[0001] La présente invention concerne une pièce réfractaire rainurée pour la coulée d'un
métal fondu entre un récipient métallurgique supérieur et un récipient métallurgique
inférieur, un assemblage réfractaire comprenant une telle pièce et une installation
de coulée comportant un tel assemblage.
[0002] On sait que la coulée continue de l'acier occasionne le remplissage de récipients
métallurgiques successifs, notamment une poche, un répartiteur et des lingotières,
et que lors de son passage d'un récipient métallurgique supérieur à un récipient métallurgique
inférieur, le métal doit, dans la mesure du possible, être préservé de tout contact
avec l'air ambiant.
[0003] A cet effet, un tube de protection de jet ou une busette immergée en matériau réfractaire
prolonge l'orifice de coulée du récipient supérieur (respectivement la poche ou le
répartiteur), et plonge dans le bain de métal fondu présent dans le récipient inférieur
(respectivement le répartiteur ou la lingotière), de sorte que le métal fondu passe
de la poche au répartiteur ou du répartiteur à la lingotière sans jamais être exposé
à l'air ambiant.
[0004] L'orifice de coulée du récipient supérieur comporte une busette interne en matériau
réfractaire, qui débouche sous ce récipient par une face de contact destinée à recevoir
en appui une face de contact du tube de protection de jet ou de la busette immergée,
pour former une surface de joint entre ces deux pièces.
[0005] Conventionnellement, une installation de coulée comprend également des moyens de
régulation de l'écoulement du métal fondu. Ces moyens peuvent consister en une quenouille
plongeant dans le bain de métal du récipient supérieur en regard de l'orifice de coulée
et dont le degré d'immersion dans ledit bain de métal détermine l'ouverture dudit
orifice de coulée. Alternativement, on peut utiliser également une valve à tiroir
comprenant un ensemble de plaques réfractaires percées chacune d'un orifice. Lesdites
plaques se trouvent normalement entre la busette interne et le tube de protection
de jet ou la busette immergée. Le degré d'alignement des orifices de plaques adjacentes
détermine le débit du métal fondu.
[0006] Une installation de coulée continue comprend donc de nombreuses pièces réfractaires
assemblées et présentant à leur interface des surfaces de contact qui peuvent être
planes ou non planes comme par exemple indiqué dans le document US 5,984,153.
[0007] Or, on sait que les réductions de section intervenant le long du chenal de coulée
du métal fondu induisent une dépression importante qui elle-même pourrait provoquer
une aspiration d'air. Pour éviter la pénétration d'air à travers la surface de joint
entre deux pièces réfractaires adjacentes, on injecte conventionnellement un fluide
inerte, plus particulièrement un gaz inerte tel que de l'argon, grâce à une rainure
d'injection qui est formée dans la surface de contact d'une des pièces et qui délimite,
avec la face de contact de l'autre pièce, un canal d'injection de gaz qui circonscrit
presque complètement l'orifice de coulée du métal fondu.
[0008] On réduit ainsi efficacement les risques de mise en contact du métal avec l'air ambiant,
au moment de son passage du récipient supérieur au récipient inférieur.
[0009] Plus récemment, les documents WO 98/17420 et WO 98/17421 on montré en outre, que
le canal d'injection pouvait remplir efficacement la fonction supplémentaire de permettre
l'injection d'un agent de colmatage, tel que par exemple du graphite, pour remplir
des fissures qui se propagent à partir de l'orifice de coulée dans la surface de contact
d'une des pièces, ou des rayures ou éraflures qui sont produites sensiblement selon
la direction de déplacement d'une des pièces lors de son remplacement. L'agent de
colmatage, qui est transporté par un fluide porteur, limite les dégradations du réfractaire
autour des fissures et/ou des rayures ou éraflures et évite ainsi l'aspiration d'air
à travers celles-ci. Le canal d'injection peut être ouvert ou fermé. Dans la suite
de la description, les expressions canal d'injection ou rainure d'injection seront
utilisées indifféremment pour désigner un canal ou une rainure destinée à l'injection
d'un gaz inerte seul ou d'un agent de colmatage dans un fluide porteur.
