Brevet FR2095323A1 — publié le 19720211

la présente invention concerne les installations de coulée continue des métaux, et notamment les installations de coulée continue à lingotière courbe. l'invention peut être appliquée avec un maximum d'efficacité 5 à la coulée continue de l'acier à grande vitesse. On connaît des installations de coulée continue des métaux, qui comportent une lingotière courbe et une zone de refroidissement secondaire avec des moyens de guidage pour le lingot, où s'effectue la solidification progressive du lingot, 10 cette zone étant constituée par une portion circulaire, une portion courbe et une portion rectiligne disposées l'une à la suite de l'autre. Quand le lingot passe à travers la portion courbe il est progressivement redressé. Pour cela, la portion courbé est réalisée suivant une seule courbe (parabole, clothoïde) 15 ou est construite en juxtaposant plusieurs arcs de cercles de rayons différents raccordés entre eux, (cf., par exemple, les brevets français 1ST0 1387621 et 1423330, classe B22d). On sait que les couches les plus dangereuses quant à la formation de défauts internes, lors du redressement d'un lingot 20 coulé en continu à : âme liquide, sont celles proches de l'interface solide-liquide, le facteur déterminait du phénomène est la vitesse de déformation desdites couches, l'augmentation de la vitesse de coulée entraîne l'augmentation de la vitesse de déformation du lingot lors de 25 v son passage de la portion courbe a la portion rectiligne dans la zone de refroidissement secondaire. fiant* les installations connues de coulée centinxe de-métatny 3e -tracé de la zone de refroidissement secondaire est exécuté sans tenir compte de la vitesse de déformation du lingot et de 30 l'épaisseur de sa phase liquide, aussi ne crée-t-elle pas les conditions optimales de formation du lingot et rend-elle impossible 1'obtention de lingots de qualité aux vitesse de coulée élevées. Il s'agissait donc de créer une ,.installation de coulée 35 continue d'un métal, qui assurerait l'élaboration de lingots de qualité lors de la coulée à grande vitesse, grâce à la création de conditions optimales de mise en forme et de déformation du lingot. 71 11939 2 2095323 La solution consiste en ce que, dans une installation de coulée continue d'un métal, comprenant une lingotière courbe et un dispositif de refroidissement secondaire, avec des moyens de guidage pour le lingot en cours d'élaboration, où s'effectue la 5 solidification progressive du lingot, lesdits guidages constituant une portion circulaire à rayon égal au rayon de courbure de la lingotière, suivie d'une portion courbe à rayon de courbure variant au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la lingotière, et d'une portion rectiligne, suivant l'invention la 10 longueur (L.j) do&a portion circulaire, y compris la longueur de la lingotière, se situe entre 2/10 et 4/10 de la longueur totale technologique (LQ) de l'installation, la longueur (L2) de la portion courbe dépend de l'angle au centre (4>) occupé par la portion circulaire et se situe dans les limites déterminées par 15 la relation I'2=:(1»5 à 1,8). - est l^angle au centre entre l'horizontale et la droite passant par le centre de courbure de la lingbtière et le point de raccordement de la portion circulaire à la portion courbe (en 20 radians), Rq est le rayon de courbure de la lingotière (en m), et les moyens de guidage dans ladite portion courbe sont disposés suivant une courbe dont le rayon de courbure (R) est fonction de l'épaisseur (h) de la phase liquidée du lingot 25 dans cette portion et s'exprime par la fonction naturelle h R = a , dans laquelle : L2 ~ S1 a est la constante de la courbe ; 50 est la longueur de la courbe au point considéré, en m. Grâce à une telle réalisation et aux proportions indiquées plus haut, la croûte du lingot lors du passage de celui-ci dans la portion circulaire, prend une épaisseur pour laquelle la déformation subséquente du lingot, sans formation de défauts 35 internes devient possible, et la courbe suivant laquelle sont disposés les moyens de guidage du lingot en cours d'élaboration dans la portion courbe assure l'abaissement de la vitesse de 71 11939 3 2095323 déformation des couches internes du lingot grâce à la distribution uniforme de la déformation de ces couches sur toute la longueur de la portion courbe. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on considère 5 plus bas un exemple concret mais non limitatif de réalisation, avec renvois au dessin annexé qui représente le schéma de principe de l'installation faisant l'objet de l'invention. L'installation de coulée continue d'un métal comporte une lingotière courbe 1 ayant un rayon de courbure Rq, et une zone de 10 refroidissement secondaire avec des moyens de guidage 2, par exemple des rouleaux, pour le lingot 3 en cours d'élaboration . La lingotière est destinée à assurer le refroidissement primaire du métal en fusion 4 et la formation de la croûte 5 du lingot 3» Dans la zone de refroidissement secondaire la solidification du 15 lingot continue progressivement. Cette zone est constituée par des portions successives : une portion circulaire 6, une portion courbe 7 et une portion rectiligne 8. La longueur IL ^ de la portion circulaire 6, y compris la longueur de la lingotière, est choisie de façon que le lingot 20 soit solidifié à 45-65 de son épaisseur à la fin- de cette portion. L'épaisseur de la croûte 5 du lingot 3 peut alors supporter simultanément les contraintes dues à l'action de la pression hydrostatique du métal liquide et au redressement du lingot sans formation de défauts internes. 