Brevet FR2374984A1 — publié le 19780721

La présente invention concerne la métallurgie et a plus précisément pour objet une machine horizontale pour la coulée continue de métaux et dtalliages L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale aux installations de coulée continue de métaux et doalliages du type horizontal, quand les poches de coulée ont une grande masse. On connaît une machine horizontale pour la coulée continue de métaux et d'alliages, comprenant une capacité de réception du métal mise en communication avec une lingotière refroidie par une busette en réfractaire (brevet anglais nO 1.312.243 cl. B 3F). Lors de la préparation de la machine à la coulée du métal, on accole à la lingotière la busette, à laquelle on raccorde ensuite à la main la capacité de réception du métal. On chauffe avec un brtleur tout l'ensemble ainsi obtenu puis, après chauffage de la capacité de réception, on y coule le métal. Ceci fait, on met en marche la cage d'extraction dans laquelle est pincé le fauxlingot engagé dans la lingotière et lson extrait de la lingotière le lingot solidifié. Le principal inconvénient de la conception de cette machine est l'insécurité du raccordement de la busette à la lingotière. Il en résulte que, pendant la coulée du métal, il se forme entre la lingotière et la busette un écartement dA à la dilatation irrégulière du matériau de la busette et de la lingotière lors du chauffage, ainsi qu'à l'action exercée sur la busette par l'enveloppe du lingot en cours d'extraction. Le métal pénètre dans l'écartement indiqué et s'y solidifie sous la forme d'une pellicule liée-au lingot et s1 opposant à son extraction. L'extraction continuant la pellicule de métal solidifiée dans l'écartement est extirpée et cisaillée. Ce phénomène s'accompagne d'une fissuration du lingot et d'une destruction progressive de la busette. La destruction toujours croissante de la busette est suivie d'un àgrandissement de l'é- cartement entre la busette et la lingotière, ainsi que d'une augmentation de l'épaisseur de la pellicule solidifiée dans cet écartement. Quand la résistance de la pellicule devenant de plus en plus épaisse dépasse la résistance de 11 enveloppe du lingot, cette enveloppe se rompt et la coulée continue doit être arretée. Etant donné que le garnissage de la capacité de réception et la busette elle-même sont en matériau réfractaire mécaniquement peu résistant, et que l'enveloppe de la capacité de réception n'est pas refroidie par eau, la pénétration du métal dans l'écartement entre la busette et la capacité de réception provoque la destruction progressive du réfractaire les constituant, ce qui conduit en définitive à une percée de métal a travers l'écartement et à l'interruption de la coulée continue. Afin que le métal ne pénètre pas dans l'écartement entre la lingotière et la busette, ainsi que dans l'écartement entre la capacité de réception du métal et la busette, on emploie des enduits réfractaires constitués par des mélanges d'oxydes d'aluminium et de silicium avec de l'eau ou du verre soluble, que l'on applique sur les parties de raccordement de la busette à la lingotière et à la capacité de réception. Quand la busette et la capacité de réception sont chauffées, l'enduit sèche en formant un revêtement protecteur.Toutefois, au cours de la coulée continue, l'adhérence insuffisante de l'enduit au matériau de la busette et de la capacité de réception conduit à une désagrégation de l'enduit, et par conséquent le métal liquide pénètre tout de même dans l'écartement entre la busette et la lingotière, ainsi que dans l'écartement entre la busette et la capacité de réception du métal. En outre, le risque d'apparition d'un écartement entre la lingotière et la busette en réfractaire dans les dispositifs connus ne permet pas de chauffer la capacité de réception séparément de la machine, ce qui a aussi pour effet de diminuer notablement le rendement de la coulée. En examinant d'une manière plus détaillée les inconvénients des conceptions des machines de coulée connues, on arrive aux conclusions suivantes. Dans le cas où la busette en réfractaire est pressée contre la lingotière par l'intermédiaire de la carcasse de la capacité de réception, l'effort transmis à la busette est plus faible que l'effort appliqué, la différence entre ces deux efforts étant représentée par la force