[0010] Le canal d'injection est donc très utile. La demanderesse a toutefois constaté que
dans certains cas, ce canal pouvait être obstrué, c'est-à-dire bouché, lui-même.
[0011] En particulier, ce phénomène a été observé dans le cas où la rainure d'injection
est formée dans une surface d'une pièce réfractaire contre laquelle s'appuie la surface
d'une autre pièce réfractaire destinée à être remplacée pendant les opérations de
coulée. Par exemple, lorsque la rainure d'injection est formée dans la surface inférieure
de la busette interne contre laquelle s'appuie la surface supérieure d'un tube de
protection de jet ou d'une busette immergée. Bien que l'invention ne soit bien évidemment
pas limitée à ce cas de figure particulier, pour des raisons de facilité, elle sera
décrite dans la suite de la description en faisant référence à une rainure d'injection
formée dans la face d'inférieur d'une busette interne contre laquelle s'appuie la
face supérieure d'une busette immergée. Le remplacement de la busette immergée peut
s'opérer, de manière connue, par positionnement d'une nouvelle busette immergée à
côté de la busette immergée à remplacer, puis déplacement simultané des deux busettes,
la nouvelle chassant l'ancienne pour prendre sa place sous la busette interne.
[0012] Préalablement à chaque remplacement, on obture l'orifice de coulée du répartiteur,
mais il arrive qu'une certaine quantité de métal fondu demeure au niveau de la surface
de joint, à l'interface entre les orifices de coulée de la busette interne et de la
busette immergée.
[0013] Ce métal est entraîné dans la surface de joint lors du déplacement de la busette,
s'accumule dans la rainure d'injection du gaz inerte et provoquent son occlusion,
ce qui la rend inefficace tant vis à vis de l'admission d'air ambiant que vis à vis
du traitement des fissures et rayures ou éraflures au moyen d'un agent de colmatage
transporté par le fluide porteur.
[0014] La présente invention vise à supprimer cet inconvénient, d'une manière simple et
économique.
[0015] La présente invention a donc pour objet une pièce réfractaire délimitant une portion
d'un chenal de coulée et comportant au moins une première face de contact apte à venir
en appui contre une seconde face de contact d'une autre pièce réfractaire délimitant
une portion adjacente du chenal de coulée et munie d'une rainure d'injection formant,
avec la première face de contact, un canal d'injection de fluide entourant au moins
partiellement ledit chenal, ladite pièce étant prévue pour être déplacée suivant une
trajectoire prédéfinie, le long de laquelle la première face de contact glisse et
demeure en appui contre la seconde face de contact tandis que la portion de chenal
de coulée délimitée par ladite pièce intercepte une partie déterminée de la rainure
d'injection, caractérisée en ce que la première face de contact comporte une rainure
additionnelle positionnée de manière à se trouver, en position de coulée, au voisinage
de la partie déterminée de la rainure et à communiquer avec cette rainure au moins
de part et d'autre de cette partie déterminée.
[0016] La rainure additionnelle formée dans la face de contact permet au fluide injecté
de contourner la partie obstruée de la rainure d'injection.
[0017] De cette manière, même en cas d'obstruction de la rainure d'injection, le fluide
injecté peut circuler tout autour de l'orifice de coulée et former barrière pour l'air
ambiant.
[0018] Une caractéristique avantageuse de l'invention est que la rainure additionnelle est
formée dans la pièce réfractaire qui est régulièrement remplacée, de sorte que le
canal d'injection est à nouveau dégagé à chaque remplacement de cette pièce, contrairement
à la situation de l'état de la technique où le remplacement de la pièce réfractaire
provoquait l'obstruction du canal d'injection.
[0019] De préférence, la rainure additionnelle est borgne afin que la pression dans le canal
d'injection soit conservée.
[0020] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la pièce réfractaire constitue
un tube de coulée, par exemple une busette immergée ou un tube de protection de jet.
