récipient et la lingotière.
Elles permettent
également, grâce à des configurations appropriées de leur extrémité
inférieure, d'orienter
favorablement les écoulements du métal liquide dans la lingotière pour que la
solidification
du produit s'effectue dans les meilleures conditions possibles.
La coulée de bandes minces métalliques de quelques mm d'épaisseur directement
à partir de métal liquide (acier ou cuivre, par exemple) peut avoir lieu sur
une installation
dite de "coulée entre cylindres". Elle comporte une lingotière dont l'espace
de coulée est
délimité sur ses grands côtés par une paire de cylindres refroidis
intérieurement à axes
horizontaux parallèles et tournant autour de ces axes en sens inverses, et sur
ses petits côtés
par des plaques de fermeture (appelées faces latérales) en matériau
réfractaire appliquées
contre les extrémités des cylindres. Les cylindres peuvent également être
remplacés par des
bandes sans fin refroidies.
En coulée entre cylindres, on utilise souvent des busettes en deux parties
(voir, par
exemple, le document EP-A-0 771 600). La première partie est composée d'un
tube
cylindrique dont l'extrémité supérieure est connectée à un orifice pratiqué
dans le fond du
répartiteur qui constitue la réserve d'acier liquide alimentant la lingotière.
Cet orifice est
obturable à volonté par l'opérateur, partiellement ou totalement, grâce à une
quenouille ou
un système à tiroir assurant la régulation du débit de métal. De la section de
cet orifice
dépend le débit maximal de métal qui peut s'écouler à l'intérieur de la
busette. La deuxième
partie, fixée à l'extrémité inférieure du tube précédent, par exemple par
vissage, ou lui étant
intégrée de construction, est destinée à être immergée dans le bain de métal
liquide présent
dans la lingotière. Elle est composée d'un élément creux à l'intérieur duquel
débouche
l'orifice inférieur du tube cylindrique précédent. L'espace intérieur de cet
élément creux a
une forme générale plus ou moins allongée selon les dimensions de l'espace de
coulée de la
machine sur laquelle la busette doit être montée. Il est orienté sensiblement
perpendiculairement au tube. Lorsque la busette est en service, l'élément
creux est placé
parallèlement aux cylindres, et le métal liquide s'écoule dans la lingotière
par des ouïes
pratiquées sur les côtés de l'élément creux, généralement à chacune de ses
extrémités. Dans
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ce dernier cas, les écoulements du métal sortant de la busette sont ainsi
orientés
préférentiellement en direction des faces latérales, afin d'amener du métal
chaud sur leurs
surfaces, et éviter ainsi que ne s'y produisent des solidifications de métal
non désirées
(dites "solidifications parasites") qui perturberaient gravement le
fonctionnement de la
machine. Les ouïes peuvent avoir une orientation horizontale ou oblique
descendante.
Divers orifices de moindre importance que ces ouïes peuvent également être
ménagés sur
les parois latérales et/ou le fond de la busette, afin d'alimenter directement
en métal chaud
les régions de la lingotière situées sur les côtés de la busette et/ou sous
elle. On vise ainsi,
notamment, à améliorer l'homogénéité thermique du métal présent dans la
lingotière.
Une des principales difficultés rencontrées dans l'utilisation de ces busettes
est
que, en général, le métal liquide ne remplit pas complètement leur espace
interne, et
l'écoulement du métal s'y effectue souvent de manière irrégulière et
tourbillonnante. C'est
en particulier le cas lorsque l'orifice du répartiteur n'a pas son ouverture
maximale. Cela
conduit à une forte instabilité des courants de métal sortant des ouïes, et
les écoulements à
l'intérieur de la lingotière deviennent éloignés de leur configuration
optimale que la busette
est théoriquement censée imposer. On constate alors l'apparition
d'irrégularités dans la
solidification du produit, qui peuvent gravement affecter sa qualité finale,
surtout dans le
cas où on coule des bandes de faible épaisseur.
On remédie à ce problème en insérant dans l'espace interne de la busette des
obstacles qui imposent des pertes de charge au métal en contrariant son
écoulement naturel.
