Brevet FR2157734A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne les coquilles ou lingotières pour la fabrication de lingots métalliques, de préférence larges et plats. On connaît des installations pour la fabrication continue et semi-continue de lingots. Toutes ces installations ont une partie commune: un dispositif de mise en forme appelé coquille ou lingotière, qui entre en contact, par ses parois, avec le métal liquide et forme le lingot. A travers les parois du dispositif de mise en forme s'effectue l'évacuation primaire de la chaleur du métal. Il se forme alors une gaine solide qui s'écarte des parois du dispositif de mise en forme, s'échauffe en provoquant des arrachures et des coulures, et, c'est seulement ensuite que le métal est soumis à l'action d'un agent refroidissant (évacuation secondaire de la chaleur). Entre la paroi du dispositif de mise en forme et le lingot en cours d'd=aboration (y compris sa partie liquide), apparaissent des forces de frot+emen;, peur dfflrninution desquelles on emploie des lubrifiants.Ces lubrifiants fnarl+s nuiserlt aux conditions d'hygiène du travail. L'échauffement du lingot après la première évacuation de chaleur provoque une ségrégation inverse des constituants à bas point de fusion du lingot. La présence de défauts de macrostructure entraîne des fruis supplémentaires de traitement thermique des lingots, abaisse la productivité au cours de l'usinage des métaux par déformation et altère les caractéristiques mécaniques des lingots. De la sorte, les coquilles connues ne suppriment pas les défauts à la surface du lingot et dans sa macro structure (présence de zones à gros grains dans la section du lingot). Pour éliminer les défauts de surface du lingot, on recourt à un usinage par enlèvement de matière, entraînant des dépenses de main-d'oeuvre supplémentaires et la formation de copeaux, dont la refus in augmente les pertes irrémédiables de métal et les frais de fabrication. On connaît une installation (brevet USA Nb 7467 166), dont la partie principale est une coquille comportant un inducteur annulaire pour former, à partir du métal liquide, un lingot cylindrique. Cet inducteur est fixé dans une carcasse avec une enceinte dotée d'une plaque de fond pour le lingot. La paroi de la coquille est double pour former un canal où circule un agent refroidissant; du côté de la paroi faisant face au lingot et ayant une fente longitudinale, il y a un écran fixé à la carcasse avec un certain écartement par lequel agent refroidissant s' rJlemlwe vers le lingot.Cette installation connue permet d'obtenir des lingots de qualité satisfaisante et est plus perfectionnée que les installations dans lesquelles on utilise une coquille dont les parois mettent le métal en forme mécaniquement. Toutefois, si lwinstallation indiquée est utilisée pour élaborer un lingot plat à section rectangulaire de 700 x 1260 mm, il faut maintenir sur l'inducteur une tension de 90 à 100 volts. Il se produit alors xl fort sifflement sur des tons élevés, ayant une influence iisLe sur liétat général du personnel. En outre, on a établi expérimentalement que les vitesses de refroidissement des faces de largeurs différentes du lingot doivent être différentes. Or, llinstallation décrite ntest pas adaptée pour cela Du fait que, dans l'installation connue, l'agent refroidissant est admis en une veine turbulente, la qualité de la surface du lingot est altérée(aes plissements et des rides apparaissent sur la surface du lingot) et la consommation d'agent refroidissant est accrue. De plus, dans l'installation indiquée, il est impossible de créer pour la sortie de l'agent refroidissant un écartement de valeur uniforme sur tout le périmètre du lingot, ce qui aggrave les défauts de surface du lingot signalés plus haut. Etant donné qutil n'est prévu aucun moyen pour compenser la dilatation de l'écran pendant la marche de 11 installation, 11 écran se déforme et sa durée de service est courte Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. Il s'agissait donc de créer une coquille dont lsinducteur serait sans danger pour le personnel en ce qui concerne la tension ( 40 volts au maximum), et qui ne produirait pas de bruit fatiguant pour le personnel, serait applicable à la fabrication de lingots plats larges sur les machines de coulée employées actuellement, tout en réduisant les pertes de métal, ainsi que la consommation d'énergie électrique et d'agent refroidissant. La solution consiste en ce que dans une coquille ou lingotière pour la fabrication de lingots métalliques, du type comprenant une carcasse comprenant une enceinte et une plaque de fond pour le lingot, et comportant une double paroi formant un canal