Brevet FR2374110A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne les procédés de coulée continue horizontale des métaux et les dispositifs pour leur mise en oeuvre. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale a la coulée continue des métaux ferreux et leurs alliages. A l'heure actuelle on connaît largement des procédés de coulée continue des métaux, ainsi que des installations pour la mise en oeuvre de ces procédés, comprenant des récepteurs de métal reliés a des lingotières qui peuvent être disposées horizontalement, obliquement ou verticalement. Les récepteurs de métal employés dans les installations de coulée continue sont réalisés sous la forme d'une capacité ouverte à la partie supérieure et ayant un fond, des parois et un orifice de sortie mettant le récepteur de métal en communication avec la cavité de la lingotière. Dans le récepteur de métal il y a au moins un orifice pour le soufflage de la veine de métal liquide avec un gaz. I1 est universellement connu que pour améliorer la qualité du métal coulé dans la lingotière, on souffle au préalable la veine de métal liquide avec un gaz inerte, par exemple avec de l'argon, afin de le débarrasser des bulles d'air et des inclusions non métalliques. Le dégazage du métal et l'élimination des inclusions non métalliques qu'il contient, au cours de son soufflage avec un gaz inerte ou un autre gaz ne réagissant pas avec le métal, s'effectuent dans des dispositifs bien connus, par exemple dans des poches de coulée Le soufflage au gaz peut être effectué aussi bien pendant que le métal est enfermé dans une capacité qu'au cours de son déplacement sous forme d'une veine dans un conduit de métal ou un récepteur de métal. Toutefois, dans le cas de la coulée continue du métal dans un récepteur de métal et une lingotière disposée horizontalement, si le soufflage dans le récepteur de métal est exécuté à un niveau inférieur à celui de son orifice de sortie, la veine de métal entraîne une quantité importante d'air, de gaz inerte insufflé et d'inclusions non métalliques, ce qui abaisse la qualité du lingot obtenu. L'abaissement de la qualité du métal résultant de l'entraînement de l'air est du à la formation de cavités dont la surface s'oxyde et autour desquelles se concentrent des inclusions non métalliques. Lors de l'usinage ultérieur du lingot (laminage), les cavités sont laminées et provoquent l'apparition de défauts internes sous forme de dédoublures du métal. En outre, le jet de métal tombant dans le récepteur de métal engendre des tourbillons qui entraînent les inclusions non métalliques à la partie supérieure du lingot. Durant l'opération suivante (laminage), l'irrégularité de la distribution des inclusions non métalliques persiste et, lors de l'utilisation des pièces constituées de métal à teneur élevée en ces inclusions, celles-ci se rompent prématurément, car les inclusions non métalliques sont des concentrateurs de contraintes. Dans l'industrie, les prescriptions concernant la qualité sme'tatn deviennent de plus en plus rigoureuses. Mais la solution de ce problème se heurte a diverses complications, qui ne permettent pas d'accroître l'efficacité du dégazage du métal et de I'élimination de ses impuretés non métalliques dans les dispositifs connus ou par les procédés connus. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé pour cela de créer un procédé de coulée continue horizontale d'un métal et un dispositif pour la mise en oeuvre, dans lesquels les opérations exécutées et les moyens utilisés pour le soufflage du métal liquide au cours de son admission dans la lingotière permettraient d'améliorer la qualité du métal du lingot coulé et ce, grâce à l'abaissement de sa teneur en air, en gaz insufflé et en inclusions non métalliques, et qui, par conséquent, assureraient l'obtention de propriétés physicomécaniques uniformes dans toute la section du lingot. La solution consiste en un procédé de coulée continue horizontale d'un métal, avec admission du métal liquide sous forme d'une veine et soufflage de ladite veine avec un gaz, caractérisé, d'après l'invention, en ce que le métal liquide est-admis sous forme d'une veine à gradin et que ladite veine est soufflée avec ledit gaz sur ledit gradin, celui-ci étant situé dans l'intervalle entre environ le niveau de la surface supérieure de la partie de la veine se trouvant immédiatement en amont de la zone de solidification, et environ un niveau situé sensiblement à 300 mm audessus de ladite surface supérieure de la veine. Le soufflage de la veine avec ledit gaz supprime l'introduction d'inclusions non métalliques, d'air et de gaz insufflé dans le lingot en cours d'elaboration et, par conséquent, permet d'améliorer la qualité du lingot coulé, grâce à la suppression des cavités dans ce dernier. I1 est préférable que le soufflage de la veine de métal liquide avec ledit gaz sur ledit gradin soit effectué d'en dessous. Un tel soufflage est plus simple à réaliser et donne de bons résultats. I1 est souhaitable que la partie de la veine de métal liquide qui est souffle avec ledit gaz soit isolée de la zone d1ad- mission du métal dans le récepteur de métal, jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal. Ceci permet de supprimer la pénétration de la scorie dans la zone de soufflage de la veine de métal liquide dans le récepteur de métal. I1 est avantageux que la partie de la veine de métal liquide qui est soufflée avec ledit gaz soit isolée de la zone d'où le métal passe directement dans la zone de solidification, jus qu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal. Une telle isolation de la partie soufflée de la veine de métal liquide crée les conditions les plus favorables pour le raffinage du métal dans la zone directement adjacente à la lingo tière, étant donné qu'elle empêche la pénétration, dans cette zone, des tourbillons de la veine de métal et l'entraînement, par ces tourbillons, des inclusions non métalliques dans la partie su périeure de la lingotière. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, est un dispositif de coulée continue horizontale d'un métal, du type comprenant un récepteur de métal avec un fond, au moins un orifice pour le soufflage de la veine de métal liquide avec un gaz, et un orifice de sortie mis en communication avec l'orifice d'entrée de la lingotière, caractérisé, d'après l'invention, en ce que le fond du récepteur de métal comporte un gradin, et que les orifices pour le soufflage de la veine de métal liquide avec ledit gaz sont réalisés dans la partie du récepteur de métal qui comporte ledit gradin, et sont situés dans l'intervalle entre environ le niveau de la génératrice supérieure de 1' ori- fice de sortie du récepteur de métal et environ un niveau situé à sensiblement 300 mm au-dessus de la génératrice supérieure de l'orifice de sortie du récepteur de métal. Un tel dispositif permet d'assurer une admission étagée de la veine de m8tal, de faire en sorte que la partie de la veine qui est soufflée avec le gaz soit située plus haut que l'orifice de sortie du récepteur de métal, et, par conséquent, de supprimer l'introduction d'air et d'inclusions non métalliques dans le lingot et d'ameliorer ainsi la qualité du lingot coulé, grâce à l'abaissement de sa teneur en inclusions non métalliques et en impuretés gazeuses. L'orifice pour le soufflage de la veine de métal liquide peut être réalisé dans ledit gradin du récepteur de métal. Ceci assure le soufflage le plus efficace de la veine de métal par le gaz, avec une réalisation constructive relativement simple du dispositif. I1 est souhaitable de doter le dispositif d'une cloison transversale à la veine du métal, espacée dudit gradin du récepteur de métal et s'étendant jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, ladite cloison séparant la zone d'admission du métal dans lerécepteur de métal d'avec la zone de soufflage du métal. Une telle cloison prévient l'introduction de scorie et diminue notablement l'introduction d'inclusions non métalliques et d'air dans la zone de soufflage du métal liquide. I1 est préférable de doter le dispositif d'une cloison transversale à la veine de métal, espacée dudit gradin du récepteur de métal et s'étendant jusqu'S une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, ladite cloison séparant la zone de soufflage du métal d'avec la zone de décantation du métal admis dans la lingotière. Une telle cloison permet de créer les conditions les plus favorables, tant pour le soufflage de la veine de métal liquide par le gaz, que pour une decantation calme du métal avant son entrée dans la lingotière. Pour expliquer l'invention, on décrit dans ce qui suit des exemples de mise en oeuvre du procédé proposé et des exemples de réalisation du dispositif proposé pour la mise en oeuvre avec références au dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente une poche de coulée, un disposi tif conforme à l'invention et une lingotière dans le quel se forme le lingot (vue en coupe longitudinale sui vant un plan vertical) - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 1. Le procédé proposé de coulée continue horizontale d'un métal prévoit l'admission du métal liquide sous forme d'une veine comportant un gradin et le soufflage de ladite veine à un niveau (un gradin) situé dans l'intervalle entre environ le niveau de la partie supérieure de la veine se trouvant immédiatement en amont de la zone de solidification, et environ un niveau situé sensiblement à 300 mm au-dessus de ladite partie supérieure de la veine. Le soufflage de la veine de métal liquide avec un gaz dans la zone de soufflage est réalisé soit d'en dessous, soit latéralement. Le gaz utilisé pour le soufflage du métal liquide est un gaz inerte ou tout autre gaz ne réagissant pas chimiquement avec le métal. Le soufflage du métal au niveau indiqué ci-dessus prévient l'introduction d'air et de gaz dans le lingot. Au cours de l'admission du métal sous formation d'un jet et durant son soufflage par le gaz inerte, les tourbillons apparaissant dans la veine de métal peuvent entraîner la scorie et