Brevet FR2086015A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne la coulée de métaux et, d'une manière générale, la coulée continue d'un lingot ou tube métallique allongé comportant une coque extérieure tubulaire. Plus particulièrement, il est souhaitable de pouvoir obtenir 5 des lingots bimétalliques, comportant une âme en un métal et une coque ou revêtement épais en un autre métal. On a combiné ensemble de cette manière de nombreux types de métaux, mais ils ne se prêtent pas à une mise en oeuvre économique en grandes quantités. Dans un domaine plus classique, les tôles d'acier à bas car-10 bone laminées à froid représentent une forte proportion de la production d'acier. L'acier non calmé constitue une bonne proportion de cette production de tôles, mais l'acier non calmé obtenu par coulée continue ne peut atteindre le haut niveau de qualité exigé, notamment, dans l'industrie automobile. Quel que soit son mode 15 d'élaboration, l'acier non calmé contient beaucoup d'oxyde de fer et peu de carbone. L'oxygène dissous se dégage sous forme d'oxydes de carbone gazeux (00 et 002^ Au refroidissement, il y a migration, de la surface vers le coeur du lingot, de carbone, soufre, et phosphore qui subissent une ségrégation sous forme de métalloï-20 des. Il se forme extérieurement en surface, une carapace épaisse à teneurs nettement réduites en carbone, soufre et phosphore. Des bulles de gaz allongées se forment immédiatement au-dessous de la carapace, par suite du refroidissement. Les bulles qui ne sont pas refermées par soudage de leurs parois au cours du laminage ulté-25 rieur sont habituellement situées assez loin au-dessous de la surface pour ne pas donner naissance à des défauts. Lorsqu'on coule de l'acier non calmé par technique classique de coulée continue, des bulles de gaz et des métalloïdes sont occlus dans la zone qui demeure plastique immédiatement en deçà de 30 la carapace. Vu l'absence de mouvement relatif entre la carapace solidifiée et le coeur en fusion, les bulles de gaz et métalloïdes demeurent à une profondeur assez faible après solidification du lingot et parviennent à la surface au cours du laminage. Du fait de ces problèmes posés par la porosité et les métalloïdes, les 35 lingots en acier non calmé coulés en continu ne peuvent être vendus pour utilisation, par exemple, en carrosserie automobile. Jusqu'à présent, on réalise les tubes, notamment ceux en acier, par technique impliquant le perçage d'un lingot, puis le laminage du métal sur un mandrin. Le processus est long et onéreux^ 40 La présente invention a pour objet un procédé pour la coulée 71 12682 2 2086015 continue d'un tube ou lingot métallique allongé comportant une coque extérieure tubulaire, consistant à couler, à partir d'une source, du métal fondu dans un moule refroidi fermé à une extrémité et à écarter l'une de l'autre ladite source et ledit moule à 5 une vitesse de coulée moyenne pour former une coque tubulaire solidifiée. Pour faire plus clairement comprendre l'invention et pour faciliter sa mise en oeuvre, on va maintenant se référer au dessin annexé, sur lequel : 10 les figures 1, 2 et 3 sont des vues en coupe verticale longi tudinale d'un appareil de coulée continue, respectivement au début de la coulée, après addition'd'-un métal différent ou modifié et à la fin de la coulée ; la figure 4 est une vue en coupe verticale longitudinale d'un. 15 tronçon de lingot ; ' la figure 5 est une vue en coupe transversale du lingot montré sur la figure 4. En examinant le dessin, on voit sur la figure 1 une poche 10 (non à l'échelle) déversant un premier acier fondu 11 dans un en-20 tonnoir de coulée 12. Une barre d'amorçage 13 pénètre dans un moule 14, fermé à une extrémité, présentant une chambre 15 dans laquelle circule du réfrigérant 16. Le moule 14 et l'entonnoir de • coulée s'écartent l'un de l'autre à la vitesse moyenne de coulée pour couler en continu un lingot tel que décrit dans la demande 25 de brevet française au nom de la Demanderesse n° 70 18 698, déposée le 22 mai 1970. Comme illustré par la figure 2, le moule 14 forme une coque solidifiée 17» à travers laquelle du métal fondu passe dans le moule à partir de l'entonnoir 12 qui en est de plus en plus éloi-30 gné. Des ajustages 19 projettent à un débit réglé de l'eau sur la coque 17 pour 1'empêcher de fondre. Si l'on doit couler un lingot donné, par exemple de 90 cm de large, de 30 cm d'épaisseur et d'environ 15 m de long, il est facile de calculer le volume de la coque 17» dont l'épaisseur est 35 d'environ 25 à 38 mm. On coule de la poche 10 cq^olume d'un premier acier fondu 11. Il est aussi facile de calculer le volume du coeur du lingot. La poche 20 contient ce volume d'un second acier fondu 18, qu'on coule comme illustré par la figure 2. Le second acier fondu 18 coule à travers l'entonnoir derrière le premier 40 acier fondu 11, avec lequel il se mélange dans une zone 21. 