Brevet FR2126189A1 — publié le 19721006

la présente invention concerne un procédé de coulée en continu avec refroidissement direct pour la production de métaux, en particulier de lingots d'aluminium, et d'alliages dr aluminium. 5 Bans la pratique classique, la coulée en continu avec- refroidissement direct d'un lingot d'aluminium s*effectue dans un moule creux vertical, ouvert aux extrémités, qu'on ferme initialement à son extrémité inférieure par une plate-forme mobile ou un tabouret. Le moule est entouré d*u$e chemise à tra-10 vers laquelle l'eau circule en continu de façon à assurer le refroidissement externe de la paroi du moule. On verse de l'aluminium fondu dans le moule refroidi. Ce métal fondu se solidifie à la périphérie du moule, tandis qu'une piscine de métal demeure au centre. On déplace la plate-forme vers le bas à vitesse cons-15 tante jusqu'à production d'un lingot de longueur désirée. le lingot qui émerge de la partie inférieure du moule présente une peau solidifiée mais est encore fondu au centre. La piscine d'aluminium fondu s'étend vers le "bas dans le lingot sur une certaine distance en dessous du moule et présente 20 une section qui décroit progressivement. La surface du lingot est refroidie directement par de l'eau en dessous du moule. Ce refroidissement direct de la surface du lingot sert à conserver la portion périphérique du lingot à l'état solide et à favoriser la solidification de la 25 piscine de métal fondu au centre du lingot. Dans la coulée classique avec refroidissement direct, un flux d'eau continu important est déchargé à l'extrémité inférieure de la chemise de refroidissement du moule sur la surface du lingot immédiatement en dessous du moule, de telle 30 sorte que l'eau attaque avec une force considérable la surface du lingot sous un angle important et s'écoule vers le bas sur la surface du lingot. Ainsi, il se produit une plus grande vitesse de refroidissement immédiatement en dessous de l'extrémité de sortie du moule, niveau qui se trouve au dessus du niveau auquel 35 le coeur du lingot se solidifie totalement. Dans cette zone, le coefficient de transfert thermique provenant du lingot vers le liquide de refroidissement est de façon caractéristique d'environ 0,5 calorie/cm2/seconde/°C 72 02745 z 2126189 ce qui est bien supérieur à la valeur moyenne du coefficient de transfert thermique du lingot vers le moule (qui est couramment dlenviron 0,05 calorie/cm2/seconde/°C) et aussi supérieur à la valeur du coefficient de transfert thermique lingot-réfrigérant 5 à un niveau inférieur quelconque. De façon caractéristique, l'épaisseur de la coquille du lingot solidifié immédiatement en dessous du moule est moins du quart de la dimension horizontale maximale du lingot. Un problème qu'on rencontre spécialement (mais 10 non exclusivement) dans la coulée de lingots cylindriques, est la tendance qu'ont les lingots à donner lieu à des craquelures longitudinales au centre qui résultent de la solidification et du refroidissement du lingot. la pratique classique pour éviter les craquelures à chaud exige que la profondeur de la piscine de 15 métal fondu en dessous du bord inférieur du moule soit conservée à une valeur qui ne doit pas être supérieure à la dimension transverse minimale du lingot et en fait très couramment, inférieure aux 2/3 de la dimension transverse minimale du lingot. Pour des conditions de refroidissement, des di-20 mensions du lingot et une composition d'alliage données, on détermine la profondeur de la piscine par la vitesse de coulée. Comme les systèmes classiques de coulée avec refroidissement direct ne sont pas destinés à permettre une régulation appréciable du taux de refroidissement, on parvient à régler la profondeur 25 de la piscine par diminution de la vitesse de coulée. Pour empêcher là craquelure à chaud, on limite généralement les vitesses de coulées à 2,5-17,5 cm/minute), en fonction de la composition de l'alliage et de la dimension et de la forme du lingot. Des efforts antérieurs pour éliminer la craquelure 30 à chaud ont supposé qu'on pouvait éviter la craquelure à chaud et la craquelure à froid de la même façon ; mais les expédients appliqués pour éviter la craquelure à froid se sont avérés être sans succès dans la prévention de la craquelure à chaud. On a proposé de diminuer l'intensité du refroidissement dans tout ou 35 partie de la zone de refroidissement direct pour éviter la.cra-. quelure à ciiaud en se basant sur la théorie qu'aucune craquelure n'est provoquée par les contraintes de traction résiduelles dans le lingot coulé. On a pensé que ces contraintes pouvaient être 72 02745 3 2126189 affaiblies si on conserve la surface du lingot à une température qui est supérieure à la normale pour diminuer la'différence de température-entre le coeur du lingot et la surface dans la région de solidification du coeur. Des expédients' suggérés dans ce 5 but1 ont englobé l'utilisation'de pulvérisation de brouillard ou d'uné source d'eau puisée sur la surface du lingot au lieu d'un 'courant d'eau attaquant continuellement'la surface. On a suggéré en variante, l'élimination de l'eau dê refroidissement de la surface du lingot par une opération d'essuyage. Op a trouvé que ces 10 expédients ne permettent aucune augmentation de la vitesse de coulée sans produire des craquelures centrales. Dans certains cas,' la diminution du refroidissement ou les techniques d'essuyage semblent accroître les- craquelures à chaud. Conformément à la présente invention, on dispose 15 d'un procédé de production de métal, en particulier d'aluminium en lingot, par un procédé de coulée continue avec refroidissement direct dans lequel le réfrigérant est appliqué sur la surface externe d'un lingot à mesure qu'il émerge de la partie ouverte du moule, caractérisé en ce que, dans une première zone s'étendant 20 depuis le fond du moule