Brevet FR2156373A1 — publié le 19730525

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la coulée rotative d'un métal en fusion pour la production de lingots de létal et la coulée en continu de brayes qui oomprend un déversement en continu du métal n fusion par une buse qui est imoer- gée et tourne dans le métal en fusion dans la partie centrale du moule. L'objet de la présente invention est d'améliorer la qualité et la forme des brames coules, c'est-à-dire d'affiner le grain du métal et d'amener le bloc métallique solidifié 9 adhérer de plus près à la paroi du roule, de manière a améliorer la forme des lingots ou des braies et a accélérer la vitesse de solidification du é- tal fondu. La présente invention peut être appliquée b la fois d un procédé de fabrication de lingot et b un procédé de coulée en con- tinu. Pour une meilleure compréhension de la présente invention celle-oi sera décrite en relation avec la coulée en continu d'acier en fusion. Pour la coulée de braies en continu, on a utilisé de façon classique un procédé de coulée pulvérisée avec buse immergée. Selon ce procédé classique, la buse immergée possède une extrémité ouver- te dans la partie qui est immergée dans l'acier en fusion comme re présenté sur la figure 1 et la buse immergée est assujettie de fa çon rixe et ne peut pas bouger, bien qu'elle soit parfois intégrée à une buse de creuset. Lorsqu'un tel assemblage de buses est utilisé, il est impossible de contrôler le mouvement de l'acier en fusion à l'intérieur du ioule. Par conséquent, l'objet de la présente invention est d'améliorer la qualité et la forme du métal coulé par un contre du déplaceient du létal en fusion b l'intérieur d'un ioule. La présente invention sera exposée dans la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans les- quels La figure 1 représente une coupe transversale partielle d'une buse immergée classique; La figure 2 représente une buse immergée selon la prdsen- te invention; La figure 3 représente un exemple de la construction de l'assemblage de buse immergée selon la présente invention Les figures 4 et 5 expliquent respectivement la relation entre la rotation de la buse et l'écoulement de l'acier en fusion; La figure 6 représente une coupe transversale partielle d'un autre exemple de buse immerge selon la présente invention;; La figure 7 est un graphique montrant la relation entre l'dpaisseur et la structure A grain fin de la couche superficielle et la rotation de la buse; La figure 8 est un graphique montrant les défauts de surface et les types de coulée; La figure 9 est un graphique montrant la relation entre la rotation de la buse et le rapport de diamètre entre le moule et la buse; et La figure 10 représente une modification de la buse im mergée selon la présente invention. Comme représenté par la figure 2, la buse immergée est fermée d son extrémité qui est immergée dans l'acier en fusion, et est pourvue de un ou plusieurs, de préférence deux ou quatre trous de coulée suivant un angle approprié dans le sens horizontal ou vertical débouchant sur la surface circonférentielle de la partie fond, et cette buse immergée est fixée au fond d'un creuset et est entratnde en rotation de raçon indépendante par un moyen de rotation. La structure ci-dessus sera expliquée de façon plus db- taillée aveo référence b la figure 3. L'acier en fusion atteint la buse immergée 2 par l'intermédiaire de la buse de creuset 1 et est amené dans le moule 3 par le trou de coulée 4 ménagé dans la partie fond de la buse 2. A ce moment, la buse immergée 2 est maintenue par un support de buse 7 qui peut Entre entrainé en rotation par l'intermédiaire du fond 13 du creuset et de paliers a billes 8.Un pignon 14, prévu sur la partie supérieure du support de buse, est entraîné en rotation par un pignon 9 entrain par un moteur 12 par l'intermédiaire d'un réducteur 11. Sur la figure 3, le repère numérique 6 représente une protection r8fractlaire pour le palier d billes, le repère numérique 10 désigne un palier, le repère numérique 15 désigne le revêtement réfractaire du creuset et le repère numérique 5 désigne une paroi solidifiée d'acier fondu. La vitesse du courant d'acier en fusion qui jaillit du trou de rusion est déterminée par la vitesse de coulée tkg/an.) et par la dimension et le nombre des trous de coulée et l'acier en fusion est déversé dans la direction de l'angle decoulée à une vitesse V1 comme représentée par les figures 4 et 5. Etant donné que la buse immergée reçoit une certaine vitesse de rotation, l'aster en fusion qui jaillit de la buse possède une composante de vitesse V2 égale å la vitesse circonfdren- tielle de la buse immergée. Ainsi, dans le cas de la figure 4, sur laquelle la composante de vitesse, perpendiculaire au diamètre du moule, de la vitesse composée V (V1 + V2) communique un effort de rotation à l'acier en fusion, l'effort de rotation est égal d la vitesse circonférentielle V2 de la buse. Tandis que dans le cas de la figure 5 dans laquelle la composante perpendiculaire au diamètre du moule de la vitesse de coulée V1 est additionnée å la composante de vitesse V2, on obtient un effort de rotation plus puissant. De façon similaire, un grand diamètre extérieur de la partie de coulée communique un effort de rotation plus important a l'acier en fusion. Dans ce cas, la partie centrale de l'acier en fusion possède un petit diamètre du fait qu'un certain espacement est nécessaire avec la paroi du moule, tandis que la partie fond peut avoir un diamètre plus important, comme représenté sur la figure 6, de façon à augmenter la vitesse circonférentielle de la portion qui s'écoule et la force de rotation de l'acier en fusion. De cette manibres lorsque l'acier en fusion est entras en rotation b une vitesse constante b l'intérieur d'un moule, la portion du métal solidifié située le plus A l'extérieur est continu nuellement brisée oe qui empOche un développement trop important du grain unitaire et les grains sont ainsi arfinés. D'autre part, l'acier en fusion et l'acier solidifié sont pressés contre la paroi du moule par l'effort de