La présente invention concerne un dispositif pour la coulée d'un métal, en particulier de l'acier dans une installation de coulée continue. Elle porte également sur un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.
Le dispositif de l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans la technique de coulée dite "à surchauffe faible". On peut rappeler que, dans le domaine de la coulée d'un métal, la surchauffe est la différence existant entre la température effective du métal et sa température de début de solidification ou température de liquidus.
Pour fixer les idées, et à titre de simple illustration destinée à bien faire comprendre l'objet de l'invention, la description qui suit sera consacrée à la coulée continue de l'acier. Dans ce cas, la surchauffe généralement utilisée dans la pratique courante est de l'ordre de 30°C à 40°C. Il va de soi que l'invention est également applicable à la coulée d'autres métaux.
Un grand intérêt s'est manifesté récemment pour cette technique de coulée à surchauffe faible, qui permet d'obtenir dans le métal des structures de solidification plus fines et une ségrégation moindre que par la coulée classique.
On connaît déjà, notamment par le brevet LU-A-86688, un dispositif de coulée comportant une lingotière précédée par un conduit vertical refroidi extérieurement et muni, à l'intérieur, d'un organe de répartition du métal. Ce dispositif permet d'éliminer totalement ou partiellement la surchauffe du métal, et même de conduire à une "surchauffe négative", c'est-à-dire à un début de solidification du métal et à une coulée en phase pâteuse. Dans ce dispositif, le conduit vertical peut être doté d'un prolongement tubulaire inférieur, également vertical, qui plonge dans la lingotière proprement dite. Ce dispositif ne permet pas d'opérer le réglage du débit de coulée du métal.
La présente invention a pour objet principal un dispositif du type précité, dans lequel il est prévu des moyens simples et efficaces permettant d'assurer le réglage du débit de métal et ainsi de remédier à l'inconvénient du dispositif connu.
Conformément à la présente invention, un dispositif pour la coulée d'un métal dans un moule, qui comporte un conduit vertical disposé entre la sortie du récipient de coulée et l'entrée dudit moule et un organe répartiteur disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit vertical, est caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens pour déplacer verticalement ledit organe répartiteur entre une position haute dans laquelle ledit organe répartiteur ferme ladite sortie du récipient de coulée et une position basse dans laquelle ledit organe répartiteur ouvre une section de passage maximale pour ledit métal.
Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, ledit organe répartiteur est rigidement fixé au conduit vertical et il est prévu des moyens pour déplacer verticalement entre ladite position haute et ladite position basse, l'ensemble constitué par ledit conduit vertical, un prolongement inférieur éventuel, et ledit organe répartiteur.
Suivant une caractéristique supplémentaire du dispositif de l'invention, lesdits moyens comprennent des systèmes élastiques reposant sur une base fixe et supportant élastiquement ledit organe répartiteur, respectivement ledit ensemble, ainsi que des mécanismes de commande de la position verticale desdits systèmes élastiques.
De manière préférentielle, lesdits systèmes élastiques sont constitués par des ressorts hélicoïdaux placés verticalement, qui prennent appui par une extrémité sur ladite base fixe et qui supportent à leur autre extrémité des douilles attachées audit ensemble.
Dans le prolongement et au-dessus de ces systèmes élastiques sont disposées des unités de piston-cylindre, telles que des vérins hydrauliques ou pneumatiques, dont les pistons peuvent déplacer verticalement les douilles des systèmes élastiques qui leur font respectivement face, en déformant les ressorts correspondants pour assurer le déplacement vertical dudit ensemble.
La description détaillée qui va suivre fera apparaître les avantages du dispositif de l'invention. Cette description porte, à titre de simple exemple, sur une réalisation préférée du dispositif de l'invention, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels la
Ces figures constituent bien entendu des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. De plus, des éléments identiques ou analogues sont toujours désignés par les mêmes repères numériques.
La Fig. 1 montre une coupe verticale à travers un dispositif de coulée, suivant deux demi-plans radiaux correspondant à la ligne A-A de la Fig. 2.
De façon connue en soi, le dispositif de coulée se compose d'une busette de coulée (1), symbolisant un récipient de coulée non représenté, d'un conduit vertical comportant un tronçon réfractaire (2) suivi d'un tronçon en cuivre (3), d'un dôme de répartition 4 fixé dans le tronçon réfractaire (2), et d'un tube de coulée (5), en matériau réfractaire, qui plonge dans une lingotière non représentée. Le tronçon en cuivre (3) est pourvu de moyens de refroidissement généralement à l'eau, qui sont schématisés ici par un caisson (6). Ces divers éléments sont de préférence alignés suivant un axe vertical.
