Brevet FR2088090A1 — publié le 19720107

L'invention est relative, d'une manière générale, à des perfectionnements aux procédés de coulée de métal en fusion utilisés dans l'industrie de la production de l'acier. Selon l'une de ses caractéristiques, l'invention est relative au genre d'opération de coulée dans lequel un métal en fusion à couler est préalablement soumis à un processus de dégazage sous vide. Pour la mise en oeuvre de procédés de coulée dans lesquels un métal en fusion est préalablement soumis à une opération dedégazage sous vide, des problèmes se posent pour commander de manière satisfaisante l'écoulement de métal en fusion. C'est le cas en particulier lorsque le courant de métal en fusion est amené de l'enceinte où règne levide de dégazage à la pression atmosphérique beaucoup plus élevée.Jusqu'à présent, en vue d'évacuer un métal en fusion d'une enceinte de dégazage sous vide,tout en maintenant le vide de cette enceinte, il fallait maintenir une colonne barométrique de métal en fusion (c'est-à-dire une colonne de 120 à 130 cm de hauteur, dont la hauteur exacte dépend de la différence de pression entre l'extérieur et l'inté- rieur de l'enceinte de dégazage) avec en plus une colonne de 45 à 60 cm pour provoquer le début de l'écoulement, à l'intérieur de l'enceinte en vue de faire s'écouler le métal en fusion à l'extérieur, à travers l'ouverture d'évacuation du fond de l'enceinte. La raison en est, évidemment, que la pression atmosphérique plus élevée à l'extérieur de l'enceinte exerce une force tendant d'une manière continue à renvoyer le métal en fusion à l'intérieur de la chambre à vide. Pour surmonter cette force exercée par la pression atmosphérique, des colonnes barométriques descendantes, d'une grande longueur, garnies de produits réfractaires et chauffées (telles que celles décrites dans les brevets américains n" 2.837.790, 2.734.240 et 3.146.288) ont été prévues entre l'ou- verture d'évacuation et la partie principale de l'enceinte de dégazage. De telles colonnes barométriques fournissent la force d'évacuation, dirigée vers le bas, qui est nécessaire, mais sont d'un prix considérable.De telles colonnes, non seulement exigent de grandes quantités de produits réfractaires supplémentaires et entraînent des pertes de chaleur considérables, mais rendent pratiquement impossible le dégazage sous vide des quelques premières tonnes du bain de métal en fusion traversant ltencein- te de dégazage. En conséquence, un but principal de l'invention est de four nir un procédé pour commander l'écoulement du métal en fusion à travers la goulotte d'une lingotière ou d'un autre dispositif de coulée -sous vide, qui évite la nécessité de mettre en oeuvre- des colonnes barométriques d'une grande longueur et conduise ainsi à un système simple et relativement peu coûteux susceptible d'être utilisé pour couler soit dans l'air, soit dans le vide, sans avoir à utiliser de châssis de coulée supplémentaires, qui élimine dans une large mesure la nécessité d'utiliser des produits réfractaires supplémentaires, qui réduise essentiellement les pertes de chaleur et permette le dégazage sous vide de la totalité à quelques kilogrammes près du bain de métal en fusion traversant l'enceinte. Ces buts et d'autres buts encore de l'invention sont obtenus, conformément au procédé objet de l'invention, en exerçant sur le métal des forces électromagnétiques dirigées vers le bas,afin de créer par voie électromagnétique une pression équivalente à celle d'une colonne barométrique supérieure à celle correspondant à la différence de pression existant entre l'extérieur et l'in térieur Xde l'enceinte de dégazage remplie de métal en fusion. Dans des modes de réalisation préférentiels de l'invention, on fait varier cette force en fonction des variations de la pression atmosphérique ambiante et de la hauteur de la colonne de métal contenue dans l'enceinte et on commande en outre cette force -de manière à maintenir le métal se trouvant à l'intérieur de la goulotte pour assurer l'étanchéité de l'enceinte et y conserver le vide qui y règne D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous d'mode de réalisation préférentiel, pris à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif de l'invention, effectuée en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe verticale d'un mode de réalisa tion d'un appareillage de coulée, montrant schématiquement la formation continue de métal en fusion pour constituer un lingot, fonctionnant suivant le procédé conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et - la figure 3 représente des schémas illustrant le procédé conforme à