La présente invention concerne une enceinte de traitement sous vide notamment de décarburation d'acier.
Il est connu pour effectuer des traitements de l'acier, sorti d'un convertisseur dans lequel il est élaboré, de recourir à une enceinte de traitement sous vide couramment appelé RHOB (Rheinstahl Heraus Oxygène Blowing).
Une telle enceinte sert à effectuer des traitements de décarburation ou de déshydrogénation ainsi que des traitements légers consistant à élaborer un acier dont les fourchettes des différents additifs sont réduites à un point tel qu'il est impossible de l'obtenir directement au convertisseur.
Une enceinte de traitement sous vide est généralement constituée de deux parties :
Lors d'un traitement de décarburation de l'acier, on injecte une quantité de gaz, notamment de l'argon, au moyen de tuyères d'injection disposées intérieurement et en périphérie d'un des plongeurs dit montant permettant une circulation constante de l'acier dans le bas de cuve, le retour de l'acier dans la poche s'effectuant par l'autre plongeur dit descendant, voir par example US-A-5 024 421.
Dans ce type d'enceinte, les plongeurs sont associés aux jambages de la cuve au moyen de brides comportant un joint d'étanchéité et permettant aisément, le montage et le démontage desdits plongeurs, leur réparation ou leur changement. Les parties internes réfractaires des plongeurs et du jambage de la cuve sont réalisées par un maçonnage de briques réfractaires, avec un joint droit dans le plan de la bride liant jambages et plongeurs.
Le joint droit est considéré comme une partie très faible en terme de résistance mécanique et chimique. L'érosion, qui se manifeste à cet endroit de l'enceinte, est facilitée par un taux de recirculation d'acier de l'ordre de 115 tonnes/mn pendant 25 mn pour des aciers bas carbone. La circulation est le résultat d'un déplacement de gaz argon injecté de l'ordre de 300 m/s avec un débit de l'ordre de 140 N/m3/Heure.
Cette érosion entraîne habituellement une usure importante au niveau de la jointure et limite la tenue du maçonnage réfractaire à une centaine de traitements par campagne, avec un arrêt pour gunitage tous les quatre traitements. Il arrive de devoir stopper les opérations de traitement de l'acier pour cause de percée en cet endroit. Lorsque le plan de joint réfractaire diminue en efficacité à cause de l'usure, des introductions d'air polluent l'acier par reprise d'azote.
Pour éviter ce problème, on réalise des enceintes dans lesquelles les plongeurs sont solidaires de la cuve, la bride ayant été supprimée. La virole métallique des plongeurs est alors soudée directement sur la cuve. Ce type d'enceinte, qui ne permet pas l'interchangeabilité facile des plongeurs, rend très difficile la réparation, le maçonnage du bas de cuve, et génère une perte de temps et un coût élevé, dans l'utilisation de l'enceinte.
GB 970559 décrit une enceinte de traitement sous vide pour dégazer un métal fondu. Cette enceinte comporte un plongeur et un jambage. Par un mouvement relative de cette enceinte par rapport à la poche contenant le métal fondu, le métal se déplace entre la poche et l'enceinte par le jambage. Cet écoulement effectue une usure plus élevée dans le jambage que dans l'enceinte sous vide.
Pour monter et démonter le plongeur facilement, GB 970 559 décrit un joint qui est plus fort et moins susceptible aux tolérances et qui comporte deux plans parallèles formant un épaulement.
La présente invention a pour but de réduire l'usure importante qui se créée au niveau de la jointure entre jambage et plongeur dans une enceinte comportant une bride de liaison entre jambage et plongeur.
L'invention a pour objet une enceinte de traitement sous vide notamment de décarburation d'acier comprenant :
Les autres caractéristiques de l'invention sont :
La description qui suit avec les figures annexées, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre l'invention.
L'invention présentée traite, comme représenté sur la figure 1 d'une enceinte 1 de traitement sous vide notamment de décarburation d'acier comprenant :
Comme représenté sur les figures 2A et 2B, le bas de cuve 3 est munie de deux plongeurs 7, 8, un plongeur 7 dit montant et un plongeur 8 dit descendant, associés respectivement aux jambages 4, 5 et destinés à être immergés dans l'acier de la poche, non représentée, contenant l'acier à traiter. Les plongeurs 7, 8 sont associés aux jambages 4, 5 de la cuve 3 au moyen d'une bride 10, sur une jointure 11 portant un joint d'étanchéité. Les brides 10 permettent le montage et le démontage des plongeurs 7, 8. Selon l'invention et comme présenté sur le détail de la figure 3, la jointure 11 comporte au moins deux plans parallèles 12 et 13. La jointure 11 forme au moins un épaulement 14, assurant un emboîtement du type tenon - mortaise entre les jambages 4, 5 et les plongeurs 7, 8.
De préférence, le tenon est en saillie sur la jointure du plongeur, et peut comporter un chanfrein à faible pente.
L'enceinte selon l'invention est revêtue d'un réfractaire intérieur du type maçonné, et le tenon du plongeur est également maçonné s'ajustant dans la mortaise du jambage, également maçonnée.
De manière plus détaillée, le plongeur est composé d'une virole métallique 15 sur laquelle sont maçonnées les briques réfractaires du revêtement intérieur. Les briques sont liées entre elles et sur la virole au moyen d'un ciment 16. Extérieurement, la virole 15 métallique est recouverte de béton armé 17 effectué par moulage, dans une coquille définissant les dimensions extérieures du plongeur, et insérant dans le volume, les tuyères destinées à l'injection d'un gaz de circulation et qui débouchent en périphérie dans la partie inférieure du plongeur.
Ces tuyères assurent l'injection, par exemple, d'argon pour générer une ébullition, dans l'acier liquide, au sein de l'espace du plongeur et de l'espace du jambage pour modifier la densité de l'acier et générer le mouvement comme matérialisé sur les figures par des flèches de circulation de l'acier de la poche vers le plongeur montant 7. L'acier traité est ensuite reversé dans la poche par le plongeur descendant 8, comme matérialisé par la flèche.
Selon l'invention, il a été remarqué que l'usure au niveau du joint plan de l'enceinte de l'art antérieur était due à la conception du bas de cuve comportant le jambage, associé aux plongeurs du type amovible sur virole. Or, l'usure apparue dans cette zone avait aussi pour facteur un effet de turbulence de l'acier dû au gaz de circulation injecté dans la partie inférieure du plongeur. Une solution au problème posé a été de déplacer une partie au plan de la jointure en dehors de la zone de turbulence pour retrouver un comportement à l'usure de l'ensemble jambage - plongeur réduit de façon telle, que l'enceinte se comporte comme une enceinte monolithique, avec en plus l'avantage d'avoir une facilité de montage, de démontage et de changement de la seule partie inférieure. Il est à noter que les plongeurs sont sujets à usure importante, notamment en leur partie extrême inférieure, partie en contact avec l'acier de la poche. Un niveau d'usure est représenté en partie hachurée dur les figures 2A et 2B et montre une usure comparable à celle qui se manifeste dans une technique d'enceinte monolithique.
Cette amélioration laisse présager une tenue possible sur 150 traitements, l'usure du réfractaire n'étant plus un point de limitation dans le principe. Le gain en terme de tenue est amélioré de 30%.