de frottement engendrée par la grande masse de la capacité de réception. Prenant en considération le fait que la force de frottement est assez grande, on peut déduire que L'effort transmis a la busette est faible et insuffisant pour assurer la fermeture intime des joints entre les éléments.Si 17effort appliqué est augmenté, la paroi de la capacité de réception du métal peut se déformer et le réfractaire peut se briser, Il convient de ne pas perdre de vue que pendant llutili- sation de la machine de coulée, la zone du joint entre la ligotière et la busette subit des actions érosives, thermiques et mécaniques intenses de la part de la veine de métal liquide. Notamment, les actions mécaniques sont dues au-frottement de lgenveloppe du lingot lors de son extraction de la lingotière. LU extraction du lingot n est pas continue, mais périodique. Le lingot est extrait par a-coups, ce qui a pour effet "dçebranler le joint entre la busette en réfractaire et la lingotière. te recouvrement du joint obtenu en réalisant le contact suivant une surface Ccone, sphère) inclinéepar rapport a l'axe du lingot, n'est pas avantageux, car le métal pénétrant dans les portions obliques y formerait des bavures qui s'opposeraient à l'extraction du lingot et dégraderaient la machine au point de la mettre tout à fait hors dUusage Enfin, un autre inconvénient des machines connues pour la coulée continue horizontale est l'impossibilité de couler le métal simultanément dans plusieurs lingotières du type horizontal à partir d'une seule capacité de réception, alors que l'on observe aujourd'hui dans la métallurgie une tendance à réduire la hauteur des machines de coulée continue et à utiliser des dispositifs de coulée horizontaux. Dans ce cas, il devient inutile de construire des fosses ou des tours pour la mise en place de l'équipement. Dans le système horizontal, toutes les parties de la machine sont disposées au niveau du sol de l'atelier. D'autre part, quand la masse de la poche augmente, le nombre de voies de sortie du métal de la machine augmente ; or, le serrage de la capacité de réception suivant î'ancienne méthode contre plus de deux conduits de métal s'avère impossible. Dans les machines modernes, le nombre de veines peut aller jusqu'à huit et, dans ce cas, il est impossible de garantir un contact sûr de chaque conduit de métal avec la lingotière. On comprend qu'il est avantageux d'utiliser une capacité de réception du métal commune à toutes les veines de coulée. Tout l'équipement de la machine s'aligne alors suivant un axe technologique précis, y compris la lingotière, la zone de refroidissement secondaire, la cage d'extraction et le tronçonnage par chalumeaux. Dans ce cas, il est impossible de déplacer la lingotiere avant chaque coulée, et ce, afin de ne pas perturber l'agencement général de la machine. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés des dispositifs connus et de créer une machine horizontale perfectionnée pour la coulée continue de métaux et d'alliages. On s'est proposé pour cela de modifier les parties de contact des principaux éléments constitutifs de la machine -lingotière, conduit de métal et capacité de réception du métal- de façon à permettre une extraction fiable du lingot de la lingotière, à améliorer la qualité de la surface des lingots et, principalement, à assurer-un rendement élevé de la machine. La solution consiste en une machine horizontale pour la coulée continue de métaux et d'alliages, comprenant, montés en série sur un châssis porteur et mis en communication entre eux une capacité de réception dans laquelle est amené le métal en fusion, un conduit de métal en réfractaire, disposé horizontalement à la sortie de la capacité de réception, et une lingotière horizontale, ainsi qu'une cage d'extraction adaptée pour tirer le lingot solidifié hors de la lingotière, la capacité de réception étant montée de façon qu'elle puisse se déplacer sur le châssis par rapport à la lingotière fixe à laquelle elle est serrée avec un certain effort, ladite machine étant caractérisée,, d'après l'invention, en ce que ladite capacité de réception est un réservoir allongé avec plusieurs orifices de sortie pour la coulée pa rallèle du métal, à chacun desquels est raccordé un sous-ensemble de coulée séparé, comprenant un conduit de métal en réfractaire et une lingotière, et chacun de