dans lequel circule un agent refroidissant, un inducteur fixé dans ladite carcasse et assurant la mise en forme du métal liquide, un écran fixé à ladite carcasse sur sa paroi intérieure faisant face au lingot et comportant une fente longitudinale, ledit écran étant monté de façon à former un intervalle pour la sortie de l'agent refroidissant vers le lingot, selon l'invention l'inducteur a la forme d'une boucle allongée et est constitué par deux parties opposées isolées électriquement l'une de l'autre et dont chacune est électriquement reliée à deux sources d'alimentation créant dans lesdites parties opposées des courants en opposition de phase, ladite carcasse et ledit écran étant de forme congruente à celle de l'inducteur. La coquille avec l'inducteur, écran et la carcasse réalisés comme indiqué, permet de conduire sans danger la fabrication de lingots plats et d'améliorer la qualité de ces lingots. Il est avantageux que le canal ménagé dans la carcasse pour l'agent refroidissant soit partagé par des cloisons transversales en une série de chambres situées dans les parties longitudinales et transversales d'une carcasse ayant la forme d'une boucle allongée, et que chaque chambre soit munie d'un raccord pour y admettre l'agent refroidissant. Cela permet d'amener sur les faces de différentes largeurs du lingot des quantités correspondantes d'agent refrooissant. Il est souhaitable de monter une grille de tranquillisation dans la carcasse de la coquille, le long de chaque chambre, en face du raccord. Cela permet de transformer l'écoulement turbulent de l'agent refroidissant arrivant dans la chambre à partir du raccord, en un écoulement laminaire allant au lingot à travers la fente précitée. On peut ménager dans les parties longitudinales de l'écran des trous à section allongée pour les goupilles d'assemblage de la carcasse, et prévoir entre les parties transversales de l'écran et de la carcasse des écartements pour la compensation des dilatations thermiques de l'écran. Cela permet de prévenir les déformations de l'écran au cours du fonctionnement de la lingotière. Il est rationnel d'appliquer sur la carcasse, sur sa paroi faisant face au lingot dans la zone de sortie de l'agent refroidissant,une couche d'un mélange à durcissement rapide, de forme congruente à celle de la surface extérieure de l'écran, délimitant la fente par laquelle sort l'agent refroidissant. Cela permet de maintenir une épaisseur uniforme de la veine d'agent refroidissant dépitée sur le lingot. Pour mieux expliquer l'invention, on décrit plus bas un exemple non limitatif de réalisation de la coquille en faisant l'objet, avec renvois aux dessins annexés qui représentent - la figure i, une lingotière avec arrachements partiels (vue de-dessus); - la figure 2, une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3, un inducteur constitué par deux parties; - la figure 4, une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3; - la figure 5, une vue en coupe suivant V-V de la figure 3. La coquille ou lingoLère pour la fabrication de lingots comprend une carcasse1(figures 1 et 2) qui peut être réalisée en une matière isolante (par exemple en matière plastique stratifiée à base de résine phénolformaldéhyde, connue sous le nom de "textolite") et constituée par une plaque ou plusIeurs plaques assemblées en un seul bloc. La carcasse 1 fait office de réservoir pour un agent refroidissant (eau), et toutes les autres pièces de la coquille sont fixées sur elle. Elle a la forme d'une boucle de forme allongée avec une enceinte 2 pour le lingot plat. La paroi extérieure 3 et la paroi intérieure 4 de la carcasse 1 forment entre elles un canal annulaire 5 pour l'agent refroidissant. Dans la paroi extérieure 3, il y a des raccords 6 par lesquels ledit agent refroidissant arrive dans le canal 5. Dans la paroi 4, faisant face au lingot, il y a une fente annulaire 7, par laquelle l'agent refroidissant sort du canal 5 pour arriver sur le lingot. Le canal annulaire 5 de la carcasse 1 est partagé par des cloisons transversales verticales 8 en chambres 9, chacune desquelles a sonlropre raccord 6 pour l'amenée de l'agent refroidissant. Cela permet de régler le débit et la pression de l'agent refroidissant pour évacuer d'une façon adéquate la chaleur des faces de dimensions différentes du lingot, ce qui est particulièrement important dans le cas de fabrication de lingots en alliages ayant tendance à se fissurer. Dans chacune des chambres 9 du corps 1, en face d raccord 6 est placée une grille de tranquillisation 10, pour transformer l'écoulement turbulent de l'agent refroidissant en un écoulement laminaire traversant la paroi 4 par la fente 7 comme par dessus un