Brevet FR2028729A1 — publié le 19701016

La présente invention concerne un dispositif pour la fabrication de lingots en métal, en particulier de lingots d'acier non allié ou allié à bonne cristallisation primaire, faible ségrégation et basse teneur en inclusions non métalliques. 5 On connaît dans ce domaine des dispositifs qui se composent essentiellement d'une lingotière fermée en bas ainsi que d'une ou plusieurs électrodes fusibles ou non que l'on peut faire descendre d'en haut dans la lingotière et qui peuvent être raccordées à une source de courant. Lorsqu'au cours de la fabrication d'un lin-10 got d'acier la lingotière, qui peut être faite par exemple en fonte et se refroidit sans avoir besoin de recourir à un agent re-froidisseur spécial liquide ou gazeux, est remplie d'acier en fusion et que sa surface libre est recouverte d'une couche de laitier liquide, on peut, suivant le principe dit de chauffage de 15 tête de lingot, amener le courant aux électrodes plongeant dans la couche de laitier liquide et maintenir chaude et par conséquait liquide de la partie supérieure du bain d'acier en fusion qui se trouve immédiatement en dessous de cette couche de -laitier jusqu' à ce que, à partir du fond, la plus grande partie de la masse d'a-20 cier en fusion se soit solidifiée en formant un lingot solide. Par rapport aux lingots coulés dans des lingotières ordinaires, les lingots fabriqués comme il vient d'être décrit présentent des têtes plus courtes, rendues non homogènes par suite de la présence d'inclusions et de soufflures et par conséquent inutilisables, 25 et possèdent également des cavités formées par retrait de très faibles dimensions dans leur partie supérieure. Dans ces dispositifs connus, la partie supérieure de la coquille destinée à recevoir la couche de laitier liquide flottant sur le bain d'acier en fusion est pourvue d'un revêtement réfrac-30 taire. Mais ce revêtement est esqposé aux attaques du laitier et de la masse d'acier en fusion et il a besoin d'être fréquemment renouvelé ce qui augmente d'autant les frais d'entretien. En outre, des éléments constitutifs du revêtement réfractaire se détachent et modifient la composition chimique du laitier liquide qui 35 est en contact avec eux, chargeant ainsi le bain d'acier en fusion en cours de solidification d'impuretés constituées par des inclusions non métalliques. Ces inconvénients sont encore plus accusés lorsque la transmission de courant et de chaleur par l'intermédiaire du laitier est importante de sorte que, finalement, 40 la destruction du revêtement prend en peu de temps des proportions 70 01728 2 2028729 inacceptables. Par conséquent, de tels dispositifs connus ne peuvent être utilisés que pour recevoir de faibles quantités de courant et de chaleur qui ne suffiraient pas à agir de façon détermi nante sur la structure. 5 La présente invention permet d'éviter les inconvénients ci- dessus en proposant un. dispositif mieux adapté dans lequel, malgré l'arrivée de quantités de courant sensiblement plus fortes, d'au moins 120 kwh par tonne d'aeier en fusion en cours de solidi fication, et malgré le chauffage intense subi sous l'effet de ce 10 courant ou d'un apport d'énergie d'autre source par la couche de laitier liquide et le métal ou acier en fusion qui se trouve en dessous de cette couche sur une section transversale aussi grande que possible de cette masse en fusion, l'attaque subie en particu lier par les surfaces de la lingotière qui sont en contact avec 15 la couclie de laitier liquide n'est que peu importante. Ce résultat est obtenu selon l'invention avec un dispositif du genre décrit au début, grâce au fait que la lingotière qui n'est pas refroidie par des liquides est munie d'un couronnement qui reçoit la couche de laitier liquide flottant à la surface du 20 bain d'acier en fusion et dont les parois sont refroidies par un fluide approprié, par exemple un liquide. Dès que la lingotière de ce dispositif est remplie par l'acier en fusion et que le couronnement refroidi est rempli pair le laitier liquide, une couche de laitier solidifié recouvre la partie limitant le laitier liqui 25 de de la paroi intérieure du couronnement, la plupart du temps métallique, par suite du refroidissement de la face extérieure de ce couronnement. Entre le laitier liquide à très haute température et la paroi intérieure du couronnement, il n'y a donc pas de contact direct. Le laitier ne peut donc attaquer la paroi intéri-30 eure du couronnement et il n'y a pas de modification chimique du laitier ni de pollution de 1'acier en fusion dans la lingotière. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le couronnement destiné à recevoir le laitier liquide se compose d'un corps creux à double paroi, par exemple métallique, et éventuelle 35 ment muni à l'intérieur de surfaces directrices, l'intervalle entre les parois extérieure et intérieure comportant des tubulures d'entrée et de sortie pour le liquide de refroidissement. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, portant 40 sur un dispositif donné à titre d'exemple, en référence à la fi 70 01728 3 2028729 gure unique du dessin annexé qui représente schématiquement ce dispositif en coupe longitudinale. Sur la lingotière 10, par exemple en fonte, uniquement exposée à l'atmosphère ambiante c'est-à-dire non refroidie par un 5 agent particulier, par exemple un liquide, est fixé un couronnement 20 qui se compose de tôles métalliques, par exemple tôles d'acier ou autres, soudées les mes aux autres. Le long du bord supérieur du couronnement 20 est montée une chambre de distribution de forme annulaire 22 dans laquelle se trouve ma liquide de 10 refroidissement, par exemple de l'eau. La chambre de distribution 22 est raccordée à une conduite d'arrivée de liquide 21 et présen te le long de son côté intérieur des orifices de sortie 23 ou becs vaporisateurs par lesquels le liquide de refroidissement est projeté contre la face extérieure de la paroi 26 du couronnement 20. 15 A la base du couronnement 20 est montée une rigole collectrice 24 qui recueille le liquide s*écoulant le long de la face et qui est en liaison avec la conduite d'évacuation 25. La lingotière 10 repose sur une plaque de fond 40 et est étanche par rapport à celle-ci de façon que, lorsqu'on coule un 20 lingot, par exemple en acier, elle puisse être remplie jusqu'au bord supérieur sans que l'acier puisse sortir par la jointure du fond. Le couronnement 20 est également étanche par rapport au bord supérieur de la lingotière, de sorte que le laitier qui a préalablement fondu au-dessus du niveau de l'acier peut être cou-25 lé dedans. Sur leur face intérieure, les parois du couronnement sont recouvertes d'une couche 51 cLe laitier solidifié qui, en rai son du refroidissement auquel est exposée la face extérieure, ne peut plus fondre même pendant l'échauffement intense de la couche de laitier liquide 50 par arrivée de courant ou autre apport d'é-30 nergie, et qui forme donc une couche de séparation solide entre cette couche de laitier liquide et la paroi. Au-dessus de la lingotière 10 sont disposées, de façon à pou voir se lever et s'abaisser, une ou plusieurs électrodes fusibles 60 qui peuvent être descendues dans la couche de laitier se trou-35 vant au-dessus du niveau du bain d'acier fondu. Une source de cou rant alternatif 70 est connectée d'une part à l'électrode 60 et d'autre part à la plaque de fond 40 et par conséquent au lingot 30, de telle façon que, lorsque l'électrode plonge dans la lingotière, le circuit est fermé par la couche de laitier 50, celle-ci 40 étant maintenue à-une température élevée par suite de l'échauffé- 70 01728 4- 2028729 ment dû à la résistance et de telle façon que de la chaleur peut être amenée au lingot pendant sa solidification. La source de cou rant et tous les éléments d'alimentation de ce circuit sont dimen sionnés pour un apport d'énergie d'au moins 120 kwh par tonne de 5 lingot, sous une tension de 30 à 100 volts qui est nécessaire pour obtenir un degré de pureté élevé et une structure dense et sans ségrégation dans toutes les parties du lingot. Suivant un autre mode de réalisation non représenté sont dis posées au-dessus de la lingotière et du couronnement une ou plu-10 sieurs électrodes non fusibles pouvant se soulever et s'abaisser de telle façon que le circuit électrique peut être fermé lorsque l'électrode s'abaisse jusqu'au contact avec le laitier liquide et provoque de cette façon son chauffage par résistance. On peut éga lement