Brevet FR2256790A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne le refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue de métaux, notamment d'acier. Dans ces installations, le métal est introduit de façon continue, à l'état liquide, dans une lingotière refroidie par circulation d'eau et est extrait sous forme d'une barre continue dont le centre est encore liquide et qui doit généralement etre soutenue par des organes de guidage dans la zone dite de refroidissement secondaire où se poursuivent progressivement le refroidissement et la solidification complète du métal. Dans la coulée continue des me taux à point de fusion élevé comme le fer et ses alliages, ce refroidissement a une très grande importance et doit entre effectué drune manière progressive et aussi régulièrement que possible pour éviter la formation de criques et obtenir un produit de bonne qualité métallurgique tout en gardant aux parois solidifiées une épaisseur suffisante pour résister aux efforts de traction et de guidage. Dans ce but, on utilise généralement des dispositifs faisant appel à une pulv & risation d'eau par des buses réparties autour du produit coulé, entre les organes de guidage. Ces dispositifs ne permettent pas de réaliser un refroidissement uniforme sur une surface importante, et notamment dans le cas de brames il est impossible d'obtenir la meme intensité de refroidissement sur toute la largeur de la brame De plus, chaque type de buse est conçu pour fonctionner à des débits et pressions bien déterminés, et il est nécessaire de changer les- buses ou de les régler, lorsque cela est possible, pour modifier l'intensité du refroidissement, par exemple lorsqu'on veut couler un acier de nuance différente Le réglage ou le remplacement des buses entraîne une immobilisation de la machine de coulée pendant un temps qui est fautant plus long que le nombre de buses est plus grand Pour effectuer ces opérations, il faut d'ailleurs que l'on puisse accéder aux buses entre les organes de guidage ; si cela n1 est pas possible, il faut alors démonter l'ensemble du dispositif de refroidissement, ce qui demande un temps encore plus long Le but de la présente invention est obtenir un-- refroi- dissement uniforme sur une grande surface, quels que soient son profil et ses dimensions, et de permettre le réglage, sur une plage étendue, de l'intensité de refroidissement sans avoir à modifier la structure du dispositif de refroidissement La présente invention fait appel au refroidissement par projection d'eau atomisée sur les faces du produit coulé et est caractérisée en ce que l'atomisation et la projection de l'eau sur la surface du produit coule' sont réalisés au moyen d'au moins deux jets d'air qui se rencontrent avant d'atteindre la surface du produit coulé, au moins un des jets d'air rencontrant un jet d'eau sous-pression en amont de son point de rencontre avec l'autre jet d'air ou en ce point La surface couverte par le jet d'air et d'eau atomisée ainsi obtenu dépend des pressions et débits d'air et d'eau et des dimensions des orifices de sortie des jets d'air et d'eau. En utilisant plusieurs jets on peut refroidir toutes les faces du produit coulé ; les jets peuvent entre jointifs ou slinterpé- métrer Les jets d'air rencontrent le ou les jets dteau à faible distance de leur point d'émission de façon à avoir, au point de rencontre, une énergie cinétique suffisante pour produire l'atomisation de l'eau. L'angle entre les jets d'air et d'eau qui se rencontrent est faible et en tous cas inférieur à 900. On peut régler l'angle du jet d'air et d'eau atomisée résultant en modifiant l'angle des deux jets d'air. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut utiliser des rampes alimentées en air et eau sous-pression et percées de plusieurs groupes d'orifices espacés les uns des autres, chaque groupe comportant au moins deux orifices pour l'émission de jets d'air se rencontrant à l'avant de la rampe et au moins un orifi ce pour ltémission d'un jet d'eau placé entre les deux premiers orifices de telle sorte que le jet d'eau rencontre au moins un jet d'air en amont du point de rencontre des deux jets d'air ou en ce point ; les rampes sont placées devant les faces du produit coulé à une distance telle que les jets d'air se rencontrent avant dtatteindre ces faces. Le démontage de ces rampes peut entre effectué par l'ar- rière ou latéralement, ce qui permet notamment de placer les rampes très près de la surface à refroidir et facilite les opérations de contrôle et de remplacement. Dans chaque groupe, les orifices de sortie d'air et d'eau sont, de préférence, disposés symétriquement par rapport à un même plan de symétrie longitudinal ; dans le cas où il y a un seul orifice de sortie d'eau par groupe, celui-ci est situé dans le plain de symétrie Les dispositions des différents orifices