Brevet FR2009059A1 — publié le 19700130

L'invention concerne un appareil et un procédé pour le refroidissement intérieur de "barres creuses dans la coulée continue de l'acier. L'appareil se compose d'un mandrin creux refroidi et d'un tuyau à vapeur passant à travers le mandrin creux. 5 Dans un appareil connu (DAS 1.099.700) destiné à la coulée continue de corps creux, un mandrin creux refroidi est suspendu en position centrée dans une lingotière. L'amenée et l'évacuation de l'eau de refroidissement se font à l'extrémité supérieure du mandrin creux. Pour refroidir davantage la barre creuse formée, 10 un tuyau à eau de refroidissement passe à travers le mandrin, creux Par une buse disposée à l'extrémité inférieure du tuyau, on pulvérise l'eau de refroidissement sur la surface intérieure de la barre creuse. Par le eontact avec la surface chaude de la barre, une partie de l'eau se vaporise. La vapeur formée est évacuée 15 vers le bas en même temps que l'eau de refroidissement consommée, à travers la cavité de la barre creuse. La vapeur sortante est gênante pour les opérateurs et gêne le processus de coupage au chalumeau lorsqu'on tronçonne la barre. Dans un autre appareil connu (brevet Allemand n° 843.138) 20 pour le refroidissement intérieur de barres creuses, l'eau de refroidissement qui passe à travers le mandrin sort par une fente annulaire prévue au fond du mandrin et refroidit directement la surface intérieure de la barre. A l'intérieur de ce mandrin est disposé un tube à vapeur. Toutefois, il n'est pas exclu qu'au 25 moins une partie de la vapeur formée ne s'échappe vers le bas à travers la cavité de la barre ereuse de sorte que l'inconvénient de l'appareil prévu par le DAS n° 1.099*700 n'est pas entièrement supprimé. C'est à plus forte raison le cas lorsqu'on coule des barres creuses en acier, car on utilise alors de grandes quanti-30 tés d'eau pour le refroidissement et il se forme des quantités importantes de vapeur. On connaît encore un appareil (brevet Allemand n° 835.326) dans lequel l'eau de refroidissement sortant par une fente prévue au fond du mandrin est recueillie par un plateau disposé en des-35 sous du mandrin et qui est poussé élastiquement contre la surface de la barre. L'eau de refroidissement accumulée est aspirée vers le haut par un tuyau qui passe à travers le mandrin. En même temps, de l'air est aspiré à travers l'interstice entre le plateau et la surface intérieure de la barre. 40 Tous les appareils de refroidissement connus présentent 69 12395 2 2009059 l'inconvénient suivant qui existe en particulier dans la coulée continue de l'acier. S'il se produit une percée à l'intérieur de la barre creuse, il se vaporise plus d'eau que dans le fonctionnement normal. Il est possible aussi que les orifices prévus dans 5 la tête de fausse barre pour la sortie de l'eau de refroidissement et de la vapeur soient bouchés par le métal liquide qui s'écoule du coeur de la barre. Le même cas peut se produire lorsque la percée de la barre s'élargit au point que toute la cavité de la barre creuse soit bouchée par du métal qui s'écoule. Il faut "10 alors s'attendre à ce que toute l'eau appliquée pour le refroidissement intérieur se vaporise. S'il n'est pas possible d'évacuer vers le haut la vapeur formée, à travers le mandrin creux, il se constitue à l'intérieur de la barre creuse une pression de vapeur qui ne peut s'échapper que par explosion. Une telle explosion 15 peut causer des dommages importants. L'invention a donc pour but de fournir un appareil de refroidissement intérieur de barres creuses dans la coulée continue de l'acier qui assure us. bon refroidissement tout en étant garanti contre les suites de perturbations de fonctionnement telles 20 que les percées de la barre. C'est pourquoi, selon l'invention, on propose que la section du tuyau à vapeur et de la partie libre du mandrin creux qui sert 2 ✓ à l'évacuation de la vapeur -mesurée en mm - représente au moins 60 fois la valeur - mesurée en litres par minute - de la quantité 25 d'eau de refroidissement pulvérisée sur lâ surface intérieure de la barre creuse. Dans cet appareil, la grandeur de l'aire libre de section du mandrin creux et du tuyau à vapeur est prévue pour la quantité prescrite ou la quantité maximale possible d'eau de refroidisse-30 ment. L'aire est calculée de façon telle que toute la vapeur formée dans la vaporisation complète de la quantité d'eau de refroidissement puisse être évacuée à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans la vapeur. Grâce à cela, il ne peut pas se constituer une surpression dangereuse à l'intérieur de la barre creuse. 