A débit de métal liquide égal, on limite la vitesse de l'écoulement et on
améliore ainsi le
remplissage de l'espace intérieur de la busette. De cette façon, les
variations erratiques des
écoulements du métal hors de la busette sont atténuées. Dans le cas des
busettes en deux
parties précédemment citées, ces obstacles peuvent être insérés dans la
première partie
cylindrique ou dans son prolongement (voir le document EP-A-0 765 702). Ils
peuvent
aussi comprendre une réglette , c'est à dire un élément parallélépipédique
allongé en
réfractaire poreux ou perforé disposé à l'intérieur de la deuxième partie de
la busette
(l'élément creux), et que le métal liquide doit obligatoirement traverser
avant de parvenir à
tout ou partie des divers orifices débouchant à l'intérieur de l'espace de
coulée de la
lingotière (voir le document JP-A-1-317658).
Si la busette comporte d'une part une réglette perforée et d'autre part des
orifices
ménagés dans le fond et/ou les parois latérales de sa deuxième partie allongée
(en plus des
ouïes orientées vers les petits côtés de l'espace de coulée), il est important
que ces divers
orifices soient alimentés en métal liquide de manière homogène sur l'ensemble
de la
longueur de ladite deuxième partie. C'est à cette condition seulement qu'on
peut garantir
une homogénéité satisfaisante des écoulements du métal à l'intérieur de
l'espace de coulée.
Or, des essais sur maquettes hydrauliques montrent que cette condition n'est
généralement
pas satisfaite lorsqu'on utilise une busette de forme très allongée, adaptée
notamment à une
utilisation sur une installation de coulée de bandes minces de grande largeur
(de l'ordre de
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1 m et davantage), et équipée d'une réglette perforée parallélépipédique. On
constate que
certaines perforations de la busette sont traversées par un courant de métal à
débit élevé, et
d'autres par un courant de métal à débit insuffisant. Cela nuit à la bonne
alimentation en
métal chaud de l'ensemble de l'espace de coulée, et peut conduire à des
irrégularités dans
l'épaisseur solidifiée du produit sur les cylindres, qui est un paramètre
essentiel pour la
qualité de la bande finale.
Le but de l'invention est de proposer une configuration de busette du type qui
vient d'être décrit, qui procure une alimentation en métal de l'espace de
coulée la plus
homogène possible sur l'ensemble de sa longueur.
A cet effet, l'invention a pour objet une busette pour l'introduction d'un
métal
liquide dans une lingotière de coulée continue des métaux, du type comportant
une
première partie tubulaire dont une extrémité est destinée à être connectée à
un récipient
renfermant ledit métal liquide, et dont l'autre extrémité débouche dans une
deuxième partie
creuse de forme allongée dont au moins une portion de l'espace intérieur est
orientée
sensiblement perpendiculairement à ladite première partie tubulaire, ladite
partie creuse
comportant une ouïe à chacune de ses extrémités, ainsi qu'un ou plusieurs
orifices de sortie
ménagés dans son fond et/ou ses parois latérales, une réglette munie de
perforations étant
disposée dans l'espace intérieur de ladite partie creuse de manière à ce que
le métal liquide
passe obligatoirement par lesdites perforations avant de traverser lesdits
orifices de sortie,
caractérisée en ce que ladite réglette comporte sur au moins une portion de la
largeur de sa
face supérieure une partie en relief comportant un sommet situé sur l'axe
horizontal
longitudinal de ladite partie creuse, lesdites perforations étant réparties de
part et d'autre
dudit sommet.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à ménager sur la face supérieure
de la réglette une partie en relief sur au moins une portion de sa largeur.
Cette partie en
relief doit avoir une section transversale sensiblement triangulaire ou
arrondie, de manière
à faire éclater le jet de métal qui la percute et à répartir ledit métal
de manière
symétrique sur la section transversale de la busette, en évitant qu'il ne
rebondisse
verticalement en perturbant la régularité des écoulements. On obtient ainsi un
remplissage
plus homogène et plus constant dans le temps qu'avec une réglette de forme
simplement
parallélépipédique offrant une simple surface plane horizontale au jet de
métal liquide qui
la percute.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit, donnée en
référence aux figures annexées suivantes :
- la figure la qui montre, vue de face et en coupe longitudinale, un exemple
de
busette selon l'invention, la figure lb qui montre, vue de côté en coupe
transversale selon
Ib-Ib, la réglette de la figure la, la figure 1 c qui montre de la même façon
une variante de
la réglette de la figure 1 a;
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- la figure 2 qui montre vue de côté en coupe transversale un deuxième exemple
de réglette, pouvant se substituer à celle de la figure 1 a;
- la figure 3 qui montre vue de côté en coupe transversale un troisième
exemple de
réglette pouvant se substituer à celle de la figure 1 a;
- la figure 4 qui montre vue de côté en coupe transversale un quatrième
exemple
de réglette pouvant se substituer à celle de la figure 1 a;
- la figure 5 qui montre vue de côté en coupe transversale un cinquième
exemple
de réglette pouvant se substituer à celle de la figure la.
