Brevet FR2377861A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne la métallurgie et a notamment pour objet une coquille (moule) électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue. L'invention peut être appliquée à la coulée de lingots creux et de tubes en métaux ferreux, en métaux non ferreux ou en alliages de ces métaux, dans les machines connues de coulée continue ou semi-continue des métaux. On connais bien et on emploie depuis longtemps des coquilles pour la coulée continue et semi-continue de lingots creux et de tubes, comprenant un corps refroidi par eau, de forme cylindrique, dans la partie centrale duquel est monté, coaxialement audit corps, un corps de forme conique. Ces corps sont remplis d'un fluide de refroidissement et comportent des trous à travers lesquels ce fluide arrive sur les surfaces extérieur et intérieure du lingot ou du tube. Toutefois, lors de l'utilisation de cette coquille, le métal liquide contacte directement la surface intérieure du corps cylindrique et la surface extérieure du corps conique, ce qui provoque l'apparition d'inégalités et de ségrégations sur les surfaces extérieure et intérieure des lingots creux et des tubes. I1 en résulte la nécessité d'usiner avec enlèvement de matière les lingots creux et les tubes pour leur utilisation ultérieure. A l'heure actuelle, afin d'améliorer la qualité de la surface des lingots moulés, on utilise pour la coulée continue et semi-continue des lingots une coquille électromagnétique. Cette coquille comprend un inducteur dont le champ électromagnétique moule la surface du lingot embrassé par l'inducteur. L'inducteur est fixé dans un corps cylindrique rempli d'agent de refroidissement et comportant des trous pour l'admission de l'agent de refroidissemant sur la surface du lingot. Entre la surface intérieure de l'inducteur et la surface du lingot est placé un écran dont la fonction est de distribuer le champ électromagnétique dans la direction axiale. L'écran a une cavité pour la circulation de l'agent de refroidissement. Toutefois, cette coquille électromagnétique connue ne peut être utilisée pour la coulée de lingots creux et de tubes. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient. On s'est donc proposé de créer une coquille électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue de lingots creux et de tubes, qui leur assurerait une haute qualité et rendrait possible la coulée de lingots creux et de tubes dans une plage étendue de dimensions extérieures et intérieures desdits lingots et tubes. La solution consiste en ce que la coquille (moule) électromagnétique pour la coulée continue et semi-continuekb lingots, du type comprenant un inducteur dont le champ électromagnétique moule la surface extérieure du lingot, cet inducteur étant fixé dans un corps rempli d'un agent de refroidissement et "comportant des trous pour l'admission de l'agent de refroidissement sur la surface extérieure du lingot, et un écran monté entre la surface extérieure du lingot et la surface intérieure de l'inducteur, la fonction de cet écran étant de distribuer le champ électromagnétique de l'inducteur dans la direction axiale, est caractérisée, d'après l'invention, en ce qu'elle comporte un inducteur supplémentaire dont le champ électromagnétique est destiné à mouler la cavité du lingot, cet inducteur étant disposé coaxialement à l'inducteur cité en premier, ou inducteur principal, dans un corps supplémentaire rempli d'un agent de refroidissement et comportant des trous pour l'admission de l'agent de refroidissement sur la surface intérieure du lingot, et un écran supplémentaire placé entre la surface intérieure du lingot et la surface extérieure de l'inducteur supplémentaire, la fonction de cet écran étant de distribuer le champ électromagnétique de l'inducteur supplémentaire dans la direction axiale. Il est avantageux que, dans la coquille électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue de lingots, les inducteurs principal et supplémentaire ne comportent chacun qu'une seule spire, et que le rapport de la hautv?;l- de l'inducteur principal à celle de l'inducteur supplémentaire soit choisi dans la plage de 1,2 à 3, lesdits inducteurs étant reliés entre eux en série. La coquille électromagnétique proposée permet d'obtenir des lingots creux et des tubes de forme correcte avec une surface de haute qualité. Ceci résulte de ce qui suit. Le fait que l'inducteur principal et l'inducteur auxiliaire ne comportent chacun qu'une seule spire permet d'élaborer des lingots creux et des tubes de forme correcte, grace à