jusqu'à un niveau adjacent au fond de la piscine de métal fondu au sein du lingot, on applique sur le lingot un réfrigérant de telle sorte qu'on dissipe la chaleur à vitesse relativement faible (mais en conservant une coquille solide autour de la surface externe du iingot), de façon à ce 25 que le métal solidifié entourant l'extrémité inférieure de la ■piscine de métal fondu soit à une température relativement élevée, tandis que dans une seconde zone s'étendant vers le bàs .depuis ce niveau, on applique une quantité supplémentaire de réfrigérant sur le lingot de telle sorte qu'on dissipe là chaleur 30 à vitesse relativement grande de façon à provoquer le refroidissement rapide et la contraction du métal sollidifié dans la région périphérique entourant'la base de ia piscinë de "métal fondu, 1 à où le métal passe de l'état liquide à l'état solide dans le coeur du lingot. Dans ce processus, le lingot reçoit la "plus 35 grande intensité de réfrigération au voisinage du niveau auquel le coeur devient complètement solidifié," par opposition à la pratique classique actuelle dans laquelle le lingot rencontré la plus grande intensité de réfrigération immédiatement au delà de l'extrémité de sortie du moule. ' " " 72 02745 4 2126189 Dans le procédé selon la présente invention, on applique le réfrigérant de la seconde zone au niveau qui est espacé du niveau de solidification totale du coeur du lingot d'une quantité qui n'est pas supérieure au 1/4 de la dimension trans-5 verse minimale du lingot. De préférence, le niveau d'application du réfrigérant de la seconde zone se trouve en amont du point de " solidification du coeur d'environ le 1/6 de la dimension transverse minimale. Toutefois, l'attaque due au réfrigérant de la seconde zone peut se situer en dessous du niveau de solidifica-10 tion du coeur si le réfrigérant extrait de la chaleur du lingot suffisamment rapidement pour que la vitesse désirée de refroidissement puisse être obtenue au point de solidification du coeur, en amont du niveau d'application du réfrigérant. Le refroidissement initial du lingot dans le 15 moule s'effectue de sorte qu'on conserve (dans le moule) un coefficient moyen de transfert thermique du lingot vers le moule, suffisant pour produire une mince coquille solide do lingot à l'extrémité de sortie du moule dont l'épaisseur est appropriée pour supporter les contraintes de frottement entre le moule et 20 le lingot. Le coefficient moyen de transfert thermique entre le lingot et le réfrigérant dans la première zone est compris de préférence entre une et six fois le coefficient moyen de transfert thermique dans le moule et de préférence au moins deux fois le coefficient moyen de transfert thermique dans le moule. Le. 25 coefficient de transfert thermique lingot-^réfrigérant dans la seconde zone est d'au moins une fois et demi (de préférence au moins 5 fois) le coefficient moyen de transfert thermique dans la première zone. - Bien qu'on puisse généralement l'appliquer à la 30 coulée d'une grande variété de métaux, le procédé selon la présente invention offre des avantages spéciaux dans la coulée de lingots d'aluminium, pour surmonter les sérieux problèmes de craquelure centrale qui ont jusqu'à présent limité la vitesse de coulée dans la production de tels lingots. Lors de la coulée des 35 lingots d'aluminium, le coefficient moyen de transfert thermique du métal vers le moule est de façon caractéristique de 0,05 calorie/cm2/seconde/°C environ. De préférence» le coefficient moyen de transfert thermique de la surface du lingot vers le li- 72 02745 5 2126189 quide réfrigérant dans la première zone de refroidissement direct est compris entre 0,1 et 0,2 calorie/cm2/seconde/°C, et de façon également préférable, le coefficient de transfert thermique depuis la surface du lingot vers le liquide réfrigérant 5 dans la seconde zone est d'au moins 0,5 calorie/cm2/seconde/°C. Or, la Demanderesse a découvert que la présente invention permet la production de lingots irréprochables, exempts de craquelures même dans les opérations de coulée dans lesquelles la profondeur de la piscine est supérieure à la di-10 mension transverse minimale du lingot à couler. Donc, la présente invention surmonte la restriction de la profondeur de la piscine considérée jusqu'à présent comme essentielle pour éviter la craquelure centrale, la présente invention permet donc d'appliquer des vitesses de coulée bien supérieures aux vitesses clas-15 siques. Par opposition aux opérations classiques de coulée, on a trouvé que le procédé selon la présente invention permet une plus grande souplesse opérationnelle en ce qui concerne la vitesse de coulée ; si on le désire, on peut augmenter ou 20 diminuer la vitesse de coulée en disposant la seconde zone de refroidissement plus loin ou plus proche du moule selon la modification de profondeur de la piscine. On pense que la craquelure centrale à chaud des lingots dans les opérations de coulées à refroidissement direct 25 est une conséquence des contraintes de tractions excessives qui se développent au sein du lingot dans la région où la solidification du coeur devient totale, la résistance à la traction du métal est à un minimum dans les quelques degrés autour du point de solidification et par conséquent, immédiatement après la soli-30 dification, le coeur est particulièrement sensible aux contraintes de traction. On pense que les contraintes de traction produisant la craquelure peuvent naître dans la région de solidification du coeur au fond de la piscine par une disparité excessive entre les vitesses de refroidissement (et par conséquent, celles de 35 contraction) du métal sur le coeur du lingot,et le métal à la périphérie, à ce niveau, le. coeur métallique, au point de solidification subit un refroidissement rapide et une contraction rapide ; si les vitesses de refroidissement .et,.de .contraction 