La busette 1 selon l'invention représentée sur la figure la est, grâce à sa
forme
étroite et allongée, particulièrement adaptée à une utilisation sur une
installation de coulée
de bandes minces entre deux cylindres refroidis intérieurement et mis en
rotation, selon un
procédé à présent bien connu. Comme dans l'art antérieur précédemment décrit,
elle
comporte une première partie composée d'un tube cylindrique 2 dont l'extrémité
supérieure non représentée est destinée à être connectée à l'orifice de sortie
d'un
répartiteur. Ce tube cylindrique 2 débouche dans l'espace intérieur 3 de la
deuxième partie
de la busette 1, composée d'un élément creux 4 de forme allongée, suffisamment
étroite
pour permettre son insertion dans l'espace de coulée de l'installation.
Conformément à l'art
antérieur, cet élément creux 4 comporte divers orifices par lesquels le métal
liquide peut
sortir de la busette 1, à savoir :
- deux ouïes 5, 6 de section rectangulaire dans l'exemple représenté, ménagées
chacune à une extrémité de l'élément creux 4, destinées à être orientées vers
les petits côtés
de l'espace de coulée, et par lesquelles transitera l'essentiel du flot de
métal liquide
traversant la busette 1 ; dans l'exemple de la figure la, ces ouïes 5, 6 sont
orientées
horizontalement, mais elles peuvent également être orientées de manière
oblique ; elles
peuvent aussi avoir une section de forme différente (par exemple circulaire),
de manière
classique ;
- une série d'orifices de sortie 7-17 cylindriques de petit diamètre orientés
verticalement, ménagés dans le plan médian du fond 18 de l'élément creux 4, et
destinés à
alimenter directement en métal chaud les zones de l'espace de coulée situées
sous la
busette ; en variante, on peut, comme il est connu dans le document EP-A-0 771
600,
prévoir non pas une mais deux séries de tels orifices, disposées chacune de
part et d'autre
du plan médian du fond 18 de l'élément creux 4.
Une autre variante consisterait à ajouter aux orifices de sortie 7-17 (ou à
leur
substituer) des orifices ménagés dans les grandes parois latérales de
l'élément creux 4, et
orientés en direction des grands côtés de l'espace de coulée (autrement dit en
direction des
cylindres dans le cas d'une installation de coulée entre cylindres). Ces
orifices 7-17
peuvent aussi ne pas être strictement cylindriques, mais avoir une section par
exemple
elliptique. Ils peuvent aussi (notamment selon l'une des variantes de EP-A-0
771 600) être
orientés de manière oblique. Enfin, ils peuvent être remplacés par une ou
plusieurs fentes
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s'étendant chacune sur une partie ou l'ensemble de la longueur du fond 18 de
l'élément
creux 4, et dont il serait important qu'elles soient alimentées de manière
homogène sur
l'ensemble de leur longueur.
La busette 1 comporte également, disposée dans son espace intérieur 3, une
5 réglette perforée 19 reposant sur des épaulements 36 ménagés sur les parois
des ouïes 5, 6.