l'ab; sence d'incurvation de la direction de circulation du courant aux endroits où sont connectées les spires, incurvation qui pourrait entrainer une distribution irrégulière du champ électromagnétique extérieur de l'inducteur supplémentaire suivant son périmètre extérieur, ainsi que du champ électromagnétique inte- rieur dé l'inducteur principal suivant son périmètre intérieur, et conduire par conséquent à l'obtention de lingots creux de forme incorrecte. Le choix d'une hauteur de l'inducteur supplémentaire de 1,2 à 3 fois plus petite que celle de l'inducteur principal; ce rapport étant choisi en fonction des dimensions des lingots, assure l'égalisation des intensités des champs magnétiques des inducteurs principal et supplémentaire connectés en série, ce qui-èst nécesçsaire pour les raisons suivantes. La surface extérieure du lingot creux est moulée par le champ électrpmagnétique intérieur de l'inducteur principal, et la surface intérièure du lingot creux est moulée par le champ électromagnétique extérieur de l'inducteur supplémentaire. On sait qu'à courant égal le champ électromagnétique extérieur d' un inducteur est toujours plus faible que le champ électromagnétique intérieur. Ainsi, par exemple, les calculs et les recherches expérimentales montrent que si les nombres de spires des inducteurs principal et supplémentaire sont les mêmes et si les courants qui y circulent sont égaux, l'intensité du champ électromagnétique intérieur de l'inducteur principal est d'environ 2 fois plus grande que l'intensité du champ électromagnétique extérieur de l'inducteur supplémentaire.Or on sait que la valeur de la pression électromagnétique est proportionnelle au carré de l'intensité du champ électromagnétique. Par conséquent, la pression électromagnétique agissant sur la surface extérieure du lingot creux en cours de coulée sera 4 fois plus grande que la pression électromagnétique agissant sur sa surface intérieure. Une telle inégalité est inadmissible, car la pression de la colonne e métal liquide est la meme à sa surface extérieure et à sa surface intérieure. L'inégalité des pressions électromagnétiques ferait que le métal liquide ne serait pas retenu par le champ électromagnétique à la surface intérieure du lingot creux, aussi la cavité du lingot ne serait-elle pas moulée. Afin d'accrottre l'intensité du champ électromagnétique extérieur de l'inducteur supplémentaire et d'assurer ainsi des conditions égales de formation des surfaces extérieure et intérieure du lingot, l'inducteur supplémentaire a une hauteur de 1,2 à 3 fois plus petite que celle de l'inducteur principal. D'autre part, en modifiant la hauteur de l'inducteur supplémentaire on peut modifier progressivement et dans une plage étendue l'intensité de son champ électromagnétique extérieur en accord avec le champ électromagnétique intérieur de l'inducteur principal, ce qui permet d'obtenir facilement des lingots de dimensions voulues. Le rapport indiqué des hauteurs des inducteurs permet de couler des lingots creux dont le rapport du diamètre extérieur au diamètrqkntérieur peut aller de 1,1 à 10. En outre, la connexion en série des inducteurs principal et supplémentaire simplifie la conception de la coquille électromagnétique. D'autres objectifs et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention, illustré par le dessin unique annexé, dans lequel: - la figure 1 représente une coquille électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue de lingots, conforme à l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 représente une vue en plan de la meme coquille. La coquille électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue de lingots comprend un corps cylindrique 1 (figure 1) réalisé en matière plastique et monté à l'aide d'éléments d'appui 2 sur une plaque 3. Dans une gorge circulaire de la paroi intérieure du corps 1 est logé un inducteur 4 à une spire, réalisé sous la forme d'un anneau ouvert constitué par une barre de cuivre creuse de section rectangulaire. L'inducteur 4 a pour fonction de mouler par son champ électromagnétique intérieur la surface extérieure 5 du lingot 6, qui prend ainsi la forme de l'inducteur 4. Dans la paroi du corps 1 sont ménagées des gorges circulaires 7, 8 mises en communication entre elles par des canaux d' étranglement 9.Les gorges circulaires 7 et 8 sont fermées d'en dessous par un flasque 10 et forment avec ce flasque des canaux circulaires fermés pour la circulation d'un agent de refroidissement arrivant au corps 1 à travers un raccord 11 mis en communication avec la gorge circulaire 7. