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WO 2010/057639 PCT/EP2009/008243
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Tube de poche pour installation de coulée de métal liquide.
[0001] La présente invention concerne une installation de coulée pour métal
liquide, et
notamment un tube de poche apte à être introduit dans une telle installation.
[0002] Un tube de poche est un tube comprenant un canal s'étendant
essentiellement selon un
axe; le canal permettant le passage de métal liquide provenant d'un récipient
métallurgique, tel
qu'une poche, jusqu'à un répartiteur. Un tel tube est introduit dans
l'installation de manière à ce
que l'axe du canal soit vertical et que l'extrémité supérieure de celui-ci
soit en contact avec un
élément amont de l'installation, alors que l'extrémité inférieure de celui-ci
est immergée dans le
répartiteur.
[0003] On connaît dans l'état de la technique un tube de poche comprenant, à
une portion
d'extrémité du tube correspondant à une portion d'extrémité supérieure du
canal, une enveloppe
métallique entourant un corps du tube, cette enveloppe métallique étant
d'épaisseur inférieure
ou égale à 5 millimètres. Une telle enveloppe, de par ses dimensions
restreintes, ne sert qu'à
réduire les tolérances dimensionnelles inévitables lors de la fabrication du
tube en matériau
réfractaire. En particulier, une telle enveloppe est totalement incompatible
avec les contraintes
(températures, pression) liées à l'utilisation du tube et, par voie de
conséquence, il ne peut être
envisagé de tirer avantage de cette enveloppe pour le maintien ou le
positionnement du tube de
poche. Ces problèmes sont encore exacerbés si l'on souhaite utiliser de tels
tubes dans un
dispositif d'introduction de tubes de poche par coulissement. En effet, dans
un tel cas, les
contraintes (traction par exemple) sont encore plus localisées que dans un
dispositif
conventionnel par em boitement.
[0004] Avant l'introduction du tube dans l'installation, la portion
d'extrémité du tube peut être
mise en place dans un cadre de rigidification amovible (voir par exemple WO-A1-
2004/052576).
Ce cadre est ensuite placé sur un support et l'ensemble du tube et du cadre
est introduit dans
l'installation de coulée, de sorte que la portion d'extrémité du tube se
trouve en contact avec
l'élément amont de l'installation de coulée.
[0005] La mise en place d'un tel cadre est assez longue et relativement
complexe pour
l'opérateur. Un tel cadre est également fort coûteux. Il existe donc un besoin
de simplifier les
opérations au niveau de l'installation de coulée, notamment pour diminuer les
coûts liés à la
coulée.
[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un tube de poche pour coulée de
métal liquide,
comprenant un canal pour le passage du métal s'étendant essentiellement selon
un axe et une
enveloppe métallique disposée à une portion d'extrémité du tube correspondant
à une extrémité
du canal, l'enveloppe comprenant au moins une partie d'épaisseur supérieure ou
égale à
10 millimètres, de préférence 14 millimètres, le tube comprenant également des
moyens de
solidarisation à des moyens d'entraînement du tube, les moyens de
solidarisation étant
ménagés sur l'enveloppe, notamment sur la partie épaisse de celle-ci.
[0007] Ainsi, du fait de l'épaisseur de son enveloppe, le tube selon
l'invention est plus robuste
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qu'un tube de l'état de la technique et résiste mieux aux contraintes,
notamment aux contraintes de traction,
qu'il est susceptible de subir dans la portion d'extrémité formant l'extrémité
supérieure du tube lorsque celui-d
est introduit dans l'installation. Comme le tube comprend en outre des moyens
de solidarisation à des moyens
d'entraînement du tube, constitués par exemple par un support permettant de
déplacer et maintenir le tube
dans l'installation de coulée, et que ses propriétés mécaniques sont
suffisantes, on peut s'affranchir de la
présence d'un cadre.
[0008] Cela permet de simplifier le procédé d'introduction du tube dans
l'installation puisque
l'étape de mise en place du tube dans le cadre, qui demande une manipulation
du tube par
l'opérateur, est supprimée. La mise en place du tube dans l'installation est
donc plus rapide et
moins coûteuse.
[0009] En outre, lorsque le tube a déjà été utilisé et est mis au rebut, une
étape de séparation
du cadre et du tube, n'est plus nécessaire. Cette opération est en effet
souvent rendue très
difficile par les gouttes d'acier figées ayant été projetées pendant les
opérations de coulée. Ces
gouttes d'acier figées soudent entre elles les parties constitutives du cadre
de l'état de la
technique.
