Brevet FR2121418A1 — publié le 19720825

La coulée continue de métaux, et notamment d'acier, pose de nombreux problèmes. L'un d'eux que l'invention a pour but de rdsou- dre, résulte de ce que, dans une machine de coulée continue horizontale, la surface froide de la lingotière ou moule est en contact avec le garnissage réfractaire de la busette de coulée, de sorte que l'acier liquide se solidifie sur la busette, formant des adhérences et créant un pont entre la busette et la carapace solidifiée du lingot en cours de coulée. I1 en résulte pour la busette réfractaire, dans sa partie en contact avec l'acier solidifié, des arrachements qui l'endommagent et la rendent rapidement inutilisable. La présente invention apporte à ce problème une solution permettant pour la première fois, de réaliser et d'exploiter une machine horizontale pour la coulée continue d'acier0 De telles machines horizontales pour la coulée continue d'acier, irréalisables jusqu'à présent, devraient se révéler beaucoup plus économiques que les machines verticales actuellement utilisées parce qu'elles suppriment la nécessité d'amener le métal fondu à un niveau élevé et de prévoir les structures soutenant la machine de coulée verticale à une grande hauteur au-dessus du solo Un autre problème posé par les machines de coulée continue verticales à moule incurvé, est celui que soulève le graissage du moule.Ces machines classiques exigent souvent un graissage excédentaire, car le lubrifiant risque de briller en grande partie avant d'atteindre les parois du moule où sa présence est nécessaire. A cause de ce graissage excédentaire, on constate dans l'acier obtenu, une porosité résultant de piqQres qui dégradent la qualité du produit. On le sait, dans les machines de coulée continue classiques, le métal liquide se solidifie sur les premiers centimètres environ de contact avec la paroi du moule. I1 faut toutefois prévoir, dans les machines de coulée continue classiques, verticales, des moules de longueur très supérieure à ces quelques centimètres pour compenser des fluctuations du niveau atteint dans le moule par le métal liquide, car l'on ne sait encore régler avec précision le débit d'alimentation à partir d'un entonnoir de coulée. Sur son excédent de longueur, le moule ne prélève pas de chaleur sur le coeur encore liquide du lingot coulé en continu parce que la surface solidifiée de ce dernier, se contracte et s'écarte de la paroi refroidie du moule, de sorte que la chaleur se transmet mal.De plus, dans les machines de coulée continue du type vertical classique, la vitesse de coulée est déterminée par le débit auquel le métal traverse la busette, lui-même déterminé par le diamètre de cette dernière et par le niveau atteint par le métal liquide dans l'entonnoir de coulée. Ainsi, dans les machines classiques, il faut ajuster la vitesse d'extraction pour compenser l'érosion de la busette et les variations du niveau de métal dans 1' entonnoir de coulée, Enfin, dans les machines classiques de coulée continue , il faut déplacer le moule à. va-et-vient pour accélérer le mouvement relatif et réduire ainsi le frottement afin d'empêcher le métal solidifié de se coincer dans le moule. Suivant l'invention, on introduit, dans une machine de coulée continue, du gaz sous pression autour de la busette pour ménager une poche annulaire dans le métal fondu. Cette poche de gaz, dont la conductibilité calorifique est assez faible et qui absorbe relativement peu de chaleur, isole efficacement le métal fondu sortant de la busette, ce qui supprime les adhérences destructrices précitées. En évitant la formation de ces adhérences et l'endommagement résultant de la busette réfractaire, l'invention permet d'opérer pour la première fois horizontalement, la coulée continue de métaux et notamment d'acier. Du fait que l'invention supprime le problème posé par les adhérences, on peut partir de la vitesse d'extraction du lingot coulé en continu pour déterminer et régler le débit d'alimentation par la busette dans des machines tant horizontales que verticales. En permettant de régler la vitesse de coulée, l'invention permet d'opérer plus facilement des coulées consécutives dans une machine, car la faculté de régler la vitesse de coulée rend moins critique la distribution dans le temps des coulées successives. Du fait que l'invention permet de raccourcir les moules puisqu'on peut s'y dispenser des fluctuations du niveau atteint par le métal liquide, elle permet d'opérer plus t8t un prélèvement de chaleur ou refroidissement maximum, au moyen de douches agissant à la sortie du moule raccourcit L'invention permet encore de graisser plus efficacement une machine de coulée continue, en introduisant en même temps que le gaz,du lubrifiant destiné i progresser entre le lingot et la paroi du moule. Dans certains cas, le gaz peut jouer lui-même le rôle de lubrifiant.Grâce à l'efficacité accrue du graissage ainsi assuré, il peut devenir inutile de déplacer le moule à va-et-vient pour réduire le frottement. De ce fait, et pour d'autres raisons, l'in vention est applicable aux machines de coulée continue tant horizontales que verticales0 De nombreux autres avantages découlant de l'invention ressortiront de la description qu'on va maintenant en donner en se référant au dessin annexé, sur lequel: - La figure 1 est une vue de profil en coupe verticale d'une machine de coulée continue horizontale suivant l'invention, avec arrachement partiel de l'entonnoir de coulée et du lingot coulé en continu. - La figure 2 est une vue de détail, en coupe verticale de profil, d'une busette modifiée et d'un moule, montrant un appareil d'amorçage placé dans le moule en vue de la coulée continue horizontale0 - La figure 3 représente de profil en coupe verticale les organes de coulée continue montrés sur la figure 2 pendant coulée d'un lingot. Sur la figure 1, on voit en 10 un entonnoir de coulée dont l'enveloppe en acier 11 est garnie de réfractaire 12. Du métal fondu 13, plus particulièrement acier, arrive dans l'entonnoir 10 de toute source convenable, non représentée. Une busette 14, en matériau réfractaire, traversée par un canal 15, est montée dans l'entonnoir 10 au moyen d'un collet 16. L'extrémité extérieure de la busette 14, est entourée par un manchon isolant 17, en réfractaire tel que graphite pyrolytique ou analogue. Ce manchon 17 est entouré par un adaptateur annulaire 21 en cuivre, juxtaposé au moule et qui présente intérieurement un canal annulaire 22 d'injection de gaz. Le gaz à injecter dans le moule 20 arrive par un tuyau 23 de toute source convenable non représentée. On ajuste sa pression, et donc son débit, à l'aide d'un robinet 23 qui règle le débit de gaz dans le tuyau 23. Par exemple, suivant l'invention, un détecteur classique 25 peut, quand le niveau de métal fondu 13 monte dans l'entonnoir 10, agir sur le robinet 24 pour accroître le débit de gaz d'après la hauteur de la réserve de métal. Dans une machine de coulée continue du type horizontal représenté sur la figure 1, le gaz injecté forme une poche annulaire 26 autour de l'extrémité de la busette 14. Immédiatement au-delà de cette poche 26, le métal fondu 13 touche le moule 20 pour se solidifier et former une carapace 27. Une carapace 27 en acier subit, en se formant, un retrait qui l'écarte des parois intérieures 28 du moule 20. Comme dans les machines de coulée continue classiques, ce moule 20 est refroidi par de l'eau, ou tout autre fluide convenable circulant dans des canaux 29. En sortant du moule, le lingot 30 passe entre des rouleaux de support 31 et est refroidi par des douches 32 émanant dtajuta- ges 33 qui projettent habituellement de l'eau. Des cylindres dt- extraction 34, qui tirent le lingot 30 hors du moule, peuvent servir à établir la vitesse de Coulée. La vitesse de coulée maximale est déterminée par le plus grand débit auquel de l'acier fondu peut traverser le canal 15 d'une busette 14 donnée. On peut ralentir la coulée en réduisant la vitesse à laquelle le lingot 30 est extrait du moule 20, du fait que la poche de gaz annulaire 26 interdit la formation d1 adhérences et l'endommagement qui en résulterait pour la busette réfractaire 14. On peut utiliser à la mise en oeuvre de l'invention, de nombreux gaz tels qu'azote, air, propane et analogues. Aux fins de lubrification, on peut injecter en même temps que le gaz, sous forme de poudre ou de brouillard, du graphite pulvérisé, du sili opium haute température ou des huiles, par exemple, de colza ou du type flCRANBEEu. La pression de gaz pour coulée continue horizontale suivant l'invention, doit être inférieure à 1 NPa environ pour l'acier. I1 semble aussi possible d'injecter un corps non gazeux, tel qu'huile ou eau, qui subirait dans le moule une vaporisation instantanée. Le gaz injecté assurant plutôt une isolation qu'un refroidissement, on peut éventuellement le réchaufer.La pression d'admission à imprimer au gaz pour former la poche 26 peut varier suivant la pression hydrostatique de la réserve de métal fondu 13o L'invention améliore le graissage du moule 20, du fait que le lubrifiant est rapidement refoulé vers la zone de solidification du moule. Le métal en contact avec la paroi du moule au niveau et au-delà de la zone de solidification ne présente pas,dans le lingot en cours de formation, une surface douce et unie et les irrégularités de surface permettent au gaz de se propager rapidement, à partir de l'extrémité d'entrée du moule 20, entre ce dernier et le lingot 30. Les lingots formés suivant l'invention, peuvent avoir une section carrée, circulaire, rectangulaire ou autre0 les figures 2 et 3 montrent une busette 40, saillant dans un moule refroidi 41.Un interstice 44 est ménagé entre la face extérieure de la busette 40 et le moule 41. I1 est prévu un adaptateur réfractaire 42 et un joint étanche d'injection de gaz 43 pour injecter du gaz des tubes 45 dans l'interstice 44. Le disposotif d'amorçage montré sur la figure 2, comporte une couronne en amiante 50 fixée à une plaque 51. La plaque 51 présente des trous 52 et est fixée à distance, au moyen d'un boulon 54 et d'une entretoise 55, à une tête d'amorçage 53, pour définir avec celle-ci une chambre 56 contenant des riblons 57 destinés à refroidir et à- solidifier l'acier fondu qui pénètre dans la chambre 56 par les trous 52. La barre d'amorçage 58, reliée à la tête 53, passe entre des cylindres d'extraction non représentés, tels qu'indiqués sur la figure 1. On injecte du gaz par les tubes 45 et l'on extrait la tete 53 à mesure que de 1' acier fondu arrive par la busette 40, fixée à un entonnoir de coulée, non représente. Cet acier fondu 60 se refroidit dans le moule 41 pour former le lingot 61. La figure 3 représente, pendant coulée continue, une machine horizontale, mais on peut tout aussi bien appliquer l'invention à des machines verticales pour éviter la formation d'adhérences et avoir la faculté d'accélérer la coulée et d'en règler la vitesse en ajustant la vitesse d'extraction du lingot. On peut prévoir des rouleaux de support et ajutages de refroidissement, bien que ces organes ne soient pas indiqués sur les figures 2 et 3e On a décrit certains modes préférés de réalisation de lXin- vention, mais ceut-ci ne sont cités qu'à simple titre d'exemple et on pourra leur apporter diverses modifications et variantes sans sortir pour autant du cadre de 1' invention0 REVENDICATIONS 1 )- Procédé de coulée continue horizontale, caractérisé en ce qu'on envoie du métal fondu à une busette sensiblement horizontale débouchant dans un moule sensiblement horizontal, ouvert en bout et à paroi latérale espacée de la busette, et en ce qu'on introduit du fluide sous pression autour de 1' extrémité de sortie de la busette, de sorte que ce fluide ménage dans le métal fondu une poche qui entoure l'extrémité de la busette et s'étend, à partir de celle-ci, jusqu'à une partie de la paroi latérale du moule située au-delà de la busette0 20)- Procédé selon la revendication 1, appliqué à la coulée continue de acier. 30)- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'on refroidit le moule. 40)- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal fondu est de 11 acier, en ce que ledit fluide est un gaz, en ce que le procédé comporte le refroidissement du moule et en ce qu'on extrait en continu du moule, par son extrait d'aval, un lingot solidifié au moins en surface. 50) Procédé selon la revendication 4, caractérisé par une échappée de gaz entre le lingot en cours de formation et le mou leO 60)- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on règle, en outre, le débit auquel l'acier fondu traverse la busette et la vitesse de formation du lingot en ajustant la vitesse à laquelle on extrait du moule l'extrémité du lingot. 70)- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on introduit du lubrifiant dans le moule en même temps que le gaz. 8 > - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on introduit ledit gaz sous pression inférieure à 1 MPa environ. 9 )- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un réservoir de métal fondu communique avec la busette et en ce qu'on règle la pression du gaz formant ladite poche proportionnellement à la hauteur de la réserve de métal contenue dans ce réservoir. 100)- Appareil de coulée continue horizontale, caractérisé en ce qu'il comprend une busette sensiblement horizontale, un réservoir communiquant avec la busette et contenant du métal fondu destiné à traverser cette busette, un moule sensiblement horizontal, ouvert en bout, comportant une paroi latérale, l'extrémité de sortie de la busette étant située à une première extrémité du moule et définissant un interstice avec ladite paroi latérale, et des moyens permettant d'introduire, autour de ladite extrémité de la busette, du fluide sous pression dans ledit interstice pour former dans le métal fondu une poche qui entoure ladite extrémité de sortie et s'étend entre la busette et une partie de la paroi latérale du moule située au-delà de la busette0 110)- Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte encore des moyens propres à refroidir le moule et des moyens propres à extraire en continu du moule, par sa seconde extrémité, un lingot solidifié au moins en surface. 120)- Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite extrémité de sortie de la busette pénètre dans le moule. 130) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte encore un moyen qui règle la pression du fluide formant ladite poche d'après la hauteur de ladite réserve de métal fondu. 14 )- Appareil pour la coulée continue horizontale d'acier, caractérisé en ce qu'il comprend une busette sensiblement horizontale, un moyen communiquant avec la busette et contenant une réserve de métal fondu, destiné à traverser cette busette, un moule sensiblement horizontal, ouvert aux extrémités, présentant une paroi latérale, l'extrémité de sortie de ladite busette étant située à une première extrémité du moule et définissant un interstice avec ladite paroi latérale, des moyens propres à refroidir le moule, des moyens propres à introduire du gaz sous pression dans ledit interstice, autour de ladite extrémité de sortie de la busette, pour former dans le métal fondu une poche de gaz qui entoure cette extrémité et s'étend entre la busette et une partie de ladite paroi latérale située au-delà de la busette et des moyens propres à extraire en continu du moule, par sa seconde extrémité, un lingot solidifié au moins en surface0