ces sous-ensembles de coulée est doté d'un mécanisme de serrage relié d'un côté à la lingotière, et de l'autre, au conduit de métal, et comportant un dispositif pour le réglage de l'effort de serrage du conduit de métal contre la lingotière et pour l'obtention d'un joint étanche au métal. Une telle solution technique permet, dans la coulée continue horizontale, d'exécuter la coulée parallèle simultanée dans plusieurs lingotieres à partir d'une seule capacité de réception du métal, car le transfert des mécanismes de serrage directement sur les conduits de métal permet d'accroitre notablement lleffica- cité du serrage des conduits de métal contre les lingotières, d'éliminer les pénétrations de métal dans les écartements, ainsi que la formation de bavures, et de régler l'effort de serrage en accord avec l'état des parties de contact de la machine, l'effort de serrage aux joints pouvant être réglé individuellement dans chaque sous-ensemble de coulée. Dans l'ancien procédé de serrage par l'intermédiaire de la carcasse de la capacité de réception, la valeur de l'effort était limitée par la résistance mécanique de la carcasse de la ca pacité de réception, la direction de l'effort n'assurait pas l'ef ficacité voulue du serrage du conduit de métal contre la lingotie- re, car il est évident, pour tout spécialiste en la matière, que lorsque les éléments constitutifs sont serrés directement l'un à l'autre on peut assurer l'intimité du contact des surfaces de ces éléments avec une fiabilité bien plus grande que lorsque l'effort de serrage est transmis par des éléments intermédiaires de grandes dimensions, lourds et instables, tels que la capacité de réception du métal. Conformément à l'une des variantes de réalisation de l'invention, le mécanisme de serrage est constitué par un groupe de tiges parallèles partant de la lingotière et orientées vers le conduit de métal, et par un anneau à trous, encerclant le conduit de métal réalisé avec un épaulement contre lequel bute ledit anneau, qui est engagé par les trous mentionnés sur les bouts des tiges de la lingotière. Cette solution technique est l'une des variantes optimales de réalisation du mécanisme de serrage, assurant un serrage uniforme et réglable de la tranche du conduit de métal contre le bord de l'ouverture de la lingotière..Un tel .mécanisme-permet de prendre en considération l'état des surfaces dans les différentes parties du joint entre la lingotière et le conduit de métal, et il peut être réglé en conséquence pour modifier la valeur de la pression locale afin d'éliminer un écartement éventuel. conformément encoreunevarS3tedealisation de l'invention, le dispositif de réglage de l'effort de serrage comprend un groupe de clavettes-coins de serrage, engagées dans des mortaises longitudinales réalisées dans les bouts des tiges parallèles de la lin gotière, et poussant le conduit de métal vers la lingotière en agissant par l'intermédiaire de l'anneau indiqué. Cette solution technique est une variante préférentielle de réalisation constructive du dispositif de réglage sous la forme d'un dispositif de blocage à coins. Conformément à une autre variante de réalisation de 1 'in- vention, l'anneau à trous est solidaire d'une douille conique centrale, intimement engagée sur la surface conique extérieure correspondante du conduit de métal et faisant office d'entretoise entre la lingotière et la capacité de réception du métal, le sommet du cône étant orienté vers la capacité de réception. Cette variante de la machine horizontale de coulée continue conforme à l'invention présente une particularité utile, consistant en ce que la douille entretoise conique prévient les d6- gradations indésirables du corps du conduit de métal, réalisé en réfractaire peu résistant aux sollicitations mécaniques, ce qui, naturellement, accroît l'aptitude au fonctionnement de toute la machine et permet d'appliquer des efforts de serrage plus grands pour la fermeture du joint entre les conduits de métal et les lingotières. Conformément àencore uaevaiate,deréaiisation de l'invention, le dispositif pour le réglage de l'effort de serrage du conduit de métal contre la lingotière est constitué par des systèmes visécrou, situés sur chacun des bouts des tiges parallèles dépassant au-delà de l'anneau à trous engagé sur le conduit de métal. De tels dispositifs peuvent, dans certains