Brevet FR2119874A1 — publié le 19720811

4733? -1- 2119874 La présente invention a pour objet une lingotière pour la coulée continue rotative, notamment pour la coulée d'ébauches en acier. Les lingotières, appelées également moules ou coquilles, 5 utilisées dans les différents procédés de coulée continue, sont généralement refroidies à l'aide d'une circulation d'eau, et comportent souvent, à cette fin, un espace creux annulaire ou tu-bulaire dont la face interne est délimitée par la paroi de refroidissement de la lingotière proprement dite. 10 Afin de permettre cette circulation d'eau, les lingotières rotatives actuellement utilisées comportent des joints d'étanchéi-té travaillant en rotation afin d'assurer l'étanchéité entre la partie mobile rotative et le support fixe de la lingotière qui assure l'alimentation et l'évacuation en eau. Compte-tenu des 15 débits d'eau très importants nécessaires au refroidissement de la lingotière, ces joints sont.prévus pour assurer l'étanchéité à des pressions relativement importantes, et travaillent donc beau-ccoup pendant la rotation de la lingotière. Il en résulte notamment qu'il n'est pas possible de faire 20 tourner les lingotières actuellement utilisées, à de grandes vitesses, car les différents joints utilisés ne sont pas capables de supporter de telles vitesses de rotation, néanmoins, les vitesses peu importantes de rotation utilisées sont cependant suffisantes pour amener malgré tout une détérioration relativement 25 rapide des joints gui doivent alors être remplacés. L'invention se propose donc de fournir une lingotière rotative refroidie par circulation d'un fluide, en particulier de l'eau, susceptible de tourner à des vitesses très élevées avec de très faibles frottements. De plus, la lingotière selon l'inven-30 tion ne nécessite pas de changement de joints, et est donc d'un entretien beaucoup plus économique que les lingotières connues jusqu'à présent. La présente invention a pour objet une lingotière pour la coulée continue rotative, refroidie de l'extérieur par circulation 35 d'un fluide de refroidissement, et comprenant.une partie rotative formant le moule proprement dit avec une paroi de refroidissement, ainsi qu'une partie fixe coaxiale d'alimentation en fluide pour amener ledit fluide contre ladite paroi de refroidissement, caractérisée par le fait que lesdites parties rotative et fixe 40 forment entre elles au moins un labyrinthe annulaire pour obliger i i 70 47337 2119874 le fluide, au moins dans sa plus grande partie, à s'écouler contre ladite paroi de refroidissement* Grâce à l'invention, il est ainsi possible de n'avoir que des fuites très faibles au niveau du.dispositif fixe d'alimen-5 tation en fluide tel que de l'eau, et ceci bien que ce dispositif comporte généralement une ou plusieurs chambres de distribution de volume important et sous forte pression, ceci pour assurer un débit régulier le long de la paroi de refroidissement. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, 10 la partie fixe d'alimentation en fluide est concentrique à la partie rotative et est disposée, par exemple, autour de la partie supérieure de celle-ci. Dans ce cas, le labyrinthe est formé de préférence d'une part par la face supérieure, sensiblement horizontale, du dispositif d'alimentation en fluide, et d'autre 15 part par un flasque supérieur rotatif solidaire de la partie rotative et disposé en regard de ladite face supérieure. Ainsi, le fluide, comme par exemple l'eau, distribué contre la paroi de refroidissement de la partie rotative du moule, ne peut pas s'échapper à travers ce labyrinthe supérieur, aux fuites près, 20 et est donc amené à descendre le long de la paroi de refroidissement de la partie rotative du moule jusqu'au bas de cette paroi où il est' évacué. Dans une telle forme de réalisation, il peut être avantageux, afin d'obtenir une lingotière particulièrement compacte 25 et bien guidée, de disposer les portées ou paliers supportant la lingotière directement autour de la partie rotative de la lingotière, et donc directement au-dessus ou au-dessous de la partie fixe d'alimentation en eau de la lingotière- Dans ce cas, conformément à l'invention, la partie rotative de la lingotière. 