Brevet FR2211309A1 — publié le 19740719

L'invention concerne les dispositifs pour le refroidissement de la lingotière dans les installations de coulée A extraction périodique des lingots, de préf6rence vers le haut. Les installations de coulée semi-continue, et surtout de coulée continue des métaux, se sont largement répandues en un temps court. On connait, par exemple, des installations de types vertical, courbe 8 rayon constant ou variable, horizontal. Dernièrement, on a mis au point et publié un procédé de coulée continue de lingots prévoyant le refoulement forcé du métal liquide 8 travers un dispositif de coulée en source, par le bas, dans une lingotière refroidie courbe è rayon constant, et l'extraction périodique du lingot à. cette lingotière en montée, vers le dispositif de refroidissement secondaire, avec variation périodique de la pression du métal liquide sur la peau du lingot dans la sone de la lingotière (certificat d'auteur d'invention d'URSS nO 265.385). Les dispositifs connus pour le refroidissement de la lingotière comprennent d'ordinaire une tuyauterie raccordant la capacité d'agent de refroidissement 8 une pompe et è la lingotière b refroidir. L'agent de refroidissement le plus fréquemment employé est l'eau provenant d'un système de distribution, dont la température est proche de la température ambiante et qui, lors de sonpassage à. travers la lingotière, s'échauffe de quelques degrés. Avant d'etre ramenée au dispositif pour le refroidissement de la lingotière, lteau réchauffée est refroidie dans des ouvrages spéciaux. La température de l'eau admise à la lingotière peut fluctuer dans une plage étroite, mais ses fluctuations ne sont pas nécessitées par la fabrication, surtout dans les installations ot le lingot est extrait de la lingotière en continu. Des recherches et des calculs exécutés par les auteurs montrent que, dans le cas où la coulée continue avec extraction périodique du lingot å la lingotière refroidie est exécutée avec des variations de la température de l'agent de refroidissement dans un intervalle prédéterminé pendant les pauses entre les extractions du lingot, on obtient des avantages technologiques notables permettant d'élaborer des lingots de qualité plus haute. Toutefois, les dispositifs connus pour le refroidissement des lingotiares ne permettent pas de changer la température de l'agent de refroidissement admis à la lingotière de quelques centaines de degrés, par exemple de 200-400 C, alors qu'une telle variation de la température serait justement désirable pendant les pauses entre les extractions du lingot dans les installations où les lingots sont extraits de la lingotière périodiquement. Le but de l'invention est de supprimer les difficultés indiquées. On s'est proposé de créer un dispositif pour le refroidissement de la lingotière dans une installation de coulée à extraction périodique des lingots, dotée d'un appareil qui assurerait le réchauffage et le refroidissement de l'agent de refroidissement jusqu'à des températures prédéterminées et l'admission alternée à la lingotiere à refroidir de l'agent de refroidissement tantôt réchauffé, tantôt refroidi, selon le stade de formation ou d'extraction du lingot, ce qui permettrait d'obtenir des lingots ayant une surface extérieure ameliorée. La solution consiste en un dispositif pour le refroidissement de la lingotière dans une installation de coulée à extraction périodique des lingots, comprenant un réservoir d'agent de refroidissement raccordé par une conduite à une capacité pour l'agent refroidissement, laquelle est raccordée par une conduite d'amenée et une conduite d'évacuation à une pompe et à la lingotière, dispositif dans lequel, d'après l'invention, il est prévu un élément abaissant la température de l'agent de refroidissement, incorporé dans ladite capacite destinée à l'agent de refroidissement à basse température, ainsi qu'une capacité supplémentaire destinée à un agent de refroidissement à haute température; dans la capacité supplémentaire est monté un élément chauffant destiné à réchauffer l'agent de refroidissement jusqu'à une température de l'ordre de 400toc; la capacité supplémentaire comporte des tubulures pour son raccordement aux conduites d'amenée et d'avacuation; sur les tubulures et les conduites, il y a des robinets pour mettre alternativement lesdites capacités en communication avec la lingotière à refroidir et couper cette communication, ce qui assure la circulation alternée d'un agent de refroidiss-ement à température haute ou basse dans la lingotière. Un tel dispositif assure le refroidissement de la lingotière par l'agent de refroidissement, tantdt réchauffé, tantôt