72 02745 6 2126189 de la portion périphérique du lingot au même niveau sont trop lentes par rapport aux vitesses de refroidissement et de contraction du coeur, il en résulte des craquelures centrales. lors de la mise en oeuvre classique de coulée par 5 refroidissement direct, dans laquelle la vitesse de refroidissement la plus grande se produit immédiatement en dessous de l'extrémité de sortie du moule, la portion périphérique du lingot est à température rapidement affaiblie à mesure qu'il émerge du moule et il est ensuite refroidit à vitesse qui diminue pro-10 gressivement. Donc, au niveau de la solidification du coeur, la vitesse de refroidissement de la périphérie du lingot peut être très faible par rapport à la vitesse de refroidissement du coeur, en particulier lorsqu'on augmente la vitesse de coulée, puisque l'augmentation de la vitesse de coulée déplace le niveau de soli-15 dification du coeur progressivement plus loin du niveau de la plus grande intensité de réfrigération. En conséquence, la présente théorie semblerait indiquer (ce qui en fait est le ca$ que, dans les opérations classiques de coulée avec refroidissement direct l'augmentation de la vitesse de coulée renforce les chan-20 ces de craquelures centrales, la diminution du refroidissement ou l'essuyage sont des techniques qui ne diminuent pas et qui peuvent même agraver la disparité entre la vitesse de refroidissement du lingot et la vitesse de refroidissement périphérique au niveau de la solidification du coeur. 25 Par opposition, selon le présent procédé, la vitesse de refroidissement de la portion périphérique du lingot est plus proche de la vitesse de refroidissement du coeur au niveau de la solidification totale du coeur que dans la pratique classique, pour des conditions quelconques de coulées et une vi-50 tesse de coulée données. En raison de l'intensité de refroidissement relativement affaiblie dans la première zone de réfrigération directe selon la présente invention, la température de la périphérie du lingot demeure relativement élevée (par comparaison avec la pratique classique) à mesure que le lingot approche-' 35 du niveau de complète solidification du coeur, la température périphérique élevée du lingot permet une vitesse élevée de refroidissement périphérique a,u niveau critique, puisque la vitesse de refroidissement dépend de la différence de température entre 72 02745 7 2126189 la périphérie du lingot et du réfrigérant appliqué ; et cette grande vitesse de refroidissement est ensuite obtenue par- application d'un refroidissement intense dans la seconde zone. En se référant maintenant aux dessins annexés : 5 - la figure 1 réprésente un schéma de fonction nement de la présente invention, - la figure 2 rëprésente une vue en coupe partielle d'une forme d'appareil'disposé pour fournir un refroidissement limité dans la première zone selon le présent procédé, 10 ■ ■ - la figure 3 représente une vue similaire d'une variante de forme de l'appareil pour fournir la première zone . . de refroidissement direct, - la figure 4- représente un graphique dans lequel est portée la température de divërs points au sein du lingot 15 d'aluminium coulé conformément à la présente invention, en fonction du temps," et, - la figure 5 représente un graphique similaire à celui de la figure 4 présentant la température de points comparables d'un lingot d'aluminium coulé selon un processus classi- 20. que. La figure 1 illustre l'une des formes d'appareil pour la couléë en continu de lingots d'aluminium conformément à la présente invention. Cet appareil comporte un moule annulaire 10 dans lequel on fournit de l'aluminium métal fondu pour la 25 coulée d'un lingot 12. Lé moule 10 présente une paroi verticale-interne 14 qui définit une zone de coulée et détermine la forme de la" section droite du lingot produit, dans le cas présent, la paroi 14 est cylindrique pour produire un lingot cylindrique. Une chemise de refroidissement 15 entoure la paroi 30 du moule 14 dans laquelle on fournit un réfrigérant à travers une conduite 15b avec régulation par une vanne 15c_. Un déflecteur annulaire 17 est disposé, à l'intérieur de la chemine 15 pour diriger le flux d'eau à l'intérieur de la chemise 15 pour fournir un refroidissement efficace de la 35 paroi de moule. ' Au début de l'opération, de coulée, la portion inférieure du moule 14 est fermée par une plateforme 18 qui est supportée par un piston hydraulique 20 et qui s'abaisse à mesure que progresse le remplissage du lingot. 72 02745 8 2126189 L'appareil de moulage est monté pour diriger une pulvérisation d'eau sur la surface du lingot immédiatement en dessous de la zone de coulée. Une fente annulaire 22 peut être prévue au fond de la chemise 15 et disposée pour diriger l'eau 5 sur la surface du lingot émergeant de.façon pratiquement uniforme autour de la périphérie du lingot. On alimente en continu le moule en aluminium métal fondu par un tube plongeur 24 de façon à conserver une piscine de métal fondu dans la zone de coulée à niveau pratiquement 10 constant à mesure que le lingot en cours de solidification est soutiré progressivement du moule par abaissement de la plateforme. Au cours de l'opération de coulée en continu, le métal fondu se solidifie autour de la périphérie de la paroi du 15 moule 14 à mesure qu'il refroidit, par transfert thermique vers la surface du moule refroidie de l'extérieur de sorte que le lingot émerge de l'extrémité inférieure du moule sous forme d'une coquille 25 auto-soutenue même alors que la portion centrale ou coeur 26 du lingot qui émerge est encore en fusion et s'étend 20 vers le bas comme un puits de métal fondu dont la section droite décroît progressivement en d'autres termes, aidé par l'effet de la pulvérisation réfrigérante fournie par la fente 22, le lingot qui émerge se solidifie progressivement vers son centre jusqu'à