BUSETTE A JET CREUX POUR COULEE CONTINUE D'ACIER

Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à une amélioration du dispositif et du procédé de coulée d'un métal en fusion, en particulier de l'acier, dans une lingotière de coulée continue, en utilisant une busette en jet creux, où de la matière métallique finement divisée est injectée dans le volume intérieur du jet creux, ce dernier étant maintenu par circulation d'un débit de gaz non oxydant tel que l'argon.

Etat de la technique

[0002] II est connu que, dans la technique de coulée continue, l'acier en fusion est introduit dans la lingotière au moyen d'au moins une busette, c'est-à-dire un élément généralement tubulaire disposé entre le panier répartiteur et la lingotière. L'extrémité inférieure de la busette est pourvue habituellement d'un ou deux orifices de sortie sis dans l'axe de la busette ou latéralement, et débouche sous le niveau libre d'acier liquide présent dans la lingotière.

[0003] La busette de coulée en jet creux, dite HJN, pour hollow jet nozzle, a été développée il y a une vingtaine d'année pour la coulée continue d'acier à basse surchauffe. Le principe, décrit dans le brevet EP-B-269 180, était de refroidir l'acier au moyen d'un échangeur de chaleur constitué d'un tube en cuivre refroidi à l'eau combiné avec un déflecteur ou dôme, juste avant son entrée

dans la lingotiêre et sa solidification. L'idée principale du brevet était de créer un jet creux à l'intérieur de la busette avec ruissellement sur la paroi intérieure de l'échangeur de chaleur, permettant le refroidissement de l'acier en vue :

- d'une part de permettre une solidification de l'acier liquide, en passant par la phase pâteuse, sans bouchage de la busette ;

- d'autre part, d'augmenter la surface d'échange entre l'acier liquide et la surface de refroidissement pour augmenter la puissance de refroidissement .

[0004] Une injection d'un gaz protecteur tel que l'argon sous le dôme de répartition de l'acier assure la formation et le maintien du jet creux à l'intérieur de la busette. De plus, l'introduction du gaz protecteur sous pression dans le conduit provoque une surpression qui empêche tout entraînement d'air par l'acier liquide, qui conduirait a l'oxydation de celui-ci ou à la formation d'alumine avec bouchage de la busette.

[0005] Un second brevet essentiel, EP-B-605379, déposé en 1993, a pour objet l'injection de poudre métallique à l'intérieur du jet creux créé dans la busette HJN. Selon le cas, on peut injecter, toujours dans le cas de la coulée d'acier :

- de la poudre de fer pour créer des germes . de solidification et affiner . la structure de solidification ;

- de la poudre de ferro-alliage pour modifier la composition de l'acier in situ . et améliorer les rendements d'addition dans le cas des. éléments aisément oxydables.

[0006] Toujours selon ce dernier brevet, l'injection de la poudre est réalisée par transport pneumatique sous

argon au travers du dôme en réfractaire créant le jet creux.

Position du problême

[0007] Les nombreux essais industriels réalisés avec cet équipement ont fait apparaître une contrainte pratique majeure de mise en œuvre du procédé dans la coulée continue. La quantité d'argon utilisée doit absolument être limitée au niveau de la lingotière à 15 à 20 Nl/min, cette valeur dépendant de la caractéristique de la machine en format et vitesse de coulée, dans le but :

- d'éviter le piégeage de bulles d'argon dans la peau en cours de solidification, la présence de bulles sous- cutanées pouvant créer après laminage des défauts de surface importants ;

- de réduire la perturbation du niveau d'acier se trouvant en lingotière par la remontée de bulles d'argon à la surface. Les variations importantes du niveau qui en résultent pénalisent fortement l'état de surface du produit brut de coulée et peuvent entraîner le piégeage de la poudre de couverture dans la peau solidifiée, pénalisant la qualité du produit final.

[0008] Dans la pratique, le débit du gaz transporteur augmente en fonction de la quantité de poudre à injecter par le système existant. La figure 1 montre un exemple de relation entre le débit de poudre et le débit d'argon pour une poudre de fer de granulométrie comprise entre 100 et 200 μm injectée dans un tube de 10 mm de diamètre. Ceci limite donc la quantité de poudre injectable dans le produit, surtout dans le cas de la coulée continue de brames où les débits de poudre doivent être plus importants que pour la coulée de billettes. Dans le cas particulier de la figure 1, si la quantité maximale

autorisée de gaz est de 15 Nl/min, le débit de poudre injectée est limité à 13 kg/min environ.