35 Selon une autre caractéristique indépendante de l'invention, afin que la section du mandrin creux et du tuyau à vapeur puisse avoir la grandeur prévue par l'invention, on utilise un mandrin creux refroidi à double paroi présentant à son extrémité supérieure des tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau de refroidisse-40 ment et caractérisé par le fait que l'espacement situé à l'inté 69 12395 3 2009059 rieur de la paroi du mandrin creux est subdivisé en canaux par des nervures verticales dirigées radialement, les canaux voisins deux à deux étant reliés entre eux à l'extrémité inférieure du mandrin creux, l'un des canaux étant relié au tuyau d'amenée et 5 l'autre au tuyau d'évacuation d'eau de refroidissement. L'avantage de ce mandrin creux réside dans le fait que le passage de l'agent de refroidissement est resserré sur un espace étroit.Par suite, on peut donner à la section libre de la cavité les dimensions conformes à la proposition exposée plus haut. 10 Sa outre, le mandrin creux peut servir dans tous les cas où la cavité intérieure du mandrin doit être relativement grande. De plus, le mode de passage de l'agent de refroidissement assure un bon effet de refroidissement. L'invention est d'autre part caractérisée par le fait qu'au 15 tuyau à vapeur est relié un dispositif d'aspiration servant à évacuer la vapeur d'eau0 On applique un procédé qui consiste à maintenir dans le tuyau à vapeur et à l'intérieur du mandrin creux une dépression telle qu'outre la vapeur d'eau, de petites quantités d'air soient en outre aspirées de l'extrémité de la 20 barre à travers la cavité de la barre creuse. On assure ainsi l'évacuation de toute la vapeur d'eau formée vers le haut, iia outre,l'entraînement de petites quantités d'air augmente l'effet, de refroidissement de la barre solidifiée. On expliquera plus précisément l'invention à propos d'un 25 exemple d'exécution représenté par les dessins sur lesquels : - La figure 1 montre schématiquement en coupe un appareil de coulée continue de corps creux ; - La figure 2 montre le mandrin creux en coupe à échelle agrandie ; 30 - La figure 3 est une coupe suivant la ligne À-B de la fi gure 2 ; - La figure 4 montre un développement de la figure 3« L'installation de coulée sous pression comprend une lingo- tière 1 refroidie à l'eau dans la. cavité de laquelle pénètre de 35 façon centrée, un mandrin creux 2 refroidi à l'eau. La barre creuse 3 dont la forme extérieure est déterminée par la lingotiè-re 1 et le mandrin creux 2, n'est que partiellement solidifiée lorsqu'elle quitte la lingotière.1 et présente un coaur liquide 3a et une peau solidifiée 3>b. La barre est refroidie davantage en 40 pulvérisant de l'eau sur la surface extérieure par des buses non 69 12395 4 2009059 représentées. Des rouleaux en eux-mêmes connus, non représentés également, guident et transportent la barre 3. Le refroidissement intérieur de la barre creuse 3 est assuré par un tuyau à pulvérisation d'eau 4 qui passe à travers la cavi-5 té du mandrin creux 2. L'eau qui est pulvérisée par les buses 5 du tuyau 4 sur la surface intérieure de la barre creuse 3 a pour effet de refroidir celle-ci de l'intérieur. Une partie de l'eau pulvérisée se vaporise au contact de la surface chaude de la barre. La vapeur formée est aspirée à travers la cavité 6 du mandrin 10 2 et le tuyau à vapeur 7 qui s'y raccorde. Cette aspiration est assurée par un dispositif d'aspiration 8 relié au tuyau à vapeur 7« A l'aide du dispositif d'aspiration 8, on établit dans le tuyau à vapeur 7 une dépression suffisante pour aspirer de la cavité de la barre creuse non seulement toute la vapeur mais en outre de 15 petites quantités d'air. Dans le cas de l'exemple décrit, on applique une dépression de 100-150 mm de colonne d'eau. Comme le montrent plus précisément les figures 2 à 4, le mandrin creux 2 présente une paroi extérieure 9 tournée