[0021] Selon une caractéristique particulière, la rainure additionnelle est conformée pour
recouvrir une embouchure d'un conduit d'alimentation et/ou d'évacuation (s'il en existe
un) du canal d'injection de fluide. Cette embouchure est ainsi plus à même de se dégager
en cas d'obstruction.
[0022] Selon une autre caractéristique particulière, la première face de contact comporte
une deuxième rainure sensiblement parallèle à la rainure additionnelle. Cette deuxième
rainure peut être située, par rapport à la rainure additionnelle, de l'autre côté
du chenal de coulée. Cette deuxième rainure, appelée dans la suite rainure de raclage,
a pour fonction de racler la face de contact comportant la rainure d'injection, afin
de la débarrasser, avant positionnement de la nouvelle pièce réfractaire, de toutes
salissures susceptibles de faire obstacle à un contact de qualité entre les deux faces
de contact.
[0023] Avantageusement, la rainure de raclage est symétrique de la rainure additionnelle
par rapport au chenal de coulée. Les deux rainures étant donc interchangeables, ceci
permet une introduction de la pièce de remplacement sans devoir tenir compte de son
sens de déplacement. Chaque rainure remplit, selon sa position par rapport à la rainure
d'injection, la fonction de rainure additionnelle ou celle de rainure de raclage.
[0024] La présente invention a également pour objet un assemblage de pièces réfractaires
délimitant un chenal de coulée, une première pièce de l'assemblage comportant au moins
une première face de contact en appui contre une seconde face de contact d'une pièce
réfractaire adjacente, une rainure étant prévue dans la seconde face de contact pour
former, avec la première face de contact, un canal d'injection de fluide entourant
au moins partiellement ledit chenal, caractérisé en ce que la première pièce est une
pièce réfractaire telle que décrite ci-dessus.
[0025] Selon un caractéristique particulière de cet assemblage, l'une ou certaines des pièces
réfractaires comportent un conduit d'alimentation et, le cas échéant, d'évacuation
du canal d'injection de fluide.
[0026] La présente invention a enfin pour objet une installation de coulée comprenant un
récipient métallurgique supérieur et un récipient métallurgique inférieur, reliés
par un chenal de coulée défini notamment par un assemblage de pièces réfractaires
tel que décrit ci-dessus, l'installation comportant une source de fluide reliée au
conduit d'alimentation du canal d'injection de fluide.
[0027] Dans un mode de réalisation particulier, l'installation de coulée comporte en outre
un moyen d'injection d'un agent de colmatage dans le fluide.
[0028] Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un
mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif de la portée de l'invention,
en référence au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une busette interne d'un répartiteur et
d'une busette immergée,
- la figure 2 est une vue de dessous de la face de contact de la busette interne,
- la figure 3 est une vue de dessus de la face de contact de la busette immergée,
- la figure 4 représente les faces de contact de la busette interne et de la busette
immergée superposées,
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 montrant une valve à tiroir intercalée
entre la busette interne et la busette immergée,
- la figure 6 est une vue de dessous de la plaque inférieure d'une valve à tiroir similaire
à la vue de la figure 2.
[0029] Sur la figure 1, on a représenté la paroi de fond 1 d'un répartiteur, dans une région
entourant l'un de ses orifices de coulée 2.
[0030] Le répartiteur est muni d'un dispositif 3 de changement de tube 4 qui comprend une
plaque de montage 5, solidaire de la paroi de fond du répartiteur, une glissière 6
pour recevoir les collerettes 7 de deux busettes immergées 4 qui sont ainsi maintenues
à proximité de la plaque de montage 5, et un vérin 8 pour pousser les deux busettes
immergées 4 dans la glissière 6.
[0031] L'orifice de coulée 2 du répartiteur comporte une busette interne 9 en matériau réfractaire,
qui traverse la plaque de montage 5 et repose à la face inférieure de cette dernière,
par une face de contact 11 entourant l'orifice de coulée et formant une face de contact
plane 11.