Buts de l ' invention

[0009] La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.

[0010] En particulier, l'invention a pour but de permettre l'injection d'une quantité de poudre métallique dans une busette HJN selon un débit élevé tout en conservant un débit du gaz protecteur du jet creux acceptable en intensité pour un fonctionnement stable de la coulée en continu.

Principaux éléments caractéristiques de l ' invention [0011] Un premier objet de la présente invention se rapporte à une installation de coulée continue pour l'écoulement d'acier liquide à partir d'un panier répartiteur dans une lingotière au travers d'une busette en jet creux, dite busette HJN, comprenant principalement, si elle est décrite en position verticale et considérée dans le sens de progression de l'acier liquide de haut en bas, un conduit vertical, terminé par un couvercle supérieur présentant un orifice d'entrée de l'acier liquide à partir du panier répartiteur et une base inférieure présentant au moins un orifice de sortie, ledit conduit comprenant dans sa partie supérieure un organe répartiteur disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit vertical et comprenant un déflecteur ou dôme permettant de dévier le métal entrant vers les parois latérales de la busette, ladite busette comprenant également des moyens d'injection de poudre métallique ou de matière métallique solide finement divisée sous ledit dôme dans une zone d'injection et des moyens d'injection de gaz non oxydant pour

l'établissement et le maintien du jet creux, caractérisée en ce que les moyens d'injection de poudre sont indépendants et physiquement séparés des moyens d'injection du gaz non oxydant, de sorte qu'en fonctionnement le gaz non oxydant n'est pas utilisé comme vecteur pour l'injection de poudre.

[0012] Selon l'invention, ladite installation comprend d'une part un conduit pour le flux entrant de gaz non oxydant dans la busette au niveau d'un premier orifice, éventuellement terminé par un injecteur sis à ce premier orifice et son dispositif de mesure de flux et de pression et d'autre part, séparément, un conduit pour l'alimentation de la busette en poudre, au niveau d'un second orifice, éventuellement terminé par un injecteur sis à ce second orifice, un réservoir de poudre ou particules finement divisées et son dispositif de mesure de poids. [0013] Avantageusement, les moyens d'injection de poudre comprennent des moyens mécaniques tels qu'un dispositif à vis sans fin.

[0014] Selon une modalité préférée de l'invention, le dispositif à vis sans fin est disposé entre le bas du panier répartiteur et le couvercle supérieur de la busette HJN.

[0015] De préférence, le conduit pour l'alimentation de la busette en poudre débouche sous le dôme répartiteur, au moins une partie de ce conduit étant aménagée dans le dôme répartiteur avec une pente non nulle.

[0016] Avantageusement, l'installation est pourvue de moyens pour assurer la régulation du débit de poudre, lesdits moyens comprenant de préférence un asservissement de la rotation de la vis sans fin à une mesure en continu du poids du réservoir de poudre .

[0017] Toujours avantageusement, les moyens d'injection de poudre ^' sont maintenus sous atmosphère inerte.

[0018] De préférence, le gaz non oxydant comprend de l'argon et ladite poudre métallique est une poudre de fer ou de ferro-alliage .

[0019] Un second objet de la présente invention concerne un procédé pour la coulée continue d'acier en jet creux, de préférence sous la forme de produits plats ou longs, au moyen de l'installation précitée, comprenant les étapes suivantes :

- coulée d'un acier de base en fusion du panier répartiteur vers la lingotière au travers de la busette HJN ;

- établissement et maintien du jet creux par injection à partir d'un premier conduit d'un gaz non oxydant tel que l'argon à un débit ne dépassant pas 15 Nl/min ;

- injection par un second conduit, indépendant du premier conduit, de matière métallique solide finement divisée ou en poudre dans la partie creuse du jet sous l'organe répartiteur, ladite matière solide finement divisée ou en poudre se mélangeant avec l'acier à la fin de la zone d'injection dans la busette ou à la zone de jonction de la busette et de la lingotière.

