Brevet FR2329383A1 — publié le 19770527

L'invention concerne un procédé de coulée continue de produits ronds et en particulier de billettes rondes destinées à la fabrication de tubes sans soudures. Il est relativement difficile de couler en continu ce type de billettes car il faut eviter à la fois les défauts de forme et de structure En effet, d'une part une ovalisation de la billette est tres gênante pour la prise au laminoir, d'autre part la peau et le coeur doivent être exempts de défauts tels que criques et inclusions car ces régions vont former les surfaces externe et interne du tube. Des produits de qualite compatible avec les exigences du laminage des tubes sans soudure, sont déjà fabriqués industriellement par le procédé de coulée continue centrifuge mécanique. Dans ce procede le metal liquide est brassé selon un mouvement circulaire à la fois par une injection tangentielle et par la rotation de la lingotière sur elle-même. Les billettes obtenues ont une structure de solidification constituée d'une courte zone basaltique et d'une large zone équiaxe fine et régulière et leur propreté inclusionnaire est très grande, surtout en peau. Ce procédé donne donc de très bons résultats mais a pour inconvénients majeurs de ne pouvoir être mis en oeuvre que sur une machine de coulée continue du type vertical et de nécessiter un coût de maintenance assez élevé. D'autre part, une mise en rotation directe du métal liquide dans la lingo tière, à l'aide d'un champ magnétique tournant, généralement creé par un bobinage électrique approprié, a déjà éte expérimentée, mais les premiers chercheurs se sont heurtés à des difficultés d'ordre technologique qui ont empêché le développement de cette technique. Les recherches effectuées par le demandeur lui ont permis de mettre au point industriellement le procédé de coulée continue centrifuge électrorotative avec tous les avantages qu'il comporte, et en particulier la possibilité'uti- liser des machines courbes et l'absence de pièces mécaniques nécessaires à la rotation de la lingotière. Le demandeur a entre autres déterminé les conditions opératoires optimales, l'une d'elles ayant trait à l'injection du métal liquide. Le but de la présente invention est donc de fixer cette condition de maniere à obtenir industriellement des produits ronds ayant les qualités requises pour les traitements ultérieurs. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de coulée continue centrifuge électrorotative de produits ronds, consistant à injecter le métal liquide dans une lingotière refroidie, a mettre le métal liquide en rotation à l'intérieur de la lingotière à l'aide d'un champ magnétique tournant et à extraire le Mental partiellement solidifié de la lingotière, le métal liquide étant injecté dans une zone située entre deux centimètres du centre et un centimètre de la paroi de la lingotière. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le métal liquide est injecte dans une direction sensiblement parallèle a l'axe de la lingotière. De préférence on injecte le métal liquide a mi-rayon de la lingotière. Comme on le comprend les phénomènes conduisant a la mise en rotation du metal liquide dans la coulée continue centrifuge mecanique et dans la coulée continue centrifuge électrorotative sont très différents. Pour la première, c'est la lingotiere qui tourne et le métal liquide ne peut être entraîné que par les forces de frottement au front de solidification.Mais ce mouvement d'entrainement par viscosité est trop lent, et pour obtenir une vitesse de rotation suffisante, il faut injecter le métal tangentiellement à la paroi de la lingo tière. I1 reçoit alors un moment cinetique initial correspondant à une vitesse de rotation supérieure a celle de la peau, si bien que le frottement au front de solidification suffit ensuite à le maintenir en mouvement.Par contre, dans la coulée continue centrifuge électrorotative, c'est le métal liquide lui-même qui est mis en rotation sous l'influence du champ magnétique tournant appliqué a la lingotière. I1 n'est donc pas nécessaire de donner au métal liquide une vitesse initiale et donc d'effectuer une injection tangentielle à la paroi de la lingo tière. Le jet de coulée sera donc droit, c'est-a-dire parallèle a l'axe de la lingotière, ou légèrement oblique. Pour réaliser pratiquement une injection tangentielle on peut, par exemple, employer une busette avec tube à trou latéral ou une busette coudée. Pour ces busettes, et toutes celles qui permettent d'obtenir un jet tangentiel, il y a un changement de la direction d'écoulement du métal entre l'entrée de la busette et sa sortie. Cela augmente encore les risques de bouchage toujours a craindre dans les busettes. Pour la coulée continue centrifuge électrorotative, puisque le jet est droit ou légèrement oblique, on peut employer une busette beaucoup plus simple, et d'ailleurs, on utilisera de préférence une busette a jet droit. La solution la plus économique est la busette a jet libre, mais dans des cas particuliers on peut mettre un tube de protection autour du jet.Ce tube peut être d'un diametre superieur a celui du jet, ce qui diminue les risques de bouchage. Lorsque le métal liquide est en rotation, il se forme un ménisque creux dont la forme, en l'absence-de jet de coulée, est voisine d'un parabololde de révolution. On a constate qu'il se produit un rassemblement de crasses au point bas du ménisque, ce qui permet d'éviter des incrustations de laitier en peau des lingots. Ce phénomène se produit aussi bien pour une rotation mécanique, que pour l'application d'un champ magnétique tournant. Dans la coulée continue centrifuge électrorotative le jet de coulée, droit ou légèrement oblique, cree une perturbation qui a pour effet de déplacer le point bas du nenisque. Les essais effectués par le demandeur lui ont montré que si le jet de coulée tombe trop près du centre de la lingotière, les crasses ne restent plus en surface, mais sont submergées.Elles risquent ensuite d'être entrainées au coeur de la billette, rendant celle-ci inutilisable pour le laminage. Le demandeur a donc déterminé une distance minimale du centre de la lingotière au delà de laquelle il n'y a plus submersion des crasses. Cette distance est de 2 cm. De méme le demandeur a constate que si le metal liquide est injecté trop près de la paroi de la lingotière, des difficultes de plusieurs ordres peuvent apparaître : un risque de débordement et de détérioration de la lingotière si la direction du jet vient à fluctuer légèrement, et une formation de gouttes immédiatement solidifiées sur la paroi très refroidie qui détériorent la qualité de la peau et en gênant la lubrificatioh peuvent conduire a des percées. Le demandeur a donc déterminé une distance minimale de la paroi, au delà de laquelle il ne risque pas d'y avoir projection de gouttes sur la paroi de la lingotière. Cette distance est de 1 cm. Les travaux du demandeur lui ont donc permis de définir, pour la coulée continue centrifuge électrorotative, la zone dans laquelle doit être injecte le métal liquide. Cette zone va de 2 cm du centre à 1 cm de la paroi de la lingo trière. En fait, les deux distances ainsi déterminées sont des positions extrêmes et le demandeur a trouve que la position optimale du jet de coulée se situe aux environs de la moitié du rayon de la lingotière. Pour des produits ronds classiques destinés à la fabrication de tubes sans soudure, tels que les ronds de diamètre 135 mm, la lingotière a un rayon de 67,5 mm ce qui laisse pour positionner le jet de coulée une zone de 37,5 nm de largeur. Habituellement le jet de coulée a un diamètre de 15 mm, il reste donc une plage de variation d'environ 20 mm pour la position du centre du jet de coulée afin que l'injection de metal liquide ait lieu dans la zone définie par le demandeur. Bien entendu le centre du jet de coulée sera placé de préférence à mi-rayon, c est-a-dire a environ 34 mm du centre de la lingotière. En pratique, avec une busette à jet vertical le positionnement du jet de coulée pourra être obtenu facilement en plaçant une tige métallique, qui simule le jet de métal dans la busette et en déplaçant le répartiteur de maniere à ce que la tige soit a mi-rayon de la lingotière. Il va de soi que l'emploi du procedé selon l'invention ne se limite pas a la coulee continue de produits destinés à la fabrication de tubes sans soudure, mais qu'il s'applique également a la coulez continue de produits ronds de tous diamètres. Avec les produits de gros diamètre la zone dans laquelle l'injection du metal doit avoir lieu est très large et le positionnement du jet de coulée ne pose pas de problème, par contre avec les produits de faible diamètre il sera préférable d'opérer avec des jets de coulée assez fins de manière à être certain que l'injection a bien lieu dans la zone definie par les travaux du demandeur. REVENDICATIONS 1 - Procédé de coulée continue centrifuge électrorotative de produits ronds, consistant à injecter le métal liquide dans une lingotière refroidie, à mettre le metal liquide en rotation a l'intérieur de la lingotière à l'aide d'un champ magnétique tournant et à extraire le métal partiellement solidifié de la lingotière, caractérisé en ce que l'on injecte le métal liquide dans une zone situee entre deux centimetres du centre et un centimètre de la paroi de la lingotière. 2 - Procedé de coulée continue centrifuge électrorotative de produits ronds selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on injecte le métal liquide dans une direction sensiblement parallèle a l'axe de la lingotière. 3 - Procédé de coulée continue centrifuge électrorotative de produits ronds selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'on injecte le métal liquide à mi-rayon de la lingotiere.