30 comporte, d'une part une portion concentrique disposée, à une certaine distance, autour de la paroi de refroidissement de la lingotière pour délimiter, avec cette paroi, un canal de forme annulaire, et d'autre part un flasque solidaire de ladite portion et s'étendant entre le dispositif d'alimentation et la partie 35 fixe des portées ou paliers, ledit flasque formant, avec la surface en regard de la partie fixe d'alimentation, un labyrinthe pour empêcher le passage de l'eau, aux fuites près. Dans une telle réalisation , le dispositif d'alimentation peut, par exemple, consister en un tore fixe formant une chambre 40 unique de réserve de fluide sous pression et présentant une ou t 70 47337 -3- 2119874 plusieurs ouvertures sur sa partie intérieure, lesdites ouvertures débouchant au voisinage de la paroi extérieure de refroidissement du moule. Les parois supérieure et inférieure dudit tore forment, avec les flasques correspondants de la partie rotative, 5 des labyrinthes empêchant l'évacuation de l'eau de part et d'autre dudit tore. La face extérieure dudit tore reçoit un ou plusieurs conduits d'alimentation radiaux contenus, par exemple, dans des ailettes reliant ledit tore à un support extérieur concentrique, les jours laissés entre lesdites ailettes permettant le passage 10 et la chute de l'eau de refroidissement provenant des fuites ayant traversé le labyrinthe supérieur. L'évacuation du fluide ou de l'eau de refroidissement peut s'effectuer, soit à l'air libre, soit dans un conduit, par exemple de forme torique, similaire à la partie fixe d'alimentation, au Au cas où la partie rotative du moule comporte une portion extérieure concentrique à la paroi de refroidissement, et formant avec celle-ci un canal annulaire, il est possible de disposer, 20 à la partie inférieure de ladite portion, un ou plusieurs canaux radiaux d'évacuation débouchant, d'une part à l'air libre-, et d'autre part à la partie inférieure dudit canal de refroidissement annulaire. Au cas où, suivant une variante de l'invention* la portée de 25 la lingotière n'est pas disposée directement autour de la partie en contact avec le métal liquide de la lingotière, il est possible de supprimer la portion concentrique, le canal annulaire de refroidissement étant alors formé, d'une part par la paroi extérieure de refroidissement de la partie rotative de la lingotière, 30 et d'autre part par une paroi en regard, fixe et solidaire du dispositif d'alimentation en fluide de refroidissement. Selon une forme de réalisation préférée, les dents des labyrinthes d'étanchéité sont disposées verticalement. Les jeux entre les dents peuvent être, par exemple, de l'ordre de 0,5 mm 35 dans le sens vertical, et de 1,5 mm dans le sens radial, compte-tenu du fait que les dilatations les plus importantes dues à 1'échauffement provoqué par la coulée, s'effectuent: radialemant. L'expérience a montré qu'avec de tels jeux, pour les débits utilisée, les fuites totales d'eau pouvai'ent être limitées à envi-40 ron 15 70 47337 _4-_ 2119874 D'autres avantages et.caractéristiques de l'invention apparaîtront si l'on se réfère à la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, ainsi qu'au dessin annexé, dans lequel : _ • 5 - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une lingotière selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en perspective schématique de la partie fixe d'alimentation de cette lingotière. La lingotière représentée et décrite ci-dessous est destinée 10 à un procédé de coulée continue rotative verticale, mais "bien entendu, l'invsntion s'applique également aux procédés de coulée continue rotative d'axes non verticaux. La lingotière représentée comporte une partie mobile 1 tournant autour d'un axe vertical 2. Le moule proprement dit est 15 réalisé par une portion cylindrique ou légèrement tronconique en cuivre ou métal analogue 3, dont la paroi interne 4- est directement au contact du métal liquide lors de la coulée d'acier continue* Cette, portion 3 présente d'autre part une face extérieure 5 formant la paroi de refroidissement directement au contact de la 20 circulation d'eau de refroidissement. A sa partie supérieure, la pièce tournante de cuivre 3 est solidaire d'un flasque horizontal 6 que surmonte une pièce annulaire de protection amovible 7 destinée à empêcher la face supérieure du flasque 6 de subir le contact d'éclaboussures de particules liquides ou incandescentes. 