Sa fonction est, comme il est connu, de créer des pertes de charge dans le
métal liquide, de
manière à obtenir un meilleur remplissage de l'espace intérieur 3, et
régulariser ainsi les
écoulements du métal liquide hors de la busette 1. Selon l'invention, cette
réglette 19 a une
forme différente de la forme parallélépipédique classique, en ce qu'elle
comporte une
partie en relief 20 dont le sommet est destiné à être situé sur l'axe
horizontal longitudinal
de partie creuse 4 de la busette 1. Dans l'exemple représenté sur les figures
la et lb, cette
partie en relief 20 ne concerne que la portion centrale de la largeur de la
face supérieure 21
de la réglette 19, et présente une section transversale triangulaire dont les
dimensions ne
varient pas sur la longueur de la réglette 19. Les parties restantes de cette
face supérieure
21 sont planes, et c'est sur ces parties planes, au ras de la partie en relief
20, que sont
ménagées les perforations 22, 22', 23-34 que doit traverser le métal liquide
avant de
parvenir dans la partie inférieure 35 de l'espace intérieur 3 de la busette 1,
puis de s'écouler
hors de la busette 1 à travers la partie inférieure des ouïes 5, 6 et les
orifices 7-17. Dans la
configuration représentée, une partie du métal peut s'écouler hors de la
busette 1 par la
partie supérieure des ouïes 5, 6, donc sans avoir traversé les perforations 23-
34 de la
réglette 19. Mais selon l'invention, le métal qui s'écoule hors de la busette
1 par les orifices
de sortie 7-17 doit obligatoirement avoir, au préalable, traversé les
perforations 23-34 de la
réglette 19.
En variante, comme représenté sur la figure 1 c, la section transversale de la
partie
en relief 20 de la réglette 19 peut avoir la forme d'un triangle dont la
pointe a été arasée, et
présenter ainsi une partie plane 36 à son sommet.
Il va de soi que la représentation de la busette 1 n'est que schématique, et
que
seuls y figurent les éléments et détails nécessaires à la compréhension de
l'invention. En
particulier, pour ne pas surcharger la figure la, on n'a pas représenté la
manière dont les
différentes parties de la busette 1 sont assemblées les unes aux autres, cette
manière ne se
distinguant pas de ce qui est habituel pour ce genre de busette. Par exemple,
le tube
cylindrique 2 et l'élément creux 4 peuvent être fixés l'un à l'autre par
vissage.
De même, la forme extérieure de l'élément creux 4 de la busette 1 n'est qu'un
exemple non limitatif et peut être modifiée.
La figure 2 représente une variante de réglette selon l'invention, dans
laquelle la
partie en relief 37, de section transversale triangulaire, couvre toute la
largeur de la réglette
38. Le sommet de la partie en relief 37 peut également être arasé, de manière
comparable à
ce qu'on observe sur la variante de la figure lc. La figure 3 représente une
variante de la
configuration de la figure 2 : la réglette 39 a une partie en relief 40 de
section transversale
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triangulaire, et dont l'épaisseur décroît entre son milieu et ses extrémités.
Cette
configuration à épaisseur variable de la partie en relief 40 peut aussi être
adaptée au cas de
la figure 1, où la partie en relief 20 ne couvre que la portion centrale de la
largeur de la
réglette 19. Par cette variante, on cherche, si nécessaire, à éviter que les
orifices situés au
voisinage des extrémités de la busette 1 ne soient alimentées de manière
déficitaire par
rapport aux orifices situés près de sa partie centrale, donc à l'aplomb du jet
de coulée, en
particulier dans le cas où on utilise une busette de très grande longueur (de
l'ordre de 700
mm par exemple).
La figure 4 montre un exemple de réglette 41 dont la partie en relief 42 a non
plus
une section triangulaire, mais une section arrondie. Là encore, la partie en
relief 42 peut
couvrir la totalité de la face supérieure de la réglette 40 (comme
représenté), ou seulement
une portion de cette face supérieure, et son épaisseur peut être identique sur
toute la
longueur de la réglette 40, ou diminuer entre sa partie centrale et ses
extrémités.
Enfin, la figure 5 montre un exemple de réglette 43, dans laquelle la partie
en
relief 44 ne couvre qu'une portion centrale de la surface supérieure de la
réglette 43, et a
une section transversale rectangulaire à sa base et triangulaire à son sommet.
D'autre part,
ladite surface supérieure présente des arêtes biseautés 45, 46.
Les exemples de réglettes qui ont été décrits et représentés ne sont pas
limitatifs,
et d'autres configurations peuvent être imaginées, par exemple par combinaison
de
caractéristiques essentielles des exemples précédents. D'autre part, la
position de la réglette
peut être modifiée en fonction de la géométrie intérieure de la busette. Au
lieu d'être placée
à l'intérieur des ouïes comme représenté, elle peut être placée entièrement au-
dessus ou au-
dessous des ouïes, l'essentiel étant que le métal liquide la traverse
obligatoirement avant de
s'écouler hors de la busette par les orifices de sortie ménagés dans le fond
de l'élément
creux. La busette peut également comporter d'autres obstacles, en plus de la
réglette.
