Brevet FR2064214A1 — publié le 19710716

La présente invention a pour objet un dispositif de coulée verticale, continue, multiple, pour l'aluminium ou les alliages d'aluminium, permettant de couler simultanément des barres de n'importe quelle section simple, 5 en particulier de section circulaire ou rectangulaire , sans avoir recours à des flotteurs ou autres dispositifs analogues de régulation. Depuis plusieurs années déjà, aussi bien les billettes que les plaques de laminage en aluminium et en ai-10 liages d'aluminium sont coulées à plusieurs jets simultanés dans des installations verticales. Ces installations diffèrent de celles conventionnelles à un seul jet essentiellement par le fait qu'elles sont pourvues de plusieurs lingotières tubulaires disposées 15 les unes à côté des autres au lieu d'en avoir une seule. Les barres coulées simultanément en continu sont abaissées sur un même plateau, dans une fpsse commune. Chaque lingotière, par contre, a son propre faux-fond. Les lingotières tubulaires sont les lingotières courtes, conventionnelles, refroi-20 dies à l'eau ("molds for direct casting") j en général, cette eau est ensuite utilisée pour l'arrosage direct de la barre sortant de la lingotière. De telles lingotières courtes sont décrites, par exemple, dans le "Handbuch des Stranggiessens", édité (1958) par Aluminium-Verlag GmbH, Dusseldorf, page 401, 25 figures 398-401 . Elles ont généralement une section simple, le plus souvent circulaire, rectangulaire ou carrée j mais cette section peut aussi être plus compliquée, par exemple à forme hexagonale ou octogonale, -ou encore à forme de T ou de I. 30 Des installations de coulée continue, multiple, pour billettes,sont décrites et illustrées, par exemple, dans 70 36447 2 2064214 la revue "Metall" de la Metall-Verlag GmbH, Berlin-Grune-wald ï dans le vol 15 (1961), numéro 3, pages 205 et 206 (installation de coulée continue mulltiple de la Michael Flynn Mfg.Corp.à Philadelphia, USA) % dans le vol.16 (1962), 5 numéro 4, page 294 (installation des Vereinigte Leicht-metall- Wexke GmbH, en Allemagne) et dans.le vol.22 (1968), numéro 3, pages 229-230 (installations de la Consolidated Aluminium Corporation a New Johnscmville/USA et des Vereinigte Aluminium-Werke AG, Lippewerke/Allemagne). 10 Les installations de coulée continue multiple, du type susmentionné, sont très répandues, car l'augmentation du nombre des pièces coulées en une seule opération répond à une nécessité de productivité et d'économie. Mais d'autre part, lorsque le nombre des lingo-15 tières augmente,surtout lorsqu'il s'agit d'installations de coulée continue multiple pour billettes, on rencontre de graves difficultés dues surtout au fait qu'il faut contrôler simultanément plusieurs flotteurs, en particulier au début de l'opération. En outre, lorsqu'il s'agit de la coulée de lon-20 gues barres, des problèmes de lubrification se posent qui doivent être résolus. L'invention a comme objet un dispositif qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés. Le dispositif selon l'invention est pourvu, 25 comme les installations de coulée continue multiple connues, de plusieurs lingotières tubulaires courtes, d'un distributeur commun et d'un plateau commun mobile commandant la descente dans une fosse commune des faux-fonds de chaque lingotière. Il est caractérisé par le fait que les lingotières 30 tubulaires sont disposées, à tenue de liquide, dans un caisson commun à refroidissement d'eau, les unes a côté des autres, dans des ouvertures de section appropriée, pratiquées sur le.fond du distributeur, et par le fait que chaque lingotière est entourée d'une enveloppe qui délimite avec la paroi 35 de la lingotière une enceinte pour l'eau de refroidissement, enceinte pourvue en sa partie supérieure d'ouvertures pour l'entrée de l'eau provenant du caisson commun et en sa partie inférieure d'orifices (trous ou fentes) pour la sortie de 70 36447 3 2064214 l'eau de refroidissement disposés de préférence de telle façon que cette eau sorte sous forme de jets dirigés contre la barre coulée (On peut toutefois aussi laisser simplement couler l'eau dans la fosse, sans la gicler contre la barre). 