[0010] De plus, du fait de la suppression du cadre, le tube introduit dans
l'installation est moins
lourd que l'élément de coulée de l'état de la technique comprenant à la fois
le tube et le cadre. Il
est donc également possible de simplifier les outillages qui maintiennent le
tube de poche dans
l'installation de coulée et déplacent celui-ci. Les coûts relatifs à la coulée
sont de ce fait encore
diminués.
[0011] Enfin, l'épaisseur de la ceinture permet d'y ménager des encoches qui,
coopérant avec
un dispositif de maintien et/ou de positionnement du tube de poche, serviront
à maintenir,
supporter ou introduire le tube de poche en position de coulée sans risque de
voir l'enveloppe
métallique se rompre ou se déformer en cours d'utilisation.
De plus, le tube se termine dans la portion d'extrémité par une surface plane.
Dans ce cas, le
tube est introduit dans l'installation de coulée par coulissement, c'est-à-
dire que la surface plane
surface du tube est en contact avec l'élément directement amont de
l'installation et, en cours de
coulée, coulisse par rapport à cet élément. Dans ce cas, les contraintes que
le tube subit au
niveau de la surface sont des contraintes en traction relativement importantes
risquant
d'endommager le tube. L'épaisseur de l'enveloppe suffit toutefois à assurer
une robustesse
suffisante de celui-ci, même dans le cas où le tube est introduit par
coulissement dans
l'installation.
[0012] L'invention comprend également l'une ou plusieurs des caractéristiques
de la liste
suivante :
- dans la portion d'extrémité, le tube comprend au moins une section
transversale, normale à
l'axe du canal, de forme distincte et/ou de dimensions différentes d'une
section transversale
d'une autre portion du tube, la section dans la portion d'extrémité étant en
particulier
rectangulaire, de préférence carrée. Ainsi, la section transversale de la
portion d'extrémité est
modifiée relativement à la section du reste du tube, généralement circulaire,
de façon à
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s'adapter aux installations de coulée et supports existants et accueillant un
tube muni d'un
cadre. En outre, la portion d'extrémité ayant une section transversale carrée,
le positionnement
de celle-ci dans l'installation et/ou sur le support est facilité,
- l'enveloppe métallique est réalisée en une seule pièce. On évite ainsi une
opération de liaison,
notamment par soudage, de différentes parties de l'enveloppe, comme cela est
effectué dans
l'état de la technique. On simplifie donc également le procédé de fabrication
du tube. En outre,
avec une enveloppe en une seule pièce, on améliore la robustesse du tube, ce
qui permet de
diminuer encore légèrement l'épaisseur de l'enveloppe et le poids du tube,
- le tube comprend un corps de tube réalisé en un premier matériau, un
deuxième matériau
étant surmoulé sur le corps dans la portion d'extrémité du tube, en
particulier entre le corps et
l'enveloppe. Ainsi, un tel tube est fabriqué à l'aide d'un procédé de
fabrication simple. Il est en
effet plus avantageux de fabriquer le corps de tube, par exemple par moulage,
pressage ou par
extrusion puis de surmouler de la matière sur celui-ci que de fabriquer en une
seule opération un
tube comprenant deux sections différentes. Avec cette technique, le tube de
forme relativement
complexe est fabriqué de façon simple et peu coûteuse,
- la partie épaisse de l'enveloppe s'étend sur au moins une circonférence du
tube. Cela permet
d'améliorer la robustesse du tube quelle que soit l'orientation dans laquelle
celui-ci est placé
dans le support et/ou dans l'installation de coulée.
[0013] Avantageusement, les encoches servent de moyens pour contrôler
l'orientation
angulaire du tube selon son axe par rapport à l'élément amont, ces moyens
étant aptes à
conférer au moins trois orientations distinctes au tube. Ainsi, on peut
introduire l'élément de
coulée, notamment le tube, sous la poche, selon une ou plusieurs orientations
prédéterminées.
De ce fait, à chaque réutilisation du tube, on peut contrôler l'orientation
angulaire dans laquelle
on va placer celui-ci relativement à l'élément amont de l'installation,
éventuellement en fonction
des orientations angulaires dans lesquelles on l'a placé lors des précédentes
utilisations.
