Brevet FR2047894A1 — publié le 19710319

2015? I 2047894 L1 invention concerne les installations de coulée continue et • semi-continue des métaux. On connaît des appareils qui sont réalisés à cette fin et qui comprennent : un inducteur é 1 ectromagnêtique._ annulaire dans le champ inté-5 rieur duquel le métal fondu est uniformément introduit, un écran électromagnétique pour.la.-distribution du champ électroîîiagnéçique" .efe Viiylucteur en direction axiale, et un dispositif annulaire pour l'amenée d'un liquide de refroidissement sur la surface du lingot en çours_,.d'élaboration. Le dispositif pour l'amenée du liquide dé refroidissement est 10 constitué par un collecteur annulaire à buse annulaire formée par la paroi de ce collecteur et la partie inférieure conique de l'écran électromagnétique. • •' • La buse injecte, le liquide de refroidissement dans l'intervalle de l'inducteur ef du lingot et le dirige sur la surface du lingot sous un 15 angle aigu. .Sous l'action de l'inducteur annulaire, autour du métal fondu, qui est admis dans la zone d'élaboration du lingot, est engendré un champ électromagnétique alternatif qui crée dans le métal liquide des forces dirigées vers le centre du lingot, qui sont opposées à l'étalement du 20 métal et qui le mettent en forme. Le métal liquide prend alors la disposition et les dimensions voulues en section transversale. Sur la surface latérale de la colonne de métal liquide, mise en forme par le champ, on amène un liquide de refroidissement grâce auquel cette colonne est refroidie pendant son déplacement et est solidifiée complètement pour former le 25 lingot. La demanderesse a établi que la distance, comprise entre la ceinture de refroidissement (endroit où le liquide de .refroidissement touche la surface du lingot) et la séparation des phases liquide et solide, dépend principalement de la vitesse de coulée. 30 Cette vitesse de coulée dépend de la composition de 1"'alliage et, même dans le cas de coulée de lingots d'une même dimension, les vitesses de coulée varient dans de larges limites. Par ailleurs, la séparation entre la phase liquide et la phase solide du lingot est située d'ordinaire au niveau du milieu de l'induc-35 teur. Cela signifie que,pour la coulée de lingots de même dimension, mais en alliages différents d'un même métal, par exemple d'aluminium, il faut changer la position de la ceinture de refroidissement. 20157 2 2047894 * Pour les petites vitesses de coulée des alliages, la distance de la ceinture de refroidissement à la séparation entre la phase liquide et la phase solide est relativement grande (par exemple, pour les alliages d'aluminium elle va jusqu'à 90-100 mm), l'angle d'inclinaison du jet 5 de liquide de refroidissement est faible (de l'ordre de 8 à 10°), aussi, même en présence de faibles écarts du lingot par rapport à l'axe vertical, apparaissant inévitablement pendant la coulée, il se produit une obliquité importante de la ceinture dè refroidissement. ïl en résulte qu'aux endroits où la ceinture de refroidissement 10 est plus élevée que le milieu de 1'inducteur, la surface des portions périphériques de la zone liquide peut Être solidifiée et le métal liquide nouvellement arrivé peut alors couler suivant la surface solidifiée en formant sur le lingot des excroissances irrégulières. Aux endroits où la ceinture de refroidissement se trouve plus 15 bas que le milieu de l'inducteur, le métal, n'ayant pas non plus le temps d'être solidifié dans la"zone d'action de l'inducteur, coule aussi suivant la surface du lingot,ce qui altère notablement sa qualité. L'utilisation de l'écran électromagnétique, en tant que guide du liquide de refroidissement, rend difficile l'obtention simultanée d'une 20 distribution optimale du champ électromagnétique et de la position requise de la ceinture de refroidissement, puisque chacun de cés facteurs, qui ne sont pas liés l'un à l'autre, dépend d'un même paramètre (l'angle du cône de l'écran électromagnétique).' Les appareillages antérieurs ne permettent pas de régler la 25 position de la ceinture de refroidissement, puisque cette position dépend de l'agencement de la partie conique inférieure de l'écran électromagnétique guidant le liquidé de refroidissement vers la surface du lingot. L'invention supprime ces inconvénients et a pour objet un appareillage pour la coulée continue et semi-continue de métaux, dans lequel 30 la structure de réalisation et l'agencement du dispositif, débitant le liquide de refroidissement sur la surface du lingot, permettent d'améliorer la qualité de celui-ci, surtout dans le cas de lingots coulés à petites vitesses, ce qui assure la possibilité de coulée de lingots en tout alliage exigeant une vitesse de coulée particulière sans modifications 35 de la structure de l'installation, et permet simultanément d'assurer des conditions optimales de refroidissement du lingot et de distribution du champ électromagnétique de l'inducteur. 