La busette (1) est placée dans un panier répartiteur délimité dans le bas par une plaque horizontale (7). Le conduit vertical (2,3), le dôme de répartition (4) et le tube de coulée (5) forment un ensemble solidaire, déplaçable verticalement par rapport à la busette (1); pour simplifier, cet ensemble sera désormais appelé "groupe de réglage". Le groupe de réglage peut encore comporter des conduits (8,9) de distribution de gaz neutre, ménagés respectivement dans le tronçon réfractaire (2) et dans le dôme de répartition (4).
Dans la réalisation représentée ici, le groupe de réglage (2,3,4,5) repose sur un bâti (10) solidaire de la plaque horizontale (7), par l'intermédiaire d'appuis élastiques, globalement désignés par les repères numériques (11). Les appuis élastiques (11) sont de préférence au nombre de trois, disposés à intervalles réguliers à la périphérie du groupe de réglage.
Chaque appui élastique (11) comprend une douille (12) fixée par soudage au caisson (6), la douille ayant son extrémité inférieure ouverte et son extrémité supérieure fermée par un fond horizontal. La douille (12) est engagée sur une colonne verticale (13) fixée au bâti (10). Dans l'espace annulaire ménagé entre la douille (12) et la colonne (13), sont disposés un manchon d'appui (14), une cage (15) et un ressort hélicoïdal (16). Le ressort hélicoïdal (16) entoure la colonne (13); il s'appuie d'une part sur le bâti (10) et d'autre part dans la cage (15).
Au-dessus de la douille (12) et en alignement axial avec celle-ci, il est prévu un vérin (17), de préférence hydraulique, qui est monté sur la plaque (7). Ce vérin (17) comporte un piston (18) mobile en direction verticale entre une position complètement retirée, dans laquelle il n'est pas en contact avec le fond de la douille (12), et une position complètement sortie dans laquelle il repousse la douille (12), en comprimant le ressort hélicoïdal (16).
Par ailleurs, la plaque (7) portant les vérins (17) supporte le bâti (10) par l'intermédiaire de moyens pour articuler un côté du bâti, par exemple une charnière (19); elle est également pourvue d'un système de verrouillage (20), qui permet d'immobiliser le bâti (10) dans la position horizontale requise pendant la coulée.
La Fig. 2 est une vue en plan qui montre la disposition relative des divers éléments constituant le dispositif de l'invention autour de l'axe vertical de coulée. Pour la clarté du dessin, on a enlevé la busette (1) ainsi que la plaque (7) et les vérins (17,18) qu'elle porte.
Ce dispositif fonctionne de la manière suivante.
On ajuste au préalable le groupe de réglage (2,3,4,5) en alignement avec la busette (1).
Dans la situation représentée dans la Fig. 1, le groupe de réglage se trouve dans sa position la plus élevée, sous l'effet de la poussée vers le haut exercée par les ressorts (16). Dans cette position, le dôme de répartition (4) obture l'orifice de sortie de la busette (1).
Pour permettre la coulée de métal par la busette (1), on fait descendre les pistons (18) jusqu'à ce qu'ils touchent le fond supérieur des douilles (12) puis repoussent celles-ci vers le bas en comprimant les ressorts (16). Cette opération a pour effet d'ouvrir une section de passage annulaire entre la busette (1) et le dôme de répartition (4).
On peut de la sorte régler le débit de métal coulé en faisant varier la section de passage précitée par une adaptation appropriée de la course des pistons (18).
Le métal quittant la busette (1) ruisselle sur le dôme de répartition (4) et il forme ensuite un jet creux s'écoulant contre la face intérieure du conduit vertical (2,3). Après avoir subi le refroidissement désiré dans le tronçon (3), il arrive dans le tube de coulée (5) d'où il s'écoule dans la lingotière non représentée.
Un gaz neutre tel que l'argon peut être insufflé par les conduits (8,9), respectivement pour former un joint gazeux entre la busette (1) et le tronçon réfractaire (2) et pour créer une surpression à l'intérieur du jet creux de métal dans le conduit vertical (2,3).
Pour différentes raisons, par exemple lors d'un entretien ou d'une réparation, il peut s'avérer nécessaire d'avoir accès au groupe de réglage, en particulier au dôme de répartition (4).
A cet effet, on ouvre le système de verrouillage (20) et on bascule le bâti (10) en le faisant pivoter autour de la charnière (19). Il est alors possible d'effectuer tous les travaux nécessaires au groupe de réglage, y compris de le remplacer intégralement. On relève ensuite le bâti (10) et on l'immobilise à nouveau en position horizontale au moyen du système de verrouillage (20).
Bien qu'elle ait été exposée en faisant référence à la coulée continue de l'acier, l'invention n'est cependant pas limitée à la réalisation qui a été décrite et illustrée. En particulier, elle s'applique à la coulée d'un métal dans tout type de moule, dans la mesure où cette coulée fait appel à un conduit vertical refroidi équipé d'un dôme de répartition du métal. En fait, les seules limitations imposées à l'invention résultent des revendications qui suivent.