[0014] On peut alors obtenir une meilleure distribution de l'usure interne du
tube. En effet, le
flux issu d'une poche de coulée d'acier est légèrement orienté, d'autant plus
lorsque, entre la
poche et le tube de poche, se trouve une valve, dite à tiroir> et comportant
une ouverture apte
à être partiellement obturée lors de la coulée. Lorsque cette ouverture est en
position
partiellement obturée, le flux de métal liquide a un mouvement sinusoïdal : il
est dirigé plus
particulièrement vers une portion donnée d'une paroi interne du tube, sur
laquelle il est en
quelque sorte réfléchi pour être dirigé vers une portion opposée de la paroi,
etc. Or, les portions
de la paroi interne du tube de poche vers lesquelles est dirigé le flux
s'usent plus rapidement
que le reste de cette paroi, au vu de la température élevée à laquelle est
porté le métal liquide.
Ainsi, en répartissant en fonction des utilisations les portions de paroi les
plus susceptible d'être
usées, l'usure interne de la paroi du tube est uniformisée et le tube n'est
pas mis au rebut du fait
d'une seule portion de la paroi interne qui serait très usée relativement aux
autres (une telle
configuration étant possible lorsque l'orientation du tube est aléatoire). La
durée de vie du tube
est donc allongée.
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[0015] En outre, grâce aux moyens de contrôle de l'orientation, il est aisé
d'orienter le flux de
métal liquide car on sait exactement en quelle position le tube sera placé
dans l'installation. On
pourra donc par exemple munir le tube d'ouïes pour que le flux s'écoule selon
une ou plusieurs
directions privilégiées dans le répartiteur. Cela permet d'améliorer
l'efficacité de la coulée.
[0016] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tube
de poche selon
l'invention comprenant un corps réalisé en premier matériau et un deuxième
matériau surmoulé
sur le corps, dans lequel :
- on fabrique le corps du tube en le premier matériau,
- on enfile sur le corps du tube l'enveloppe métallique de sorte que celle-
ci soit mise en place à
la portion d'extrémité du tube,
- on surmoule le deuxième matériau entre l'enveloppe et le corps du tube.
[0017] Le procédé permet de fabriquer le tube selon l'invention de façon
simple et peu
coûteuse.
[0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée
uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique
représentant une vue en
perspective d'une portion d'extrémité d'un tube de poche selon un mode de
réalisation particulier
de l'invention.
[0019] On a représenté sur la figure un tube de poche 10 pour une installation
de coulée de
métal liquide, notamment d'acier liquide. Le tube 10 comprend un canal 11 pour
le passage du
métal, s'étendant essentiellement selon un axe, l'axe étant vertical lorsque
le tube est en
position d'utilisation. On a notamment représenté sur la figure une extrémité
supérieure du tube
lorsque celui-ci est dans sa position d'utilisation, c'est à dire une
extrémité apte à être en contact
avec un élément amont de l'installation de coulée.
[0020] Le tube comprend un corps de tube 12 réalisé en matériau réfractaire
et, à son
extrémité, une tête 14 de section transversale carrée de forme distincte d'une
section
transversale du corps du tube 12, lequel présente une section circulaire. La
section transversale
est définie comme étant normale à l'axe du canal 11.
[0021] En outre, la section carrée de la tête 14 est de plus grande dimension
que la section
circulaire du corps de tube 12 et, de ce fait, entre la tête 14 et le corps de
tube 12, le tube de
poche 12 comprend une surface de retour 15 essentiellement horizontale et
tournée vers
l'extrémité inférieure du tube lorsque celui-ci est dans sa position
d'utilisation. Ainsi, la tête du
tube est de forme et de dimensions différentes du reste du tube. Elle permet
de reproduire les
dimensions d'un élément de coulée de l'état de la technique comprenant un
cadre et peut donc
être adaptée à des installations de coulée ou dispositifs de manipulation du
tube existantes.
[0022] A son extrémité, la tête 14 du tube se termine par une surface de
contact plane 16.
Cette surface 16 est notamment apte à entrer en contact avec un élément amont
de l'installation
et est sollicitée en traction, car elle coulisse contre l'élément amont.
[0023] En outre, comme on le voit sur la figure, une enveloppe 17 réalisée en
une seule pièce
est disposée autour d'une portion d'extrémité du corps de tube 12. Cette
enveloppe 17 est
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réalisée en un matériau métallique et notamment en acier et recouvre toute la
tête 14 et une
partie supérieure de la partie tubulaire du tube 12.
[0024] L'enveloppe 17 comprend une portion annulaire formant une ceinture 18
d'épaisseur
plus importante que le reste de l'enveloppe. L'épaisseur de la ceinture 18 est
supérieure à 10
5 millimètres, de préférence à 14 millimètres, alors que le reste de
l'enveloppe est d'épaisseur
comprise entre 2 et 7 millimètres, de préférence entre 4 et 6 millimètres. La
ceinture 18 de
l'enveloppe métallique est ménagée dans la portion dans laquelle cette
enveloppe recouvre la
tête 14.