l'invention. Sur les figures 1 et 2, qui représentent un mode de réalisa tion préférentiel d'un appareillage mettant en jeu le procédé conforme à l'invention, la référence numérique 2 désigne une lingotière de coulée continue standard à l'extrémité supérieure de laquelle est montée, d'une manière étanche, une enceinte où on fait le vide, ou cloche de dégazage 4. Une pompe à vide, non représentée sur les figures, est branchée à l'une des extrémités de cette cloche à une ouverture de sortie 6, afin d'évacuer les gaz dans le sens indiqué par la flèche A A l'extrémité supérieure de la cloche de dégazage 4 est également monté, d'une manière étanche, un couvercle 8 muni d'une ouverture 10 et d'un tube d'observation 12.A ce couvercle est fixée une poche 14 dont le fond porte un organe d'arrêt pour la commande du processus de coulée ; cet organe d'arrêt 16 est ajustable et permet d'ouvrir et de fermer une ouverture de déchargement prévue dans le fond de la poche 14 et de régler l'é- coulement de métal en fusion M, provenant de la poche 14, traversant l'enceinte sous vide 4, pour aller dans la lingotière 2. A son extrémité inférieure, la lingotière 2 comporte une partie 18, de diamètre réduit, constituant une goulotte, munie d'un prolongement 24, définissant un passage cylindrique 19, renfermant une colonne C de métal en fusion, assurant l'étanchéi- té de l'ouverture de sortie. Le prolongement 24 de la goulotte comporte une bride supérieure 24a qui peut par exemple être fixée par des boulons 23 à une bride correspondante 25 de la goulotte 18 de la lingotière. A son extrémité inférieure, le prolongement de la goulotte comporte une autre bride 24b à laquelle est fixé, par des boulons 28, un élément de fond 26. A l'intérieur du prolongement 24 de la goulotte est logée une pièce annulaire 30 de matériau électriquement isolant et autour de cette pièce annulaire 30 sont disposées, suivant une hélice, une rangée de spires d'un conducteur électrique 32 connecté à une source appropriée d'énergie électrique. D'une manière bien connue dans la technique, les spires 32, lorsqu'elles sont parcourues par un courant électrique, constituent en fait un solénoïde qui produit un champ électromagnétique pouvant créer une force de traction sur un corps ferromagnétique, par exemple sur le métal fondu, passant à travers les spires. On peut utiliser d'autres dispositifs connus susceptibles de créer un tel champ. Le métal est évacué d'une manière continue à travers le pas sape 19 et à travers une ouverture 27 de l'élément de fond 26 suivant une veine relativement étroite de métal S qui est recueillie dans un moule, par exemple le cylindre de coulée 17 animé d'un mouvement continu d'oscillation verticale, pour constituer un lingot partiellement solidifié 20. Le cylindre oscillant de coulée 17 est muni de serpentins de refroidissement 22 qui règlent la solidification du métal en fusion d'une manière bien connue dans la technique de la coulée continue. Pour la mise en oeuvre de ce mode de réalisation préférentiel de l'invention, le métal en fusion est introduit de la poche 14 dans la lingotière 2 par l'organe d'arrêt 16 de ltouver- ture du fond de la poche. Dès que le passage 19, situé à la partie inférieure de la lingotière, a été obturé d'une manière étanche par une colonne C de métal en fusion, la pompe à vide est mise en marche pour faire le vide dans l'enceinte de dégazage. Un opérateur inspecte l'intérieur de la lingotière 2 à travers le tube d'observation 12 et commande l'organe d'arrêt 16 de manière à maintenir le métal en fusion au niveau désiré à l'intérieur de la lingotière. Pour empêcher le métal de se refroidir à travers le passage 19 et pour assurer la stabilité du débit d'écoulement de la veine S désirée pour la coulée continue, il faut qu'un écoulement continu, et de préférence régulier, de métal en fusion, traverse le passage 19. Les forces de pesanteur agissent sur le métal contenu à l'intérieur de la lingotière 2 et créent une pression barométrique, due à la colonne de métal en fusion, qui tend à faire descendre le métal en fusion à travers le passage 19. En même temps, la différence de pression entre l'atmosphère extérieure et l'intérieur, où on fait le vide, de la lingotière 2 crée une force de pression qui s'exerce sur le métal à la sortie du prolongement 24 de la goulotte et tend à faire monter le métal en fusion.Si on veut que le métal s'écoule de la lingotière 2 à travers le passage 19, il est évident que la force totale, mesurée verticalement vers le bas, qui s'exerce sur le métal en fusion, doit être supérieure à la force ascendante créée par cette différence