20157 3 2047894 Dans ce nouvel appareillage de coulée continue et semi-continue de métaux par amenée uniforme d'un métal fondu dans -le champ électromagnétique intérieur d'un inducteur électromagnétique annulaire, afin de mettre en forme le lingot, qui est refroidi à l'aide d'un dispositif annulaire 5 débitant le liquide de refroidissement sur la surface du lingot, suivant 1'invention,le dispositif annulaire amenant le liquide de refroidissement est formé- par un tube muni de trous ménagés dans la paroi faisant face au lingot, et est disposé au-dessous et au voisinage immédiat de l'inducteur, avec possibilité de déplacement le long de l'axe du lingot. 10 Pour mesurer le déplacement du dispositif annulaire, amenant l'agent de refroidissement le long de l'axe du lingot, il est avantageux de monter dans l'installation un dispositif déterminant la limite entre la phase liquide et la phase solide du lingot en cours d'élaboration, ce dispositif étant relié à la commande déplaçant ledit dispositif annulaire 15 par rapport à l'inducteur. Les caractéristiques essentielles de l'appareillage selon l'invention sont les suivantes. Du fait que le dispositif annulaire débitant le liquide de refroidissement est formé par un tube comportant des trous ménagés dans la 20 paroi faisant face au lingot, le liquide de refroidissement est amené perpendiculairement à la surface du lingot, ainsi,même quand le lingot s'écarte de l'axe vertical, la ceinture de refroidissement reste en position horizontale, assurant une bonne qualité du lingot. Cet agencement du dispositif annulaire amenant le liquide de 25 refroidissement au-dessous de l'inducteur, au voisinage immédiat de celui-ci, avec possibilité de déplacement le long de l'axe du lingot, permet de couler des lingots en alliages de compositions différentes sans modification de la structure de l'installation, en ne faisant varier que la position de la ceinture de refroidissement, position qui est fonction princi-30 paiement de la vitesse de coulée. En outre, dans ce nouvel appareillage, l'écran électromagnétique et le dispositif amenant le liquide de refroidissement ont des fonctions séparées, de ce fait, ainsi que de meilleurs conditions assurant la distribution optimale du champ électromagnétique de l'inducteur et le refroidis-35 sement du lingot, la qualité de celui-ci est améliorée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation du dispositif et du dessin annexé, sur lequel : 70 20157 4 2047894 - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention destiné à la coulée continue et semi-continue d'aluminium, et - la figure 2 est une vue en plan de ce dispositif. Le dispositif représenté sur ces figures comprend un canal d'ame-5 née 1 (figure 1) débouchant sur une capacité 2 à orifice 3, un élément pour la distribution uniforme de l'aluminium en fusion, se présentant sous la forme d'une coupelle 4 avec un côjie 5 au centre et des orifices 6 équidistants sur sa paroi latérale 7, une plaque de fond 8, un écran électromagnétique 9 refroidi par eau et reposant sur une table 10 par l'intermé-10 diaire de vis 11, un inducteur électromagnétique annulaire 12 fixé à la dalle 10, un tube annulaire 13 à section rectangulaire, ronde ou autre, muni de trous 14 qui traversent sa paroi intérieure, c'est-à-dire du côté faisant face au lingot. Le tube 13 est suspendu à la table 10 et peut être déplacé verti-15 calement à l'aide de crémaillères 15 qui engrènent avec des pignons 16. Le dispositif comporte trois mécanismes de ce genre, destinés au déplacement du tube 13, disposés à 120° les uns par rapport aux autres et accouplés à un mécanisme commun de commande, constitués par des vis sans fin 17 (figure 2), des arbres 18, des roues tangentes 19 et un vo-20 lant 2.0. Sur le dessus de la table 10 est monté un dispositif pour mesurer la séparation entre la phase liquide et la phase solide dans le lingot en cours d'élaboration. Ce dispositif est composé d'un montant 21, d'un bras 22, orientable dans le plan horizontal et à l'extrémité duquel est 25 fixée, avec possibilité de rotation dans le plan vertical et le plan horizontal, une jauge 23. La partie supérieure de cette jauge comporte une graduation 24 servant à déterminer l'écart entre la séparation des phases liquide et solide du lingot et le milieu de l'inducteur. L'installation décrite fonctionne de la façon suivante. 