[0032] La glissière 6 maintient les deux busettes immergées 4 en appui contre la face de
contact 11 de la busette interne, sous une pression élevée équivalente à un poids
de plusieurs tonnes.
[0033] Sur la figure 1, la busette immergée 4 de droite est celle qui forme, avec la busette
interne 9, une portion du chenal de coulée 12 du métal fondu. Celle de gauche est
une busette qui vient d'être remplacée par déplacement dans la glissière 6 sous l'action
du vérin 8. Une quenouille 10 peut être appliquée contre l'embouchure supérieure 13
de la busette interne pour réguler le débit de métal ou interrompre la coulée, notamment
pour permettre le remplacement de la busette immergée.
[0034] Sur la figure 2, on voit la face de contact 11 de la busette interne.
[0035] L'orifice de coulée présente une section allongée suivant une direction 14 qui est
parallèle à la glissière 6, c'est-à-dire la direction selon laquelle les busettes
immergées sont déplacées lors du remplacement de la plus ancienne d'entre elles.
[0036] Autour de l'orifice de coulée, la face de contact comporte une rainure d'injection
17 en forme de portion de cercle sur trois quarts de tours, prolongée par des portions
rectilignes dont les extrémités 19 sont voisines mais ne communiquent pas entre elles.
Une extrémité 19 rejoint l'embouchure 20 d'un conduit d'alimentation, ou, le cas échéant
d'évacuation, ménagé dans la busette interne 9. Il n'y a pas lieu d'attacher trop
d'importance à la forme même de la rainure 17. De préférence, ses extrémités 19 doivent
être proches de manière à ce que la zone non circonscrite par la rainure soit réduite
au minimum et relativement proches de la périphérie en sorte que l'embouchure des
conduits d'alimentation et, le cas échéant, d'évacuation de fluide soient accessibles.
La combinaison de portions rectilignes et circulaires permet de remplir cette fonction.
[0037] Sur la figure 3, on voit que chaque busette immergée 4 délimite une portion 24 de
section transversale allongée (suivant la direction 14) du chenal de coulée et que
sa collerette 7 a une forme rectangulaire pour son guidage dans la glissière 6 du
dispositif 3 de changement de busette immergée.
[0038] La face de contact 14 de chaque busette immergée, constituée par la face supérieure
(selon l'orientation de la figure 1) de sa collerette 7, recouvre la rainure d'injection
17 de la busette interne 9 lorsque la busette immergée 4 est en position d'utilisation
et forme ainsi un canal d'injection de fluide et/ou d'agent de colmatage, pour lutter
contre l'admission d'air ambiant dans le chenal de coulée et/ou contre le torchage
du matériau réfractaire constituant la busette interne autour de ses fissures ou rayures
25.
[0039] Lors du remplacement de la busette immergée 4, les faces de contact 14 des deux busettes
immergées coulissent selon la direction 14 contre la face de contact 11 de la busette
interne. Les frictions sont maximales dans les régions 21, 22 délimitées par les traits
interrompus (sur la figure 2), qui correspondent aux endroits balayés par les orifices
de coulée
Erreur! Source du renvoi introuvable. des busettes immergées lors de leur déplacement.
[0040] Des gouttes de métal fondu présentes à l'interface entre les orifices de coulée de
la busette interne et de la busette immergée sont emportées dans la région 22 située
en aval de l'orifice de coulée, dans le sens de déplacement des busettes immergées,
et s'accumulent dans la rainure d'injection, ce qui provoque l'obstruction d'une partie
déterminée 23 (marquée d'un trait épaissi) de ladite rainure d'injection, correspondant
à son intersection avec ladite région 22.
[0041] Deux rainures additionnelles 26, 27 sont formées dans la face de contact 14 de chaque
busette immergée 4, en des emplacements correspondant, lorsque ladite busette immergée
est en position de coulée, aux parties de la rainure d'injection 17 appartenant aux
régions 21, 22 délimitées par les traits interrompus (sur la figure 2) de la face
de contact de la busette interne, c'est-à-dire aux régions balayées par les orifices
d'injection des busettes immergées lors de leur déplacement.