5 Les différences essentielles par rapport aux installations conventionnelles dç'coulée verticale continue, multiple, pour aluminium et alliages d'aluminium, résident dans les caractéristiques mêmes du dispositif selon l'invention : les lingotières ne sont pas,comme dans les installa-10 tions connues, indépendantes du four, mais disposées directement sur le fond du conteneur (ici le distributeur) et n'ont de ce fait, en cours d'opération, pas de surface liquide libre, c'est-à-dire de tête de coulée à l'intérieur de la lingotière. Les conditions de coulée sont, dès lors, fort diffé-15 rentes de cellesappliquées aux lingotières indépendantes du four. En outre, ces lingotières ne sont équipées d'aucun dispositif individuel de régulation j en cours d'opération, le métal coule directement du distributeur dans les lingotières, sans l'aide de buses et sans qu'il soit nécessaire, de ce fait, 20 d'ajuster et de contrôler un flotteur pour chaque lingotière. Particulièrement importante est la nouvelle technique de la circulation d'eau dans le caisson de refroidissement commun. Dans le dispositif selon l'invention, on ne coule, normalement, en même temps que des barres de même sec-25 tion. Pour cette raison, les ouvertures supérieures pratiquées dans les chambres autour des lingotières, sont toutes de mêmes dimensions et disposées à la même hauteur ; de ce fait, le débit d'eau, en cours d'opération, est le même à l'entrée de toutes les chambres annulaires des lingotières, de sorte que 30 lè refroidissement soit le même. Il va de soi que l'on aura soin que les lingotières de même grandeur aient aussi des orifices de sortie de l'eau de refroidissement des enceintes autour des lingotières de mêmes forme et dimensions et disposées à la même hauteur.Il est ainsi possible de refroidir uniformément les 35 côtés opposés des formes coulées en continu. Le débit uniforme de l'eau à l'entrée dans les chambres entourant les lingotières n'est pas seulement assuré par la forme et les dimensions identiques des orifices d'entrée et par leur hauteur égale, mais 70 36447 4 2064214 aussi par le fait que dans le caisson commun à refroidissement d'eau, le niveau du liquide est lçffoême dès que l'opération commence. Les lingotières du dispositif selon l'invention sont judicieusement placées dans le caisson commun à 5 eau et sur celles-ci on fixe à tenue étanche ensuite le distributeur commun. Cela facilite considérablement le travail de montage et le remplacement des lingotières. Le niveau du métal coulé dans le distributeur est réglé à volonté et de préférence de façon automatique, 10 selon des procédés connus en soi. L'adduction du métal à la lingotière n'est pas réglée, comme cela est lë cas dans les installations conventionnelles de coulée continue multiple, par des flotteurs mais ne dépend, quant à la quantité, que de la vitesse de 15 descente car il n'y a point de buses pouvant limiter le débit du métal. Le dispositif selon l'invention pourla coulée verticale continue multiple de l'aluminium et des alliages d'aluminium, se différencie nettement des installations qui 20 ont parfois été proposées et dans lesquelles des lingotières de forme tubulaire, en graphite ou en carbure de silicium, sont disposées sur toute leur longueur dans le fond d'un four. Selon le brevet US 1 .868.099, par exemple, les orifices du fond du four, contenant du cuivre liquide, servent de lingo-25 tières pour la coulée simultanée en continu, de plusieurs barres.La construction est très différente de celle du dispositif selon l'invention î les moules utilisés ne sont pas des lingotières courtes, il n'y a pas de caisson à eau, etc... Une telle installation ne pourrait guère être utilisée pour la cou-30 lée continue multiple de billettes et de plaques de qualité convenable, en aluminium ou en alliages d'aluminium. Le dispositif de coulée continue multiple selon l'invention peut être équipé de différentes lingotières tubulaires courtes, refroidies à l'eau ? ces lingotières peuvent 35 être entièrement en métal ou pourvues d'un revêtement non métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture çle la description 70 36447 5 2064214 qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente en perspective, et partiellement en coupe verticale, un exemple de réalisation d'un 5 dispositif selon l'invention avec quatre lingotières tubulaires métalliques pour billettes, les faux-fonds, le plateau mobile et la partie supérieure de la fosse | la figure 2 représente en coupe verticale une lingotière pour billettes de diamètre plus faible que celles 10 de la figure 1 ; la figure 3, une lingotière pour billettes, avec éléments de graphite et de "Marinite" ; la figure 4, une lingotière pour billettes, avec surface intérieure protégée par un revêtement en 15 chrome ou en résine artificielle ; la figure 5, une lingotière pour billettes, équipée partiellement d'éléments