Brevet FR2317980A1 — publié le 19770211

La présente invention est relative à des perfectionnement aux procédés de coulée continue des métaux. Dans le texte qui suit, il est principalement question de la coulée continue de l'acier, mais il est bien entendu que ces considérations ainsi que les revendications restent valables pour tous les métaux susceptibles d'être coulés dans les @onditions ainsi définies. Les processus de coulée continue des métaux consis tent à verser le métal liquide à partir d'une poche de coulée, directement ou par l'intermédiaire d'un panier de coulée, dans une lingotière de coulée continue, refroidie à l'eau. Sous l'ac tion de ce refriodissement dit primaire, s'amorce la solidi fication du métal coulé qui sort régulièrement par l'extrémité inférieure ouverte de ladite lingotière. Le lingot et cours de solidification solidification sortant de façon continue de la lingotière est soumis également à un refroidisse ment par eau. Ce refroidissement dit secondaire assure la solidi fication progressive et complète du métol. Le déplacement du lingot en cours de solldification est en général assuré au moyen d'une traction dans le sens approprté, exercée sur le lingot à un endroit où il est pratiquement solidifié sue toute son épaisseur. Or, la progression de la solidification du métal, de la périphérie du lingot vers @on centre, dans la lingotière, limite la vitesse de déplacement du lingot. Une vitesse d'extrac tion trop élevée conduit à la r@pture de la paroi encore peu résistante du lingot, avec tous les inconvénients que cela comporte. Bien que soumis à la sujétion ci-dessus, l'aciériste a cependant essayé, pour des raisons évidentes de productivité, d'augmenter la vitesse de sortie du lingot hors de la lingotière de coulée continue. Dans ce but, on a essayé d'accrottre la vitesse de refroidissement du lingot dans la lingotière même, en allongeant celle-ci, ce qui est forcement limités On a encore essayé l'application d'un sabot de refroidissement sur le lingot à l'endroit de sortie de celui-ci hors de la lingotière ; ce sabot est constitué par une plaque métallique appliquée contre les parois du lingot et refroidie énergiquement à l'eaux Cette technique n'a toutefois pas permis d'accroître dans la proportion escomptée la vitesse d'extraction du lingot hors de la lingotière, dans des conditions technologiquement acceptables, notamment en raison de l'usure rapide des sabots et de leur pouvoir refroi disseur relativement faible. La présente invention a précisément pour obJet un procédé permettant d'augmenter sensiblement cette vitesse d'extraction, sans encourir les inconvénients susmentionnés0 Le procédé pour la coulée continue des métaux, ob Jet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que, dès sa sortie de la lingotière de coulée continue, on soumet le lingot à une opération de refroidissement intense dans une installation à haut coefficient de transfert calorifi que, par proJection directe d'un fluide approprié sur la plus grande partie au moins de la périphérie du lingot, et en ce que, au cours de cette phase de refroidissement intense, on abaisse la température de la peau du lingot d'au moins 25O0C Jusqu'à une valeur inférieure à 900 C. I1 a été trouvé que de cette façon, la vitesse de solidification de la paroi du lingot est accélérée de façon importante et qu'il est possible d'accroître sa vitesse d'ex traction sans danger de rupture de la paroir Suivant une modalité avantageuse de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on règle les conditions de refroi dissement du lingot, à la sortie de la zone de refroidissement intense, pour que la paroi uu lingot soit soumise à un revenu grâce aux calories venant du coeur du lingot. On a en effet constaté que le refroidissement in tense de la paroi extérieure du lingot contribue à réduire les défauts Xuperficiels de cette paroi, laquelle présente, après le revenu auquel elle est soumise grâce aux calories venant du coeur du lingot, un aspect de surface de réelle qualité. Suivant l'invention, le fluide refroidissant peut être un liquide tel que de l'eau, éventuellement tenant en so lution ou en suspension des matières telles que des sels minéraux ou des éléments tensio-actIfs ; on peut également utiliser un gaz, par exemple de la vapeur d eau, ou un brouillard. Suivant une