[0042] Dans l'exemple représenté, les deux rainures additionnelles 26, 27 sont symétriques
par symétrie centrale autour du centre 28 de la face de contact, qui est sensiblement
le centre de la section transversale du chenal de coulée, du fait que chaque busette
immergée est utilisable dans les deux positions possibles d'engagement de sa collerette
7 rectangulaire dans la glissière 6.
[0043] En réalité, seule la rainure additionnelle 26 recouvrant la partie déterminée 23
de la rainure d'injection remplit la fonction de dégagement du canal d'injection.
[0044] En effet, lorsque ladite partie déterminée 23 de la rainure d'injection 17 est obstruée,
suite au déplacement des deux busettes immergées, le fluide envoyé dans le canal d'injection
peut contourner la partie obstruée de la rainure d'injection 17 en empruntant la rainure
additionnelle 26 de la busette immergée, qui communique avec ladite rainure d'injection
de part et d'autre de sa partie obstruée 23. Le fluide peut ainsi atteindre le reste
du canal d'injection pour agir comme prévu contre l'admission d'air et/ou le traitement
des fissures et des rayures ou éraflures.
[0045] Au delà de sa portion circulaire recouvrant la partie déterminée 23 de la rainure
d'injection, la rainure additionnelle 26 se prolonge par une portion rectiligne qui
recouvre la portion rectiligne de la rainure d'injection.
[0046] La deuxième rainure additionnelle 27, qui ne recouvre pas la partie déterminée 23
de la rainure d'injection, remplit néanmoins une fonction de raclage de la face de
contact 11 de la busette interne au moment du déplacement des deux busettes immergées.
[0047] La valve à tiroir 30 de la figure 5 s'intercale entre la busette interne 9 et la
busette immergée 4 décrites précédemment.
[0048] Cette valve à tiroir 30 est constituée par une plaque supérieure fixe 31, une plaque
intermédiaire mobile 32 et une plaque inférieure fixe 33.
[0049] Comme cela vient d'être expliqué, la busette interne 9 peut comporter une rainure
d'injection. Dans ce cas, le canal d'injection est formé avec la face supérieure (par
rapport à la figure 4) de la plaque supérieure fixe 31.
[0050] D'autres plans de joint sont formés entre les plaques fixes 31, 33 et mobile 32 de
la valve à tiroir. Comme cela est connu, on peut ménager d'autres canaux d'injection
dans ces plans de joint pour lutter contre l'admission d'air.
[0051] Entre la plaque inférieure fixe 33 et la busette immergée 4, on retrouve une surface
de joint qui présente les mêmes risques de dégradation que celui décrit en référence
aux figures 1 à 4, du fait que les remplacements de la busette immergée 4 occasionnent
des frictions et des risques d'obstruction d'une rainure d'injection 34 formée dans
la face inférieure (par rapport à la figure 4) de la plaque inférieure fixe et complétée
par la face de contact de la busette immergée pour former un canal d'injection de
fluide.
[0052] Du fait de ce risque, les rainures additionnelles 26, 27 d'une busette immergée identique
à celle de la figure 3 remplissent les mêmes fonctions à l'égard de la plaque inférieure
fixe qu'à l'égard de la busette interne de la figure 1.
[0053] Bien que les rainures additionnelles aient été décrites sur des busettes immergées
pour une surface de joint plane à la sortie d'un répartiteur, il est bien entendu
que l'invention s'applique à toute interface plane ou non plane entre deux pièces
réfractaires délimitant entre elles un canal d'injection de fluide.
[0054] En ce qui concerne la figure 6, on se référera mutatis mutandis à la description
de la figure 2, la référence 34 désignant une rainure d'injection formée dans la face
inférieure (par rapport à la figure 5) de la plaque inférieure fixe.