prévoir d'autres dispositifs, par exemple brûleurs à plas-15 nia, ou d'autres modes d'apport d'énergie pour chauffer la couche de laitier au lieu de l'arrivée de courant par l'intermédiaire d'électrodes. Les lingots d'acier fabriqués à l'aide du dispositif suivant l'invention présentent en tous leurs points après solidification 20 une bonne cristallisation primaire, une structure parfaitement dense et une faible teneur en inclusionsnon métalliques. Au moyen de ce dispositif on peut par exemple en réglant la vitesse de solidification produire des lingots qui, dans la zone axiale de lin got|.,sont libres des ségrégations dites en Y. 25 Lorsque la lingotière doit être montée dans une fosse oudans un récipient à vide, il est prévu suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention que le couronnement métallique de la lingotière est formé d'un corps creux à double paroi, éventuellement muni à l'intérieur de surfaces directrices poux le liquide 30 qui y circule. Dans ce cas également, il. suffit d'une construction soudée en tôle d'acier. De façon avantageuse, les surfaces directrices sont dans ce cas disposées en spirale de telle sorte que l'eau de refroidissement circule avec une vitesse suffisante de bas en haut le long des parois intérieures du couronnement sensi-35 blement suivant une trajectoire hélicoïdale. L'avantage de la construction à double paroi est que l'évacuation de l'eau de refroidissement n' est pas liée à une différence de niveau naturelle, mais que les conduites peuvent être montées où l'on veut par exemple à travers la paroi du récipient à vide. 70 01728 5 2028729 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la fabrication de lingots en métal, en particulier de lingots d'acier non allié ou allié présentant une bonne cristallisation primaire, une faible ségrégation et une bas- 5 se teneur en inclusions non métalliques, qui se compose d'une lingotière fermée en bas, non refroidie par liquide, destinée à rece voir un bain d'acier liquide, et d'une ou plusieurs électrodes fusibles ou non fusibles, pouvant s'abaisser d'en haut, raccordées à une source de courant, ou bien d'autres dispositifs d'ap-10 port d'énergie, tels que par exemple brûleurs au plasma ou autres analogues, caractérisé en ce que la lingotière non refroidie par liquide est munie d'un couronnement, destiné à recevoir une couche de laitier liquide flottant à la surface de l'acier liquide, portée à une température élevée au moyen d'une quantité de cou-15 rant d'au moins 120 kwh par tonne d'acier amenée par les électrodes abaissables, ou au moyen d'un autre apport d'énergie, les parois de ce couronnement étant refroidies à l'extérieur par un liquide ou un autre fluide de refroidissement et, par suite de ce refroidissement, étant recouvertes à l'intérieur pendant la cou-20 lée et la solidification du bain d'acier fondu d'une couche de laitier solidifiée. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce 'que le couronnement refroidi à l'extérieur est muni d'une chambre de distribution annulaire qui possède des orifices de sortie ou 25 becs de pulvérisation pour le liquide de refroidissement dirigés vers la face extérieure des parois du couronnement et qui possède également le long de son bord inférieur une rigole collectrice annulaire pour l'évacuation du liquide de refroidissement. 3.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce 30 que le couronnement refroidi est formé par un corps creux à double paroi muni éventuellement entre ses deux parois de surfaces directrices, qui possède des tubulures d'entrée et de sortie pour un agent ou un liquide de refroidissement. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 35 à 3, caractérisé en ce que la source de courant, tous les organes d'alimentation et les électrodes sont dimensionnés pour un apport d'énergie d'au moins 120 kwh par tonne de lingot sous une tension 70 01728 6 2028729 de 30 à 100 volts. 5«- Dispositif suivant 1'une quelconque des revendications 1 à 3> caractérisé en ce que les dispositifs pour l'apport d'énergie, par exemple par brûleurs à plasma ou éléments analogues, 5 sont dimensionnés pour recevoir au moins une quantité d'énergie équivalant au chauffage par 120 kwh par tonne de poids de lingot.