[0025] En outre, l'enveloppe 17 comprend des moyens de solidarisation 20, par
exemple
quatre encoches, ménagées dans la ceinture 18 de l'enveloppe, notamment en
partie inférieure
de cette ceinture. Les quatre encoches sont identiques. Elles permettent de
solidariser le tube à
des moyens d'entraînement de celui-ci, ces moyens d'entraînement étant
notamment constitués
par un bras manipulateur du tube ou un support en H maintenant le tube dans
l'installation.
Chaque encoche est située sur un côté distinct de la tête 14, au milieu de ce
côté.
[0026] Les encoches sont délimitées par des surfaces de butée aptes à coopérer
avec des
surfaces de butée complémentaires des pions du support du tube. En
particulier, deux
encoches, situées sur des côtés opposés de la tête 14, coopèrent avec deux
pions du support.
Comme le tube comprend quatre encoches, on peut conférer à celui-ci plusieurs
orientations
angulaires selon l'axe du canal relativement au support, et de ce fait, à
l'élément amont de
l'installation. En effet, les encoches étant identiques et réparties
uniformément sur la tête, le tube
peut être mis en place sur le support selon quatre orientations distinctes.
[0027] L'enveloppe métallique 17 comprend en outre, dans la portion recouvrant
la portion
tubulaire du tube, quatre ailettes 22 identiques s'étendant essentiellement
selon l'axe du canal
et de section transversale triangulaire. Chaque ailette 22 est située sous une
des encoches; et
les ailettes sont donc espacées de 90 . Les ailettes 22 permettent de
positionner le tube selon
une orientation souhaitée dans un dispositif de manipulation qui permet de
déplacer le tube 12
jusqu'au support.
[0028] Les ailettes 22 sont notamment destinées à coopérer avec des encoches
de forme
complémentaire du dispositif de manipulation et forment des moyens de guidage
du tube.
Comme le tube comprend quatre ailettes 22, il peut être placé dans le
dispositif de manipulation
en plusieurs orientations selon l'axe du canal par rapport à ce dispositif, de
façon à mettre en
place le tube selon différentes orientations sur le support.
[0029] Un tube tel que décrit ci-dessus permet de s'affranchir de la présence
d'un cadre autour
de celui-ci, ce qui facilite la mise en place du tube dans l'installation de
coulée tout en offrant un
tube ayant une rigidité suffisante pour supporter les conditions auxquelles il
est soumis.
[0030] On va maintenant décrire le procédé de fabrication du tube.
[0031] Tout d'abord, on fabrique le corps du tube 12 par extrusion, moulage ou
pressage.
Ensuite, une fois celui-ci formé, on enfile l'enveloppe métallique 17 sur la
portion d'extrémité du
corps 12. A cet instant, au niveau de la portion d'extrémité du tube, il
existe un espace entre le
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corps du tube 12 et l'enveloppe 17.
[0032] On surmoule ensuite, entre le corps de tube 12 et l'enveloppe 17, un
deuxième
matériau, ce matériau remplissant l'espace entre le corps du tube 12 et
l'enveloppe 17.
[0033] L'intérêt d'un tel procédé de fabrication est que l'on peut fabriquer
un tube à tête carrée
ou ayant une toute autre forme, qui s'adapte aux installations existantes,
tout en conservant un
procédé de fabrication est assez simple.
[0034] On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-
dessus présenté.
[0035] Par exemple, le corps du tube et l'enveloppe peuvent être réalisés en
d'autres matériaux
que ceux décrits. La tête du tube peut également avoir une autre section que
celle décrite.
[0036] De même, les moyens de solidarisation 20 aux moyens d'entraînement ou
les moyens
de guidage du tube peuvent être de forme et de répartition différentes. Par
exemple, le tube peut
comprendre seulement deux encoches, ou éventuellement, à la place de ces
encoches, une
pluralité de pions ménagés sur l'enveloppe métallique et permettant de
solidariser le tube aux
moyens d'entraînement.
[0037] En outre, le tube ayant des sections de forme distincte peut être
fabriqué sans
surmoulage d'un deuxième matériau, même si cela est plus complexe.
[0038] L'épaisseur et la forme de l'enveloppe peuvent également être
différentes de ce qui a
été décrit plus haut, tant que le tube est suffisamment rigide pour résister
au procédé de coulée.