en graphite, isolés ther-miquement î la figure 6, une lingotière pour billettes, 20 avec canal de lubrification % la figuré 7, une lingotière en graphite j la figure 8 représente en perspective et partiellement en coupe, deux lingotières pour plaques de laminage, avec des éléments en graphite et en "Marinite", as-25 semblées au dispositif de coulée j la figure 9 montre en coupe deux lingotières en graphite pour plaques de laminage, également assemblées en dispositif de coulée. Dans la figure 1, le distributeur commun est 30 désigné par 10, les lingotières tubulaires courtes par 11, le caisson commun à refroidissement d'eau par 12, les faux-fonds par 13, le plateau mobile par 14 et la fosse par 15. Le distributeur 10 se compose essentiellement d'un cadre 16 avec une bride horizontale 17 sur tout sous 35 pourtour, l'un et l'autre en tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur, d'un fond 18 qui constitue en même temps la partie supérieure du caisson à eau 12, et d'un revêtement 19 d'environ 20 mm d'épaisseur résistant à la chaleur, en un matériau du type • 70 36447 6 2064214 "Superplastic" ou "Marinite" (marques déposées)» Il a une forme carrée de 65 cm de côté, dans sa partie supérieure, et son fond métallique est percé de quatre trous 41 ronds auxquels correspondent au-dessus, quatre ouvertures 20 5 dans son revêtement 19, dont le diamètre est fonction des dimensions externes de la partie des lingotières 11 qui vient s'emboîter dans ces ouvertures. Le métal liquide arrive dans le distributeur 10 par une goulotte 21 de type conventionnel, reliée à un four non représenté, et dont la partie 1 0 terminale repose sur un support 22 logé dans une échancrure 22a découpée dans le cadre 22. Le caisson à eau 12 est une construction soudée de plaques et tôles d1aluminium.il est adapté au distributeur et est constitué par une plaque de fond 24 de 20 mm d'épaisseur, par une plaque de 18 de cou-15 verture, également de 20 mm d'épaisseur, par les quatre parois latérales 25 de 10 mm d'épaisseur et par les quatre enveloppes 26.de 5 mm d'épaisseur, qui sont soudées à la plaque de fond 24 et à la plaque de couverture 18. L'amenée de l'eau de refroidissement au caisson 12 est réalisée au moyen de 20 deux ouvertures 27, pratiquées sur deux côtés opposés, et raccordées à une conduite. La plaque de fond 24, la plaque de couverture 27, les parois latérales 25 et les enveloppes 26 forment ensemble une enceinte 28 carrée qui, dans sa partie intérieure, est séparée des quatre lingotièree 11 en AIMgSi 1 25 trempé-revenu, par les quatre enveloppes cylindriques 26. La plaque de couverture 18 du caisson de refroidissement constitue en même temps la partie supérieure de celui-ci et le fond du distributeur 10.La bride 17 est solidement fixée, au moyen de vis a boulon 29 à la plaque de couverture 18, avec interpo-30 sition d'une couche de papier "Fiberfrax". La plaque supérieure 18, avec revêtement 19, est donc celle qui est percée de quatre trous 20, dans lesquels viennent se loger les parties supérieures des lingotières 11. Lorsque les lingotières 11 sont emboîtées par poussée, les collerettes circulaires 30 fonction-35 nent comme butées. L'enveloppe 26, la paroi de la lingotière 11, la collerette 30 et une bande étroite de la plaque de couverture 18 comprise entre la collerette 30 et l'enveloppe 26, forment une enceinte circulaire 31 pour l'eau qui sert a refroidir 70 36447 7 2064214 indirectement la barre coulée en continu (non représentée) qui prend naissance dans la lingotière 11. Pour remplir son rôle, l'enceinte 31 doit être étanche. La collerette 30 sert dans ce but, en coopération avec l'anneau d"étanchéité en caoutchouc 5 32 ? on empêche ainsi l'eau de sortir de l'enceinte .31 et d'atteindre le revêtement 19. On place en outre un anneau d'étanchéité 33 en caoutchouc, dans une rainure dont est pourvue la partie inférieure externe de l'épaulement 23 de la lingotière, qui empêche la fuite de l'eau de refroidissement en-10 tre la lingotière 11 et la plaque de fond 24. Dans le bord supérieur des enveloppes 26 de forme annulaire sont prévues des ouvertures 34, en forme de fentes et à des intervalles réguliers, pour le passage de l'eau de refroidissement de 1' enceinte commune 28 dans les quatre en-15 ceintes annulaires 31. D'autre part, l'épaulement 23 de la lingotière 11 est pourvu, comme cela est le cas pour les lingotières conventionnelles, d'un grand nombre d'orifices 35, dont l'axe est incliné et dirigé contre l'axe de la lingotière et au travers