1. paroi de fond du répartiteur
2. orifice de coulée
3. dispositif de changement de tube
4. busette immergée
5. plaque de montage
6. glissière
7. collerette du tube
8. vérin
9. busette interne
10. quenouille
11. face de contact de la busette interne
12. une portion du chenal de coulée
13. embouchure supérieure de la busette interne
14. face de contact du tube
16. direction X
18. rainure d'injection
19. extrémités de la rainure
20. embouchure d'un conduit d'alimentation, respectivement d'évacuation
21. région située en amont de l'orifice de coulée
22. région située en aval de l'orifice de coulée
23. partie déterminée de la rainure d'injection
24. portion de section transversale allongée suivant la direction X du chenal de coulée
de la busette immergée
25. fissures, rayures et éraflures de la busette interne
26. rainure additionnelle recouvrant la partie déterminée de la rainure d'injection
27. deuxième rainure additionnelle
28. centre de la face de contact de la busette immergée
30. valve à tiroir
31. plaque supérieure fixe
32. plaque intermédiaire mobile
33. plaque inférieure fixe
34. rainure d'injection formée dans la face inférieure (par rapport à la figure 5)
de la plaque inférieure fixe
1. Pièce réfractaire (4) délimitant une portion (12) d'un chenal de coulée et comportant
au moins une première face de contact (14) apte à venir en appui contre une seconde
face de contact (11) d'une autre pièce réfractaire (9) délimitant une portion adjacente
du chenal de coulée et munie d'une rainure d'injection (17) formant, avec la première
face de contact (14), un canal d'injection de fluide entourant au moins partiellement
ledit chenal, ladite pièce (4) étant prévue pour être déplacée suivant une trajectoire
prédéfinie, le long de laquelle la première face de contact (14) glisse et demeure
en appui contre la seconde face de contact (11) tandis que la portion (12) de chenal
de coulée délimitée par ladite pièce intercepte une partie déterminée (23) de la rainure
d'injection, caractérisée en ce que la première face de contact (14) comporte une rainure additionnelle (26, 27) positionnée
de manière à se trouver au voisinage de la partie déterminée (23) de la rainure et
à communiquer avec cette rainure au moins de part et d'autre de cette partie déterminée.
2. Pièce réfractaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce constitue un tube de coulée, par exemple une busette immergée (4).
3. Pièce réfractaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la rainure additionnelle (26) est borgne.
4. Pièce réfractaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la rainure additionnelle (26) est conformée pour recouvrir une embouchure (20) d'un
conduit d'alimentation et/ou d'évacuation du canal d'injection de fluide.
5. Pièce réfractaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la première face de contact (14) comporte une deuxième rainure (27) sensiblement
parallèle à la rainure additionnelle.
6. Pièce réfractaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que la deuxième rainure (27) se trouve, par rapport à la rainure additionnelle, de l'autre
côté du chenal de coulée (12).
7. Pièce réfractaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que la deuxième rainure (27) est symétrique de la rainure additionnelle par rapport au
chenal de coulée (12).
8. Assemblage de pièces réfractaires délimitant un chenal de coulée, une première pièce
(4) de l'assemblage comportant au moins une première face de contact (14) en appui
contre une seconde face de contact (11) d'une pièce réfractaire adjacente (9), une
rainure d'injection (17) étant prévue dans la seconde face de contact (11) pour former,
avec la première face de contact (14), un canal d'injection de fluide entourant au
moins partiellement ledit chenal, caractérisé en ce que la première pièce (4) est une pièce réfractaire selon l'une quelconque des revendications
1 à 7.
9. Assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'une ou certaines des pièces réfractaires comportent un conduit d'alimentation et,
optionnellement, d'évacuation du canal d'injection de fluide.
10. Installation de coulée comprenant un récipient métallurgique supérieur et un récipient
métallurgique inférieur, reliés par un chenal de coulée (12) défini notamment par
un assemblage de pièces réfractaires selon l'une quelconque des revendications 8 et
9, l'installation comportant une source de fluide reliée au conduit d'alimentation
du canal d'injection de fluide.
11. Installation de coulée selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite installation comporte en outre un moyen d'injection d'un agent de colmatage
dans le fluide.