25 Sous la face inférieure de ce flasque horizontal 6, s'étend la partie fixe d'alimentation en eau de la lingotière constituée principalement par un tore à section rectangulaire 8 dont la section intérieure creuse débouche, dans sa partie intérieure 9 directement au niveau de la partie supérieure de la paroi de 30 refroidissement externe 5. Ce tore détermine une chambre annulaire unique contenant une masse importante d'eau sous pression afin d'assurer un débit d'eau régulier le long de la paroi 5» Comme on peut le voir plus précisément sur la figure 2, le tore 8 est fixé, par l'intermédiaire d'un certain nombre d'ailettes de fixa-35 tion 10, à une pièce support cylindrique 11 fixée elle-même par une bride sur un support 12. L'eau de refroidissement est amenée à l'intérieur du tore 8 au moyen d'un conduit extérieur ( non représenté) aboutissant à un orifice 13 pratiqué dans la pièce 11, cet orifice 13 se prolongeant par un orifice pratiqué à l'inté-4-0 rieur- de l'ailette 10' qui se trouve dans le prolongement dudit 70 47337 -5- 2119874 orifice 13, cette ailette 10' présentant, par exemple, une largeur supérieure à celle des autres ailettes 10 afin de permettre le passage de l'orifice amenant l'eau à l'intérieur du tore 8. Bien entendu, il serait également possible d'amener l'eau à l'in*-5 térieur du tore par plusieurs ailettes telles que 10. Conformément à l'invention, la face supérieure du tore 8 est munie d'un certain nombre de dents circulaires qui forment, avec des dents correspondantes présentées par la face inférieure du flasque rotatif 6, un labyrinthe 14 d'étanchéité afin d'obli-10 ger l'eau de refroidissement, dans sa quasi totalité, à couler le long de la paroi de refroidissement 5» vers le bas. Compte-tenu toutefois de la pression élevée du liquide dans le tore 8, une petite partie de l'eau de refroidissement fuit le long du labyrinthe 14 et, circulant entre le flasque 6 et la partie 15 supérieure du tore 8, arrive jusqu'à la périphérie du tore. A cet emplacement, l'eau provenant des fuites descend entre les ailettes 10 pour être récupérée, selon les flèches du dessin. Comme on le voit sur la figure 1', le tore 8 peut avantageusement contenir une source radioactive 15» sous forme d'un tube 20 passé au travers d'un cylindre de protection 16, par exemple en plomb ou tout autre matériau approprié, ledit cylindre présentant dirigée vers l'axe 2, une tranche radiale de matériau 17 perméable aux radiations afin de permettre à la source 15 d'envoyer un rayonnement dirigé vers l'axe 2 de rotation du moule. Un cap-25 teur, non représenté, et diamétralement opposé à la source 15, de préférence à l'extérieur de la lingotière, reçoit le rayonne.- • ment de la source, ce qui permet de contrôler ainsi le niveau de métal à l'intérieur du moule 3» Selon une forme de réalisation intéressante de l'invention, 30 la partie rotative 1 de la lingotière est supportée par une portée 18 fixée, par des bras 19 semblables aux ailettes 10, sur le support 12, cette portée 18 étant disposée concentrique-ment à la lingotière 1 au-dessous du tore d'alimentation 8. Bans ce cas, du fait que dans la forme de réalisation prévue, la paréi 35 extérieure de refroidissements s'étend sur presque toute la hauteur du moule 3, celui-ci est solidaire d'une portion concentrique 19 qui s'étend, pour des raisons de tenue, jusqu'à la partie supérieure de la lingotière. Des orifices 20 sont alors prévus, dans cette portion 19, au regard de l'ouverture 9 du tore 8, 40 pour permettre le passage de l'eau vers la paroi de refroidisse 70 47337 —6— 2119874 ment 5» Cette portion 19 est écartée de ladite paroi 5 pour former un canal annulaire 21 s*étendant sur la quasi totalité de la hauteur de la lingotière, de sorte que la portion 19 est elle-même à \ine température très ."basse qui n'est pas supérieure à la ^ température de l'eau de refroidissement. La portion 19 présente, à sa partie inférieure, une bague de roulement 22 opposée à la bague 2J présentée par la portée 18. Afin d'éviter que de l'eau de refroidissement ne parvienne jusque dans les roulements 25, la portion 19 présente, selon une 10 variante de l'invention, un flasque intermédiaire 26 s*étendant entre le tore 8 et la portée 18, Conformément à l'invention, ce flasque 26 présente un certain nombre de dents circulaires coopérant avec des dents circulaires présentées par la face inférieure de la paroi inférieure 27 du tore 8 pour former un laby-15 rinthe d'étanchéité 28. Les fuites qui subsistent se dirigent le long de la face supérieure du flasque 26, vers l'extérieur-, et tombent, en suivant un rébord incliné du flasque 26, entre les bras 19 où elles rejoignent l'eau provenant des fuites du labyrinthe 14-, 20 Sur une. forme de réalisation préférée de l'invention, les labyrinthes tels que 14- et 28 présentent un jeu vertical, entre leurs dents, inférieur au jeu radial existant entre ces dents. La dilatation radiais de la partie tournante de la lingotière 25 est en effet plus impartante que la dilatation verticale de la lingotière. Poux- une lingotière selon l'invention à paroi intérieure 3 en cuivre, d'un diamètre