les inclusions non métalliques dans le métal et gêner la montée des bulles d'air et des inclusions non métalliques à la surface du métal liquide. C'est pour cette raison que, dans le procédé conforme à l'invention, on prévoit une isolation partielle de la partie de la veine de métal liquide soufflée par le gaz, par rapport à la zone d'admission du jet de métal dans le récepteur de métal, jus qu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons. Pour accroître l'effet de raffinage du métal par élimination du gaz et des inclusions non métalliques, on isole aussi, jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons, la partie soufflée de la veine de métal par rapport à la zone se trouvant immédiatement en amont de la zone de solidification du métal. Grâce à ce procédé, la qualité du lingot coulé se trouve notablement améliorée. Le procédé proposé peut être réalisé dans le dispositif conforme à l'invention décrit plus bas. Le dispositif pour la coulée continue horizontale d'un métal est un récepteur de métal 1 (figure 1), dont le fond 2 comporte un gradin par rapport à 11 orifice de sortie 3 ménagé dans la paroi 4 et mettant la cavité 5 du récepteur de métal 1 en communication avec la cavité 6 de la lingotière 7. Dans le gradin 8 du fond 2 du récepteur de métal 1 est ménagé au moins un orifice 9 (figure 2) pour le soufflage, avec un gaz inerte, de la veine de métal liquide allant à la lingotière 7 (figure 1). Ce gradin 8 peut être au niveau de la génératrice supérieure de l'orifice de sortie 3 ménagé dans la paroi 4 du récepteur de métal 1, ou à une hauteur "h" allant jusqu'à 300 mm audessus de ce niveau. Suivant un autre exemple de réalisation du dispositif de l'invention, l'orifice pour le soufflage de la veine de métal liquide par le gaz peut être ménagé dans la paroi latérale du récepteur de métal (exemple non représenté sur le dessin). Dans l'exemple décrit, la cavité 5 du récepteur de métal 1 est partagée, par deux cloisons 10 et 11 (il est aussi possible de ne prévoir qu'une seule cloison) verticales transversales par rapport à la veine de métal, en une zone 12 d'entrée du jet de métal liquide dans le récepteur de métal 1, une zone 13 de sou ge avec un gaz inerte, de la partie de la veine située au-dessus du gradin supérieur 8, dans lequel est ménagé un orifice 9, et une une zone 14 de décantation du métal, directement adjacents à la paroi 4 dans laquelle est ménagé l'orifice de sortie 3 qui, par l'intermédiaire d'un conduit de métal 15 (busette), met la cavité 5 du récepteur de métal 1 en communication avec la cavité 6 de la lingotière 7. Les cloisons 10 et 11 sont à 100-200 mm du fond 2 du récepteur de métal 1, ce qui est suffisant pour supprimer les tourbillons. Si le gradin8aifond 2 du récepteur de métal 1 a plusieurs orifices 9 pour le soufflage du métal par le gaz, on prévoit une chambre 16 pour le gaz, mise en communication avec la cavité 5 du récepteur de métal 1 par lesdits orifices 9. Pour extraire de la lingotière 7 le lingot 17, il est prévu un système de traction 18, et pour admettre le métal liquide dans le récepteur de métal 1, il est prévu une poche de coulée 19. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Le métal liquide sortant de la poche de coulée 19 est admis dans la zone 12 du récepteur de métal 1, séparée par la cloison 10 de la zone 13 de soufflage du métal par le gaz. Le jet de métal issu de la poche 19 a une grande énergie cinétique, et l'écoulement du métal dans la zone 12 est turbulent. La cloison 10 supprime dans une large mesure les tourbillons résultant de l'écoulement turbulent du métal liquide, aussi, dans les zones suivantes 13 et 14 l'écoulement est-il laminaire. Etant donné que le fond 2 du récepteur de métal 1 est étagé par rapport à l'orifice de sortie 3, la veine de métal liquide a une profondeur variable. La profondeur de la veine est la plus grande dans la zone 14, à partir de laquelle le métal du récepteur de métal 1 passe directement dans la lingotière 7, et elle est la plus petite au-dessus du gradin 8, dans la zone 13 de soufflage de la veine de métal liquide par le gaz, ce qui permet d'accrortre l'eff i- cacité du soufflage du métal. Simultanément avec l'admission du métal liquide à partir de la poche de coulée 19, on admet dans le récepteur de métal 1 le gaz inerte fourni par une source (non représentée sur le dessin). Le gaz entre dans la chambre 16, passe par les orifices 9 (figure 2) et arrive dans la zone 13 du récepteur de métal 1. Le métal peut être soufflé avec n'importe quel gaz inerte ou neutre, par exemple avec de l'argon ou de l'azote. La pression du gaz est maintenue supérieure à la pression métallostatique de la veine de métal à souffler. Sa valeur est maintenue constante dans la zone de soufflage 13 par maintien à une valeur prescrite de la pression régnant dans la chambre 16. La partie de la veine de métal liquide ayant la plus petite profondeur, c'est-à-dire celle située sur le gradin 8, est soufflée d'en bas, mais elle pourrait aussi bien être soufflée latéralement. Il