desquels, pendant l'opération de coulée, l'eau 20 de refroidissement qui a déjà servi au refroidissement indirect de la barre coulée en continu, est giclée contre ladite barre sortant de la lingotière pour la refroidir directement. La lingotière est pressée contre la plaque de couverture 18 au moyen de trois vis à boulon 36 pénétrant dans la 25 plaque de fond 24 et de rondelles 37. Les faux-fonds 13 sont représentés dans leur position de départ. Ils reposent sur le plateau mobile 14 qui, après le début de la coulée, est descendu dans la fosse 15 à une vitesse déterminée. La fosse, au début de la coulée, est 30 remplie d'eau, par exemple jusqu'au niveau indiqué par le trait pointillé 38. Les lingotières 11 pour billettes, selon la figure 1, sont pourvues d'un revêtement en graphite 39 formant la paroi interne des moules et déterminant ainsi le dia-35 mètre de la billette coulée0 Afin de maintenir la hauteur désirée de la surface de refroidissement, on place sur le revêtement en graphite 39 un anneau 40 en matériau thermiquement isolant en "Marinite". En cours d'opération, la solidification du métal coulé ne commence qu'au-dessous du bord inférieur de l'anneau en "Marinite" 40.Cet anneau est exactement ajusté, 70 36447 8 2064214 dans sa partie supérieure, à la surface inférieure du revêtement 19. En d'autres termes,le diamètre des ouvertures 20, dans le revêtement 19 du fond 18 du distributeur 10, correspond au diamètre extérieur des lingotières 11, dans 5 le sens que le bord desdites ouvertures dans leur partie la plus étroite coïncide avec le bord intérieur de l'anneau de "Marinite" 40. En service, les ouvertures 20 restent libres pour la coulée du métal dans les lingotières « Flotteurs et 10 buses, présents dans les dispositifs conventionnels de coulée continue multiple , sont ici supprimés ; le métal coule plus tranquillement et point n'est besoin de se préoccuper du débit des buses lorsqu'on établit la vitesse d'abaissement. D'autre part, et contrairement à ce qui se passe dans 15 les dispositifs conventionnels, étant donné qu'après le démarrage de la coulée, il n'y a plus de surface métallique libre dans les lingotières, le danger d'entraîner des oxydes formés en surface n'existe plus. Le dispositif selon l'invention n'est pas li-20 mité à l'emploi d'un certain type de lingotière courte. Ce qui est essentiel, c'est la combinaison d'un distributeur commun avec des lingotières tubulaires courtes fixées à son fond (sans avoir recours à des flotteurs à l'entrée des lingotières) et avec un caisson à eau commun, qui, dans sa par-25 tie intérieure, forme autour de chaque lingotière, grâce à uns enveloppe circulaire, une sorte de barrage, ladite enveloppe ayant dans son bord supérieur des ouvertures pour le passage de l'eau de refroidissement et formant avec la lingotière une enceinte annulaire pour le refroidissement indirect 30 de la barre coulée en phase de formation. Une autre caractéristique très importante est l'isolation thermique de la partie supérieure de la lingotière , soit au moyen d'un anneau rapporté en un matériau thermiquement isolant, comme représenté à la figure 1 , soit par une couche isolante sur la sur-35 face extérieure du moule. Pour chaque programme de coulée, il faut fixer la hauteur de la Zone de la paroi du moule qui doit être refroidie. Cette hauteur est l'un des paramètres les plus importants de la coulée, avec la température de 70 36447 9 2064214 l'eau, la vitesse de la coulée, la température et le niveau de la surface libre du métal dans le distributeur» Les lingotières du dispositif selon l'in-venbion peuvent facilement être changées.Afin d'éviter tout 5 dommage au revêtement 19, elles sont séparées du caisson à eau 12 par une traction vers le bas, après desserrage des vis à boulon 36 et des rondelles 37. Exemple : Pour la coulée d'aluminium pur, 99,5 dans le dispositif selon la figure 1, on maintient la 10 vitesse de descente à 15 cm/mn. Le métal liquide dans le distributeur a une température de 690 à 700°C. La quantité d'eau de refroidissement est d'environ 100 l/mn par lingotière. Dans le cas de l'exemple selon la figure 1 , les éléments 39 en graphite ont un diamètre intérieur de 200 mm 15 et une épaisseur de paroi de 7 mm. L'épaisseur de paroi des lingotières 11 est aussi de 7 mm, si bien que les lingotières ont finalement un diamètre extérieur de 200 + 14 + 14 = 228 mm, sans tenir compte de l'épaulement 23 % le diamètre des ouvertures 19, dans le caisson à eau, a une valeur cor-20 respondante, si bien que l'assemblage