Brevet FR2063936A1 — publié le 19710716

L'invention concerne la métallurgie, et plus exactement les procédés d'élaboration continue de lingots, notamment creux, et les lingotières destinées à mettre ces procédés en oeuvre. On connaît des procédés d'élaboration continue de lingots par coulée du métal liquide dans une lingotière à parois refroidies. On fabrique actuellement des ébauches cre-ses ou des Lubes en métal, tel que la fonte grise dont la dilatation avant retrait est relativement importante et le retrait réduit. Mais dans ia coulée semi-continue de la fonte grise, il est difficile d'extraire Le lingot encore fixe au commencement du processus car l'adhérence et la surface de contact du lingot avec le noyau sont particulièrement élevées. Cette difficulté est fonction de la durée de la période de coulée du métal dans la lingotière avant commencement d'extraction du produit. Pour cette même raison, il est difficile de dégager le noyau du lingot solidifié. Ces procédés antérieurs ne permettent pas d'obtenir des lingots creux, en acier et en d'autres métaux et alliages, par coulée continue ou semie-continue. Ce grave inconvénient est dû aux caractéristiques de retrait des métaux et alliages au moment de la formation du lingot, par exemple pour l'acier. I1 en résulte que le lingot enserre le noyau ménageant son évidement et des fissures apparaissent, il arrive même que le lingot se rompe. En outre, les procédés connus n'assurent pas une cadence de production voulue. Ainsi, dans le cas de moulage de produits en fonte grise, dans a période de solidification, en raison de la dilatation d'avant raturait il se forme un espace rempli de gaz entre la surface intéricure du linger et la surface du ncyau. Ensuite, il se forme un intervalle entie la surface de refroidissement de la lingotière et le linget, surtens dans le cas de solidirication de métaux et ailiages ayant un grand retralt. La dormation de l'intervaile provoque une baisse notable de l'ietensité du refreidissement et de la vitesse de solidification du linget.Ces conditions diminuent la vitesse d'ext4raction du lingov et, par coaséquent, la cadence de production @e l'inscallation de moalage de produits mütaiclques. Les prscédés et les @ingeti8res par des r6aliser actueliement sanus ne permertant pas de madifier pandant la coniée les surfacse de contac du lingot avec celiels de refroidissement de la lingesière. La presente invention élimine ces inernvémiante 26 pour objelt un procédé d'élaboration continue de lingots, notamment creat, et une liagotière pour réaliser ce procédé, qui assurent l'accroissement de productivité du travail, l'amélioration de la qualité des produits fabriqués, notamment des tubes d'acier ainsi que la diminution de la consommation de métal. Dans le nouveau prscédé d'élaboration continue de lingets, notamment creux, par coulée d'un métal liquide dans une lingotière à parois refroidies, suivant l'invention, pendant la foliation du lingot, on réalise sur les parois de la lingotière en contact avec le lingot des déformations élastiques en direction transversale de l'axe longitudinal de la lingotière. Au cours de l'élaboration continue de lingots creux, suivant l'invention, il est avantageux d'assurer ces déformations élastiques sur, parois en direction transversale de l'axe longitudinal de la lingotière, en appliquant alternativement suivant la longueur de ces parois des efforts de compression et d'extension, ou des efforts de flexion en travers des parois, de façon que les parois du noyau ut de la lingotière soient alternativement appliquées contre les parois intérieure et extérieure du lingot respectivement. La lingotière pour réaliser le nouveau procédé, comportant des parois de refroidissement, suivant l'invention, est munie d'une plaque à orifices de coulée du métal; cette plaque est accouplée à un organe moteur et aux parois de refroidissement afin de transmettreslternativement de l'organe moteur aux parois les efforts de compression ou d'extension en direction longitudinale, les parois pouvant être déformées dans les imites d'élasticité du matériau qui les constitue. Il est avAntageux que dans cette