Brevet FR2196866A1 — publié le 19740322

la présente invention concerne des moules de fusion électrique sous laitier qui conviennent p':ur former un lingot ayant une section délimitée r: des côtés sensiblement rectilignes ou des cuvés incurvés à un rayon d'au moins COO mir, Fier: exemple des lingots de section généralement triangulaire, rectangulaire ou d'une autre forme polygonale ou Lier pour former des lingots ayant une section circulaire d 'un d'au moins 1200 mm. Bes. parois de vers moules de fusion sous laitier sont habituellement refroidies par eau, de manière que la chaleur passant dans les parois à partir de la masse de laitier et du lingot en cours de formation soit dissipée avec une élévation minimale de la température des parois du moule.Néanmoins, 12 élévation de la température des parois du moule dans la région de la masse de laitier et de la surface supérieure du lingot en cours de formation, par rapport au métal relative- ment plus froid se trouvant au-dessus et au-dessous de cette région, produit une différence de dilatation thermique qui peut provoquer une déformation importante des parois du moule et rendre difficile le démoulage du lingot. Afin de surmonter cette difficulté, il a été proposé de réaliser les parois du moule en un matériau très épais de manière que la rigidité des parois du moule provoque ltabsorption de la dilatation thermique par contrainte et déformation due à la comEression dans le matériau. Toute-fois, l'épaisseur du matériau est la cause dune plus grande différence de température entre la surface interne et la surface externe des parois du moule et d'une tendance accrue à un cintrage vers la surface plus chaude (interne). La présente invention a pour objet un moule de fusion électrique sous laitier convenant pour former un lingot ayant une section délimitée par des côtés sensiblement droits ou des c8tés incurvés à un rayon d'au moins 600 mm, par exemple des lingots de section généralement triangulaire, rectangulaire ou d rurle autre norme polygonale ou pour former des lingots de section circulaire d'un diamètre d'au moins 1200 mm. Selon l'invention, un moule de fusion sous laitier, refroidi par un liquide, convenant pour former un lingot ayant une section délimitée par des c8tés sensiblement droits ou des c8tés incurvés à un rayon d1au moins 600 mm, par exemple des lingots de section généralement triangulaire, rectangulaire ou d'une autre forme polygonale ou bien pour former des lingots de section circulaire ayant un diamètre d'au moins 1200 mm, comprend des parois renforcées par des nervures verticales fixées aux surfaces externes desdites parois dans des positions espacées, 11 épaisseur des parois du moule et la rigidité qutof frent les nervures étant telles que la dilatation thermique des parois du moule est contrainte de se produire en provoquant un cintrage local des parois entre les nervures verticales adjacentes. Itécartement des nervures et la rigidité quelles offrent sont de préférence susceptibles d'assurer que le cintrage local des parois soit d'une amplitude telle qutil peut être sensiblement supprimé par refroidissement, de manière qutil ne se produise pas d'augmentation cumulative importante de l'amplitude pendant l'utilisation du moule. les parties des parois du moule situées entre deux nervures adjacentes peuvent etre légèrement cintrées lorsque le moule est froid, et le cintrage de ces parties peut être orienté vers l'intérieur en direction du lingot ou vers ltextérieur à ltécart de ce dernier. les parois relativement minces du moule peuvent autre refroidies en faisant circuler un liquide de refroidissement (par exemple liteau) dans des canaux délimités par la surface externe des parois et des panneaux fixés aux nervures. Commodément, les nervures peuvent autre cruciformes ou avoir une section en T et les panneaux, qui peuvent autre en acier, peuvent & re serrés sur les traverses des nervures pour former les canaux. En outre, les nervures ayant de telles sections assurent une rigidité latérale aidant à limiter le cintrage de la paroi à la partie située entre deux nervures adjacentes. En variante, les parois du moule peuvent autre refroidies par des jets de liquide de refroidissement (par exemple d'eau) qui sont dirigés sur les surfaces externes des parois situées entre les nervures. les nervures peuvent être fixées à une structure de support par plusieurs tirants dont l'une des extrémités est fixée aux nervures à intervalles le long de ces dernières et dont autre extrémité est fixée à la structure d support. La structure de support peut comporter commodément plusieurs montants auxquels sont fixées plusieurs poutres horizontales. L vention est particulièrement avantageuse lorsqutelle est appliquée à des moules de fusion électrique sous laitier pour former des lingots de section rectangulaire ayant une largeur quuest beaucoup plus grande que lrépaisseur, par exemple des moules destinés à former des lingots rectangulaires dont le rapport de la largeur à 11 épaisseur est supérieur à 2:1. L'invention concerne également un procédé de production de lingots par fusion électrique sous laitier en utilisant un moule correspondant, comme défini ci-dessus, et les lingots produits par ce procédé et en utilisant le moule en fusion sous laitier décrit. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre dtexemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est une élévation de face d'un moule de fusion électrique sous laitier selon l'invention ; la figure 2 est une élévation latérale avec coupe partielle du moule représenté sur la figure 1 la figure 3 est une vue partielle en plan du moule représenté sur la figure 1, en partie en coupe et à plus grande échelle que la figure 1 ;; la figure 4 est une coupe horizontale partielle d'une paroi latérale du moule représenté sur la figure 3, mais à plus grande échelle que cette figure la figure 5 est une coupe partielle d'un joint d'une paroi terminale du moule représenté sur la figure 3, mais à plus grande échelle que cette figure les figures 6 et 7 sont des coupes partielles horizontales d'une paroi latérale analogue à la figure 4, mais montrant d'autres formes de nervures, et la figure 8 est une coupe verticale partielle d'une paroi latérale d'un autre moule de fusion sous laitier selon l'invention et comportant un autre système de refroidissement. En se référant aux figures 1 à 5, le moule 1 de fusion électrique sous laitier, qui est d'un type convenant pour former un lingot rectangulaire d'une largeur beaucoup plus grande que son épaisseur, comporte deux parois latérales 2 ayant chacune une largeur qui est sensiblement cinq fois supérieure à la largeur de chacune de ses deux parois terminales 3. les deux parois latérales 2 sont sensiblement parallèles et il en est de m8me des parois terminales 3, les angles 4 étant arrondis. Par exemple, le moule 1 présente des parois latérales 2 qui ont une largeur de 3 m et des parois terminales 3 qui ont une largeur de 0,6 m, les angles 4 présentant un rayon de 5 cm et la hauteur verticale des parois 2 et 3 étant de 3,6 m.L'extrémité inférieure du moule 1 est fermée hermétiquement par une plaque de base 5 qui est en cuivre et qui est convenablement refroidie par eau. la plaque de base 5 est mobile par rapport au moule pour permettre à l'extrémité inférieure solidifiée d'un lingot en cours de formation de sortir de ltextrémité inférieure du moule et, dans ce cas, la hauteur verticale des parois du moule serait plus petite que la dimension donnée à titre d'exemple ci-dessus.Une disposition convenable est prévue pour déplacer la base du moule par rapport aux parois0 les parois laterales 2 et les parois terminales 3 sont eonstituées par une plaque de cuivre relativement mince et sont renforcées à ltencontrettun cintrage par plusieurs nervures métalliques verticales 6 qui sont brasées ou soudées à la surface externe de la plaque de cuivre à intervalles tout autour du périmètre des parois 2 et 3. Le moule est en deux parties, chacune d'elles comprenant une paroi latérale 2 et une demiparoi terminale 3, ces deux parties étant réunies par des bon- lons de serrage 7, comme on le voit sur la figure 5.Par exemple, avec un moule 1 ayant des parois 2 et 3 de dimension correspondant à celle indiquée ci-dessus, la plaque de cuivre a une épaisssur de 19 mm et les nervures 6, qui ont une section cruciforme, sont espacées de 23 cm environ, l'extré- mité d'un bras de la section cruciforme de chaque nervure 6 étant braségou soudée à une paroi 2 ou 3. les nervures 6 sont en un métal ayant un coefficient de dilatation thermique analogue à celui des parois 2 et 3 et pouvant être brasé ou soudé à ces dernières, et pour la plaque de cuivre citée, elles peuvent être en laiton, en bronze en cupro-nickel ou en acier inoxydable.Les parois 2 et 3 sont refroidies en faisant circuler l'eau dans les canaux 8 délimités par les surfaces externes des parois 2 et 3 et des panneaux dtacier 9 qui sont serrés ou fixés d'une autre manière aux bras transversaux 10 des nervures 6 entre des plaques de serrage 11 et des éléments d'étanchéité 12. Par exemple, la longueur globale des bras transversaux horizontaux peut etre de 7,6 cm, la longueur globale des bras transversaux verticaux peut etre de 3,8 cm, l'épaisseur des bras horizontaux et du bras vertical fixé à la paroi du moule étant de 1,3 cm, l'épaisseur de l'autre bras vertical étant de 2,5 cm. La section cruciforme des nervures 6 assure une surface de contact maximale entre les parois 2 et 3 et liteau de refroidissement. Une structure de support 13 entoure le moule 1 à distance de ce dernier et est positionnée sur des tenons de repérage 14, ladite structure comprenant