modalité préférentielle du procédé de l'invention, on projette le fluide refroidissant sur le lingot à tres grande vitesse, par exemple une vitesse supersonique, ce qui augmente encore l'effet refroidissant de la projection, notamment en assurant l'enlèvement systématique de la pellicule qui adhère normalement au lingot soumis au refroidissement. La présente invention a également pour objet un dis positif grâce auquel on peut mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessuso Le dispositif, Objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une zone cen trale libre servant de passage au lingot à refroidir et des injecteurs de fluide refroid-ssant, judicieusement répartis autour d'une même section droite du lingot Suivant une première modalité constructive du dis positif de l'invention, les dispositifs de projection du flui de refroidisseur formant la rampe de refroidissement à haut coefficient de transfert calorifique sont constitués de deux conduits coaxiaux dont le conduit central a sa paroi pourvue d'orifices pour la pulvérisation du fluide sur la périphérie du lingot qui défile à l'intérieur, tandis que l'espace entre le conduit périphérique et le conduit central constitue un réser voir alimenté en fluide, en vue de la pulvérisation : de tels dispositifs peuvent être placés à très courte distance à 1a suite l'un de l'autre. Suivant une deuxième modalité constructive du dispositif de l'invention, les unités de refroidissement sont constituées de deux buselures coaxiales, disposées l'une à la suite de -l'au- tre de façon non Jointive, et dans lesquelles circule le lingot à refroidir ; la buselure, dite buselure amont, c'est-à-dire celle par laquelle le lingot pénètre dans le dispositif, est de forme convergente dans le sens du déplacement du lingot, l'orifice aval de cette buselure amont est de dimensions radiales au plus égales aux dimensions correspondantes de l'orifice amont de la seconde buselure dite buselure aval, l'extrémité amont de la buselure aval est munie d'un embout enveloppant à la fois le passage annulaire créé entre les deux buselures écartées l'une de l'autre et l'extrémitéaval de l'autre buselure, le dispositif étant en outre pourvu de moyens pour alimenter en un fluide sous pression, tel que de l'eau, le passage annulaire réalisé entre les deux buselures. Suivant une troisième moalité constructive du disposi Uif de l'invention, les injecteurs sont constitués de deux con duits coaxiaux et sont munis à leur extrémité d'une tête prolon geant les deux conduits coaxiaux ; le profil interne du prolongement du conduit central dans cette tète est convergent divergent (tuyère d Laval par exemple) sur son axe longitudinal, dans le sens de ltecoulement du fluide refroidissant et la paroi de la partie divergente précitée est pourvue de conduits de communication avec l'espace annulaire compris entre les deux tubes coaxiaux ledit espace servant à l'amenée d'un fluide destiné à être mélangé au fluide refroidisseur, ou à l'atomiser. Il est avantageux dlutiliser, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, des dispositifs de refroidissement équipés de moyens pour supporter les parois du lingot, normale ment moins épaisses que dans le procédé classique ; l'emploi de tels refroidisseurs - supports permet de ne pas faire usage de moyens séparés tels que des galets. Sur la figure ci-ointe est représenté, non à l'échel- le et purement à titre d'exemple, un dispositif à haut coefficient de transfert calorifique, pour le refroidissement intense d'une billette (100 x '00) coulée en continu. (Vue en élévation). Ce dispositif ou caissons placé le plus près possi ble de l'orifice de sortie de la lingotière, est constitué de deux conduits coaxiaux (1) et (2) de section carrée et de 100 zEm de longueur Le conduit intérieur (1) entoure la billette (3), à faible distance de celle-ci ; la paroi de ce conduit est percée de nombreux orifices (4) pour la pulvérisation d'eau sous haute pression. Le conduit externe (2) délimite avec des fonds (5) et (6) une chambre (7) alimentée en eau par le moyen de ltembout (8). Des bagues (9) et (10)- solidaires du caisson assurent le maintien des parois de la billette, peu épaisses à cet endroit. Ces modalités constructives permettent d'assurer un refroidissement particulièrement énergique de la paroi du lingot et