lingotière, les parois destinées à mânager l'évidement intérieur du lingot, soient fixées par leur partie sup6rieure à la plaque liée à la partie sup6rieuredes parcis destinées à former la aurface extérieure de linget, et qu'à la partie inférieure des premières parsis soit fixé un fond, relié à l'organe motenr de façon que pendant deur cempression, l'extension des secondes parois entionnées soit réalisée. Dans la lingotière, la puroi du noyau dest @@ènager s'cridement du lingot peut être fixée par sa partie supérieure à la ploque, qui est liée à la partie sup6rieure de la parsi destinée à former la surface exr6rieure du linget ; la partie inférieure de la paroi du noyau peut être fixsa a un fond sur lequol cas monté un boitard d'appui à leviers diaposés vadialement et inclinés d'un certain angle sur l'axe longitudinal de la lingatière et aesurant par leur extrémité inférieure a'expansion de la paroi du noyau sous l'action de l'organe moteur exercé sur les autres extrèmités. Pour expliquer l'invention, on décrit dans la suite des exemples de mise en oeuvre du procédé et divers modes de réalisation de la lingotière3 en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe axiale d'une lingotière pour l'élaboration de lingots pleins. La figure 2 est une coupe analogue d'une lingotière pour l'élabora tion de lingots creux. La figure 3 est une coupe analogue d'un noyau pour le formage de l'évidement du lingot. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 La lingotière pour la fabrication continue de lingots pleins possède un corpsl(figure 1) à la partie supérieure duquel est fixé un organe moteur, en l'occurrenoeun vérin hydraulique à piston 2. A l'intérieur du corps 1 est disposée une paroi 3 destinée à former le lingot. L'intervalle de la paroi 3 et du corps 1 constitue une enceinte 4 qui communique avec le raccord 5, destiné à l'admission d'un agent de refroidissement (de l'eau par exemple) et avec le raccord 6 pour la sortie de celui-ci. La paroi 3 est fixée à sa partie inférieure au corps 1 de la lingotière par des boulons 7, et sa partie supérieure est en contact avec le corps au moyen du joint d'étanchéité 8 et est assemblée à la plaque 9 par des boulons 7. A la partie supérieure du corps 1 de la lingotière et dans la plaque 9, sont ménagés des orifices 10 et 11 respectifs d'introduction du métal dans la lingotière. La tige 12 du piston 2 de vérin hydraulique est solidaire de la plaque 9 et transmet à la paroi 3 des efforts d'extension et de compression. La lingotière, mettant en oeuvre le nouveau procédé, fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer l'opération, on engage dans la partie inférieure de la lingotière, délimitée par la paroi 3, une amorce de lingot (non représentée sur le dessin). Ensuite, à travers les orifices 10 et 11, on coule le métal liquide dans la lingotière de la fonte en l'occurrence. L'eau pénètre dans l'enceinte 4 par le raccord 5 et en sort par le raccord 6, en refroidissant la paroi 3 et le étal au contact de elle-ci. Le métal commence à se solidifier en formant le lingot, la solidification progressant de la surface refroidie vers le centre. Simultanément se produit la dilatation d'avant retrait et le retrait du métal du lingot. Pendant la période de retrait, les dimensions du lingot en cours de formation diminuent et sa surface s'écarte de la paroi 3 de lingotière. Pour qu'une interruption du contact de la paroi 3 avec le lingot n'abaisse pas sa vitesse de solidification (par suite de la diminifion de la conductibilité thermique), on met en action l'organe moteur, dont la tige 12 descend avec la plaque 9 et transmet des efforts de compression à la paroi 3 dans les limites de déformation élastique du matériau de cette paroi. Cette déformation assure le contact de la paroi 3 avec la surface du lingot à refroidir. Ensuite, on modifie le sens de la course du piston 2 et de la tige 12, laquelle par l'intermédiaire de la plaque 9, transmet un effort d'extension à la paroi 3. Par cette extension, la paroi 3 s'écarte de la surface du lingot; à ce moment, on extrait la lingot. Ce cycle de compression et d'extension de la paroi 3 est