Brevet FR2008518A1 — publié le 19700123

La présente invention concerne la construction de parois de récipients ou analogues destinées à retenir ou à transférer des liquides à des températures élevées, en particulier, des métaux fondus. L'invention a une application particulière, mais non unique, à des moules pour la coulée continue d'un métal et à un procédé de coulée continue de métal en utilisant de tels moules. Belon un aspect de la présente invention dans un récipient ou analogue pour maintenir ou transférer un liquide à température élevée, en particulier du métal fondu, le liquide est eéparé des parois du récipient ou analogue, qui toutes sont poreuses, par une barrière de fluide qui nta pas d'action néfaste sur le liquide et qui est formée par un autre liquide ayant traversé les parois poreuses et provenant de l'extérieur de ces parois. Le récipient peut être, par exemple, une cuve réfractaire, un canal de coulée, un moule, ou m8me un four. Afin d'engendrer la barrière de fluide, 'le liquide supplémentaire passe à travers les parois poreuses du récipient ou analogue, et une partie du liquide est évaporée par la chaleur du métal pour former une vapeur avec laquelle le liquide supple± mentaire non vaporisé produit la barrière pour séparer le liquide à température élevée contenu dans le récipient ou analogue des parois de ce récipient. Pour les métaux ferreux, liteau peut entre utilisée, et elle est préférée.Lorsque le but du récipient est de simplement-contendr ou transférer le métal fondu, le liquide supplémentaire est fourni à un débit faible et réglé suffisant simplement à maintenir la barrière de fluide dans le récipient, les parois du récipient agissantilors comme si elles étaient en un réfractaire à faible conduction de la chaleur. Un second aspect de l'invention réside dans un moule pour coulée continue comprenant un corps de matière poreuse ayant un passage stétendant ertre ses extrémités opposées les parois de ce passage définissant la surface du moule et un moyen pour retenir xn réfrigérant liquide sous pression en contact avec la surface externe du corps poreux entre ces extrémités. Le réfrigérant liquide est fourni afin de pouvoir extraire de grandes quantités de chaleur du métal fondu versé dans le moule de façon à réaliser un taux élevé de transfert de chaleur du métal, et aussi afin de maintenir en continu une barrière de fluide suffisante pour supporter le métal et maintenir le métal hors du contact des parois du moule. te liquide est fourni à une pression supérieure à la pression du métal fondu. La barrière de vapeur exerce un effet d'auto-compensation de pression : si la pression de la vapeur diminue, le métal se rapproche plus étroi tement des parois du moule, l'effet dtisolement tlrermique de la barrière de vapeur diminue, et la vitesse d'évaporation augmente pour augmenter à nouveau la pression de la vapeur. L'invention a une application particulière à la coulée continue où on verse un métal liquide à une extrémité d'un moule pour coulée continue, et l'on retire en continu une billette solidifiée ou partiellement solidifiée ou une autre forme de pièce moulée de l'autre extrémité du moule. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de coulée continue de métal comprend l'introduction du métal fondu de façon continue à une extrémité d'un passage s'étendant à travers un moule, la paroi entière de ce récipient étant constituée par une matière poreuse, le passage d'un réfrigérant liquide de ltex- térieur de la matière poreuse à travers cette matière pour fournir un rideau de fluide qui sépare le métal fondu et la pièce coulée qui en dérive des parois du passage et le retrait de la pièce coulée de l'autre extrémité du passage. Dans le procédé de coulée continue du métal selon la présente invention, des taux élevés de transfert de chaleur depuis le métal fondu peuvent etre obtenus en provoquant une solidification rapide etsen raison de l'absence d'une résistance importante par frottement entre la pièce moulée et le moule, le mouvement du métal solidifié ou partiellement solidifié se déplaçant dans le moule est facilité. Le réfrigérant liquide passant à travers la matière poreuse vient au contact du métal liquide introduit dans le moule, et une partie du réfrigérant est vaporisée pour former une vapeur avec laquelle le réfrigérant non vaporisé et liquide fournit le rideau de fluide. Ce rideau de fluide sert à séparer le métal fondu de la paroi du moule. Il assure également le premier refroi dissement du métal fondu. Lorsque le métal a commencé à se solidifier, il se retire de la paroi du moule et le rideau de fluide remplit l'espace entre la pièce moulée et la paroi du moule et assure le second refroidissement de la pièce moulée. Les parois du moule peuvent etre en toute matière-ayant la-porosité requise et ayant une solidité mécanique suffisante pour résister aux charges appliquées