refroidi, en accélérant ainsi la formation du lingot et en allégeant son extraction, ce qui a un effet favorable sur la formation de la surface exterieure du lingot, laquelle est obtenue de qualité plus bute. I1 est avantageux de doter le dispositif d'une pompe auxiliaire et de raccorder cette pompe à l'aide de tubulures à chacune des capacités mentionnées pour l'agent de refroidissement et à la conduite allant au réservoir d'agent de refroidissement; dans les parois desdites capacités, au-dessus du niveau prescrit d'agent de refroidissement, on peut réaliser des orifices formant un canal qui fait communiquer les capacités entre elles. Le canal réalisé dans les parois des capacités met les capacités en communication, et la pompe auxiliaire permet de transvaser l'agent de refroidissement d'une capacite à l'autre et d'assurer ainsi la stabilisation de la température de l'agent de refroidissement dans chacune des capacités en accord avec celle prescrite ; de plus, la pompe auxiliaire assure le remplissage des capacités et des conduites du dispositif avec l'agent de refroidissement du réservoir avant la mise en action de l'installation. I1 est souhaitable de doter le dispositif d'un réservoir de gaz et de raccorder ce réservoir à l'aide de tubulures à une source de gaz comprimé et à l'une des capacités indiquées pour l'agent de refroidissement. La rationalité du remplissage du dispositif de refroidissement de la lingotière avec un gaz, préféreniellement inerte, s'explique comme suit. Actuellement, an tant qu'agent de refroidissement de la lingotière, on peut utiliser efficacement un caloporteur liquide métallique : un alliage de sodium et de potassium. Le sodium et le potassium sont des métaux chimiquement actifs, réagissant énergiquement avec l'hydrogène et la vapeur d'eau qui, en règle générale, sont présents dans l'air. Pour prévenir l'interaction indésirable du sodium et du potassium avec l'air, si cet alliage est utilisé en tant qu'agent de refroidissement, avant de les admettre aux capacités, il est souhaitable de remplir les canaux de la lingotière et les conduites du dispositif avec un gaz, préférentiellement inerte, admis à partir du réser- voir de gaz mentionné. Pour expliquer l'invention, on décrit plus bas des exemples de réalisation du dispositif pour le refroidissement de la lingotière dans une installation de coulée de lingots, avec référence au dessin annexé qui représente schématiquement le dispositif décrit, conforme à l'invention. Le dispositif pour le refroidissement de la lingotière dans une installation de coulée à extraction périodique. des lingots comprend une capacite 1 pour un agent de refroidissement 2 à bas point de fusion. La capacité I est raccordée au collecteur d'entrée 3 de la lingotière 4 à l'aide d'une conduite d'amenée 5, par laquelle l'agent de refroidissement va à la lingotière 4. Dans la conduite 5 est intercalée une pompe 6, à l'aide de laquelle l'agent de refroidissement de la conduite 5 est refoule à la lingotière 4. L'agent de- refroidissement sort de la lingotière 4 par le collecteur de sortie 7 auquel est connectée la conduite 8 évacuant l'agent de refroidissement. Le second bout de la conduite d'évacuation 8 est connecté à la capacité 1. Dans la capacité 1 est placé un élément 9 pour le refroidissement de l'agent de refroidissement 2. Cet élément est un serpentin dans lequel circule un fluide de refroidissement, préférentiellement de l'eau A côté de la capacité 1 est installée une capacité supplémentaire 10 pour un agent de refroidissement 11 à haute température, doté d'un élément chauffant 12 destiné, préférentiellement, au chauffage initial de l'agent de refroidissement 11 jusqu'à une température de l'ordre de 4000C. Les deux capacités du dispositif peuvent être remplaces par une chambre è plusieurs compartiments. La capacité 10 comporte deux tubulures 13 et 14 à l'aide desquelles elle est raccordée à la conduite d'amenée 5 et à la conduite d'évacuation 8. Sur les conduites 5 et 8 et sur les tubulures 13 et 14 sont respectivement montés des robinets 16, 17 et -15, 18 permettant de mettre alternativement en circuit les capacités 1 et 10 pour l'admission alternée dé l'agent de refroidissement de température voulue à la lingotière 4. Dans la partie supérieure des parois des capacités 1 et 10 est réalisé un canal 19 par lequel l'agent de refroidissement peut passer d';une capacité à l'autre. Les eapacités 1 et 10 sont de plus reliées entre elles par des tubulures 20, entre lesquelles est intercale une pompe auxiliaire 21 pour le transvasement de l'agent de refroidissement d'une capacité à l'autre. A l'une des tubulures 20 est connectée une conduite 22 