seuil. Du côté de la paroi 4, sur le couvercle 11 de la carcasse 1, est fixé un écran 12. Cet écran est en matière amagnétique, par exemple en acier inoxydable. Pour prévenir les déformations thermiques, dans les parties longitudinales des brides de l'écran 12 sont pratiqués des trous à section allongée dans lesquels s'engagent des goupilles d'assemblage 13 prévues dans le couvercle 11 de la carcasse 1, tandis qu'entre les parties transversales de l'écran 12 et de la carcasse 1 sont prévus des écartements 14 comprenant les dilatations thermiques de l'écran 12. Entre la carcasse 1 et l'écran 12, il y a une garniture 15 en caoutchouc ou en matière connue sous la dénomination "paralon", prévenant les fuites d'agent refroidissant d'en-dessous les brides de l'écran. Entre l'écran 12 et la paroi 4, comportant une saillie 16, de la carcasse 1 est formée une chambre préliminaire 17 pour l'agent refroidissant. Cette chambre n'a pas de cloisons transversales, et l'agent refroidissant en sort, par une fente 18, sous la forme d'une veine continue à écoulement laminaire. Afin que la fente 18 soit de largeur uniforme, la saillie 16 est recouverte d'une couche 19 d'un mélange à durcissement rapide, dont la surface est congruente à celle de l'écran 12. Ajet effet, à l'aide de vis de réglage 20, on fait descendre l'écran 12 et on imprime sa forme dans ladite couche, puis on fait remonter l'écran 12 en réglant la valeur de la fente 18. Cela permet de régler le débit d'agent efroidissant, et même d'effectuer le refroidissement par vaporisation. Pour maintenir le lingot, la partie mobile de la machine de coulée connue porte une plaque de fond 21 se déplaçant vérticalement et comportant un évidement 22 à sa partie supérieure. Cet évidement est nécessaire pour faciliter le commencement de l'élaboration du lingot, augmenter la vitesse et prévenir la fissuration du pied du lingot. La forme de la plaque de fond 21 correspond à celle de l'enceinte 2 de la carcasse 1 de la coquille et à la section du lingot à élaborer. Les dimensions de la plaque de fond 21 so choisies de manière qu'elle puisse s' engager avec un jeu dans l'enceinte 2 délimitée par l'écran 12, la carcasse 1 et l'inducteur 23. L'inducteur 23 est la partie formante essentielle de la coquille. Il est fixé sous la saillie 16 de la carcasse 1 par des brides 24 amovibles, après enlèvement desquelles on peut examiner et remplacer rapidement l'inducteur 23. L'inducteur 23 (figures 4 et 5) est réalisé avec des barres de cuivre 25 creuses, refroidies par eau. L'inducteur 23 a la forme d'une boucle de forme allongée. Il est constitué par deux parties 26 et 27 isolées électriquement l'une de l'autre, chacune desquelles est reliée à deux sources d'alimegtation créant dans ces parties opposées des courants en opposition de phase. Une telle connexion de chaque partie de l'inducteur 23 à deux sources d'alimentation (transformateurs ,non représentés sur le dessin), permet d'obtenir sur l'inducteur 23 une tension sans danger, dans le cas de coulée de lingots de largeur allant jusqu'à un mètre et demi, ainsi que de supprimer le bruit ayant une influence nuisible sur l'état général du personnel. La coulée de lingots plats larges s'effectue de la façon suivante. A la partie supérieure d'une machine de coulée de type connu (non représentée sur les dessins) on monte la coquille. Par les raccords 6 on admet dans les chambres 9 du canal 5 un agent refroidissant et on règle sa pression et son débit. Le réglage s'effectue à l'aide de robinets de types connus (non représentés sur les dessins), montés en amont des raccords 6, ainsi qu'au moyen de vis de réglage 20 déplaçant l'écran 12 par rapport à la carcasse 1 dans la direction verticale. Dans l'écran 12 on engage la plaque de fond 21, de telle façon que l'agent refroidissant sortant par l'écartemet (la fente) 18, formée entre l'écran 12 et la saillie 16 de la carcasse 1, n'arrive que sur sa surface latérale. On chasse (par exemple par soufflage à l'air comprimé) l'humidité se trouvant dans l'évidement 22de la plaque de fond 21. Pour refroidir l'inducteur 23, on admet dans la cavité des barres 25 un agent refroidissant (de l'eau). Ensuite, on met l'inducteur 23 sous tension à partir de sources d'alimentation différentes de telle façon que les courants circulant dans les parties opposées de cet inducteur soient en opposition de phase. Avec l'écran 12 on corrige le champ électromagnétique de l'inducteur 23, pour que le formage du lingot ne soit pas perturbé du côté de sa croissance. Au-deesus de l'évidement 22 de la plaque de fond 21, on place un répartiteur de métal connu en soi(non représenté sur les dessins). On admet le métal dans l'évidement 