partant, d'accroître sa vitesse d'extraction de fagon appréciable sans risque de rupture de la paroi. REVENDICATIONS 1 / Procédé pour la coulée continue des métaux, c a r a c t é r i s e en ce que, axes sa sortie de la lingotière de coulée continue, on soumet le lingot à une opération de refroi pissement intense dans une installation à haut coeffIcient de transfert calorifique, par projection directe d'un fluide appro prié sur la plus grande partie au moins de la périphérie du lingots et en ce que, au cours de cette phase de refroidissement intense, on abaisse la température de la peau du lingot d'au moins 2500 C jusqu'à une valeur inférieure à 900 C. 2 / Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t e r i s é en ce que l'on règle les conditions de refroidis sement du lingot, à la sortie de la zone de refroidissement intense, pour que la paroi du lingot soit soumise à un revenu grace aux calories venant du coeur du lingot. 30/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi cations 1 et 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le fluide refroidissant est un liquide tel que de l'eau, éventuellement tenant en solution ou en suspension des matières telles que des sels minéraux ou des éléments tensio-actifse 4 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 et 2, prise isolément, c S r a c t é r i s é en ce que le fluide est un gaz, par exemple de la vapeur doleau, ou un brouillard. 50/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi cations 1 à 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on projette le fluide refroidissant sur le lingot à très grande vitesse, par exemple supersonique. 6 / Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une ou l'autre des revendications I à 5, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comporte une zone centrale libre servant de passage au lingot a' refroidir et des injecteurs de fluide refroidissant, Judicieusement répartis autour d'une même section droite du lingot. y0/ Dispositif suivant la revendication 6, c a r a c t é r i s é en ce que les dispositifs de proJection du fluide refroidisseur formant la rampe de refroidissement à haut coefficient de transfert calorifique sont constitués de deux conduits coaxiaux dont le conduit central a sa paroi pourvue d'orifices pour la pulvérisation du fluide sur la périphérie du lingot qui défile à l'intérieur, tandis que l'espace entre le conduit periphérique et le conduit central constitue un ré servoir alimenté en fluide, en vue de la pulvérisation. 80/ Dispositif suivant la revendication 6, c a r a c t é r i s é en ce que les unités de refroidissement sont constituées de deux buselures coaxiales, disposées l'une à la suite de l'autre, de façon non Jointive, et dans lesquelles circule le lingot à refroidir, en ce que la buselure, dite bu selure amont, c'est-à-dire celle par laquelle le lingot pénè trie dans le dispositif est de forme convergente dans le sens du déplacement du lingot, l'orifice aval de cette buselure amont étant de dimensions radiales au plus égales aux dimensions correspondantes de l'orifice amont de la seconde buselure dite buselure aval, en ce que l'extrémité amont de la buselure aval est munie d'un embout enveloppant à la fois le passage annulaire créé entre les deux buselures, et en ce que le dispositif est en outre pourvu de moyens pour alimenter en un fluide sous pres sion, tel que de l'eau, le passage annulaire réalisé entre les deux buselures. 90/ Dispositif suivant la revendication 6, c a r aic t é r i s é en ce que les injecteurs sont constitues de deux conduits coaxiaux et sont munis à leur extrémité d'une tête prolongeant les deux conduits coaxiaux, en ce que le profil interne du prolongement du conduit central dans cette tete est convergent-divergent (tuyère de Laval par exemple) sur son axe longitudinal, dans le sens de l'écoulement du fluide refroidissant, et en ce que la paroi de la partie divergente précitée est pourvue de conduits de communication avec l'espace annulaire compris entre les deux tubes coaxiaux, ledit espace servant à l'amenée d'un fluide destiné à être mélangé au fluide refroidis seul, ou à l'atomiserB 100/ Dispositif suivant lune ou l'autre des revendications 6 à 9, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce qu'il est muni de moyens pour supporter la paroi du lingot.