71 12682 3 2086015 Gomme le montre la figure 3, lorsqu'on coule le contenu de la poche 20, le premier acier 11 a formé la coque 17 sur toute sa longueur et le second acier 18 forme -un coeur fondu qui se solidifie à partir d'un cône 25, la solidification progressant du moule 5 14 vers l'entonnoir 12 pour former le coeur ou âme 26. Comme représenté sur les figures 4 et le lingot 30 comporte une ame 26 en un acier et une coque 17 en un autre acier. Après coulée, on casse les extrémités du lingot 30 pour séparer celui-ci de l'entonnoir et pour mettre au rebut le court tronçon 21, formé d'acier 10 mélangés, voisin du moule 14. Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, on coule un volume d'acier non calmé suffisant pour former la carapace 17 d'un lingot. On peut laisser dans la poche 10 assez d'acier pour couler l'âme. On calme cet acier fondu restant en lui ajoutant, dans la . 15 poche 10, un désoxydant convenable tel qu'aluminium, silicium ou analogue. De ce fait, il se forme des oxydes stables, de sorte que l'âme a une composition homogène. Des lingots en cet acier sont indiqués pour utilisation en carrosserie automobile et analogue, car ils ont les qualités de surface de l'acier non calmé et l'apti-20 tude à l'emboutissage de l'acier calmé, sans aucun des inconvénients classiques de ces deux aciers. Suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut couler une coque 17 en acier inoxydable de nuance A.I.S.I. 3G4 et une âme en acier au carbone de nuance A.I.S.I. 1015- On règle 25 le refroidissement imprimé à travers' des ajutages 19 à la coque 17 pour conserver à celle-ci une épaisseur uniforme. Selon la combinaison d'aciers ou autres métaux coulés, le temps de coulée et les vitesses de refroidissement, on peut former entre la coque 17 et l'âme 26 d'un lingot 30 une couche d'alliage 30 de type désiré. Pour certaines applications, on peut couler des âmes en cuivre, bronze, aluminium ou alliages d'aluminium dans des coques en acier au carbone ou en acier inoxydable. On peut aussi couler des combinaisons de métaux non ferreux. En réglant convenablement le 35refroidissement, on peut obtenir dans un lingot une âme en métal à plus haut point de fusion que celui formant la coaue. Par "lingot", on entend ici toute espèce de produit obtenu par coulée continue. Il est hautement souhaitable de pouvoir couler des profilés creux, car on supprime ainsi le stade ultérieur de perçage dans la 40fabrication de tubes sans soudure. H 12682 4 2086015 A cette fin, on écarte l'un de l'autre l'entonnoir de coulée ou source de métal et le moule fermé à une extrémité suivant un trajet incliné vers le bas en direction du moule, comme illustré par la figure 8 de la demande de "brevet précitée. Le métal liqui-5 de descend de l'entonnoir vers le moule. Après épuis—ement de la réserve de métal liquide contenue dans l'entonnoir, le mouvement relatif entre le moule et l'entonnoir se poursuit. Une coque solidifiée continue à se former dans le moule à partir de la reserve de métal liquide contenue dans la coque déjà formée. Le niveau 10 atteint par le métal liquide dans la coque baisse en continu, jusqu'à ce que la quasi-totalité du métal liquide ait été trans-forméejen coque solidifiée par le moule, à mesure que celui-ci continue à s'écarter de l'entonnoir. Ce procédé se prête bien à la coulée de profilés creux bimé-15talliques. On introduit dans l'entonnoir un premier métal fondu qui traverse la barre d'amorçage et forme sur le moule une coque extérieure solidifiée. Quand le volume désiré du premier métal fondu a traversé l'entonnoir, on modifie le volume restant, à la source, par addition d'alliage ou substitution d'un second métal 20 liquide. Le second métal liquide traverse l'entonnoir, la barre d'amorçage et la coque solidifiée