Brevet FR2074584A1 — publié le 19711008

L'invention concerne les instaEations pour la coulée continue et semi-continue de métaux. On connait des installations de ce genre qui comprennent un inducteur électromagnétique annulaire, un dispositif pour l'amenée uniforme du métal fondu dans cet inducteur, et un moyen pour l'amenée d'un agent de refroidissement dans l'intervalle entre l'inducteur et la surface latérale du lingot en cours d'élaboration. L'inducteur annulaire engendre, autour du métal fondu amené dans la zone de formation du lingot, un champ électromagnétique alternatif faisant apparattre dans le métal liquide des forces dirigées vers l'inté ieur de celui-ci, qui empêchent ltécoalement du métal et qui assurent sa mise en forme. te métal liquide prend alors la forme requise de section droite et les dimensions voulues.Sur la surface latérale de la colonne de métal liquide mise en forme par le champ, on amène un liquide de refroidissemcnt qui colidi- fie complètement le métal lors de son mouvement, en fondant le :ingc:- Pendant la mise en forme du lingot,des défauts apparaissent souvent à sa surface qui altèrent sa forme et ses dimensions, par exemple, des rides longitudinales et des ondulations transversales. Ces défauts résultent de la non-concordance entre la pression hydrostatique du métal liquide et la pression électromagnétique, a la surface latérale de la zone liquide du lingot En outre, la cause de l'apparition des rides longitudinales est l'intensité accrue du mouvement du métal liquide dO aux forces électromagnétiques mettant le lingot en forme. L'invention supprime ces inconvénients et a pour objet une installation de coulée continue et semi-continue de métaux, dans laquelle la distribution du champ magnétique dans la direction axiale est telle que3 à la surface latérale de la zone liquide du lingot, les pressions hydrostatique et électromagnétique sont égales, et dans laquelle le champ magnétique de la partie supérieure de la phase liquide est tel qu'il ne produit pas de mouve- ment intense du métal à l'intérieur de la zone liquide du lingot3 ce qui permet d'obtenir des lingots n'ayant pas de défauts sur leur surface Dans une installation pour la coulée continue et semi-continue de métaux, suivant l'invention, à l'intérieur de l'inducteur électromagné tique annulaire, et coaxialement, est placé un écran électromagnétique se présentant sous la forme d'un anneau fermé en métal amagnétique, dont l'épais seur augmente vers le haut et dont l'arête inférieure descend au maximum à mi-hauteur de l'inducteur. En certains cas, il est avantageux de disposer concentriquement à l'intérieur de l'écran électromagnétique, dans sa partie supérieure, à proximité immédiate et avec possibilité de déplacement vertical, un anneau de métal à grande conductibilité électrique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de réalisation concrète de l'invention et du dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une installation de coulée continue et semi-continue d'aluminium selon l'inventison et - la figure 2 est un graphique de distribution des pressions électromagnétique et hydrostatique exercées sur la surface latérale du lingot dans la zone liquide. L'installation représentée se compose d'un injecteur électroma gnétique annulaire 1 (figure 1) disposé horizentalement5 d'une goulotte d'alimentation 2 raccordée à un réservoir 3 dans le fond duquel est ménagé un passage 4 d'un dispositif pour la distribution uniforme de l'aluminium fondu, placé sous le réservoir 3 et se présentant sous la forme d'une cuvette 5 aec un cône 6 au centre du fond et des trous 7 également répartis dans sa paroi latérale 8, d'une plaque de fond 9 placée au-dessous de la cuvette 5, d'un collecteur 10, de vis élévatrices 11 pour le déplacement vertical de l'installation, d'un écran 12 placé coaxialement à l'intérieur de l'inducteur 1, et d'un anneau 13 en métal à grande conductibilité électrique, disposé à l'intérieur de l'écran 12. L'écran électromagnétique 12 est en forme d'anneau fermé en métal amagnétique dont l'épaisseur en section droite augmente vers le haut. La conductibilité de la matière constituant l'ecran est choisie selon la fré- quence du courant. Ainsi, pour une- fréquence de b00 à 2500 Hz, l'écran est en acier amagnétique à grande résistivité, et, pour une fréquence de 50 à 500 Hz, est en aluminium ou en cuivre L'arête inférieure 14 de l'écran 12 se trouve à peu près à mi-hauteur de l'inducteur et a une épaisseur minimale de 1 à 1,5 mm. L'épaisseur de l'écran 12 varie suivant la hauteur en fonction de la distribution du champ magnétique de l'inducteur 1 en direction axiale L'anneau 13 est disposé dans la partie @ supérieure de l'écran 12, concentriquement et à proximité immédiate L'anneau 13 est réalisé par un tube de cuivre à section rectangulaire; il ala possibilité de se déplacer verticalement et eut être refroidi par de l'eau L'installation décrite fonctionne de la façon suivante L'aluminium fondu amené par la gou@@tte 2 traverse le assage du réservoir 3 et arrive sr la plaque de fond 9 engagé par dessous dans l'inducteur 1 L'eau constituant l'agent de refroidissement et venant du collecteur 10 à travers la buse annulaire 15, constituée par l'écran électromagnétique 12 d'un côté et la paroi du collecteur annulaire 10 de l'autre, suit la surface extérieure de l'écran 12 pour arriver à la plaque de Sond 9 sur laquelle elle refroidit le métal coulé qui commenca à se solidifier. Sur le dessin, la partie solidifiée du métal est indiquée par A et celle encore liquide par B Le champ magnétique engendré par l'inducteur 1 fais apparaître dans le métal fondu des efforts, grâce nuxcuels la pattue liquide @ du 1 linot est retenue à l'encontre de la tendance à l'étalement et est mise - forme sa section reproduisant la forme de l'inducteur, Au