répété- I1 en résulte que le lingot est extrait plus facilement et durcit plus vite. Etant donné que les variations des dimensions transversales de la section de la paroi 3 restent dans les limites de déformation élastique du matériau de la paroi, les dimensions transversales de la paroi 3 sont rétablies après annulation des efforts appliqués. EXEMPLE 2 Ta lingotière pour la fabrication continue de lingots cireux --n l'occurrence de tubes d'acier) comporte un corps 13 (figure 2) à li pa-tie supérieure duquel est fixé un organe moteur, qui est un vérin hydrareé-ue à piston 14. A l'intérieur du corps 13 est agencée une paroi 15 destinée à former la surface extérieure du lingots la partie inférieure, la paroi 15 est fixée au corps 13 par des boulons 16. La partie supérieure de la paroi 15 est au contact du corps par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité et est fixée à une plaque 17 par des boulons 18. Le corps 13 et la paroI 15 délimitent une enceinte 19 branchée dans une circulation d'eau par des raccords 20 et 21.Pour former le creux du lingot, la lingotière comporte une paroi 22 de noyau, dont la partie supérieure est fixée à la plaquis 17, et la partie inférieure-aufond conique 23, ee fond est accouplé à la tige 24 du pistcn 14 du vérin hydraulique. La paroi 22 comporte un raccord 25 pour introduire le liquide de refroidissement (de l'eau par exemple) cans l'enceinte et un raccord 26 pour la sortie du liquide, Dans la partie supérieure du corps 13 et dans la plaque 17 sont ménagés des orifices 27 et 28 respectifs de coulée du métal dans la lingotière. Cette lingotière mettant en oeuvre le nouveau procédé fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer la coulée, on engage une amorce de lingot (non représentée sur le dessin) dans la partie inférieure de la lingotière destinée à l'élaboration d'un lingot creux. Par les-raccords 20 et 25 on admet l'eau refroidissant les parois 15 et 22 de la lingotière. L'acier liquide est coulé à travers les orifices 27 et 28 dans enceinte délimitée par les parois 15 et 22. Le refroidissement de l'acier est suivi de sa soli dification par les deux surfaces latérales, progressant de la paroi refroidie extérieure et de la paroi refroidie intérieure vers le centre de la masse du lingot.Le lingot est soumis au retrait et est écarté de la paroi extérieure (pour le lingot) 15 et serré contre la paroi intérieure 22, Pour que ce serrage sur la paroi 22 ne soit pas trop énergique (ce qui créerait des difficultés pour l'extraction du lingot) ni trop écarté de la paroi 15 (ce qui abaisserait l'efficacité de son refroidissement) on actionne l'organe moteur dont la tige 24 descend en transmettant un effort d'extension à la paroi 22 et un effort de compression à la paroi 15, par l'intermédiaire de la plaque 17. Les dimensions transversales des parois sont alors modifiées dans les limites de déformation élastique du matériau qui les constitue. I1 en résulte le maintien du contact de la paroi 15 sur la surface extérieure du lingot, avec l'intensité nécessaire de refroidissement, ainsi que le maintien du contact de la paroi 22 sur la surface intérieure du lingot, avec l'intensité nécessaire du refroidissement par cette paroi 22, mais sans que le lingot soit erré trop énergiquement contre les parois, aussi peut-il glisser facilement pour l'extraction. Puis on modifie le sens dke la course la piston 14 et de al tige 24 qui remonte pour transmettre un affort de compressisn à la paroi 22 et par l'interm6diaire de la plaque 17 un effort d'ensension a la paroi 15, Ensuite ces déformations sont répétées, cn eonséquence, le lingot est solidifié pluslvire peat être extrait plus facilement Les parois de refroidissement 15 fez 12 soit alternativement molli citées par des eiforts d'extension et de compressiun, comme dans le premier exemple, dans les limites de leur déformation élastique,, ainsi le dimensions transversales (ou sections) dis parois sont réeablies, apret auppression des efforts. EXEMPLE 3 La lingotière pour la fabrication continue de lingots creux est analogue pour l'essentiel à celle décrite dans l'exemple 2. Elle comporte aussi un organe moteur, le piston 29 d'un vérin hydraulique (figure 33 fixé sur une plaque 30 qui est solidaire de la parai 31 de noyau, assemblée elle-même au fond 32. Sur ce fond est ntfi an beitaré- 33 avec des leviers 34. La paroi 31 est reforidie par l'eau traversant le racnord 35 et sortant par le raccord 36. Sur la tige 37 du vérin hydraulique 13 est ménagée une bride 38 qui coopère avec les extrémités supérieures de sviers 34 disposés radialement, les autres extrémités de ces leviers prenant conte la paroi 31. Cette lingotière,. mettant en oeuvre le nouveau procédé, fonetronne de la façon suivante. Quand le piston moteur 29 est actionné, sa tige 37 descend; pièce 38 rencontre les extrémités superieures des leviers 34 disposés radialement et inclinés d'un certain angle sur la tige verticale 37. suite, l'extrémité inférieure de chaque levier prend appui contre la paroi 31 pour la bomber vers l'extérieur ; la dimension transversale de la paroi à la hauteur requise est augmentée. Quand la tige 35 exécute sa coursede retour, l'efort d'extension de la paroi 31 est supprimé et celle-ci raprend ses dimensions premières. De mEme que dans l'exemple précédent, Les efforts sont appliqués dans les limites de déformation élastique de la paroi. Les essais ont montré qu'un lingot creux est extrait ainsi plus facilement sur le noyau et présente une excellente surface. Grâce a l'amé- lioration de la qualité des producits creux (suppression des fissures @@@ rupteres), l'invention permet une moindre consommation de m6tal pour les fabrication. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration continue de lingots, notamment creux par coulée du métal liquide dans une lingotière à parois refroidies, caractérisé en ce que,pendant la formation du lingot, on exerce sur les parois de la lingotière au contact du lingot des déformations élastiques transversales relativement à l'axe longitudinal. 2. Procédé d'élaboration continue de lingots suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites déformations sont exercées sur les parois par applications alternées efforts de compression et d'extension dirigés suivant leur longueur, ou d'efforts de flexion vers l'axe des parois, de façon que les parois d'un noyau et de ladite lingotière soient alternativement serrées contre les parois intérieure et extérieure du lingot respectivement. 3. Lingotière pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 1 comprenant une paroi refroidie et caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque supérieure à orifices d'introduction du métal, cette plaque étant liée à un organe moteur et à la paroi refroidie, afin de transmettre alternativement de l'organe moteur vers la paroi des efforts de compression et d'extension en direction longitudinale, cette paroi pouvant être déformée dans les limites d'élasticité propres au matériau qui la constitue. 4. Lingotière selon la revendication 3 pour réaliser le procédé des revendications 1 et 2, comprenant des parois refroidies dont celle du noyau destinée à former l'évidement du lingot, et caractérisée en ce qu'une première paroi, destinée à former l'évidement du lingot, est fixée par sa pairle supérieure à la plaque supérieure, laquelle est liée à la partie supérieure de la seconde paroi, destinée à former la surface extérieure du lingot, la premiere paroi étant assemblée par sa partie inférieure au fond de noyau relié à l'organe moteur, de façon que, lorsqu'elle est comprimée, l'autre paroi qui est extérieure au lingot soit sollicitée en extension, et vice versa. 5. Lingotière selon la revendication 3 pour réaliser le procédé de la revendication 2, comprenant des parois refroidies, dont celle du noyau destinée à former l'évidement du lingot, et caractérisée en ce que cette paroi de noyau est fixée par sa partie supérieure à la plaque supérieure, et par sa partie inférieure au fond de noyau sur lequel est monté n boltard d'appui, des leviers étant répartis radialament sous un certain ngle par rapport à l'axe longitudinal de lingotière '.in di pouvoir repous er cette paroi de noyau par leur extrémité inférieure sous l'appui de banne moteur sur leur autre erevémité