par la pièce moulée. Ces exemples de matériaux appropriés pour le moule sont du métal fritté, en particulier du cuivre fritté, de la céramique frittée et des compositions de résines synthétiqueNtrittées réfractaires et poreuses. I1 est souhaitable que soit prévu l'échappement de la vapeur et du réfrigérant liquide de la surface du moule. A cette fin, le passage du moule est relié à %'extérieur du moule en des régions espacées le long de son parcours. Afin que l'invention puisse être comprise plus aisément, elle va maintenant entre décrite à titre d'exemple seulement en se référant aux dessins d'accompagnement où la figure 1 est une coupe à travers un moule ouvert, la figure 2 montre en coupe et à une échelle agrandie une forme de matière ou matériau poreux, et la figure 3 est une vue en élévation, la moitié droite étant présentée en coupe, d'un moule pour coulée continue -selon un mode préféré de réalisation de l'invention. A la figure 1, un moule ouvert est schématiquement illustré comme ayant une paroi poreuse de moule 12 entourée par une enveloppe d'eau 14. L'eau est continuellement pompée vers ltespace entre la paroi du moule et l'enveloppe d'eau par-une conduite 15. La figure 2 illustre, en section, une partièae-la paroi poreuse prévue pour assurer un taux réduit et réglé de~trslsfert de chaleur. Sur la surface la plus proche du métal, la paroi a des dépressions 16 auxquelles conduisent des passages 17 à travers la paroi et les dépressions 16 sont séparées par~des faces sen siblement planes 18.Une partie de l'eau fournie à la surface extérieure de la paroi poreuse s'écoule à travers~les passages 17 dans les dépressions 16 où se produit ltébullition de -lreau. La vapeur d'eau engendrée par l'eau en ébullition forme une couche qui est séparée des faces 18 par une pellicule d'eau et la vapeur d'eau et 11 eau forment ensemble une barrière qui empêche le métal fondu se trouvant dans le moule de venir au contact de la paroi poreuse.En raison du rapport-relativement faible entre la zone d'ébullition (les dépressions 16) et les zones recouvertes de vapeur (les faces 18) et en raison du caractère lisse de la surface de la paroi faisant-face au métal fondu, le transfert de chaleur depuis le métal fondu est relativement faible, et la chaleur atteignant les parois est minimale. Pour ces raisons, les parois illustrées à la figure 2 sont adaptées à des récipients prévus pour conserver ou transférer du métal fondu sans provoquer de refroidissement important des parois du métal. Les parois agissent comme si elles étaient en un réfractaire inusable. En se référant maintenant à la figure 3, on y voit illustré un moule vertical pour coulée continue. Le moule comprend plusieurs, disons huit, unités similaires-qui sont disposées l'une au-dessus de l'autre en un empilement et qui sont fixées ensemble entre une paire de plaques supérieure et inférieure 20 et 22. Be métal fondu est versé dans -le moule par une ouverture dans la plaque supérieure 20, et la pièce moulée solidifiée ou; partiellement solidifiée est retirée du bas du moule par une ouverture ménagée dans la plaque 22. Chaque unité consiste en un corps cylindrique creux et poreux 24 de matière céramique fritté, disposé à l'intérieur d'un manchon en métal non poreux26 et éloigné de c-e manchon. Une paire d'éléments métalliques continus 28 et 30 comporte pour chacun une portion 32 et 34 respectivement qui s'étend vers ltespace entre le corps poreux et le manchon e-t qui est reliée de façon étanche au corps et au manchon~par des anneaux- d-'étanchéité souples 36 et 38. Le corps poreux, le manchon 26 et les-portwons 32 et 34 des éléments continus définissent ainsi une enveloppe creuse dans laquelle du liquide de refroidissement, habituellement sous ia forme d'eau, est introduit sous pression par une conduite 40. -ii1-eau passe à travers le corps poreux 24 pour mouiller la surface.intérieure de ce corps poreux qui définit la surface du moule, et l'eau descend goutte à goutte le long des parois internes du corps poreux. Be corps poreux va au-delà des éléments continus 28 et 30 de sorteque la totalité de la longueur de la surface du moule est fournie par le corps poreux.Lorsque du métal fondu est introduit dans le moule, la chaleur du métal évapore une partie de l'eau stécoulant le long de la paroi définissant la surface du moule, et transforme cette eau en vapeur d'eau. La vapeur d'eau et 1' eau ensemble constituent une barrière de fluide qui sépare le métal fondu de la paroi du corps poreux 24. Seulement une faible proportion de Liteau ast convertie en vapeur d'eau, et la vapeur d'eau et le reste de l'eau s'écoulent de ltextrémité inférieure du passage du moule.La barrière de fluide sert ainsi à maintenir le métal fondu loin de la paroi du corps poreux, et aussi à - extraire de la chaleur de ce métal pour réaliser le refroidissement du métal. Stempilement d'unités