cas, s'avérer plus commodes, par suite des avantages techniques connus qu'assurent les systèmes vis-écrous de divers genres. Conformément à la variante suivante de réalisation de l'invention, lesdites tiges partant de la lingotière lui sont fixées par des articulations en des points équidistants sur la pé- riphérie de sa tranche et peuvent être basculés sur ces articulations à partir de leur position principale, dans laquelle elles sont paralleles entre elles et à l'axe de-la lingotière et, de plus, les tiges sont dotées de servo-vérins pour le déplacement de leur bout par rapport à la tranche de la lingotière. Une telle solution technique permet de rendre encore plus commode l'utilisation de la machine et de faciliter les diverses opérations nécessaires lors du montage, du réglage et des réparations de la machine. Enfin, conformément à une autre variante de réalisation de l'invéntion, la capacité de réception du métal est reliée au châssis par l'intermédiaire d3un organe de serrage réglable, ar ticulé sur la capacité de réception, pour le serrage uniforme de cette capacité contre tous les conduits de métal des sous-ensembles de coulée constitutifs. Cette modification de l3invention perfectionne le serrage de la capacité de réception elle-même contre les bouts d'entrée des conduits de métal et, en conjugaison avec les principaux perfectionnements décrits plus haut, rend encore plus commode l'utilisation de la machine. Dans ce qui suit, l'invention est décrite plus en détail par des exemples de réalisation non limitatif s illustrés par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquementune machine hori zontale pour la coulée continue de metaux et d'alliages, -conforme à l'invention, avec plusieurs lingotières dans lesquelles le métal est coulé simultanément en parallè le ;; - la figure 2 représente la machine horizontale de la fi gure 1 en coupe suivant Il-Il, avec une douille entre toise centrale et des dispositifs réglables à clavettes coins pour le serrage du conduit de métal contre la lin gotière la figure 3 représente une variante allégée du sous-en semble de coulée de la machine de la figure 1, avec un seul anneau mobile - la figure 4 représente une variante de reålisation de la machine conforme à l'invention, dans laquelle le ser rage du conduit de métal contre la lingotière, par l'in termédiaire de l'anneau est assuré au moyen de tiges filet8es -basculantes articulées à la lingotière. La machine horizontale pour la coulée continue de métaux et d'alliages conforme à l'invention comprend un châssis porteur l (figures 1 et 2), sur lequel est monté, sur un chariot 3, une capacité 2 de réception du métal à section allongée, délimitée par une courbe, ayant un volume accru pour la coulée du métal en plusieurs veines, et des sous-ensembles de coulée parallèles, constitués par des lingotières 4 reliées à la capacité de réception 2 par des conduits de métal intermédiaires 5 en réfractaire. Chaque conduit de metal 5 a la forme d'un tronc de cône allant en s'elargissant vers sa propre lingotière 4. Sur chaque lingotière 4 est prévu un sous-ensemble de serrage individuel assurant la fermeture étanche du joint entre la lingotière 4 et son conduit de métal 5. Ce sous-ensemble de serrage comprend des tiges parallèles 6 partant de la tranche de la lingotière 4 et orientées vers la capacité de réception 2. Sur les conduits de métal coniques 5 sont engagées des douilles entretoises d'écartement 7 en acier, fixées au centre d'un anneau de serrage 8 et placées entre la lingotière 4 et la capacité de réception 2. L'anneau de serrage 8 comporte des trous répartis suivant sa circonférence et par lesquels il est engagé sur les bouts des tiges parallèles 6. En outre, l'anneau 8 prend appui par l'intermédiaire de sa douille entretoise centralè sur le corps du conduit de métal 5. Pour régler la pression de serrage de l'anneau sur le conduit de métal et, par conséquent, la pression de celui-ci contre la lingotière 4, il est prou un dispositif comprenant des clavettes-coins 10 engagées dans des mortaises 9 qui sont réalisées dans les bouts saillants des tiges 6.Plus les clavettes-coins sont enfoncées dans les mortaises 9, plus l'anneau est serré vers la lingotière 4. Du côté opposé à- celui où se trouve la lingotière 4, la capacité de réception du métal 2 est serre contre les conduits de