plusieurs éléments verticaux 15 en forme de caisson disposés le long de chaque paroi latérale 2 et auxquels sont fixées plusieurs poutres horizontales en caisson 16.En outre, des éléments verticaux 17 sont fixés aux poutres 16 qui se prolongent parallèlement à chaque paroi latérale 2 et sur une certaine distance le long de chaque paroi terminale 3. le moule est fixé à la structure de support 13 par plusieurs tirants filetés 18 dont chacun présente une extrémité fixée dans l'un d'une série de trous taraudés des nervures 6 à intervalles le long de ces dernières, l'autre extrémité étant fixée à l'une des poutres 16 ou à l'un des éléments 17 à des positions espacées d'une manière corres pondant. Des écrous 19 vissés sur les extrémités externes des tirants 18 permettent de régler la tension de ces derniers. La structure de support 13 supporte également plusieurs conduits d'entrée 20 dansteszuels l'eau peut etre introduite dans les canaux 8 et plusieurs conduits de sortie 21 par lesquels l'eau peut autre évacuée de ces derniers. l'eau est introduite dans un conduit d'entrée 20 à l'extrémité supérieure d'un canal 8 et est évacuée par un conduit de sortie 21 à l'ex- trémité supérieure d'un canal adjacent 8, le sens d'écoulement de l'eau de haut en bas dans un canal 8, et de bas en haut dans un canal adjacent étant indiqué par les flèches 22. Pendant l'utilisation d'un moule 1 de fusion sous laitier pour former un lingot, plusieurs électrodes consommables (non représentées) sont disposées de manière à se prolonger dans une masse de laitier fondu contenue dans le moule 1,et le métal en fusion provenant des extrémités des électrodes tombe à travers le laitier pour former le lingot au fond du moule. le moule 1 est refroidi par l'eau mise en circulation dans les canaux 8 et dans la plaque de base 5 refroidie par l'eau. Au fur et à mesure que le lingot se développe dans le moule 1, toute différence de dilatation de la paroi du moule dans la région de la masse du laitier et du métal en fusion à la surface supérieure du lingot est compensée par le cintrage de la plaque de cuivre entre les nervures 6 qui résistent au cintrage grace à leur rigidité inhérente et à leur support par les tirants 18 espacés. sur leur longueur. La structure de support 13 est suffisamment rigide pour supporter les charges imposées le long des tirants 18 sans flexion importante,et et les tirants 18 sont suffisamment robustes pour permettre un réglage des écrous 19 afin de corriger toute déformation du moule 1 qui peut se produire.En outre, au cas où un lingot est retenu -prisonnier dans le moule 1, les écrous 19 peuvent etre serrés pour tirer toute la paroi à l'écart du lingot de manière qutil puisse être enlevé du moule 1 le cintrage local des parois 2 et 3 entre les nervures 6 est en grande partie éliminé après refroidissement et tout cintrage permanent est tolérable avec une durée rentable d'utilisation du moule. Dans certains cas, il peut autre avantageux que les parties des parois 2 et 3 situées entre deux narres adjacentes 6 soient légèrement cintrées à ltétat initial froid. Comme on le voit sur la figure 4, ce cintrage initial peut autre orienté vers le lingot en cours de formation et peut atteindre 6,35 mm sur la distance de 23 cm comprise entre deux nervures adjacentes d'un moule 1 ayant les dimensions précitées. Un cintrage vers l'intérieur de ce type, qui est légèrement augmenté par la dilatation thermique, donne un lingot de dimension légèrement réduite, en facilitant ainsi l'extrac- tion du lingot du moule. on a constaté qu'avec un moule ayant les dimensions et ltécartement des nervures donnés dans l'exemple ci-dessus, le cintrage entre deux nervures adjacentes peut etre augmenté d'environ 1,27 mm au cours du chauffage, mais cette augmentation est en grande partie supprimée après refroidissement, de sorte qu'il ne se produit pas d'augmentation cumulative importante du cintrage.En variante, le cintrage initial peut être orienté dans une direction opposée au lingot en cours de formation,de façon que la pression de l'eau dans les canaux 8 su oppose à toute augmentation du cintrage due à la dilatation thermique. il n'est pas indispensable que les nervures 6 présentent une section cruciforme et, comme on le voit sur la figure 6, les nervures 6 peuvent avoir une section de forme triangulaire tronquée, le sommet du triangle étant brasé ou soudé comme représenté ou fixé d'une autre manière à une paroi du moule, par exemple une paroi latérale 2, et les panneaux 9 peuvent etre brasés ou soudés à la base du triangle pour former les canaux 8. les tirants filetés 18 sont fixés dans des trous taraudés ménagés dans la base du triangle à intervalles le long des nervures 6.Selon une autre disposition représentée sur la figure 7, les nervures 6 présentent une section en T, et l'extrémité de la tige du