en le premier métal. Le premier et le second métaux liquides sont séparés par une zone de mélange, intérieure à la coque solidifiée. Cette zone progresse vers le moule à mesure que le premier métal liquide se transforme sur le 25 moule en coque solidifiée. Le tronçon de plus en plus long de coque solidifiée qui contient le second métal liquide subit un refroidissement plus accusé, pour solidifier la coque sur une plus grande profondeur, du fait qu'il est arrosé d'eau de refroidissement à un débit accru. De ce fait, la couche du second métal li-30 quide voisine de la coque formée par solidification du premier métal se solidifie contre celle-ci. Après épuisement de la réserve du second métal liquide contenue dans l'entonnoir, le mouvaient relatif entre le moule et l'entonnoir se poursuit. La coque en le premier métal continue à se former sur le moule et la couche soli-35 difiée intérieure, en le second métal, continue à se former derrière 1s zone mobile de métaux liquides mélangés. Le niveau atteint par le second métal liquide dans la coque solidifiée baisse en continu jusqu'à ce que la quasi-totalité des métaux liquides soient mis sous forme de coque extérieure pour le premier métal 40 et de couche tubulaire intérieure pour le second. 71 12682 5 2086015 Bien entendu, dans la coulée continue précitée de tubes, il n'est pas nécessaire d'épuiser pour former le tube la réserve de métal contenue dans l'entonnoir : il suffit d'interrompre la coulée à partir de cette source. 71 12682 6 2086015 ( REVENDICATIONS 1. Procédé pour la coulée continue d'un tube ou lingot métallique allongé comportant une coque extérieure tubulaire, caractérisé en ce qu'on coule à partir d'une source du métal fondu dans un moule refroidi, fermé à une extrémité, et en ce qu'on déplace 5 à l'opposé, l'une par rapport à l'autre, ladite source et ledit moule à une vitesse de coulée moyenne pour former une coque tubulaire solidifiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coule à partir de la source Tin premier métal fondu dans le moule -10 refroidi, fermé à une extrémité, pour former la coque tubulaire et en ce qu'on coule ensuite à partir de cette source un second métal fondu différent du premier, à travers la coque solidifiée et derrière le premier métal fondu afin que la quasi-totalité de ce dernier s'écoule dans le moule pour former la coque et que le 15 second métal forme une âme qui s'étend sur la quasi-totalité delà longueur de la coque pour donner après solidification, un lingot comportant une §me et une coque en des métaux différents. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coule à partir de la source un premier métal fondu dans le moule 20 refroidi fermé à une extrémité, pour former la coque tubulaire, en ce qu'on projette du réfrigérant contre l'extérieur de ladite coque, en ce qu'on interrompt l'écoulement du premier métal à partir de ladite source, en ce qu'on maintient le mouvement relatif d'écartement entre la source et le moule pendant qu'on coule un 25 volume déterminé d'un second métal fondu différent du premier à travers la coque solidifiée, derrière le premier métal fondu, de sorte que la quasi-totalité de ce dernier s'écoule dans le moule pour former la partie extérieure de la coque et que le second métal forme progressivement une épaisseur intérieure à la coque à 30 mesure que le niveau atteint par le second métal fondu baisse dans la coque, laissant derrière lui un tube creux et en ce que,, simultanément à l'écoulement du second métal à travers la coque, on augmente le débit de réfrigérant projeté contre l'extérieur de la coque en progressant derrière le niveau en cours de baisse 35 atteint par le premier métal dans la coque. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le second métal fondu est obtenu par traitement du premier. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les premier et second métaux fondus sontjfdes aciers 71 12682 7 2086015 6. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le premier métal fondu est un acier et en ce que le second est un métal non ferreux. 7. Procédé selon la revendication 3> caractérisé en ce qu'on utilise un volume du premier métal fondu sensiblement égal à celui de ladite coque extérieure et un volume du second métal fondu sensiblement égal à celui de ladite épaisseur intérieure à la coque.