métal 5 par des vérins 11, qui sont fixes d'un côté au châssis porteur 1, plus exactement sur son support vertical 12, à l'aide d'articulations 13. La tige 14 de chaque vérin 11 est liée au chariot 3 du récepteur de métal 2 par une articulation 15. Le nombre de sous-ensembles de coulée est choisi selon les besoins.Il est à noter que la présence de sous-ensembles de serrage individuels permet dans le cas de plusieurs conduits de métal parallèles réunis à une seule capacite de réception 2, d'assurer la fermeture fiable, à pression réglahle, du joint entre le conduit de métal 5 et sa llngotière4- La douille entretoise 7 permet d'aug- menter notablement la valeur-des efforts. appliqués au conduit de métal, ce qui, à sontour, permet dgaccroltre l'étanchéité du joint à la pénétration du métal liquide et, en outre, d'accroître la durée de service des conduits de métal en réfractaire, dont la résistance.mécanique est faible. Les vérins li articulés des deux- côtés permettent d'amélio- rer les conditions dgutilisation de la machine et d'assurer avec une meilleure universalité le- déplacement et le positionnement de la capacité 2-de reception-du métal par rapport au conduit de métal 5 sur le châssis 1. Suivant une variante=de réalisation de ltinvention, en cas d'utilisation de conduits de métal 1.6 (figure~3) de forme cylindrique, leur surface exterieure comporte des épaulements li sur lesquels viennent porter les anneaux de serrage 8. Cette variante convient pour des dispositifs plus simples et bon marché, dans lesquels les efforts de serrage des conduits de métal contre les lingotières ne doivent pas avoir necessairement des valeurs particulièrement importantes Dans certains cas il s'avère plus commode de réaliser le disppsitif pour le réglage de l'effort de serrage de l'anneau 8 et du conduit de métal contre la lingotière sous forme de systèmes vis-ecrou dans lesquels I0écroul8 (figure 4) se visse sur les bouts filetés 19 des tiges parallèles 20. Suivant une autre variante de réalisation de llinventionr les tiges 20 parallèles entre elles en position de travail peuvent être facilement basculées lateralement sur-des -articulations 21 disposées à lwextremite de la lingotière 4. Les spéciaristes comprendront qu'il existe de multiples variantes possibles de réalisation des sous-ensembles de serrage, qui peuvent s'avérer utiles- dans tel ou tel cas, mais qui peuvent toutes être appliquées dans le cadre de la présente invention tel qu'il est défini dans les revendications et selon lequel les conduits de métal sont serres directement aux lingotières par des sous-ensembles de serrage réglables Par exemple, pour presser les anneaux 8 contre les conduits de métalet serrer ainsi ces conduits contre les lingotiè- res, on peut utiliser des servo-vérins individuels 22 et d'autres mécanismes de fixation à force. La machine coulée faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Le faux-lingot 23 (figures l, 2) est engagé dans la lingotière 4 à l'aide des cylindres 24 d'une cage de traction. La busette du conduit de métal 5 est engagée dans la lingotière 4 et l'anneau de serrage 8 est engagé par ses trous sur les tiges parallèles 6 de la lingotière 4. La douille entretoise conique 7 s'applique alors intimement sur le conduit de métal 5, dont elle protège le corps mécaniquement peu résistant contre la destruction lors de la fermeture du joint entre le conduit de métal et la lin gotière, car l'effort est distribué uniformément suivant toute la surface du conduit de métal. Les variantes représentées de réalisation du sous-ensemble de serrage, c'est-à-dire celle comportant des organes de blocage à système vis-écrou, celle dans laquelle sont utilisés des servovérins 22 (figure 4) individuels, permettent un assemblage très commode de la machine de coulée avant le commendement du travail. La conception considérée de machine de coulée permet de chauffer la capacité de réception 2 séparément des lingotières 4, puis de poser la capacité 2 sur le chariot 3 et, à l'aide des vérins 11, de les déplacer ensemble jusqu'à ce que la capacité 2 se trouve en contact intime avec les conduits de métal 5 de chaque sous-ensemble de coulée. Le métal en fusion en provenance d'une poche de coulée arrive dans la capacité de réception 2, d'où il s'écoule le long des conduits de métal 5 vers les lingotières horizontales, dans