rotation de telle sorte que l'effet de refroidissement est accru et qu'une bonne forme de braie est obtenue. De plus, lorsque l'on vise a une destruction totale de la structure granulaire, la buse immergée peut etre entranée en rotation alternativement, en un cycle court, dans un sens et dans l'autre. Le courant d'acier en fusion autour de la portion le plus b ltextErieur du métal en cours de solidification est ainsi notablement perturbé afin d'engendrer un brassage et un mélange énergi- ques. Le courant d'acier en fusion inverse son sens de 1800 d'une direction å la direction opposée de telle sorte que la formation granulaire est instable et perturbée, ce dont il résulte un arfinage remarquable des grains. Un exemple de la présente invention sera exposé ci-après. EXEMPLE De l'acier en fusion de composition AISI 304 (norme des Etats-Unis d'Amérique) a été coulé en utilisant une buse immergée telle que représentée par la figure 5, dans les conditions suivan tes Diamètre intérieur du moule 180 cm Diamètre extérieur de la buse immergée 90 cm Angle radial du trou de coulée 45" Angle horizontal du trou de coulée 25 vers le bas Température de coulée 1470 - 1490-C Rotation de la buse 50 - 100 tp. Vitesse de coulée 1100 mm/n Les résultats montrent que la structure granulaire audessous de la couche superficielle de la brame coulée est remarqua- blement affinée en comparaison d celle obtenue lorsque la buse ne tourne pas, comme représenté par la figure 7. On comprend que lteffet de la rotation est plus accentué b 100 tpm qu'h 50 tpm. La brame ainsi obtenue fut soumise i un filage à chaud. Les résultats montrent, comme représenté par la figure 8, que le produit obtenu par la présente invention possède une structure affinée en sa portion superficielle, en contaste avec la brame classique obtenue par coulée continue, dans laquelle on peut remarquer une structure en colonne, Selon la présente invention, on obtient donc une surface remarquablement améliorée après le filage à chaud. De plus, afin de déterminer l'effet de la vitesse de rotation, des expériences furent effectuées b l'aide de diverses combinaisons de diamètre intérieur du moule et de diamètre de la partie inférieure de la buse tournante. Les résultats montrent qu'il est souhaitable, pour l'obtention d'un effort de rotation efficace sur la paroi de moule que le rapport du diamètre intérieur du moule (D) et du diambtre de buse (d) soit 1,5 > D/d En outre, une limite de rotation optimale fut déterminée par le rapport du diamètre du moule et de la buse tournante, et la relation indiquée par la figure 9 fut obtenue. On comprend d'après la figure 9, que la limite optimale de rotation est déterminée par le rapport du diamètre du moule et de la partie inférieure de la buse tournante, et il est souhaitable que la condition suivante soit remplie. (D/d)3 > 5 + 150 > R > (D/d)3'5 + 25 dans laquelle R = vitesse de rotation optimale (tpm) D - diamètre intérieur du moule Quand le moule est de section transversale rec- tangulsire ou elliptique, on utilise un c8té plus court. d = diamètre de base de la buse tournante. Concernant l'angle du trou de coulée, il est souhaitable que l'angle de coulée par rapport au plan horizontal soit inférieur å 45 dans le sens radial, et que l'angle de coulée dans le plan vertical soit inférieur d 45 par rapport b la ligne horizontale perpendiculaire b l'axe de la buse. Comme modification de la buse tournante de la présente invention, la partie inférieure de la buse peut être pourvue de saillies traversées par un trou de coulée, comme représenté par la figure 10. Sur la figure 10, quatre trous de coulée 4' dirigée radialement sont prévus b un angle de 30 vers le bas. Cette modi- fixation est trbs efficace pour l'obtention d'un effort de rotation important. La présente invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront k l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de coulée rotative d'un létal en fusion, ca ractérisé en ce qu'il comporte la coulée du métal en fusion à partir d'une buse dans un moule tout en communiquant un mouvement ro tatif au métal en fusion à l'intérieur du moule en faisant tourner la buse immergée dans le métal en fusion. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la buse remplit la condition (D/d)3'5 + 150 > a R > (D/d)3'5 + 25 dans laquelle R a vitesse de rotation optimale (tpm) D = diamètre intérieur du moule. Lorsque le moule est de section transversale rectangulaire ou elliptique, on utilise un c8té plus court. d s diamètre de base de la buse tournante. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal en fusion coule de la buse à moins de 45 à gauche ou à droite par rapport au sens radial de la buse. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal en fusion coule de la buse A moins de 45* vers le bas ou vers le haut par rapport au plan horizontal de la buse. 5 - Procédé selon la revendioation 1, caractérisé en ce que la buse est entraînée en rotation alternativement dans un sens et dans le sens opposé. 6 - Dispositif de coulée rotative caractérisé en ce qu'il comprend une buse immergée supportée par un support de buse fixé de façon rotative au fond d'un creuset ou d'une poche de cou lée et par un mécanisme de rotation relié au support de buse. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la buse possède un fond fermé et est pourvue d'au moins un trou de coulée qui s' ouvre sur son côté. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en oe que le trou de coulée stétend horizontalement b moins de 45 vers la gauche et vers la droite par rapport au sens radial de la buse. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le trou de coulée s'étend vers le haut ou vers le bas à moins de 45- par rapport au plan horizontal de la buse. 10 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé zn ce que la partie inférieure de la buse possède un diamètre supérieur à celui de la partie centrale. 11 - Dispositif selon la revendication 7, oaractérisé en ce que la partie inférieure de la buse possède des saillies traversées par un trou de coulée.