de l'ordre de 130 à 140 mm, le jeu vertical entre sommet et fond de dents est de l'ordre de 0,5 mm, alors que le jeu radial entre côtés opposés de dents est de 1'or-30 dre de 1,5 mm. Dans la lingotière représentée sur le dessin, 1*évacuation de l'eau de refroidissement s'effectue à la partie inférieure de la lingotière. A cet effet, la partie inférieure de la portion 19 s'étend sous la forme d'un flasque sensiblement horizontal 29 35 muni d'un certain nombre de canaux radiaux 30 débouchant à la partie inférieure du canal annulaire 21. Ces canaux 30 débouchent ensuite dans un canal annulaire incliné 31, formé par des déflecteurs 32 et 33 disposés à l'extrémité du flasque horizontal 29. De là, l'eau de refroidissement s'évacue dans un canal d'évacua-tion annulaire vertical 34 disposé au-dessous des bras 19, l'eau d'évacuation y étant rejointe par l'eau des fuites des labyrinthes 70 47337 -7- 2119874 14 et 28. La lingotière selon l'invention peut être folle, auquel cas elle est entraînée en rotation par la partie solidifiée de l'ébauche coulée, elle-même entraînée en rotation de façon connue 5 par des extracteurs, ou "bien elle peut être elle-même entraînée directement. Dans ce cas, elle comporte, par exemple, une couronne dentée 35 engrenant avec un pignon 36 d'un dispositif d'entraînement représenté en traits interrompus sur le dessin. Dans ce cas, un passage tubulaire incliné convenable est prévu à la 10 place du bras 19 qui se trouvait en cet emplacement afin de permettre le passage du pignon 36 à 1'intérieur de cet élément tubulaire et à l'abri de l'eau provenant des fuites et de l'évacuation. La lubrification des paliers 25 et/ou de la couronne 35 "15 peut avantageusement s'effectuer par brouillard d'huile, ce brouil lard étant injecté par un ou plusieurs orifices radiaux ( non représentés) passant à travers la portée 18. Un élément de labyrinthe 36 peut être prévu entre la partie inférieure du déflecteur 33 rotatif et l'extrémité inférieure de la portée 18, afin d'em-20 pêcher l'évacuation de l'huile de lubrification dans l'eau d'évacuation. L'invention, telle que représentée sur le dessin, est bien entendu susceptible de faire l'objet de nombreuses variantes. Ainsi, la partie fixe d'alimentation en eau, telle que le tore 8 25 peut être disposée au milieu de la hauteur de la lingotière ou à la partie inférieure,au lieu de la partie supérieure de la lingotière, auquel cas une évacuation d'eau serait également prévue à la partie supérieure de la lingotière. Il serait également possible de disposer la partie fixe d'alimentation en eau coaxiale-30 ment, au-dessus ou au-dessous de la lingotière tournante, l'eau sortant alors du dispositif, non suivent une direction radiale, nais suivant une direction au moins en partie axiale. Les dents du labyrinthe pourraient éventuellement, dans ce cas, être horizontales au lieu d'être verticales comme sur le dessin. 35 D'autre part, la partie rotative de la lingotière pourrait être supportée par une portée disposée au-dessus ou au-dessous de la partie 3 en contact avec le métal et qui doit être refroidie Dans ce cas, les flasques intermédiaires tels que 26 peuvent être inutiles, et il est également possible de supprimer la por-40 tion 19 qui pourrait alors être remplacée par une paroi concen 70 47337 -8- 2119874 trique à la paroi 5 et solidaire du dispositif fixe d'alimentation tel que 8. Toutefois, on voit que l'invention permet, comme dans le cas de l'exemple de réalisation décrit, de loger de façon compacte, concentriquement à la paroi de refroidisse-5 ment 5, à la fois la portée de la lingotière, la couronne d'entraînement, et le dispositif fixe d'alimentation en eau, tout en garantissant l'étanchéité par rapport à l'eau des roulements et dentures, et en permettant la mise en place, en un emplacement judicieux, de la source radioactive de contrôle de niveau 15» 10 Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et que l'on peut lui apporter différentes modifications de formes ou de matériaux sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit .u 70 47337 9 2119874 REVENDICATIONS 1. Lingotière de coulée continue rotative refroidie de l'extérieur par circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une partie rotative montée sur paliers, formant le moule 5 proprement dit avec une paroi de refroidissement, et une partie fixe coaxiale d'alimentation en fluide pour amener ledit fluide contre ladite paroi de refroidissement, caractérisée par le fait que lesdites parties rotative et fixe forment ensemble un labyrinthe annulaire comprenant une pluralité de dents pour obliger 10 ledit fluide, dans sa plus grande partie, à s'écouler le long de ladite paroi de refroidissement. 