ce que le coeur du lingot devienne complètement solide au niveau 25 27. La disposition ci-dessus décrite est classique dans la coulée industrielle continue avec refroidissement direct de lingo.ts d'aluminium. Les caractéristiques importantes de la présente invention résident dans la fourniture de conditions 30 spéciales, de refroidissement direct en dessous du moule, et plus particulièrement la fourniture de deux régions de réfrigération traversées successivement par le lingot qui descend. La première des zones de refroidissement direct prévue conformément à la présente invention s'étend depuis la 35 sortie du moule sur une distance prédéterminée, et est désignée par 28 (figure 1). Dans cette zone, l'eau est dirigée sur la surface du lingot de façon à fournir un coefficient moyen de transfert thermique provenant du lingot dont la valeur est efficace 72 02745 9 2126189 pour conserver la coquille 25 du lingot à l'état solide tout en conservant le coeur 26 du lingot à l'état fondu tout au long de la première zone. Dans la seconde zone 30 de refroidissement direct, 5 une seconde alimentation d'eau est dirigée sur la surface du lingot de façon à fournir un coefficient de transfert thermique provenant du lingot vers le fluide réfrigérant sensiblement supérieur au coefficient moyen de transfert thermique dans la première zone. \ 10 Dans le montage présenté à la figure 1, la fourniture du fluide réfrigérant dans la première zone de refroidissement direct 28 est le courant d'eau déchargé sur la surface du lingot provenant de la chemise de refroidissement 15 par la ou les fente(s) 22. Dans un moule classique à refroidissement direct 15 pour la coulée verticale, la fente 22 est montée pour diriger la pulvérisation contre la surface du lingot sous un angle de 30 à 45° par rapport à la verticale, c'est-à-dire qu'en dépit de la vaporisation, un volume important d'eau sous forme de liquide parvient en contact direct avec, la surface du lingot immédiate-20 ment en dessous du moule à lingot. Conformément à la réalisation de la présente invention qu'illustre la figure 1, cependant, on dispose la fente 22 pour diriger une pulvérisation d'eau contre le lingot sous un angle de 5 à 15°» de préférence de 10° environ par rapport à la verticale, et le volume d'eau est également 25 sensiblement diminué comparé à la pratique classique. Par exemple, le volume d'eau déchargée par la fente 22 peut être approximativement la moitié de ce qui est classiquement déchargé dans la coulée d'un lingot de dimension donnée. Par comparaison avec la pratique classique, la 30 diminution de l'angle et du volume d'attaque de la pulvérisation d'eau provenant de la fente 22 diminue fortement la vitesse du transfert thermique provenant de la surface du lingot, immédiatement en dessous du lingot puisque particulièrement, sous un angle d'attaque limité, il se forme une couverture de vapeur à la sur-35 face du lingot qui empêche le contact de la surface avec lès gouttelettes de la pulvérisation. Dans le moulagé horizontal (dans lequel le lingot avance selon un chemin horizontal depuis le moule), un petit angle d'attaque tend à augmenter' l'efficacité 72 02745 10 2126189 du refroidissement. Donc, lors de la mise en oeuvre de la présente invention dans les opérations de moulage horizontal, on règle la première zone de réfrigération de façon différente, comme selon les variantes décrites en référence aux figures 5 2 et 3. Pour fournir la seconde zone de réfrigération, on dispose un anneau d'eau 32 à la partie inférieure de la première zone de refroidissement 28. l'eau est fournie sous forme d'un anneau d'eau 32 par une conduite d'amenée 34 réglée par 10 une vanne 35. Une fente annulaire (37) (ou une rangée d'orifices annulaires) entourant la totalité du lingot est prévue dans la paroi interne de l'anneau d'eau pour diriger un courant d'eau depuis l'anneau sur la surface du lingot. La fente 37 est dis-15 posée de façon à diriger l'eau sur la surface du lingot sous un angle sensiblement plus grand que la pulvérisation dirigée par la fente 22 ; par exemple, on peut disposer la fente 37 pour diriger l'eau contre la surface du lingot sous un angle de 30 à 45®. En outre, le volume d'eau dirigée à travers la fente 37 20 est nettement plus important que celui déchargé à travers la fente 22, et est approximativement égal en volume à celui de l'eau qu'on dirige habituellement sur la surface d'un lingot à l'extrémité inférieure du moule dans l'opération classique de coulée avec refroidissement direct. Comme l'eau est déchargée depuis 25 l'anneau 32 sur la surface du lingot en plus grand volume et sous un plus grand angle que l'eau déchargée par la fente 22, il y a une vitesse sensiblement plus grande de transfert thermique depuis la surfaee du lingot vers le réfrigérant que dans la première zone 28. 30 Les conditions de refroidissement assurées dans les zones successivement traversées par le lingot descendant constituent des caractéristiques particulièrement importantes de la présente invention. Ee refroidissement initial du métal fondu se produit au sein du moule et il est suffisant pour fournir la 35 coquille d'un lingot solide mince dont l'épaisseur est appropriée pour supporter..les . contraintes de frottement entre le moule et le lingot. Selon le procédé de la présente invention, les conditions de refroidissement au sein du moule peuvent par exemple fournir 72 02745 11 2126189 un coefficient moyen de transfert thermique de l'aluminium vers le moule d'environ 0,05 calorie/cm2/seconde/°C. On conserve le coefficient moyen de transfert thermique du lingot vers le réfrigérant liquide dans la zone 28 5 (par réglage approprié du volume et/ou du type d'alimentation en fluide réfrigérant) à une à six fois la valeur du coefficient moyen de transfert thermique dans le moule et il est de préférence égal au moins à deux fois la valeur du coefficient moyen de transfert thermique dans le moule, et dans \le moulage de lin-10 gots d'aluminium il est de préférence de 0,1 à 0,2 calorie/cm2/ seconde/°C. Comme indiqué, l'intensité de réfrigération ainsi fournie dans la première zone est telle qu'elle conserve- la coquille du lingot 25 à l'état solide alors qu'elle permet de la conserver à une température relativement élevée. 