30 Avant de commencer la coulée, on engage la plaque de fond 8 (figure 1) dans l'inducteur 12, et on amène le tube 13 au voisinage immédiat et au-dessous de l'inducteur dans la position pour laquelle la séparation entre les phases liquide et solide de l'aluminium est située au niveau du milieu de l'inducteur. 35 L'aluminium fondu arrivant par le canal 1 traverse l'orifice 3 de la capacité 2 et arrive sur la plaque de fond 8 engagée par le bas à l'intérieur de- l'inducteur 12. L'eau, employée en tant qu'agent de refroi 20157 5 2047894 dissement et alimentée par le tube annulaire 13 à travers les trous 14, arrive sur la plajue de fond 8 et y refroidit le métal fondu qui amorce sa solidification. La partie solidifiée du métal (figure 1) est indiquée par A, 5 et la partie non solidifiée (liquide) par B. Le champ électromagnétique engendré par l'inducteur 12 fait apparaître dans le métal liquide des forces, sous, l'action desquelles la partie liquide B du lingot est contenue et ne peut" s'étaler, étant mise en forme selon une section reproduisant celle de l'inducteur. 10 Au fur et à mesure de l'augmentation de la hauteur de la colonne de métal mise en forme, partiellement solidifiée et prenant appui sur la plaque de fond 8, cette dernière descend. On place alors la coupelle 4 sur la surface du métal fondu (partie B). Le métal fondu, en arrivant sur le cône 5 de la coupelle 4, est étalé sur le fond de celle-15 ci et passe par les orifices 6 pour être uniformément réparti dans l'inducteur 12. Le métal fondu, au fur et à mesure de son arrivée au centre inducteur,est mis en forme et solidifié en constituant une colonne de métal solide, qui descend avec la plaque de fond. Cette solidification a lieu 20 sous l'effet de l'eau envoyée directement sur la surface latérale du lingot. Cette eau de refroidissement est envoyée sur la surface du lingot en jets séparés, principalement sous un angle de 90°. Pour que le refroidissement du métal soit uniforme, les trous 14 du tube 13 sont répar-25 tis en plusieurs rangées et en quinconce, avec un écart entre eux tel que les jets ne se joignent pas. Pour vérifier si la séparation entre la phase liquide et la phase solide se trouve au niveau du milieu de l'inducteur, on descend la jauge 23 dans le bain d'aluminium, auprès de la surface latérale du lingot 30 mis en forme, jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec la partie solidifiée A. Si la séparation entre la phase liquide et la phase solide s'est écartée de la position requise, la valeur de cet écart est mesurée à l'aide de la graduation 24 sur laquelle la position requise a été indiquée aupa-35 ravant par un repère. Conformément à cet écart mesuré, on déplace le tube 13 le long de l'axe du lingot en tournant le volant 20 dë commande assurant son déplacement. 20157 6 2047894 Les vis sans fin 17 font alors, tourner les. roues tangentes 19 (figure 2) et les arbres 18, lesquels, à leur tour, font tourner les pignons 16 engrenant avec les crémaillères 15, qui déplacent le tube 13 verticalement le long de l'axe du lingot. 5 La nouvelle installation permet de couler des lingots de bonne qualité en alliages d'aluminium ayant des diamètres pouvant atteindre 1 000 mm. Les dispositifs décrits ne sont pas limitatifs, des modifications et variantes pouvant leur être apportées sans pour cela sortir du cadre 10 de 1'invention. 20157 7 2047894 REVEND ICAT IONS 1. Appareillage pour la coulée continue et semi-continue d'un métal par amenée uniforme du métal fondu dans le champ électromagnétique intérieur d'un inducteur électromagnétique annulaire dont l'action met le lingot en forme, celui-ci étant refroidi àl'aide d'un dispositif annulaire 5 débitant un liquide de refroidissement sur la surface du lingot, ce dispositif étant caractérisé en ce que le dispositif annulaire débitant le liquide de refroidissement est formé par un tube ayant des trous ménagés dans sa paroi faisant face au lingot, ce tube étant disposé au-dessous et au voisinage immédiat de l'inducteur, avec possibilité de déplacement vertical le long 10 de l'axe du lingot, 2. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé par un appareil servant à détecter la séparation ou limite des phases liquide jet solide du lingot en cours d'élaboration, cet appareil étant relié au mécanisme de commande assurant le déplacement, par rapport à 15 l'inducteur, du dispositif annulaire débitant le liquide de refroidissement.