allant au réservoir 23 d'agent de refroidissement. La tubulure 20 de la capacité 10 et la conduite 22 sont dotées de robinets 24. La capacité 1 ou la capacité 10 peut avoir d la partie supérieure une tubulure 25 raccordée à un réservoir 26 de gaz comprimé, préférentiellement inerte. Le réservoir 26 est à son tour raccordé par une tubulure 27, dotée d'un robinet 28, à une source 29 de gaz comprimé Sur la tubulure 20 de la chambre 1 est monte un robinet 31, raccordé par une conduite 32 à une source de dépression (non représentée sur le dessin, dans laquelle la pression du gaz est inférieure à la pression atmosphérique. En tant qu'agent de refroidissement, il est recommandé utiliser un métal liquide à bas point de fusion, par exemple un alliage de sodium et de potassium qui, dans le cas de la compositidn eutectique (22-,8 Z de sodium et 77,2 7. de potassium), a un point de fusion de -120C et-un point d'ébullition de 784 C. Cet alliage se preste bien au pompage par induction. Toutefois, on peut aussi utiliser en tant qu'agent de refroidissement d'autres substances. Le dispositif pour le refroidissement de la lingotière dans une installation de coulée de lingots fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer la coulée dans 1 'installation, on prépare le dispositif au fonctionnement. A cet effet, on prépare d'abord le dispositif au remplissage avec l'agent de refroidissement. On le remplit d'agent de refroidissement. Puis, on prépare l'agent de refroidissement de telle façon qu'il puisse être admis à la lingotière 4 alternativement à des températures différentes. La préparation du dispositif de refroidissement au remplissage avec l'agent de refroidissement consiste à remplir toutes les conduites et les tubulures, les capacités 1 et 10 et les canaux de la lingotière 4 avec un gaz préférentiellement inerte, admis du réservoir 26. Le réservoir 26 reçoit le gaz d'une source 29 de gaz comprimé, à travers la tubulure 27 et le robinet 28. Une fois le dispositif rempli de gaz inerte, on procède à son remplissage avec l'agent de refroidissement. Comme l'agent de refroidissement recommande est un alliage de sodium et de potassium, og le refoule dans le dispositif de refroidissement à partir du réservoir 23, par la conduite 22 et le robinet ouvert 24, à l'aide de la pompe 21 du type à induction. Dans le réservoir 23, l'alliage de sodium et de potassium doit se trouver sous une couche d'huile minérale 30. Pour assurer l'amorçage de la pompe à induction 21, il faut remplir au préalable son canal avec l'agent de refroidissement issu du réservoir 23. Cette opération peut être réalisée en mettant en dépression la conduite 22, à l'aide du robinet 31 monté sur la tubulure 20 de la capacité 1. La mise en dépression s1effectue gracie à la conduite 32 qui est raccordée à une source de dépression (non représentée sur le dessin). Après remplissage du canal de la pompe à induction 21 avec l'agent de refroidissement, on met la pompe sous tension et, simultanément, à l'aide du robinet 31, on isole la conduite 32 et l'on établit la communication avec la tubulure 20. L'agent de refroidissement aspiré au réservoir 23 passe par la conduite 22, la pompe 21 et la tubulure 20, entre d'abord dans la chambre 1 puis, en passant par les conduites 5 et la tubulure 13, les robinets 15 et 16 étant ouverts, il arrive à la capacité 10 et au canal de la pompe principale à induction6. Ensuite, le remplissage du dispositif de refroidissement avec l'agent de refroidissement s'effectue à l'aide de la pompe à induction 6 qui, étant mise en action, remplit d'abord les canaux de la lingotière 4, puis la conduite d'évacuation 8. Le remplissage du dispositif avec l'agent de refroidissement s'achève quand les conduites, les tubulures et les canaux de la lingotière 4 sont complètement remplis d'agent de refroidissement et le niveau de l'agent de refroidissement 2 dans les capacités 1 et 10 est monté à peu près jusqu'au canal 19 mettant en communication les capacités 1 et 10. Ensuite, on ouvre le robinet 24 sur la tubulure 20 et l'on ferme le robinet 24' sur la conduite 22, ce qui interrompt la venue de l'agent de refroidissement à partir du réservoir 23. Pendant le remplissage du dispositif avec l'agent de refroidissement, le gaz inerte est chassé du dispositif au réservoir 26, dans lequel il est comprimé ou bien, à l'aide d'une soupape de détente (non représentée sur le dessin), il est purgé à l'atmosphère. Après remplissage du dispositif avec l'agent de refroidissement, il est recommandé de le faire circuler à vide, à l'aide des pompes 6 et 21, pendant un certain temps suffisant pour l'évacuation complète du gaz resté dans le dispositif