15 Dans la seconde zone de refroidissement direct 30, le coefficient de transfert thermique provenant de la surface du lingot vers le fluide réfrigérant est conservé égal au moins à une fois et demi environ la valeur du coefficient moyen de transfert thermique dans la première zone 28, et, de préférence égal 20 à au moins 5 fois la valeur du coefficient moyen de transfert thermique dans la première zone. De préférence, le coefficient de transfert thermique depuis la surface'du lingot vers le liquide réfrigérant dans la seconde zone 30 est d'au moins 0,5 calorie/ cm2/seconde/°C, c'est-à-dire égal ou supérieur au coefficient 25 moyen de transfert thermique lingot-réfrigérant fourni immédiatement en dessous du moule dans les opérations classiques pour la coulée de lingot d'aluminium avec refroidissement direct. Selon le procédé de la présente invention, la seconde zone de refroidissement direct 30 est montée adjaeënté 30 au niveau 27 auquel le coeur du lingot qui avance se solidifie complètement. L'eau qui provient de la fente 37 attaque de préférence la surface du lingot en cours de descente à un niveau qui est supérieur au niveau du fond du puits 27 d'une-distance égale environ au 1/6 de la dimension transverse minimale (dans 35 ce cas le diamètre) du lingot. - Le niveau d'attaque de la seconde zohe de réfrigérant sur la surface du lingot doit être espacée du fond du puits de métal fondu d'une distance qui n'est pas supérieure au 1/4 de 72 02745 12 2126189 la dimension transverse minimale du lingot et doit se trouver de préférence au dessus du fond du puits. Le lingot subit une augmentation brutale de l'intensité de réfrigération en passant de la première zone de refroidissement 28 dans la seconde zone 5 de refroidissement 30 ou au voisinage du niveau auquel le coeur devient complètement solide. Pour un lingot de dimensions et de composition données, la profondeur du puits fondu 26 en dessous du moule dépend des conditions de réfrigération et de la vitesse de mou-10 vement du lingot. En raison de l'intensité affaiblie du refroidissement dans la première zone 28, la profondeur du puits est supérieure, pour une vitesse quelconque de coulée donnée dans le processus selon- la présente invention, à celle donnée dans les opérations classiques de coulée avec refroidissement direct. 15 La vitesse de coulée peut également être supérieure dans le présent processus à celles qui ont été possibles auparavant, assurant encore une autre augmentation de la profondeur du puits. Dans la disposition de la figure 1, l'anneau d'eau 32 est monté adjacent au niveau auquel le coeur devient 20 complètement solide, ainsi qu'il a déjà été expliqué. Comme on le comprendra de la discussion précédente, cette position de l'anneau d'eau est déterminée, entre autres, par la vitesse de coulée. Lorsque la vitesse de coulée augmente l'anneau d'eau est monté plus bas sous le moule de façon à garder la relation désirée 25 entre la seconde zone de refroidissement et l'extrémité inférieure du puits (niveau 27). La présente invention permet la production de lingots dépourvus de craquelures pour des vitesses de coulées supérieures à celles qu'on peut atteindre par la pratique antérieure. 30 On attribut cet avantage à une plus grande vitesse de refroidissement à la surface du lingot au niveau de solidification du coeur. La grande vitesse de refroidissement superficiel à ce niveau est le résultat d'une grande intensité d'application du réfrigérant dans la seconde zone de refroidissement couplée avec 35 une température superficielle relativement élevée du lingot, résultant d'une faible intensité d'application de réfrigérant dans la première zone. Lorsqu'on assure une grande vitesse de refroidissement superficiel au niveau de la solidification du 72 02745 13 2126189 coeur, ceci diminue la différence des vitesses de contraction entre le coeur et la périphérie du lingot à ce niveau et rend donc minimales les contraintes de traction entre le coeur et la périphérie, qui provoquent les craquelures centrales dans 5 les lingots d'aluminium coulés avec refroidissement direct. En particulier, la vitesse de coulée selon le présent processus n'est pas limitée par l'exigence classique pour éviter les craquelures centrales que la profondeur du puits en dessous de l'extrémité de sortie du moule ne soit pas supérieure à la dimen-10 sion transverse mihimale du lingot. Bien que le processus décrit ci-dessus soit une voie commode pour assurer un refroidissement d'intensité relativement faible dans la première zone de refroidissement direct, on peut obtenir le même résultat en appliquant l'eau sous la 15 forme de pulvérisation de brouillard comportant des gouttelettes d'eau entrainées dans l'air sur la surface du lingot immédiatement en dessous du moule pour fournir la première zone de refroidissement. En variante, on peut diriger un flux d'eau puisé (c'est-à-dire intermittent) sur la surface du lingot,à la marge 20 de fond du moule. La figure 2 représente une variante de forme de la construction de moule disposée pour fournir la faible intensité de refroidissement dans la première zone de refroidissement direct dans le procédé selon la présente invention. Cet appareil com-25 prend un moule 40 comportant une chemise d'eau 42 pour refroidir la paroi du moule. Un déflecteur annulaire 44 dans la chemise 42 dirige l'eau à travers un espace annulaire restreint 45 pour effectuer le refroidissement désiré du moule. A son