fur et à mesure de l'augmentation de la colonne de en forme, partiellement solidifiée et s'appuyant sur le plaque de celle-ci commence à descendre On place alors la cette 3 sr la surface du métal fondu (partie B) Le métal fondu, en arrivant sur le côté de cuvette 5 est réparti sur son fond et coule uniformément å I l'antérieur de l'inducteur 1 à travers les trous 7. Le métal fondu, arrivant dans l'inducteur) est mis e forme solidifié et constitue une colonne de métal solide qui descend avec la plaque de fond 9 La solidification a lieu sous l'effet de l'eau amenée directement sur la surface latérale du lingot Au cours de la coulée, par suite des variations inévitables de la vitesse de coulée, de l'intensité de refroidissement, de la position de la zone de refroidissement et des écarts du lingot par rapport à l'axe verti- cal, il peut se produire des décalages de la limite entre la partie liquide B et la partie solide A du lingot sur sa surface (niveaux a-a et b-b figure 1) Les décalages de la limite se produisent toujours au commencement de la coulée Comme on le sait, la pression hydrostatique Pm de la partie liquide varie dans le bain de métal suivant une loi linéaire (droite 16 de la figure 2) En même temps, les calculs et les essais effectués ont montré que conformément au caractère de la distribution du champ magnétique, la pression électroma gnétique PO agissant sur la surface de la partie liquide B suivant l'axe O-Z est en tous points plus grande que la pression hydrostatique Pm (courbe 17) En outre, plus la distance entre la limite liquide-solide du lingot et tel ou tel point de la surface de a partie liquide est grande plus la différence entre lesdites pressions esc importants. La non-cencordance entre les pressions hydrostatique et électromagnétique à la surface latérale de la partie liquide du lingot fait que, quels que soient les décalages de limite entre la partie liquide B et la partie solde A du lingot (axe a-a figure 1), les dimensions transversales de la partie liquide, et par conséquent, du lingot, varient Ainsi, par exemple, dans le cas d'un décalage de cette limite vers le naut, du fait que la pression électromagnétique est plus grande que la pression hydrostatique) la partie du lingot en cours de formation tend à se rétreindre, ce qui provoqu e la diminution des dimensions transversales du lingot Par suite de la diminution du dna;;-- di du lingot, lors de sa descance au cours de la coulée, la zone de re; @@d@ssement s'abaisse par rapport à sa position initiale De ce faits la limite entre les parties liquide et solide du lingot est abaissée, c'est-à-dire vient occupes une position procha de la position initiale, et le diamètre du lingot prend une valeur voisine de la valeur initiale. Ces fluctuations de dimension a transversales font que la surface du lingot devient ondulée et les dimensions sortent de la marge de tolérance. Du fait que l'ecran 12 a la forme d un anneau dont l'épaisseur augmente vers le haut, le degré d'affaiblissement du champ magnétique de l'inducteur l augmente vers le haut.Le champ magnétique est réparti alors de façon que la pression électromagnétique ver a linéairement suivant la hauteur de la partie liquide du lingot, ce qui mesure l'égalité entre la pression hydrostatique et la pression électromagnétique L'égalité de ces pressions à le surface de la partie liquide B du lingot en cours de formation permet d'évite le altérations de sa forme, par exemple l'apparition d'ondulations transversales ît les variations de dimensions du lingot Au cours de la mise en forme du lingot, on peut observer un mouvement intense du métal dans la partie liquide B du lingot, dû aux forces électromagnétiques angendrées par l'inducteur 1 Les courants de métal remontent alors vers la surface du lingot des cristaux de solidification à partir de la zone de transition (zone de solidification massique) Ces cristaux, sous l'action des efforts hydrostatiques et électromagnétiques, se concentrent à la surface latérale du lingot. I1 en résulte que les couches de la partie liquide du lingot adjacentes à la surface prennent un état semi-fluide (pâteux). Sur la surface d'un métal se trouvant en tel état, des rides longitudinales apparaissent au cours de la mise en forme, et à la sojidifi- cation du métal, ces rides sont fixées en surface du lingot. Dans la nouvelle installation, un anneau 13 permet d'éviter ces défauts. Le champ électromagnétique de l'inducteur 1 engendre dans cet anneau des courants de Foucault dont le champ magnétique abaisse, par interaction avec le champ de l'inducteur, l'intensité du champ magnétique dans la zone supérieure de la partie liquide du lingot. I1 en résulte me diminution de l'intensité des courants de déplacement de métal, de qul, en définitive, supprime la possibilité d'apparition des défauts incriminés L'installation décrite plus n'a,,L a été essayée dans Les condi- tions industrielles, de fonctionnement et a donné des lingots de dimensions et de forme requises, comportant une surface lisse et unie REVENDICATIONS 1 - Installation de coulée continue et semi-continue de métaux par amenée continue du métal fondu à l'intérieur d'un inducteur électromagné- tique annulaire et refroidissement du lingot en cours de formation, cette rnstallation étant caractérisée par un cran électromagnetique disposé coaxialement à l'intérieur de l'inducteur, en forme d'anneau fermé en métal amagnétique dont l'épaisseur augmente vers le haut et dont l'arête inférieure est située au plus bas, mi-hauteur-de l1inducteur. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractériséeen ce qu'un anneau de métal à grande conductibilité électrique, ayant la possibilité de se déplacer verticalement, est- placé concentriquement à l'intérieur de l'écran électomagnétique, dans sa partie supérieure et à proximité immédiate