Brevet FR2088142A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la coulée continue de métaux. Pendant coulée continue normale d'acier, on maintient en position verticale fixe une lingotière ouverte, refroidie à l'eau, dont le lingot en cours de coulée est extrait par en dessous, à une vitesse déterminée par des conditions thermodynamiques. le lingot coulé en continu est ensuite débité en tronçons pour subir des traitements ultérieurs. Etant donné la hauteur que doit présenter un appareil classi -que de coulée continue, sa réalisation en vue de ltamenée de l'a- cier fondu au niveau requis entraîne des frais considérables. L'invention vise un appareil de coulée continue permettant d'opérer à peu près horizontalement la coulée continue d'acier, ce qui limite les frais en question. De plus, le procédé suivant l'inven tion permet la coulée continue d'acier non calmé, du fait qu'il donne aux gaz entrainés le temps de s'échapper. On dispose un moule refroidi à l'eau, fermé aux extrémités, autour d'un profilé d'amorçage creux placé dans le prolongement d'un chenal de coulée et l'on fait reculer progressivement le mou le. Le métal fondu se solidifie en touchant les parois du moule et, du fait qu'il demeure plus longtemps en contact avec les parois latérales qui glissent longitudinalement, il forme ainsi une carapace creuse solidifiée autour d'un coeur encore liquide. Le métal se solidifie aussi par bref contact avec la paroi d'extrémi té du moule puis, quand celui-ci recule, la mince paroi d'extrémi té solidifiée se casse et refond. Ce processus se répète pendant toute la coulée continue. Ainsi, suivant l'invention, le lingot se forme à partir de l'extrémité opposée au chenal de coulée, le métal fondu traversant sur toute sa longueur le lingot en cours de formation.On peut faire reculer le moule par saccades ou lui imprimer des oscillations afin de favoriser les refusions successives de la paroi d'extrémité du lingot. De plus, on peut orienter le lingot coulé horizontalement ou l'incliner vers le bas pour permettre aux gaz entraînés de s'échapper. La présente invention vise ainsi un procédé pour la coulée continue d'un lingot métallique par introduction à partir d'une source du métal fondu dans un moule fermé à l'extrémité, caractérisé en ce qu'on refroidit l'extrémité fermée du moule, en ce qu' on écarte le moule de ladite source à la vitesse de coulée moyenne voulue pour former un lingot à carapace solidifiée et à coeur liquide et en ce qu'on laisse du métal fondu passer à travers ce coeur de ladite source vers l'extrémité fermée du moule pendant la coulée. L'invention vise encore un appareil pour la coulée continue d'un lingot métallique, du genre comportant une source de métal fondu et un moule fermé à une extrémité, dans lequel se forme le lingot, caractérisé en ce qu'un profilé d'amorçage creux est prévu pour recevoir le métal fondu de ladite source, le moule étant muni de moyens de refroidissement et présentant des parois latérales et une paroi d'extrémité, ce moule entourant ledit profilé d'amorçage, et des moyens étant prévus pour faire reculer ledit moule par rapport audit profilé d'amorçage de manière à ce que du métal fondu passe à travers ce profilé dans le moule et y forme un lingot présentant un coeur liquide et une carapace solidifiée formée par contact du métal fondu avec lesdites parois du moule. Pour bien faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire un mode de réalisation, en se référant aux dessins anneaxés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe de profil montrant un appareil de coulée continue au début d'une coulée suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe de profil montrant un fragment du chenal deNsortie d'un entonnoir de coulée, un profilé d'amorçage, un lingot en cours de coulée et un moule à taux de refroidissement variable; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe de profil de mou les refroidis à l'eau suivant des variantes; - la figure 5 est une vue en coupe de profil d'un moule et d'un tronçon de lingot coulé à l'aide de ce moule, ce dernier étant =oaifié pour qu'on puisse y injecter du lubrifiant;; - la figure 6 est une vue en coupe de profil d'un moule et d'un fragment de lingot coulé à l'aide de ce moule, illustrant la projection d'eau opérée sur les parois latérales du lingot à la sortie du ioule et montrant la paroi d'extrémité solidifiée du lingot; - la figure 7 est une vue en coupe de profil d'un moule et d'un tronçon de lingot coulé à l'aide de ce moule, montrant la paroi d'extrémité solidifiée