extrémité in-30 férieure l'espace 45 s'ouvre en une chambre annulaire 46 dans laquelle est montée une bague 48 en dessous de laquelle se trouve une seconde chambre annulaire 50. La majeure partie de l'eau qui pénètre dans la chambre 46 est déchargée par une pluralité de passages d'émission 52. Cependant, une petite partie 35 de l'eau de la chaçibre 46 pénètre dans la seconde chambre 50 par une pluralité de trous 54 dans la bague 48. Les trous 54 sont bien plus petits comme diamètre que les passages d'émission 52. L'eau qui provient de la chambre 50 est déchargée sous la 72 02745 14 2126189 forme de fines gouttelettes vers le lingot qui émerge du moule à travers une fente annulaire 56 (ou une série de fentes ou orifices annulaires). Un collecteur d'air 58 est monté directement en dessous de la chambre 50 et communique avec elle par une 5 pluralité de trous 60 de diamètre égal à celui des trous 54 et montés en repérage avec eux. l'air sous pression entre dans le collecteur par des passages 61 et s'écoule vers le haut dans la chambre 50 par les trous 60.Cet air se mélange avec l'eau dans la chambre 50 et le mélange d'air et d'eau est expulsé à 10 travers la fente 56 comme brouillard de fines gouttelettes d'eau entrainé par le flux d'air. Une partie de ces gouttelettes est vaporisée par la chaleur du lingot fournissant une couche de va-peut autour du lingot ce qui donne lieu au refroidissement du lingot à plus faible vitesse que s'il était soumis à un courant 15 constant d'eau liquide attaquant la surface du lingot. l'intensité du refroidissement peut être aisément réglée par la régulation de la fourniture d'air dans le collecteur 58. Dans un exemple d'utilisation de l'appareil de la figure 2, le moule a une profondeur de 12,6 cm pour la coulée 20 d'un lingot d'aluminium de 15,2 cm de diamètre, la dimension radiale de l'espace 45 est de 3 ®m« Autour du moule se trouvent espacés régulièrement six passages d'émission d'eau 52 et passages d'entrée d'air 61. les trous 54 et 60, chacun de 1,5 mm de diamètre, sont espacés de 6 mm autour de la périphérie du moule. 25 La fente annulaire 56 a une largeur de 0,75 à 1,5 mm. Un avantage du système de la figure 2 est la facilité avec laquelle les conditions de refroidissement peuvent être modifiées dans une large gamme d'intensités de réfrigération, même lorsqu'une opération de coulée est en cours, par réglage de 30 l'alimentation en air dans le collecteur qui modifie la proportion entre l'air et l'eau. Une autre variante de montage pour fournir la première zone de refroidissement selon la présente invention est illustrée par la figure 3. Cette disposition est adaptée pour 35 fournir une décharge d'eau puisée provenant de l'extrémité inférieure du moule sur la surface du lingot émergeant. L'appareil de la figure 3 comporte une paroi de moule annulaire 64, une chemise de refroidissement 66. L'eau est dirigée par un déflecteur 72 02745 15 2126189 68 par un espace annulaire 70 entourant la surface extérieure de la paroi du moule. L'espace 70 présente une sortie restreinte 74 a son extrémité inférieure. L'eau provenant de la-sortie 74 suit normalement la surface extérieurement incurvée de la paroi 5 de sorte qu'elle est déchargée dans une direction éloignée de la surface du lingot 12. Un épaulement 78 est formé juste en dessous de la sortie 74 et une courte portion verticale 80 s'étend vers le "bas depuis 1'épaulement 78. En dessous de la portion de surface 80, 10 le moule forme une surface externe inclinée vers le "bas dans la direction du lingot, comme il est indiqué en 81, vers l'extrémité inférieure du moule. Les dispositifs sont prévus pour faire dévier le flux d'eau depuis la portion de surface 75 vers la surface 81, 15 ce qui dirige l'eau vers la surface du lingot. Dans ce "but, il est prévu une chambre annulaire 83 avec des trous horizontaux 84 qui s'ouvrent à un niveau légèrement en dessous de 1.' épaulement 78. Ces trous 84 sont petits, par exemple de 1,5 mm de diamètre. L'eau ou l'air sont fournis-dans la -chambre 83 20 par une conduite 86 avec régulation par une vanne 87 qui peut fonctionner électriquement elle-même réglée par un dispositif de minuterie 88 pour effectuer l'alimentation intermittente en fluide dans la chambre 83. Lorsque la vanne 87 est ouverte, le fluide s'écoule à travers les trous 84 et réagit avec le flux 25 principal d'eau émergent de la sortie 74 de telle sorte qu'il y a déviation de ce flux d'eau principal contre la surface 81. Par fermeture de la vanne 87, l'écoulement de fluide nécessaire à travers les trous 84 cesse et l'eau ruisselle contre la surface 75. La réserve formée par 1'épaulement 78 est dégagée vers l'atmos-30 phère par d'étroits passages 90 de façon à assurer que le flux principal ne reste pas fixé à la surface 81 (par ce qu'on appelle "l'effet Coanda") après que la force de déviation du flux de fluide secondaire a cessé. Le dispositif de minuterie 88 règle la durée et lafréquence de l'application de l'eau sur la surface 35 du lingot. Comme autre exemple de la présente invention, on peut monter le moule de coulée immédiatement au dessus d'une fosse renplie d'eau à travers laquelle descend le lingot.qui émerge, 72 02745 16 2126189 la fosse et le moule étant disposés de telle sorte que le lingot entre dans l'eau à mesure qu'il émerge du coule. La chaleur du lingot vaporise l'eau pour former une chemise ou une barrière de vapeur qui entoure le lingot descendant. Dans la fosse et espa-5 cée en dessous de l'extrémité de sortie du moule, il est prévu une bague d'eau (similaire à l'anneau 32 de la figure 1) qui dirige des jets d'eau contre la surface du lingot ; ces jets traversent la barrière de vapeur pour fournir le contact direct de la surface du lingot avec l'eau liquide. Dans une disposition 10 de ce type, la première zone de refroidissement est la portion du chemin du lingot