Brevet FR2024196A1 — publié le 19700828

La présente invention concerne un dispositf d'alimentation de métal fondu, pour la production de lingots métalliques continus en général. Comme on le sait, une machine de coulée continue du type qui comprend une roue rotative pour produire des barres métalliques continues, comprend essentiellement une roue rotative pourvue sur sa face périphérique d'une gorge ayant la même section que le lingot qu'ou désire produire, cette gorge étant recouverte le long d'un certain arc par une bande métallique qui se déplace avec la roue, si bien que le métal liquide pénétrant & l'entrée de la gorge couverte par la bande est maintenu dans cette gorge et en sort sous la forme dune barre solide et continue au point où la bande quitte la gorge. L'uns des principales conditions d'une transmission rapide et uniforme de l'énergie thermique qui doit être dissipée pour que le métal liquide soit transformé en une barre solide est la suivante:: pendant la formation de la barre, sa peau, ou pellicule, ou couche, ou enveloppe extérieure doit être maintenue parfaitement et fortement en contact avec les parois de la gorge ou meule, qui sont refroidis par une projection de fluide do refroidisement ou d'eau normalement décalcifiée. Il est évident que ce contact ju- time doit etre réalisé Malgré le retrait de solidification, qui est une propriété des métan et de leurs alliages quand ils pas- sent de l'état liquide à l'état solide. Si l'on n'obtient pas que cette pellicule ou enveloppe extérieurs du lingot se forme de manière à reste fortement on contact avec les parois du moule, la surface antérieure de la barre est rugueuse, et l'échange de chaleur est mauvais et in r4gulier, si bien que le lingot est mal formé et que le rendement de la machine est très réduit. Pour obtenir la pression nécessaire pour appuyer la coucha on formation contre les parois du moule, le métal liquide est débité au moyen dcun tuyau relié dans sa partie supérieure à un réservoir dans lequel, en cours de fonctionnement, le métal est maintenu constamment à une hauteur déterminée relativement au niveau de remplissage intérieur de la gorge de la roue. Par suite de la nécessité de produire cette pression élevée avec une forte hauteur de liquide, la vitesse élevée de passage du liquide dans la gorge de la roue produit des phénomènes de turbulence dans les dispositifs d'alimentation actuellement employés. Cela entraîne des défauts possibles dans le produit obtenu, par suite de la presencs d'inclusion d'oxydes at de bulles de gaz dans le lingot en cours de formation. Le principal objectif de la présente invention consiste à supprimer autant que possible les inconvénients précités des systèmes déjà connus, en prévoyant pour las machines de coulé. continue un dispositif d'alimentation de métal fondu qui est étudié pour réduire considérablement la turbulence dans le pas- sage du métal fondu dans la gorge de la roue. Un autre objectif important de cette invention consiste à réaliser un dispositif dent la fabrication est simple et dent l'application est facile, même sur des machines de coulée oon tinue de type déjà connu. Ces objectifs ainsi que d'autres sont atteints par le dispositif d'alimentation en métal fendu suivant la présente invention pour les machines de coulée continue. qui comprend un moule ayant la forme d'une gorge périphérique aménagée dans la roue de coulée, un couvercle en forme de band. pour cette gorge, une zone de métal fondu dans cette gerge pour fermer une sur- face libre supérieure de cette zone de mtal fondu* ua réservoir d'alimentation en métal fondu situé à un niveau plus élevé que cette surface libre, et un organe de débit, ou goulette, reliant le réservoir à la surface libre précitée, dispositif dans lequel, suivant le perfectionnement, la portie inférieure de la goulet te est complètement immergée dans la one de métal fendu, en dessous de la surface libre, s'opposant ainsi à la turbu lence dans l'écoulement du métal fondu à cette extrémité, et produisant une pression régulière et uniformément répartie du métal fondu contre les parois de la gorge. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit, qui concerne une forme de réaliation préférée mais non exclusive d'un dispositif d'alimentation de métal fondu peur une machine de coulée continue suivant la présente invention, et qui se réfère à titre d'exemple aux figures jointes dans les- quelles: la fig. 1 représente schématiquement une vue transversale partiellement sectionnée, d'une machine de coulée comportant le dispositif de la présente invention. La fig. 2 montre à plus grande échelle une section transversale du dispositif d'alimentation de la présente invention On voit sur la fig. t que le dispositif 1 d'alimentation do métal fondu est contigu à un c8té de la roue de coulée 2 qui porte une gorge ou moule périphérique 3, à l'intérieur duquel se forme le lingot continu.Cette gorge 3 est fermée à peu près sur une demi-circonférence de la roue par une- bande d'acier 4 qui est guidée au contact de cette roue 2 par deux galets 5 et 6, et qui s'enroule sur les poulies 7 et 8, La fig. 1 montre également un réservoir supérieur 9 destiné au métal fondu, ainsi que les organes d'ajustement correspondants et les dispositifs intérieur et extérieur de refroidis serment 10 et il qui suivant la roue sur un certain arc de cercle. Ces dispositifs de refroidissement tO et 11 consolident le métal fondu qui se transforme ainsi en un lingot continu 12, pendant que la roue 2 tourne dune façon continue. La fig. 2 montre clairement le dispositif d'alimentation de métal fondu prévu par le présente invention. On voit sur cette figure le tube ou goulotte 13 disposé verticalement, qui communique à son extrémité supérieure avec le réservoir 9. L6r- trématé inférieure ou tuyère 14 du tuyau 13 est disposée coaxialement à ce tuyau et descend pour pénétrer autant que possible à l'intérieur de la gorge 3 de la roue 2. (La pénétra tion de la tuyère 14 dans la gorge 3 dépend des dimensions de la pointe de la tuyère relativement à la gorge 3, et de la courbure de la roue 2). La tuyère 14 a une section transversale intérieure supérieure à celle du tuyau 13 (le double par exemple), si bien que la vitesse du liquide constitué pr le métal fondu diminue considérablement quand le métal passe du tuyau 13 dans la tuyère 14. Cette dernière est profondément immergée en-dessous du niveau de remplissage ou chargement 15, qui est établi dans la gorge 3 de la roue 2 et qui dépend de la vitesse de rotation de cette roue et du débit d'alimentation de métal fondu. Sur la fig. 2, la ligne 16 représente la zone dans laquelle le métal fondu commence à se solidifier, si bien que le débit d'alimentation proprement dit du métal fondu se produit à l'intérieur de cette limite, dans laquelle se trouve la tuyère 14. La section intérieure du tuyau 13 détermine dans une forte mesure le debit, c1 est-à-dire la quantité de liquide nécessaire au fonctionnement de la machine, tandis que la section intérieure de la tuyère 14 assure un ralentissement convenable de l'écou- lement à la sortie, L'extrémité inférieure 17 du tuyau 13 est élargie et a une forme tronconique, pour former un raccordement entre le tuyau 13 et la tuyère 14. La fig. 2 montre également les ouvertures de débit 10a du dispositif intérieur de refroidissement 10. Le débit de métal liquide est ajusté avec plus de pré ci sion par la pointe de réglage visible sur la fig. 1. Le fonctionnement du dispositif de la présente invention est évident à la suite de la description précédente. La pression nécessaire pour obtenir le contact de l'enveloppe du lingot en formation avec les parois de la gorge 3 est assure ré par le maintien du réservoir 9 à une hauteur déterminée d'avance relativement au niveau de remplissage ou surface libre 15 tandis que le débit est déterminé en principe par cm choix convenable de la section transversale du tuyau 13. Par suite de la présence de la tuyère 14 dont la section intérieure est supé- rieure à celle du tuyau 13, la turbulence à la sortie est r4- duite au minimum par la diminution de la vitesse sur toute la longueur de la tuyère 14, par suite de l'augmentation de la section intérieure disponible pour le métal fondu. Comme on le voit clairement sur les figures, la tuyère 14 peut avantageusement Btre à peu près tangente à la roue 2 et pénétrer verticalement dans la gorge 3. On a constaté dans la pratique qu'on obtient les meilleurs résultats quand l'extrémité inférieure 14 de la goulotte est imu- mergée dans le métal fondu jusqu'à une profondeur comprise entre 60 et 150 mm. Quand on coule des barres d'aluminium, la vitesse d'écoule- ment du métal fondu à l'intérieur de la section 14 de plus grand diamètre de la goulotte est d'environ 1 m/s, tandis que dans la section de plus petit diamètre de la goulotte, cette vitess est deux fois plus grande. L'une des roues réalisées pratiquement a un diamètre de 1400 mm et fait environ 3,5 tours par minute, si bien que la vitesse périphérique est d'environ 250 mm/s. La forme de la section transversale de la goulotte est avantageusement circulaire, bien qu'en ait fait des essais satisfaisants également avec des