vers la matière de coulée ou la barre et une paroi intérieure 10, entre 20 lesquelles sont disposés des canaux 11, 12 servant à guider l'eau de refroidissement. Les différents canaux 11, 12 sont séparés les uns des autres par des nervures verticales 13 orientées radiale-ment. Comme le montre la figure 4, les canaux voisins 11, 12 sont reliés deux à deux à l'extrémité inférieure du mandrin creux. En 25 outre, le canal 11 est relié au tuyau d'amenée 15 et le canal 12 au tuyau d'évacuation 14 de l'eau de refroidissement. Le guidage de l'eau de refroidissement dans le mandrin creux selon l'invention offre l'avantage que le courant est resserré sur un espace étroit et qu'il reste une section libre aussi gran-30 de que possible à l'intérieur du mandrin creux. Cette section libre doit servir à évacuer la vapeur formée et doit être assez grande pour pouvoir évacuer toute la vapeur, même en cas de perturbations, à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans la vapeur, car ainsi il ne se produit pas de surpression dans la 35 barre creuse. Le calcul ci-après expliquera ce fait plus précisément. Il s'agit de couler une barre creuse d'acier (diamètre extérieur 480 mm, diamètre intérieur 140 mm) avec un débit de 0,5 t/mn. Sur la quantité totale d'eau pulvérisée qui sert au refroidissement 40 secondaire de la barre creuse coulée et qui est de 0,6 1/kg, une 69 12395 5 2009059 quantité de 0,15 1/kg ou 75 1/mn est affectée au refroidissement intérieur. C'est en fonction de cette quantité d'eau pulvérisée que doit être calculée la section libre du mandrin, d'après la relation F 60. Q (1 ■ aire libre de section du mandrin creux en 5 mm , Q » quantité d'eau de refroidissement pulvérisée sur la surface intérieure, en 1/mn). On tient compte ici du fait que la vaporisation de un litre d'eau dans les conditions normales (0°G et 760 mm de Hg) donne 1.700 litres de vapeur et que la vitesse du son dans la vapeur d'eau est d'environ 440 m/s, également dans 10 les conditions normales. Si l'on introduit ces valeurs, avec les correctifs appropriés aux unités de mesure usuelles, dans l'équation de continuité Q =* w.F, on obtient la relation simple indiquée plus liaut. Appliqué à l'exemple cité, cela signifie que l'aire libre de section du mandrin creux doit être d'au moins Q % ^ 15 4.500 mm . Si l'on néglige la section du tuyau à pulvérisation d'eau qui passe à travers le mandrin creux, et si le mandrin à un diamètre extérieur de 140 mm, son diamètre intérieur doit être drau moins 76 mm. "1 \ 69 12395 6 2009059 EliVjSÎTDIOA'i'IOiiB 1«- Appareil pour le refroidissement intérieur de "barres creuses dans la coulée continue de l'acier, constitué par un mandrin creux refroidi et un tuyau à vapeur qui passe à travers 5 le mandrin, caractérisé en ce que la section du tuyau,à vapeur et de la partie libre du mandrin creux qui sert à l'évacuation de la vapeur -mesurée en mm - représente au moins 60 "fois la valeur -mesurée en litres par minute- de la quantité d'eau de refroidissement pulvérisée sur la surface intérieure de la barre 10 creuse. 2.- Mandrin creux refroidi dont la double paroi est psœeou-rue par de l'eau de refroidissement et qui présente à son extrémité supérieure un tuyau d'amenée et un tuyau d'évacuation d'eau de refroidissement, en particulier selon 1, caractérisé en es 15 que l'espacement situé à l'intérieur de la paroi du mandrin creux est subdivisé en canaux par des nervures verticales et radiales, 'les canaux voisins étant reliés entre eux deux à deux à 1'extrémité inférieure du mandrin creux, l'un des canaux étant relié au. tuyau d'amenée et l'autre au tuyau d'évacuation d'eau 20 de refroidissement. Appareil selon la revendication 1, ou mandrin selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un dispositif d'aspiration servant à évacuer la vapeur d'eau est relié au tuyau à vapeur. 4.- Procédé de refroidissement intérieur de barres creuses 25 avec application d'appareillage selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on maintient dans le tuyau à vapeur et à l'intérieur du mandrin creux une dépression telle qu'outre la vapeur d'eau, de petites quantités d'air sont en outre aspirées de l'extrémité de la "barre à travers la cavité de la barre 30 creuse. SAD ORIGINAL