entre l'extrémité de sortie du moule et la bague d'eau ; dans cette zone, la barrière de vapeur fournit une intensité de refroidissement relativement faible. La seconde zone de refroidissement est fournie par la bague d'eau qui effectue 15 le refroidissement avec une intensité supérieure par contact de la surface du lingot avec de l'eau liquide. La disposition de l'appareil est essentiellement la même que celle présentée à la figure 1, à ceci près que l'on omet la fente 22 de décharge d'eau et que l'espace qui entoure le lingot descendant et la plateforme 20 .18 est entouré par de l'eau au lieu d'air. Dans les formes de réalisation de la présente invention décrites en référence aux figures 1 à 3» le refroidissement de la première zone est appliqué en une localisation unique. Pour des opération de coulée à très grande vitesse, il peut être 25 désirable d'appliquer le réfrigérant sur le lingot dans la première zone de refroidissement direct en plusieurs positions verticales pour garder une coquille de lingot solide. L'effet du présent procédé dans la diminution de la disparité entre les vitesses de refroidissement du coeur et de 30 la périphérie d'un lingot dans la région de solidification du °oeur est illustré par les figures 4- et 5 qui montrent la température en divers points espacés radialement à l'extérieur du coeur d'un lingot comme fonction du délai d'émergence du moule de coulée, pour ces lingots coulés respectivement selon le présent 35 procédé et. par un processus de coulée classique avec refroidissement direct. Les deux lingots sont des lingots cylindriques de 15 .cm de diamètre coulés à partir d'alliage d'aluminium identifié par la désignation "AA 6063" de l'Aluminium Association, avec une 72 02745 17 2126189 vitesse de coulée de 23 cm par minute. On mesure les températures des lingots par thermocouples implantés dans le lingot dans un plan horizontal commun et à diverses distances du coeur. Les figures 4 et 5 présentent des courbes A,B» 5 C,D et E respectivement qui représentent les températures mesurées par thermocouples situés dans un plan horizontal commun à distance d'environ 19 mm, 25 mm, 3S mm, 50 mm et 75 mm de la surface externe du lingot. Les vitesses de refroidissement en ces points sont comparées aux figures 4 et 5 &our lrintervalle 10 au cours duquel la température du coeur du lingot (courte E) diminue de 650 à 600°C, c'est-à-dire dans les gammes de températures juste en dessous de la température à laquelle le coeur se solidifie. On coule le lingot de la figure 4 conformément à 15 la présente invention en utilisant le montage de la figure 1, avec l'eanneau d'eau 32 monté à 75 mm en dessous de l'extrémité de sortie du moule et avec décharge de l'eau provenant de la fente de moule 22 à raison de 50 litres environ par minue et de l'anneau- d'èau à raison d'environ 160 litres par minute. Comme 20 l'indique la figure 4, lorsque le coeur du lingot (courbe E) commence à refroidir dans la gamme .de température de 650-600°C, la température de la périphérie du lingot telle que mesurée par le thermocouple extérieur (courbe A) est d'environ 30O°C et la température mesurée par ce dernier thermocouple décroît de 25°C 25 alors que le coeur refroidit de 50°C entre 650 et 600°C. Donc, la proportion de la vitesse de refroidissement périphérique par rapport à la vitesse de refroidissement du coeur au cours de cette dernière période de refroidissement du coeur est d'environ 0,5. On coule le lingot représenté par la figure 5 30 selon le processus classique en utilisant l'intensité maximale de refroidissement immédiatement en dessous du moule et nettement au dessus de la région de solidification du coeur. Dans ce cas, lorsque le coeur commence à refroidir dans la gamme de température de 650-60C°C (courte E)» la température de la périphérie du 35 lingot (courbe A de la figure 5) est inférieure à 250°C, et tandis que le coeur du lingot refroidit de 650 à 600°C, la périphérie du lingot ne refroidit que de 10°C. Donc dans ce cas, la proportion de la vitesse de refroidissement de la périphérie du 72 02745 18 2126189 lingot par rapport à la vitesse de refroidissement du coeur est de 0,2. Le présent processus diminue fortement la disparité entre des vitesses de refroidissement du coeur et de la 5 périphérie d'un lingot au niveau auquel le coeur du lingot commence juste à être complètement solide et refroidit dans la gamme de 650 à 600°C. Le lingot coulé de façon classique de la figure 5 présente de sérieuses craquelures centrales, tandis que le lingot de la figure 4 coulé selon le présent processus 10 est sain et dépourvu de craquelures. EXEMPLE 1 On coule un lingot à la vitesse de 23 cm/minute, avec un flux d'eau à travers la chemise de refroidissement du moule débité à raison de 90 litres par minute et un débit d'eau 15 de 68 litres par minute à travers l'anneau d'eau sous le moule, qui est monté à 7,5 cm en dessous de l'extrémité inférieure du moule. La première zone de réfrigération est prévue pour diriger des courants d'eau puisés (pendant une seconde et arrêt de deux secondes) sur la surface du lingot immédiatement en dessous du 20 moule. On trouve que le lingot est dépourvu de craquelure centrale bien qu'il présente des craquelures superficielles isolées. On coule un autre lingot selon le même processus, à ceci près que la première zone de refroidissement est prévue pour diriger de l'eau aérée (environ 23 litres par minute d'eau 25 en mélange avec de l'air) sur la surface du lingot immédiatement en dessous du moule, et l'anneau d'eau est situé à 8,8 cm en dessous de. l'extrémité ihférieure du moule. Le lingot résultant est absolument dépourvu de craquelure. "RTRMPT,"R 2 30 On coule un lingot à la vitesse de 23 cm/minutes dans un moule du type présenté à la figure 1, avec une première zone de refroidissement prévue pour décharger l'eau du moule à raison de 30 litres environ par minute par une fente disposée pour diriger l'eau sur la surface du lingot selon un angle de 35 10° par rapport à la verticale. L'anneau d'eau fournit la seconde zone de refroidissement et est situé à 10 cm en dessous du moule. Le lingot est totalement dépourvu de craquelure. 