peuvent entre ou non identiques pour tous les groupes ; dans le premier cas les axes des orifices correspondants de tous les groupes sont situés dans un même plan longitudinal. Les rampes comportent une chambre médiane alimentée en eau sous-pression et deux chambres latérales alimentées en air comprimé, les orifices de sortie d'eau et d'air étant percés dans les parois avant des chambres médiane et latérales, respectivement ; les deux chambres latérales peuvent communiquer et former une chambre unique entourant la chambre médiane. Dans une réalisation préférée, la face avant des rampes est concave. Les rampes peuvent entre formées par assemblage de profilés ou de tubes. Dans la zone de refroidissement secondaire d'une installation de coulée continue où les faces du produit coulé sont soutenues par des organes de support et de guidage, les rampes sont placées entre ces organes et disposées de façon que les jets d1air et d'au atomisée puissent atteindre la surface du produit coulé dans tout l'intervalle entre deux organes de support ; ces organes peuvent être constitués par des rouleaux1 des patins, des barres, des plaques ou des grilles. La description qui suit se refère aux dessins l'accomp pagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, quelques réalisations de ltinvention et sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe transversale dtune rampe d'atomisation utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention La figure 2 est une vue suivant F de la rampe de la figure i ; en cou e en coupe La figure. 3 est une vue ransversale d'une autre rampe utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention La figure 4 est une vue suivant F' de la rampe de la figure 3 La figure 5 illustre un autre mode de réalisation des rampes ; et Les figures 6 à 9 montrent différentes installations réalisées conformément à l'invention. La rampe d'atomisation représentée sur les figures 1 et 2 est constituée par trois profilés assemblés par soudure de façon à former une chambre médiane 7 et une chambre périphérique 6. La paroi frontale de la rampe est constituG par un pro N filé i comportant dans sa partie médiane une gorge longitudinale. Dans le fond de cette gorge sont percés des orifices 3 qui font communiquer l'intérieur de la chambre 7 avec ltextérieur. Dans les flancs de la gorge sont percés des orifices 2 qui font com muniquer l'intérieur de la chambre 6 avec ltextérieur. Ces orifi- ces sont groupés dans des plans perpendiculaires au plan de symétrie longitudinal de la rampe et disposés symétriquement par rapport à ce plan ; ils sont régulièrement espacés tout le long de la rampe Les orifices des différents groupes sont alignés en rangées parallèles au plan de symétrie. Les axes des deux trous 2 d'un meme groupe se coupent en un point situé dans le plan de symétrie, à faible distance de la face avant de la rampe. Les axes des deux orifices 3 sont parallèles au plan de symétrie. Les profilés 4 et 5 ont, en coupe, la forme d'arcs de cercles, le second étant placé à l'intérieur du premier. Les extrémités des chambres 6 et 7 sont fermées, etla chambre 6 est raccordée à une alimentation en air comprimé tandis que la chambre 7 est alimentée en eau sous-pression. Par suite de la convergence des axes des orifices 2 et3 d'un même groupe, les jets d'air et d'eau sortant par ces orifices se rencontrent, et l'eau est atomisée en fines gouttelettes qui sont mises n suspension dans le jet d'air. On obtient ainsi deux jets 8 et 9 qui se rencontrent pour former un jet unique d'air et d'eau atomisée 10. Les jets émis par les groupes d'orifices voisins s'interpénètrent, comme représenté sur la figure 2, pour former un jet prismatique, de section transversale triangulaire pratiquement uniforme sur toute la longueur de la rampe. Le diamètre des orifices 2 et 3, qui peut varier de 0,5 à 5 mm, l'espacement de ces orifices' dans le sens transversal et longitudinal, qui est compris entre 5 et iOOmm, ainsi que leur inclinaison par rapport au plan médian de la rampe sont choisis en fonction du débit d'eau à atomiser, du rapport du débit massique d'eau aucçebit massique d'air qui peut varier entre t et 30, de la vitesse de l'air dans les orifices 2, qui est com prise entre 75 m/s et la vitesse du son, et éventuellement de la distance de la surface sur laquelle on projette I1 eau atomisée qui peut varier de 5 mm à 3 La rampe des figures 3 et 4 se différencie de celle décrite ci-dessus par le fait qu'elle ne comporte qu'une seule rangée d'orifices 3' pour l'émission de jets d'eau dont les axes sont situés dans le plan de symétrie longitudinal de la rampe, ies orifices 2' pour l'émission de jets d'air étant disposés symétriquement par rapport à ce plan comme dans l'exemple précédent Cette rampe est formée de trois profilés 1',4' et 5' constitués par des portions