de refroidissement. Ensuite, on arrête les pompes 6 et 21 et l'on ferme toutes les tubulures et toutes les conduites, sauf la tubulure 20 de la capacité 1, laquelle reste ouverte pendant le fonctionnement du dispositif au cours de la coulée du métal. Plus loin, la préparation du dispositif au fonctionnement consiste à réchauffer l'agent de refroidissement 2 dans la capacité 10 jusqu'à une température de l'ordre de 4000C, l'agent de refroidissement porté à cette température étant repéré 11, et à admettre à l'élément 9, monté dans la capacité 1, le fluide de refroidissement, préférentiellement de l'eau. Ceci termine la préparation du dispositif au fonctionnement. Pendant la coulée du métal dans l'installation avec extraction périodique du lingot à la lingotière 4, conformément au régime prescrit, on admet klternativement à la lingotière 4, à l'aide de -la pompe 6, l'agent de refroidissement 2 à basse température à partir de la'- capacité 1 et l'agent de refroidissement 11 à haute température à partir de la capacité 10. Quand c'est l'agent de refroidissement 2 à basse température-qui est admis, les robinets 16 et 17 sont ouverts, tandis que les robinets 15 et îa sont fermes, Quand c'est l'agent de refroidissement 11 à haute température qui est admis, les robinets 15 et 18 sont ouverts, tandis que les robinets 16 et 17 sont fermés. L'agent de refroidissement 2 à basse température et l'agent de refroidissement Il à haute température, en circulant à travers la lingotière 4, s'échauffent de quelques degrés. Pour qutà la longue les agents de refroidissement 2 et li ne soient pas exçesslvement échauffés on les refroiditde la façon suivante. L'agent de refroidissement 2 à basse température est refroidi par extraction de ses calories au moyen de ltélément 9, dans lequel on fait circuler le fluide de refroidissement. L'agent de refroidissement ll à haute température est refroidi par eddition d'agent de refroidissement 2 à basse température que l'on transvase à 11 aide de la pompe auxiliaire 21. Pour cela, on ouvre le robinet 24 sur la conduite 20 et, à l'aide de la pompe à induction 21, on refoule la quantité nécessaire d'agent de refroidissement 2 à basse température dans la chambre 10, par la tubulure 20 ; l'excès d'agent de refroidissement 11 à haute température passe alors de la chambre 10 à la chambre 1 par le canal 19. La coulée terminée, on vidange les conduites, les tubulures, les canaux de la lingotière 4 et les capacités 1 et 10 du dispositif de refroidissement de la lingotière 4 en faisant passer l'agent de refroidissement au réservoir 23 et en les remplissant simultanément de gaz inerte à partir du réservoir 26. Il va de soi que les spécialistes peuvent apporter au dispositif, décrit à titre d'exemple nullement limitatif, diverses modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le refroidissement de la. lingotière dans une installation de coulée à extraction périodique des lingots, comprenant un réservoir d'agent de refroidissement raccordé par une conduite à une capacité pour l'agent de refroidissement, laquelle est raccordée par une conduite d'amenée et une conduite d'évacuation à une pompe et à la lingotière, caractérisé en ce qu'il est prévu un élément abaissant la température de l'agent de refroidissement incorporé dans ladite capacité destinée à l'agent de refroidissement à basse température, ainsi qu'une capacité supplémentaire destinée à un agent de refroidissement à haute température; dans la capacité suppléientaire est monté un élément chauffant destiné à réchauffer l'agent de refroidissement jusqu'a une température de l'ordre de 4000C; la capacité supplémentaire comporte des tubulures pour son raccordement aux conduites d'amenée et dtévacustion; sur les tubulures et les conduites, il y a des robinets pour mettre alternativement lesdites capacités en communication avec la lingotière à refroidir et couper cette communication, ce qui assure la circulation alternée d'un agent de refroidissement à température haute ou basse dans la lingotière. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé -en ce qu'il comporte une pompe auxiliaire raccordée à l'aide de tubulures à chacune des capacités mentionnées pour l'agent de refroidissement et à la conduite allant au réservoir d'ageat de refroidissement, et que dans les parois desdites capacités, au-dessus du niveau prescrit d'agent de refroidissement sont réalisés des orifices formant un canal qui fait communiquer les capacités entre elles. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir raccordé à l'aide de tubulures à une source de gaz comprimé et à l'une des capacités indiquées pour l'agent de refroidissement,