lesquelles le métal se solidifie en formant des lingots. Les lingots sont extraits par les cylindres 24 de la cage d'extraction. Les lingots élaborés par coulée continue dans la machine conforme à l'invention sont caractérisés par une meilleure qualité de leur surface et leur extraction des lingotières s'effectue d'une manière fiable, sans arrachures. Bien entendu, l'invention n' est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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. Machine horizontale pour la coulée continue de métaux et d'alliages, du type comprenant, montés en série sur un châssis porteur et mis en communication entre eux zone une capacité de ré- ception dans laquelle est amené le métal en fusion;; un conduit de métal en réfractaire1 disposé horizontalement à la sortie de la capacité de réception, et une lingotière horizontale, ainsi qu'une cage de traction assurant 1 D extraction du lingot solidifié hors de la lingotière, ladite capacité de réception étant montée de fa çon quelle puisse se déplacer sur ledit châssis par rapport à la lingotière et venir 5U appliquer avec un certain effort de serrage sur ladite lingotière quit elle, est stationnaire, caractérisée en ce que ladite capacité deréception est un réservoir de forme allongée comportant plusieurs orifices de sortie pour la cou- lée parallèle du métal, à chacun desquels est raccordé un sousensemble de couléevdìstinct comprenant un conduit de métal en réfractaire et une lingotière , et-que chacun de ces sous-ensembles de coulée est pourvu d'un mécanisme de serrage relié d'un côté à la lingotière , et de- l'autre, directement au conduit de métal , et comportant un dispositif pour le réglage de l'effort de serrage du conduit de métal contre la lingotière et pour l'ob- tention d'un joint étanche au métal entre ledit conduit et ladite lingotière 2.Machine horizontale selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ledit mécanisme de serrage est constitué par un groupe de- tiges parallèles partant de la lingotière et orientées vers le conduit de métal, et- par un anneau encerclant ledit conduit de métal et comportant des trous, ledit conduit-de métal comportant un épaulement contre lequel vient s'appliquer ledit anneauengagé par ses trous précités sur les bouts des tiges de la lin gotière. 3. Machine horizontale selon l'une des revendications I et 2, caractérisée en ce que ledit dispositif de réglage de llef- fort de serrage comprend un groupe de clavXettes-Ccins de serrage qui sont engagées dans des mortaises longitudinales réalisées dans les bouts des tiges parallèles de la lingotière et qui, en agissant- sur ledit anneau, déplacent le conduit de métal vers la lingotière. 4. Machine horizontale selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit anneau pourvu de trous est solidaire d'une douille conique centrale engagée intimement sur la surface conique extérieure correspondante du conduit de métal et faisant office d'entretoise ou douille d'écartement entre la lingotière et la capacité de réception du métal, le sommet de ladite surface conique étant orienté vers la capacité de réception. 5. Machine horizontale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la capacité de réception du métal est reliée au châssis précité par l'intermédiaire d'un organe de serrage réglable, articulé sur la capacité de réception pour assurer le serrage uniforme de cette capacité contre tous les conduits de métal des différents sous-ensembles de coulée. 6. Machine horizontale selon l'une des revendications 1, 2 et 5, caractérisée en ce que ledit dispositif pour le réglage de l'effort de serrage du conduit de métal contre la lingotière est constitué par des systèmes vis-écrou ménagés chacun à l'extr8- mité de chacune des tiges parallèles dépassant au-deld de l'anneau à trous engagé sur le conduit de métal. 7. Machine horizontale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites tiges partant de la lingotière lui sont fixées par des articulations en des points répartis suivant la périphérie de sa tranche, et peuvent être basculées sur ces articulations à partir de leur position principale, dans laquelle elles sont parallèles entre elles et à l'axe de la lingotière, et que lesdites tiges sont dotées de servo-verins pour le déplacement de leur bout par rapport à la tranche de la lingotière.