de pression. Jusqu'à présent, l'écoule- ment vers le bas était assuré en prévoyant une colonne de métal en fusion de 150 à 210 cm. Avec le procédé conforme à l1inven- tion, une colonne de métal en fusion essentiellement inférieure à 45 à 60 cm (mesurée à partir du fond du passage 19) est combi née avec une pression électromagnétique, dirigée vers le bas, fournie par les enroulements 32, pour faire sortir le métal en fusion de l'enceinte 2. L'amplitude exacte de la force électromagnétique nécessaire varie et dépend, entre autres, de la colonne de métal en fusion contenue à l'intérieur de la lingotière 2, de la différence de pression entre la pression atmosphérique et le vide régnant à l'intérieur de la lingotière 2, et des frottements et autres forces intervenant dans l'écoulement du métal en fusion à travers la goulotte 18 et son prolongement 24. Comme on peut le voir sur la figure 3, la pression due à la colonne de métal en fusion PF qui se trouve à l'intérieur de l'enceinte 2 augmente rapidement dès qu'on commence à couler du métal dans la lingot tière jusqu'à ce que son niveau atteigne le niveau prédéterminé auquel on le maintient.A l'instant t où la pompe à vide est p mise en marche, la pression de la colonne de métal en fusion PF peut être suffisamment grande pour provoquer son écoulement spontané sans l'intervention d'une force électromagnétique dirigée vers le bas. Lorsqu'on a fait le vide à l'intérieur de la lingotière et que la différence de pression PV entre la pression atmosphérique et le vide régnant à l'intérieur de la lingotière augmente, une pression électromagnétique PE peut être engendrée par les enroulements 32 de manière que la force totale dirigée vers le bas P T soit suffisamment grande pour faire descendre le métal hors de l'enceinte avec le débit désiré.Pour la plus grande partie de l'opération de coulée, lorsaue la dif férence de pression PV est beaucoup plus grande que la pression équivalente à la colonne de métal en pression PF , la pression électromagnétique dirigée vers le bas est indispensable non seulement pour provoquer l'écoulement vers le bas mais encore pour empêcher la différence de pression PV de faire remonter le métal en fusion à l'intérieur de la lingotière cassant ainsi le vide en interrompant l'étanchéité assurée par le passage 19.Ainsi qu'on l'a indiqué sur la figure 3, la pression totale PT dirigée vers le bas, c'est-à-dire la somme PF + P de la pression électromagnétique et de la pression due à la colonne de métal en fusion,doit, à chaque instant, être supérieure à la différence de pression PV Ainsi qu'on l'a déjà dit ci-dessus, un opérateur commande l'organe d'arrêt 16 afin de maintenir le métal en fusion, qui se trou ve à l'intérieur de la lingotière,au niveau désiré pour lequel la pression due à la colonne de métal en fusion P F est bien inférieure à la différence de pression PV entre la pression atmosphérique et le vide établi à l'intérieur de la lingotière.La force électromagnétique de traction nécessaire à un écoulement continu et régulier est commandée,soit automatiquement, soit par un second opérateur, par exemple celui qui commande normalement-la vitesse de sortie du lingot du cylindre oscillant de coulée 17. Lorsque l'opérateur qui commande l'organe d'arrêt 16 voit que le dernier métal contenu dans la poche 14 est passé dans la lingotière sous vide 2 et y a été complètement dégazé, il arrête la pompe à vide et ouvre une soupape ménagée dans la paroi de la lingotière 2, de manière à ramener la pression atmosphérique à l'intérieur de la lingotière. Le second opérateur continue à appliquer la force électromagnétique de traction nécessaire à l'extraction de la totalité du métal en fusion contenu à l'intérieur de la lingotière. Grâce au procédé conforme à l'invention décrit ci-dessus, il est possible de prime abord de maintenir à la fois un vide élevé et un écoulement continu et régulier du métal en fusion, bien que la pression due à la colonne de métal en fusion située à l'intérieur de l'enceinte soit toujours, sauf un bref intervalle de temps, tout au début, bien inférieure à la pression subsistant dans l'enceinte où on fait le vide. Le procédé, de plus, réduit la quantité de métal non encore dégazé au début de chaque bain de plusieurs tonnes à quelques cinquantaines de kilogrammes et assure une stabilité du débit fortement augmentée, de l'écoulement,formant le lingot, tombant dans le moule ou le cylindre. I1 va de soi aussi qu'on peut utiliser,dans l'appareillage représenté par les figures 1 et 2, divers autres moyens pour produire une force de pression électromagnétique. On peut, par exemple, utiliser un certain nombre de conducteurs ou d'autres dispositifs électromagnétiques alimentés séparément en énergie électrique, disposés dans le prolongement de la goulotte, ou mê- me associés avec le manchon cylindrique oscillant 17. De plus, on peut mettre en oeuvre des moyens de régulation du courant électrique et les actionner, avec n'importe quel mode de couplase désiré, en fonction de la vitesse de formation du lingot ou la vitesse de solidification du métal en fus-ion. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée de métal en fusion, dans lequel le métal en fusion est introduit à l'intérieur d'une enceinte et évacué de cette enceinte à travers un conduit d'évacuation, caractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires suivantes: - établissement de l'étanchéité de l'enceinte - établissement du vide à l'intérieur de cette enceinte, pour créer une différence de pression, correspondant à une certaine colonne de métal en fusion, entre la pression atmosphérique et la pression intérieure de l'enceinte - maintien du métal en fusion, à l'intérieur de l'enceinte, pour y créer une colonne de métal en fusion - application, sur le métal en fusion, contenu à l'intérieur du conduit d'évacuation, de forces électromagnétiques pour créer une pression d'origine électromagnétique, et, - maintien de la somme de cette pression électromagnétique et de la pression correspondant à la colonne de métal en fusion à une valeur supérieure à la différence de pression entre la pression atmosphérique et celle régnant à l'intérieur de l'en- ceinte où on fait le vide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte une phase opératoire de maintien du métal en fusion, à l'intérieur de l'enceinte, à un niveau tel que la pression due à la colonne de métal en fusion est inférieure à la différence de pression entre la pression atmosphérique et celle régnant à l'intérieur de l'enceinte. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comporte la phase opératoire consistant à faire varier la pression d'origine électromagnétique en fonction des variations de la pression due à la colonne de métal en fusion. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comporte la phase opératoire consistant à faire varier la pression d'origine électromagnétique, pour maintenir le mouvement du métal en fusion, issu du conduit d'évacuation, à un débit essentiellement constant. 5. Procédé pour extraire un métal en fusion d'une enceinte de dégazage où on a fait le vide, à travers un conduit d'évacuation de cette enceinte, dont l'extrémité de sortie est soumise à une pression d'évacuation supérieure à celle régnant à l'intérieur de l'enceinte, cette différence de pression créant une dépression et le métal en fusion créant une pression équivalente à la colonne de métal en fusion qui se trouve à l'intérieur de l'enceinte, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires suivantes - exercice sur le métal en fusion se trouvant à l'intérieur du conduit d'évacuation de forces électromagnétiques afin de créer une pression d'origine électromagnétique, et - maintien de la somme de cette pression d'origine électromagnétique et de la pression équivalente à la colonne de métal en fusion à une valeur supérieure à la différence de pression entre la pression atmosphérique et celle subsistant à l'intérieur de l'enceinte, où on fait le vide 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte la phase opératoire consistant à introduire le métal en fusion à l'intérieur de l'enceinte où l'on fait le vide pour y maintenir un niveau prédéterminé de métal en fusion. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce niveau prédéterminé de métal en fusion crée une pression due à la colonne de métal en fusion, inférieure à la différence de pression de la pression atmosphérique et de celle de l'enceinte où on fait le vide. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte la phase opératoire consistant à introduire le métal en fusion à l'intérieur de l'enceinte afin d'obturer et assurer l'étanchéité du conduit d'évacuation avant de faire le vide dans 1 'enceinte. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il comporte les phases opératoires consistant à faire le vide dans l'enceinte, après avoir obturé de manière étanche le conduit d'évacuation, et à faire croître la pression à l'intérieur de cette enceinte jusqu'à une pression essentiellement égale à la pression d'évacuation ambiante, avant d'extraire de cette enceinte la totalité du métal en fusion. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pression d'évacuation ambiante est la pression atmosphérique.