faut seulement que les orifices pour le soufflage du métal par le gaz soient situés dans l'intervalle entre le niveau de la génératrice supérieure de l'orifice de sortie 3 du récepteur de métal 1, et un niveau situé à environ 300 mm au-dessus de la génératrice supérieure de l'orifice de sortie du récepteur de métal. Le métal ainsi soufflé est dégazé dans la zone 13 et ses inclusions non métalliques montent à la surface. Le métal dégazé passe ensuite à la zone 14 d'où il est directement admis dans la lingotière 7. Les bulles d'air et de gaz, ainsi que les inclusions non métalliques, restant encore dans le métal montent à la surface dans la zone 14, et le métal raffiné passe par l'orifice 3 et le conduit de métal 15 pour arriver dans la lingotière 7, dans la cavité 6 de laquelle se forme le lingot 17. Le lingot 17 est extrait, au fur et à mesure de la solidification du métal, par le système de traction 18. Le procédé et le dispositif décrits, conformes à l'invention, permettent d'améliorer la qualité du lingot 17. L'amélioration de la qualité du métal du lingot est obtenue grâce à la suppression, dans le lingot, de cavités dont la surface est d'ordinaire oxydée et enrichie en inclusions non mé- talliques. Grâce à la suppression de ces cavités, le laminé fini a une structure dense, sans dédoublures, ce qui lui confère de hautes caractéristiques physico-mécaniques. En outre, la prévention de la transmission dans la lingo tière des tourbillonnements produits par le jet de métal tombant dans le récepteur de métal exclut l'entraînement des inclusions non métalliques vers la partie supérieure du lingot et assure une répartition uniforme de ces inclusions dans la section du laminé fini. La répartition uniforme des inclusions dans la section du laminé prévirent la rupture prématurée des pièces finies. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée anKmodes de réalisation décrit et représenté qui n'ouf été ctxnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée continue horizontale d'un métal, avec admission du métal liquide sous forme d'une veine de souffla- ge de ladite veine avec un gaz, caractérisé en ce que le métal liquide est admis sous forme d'une veine comportant un gradin, et que ledit soufflage au gaz est réalisé dans la partie de ladite veine qui est située sur ledit gradin, qui est situé sensiblement au niveau de la surface de la partie de la veine qui se trouve immédiatement en amont de la zone de solidification du métal, ou bien à une hauteur pouvant aller jusqu a environ 300 mm au-dessus dudit niveau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soufflage au gaz de la partie de la veine de métal liquide se trouvant sur ledit gradin est réalisé d'en dessous. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie de la veine de métal liquide qui est soufflée avec ledit gaz est isolée jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, par rapport à la zone d'admission du métal dans le récepteur de métal. 4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la partie de la veine de métal liquide qui est soufflée avec ledit gaz est isolée jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, par rapport à la zone précédant immédiatement la zone de solidification du métal. 5. Dispositif pour la coulée continue horizontale d'un métal, du type comprenant un récepteur de métal avec un fond, au moins un orifice pour le soufflage de la veine de métal liquide avec un gaz, et un orifice de sortie mis communiquant avec 1 'ori- fice d'entrée d'une lingotière, caractérisé en ce que le fond du récepteur de métal comporte un gradin et que le ou les orifices pour le soufflage de la veine de métal liquide avec le gaz sont réalisés dans la partie du récepteur de métal dans laquelle se trouve ledit gradin, et qu'ils sont situés sensiblement au niveau de la génératrice supérieure de l'orifice de sortie du récepteur de métal, ou bien à une hauteur pouvant aller jusqu'à environ 300 mm au-dessus dudit niveau. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit ou lesdits orifices pour le soufflage de la veine de métal liquide avec ledit gaz sont réalisés dans ledit gradin du fond du récepteur de métal. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que, dans le récepteur de métal, est montée une cloison transversale à la veine du métal, espacée dudit gradin du fond du récepteur de métal et s'étendant jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, ladite cloison séparant la zone d'admission du métal dans le récepteur de métal d'avec la zone de soufflage du métal. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde cloison transversale à la veine de métal, espacée dudit gradin du fond du récepteur de métal et s'étendant jusqu'à une profondeur assurant la suppression des tourbillons dans le métal, ladite seconde cloison séparant la zone de soufflage du métal d'avec une zone de décantation du métal, d'où celui-ci est admis dans la lingotière. 9. Métal ou alliage de métal, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4.