72 02745 19 2126189 On coule un autre lingot dépourvu de Graquçlure, à la même vitesse dans le même appareil, en montant l'anneau d'eau à 7,5 cm en dessous du moule et avec un écoulement d'eau de 36 litres par minute à travers une fente .alimentant la première 5 zone de refroidissement et à raison de 160 litres environ par minute à travers l'anneau d'eau. EXEMPLE 3 On coule un lingot à la vitesse de 30 cm/minute en utilisant l'appareil de l'exemple 2 mais avec l'anneau situé 10 à 17,5 cm en dessous du moule. L'eau de la première zone de refroidissement est déchargée à travers la fente de 10° à raison de 45 litres par minute, et l'eau provenant de l'anneau d'eau est déchargée' à raison de 160 litres par minute environ. Le lingot est absolument dépourvu de craquelure . 15 Par contraste avec les exemples précédents, clés lingots du même alliage, de mêmes dimensions et configuration, coulés selon le processus classique utilisant une zone unique de refroidissement direct en dessous du moule, présente de sérieuses craquelures centrales aux vitesses de coulée de 22,5 et de 20 30 cm par minutes bien qu'on puisse produire des lingots exempts de craquelure par ce procédé classique à vitesse de coulée de 15 cm par minute. Les lingots similaires coulés avec refroidissement par eau puisée et essuyage du réfrigérant direct à 5 cm en dessous du moule Tais sans utiliser une seconde zone de re-25 froidissement de forte intensité présentent également de sérieuses craquelures centrales à la vitesse de coulée de 22,5 cm/ minute. 20 72 02745 2126189 EEVENDICATIONS 1 -.Procédé de production de lingots de métal, en particulier d'aluminium par un procédé de coulée continue à refroidissement direct dans lequel on applique le réfrigérant à la surface externe d'un lingot à mesure qu'il émerge d'un mou-5 le à extrémité ouverte, caractérisé en ce que dans une première zone s'étendant du fond du moule à un niveau adjacent au fond de la piscine de métal fondu au sein du lingot, on applique le réfrigérant sur le lingot de telle sorte qu'il dissipe la chaleur à vitesse relativement faible (mais conservant une coquille 10 solide sur la surface externe du lingot), de sorte que le métal solidifié entourant l'extrémité inférieure de la piscine de métal fondu soit à température relativement élevée, tandis que dans une seconde zone s'étendant vers le bas, depuis ce niveau, on applique une autre quantité de réfrigérant sur le lingot de 15 telle sorte que la chaleur soit éliminée à vitesse relativement élevée de façon à provoquer le refroidissement rapide et la contraction du métal solidifié dans la région périphérique entourant la base de la piscine de métal fondu là où le métal passe de l'état liquide à l'état solide au coeur du lingot. 20 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'on applique le réfrigérant.liquide à la surface du lingot dans la première zone, de façon à garder une couche de vapeur entourant la surface du lingot et à éviter le contact effectif entre le réfrigérant liquide et la surface du lingot 25 dans la première zone. 3 - Procédé selon la revendications, caractérisé en outre en ce que, dans la première zone, on applique le réfrigérant liquide sous forme d'un brouillard de gouttelettes entraînées dans un gaz. 30 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que, dans la première zone, on applique le réfrigérant liquide sous la forme a'un ou de plusieurs jets d'eau di-rigiés sous un angle de 5 à 15° par rapport à la surface du lingot. 35 5 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que le lingot émergeant du moule entre dans un fossé plein d'eau. 72 02745 21 2126189 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que, dans la première zone, on dirige un courant de réfrigérant liquide intermittent sur la surface du lingot. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé 5 en outre en ce que le coefficient moyen de transfert thermique du métal vers le-réfrigérant dans la première zone est de 0,1-0,2 calorie/seconde/°C par cm2 de surface de lingot. 8 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce qu'on applique une autre quan- 10 tité de réfrigérant dans la seconde zone au niveau qui est éloigné du niveau du fond de la piscine de métal fondu d'une distance-qui n'est pas supérieure au quart de la dimension transverse minimale du lingot. . 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé 15 en outre en ce qu'on applique le réfrigérant de la seconde zone à un niveau en avant du fond de la piscine de métal fondu, de préférence à distance d'environ 1/6 de la dimension transverse minimale du lingot. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, 20 caractérisé en ce que le coefficient de transfert thermique entre le métal et le réfrigérant au début de la seconde zone est de 0,5 calorie/seconde/°C au moins par cm2 de surface du lingot. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et 6 à 10, caractérisé en outre en ce que le volume d'eau appli- 25 qué à la surface du lingot dans la seconde zone est supérieur au volume d'eau appliqué à la surface du lingot dans la première zone. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en outre en ce que le coefficient de transfert ther- 30 mique dans la seconde zone est au moins une fois et demis, de préférence au moins cinq fois le coefficient de transfert thermique dans la première zone. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en outre en ce qu'on applique le réfrigérant à la 35 surface da lingot à plusieurs niveaux dans la première zone de refroidissement.