22 de la plaque de fond 21, à travers le répartiteur. On met en place un doseur de métal de type connu (non représenté sur les dessins),qui maintient le niveau du métal à la cote requise par rapport à l'inducteur 23. Quand le métal attett le niveau requis au-dessus de la plaque de fond 21, celle-ci est déplacée en descente par rapport à l'écran 12, en assurant ainsi la sortie du lingot hors de la coquille, au cours de4'élabDration continue du lingot par le métal liquide. Au cpurs de la coulée, on peut corriger le débit et la pression de l'agent refroidissant, la tension sur l'inducteur 23, la vitesse de descente de la plaque de fond 21 et le niveau du métal par rapport à l'inducteur 23. Pour terminer l'opération, on arrête le déplacement du lingot, on le laisse séjourner jusqu a ce qu'il se solidifie, on débranche l'inducteur 23 et on interrompt l'admission d'agent refroidissant. On recule la coquille conjointement avec les sources de courant, en faisant rouler le chariot (non représenté sur les dessins) sur lequel ils sont montés, pour évacuer le lingot de la machine de coulée. On peut aussi utiliser le mode d'évacuation latérale du lingot. Dans ce cas, le montage des sources de courant et de la coquille sur un même chariot rend le travail commode. L'invention a été essayée dans des établissements industriels, sur des machines de coulée ordinaire pour fabrications en série. Les essais ont montréque pxr la aJete de lingots plats rectangulaires, hexagonaux et à flancs arrondis, la coquille électromagnétique indiquée est efficace et pratique. Ainsi, par exemple, lors de la coulée de lingots de 1460 mm de largeur et de 300 mm d'épaisseur, la tension sur l'inducteur de la coquille était maintenue, pendant la coulée, à 34-36 volts, et aucun bruit ne se faisait entendre. En outre, le réglage plus souple de la pression et du débit de l'agent refroidissant suivant le périmètre du lingot, lié à la continuité de la veine d'agent refroidissant suivant le périmètre du lingot, a permis d'obtenir des lingots à surface lisse, comme polie, et à macrostructure plus homogène dans la section, de diminuer les rebuts de lingots en alliages ayant tendance à se fissurer. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinasons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVEND I CAT IONS 1.- Une coquille ou lingotière pour la fabrication de lingots métalliques, du type comprenant une carcasse comprenant une ouverture et une plaque de fond pour le lingot, et comportant une double paroi formant un canal dans lequel circule un agent refroidissant, un inducteur fixé dans ladite carcasse et assurant la mise en forme du métal liquide, un écran fixé à ladite carcasse sur sa paroi intérieure faisant face au lingot et comportant une fente longitudinale, ledit écran étant monté de façon à former un intervalle pour la sortie de l'agent refroidissant vers le lingot, caractérisé en ce que l'inducteur a la forme d'une boucle allongée et est constitué par deux parties opposées isolées électriquement l'une de l'autre et dont chacune est électriquement reliée à deux sources d'alimentation créant dans ledites parties opposées des courants en opposition de phase, ladite carcasse et ledit écran étant de forme congruente à celle de l'inducteur. 2.- Une coquille ou lingotière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le canal ménagé dans la carcasse pour l'agent refroidissant est partagé par des cloisons transversales en une série de chambres situées dans les parties longitudinales et transversales de la carcasse, qui a la forme d'une boucle allongée, et en ce que chacune desdites chambres comporte un raccord pour l'admission de l'agent refroidissant dans ladite chambre 3.- Une coquille ou lingotière suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que dans-le sens de la longueur de chaque chambre, en face du raccord correspondant, est montée une grille de tranquillisation. 4.- Une coquille ou lingotière suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parties longitudinales de l'écran comportent des trous à section allongée pour le passage des goupilles d'assemblage de la carcasse, et en ce qu'entre les parties transversales de l'écran et de la carcasse sont prévus des écartements pour la compensation des dilatations thermiques de l'écran. 5.- Une coquille ou lingotière suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que sur la carcasse, sur sa paroi faisant face au lingot, dans la zone de sortie de l'agent refroidissant, est appliquée une couche d'un mélange à durcissement rapide de forme congruente -à celle de la surface extérieure de l'écran, délimitant ladite fente de sortie de l'agent refroidissant.