2. Lingotière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la partie fixe d'alimentation est disposée concentri-quement autour de ladite paroi de refroidissement et qu'elle for- 15 me une ou plusieurs chambres de distribution de volume important. 3. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que sa partie rotative comporte une portion s'étendant coaxialement à ladite paroi extérieure de refroidissement et à une certaine distance de celle-ci pour 20 délimiter un canal de refroidissement annulaire. 4. Lingotière selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une portée disposée concentrique-ment à ladite portion, ladite portée étant séparée de la partie fixe d'alimentation par un flasque intermédiaire solidaire de 25 ladite portion rotative et formant, avec une surface en regard de ladite partie d'alimentation fixe, un labyrinthe d'étanchéité. 5. Lingotière sfelon. les revendications 2 et 4, caractérisée par le fait qu'une surface de la partie d'alimentation fixe opposée à ladite surface formant un labyrinthe, est disposée a:i regard 30 d'un second flasque solidaire de la partie rotative avec lequel elle forme un second labyrinthe d1étanchéité. 6. Lingotière selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la partie fixe d'alimentation est disposée au-dessus de ladite portée, ledit fLasque intermédiaire de séparation 35 s"étendant entre ces deux éléments et à proximité du milieu de la hauteur de la lingotière. 7. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que ladite portion s'étend sur toute la hauteur de la partie rotative de la lingotière, et possède, 40 au voisinage du débouché de la partie fixe de distribution d'eau, EF/17564 70 47337 2119874 des orifices aboutissant audit canal de refroidissement annulaire. 8. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 3 à 7* caractérisée par le fait qu'elle comporte, à la partie inférieure, un flasque mobile présentant un ou plusieurs canaux radiaux ^ aboutissant, d'une part à la partie inférieure dudit canal de refroidissement annulaire, et d'autre part à un dispositif fixe d'évacuation. 9. Lingotière selon la revendication 8, caractérisée par le fait que lesdits canaux radiaux aboutissent à des déflecteurs 10 déterminant un ou plusieurs canaux annulaires débouchant dans ledit dispositif fixe d'évacuation. 10. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que ladite partie fixe d'alimentation en fluide de refroidissement est constituée d'un tore creux. 15 11. Lingotière selon la revendication 10, caractérisée par le fait que ledit tore présente une forme sensiblement rectangulaire, l'une des faces inférieure et supérieure dudit tare au moins étant munie de dents de labyrinthe. 12. Lingotière selon la revendication 11, dans laquelle 20 la face supérieure dudit tore présente un labyrinthe d'étanchéité, caractérisée par le fait que ledit tore est relié à un support fixe concentrique par une pluralité d'ailettes déterminant entre elles des passages permettant la chute de l'eau provenant des fuites dudit labyrinthe supérieur. 25 13. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisée par le fait que ledit flasque intermédiaire se termine par un rebord recourbé. 14. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée par le.fait qu'elle présente, à l'intérieur 30 dudit tore, au moins une source radioactive. 15. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait qu'elle comporte une couronne d'entraînement. 16. Lingotière selon les revendications 15 et 9, caractérisée 35 par le fait que la couronne d'entraînement est fixée à l'extérieur de l'un des déflecteurs, l'extrémité inférieure dudit déflecteur formant avec une surface correspondante de la portée de la lingotière au moins un élément de labyrinthe d'étanchéité. 17* Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 40 à 16, caractérisée par le fait que, dans la zone d'évacuation de 70 47337 -11- 2119874 liquide de ladite partie rotative, ladite partie rotative forme, avec une au moins des surfaces de la partie fixe de décharge, au moins un labyrinthe d'étanchéité. 18. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 17, caractérisée par le fait qu'à sa partie supérieure, elle comporte, fixée sur sa partie rotative, un élément annulaire de protection. 19. Lingotière selon l'une quelconque des revendicationâ 4 à 18, caractérisée par le fait que ladite portée et/ou ladite 10 couronne sont alimentées avec un brouillard d'huile.