Il est également envisageable que toutes les perforations de la réglette ne
présentent pas le même diamètre, et/ou soient placées à des distances
irrégulières les une
part rapport aux autres, si on observe que cela contribue à améliorer encore
davantage la
répartition du métal liquide sortant du fond de la busette. De même, les
perforations
peuvent être non pas strictement verticales mais obliques.
A titre d'exemple, on peut donner les résultats d'essais suivants. Ils ont été
réalisés sur une maquette hydraulique où on a reproduit les configurations
d'une busette 1
dont l'élément creux 4 a une longueur de 700 mm et une largeur intérieure de
54 mm, et est
muni d'une réglette ayant ces mêmes longueur et largeur. Dans la configuration
de
référence, la réglette a une forme strictement parallélépipédique et une
épaisseur de 20 mm.
Elle comporte deux rangées de perforations cylindriques de 12 mm de diamètre
dont les
axes sont placés à une distance de 15 mm des bords de la réglette. Ces
perforations ont
leurs axes distants de 24 mm, et les axes des perforations les plus proches
des extrémités de
la réglette sont situés à 35 mm desdites extrémités. Dans la configuration
selon l'invention,
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la réglette est du type 19 représenté sur les figures la et lb, avec une
partie centrale en
relief de section transversale triangulaire 20, dont le sommet surplombe la
face supérieure
de la réglette 19 de 20 mm. Les perforations sont ménagées de la même façon
que pour la
réglette de référence. Le fond de l'élément creux 4 comporte dans les deux cas
une rangée
centrale de 26 orifices comparables aux orifices 7-17 de la figure la. On a
mesuré sur la
maquette la proportion de l'eau transitant par la busette 1 qui en sortait par
chacune des
ouïes 5, 6 et par chacun des orifices du fond de l'élément creux 4. Les
résultats des mesures
figurent dans le tableau 1. Les orifices ont été numérotés en allant d'une
extrémité à l'autre
de la busette 1, les trous N 13 et 14 étant situés de part et d'autre de
l'axe vertical de la
busette 1.
Réglette de référence Réglette de l'invention
N de l'orifice % du débit total sortant par N de l'orifice % du débit total
sortant par
ouïe de gauche 25,5 ouïe de gauche 21,2
1 2,2 1 2,3
2 2,1 2 2,3
3 2,1 3 2,3
4 2,0 4 2,2
5 2,1 5 2,3
6 2,1 6 2,3
7 1,2 7 2,2
8 2,0 8 2,2
9 1,9 9 2,1
10 1,7 10 2,0
11 0,9 11 1,8
12 1,6 12 1,7
13 2,6 13 3,0
14 2,6 14 3,0
1,6 15 1,7
16 0,9 16 1,8
17 1,7 17 2,0
18 1,9 18 2,1
19 2,0 19 2,2
1,2 20 2,2
21 2,1 21 2,3
22 2,1 22 2,3
23 2,0 23 2,2
24 2,1 24 2,3
2,1 25 2,3
26 2,2 26 2,3
ouïe de droite 25,5 ouïe de droite 21,2
Total 100,0 Total 100,0
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Tableau 1: Répartition du débit de liquide sortant de la busette entre les
ouïes et les
orifices
Dans la configuration de référence, les orifices du fond de la busette sont
alimentés de façon très inégale : ils sont traversés par une proportion du
débit de liquide
qui varie de 0,9 à 2,6 % (0,9 à 2,2 % si on ne tient pas compte des deux
orifices centraux
numérotés 13 et 14 dont il est normal qu'ils soient alimentés de manière
privilégiée
puisqu'ils sont situés à l'aplomb du jet de coulée). On voit que même deux
orifices voisins
peuvent être alimentés avec des débits très différents. Dans la configuration
de réglette
selon l'invention, la dispersion des débits est bien moindre : ils varient de
1,7 à 3,0 % (1,7
à 2,3 % si on ne tient pas compte des orifices centraux).
Comme on l'a dit, la busette selon l'invention trouve une application
privilégiée
dans les installations de coulée continue de bandes minces d'acier entre
cylindres. Mais
elle peut aussi être utilisée sur des installations de coulée continue de
produits
métallurgiques d'autres formats et/ou d'autres métaux, pour lesquels une
grande régularité
de l'alimentation en métal de l'espace de coulée est utile.