du lingot ayant perdu contact avec la paroi d'extrémité du ioule avant de se casser et de refondre;; - la figure 8 est une vue en coupe de profil d'un jet de coulée, d'un lingot en cours de coulée et d'un moule, illustrant une variante de l'invention suivant laquelle le lingot en cours de coulée est incliné sur l'horizontale, et - la figure 9 est une vue de profil d'un jet de coulée montrant en coupe un profilé d'amorçage non fixé et un tronçon de lingot, du métal fondu se déversant du jet de coulée dans le sommet du profilé d'amorçage pendant coulée du lingot. Sur la figure 1, on voit en 10 une poche de coulée de laquel le un courant de métal chaud Il se déverse dans un jet de coulée 12, muni d'un garnissage 13 en tout réfractaire convenable. Le jet de coulée 12 comporte une quenouille 14 réglant le débit de métal fondu 15 qui traverse le chenal de coulée 16. Le profilé creux d'amorçage 17 est fixé au chenal 16 et présente un tronçon extérieur amenuisé 18 dans lequel sont ménagées des rainures péri phériques 19. Le tronçon amenuisé 18 du profilé d'amorçage 17 est disposé dans le moule 20, fermé à une extrémité, qui est en cuivre et refroidi à l'eau. Le jet de coulée 12 repose sur un socle 19' d'où partent des rails 21 sur lesquels roulent les roues 23 d'un chariot 22 de transport du moule. Sur le chariot 22 repose un moule 20, relié par une tige 25 à un vibrateur 24. Un barreau 26 tire le chariot 22 vers la droite à mesure de la coulée du lingot. Des porte-lingot 27, représentés en positions basses, montent soutenir le lingot à mesure que la coulée progresse et que le moule 20 se déplace vers la droite. De l'eau de refroidissement 28 pénètre dans le moule 20 par un tuyau souple 29 et en ressort par un tuyau souple 30. On va maintenant exposer le mode de coulée du lingot 32 en se référant aux figures 1, 6 et 7. De l'acier fondu se déverse du jet de coulée 12, à travers le profilé creux d'amorçage 17, dans le moule 20 fermé à l'extrémité. On peut chauffer d'avance le profilé 17 pour éviter que l'acier ne s'y solidifie en quantité excessive, ce qui interdirait ensuite sa traversée par le métal fondu. En frappant le moule 20 refroidi à l'eau, l'acier liquide se solidifie autour du tronçon amenuisé 18 du profilé 17 et adhère à ce dernier, le-s rainures 19 favorisant cette adhérence. En variante, le profilé d'amorçage-peut présenter des trous ou des saillies favorisant l'adhérence d'une carapace d'acier au pro filé. On peut aussi entourer le tronçon amenuisé 18 du profilé 17 de déchets refroidisseurs pour assurer positivement une solidifi cation rapide à ce niveau. Sitôt l'empreinte 33 du moule remplie d'acier fondu, le chariot de transport 22 et le moule 20 se déplacent vers la droite sur la figure 1. Comme le montrent les figures 6 et 7, une carapace solidifiée 34 se forme autour d'un coeur liquide 35. A mesure que le moule 20 s'écarte vers la droite, du métal fondu continue à arriver du jet de coulée 12, à travers le coeur liquide 35 du lingot 32, pour se solidifier et former la carapace 34 à l'extrémité du lingot éloignée du jet de coulée 12. Une membrane mince 36 peut se former, quand l'acier fondu touche la paroi d'extré mité refroidie 37, comme représenté sur la figure 6, mais en continuant à s'écarter du jet de coulée 12, le moule 20 détache sa paroi d'extrémité 37 de cette membrane, comme représenté sur la figure 7. L'acier liquide formant le coeur 35 casse alors la membrane 36 et la refond. Les parois latérales 38 du moule 20 demeurent plus longtemps en contact glissant avec la carapace 34 de sorte que celle-ci se refroidit et se solidifie assez pour résister à la pression engen drée par le coeur liquide. Â mesure que le ioule 20 s'écarte du jet de coulée 12, des ajutages 40 projettent au débit voulu de l'eau 41 sur la-carapace 34. Comme dans la coulée continue classi que, carapace 34 subit en se solidifiant un retrait qui l'écar te des parois 38 du moule. Ces parois 38 peuvent éventuellesent converger légèrement vers l'extrémité ouverte du moule 20 pour épouser de plus près la carapace 34 en cours de retrait. Comme illustré par la figure 1, on peut accoupler au ioule 20 un vibrateur 24, ikprnmant au moule de petites saccades succes sirespour écarter son extrémité refroidie 37 de la membrane d'ex extrémité 36 en acier solidifié. Cette membrane 36, encore plastique, ne peut résister à la pression, même faible, que lui applique le coeur liquide. De plus, son volume est très faible par rap port à celui de la masse de métal liquide en contact avec elle. Sous la'faction combinée de la pression et de la chaleur, la eexbra ne cède et est refondue presque instantanésent. Du létal liquide remplit alors l'interstice, représenté sur la figure 7, qui séparait la membrane 36 de la paroi d'extrémité 37. Pour assurer en continu la formation et la refusion de la membrane 36, il faut faire vitrer ou osciller le ioule 20 selon un iode particulier. Â supposer que le chariot de transport du moule s'écarte du jet de coulée 12 à une vitesse de coulée de 90 cm/mn, le moule demeure pendant un temps bref immobile par rap port au lingot 32, puis s'écarte pendant un temps bref du jet de coulée 12 à une vitesse de 180 cm/mn. Pendant que le moule 20 est immobile par rapport au lingot 32, la membrane 36 se forme. Pendant que le moule 20 s'écarte du jet de coulée 12, cette membrane refond. On peut éventuellement déterminer l'amplitude et la fréquence des oscillations du moule 20 d'après le temps nécessaire à la formation et à la refusion de la membrane 36. Certaines formules empiriques se révèlent suffisamment préci ses pour déterminer le temps nécessaire à la solidification totale d'un lingot coulé en continu. L'une de ces formules est T 2 0,026 d , d étant l'épaisseur du lingot en cm et T le temps en minutes. Ainsi, la solidification d'un lingot de 10 cm d'épaisseur prend 2,6 mn. Cette formule tient compte de la solidification subie par le lingot sur une partie de son épaisseur dans le moule de coulée continue et d'un refroidissement extérieur maximum, assuré par exemple par projection d'eau.Il y a tout lieu de présumer que, le refroidissement par projection étant moindre et opéré seulement là où il est absolument nécessaire, par exemple a la sortie du moule, et un apport de chaleur étant assuré en conti nu par le courant de métal fondu qui traverse le coeur 35, le temps de solidification dans le coeur 36 peut dépasser nettement 60 minutes sur toute la longueur d'un lingot coulé suivant l'in- vention. Or, aux vitesses classiques de coulée continue, un temps de 60 minutes permet de vider complètement une poche de format oyen. Ainsi, la mise en oeuvre de l'invention s'avère réalisable sur le plan thermodynamique. La figure 2 montre un lingot 32, comportant une carapace 34 et un coeur liquide 35, en cours de coulée dans un moule 20' à taux de refroidissement variable. Les porte-lingot 27 sont levés pour soutenir sur sa longueur le lingot 32 en cours de formation. Des pommes d'arrosage 43 projettent de l'eau 44 sur la carapace 34 à mesure qu'elle sort du moule 20'. Le moule 20' est divisé en deux compartiments d'eau 45 et 46, refroidissant ses parois latérales 47, et un compartiment d'eau 48, refroidissant sa paroi d'extrémité 49. Le tube 29' d'amenée d'eau de refroidissement se ramifie en tubes 50, 51 et 52, débouchant respectivement dans les compartiments 45, 46 et 48. Des robinets 53, 54 et 55 permettent d'augmenter ou de réduire à volonté les degrés de refroidissement assurés dans les diverses parties du moule. L'eau s'échappe du moule par les tubes 56, 57 et 58. Les figures 3, 4 et 5 illustrent des variantes de moule suivant l'invention. lie moule 60 présente une paroi d'extrémité 61 fortement concave rejoignant uniment les parois latérales 62. Le moule 63 présente une paroi d'extrémité 64 faiblement concave. Le moule 65 présente dans sa paroi d'extrémité 67 un passage d'admis sion 66 par lequel on peut injecter par un tube 67' du lubrifiant dans le moule quand ce dernier se déplace vers la droite, ménageant un espace entre sa paroi 67 et la membrane 36. On notera que, quand on opère horizontalement la coulée continue suivant l'invention, la pression exercée par le métal liqui de dans la carapace 34 est très faible, de sorte qu'il n1 est pas nécessaire de refroidir beaucoup la carapace pour qu'elle résiste à cette pression. Si l'on coule suivant l'invention des lingots d'une section de 30 i 38 ci, on doit pouvoir les obtenir sur des longueurs de 30 m ou plus. Quand la coulée du lingot 32 est termi née, on arrête le moule pendant le temps voulu pour solidifier dans le lingot une paroi d'extrémité 36 assez épaisse pour résister à la pression qu'engendre le coeur liquide 35. On poursuit ensuite le refroidissement du lingot fini jusqu'à solidification complète. Il est particulièrement difficile, dans les appareils classi ques de coulée continue, de couler de l'acier effervescent ou non calmé car, à l'état liquide, cet acier est très fortement chargé de gaz et l'appareil classique ne permet pas à ces gaz de s'échap per pendant solidification. Ces gaz occlus engendrent des défauts tels