25 La longueur sur laquelle le lingot acquiert une croûte d'épaisseur prédéterminée peut être calculée par la formule : a S 2v (1) Z = — (mètres), s étant l'épaisseur de la croûte du lingot, cm, Y la vitesse maximale de coulée adoptée, m/mn, E la constante de solidification, cm/mn. D'après de nombreux résultats expérimentaux on sait que, dans la zone de refroidissement secondaire, la valeur de la constante de solidification oscille dans la plage : 35 E = 2,55 à 2,65. En adoptant les valeurs indiquées de la solidification du 71 11939 4 2095323 lingot à la fin de la zone circulaire et de la constante de solidification K et en calculant et Lq (longueur technologique totale de l'installation) par la formule (1), on obtient : I>1 = (0,2 à 0,4) L0. 5 A cette longueur de la portion circulaire correspond un angle au centre compris entre l'horizontale et la droite passant par le centre de courbure de la lingotière et le point où s'achève la portion circulaire L^. Dans la portion courbe 7 doit être assuré le redressement 10 progressif du lingot 3 avec abaissement de la vitesse de déformation des couches internes 9 du lingot proches de l'interface solide-liquide, grâce à la distribution uniforme des déformations de ces couches sur toute la longueur de la portion courbe. 15 La déformation relative S des couches du lingot se trouvant à une distance h/2 de sa ligne axiale lors de son redressement du rayon de courbure initial à un rayon infini est déterminée par l'expression : 20 25 30 h . 1 2 R Dans le cas de distribution uniforme de la déformation sur la longueur de l'arc de courbe, on a : C ^ - h = const, S 2RS S étant la distance entre le point considéré de la courbe et son extrémité suivant l'arc de la courbe (longueur de la courbe au point considéré). De cette formule, en exprimant la longueur de la courbe au point considéré à l'aide de la longueur totale de la portion courbe, on obtient la fonction naturelle de cette portion, suivant l'invention : TJ h R — Q, T q f 35 2 " S1 a étant la constante de la courbe, h, l'épaisseur de la phase liquide du lingot (distance entre les 71 11939 5 2095323 couches proches de l'interface liquide-solide du lingot), S.j, la longueur momentanée de l'arc de courte à partir du commencement de la portion courbe. l'épaisseur h de la phase liquide du lingot est une valeur 5 variable suivant la longueur de la portion courbe. A la jonction de la portion circulaire à la portion courbe h=h„, R=R~ et S,=0, aussi la constante de la courbe est-elle : T 0 1 * R0L2 a= 10 h1 h.j étant l'épaisseur de la phase liquide du lingot au commencement de la portion courbe. En posant ^2 = m, 15 h1 où hg est la distance entre les couches 9 du lingot à la fin de la portion courbe, In-S, r 21 7 i=hi L('-a) t:— + "j 20 on a J2 et la fonction, naturelle de la courbe prend la forme : 1, R-EqJo m)+m i2 _ g1 ] 25 En appliquant la formule connue dS=Rd on obtient : L0=Rn(^- -Jo) 1-m 2 0 2 'Q> , , m l.m 1+7— n 1 -m la valeur m est déterminée.à satisfaire la condition d'une vitesse de déformation des couches 9 du lingot ne dépassant pas 30 la valeur admissible du point de vue de la formation de défauts internes dans le lingot. Selon cette condition, m=0,2 à 0,7. la longueur de la portion courbe se situera alors dans la plage ; 12=(1,3 à 1,8) (^~ - \) Rq. 35 l'installation fonctionne de la façon suivante. 71 11939 6 2095323 Le métal 4 en. fusion est versé dans la lingotière 1 qui moule le lingot 3 et dans laquelle se solidifie la croûte 5. Ensuite le lingot passe sans déformation à travers la première portion circulaire 6 de la zone de refroidissement secondaire. A la fin 5 de cette zone, grâce à sa longueur adoptée d'après la relation donnée plus haut, la croûte 5 du lingot prend une épaisseur à laquelle le lingot peut ensuite être déformé sans qu'apparaissent des défauts internes. Plus loin le lingot passe dans la seconde portion, la portion ccurbe 7, où sa courbure 10 conférée par la lingotière est progressivement redressée jusqu'à devenir nulle, et où l'épaisseur de la croûte continue à croître. La vitesse de déformation des couches internes 9 proches de l'interface solide-liquide du lingot est réduite au 15 minimum grâce au taracé de cette porti on d * après les relations indiquées plus haut. Il devient alors possible d'obtenir dans l'installation des lingots de qualité sans défauts internes, la coulée se faièant à des vitesses élevées. Dans la portion rectiligne 8, la solidification du. 20 lingot 3 s'achève. Bien entendu,-l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens 25 décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 71 11939 7 2095323 REVENDICATION Une installation de coulée continue de métaux, du type comprenant une lingotière courbe et un dispositif de refroidissement secondaire comportant des moyens de guidage du lingot en cours d'élaboration, où s'effectue la solidification progressive du 5 lingot, lesdits moyens de guidage formant successivement une portion circulaire à rayon égal au rayon de courbure de la lingotière, une portion courbe dont le rayon de courbure Tarie au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la lingotière, et une portion rectiligne, caractérisée en ce que la longueur de ladite 10 portion circulaire, y compris la longueur de la lingotière, se situe entre 2/10 et 4/10 de la longueur technologique totale de l'installation en ce que la longueur de ladite portion courbe dépend de l'angle au centre occupé par la portion circulaire et se situe dans les limites déterminées 15 par la relation 12=(1,3 à 1,8). ( ^ -J$Q)Rq, dans laquelle-^ est l'angle au centre entre l'horizontale et la droite passant par le centre de courbure de la lingotière et le point de raccordement de la portion circulaire à la portion courbe, en radians, et Rq, est le rayon de courbure de la lingotière, en m, et en ce que lesdits 20 moyens de guidage dans ladite portion courbe sont disposés suivant une courbe dont le rayon de courbure est fonction de l'épaisseur de la phase liquide du lingot dans cette portion et s'exprime par la fonction naturelle. h 25 R =a— 5—, dans laquelle: 2 ~ S1 a est la constante de la courbe; est la longueur de la courbe au point considéré, en m.