similaires présentées à la figure 3 est disposé avec les extrémités adjacentes des corps poreux espacés dune distance de l'ordre de 1/800 de la longueur axiale du passage du moule de chaque unité, c1est-à-dire 0,075 mm pour une unité de 75 mm de long, pour former des évents 44 au moyen de cales dtespacement 42 disposées entre des portions adjacentes munies de rebords des éléments continus 28 e-t 30.Les unités sont maintenues ensemble dans l'empilement au moyen de tiges 46 qui s'étendent parallèlement à la surface du moule des unités par des ouvertures dans les portions de rebord et qui sont fixées aux plaques d'extrémité 20 et 22. Les évents 44 entre les extrémités adjacentes des corps poreux sont suffisamment petits pour éviter que le métal fondu ne coule par les évents, mais ilipermettent à la vapeur d'eau et à l'eau se trouvant dans le passage du moule de s'échapper vers l'extérieur du moule. La pression de la vapeur d'eau et l'eau et la tension superficielle du métal fondu ensemble empêchent le métal de s1 écouler par les évents. A mesure que le métal fondu progresse et descend le long des unités empilées , le métal commence à se solidifier. L'eau se trouvant sur l'intérieur du corps poreux reste en contact avec la pièce coulée et agit comme réfrigérant secondaire pour cette pièce coulée, et la pièce coulée solidifiée est retirée de 1 extrémité inférieure du moule. Le moule peut servir avec l'axe longitudinal du passage du moule disposé horizontalement. Avec des moules pour la coulée continue tant horizontalement que verticalement, on peut couler des tubes. Dans ce cas, un mandrin ayant la même structure poreuse queleas parois du récipient précédemment décrites et muni d'un liquide sous pression est disposé au centre de l'extrémité d'entrée du passage du moule. REVENDICATIONS 1.- Récipient ou analogue pour conserver ou transférer un liquide à température élevée, en particulier du métal fondu, caractérisé en ce que le liquide est séparé des parois du récipient ou analogue, toutes ces parois étant poreuses, par une barrière de fluide qui n1a pas-d'action nuisible sur le liquide et qui est formée par un autre liquide qui a traversé les parois poreuses en provenance de 1' extérieur. 90- Récipient sous forme d'un moule pour coulée continue carectérisé en ce qu'il comprend un corps de matière poreuse comportant entre ses extrémités opposées un passage, les parois de ce passage définissant la surface du moule, et des moyens pour retenir un liquide de refroidissement sous pression en contact avec la totalité de la surface extérieure du corps poreux entre ces extrémité s 3.- Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface extérieure du corps poreux définit une partie d'une enveloppe creuse destinée à recevoir le liquide de refroidissement. 4o P.éclplent sous forme d n moule pour coulée continue selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un manchon non poreux entoure ce corps et en est espacé par une paire d'éléments continus disposés dans l'espace entre le corps et le manchon au voisinage des extrémités du corps, et reliés, façon étanche aux liquides, avec le corps, le manchon et des moyens permettant d'introduire le liquide de refroidissement. sous pression dans l'espace situé entre le corps et le manchon. 5. Récipient sous la forme d'un moule pour coulée continue selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments continus sont reliés de façon é-tanche au corps poreux et au manchon non poreux par des anneaux d'étanchéité souples. 6. Récipient comprenant au moins deux des moules selon la revendication 4 ou 5, disposé en relation d'extrémité à extrémité avec les extrémités adjacentes des corps poreux espacés de façon à fournir un évent. 7. Procédé de coulée continue d'un métal, caractérisé en ce qu'on introduit du métal fondu de manière continue à ltune des extrémités d'-un passage s'étendant à travers un moule, la totalité de la paroi de ce passage étant constituée par un matériau poreux, on fait passer du liquide de refroidissement de l'extérieur du matériau poreux à travers ce matériau pour assurer une barrière de fluide qui sépare le métal fondu et la pièce coulée qui en dérive de la paroi du passage et l'on retire la pièce coulée de l'autre extrémité du passage. 8. Procédé de coulée continue d'un métal, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est l'eau. 9. Procédé de coulée continue d'métal selon la revendication 7 ou 8,-caractérisé en ce que le 'moule est disposé en ayant le passage vertical, le métal fondu est introduit à l'extrémité supérieure du passage et la pièce moulée et le rideau de fluide quittent le passage par son extrémité inférieure. 10. Procédée coulée continue d'un métal selon la revendication. 7,8 ou 9 , caractërisé én ce que le passage du moule est relié à extérieur du moule par des évents situés en des régions espacées le long de ce passage.