de tubes et assemblés par soudage les profilés 4' et 5I sont concentriques. La figure 5 montre un autre mode de réalisation des rampes. Dans ce cas, chaque rampe est constituée par llassembla- ge de trois tubes 20,22 et 24, ronds ou polygonaux maintenus par des colliers ou des brides autorisant les dilatations relatives des tubes. Le tube central 20 est alimenté en eau sous-pression et les deux tubes latéraux 22 et 24 en air comprimé. Les figures 6 à 9 montrent différentes possibilités d'utilisation des rampes dans une installation de coulée continue. Sur la figure 6, la brame coulée 26 est guidée et supportée, à intervalles réguliers, par des rouleaux à axe horizontal 28. Entre les rouleaux on place au moins une rampe 30du type décrit plus haut. L'angle du jet produit par la rampe et sa distance à la face de la brame sont choisis pour que toute la surface de la brame comprise entre les lignes d'appui des deux rouleaux soit atteinte par ce jet. La rampe est disposée parallèlement à la face de la brame et s'étend sur toute sa largeur. Si nécessaire, des rampes peuvent aussi etre placees devant les petites faces de la brame, parallèlement ou perpendiculairement à la direction de coulée. Sur la figure 7, la brame est guidée et supportée par des organes assimilables à des grilles 32. Entre les "barreaux" de ces grilles, on dispose des rampes d'atomisation 34 de sorte que les parties de la surface de la brame passant devant les "trous" des grilles soient soumises à ltaction directe des jets dtair et d'eau atomisée. Sur la figure 8, la brame est guidée et supportée par un ensemble de patins ou de plaques 36 refroidis ou non par circulation d'eau ou par pulvérisation. Entre les patins on dispose des rampes 38 qui projettent des jets d'air ou dleau atomisée sur la surface de la brame, dans tout ltespace laissé libre par les patins Les plaques ou patins peuvent etre percés d'ouvertures débouchant sur la brame et, dans ce cas, des rampes d'atomisation peuvent entre placées derrière ces plaques ou patins pour refroidir la brame à travers ces ouvertures. Sur la figure 9, la brame est guidée et supportée par des patins creux 40 et des rampes d'atomisation 42 sont placées entre les patins et a l'intérieur des patins. Les rampes d'atomisation peuvent etre utilisées en combinaison avec des buses de pulvérisation ou d'atomisation classiquels Compte tenu de leur plus grande efficacité, il est préférable de placer les rampes d'atomisation immédiatement au-dessous de la lingotière et les dispositifs de refroidissement classiques dans la zone où la solidification est plus avancée. Des rampes d'atomisation peuvent aussi être fixées au bas de la lingotière. Dans le cas où les faces duproduit coulé ne sont pas planes, la forme des rampes peut entre adaptée à leur profil Si necéssaire, les rampes peuvent etre protégées du rayonnement thermique par des écrans latéraux ou refroidies au moyen d'un fluide circulant dans une chemise entourant partiellement la rampe. R E V E N D I C A T I O N S i. Procédé de refroidissement du produit coulé dans la zone de refroidissement secondaire d'une installation de coulée continue par projection d'eau atomisée sur les faces du produit coulé, caractérisé en ce que l'atomisation et la projection de l'eau atomisée sur les faces du produit sont réalisées au moyen d' 'au moins deux jets d'air qui se rencontrent avant dtatteindre la surface du produit coulé, et au moins un des deux jets d'air rencontre un jet d'eau sous-pression en amont du point de rencontre des deux jets d'air ou en ce point 2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les jets d'air rencontrent le ou les jets d'eau à faible distance de leur point d'émission, de façon à avoir une énergie cinétique suffisante pour assurer l'atomisation de lteau. 3 Procédé de refroidissement selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'angle entre chaque jet dteau et le jet d'air qui assure son atomisation est inférieur à 900. 4. Procédé de refroidissement selon la revendication i, 2 ou 3, caractérisé en ce que la vitesse d'émission des jets d2air est comprise entre 75 m/s et la vitesse du son. 5. Installation pour le refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue par projection d'eau atomisée au moyen de jets d'air, caractérisée en ce qu'elle comprend des rampes alimentées en air et eau sous-pression et comportant plusieurs groupes d'orifices espacés les uns des autres, et chaque groupe comprend au moins deux orifices pour l'émission de jets dtair orientés de façon que ces jets se rencontrent à l'avant de la rampe, et,au moins un orifice pour l'émission d'un jet d'eau placé entre les deux premiers orifices et orienté de façon que le jet dteau rencontre au moins un des jets d'air en amont du point de rencontre des deux jets d'air ou en ce point, les rampes étant placées devant les faces du produit coulé à une distance telle que les jets d'air se rencontrent avant d atteindre~ces faces. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque groupe d'orifices comporte deux orifices de sortie dtair disposés symétriquement par rapport au plan médian longitudinal de la rampe et un orifice de sortie d'eau dont l'axe est situé dans ce plan. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque groupe d'orifices comporte deux orifices de sortie d'air disposés symétriquement par rapport au plan médian longitudinal de la rampe, et deux orifices de sortie d'eau disposés symétriquement par rapport à ce plan. 8. Installation selon la revendication 5,6 ou 7, caractérisée en ce que les dispositions des orifices sont identiques pour tous les groupes, les orifices étant alignés suivant des rangées parallèles au plan médian longitudinal de la rampe, et les orifices de sortie d'eau sont percés dans la zone médane de la paroi avant de la rampe, tandis que lesorifices de sortie dtair sont percés dans les zones latérales de cette paroi. 9. Installation selon la revendication 5,6,7 ou 8, caractérisée en ce que la paroi avant de la rampe est concave. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la paroi avant de la rampe a, en coupe, un profil en arc de cercle. il. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la paroi avant de la rampe comporte une gorge longitudinale et les orifices de sortie d'eau sont percés au fond de la gorge tandis que les orifices de sortie d'air sont percés dans les flancs de la gorge 12. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que es rampes comportent une chambre médiane alimentée en eau souspression et deux chambres latérales alimentées en air comprimé, les orifices de sortie d'air et d'eau étant percés dans les parois avant des chambres médiane et latérales, respectivement. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que les deux chambres latérales communiquent entre elles pour former une chambre unique entourant la chambre médiane. 14. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la rampe est formée par assemblage de trois tubes : un tube central constituant la chambre médiane et deux tubes latéraux constituant les chambres latérales, ces tubes étant assemblés par des brides ou des colliers autorisant leurs dilatations relatives. 15. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les groupes d'orifices de chaque rampe sont disposés de telle sorte que les jets produits par les groupes voisins s'interpénètrent. 16. Installation pour le refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue, caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison des organes de support et de guidage du produit cuulé espacés les uns des autres sur au moins une face du produit et des rampes alimentées en air et eau sous-pression et comportant plusieurs groupes d'orifices espacés les uns des autres, chaque groupe comprenant au moins deux orifices pour de jets dtair orientés de façon que ces jets se rencontrent à lavant de la rampe et au moins un orifice pour llémission d'un jet d'eau placé entre les deux premiers orifices et orienté de façon que le jet d'eau rencontre au moins un des jets d'air en amont du point de rencontre des deux jets dtair ou en ce point, et ces rampes étant placées entre les organes de support et disposées de façon que les jets d'air et d'eau atomisée qu'elles produisent puissent atteindre la surface du produit coulé dans tout l'intervalle entre les organes de support. 17. Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que les organes de support sont constitués par des patins creux, ouverts du coté du produit coulé et des rampes d'atomisation sont placées à l'intérieur des patins. 180 Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que plusieurs organes de support sont liés entre eux pour former une grille, et les rampes sont placées derrière les ouvertures de la grille de façon à projeter les jets d'air et d'eau atomisée quelles produisent sur la surface du produit coulé passant devant ces ouvertures. 19. Installation selon la revendication 5 ou 16, caractérisée en ce que chaque groupe d'orifices comporte deux orifices de sortie d'air disposés symétriquement par rapport à un plan faisant un angle compris entre O et 900 avec un plan normal à la surface à refroidir et un orifice de sortie d'eau dont l'axe est situé dans le plan de symétrie des orifices de sortie d'air. 20. Installation selon la revendication 5 ou 16, caractérisée en ce que chaque groupe d'orifices comporte deux orifices de sortie d'air disposés symétriquement par rapport à un plan faisant un angle compris entre O et 90a avec un plan normal à la surface à refroidir et deux orifices de sortie d'eau disposés symétriquement par rapport au plan de symétrie des orifices de sortie d'air,