résultant est étanche et ferme. Sur le même caisson à eau peuvent toutefois être montées des lingotières pour billettes de plus faible diamètre, par exemple de 180 ou 150 mm. Les lingotières doi-25 vent alors être construites de façon à pouvoir s'adapter dans les ouvertures 41 de la plaque métallique 18. La figure 2 montre un exemple d'exécution possible. La lingotière est pourvue, en sa partie supérieure, d'une bride 43, dont le diamètre extérieur (sans tenir compte 30 de la collerette 44) correspond au diamètre de l'orifice 41f Lorsqu'on insère une lingotière de plus faible diamètre, le revêtement 19 du fond métallique 18 doit être adapté à ce diamètre plus faible. Dans la partie inférieure de la lingotière, l'épaulement 45 a un plus grand périmètre que l'épaulement 23 35 de la lingotière 11, selon la figure 1. L'anneau rapporté 46, en matériau réfractaire, par exemple en "Marinite", vient s'adapter sur son périmètre, extérieur, aussi bien à l'ouverture dans le revêtement 19 qu'à la paroi interne de la lingo- 70 36447 10 2064214 tière 42. La figure 3 représente une lingotière 47 pour billettes, construite*^ telle façon que le métal reste à l'état liquide presque jusqu'à sa sortie de la lingotière. 5 Cette lingotière est constituée par les cylindres 48 en graphite et 49 en aluminium ou acier, disposés concentrique-meht et par un cylindre intermédiaire 50 en matière isolante» L'eau de refroidissement est giclée contre la barre sortant de la lingotière, à travers les canaux 51. 1 0 La figure 4 montre une lingotière pour billet tes 52, en aluminium, pourvue d'un élément rapporté 53 en "Marinite", autrement inséré que l'anneau 46 dans la lingotière selon la figure 2. La figure 5 montre une lingotière pour billet-15 tes 54, en alliage d'aluminium, pourvue d'un élément rapporté 55 en graphite et une isolation thermique 56, par exemple en amiante ou en "Marinite"• La lingotière 57 pour billettes selon la figure 6 est en aluminium et est pourvue d'une fente annulaire 20 58, au travers de laquelle on presse une huile lubrifiante contre la barre coulée en formation. Les canaux pour le lubrifiant sont désignés par 59 et les orifices d'entrée pour ce même lubrifiant par 60. 61 est un anneau en "Marinite"» Selon l'exécution représentée à la figure 7, 25 la lingotière 62 pour billettes est entièrement en graphite. La figure 8 montre en perspective un dispositif de coulée avec deux lingotières 63 pour plaques de laminage, construites en principe comme les lingotières 11 pour billettes, de la figure 1.Les ouvertures 64 et les orifices 30 65 ont naturellement une section qui est rectangulaire au lieu d'être ronde. Les faux-fonds n'ont pas été représentés pour simplifier, de même que le plateau mobile 14 et la fosse 15. Dans le dispositif selon la figure 9, qui cor-35 respond, quant au reste, à celui de la figure 8, les lingotières 65 pour plaques sont entièrement en graphite. 70 36447 h 2064214 Dans le cas des lingotières pour plaques, les orifices pour l'écoulement de l'eau de refroidissement,de la lingotière contre la barre en voie de formation, ne sont pas disposés habituellement a intervalles réguliers tout autour 5 de la lingotière, comme cela est le cas pour les lingotières à billettes et/ou n'ont pas tous le même diamètre car il faut généralement tenir compte des conditions de refroidissement différentes pour les côtés longs et pour les côtés courts. De telles dispositions sont bien connues dans la 10 technique . Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 70 36447 12 2064214 REVENDICATIONS Dispositif pour la coulée verticale continue multiple de l'aluminium et d'alliages d'aluminium avec 5 distributeur commun de métal liquide, avec plusieurs lingotières tubulaires courtes, refroidies à l'eau et avec un plateau commun mobile dans une fosse commune, ledit plateau supportant les faux-fonds de toutes les lingotières, caractérisé en ce que les lingotières tubulaires sont disposées, 10 à tenue d'eau, dans un caisson commun à refroidissement d'eau et sous des ouvertures et des orifices du distributeur adaptés à la section des lingotières tubulaires et en ce que chaque lingotière est entourée d'une enveloppe qui délimite avec la paroi de ladite lingotière une enceinte pour l'eau de re-15 froidissement, ladite enveloppe portant dans sa partie supérieure des ouvertures pour le passage de l'eau de refroidissement du caisson commun dans ladite enceinte et dans la partie inférieure de celle-ci des ouvertures pour la sottie de l'eau de refroidissement.