T est brasée ou soudée à une paroi 2 du moule, des panneaux 9 étant brasés ou soudés aux bras de la traverse du T pour former des canaux 8. les tirants 18 sont fixés dans des trous taraudés de la traverse du T à intervalles le long des nervures 6. Dans une variante de l'invention représentée sur la fifigure 8, les parois du moule, par exemple la paroi 2, sont refroidies par des jets d'eau 24 qui sont émis par des tubes 25 disposés transversalement aux nervures 6 et dirigés contre la surface externe des parois 2. Bien qu'on ait décrit l'invention en se référant à un moule destiné à former un lingot rectangulaire dont le rapport de la largeur à l'épaisseur est de 5:1, de manière à réduire au minimum ou meme supprimer le laminage dans un laminoir à brames, en ce sens que les lingots produits peuvent etre soumis directement à un laminage en feuillard , on envisage d'appliquer l'invention à des moules destinés à former des lingots rectangulaires dont le rapport de la largeur à l'épaisseur est de 10:1 ou plus, de manière que, compte tenu également de l'homogénéité du lingot, les opérations nécessaires de laminage soient encore réduites. L'invention s'applique aussi à un moule ou lingotière destiné à former un lingot rectangulaire dont la largeur est sensiblement égale à son épaisseur et à des moules ou lingotières destinés à former des lingots ayant d'autres sections polygonales présentant des cotés sensiblement droits ou incurvés à un rayon supérieur à 600 mm, ou bien des lingots sensiblement circulaires ayant un diamètre supérieur à 1200 mm. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux moules et au procédé décrits sans sortir du cadre de l'inventionO R mICATIOIE 1. Moule de fusion électrique sous laitier, refroidi par un liquide, convenant pour former un lingot ayant une section délimitée par des côtés sensiblement droits ou des cotés incurvés à un rayon supérieur à 600 mm ou bien pour former un lingot de section circulaire ayant un diamètre d'au moins 1200 mm, moule caractérisé en ce qu'il comporte des parois renforcées par des nervures verticales renforcées aux surfaces externes des parois dans des positions espacées, l'épaisseur de la paroi du moule et la rigidité qu'offrent les nervures étant telles que la dilatation thermique des parois du moule est contrainte de se produire sous la forme d'un cintrage local des parois entre les nervures verticales adjacentes. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur des parois, l'écartement des nervures et la rigidité qu'elles assurent sont tels que l'amplitude du cin trage local des parois peut être sensiblement supprimée après refroidissement, de sorte qu'il ne se produit pas d'augmentation cumulative importante de ladite amplitude pendant l'utilisation du moule. 3 Moule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties des parois du moule situées entre deux nervures adjacentes sont légèrement cintrées lorsque le moule est froid. 4. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties des parois du moule situées entre deux nervures adjacentes sont légèrement cintrées vers l'intérieur lorsque le moule est froid. 5. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties des parois du moule situées entre deux nervures adjacentes sont légèrement cintrées vers l'extérieur lorsque le moule est froid. 6. Moule selon lune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les nervures ont une section cruciforme, l'extrémité d'un bras de la croix étant brasée ou soudée à la surface externe de la paroi du moule. 7 Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les nervures ont une section en T, l'extrémité de la tige du T étant brasée, fixée par une brasure forte, soudée et/ou autrement assujettie à la surface externe de la paroi du moule. 8. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les nervures présentent une section ayant la forme d'un triangle tronqué, le sommet du triangle étant brasé, fixé par une brasure forte, soudé ou autrement assujetti à la surface externe de la paroi du moule. 9. Moule selon ltune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ciqutil comporte un moyen pour refroidir ses parois comprenant des canaux pour la circulation d'un liquide de refroidissement délimités par les surfaces externes des parois du moule et des panneaux fixés aux nervures. 10. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour refroidir les parois du moule comprenant des canaux pour la circulation d'un liquide de refroidissement qui sont délimités en partie par les nervures. 11e Moule selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les nervures ont une section cruciforme ou en 2 et en ce que les panneaux sont fixés aux bras transversaux des nervures. 120 Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour refroidir ses parois comprenant des jets dirigeant un liquide de refroidissement sur les surfaces externes des parois du moule. 13. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de support rigide qui entoure ses parois à distance de ces dernières et des dispositifs pour fixer les nervures à la structure de support à intervalles dans le sens de leur longueur. 14. Moule selon la revendication 13, caractérisé en ce que les dispositifs destinés à fixer les nervures à lastructure de support comprennent des tirants reliant les nervures à la structure de support. 15. Moule selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les nervures sont fixées à la structure de support par plusieurs tirants dont une des extrémités est fixée aux nervures à intervalles dans le sens de la longueur de ces dernières et dont 11 autre extrémité est fixée à la structure de support0 16e Moule selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comporte un organe permettant de régler la longueur des tirants. 17. Moule selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que la structure de support comporte plusieurs montants auxquels sont fixées plusieurs poutres horizontales. 18e Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à :7, caractérisé en ce qu'il comporte tarie plaque de base disposée de manière à fermer hermétiquement l'extrémité inférieure des parois du moule. 19. Moule selon la revendication 18, caractérisé en ce que la plaque de base est mobile par rapport aux parois du moule pur permettre.'extrémité solidifiée du lingot en cours de formation de sortir de l'extrémité inférieure du moule. 20. Moule selon ltune quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il présente trois parois ou plus disposées de manière à former un lingot de section polygonale. 21. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il présente quatre parois disposées chacune perpendiculairement aux deux parois adjacentes, de manière à produire un lingot de section rectangulaire. 22. Moule selon la revendication 21, caractérisé en ce que les quatre parois sont de mêmes dimensions horizontales de manière à produire un lingot de section carrée. 23. Moule selon la revendication 21, caractérisé en ce que deux parois parallèles ont des dimensions horizontales qui sont supérieures aux dimensions horizontales des deux autres parois parallèles de manière à produire un lingot rectangulaire ayant une largeur supérieure à son épaisseur0 240 Moule selon la revendication 23, caractérisé en ce que les dimensionorizontales des paires de parois parallèles sont telles que le moule produit un lingot rectangulaire dont le rapport de la largeur à l'épaisseur est supérieur à 2:1. 25. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que ses parois sont cuivre et en ce que les nervures sont en laiton, en cupro-nickel ou en acier inoxydable ou autre métal ayant un coefficient analogue de dilatation thermique. 26. Procédé de production d'un lingot ayant une section délimitée par des c8tés sensiblement droits ou des cotés incurvés à un rayon d'au moins 600 mm ou bien pour former des lingots de section circulaire ayant un diamètre d'au moins 1200 mm, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un moule de fusion électrique sous laitier ayant des parois renforcées par des nervures verticales fixées aux surfaces externes des parois à intervalles, ltépaisseur des parois du moule et la rigidité offerte par les nervures étant telles que la dilatation thermique des parois du moule se traduit par un cintrage local entre les nervures adjacentes, à former le lingot dans le moule par fusion électrique sous laitier d'au moins une électrode consommable orientée vers le bas de la masse du laitier contenu dans le moule, tout en refroidissant les surfaces externes des parois du moule, et à extraire le lingot du moule. ss 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que les parois du moule sont refroidies par circulation d'un liquide de refroidissement dans des canaux délimités par les surfaces externes des parois du moule et des panneaux fixés aux nervures. 28. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que les parois du moule sont refroidie par des jets d'un liquide de refroidissement qui sont dirigés sur les surfaces externes des parois du moule. 29. Procédé selon la revendication 27 ou 28, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est l'eau. 30. Procédé selon 1'une quelconque des revendications 26 à 29, caractérisé en ce quìl consiste à déplacer une plaque de base disposée de manière à fermer hermétiquement l'extrémité inférieure des parois du moule par rapport à ces dernières pour permettre à l'extrémité inférieure solidifiée du lingot en cours de formation de sortir de l'extrémité inférieure des parois du mouleo 31. lingot caractérisé en ce qu'il est produit par un procédé selon l'une quelconque des revendications 26 à 30.