goulottes ayant une section transversale qui reproduit la section trapézoïdale de la cavité de métal fondu. Dans le cas de l'aluminium et des alliages d'aluminium, la tenpérature de métal fondu normalement adoptée est un peu supérieure à 6700 C. Par suite de la vitesse de rotation élevée de la roue, les températures ne sont pas très différentes à l'extérieur et à l'intérieur de la goulotte. Avec cette méthode de coulée sous pression, la roue peut être refroidie de façon intense, mais cela n'est possible que si la vitesse périphérique de la roue est convenablement choisie, par exemple, si elle est de l'ordre de grandeur indiqué plus haut. Si la vitesse était réduite par exemple à la moitié de la valeur précitée, le métal se solidifierait autour de la goulotte immergée. La pression du métal liquide contre les parois de la gorge est également due à l'énergie cinétique de la nasse de métal liquide qui tombe depuis une hauteur assez ortan- te, et qui donne à cette masse liquide la vitesse d'entrée précitée, qui est d'environ 1 m/s avec une masse d'environ 2 kg dans le cas d'une roue ayant la grandeur indiquée plus haut Cette énergie est absorbée par le travail mécanique effectué par le courant-scendant de métal, ce qui produit une pression contre les parois de la gorge dans des conditions de faible turbulence; cette turbulence est d'autant moins intense que l'immersion de la goulotte est plus grande. Le métal qui sort de l'extrémité de la goulotte s'élève le long de la paroi extérieure de la partie immergée de la goulotte jusqu'à la surface 15 du métal fondu, et il s'étend ici vers les parois de la gorge ou l'enveloppe se forme et est comprimée pendant qu'elle descend sous l'effet de l'énergie cinétique, comme indiqué plus haut. Le dispositif de la présente invention assure une forma- tion parfaite des lingots continus, qui acquierent une tex- ture superficelle et interne parfaitement satisfaisante- L'invention ainsi conçue et décrite peut subir de nombreu- ses modifications et variantes qui rentrent tcutes dans le domaine de la conception inventive. Dans la pratique, les matières employées et les dimensions adoptées peuvent varier suivant les besoins de chaque cas particulier. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en métal fondu destiné aux machines de coulée continue à roue rotative, comprenant un moule qui a la forme d'une gorge périphérique aménagée dans la roue de coulée et un couvercle n forme de bande sur ladite gorge, une zone de métal fondu dans cette gorge pour former un niveau supérieur libre, ou surface libre, de cette zone de métal fondu, un réservoir d'alimentation en métal fondu situé à un niveau plus élevé que cette surface libre et un élément de débit ou goulotte reliant ce réservoir à cette surface li bre, dispositif dans lequel, suivant la présente invention, l'extrémité inférieure de la goulotteest complètement immergée dans ladite zone de métal fondu, en dessous delta surface li bre, ce qui supprime la turbulence de l'écoulement de métal fondu dans la région de cette extrémité et produit une pression régulière et uniformément répartie du métal fondu contre les parois du moule précité j 2. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel ladite partie inférieure immergée dans la zone de métal fondu à une longueur verticale d'au moins 60 mm. 3. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel ladite partie inférieure immergée dans la zone de métal fendu à une longueur verticale comprise entre 60 et 150 mm. 4. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel la zone de métal fondu est limitée latéralement t inférieure- ment par une couche de métal solidifié de forme concave qui a une limite supérieure de métal solidifié située le plus près possible de la surface libre, dispositif dans lequel suivant la présente invention ladite partie inférieure immergée dans la zone de métal fondu s'étend dans cette zone sur une distance appréciable en dessous de ladite limite supérieure. 5. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel la goulotte comporte une partie supérieure tubulaire relié au réservoir précité et une partie inférieure tubulaire comprenant la partie inférieure extrême précitée, ladite partie tubulaire inférieure ayant une section transversale supérieure à celle de ladite partie tubulaire supérieure, ce qui réduit la vitesse d'écoulement du métal fondu dans cette partie inférieure. 6. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel l'a xe central de la partie inférieure extrême est à peu près tangent à la ligne des centres de la gorge périphérique précitée.