3rêve description des figures

[0020] La figure 1, déjà mentionnée, représente jraphiquement la relation entre le débit de poudre nétallique injectée et le débit d'argon dans lequel celle-

:i est en suspension, pour une injection dans une busette le coulée continue en jet creux.

[0021] La figure 2 représente une forme d'exécution l'un exemple de dispositif selon l'état de la technique. .

[0022] La figure 3 représente une forme d'exécution préférée du dispositif selon la présente invention.

Description d'une forme d'exécution selon l'état de la technique

[0023] La figure 2 montre un dispositif de coulée selon l'état de la technique (brevet BE 1014063), monté entre une lingotière de coulée continue 1 et une poche de coulée ou un panier répartiteur de coulée 2 comportant un conduit de sortie 3. Le conduit de sortie 3 est muni d'un régulateur de débit, tel qu'une quenouille 4 ou un tiroir coulissant. Une busette 5, ayant essentiellement la forme d'un cylindre, éventuellement de section ovale, fixée au panier répartiteur, est sise au-dessus de la lingotière 1 et y plonge. La base supérieure du cylindre est en contact avec le conduit 3. Cette base est pourvue d'un orifice correspondant à l'orifice intérieur du conduit. La busette 5 comporte à sa partie inférieure au moins une ouïe de communication 8 permettant le passage de l'acier vers la lingotière. Dans la partie supérieure de la busette 5 est disposé un organe répartiteur en forme de dôme 6, dont la surface supérieure est en légère pente, de préférence supérieure à 10°, par rapport à l'horizontale. Un dispositif d'injection est disposé de manière à introduire sous le dôme 6 des particules solides finement divisées ou en poudre 15, en utilisant un gaz non oxydant comme vecteur. Ce dispositif comprend également un flux entrant d'argon 7 et son dispositif- de mesure de flux 9 et de pression 10, un conteneur de poudre ou particules finement divisées 11 et son dispositif de mesure de poids 12, et enfin une conduite d'alimentation dans la busette 13, ainsi qu'un injecteur 14.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0024] Afin d'apporter une solution au problème posé ci-dessus, la présente invention a pour objet un dispositif qui permette de dissocier la quantité de poudre injectée dans la busette à jet creux de la quantité d'argon ajoutée pour la création et le maintien du jet creux. [0025] Le dispositif de l'invention, représenté schématiquement sur la figure 3, comporte ainsi des moyens pour séparer l'arrivée de gaz et l'injection de poudre. [0026] Selon l'invention, l'alimentation en poudre métallique est assurée au moyen d'une conduite d'alimentation 13, passant par exemple au travers du dôme répartiteur 6, débouchant sous celui-ci au niveau d'un orifice 14, éventuellement doté d'un injecteur de forme appropriée non représenté, et munie d'une vis sans fin 13A. L'injection d'argon, indépendante de l'injection de poudre, destinée uniquement à maintenir le jet creux est assurée par un conduit supplémentaire 16 terminé par un orifice 17, éventuellement doté d'un injecteur de forme appropriée non représenté, débouchant par exemple également sous le dôme répartiteur 6.

[0027] Grâce à ce système, on peut dissocier l'injection de poudre et de gaz et donc ajouter de manière contrôlée de plus grandes quantités de poudre dans l'acier liquide tout en maintenant un bon écoulement de l'acier en lingotière, et notamment sans perturbation du ménisque ni entraînement profond de bulles d'argon.

[0028] Selon une forme d'exécution particulièrement avantageuse, la vis sans fin 13A du système d'injection de poudre selon l'invention sera placée entre le bas du panier répartiteur 2 et le couvercle 5A de la busette HJM 5. Cet emplacement particulier a le double avantage :

- de positionner la vis 13A dans un endroit où les températures sont soutenables pour un système mécanique et,

- de profiter de la gravité pour laisser s'écouler la poudre à travers le couvercle supérieur et le dôme de la busette HJN.

[0029] Avantageusement, une régulation du débit de poudre sera assurée par un contrôle de la vitesse de rotation de la vis, asservi à une mesure en continu du poids du réservoir de poudre. De plus, tout le système d'injection est maintenu sous une atmosphère inerte d'argon pour éviter tout piégeage d'oxygène dans l'acier.