que le produit ne constitue pas après lainage un acier de haute qualité. Dans l'exemple illustré par la figure 8, on munit l'entonnoir de coulée 12' d'une quenouille 14' et d'un chenal inclinO16'. Â partir de ce chenal, on coule, à l'aide d'un profilé d'amorçage creux non représenté, un lingot 70 ayant sur l'horizontale l'inclinaison indiquée par la flèche 72. La coulée continue opérée en pente accroît la pression exercée par le coeur liquide sur la carapace solidifiée 73, mais permet aux gaz de s'échapper vers le haut. La figure 9 illustre une autre variante; elle montre un jet de coulée 12" présentant un chenal 75 qui déverse, & un débit con trôlé, du nâtal fondu 77 dans le sonet d'un profilé d'amorçage 78. On peut entourer l'extrémité supérieure de ce dernier d'iso lant 79 pour éviter que le métal fondu ne s'y solidifie. Le lingot 70 ainsi formé est encore incliné sur l'horizontale, ce qui permet aux gaz de s'échapper facilement, par exemple pendant coulée d'acier effervescent. On peut chauffer pendant coulée le tron çon supérieur du lingot 70 pour prolonger le temps pendant lequel les gaz peuvent s'échapper du coeur liquide. On peut éventuellement monter le moule 20 sur ressorts sur le chariot 22 pour pouvoir l'écarter par saccades rapides de l'en tonnoir de coulée 12, le long du lingot 32, s'il adhère momentané ment à ce dernier. On peut appliquer le procédé et l'appareil de coulée continue décrits à des métaux autres qu'acier. On a décrit le mode préféré de réalisation de l'invention, mais cette description est donnée à simple titre d'exemple etc'on pourra concevoir diverses modifications et variantes dans le cadre de l'invention, défini par les revendications ci-après. RVNDIC1AIPIONIS 1.- Procédé pour la coulée continue d'un lingot métallique, consistant à introduire à partir d'une source du métal fondu dans un moule fermé à l'extrémité, caractérisé en ce qu'on refroidit l'extrémité fermée du moule, en ce qu'on écarte le moule de ladite source à la vitesse de coulée moyenne voulue pour former un lingot à carapace solidifiée et à coeur liquide et en ce qu'on laisse du métal fondu passer à travers ce coeur de ladite source vers l'extrémité fermée du moule pendant la coulée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lingot formé par coulée continue est en acier. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule recule par intermittence, de sorte que la paroi de moule située à l'extrémité fermée du moule forme dans le lingot une membrane d'extrémité so)Ldifiée,.qui subit une refusion à chaque mouvement de retrait du moule. 4.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on opère la coulée du lingot à peu près horizontalement. 5.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on opère la coulée du lingot avec une inclinaison vers le bas sur l'horizontale. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on introduit de l'acier fondu dans le moule, à partir de la source d'acier fondu, à travers un profi lé d'amorçage que le moule entoure, une carapace solidifiée se formant contre ce profilé. 7.- Appareil pour la coulée continue d'un lingot métallique, du genre comportant une source de métal fondu et un moule fermé à une extrémité dans lequel se forme le lingot, caractérisé en ce qu'un profilé d'amorçage creux est prévu pour recevoir le métal fondu de ladite source, le moule étant muni de moyens de refroidissement et présentant des parois latérales et une paroi d'extré mité, ce moule entourant ledit profilé d'amorçage, et des moyens d'extraction étant prévus pour écarter ledit moule dudit profilé d'amorçage de manière à ce que du métal fondu passe à travers ce profilé dans le moule et y forme un lingot présentant un coeur liquide et une carapace solidifiée formée par contact du métal fondu avec lesdites parois du moule. 8.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le lingot formé par coulée continue est en acier et en ce que le moule est refroidi à l'eau. 9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moule est creux et compartimenté, des moyens étant prévus pour introduire dans ses compartiments de l'eau de refroidissement à des débits différents, afin d'ajuster les degrés de refroidissement assurés dans les diverses parties du moule. 10.- appareil selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'extraction du moule impriment au moule des mouvements de retrait intermittents, de sorte que la paroi d'extrémité du moule forme dans le lingot une membrane d'extrémité solidifiée, qui est refondue à chaque mouvement de retrait du moule.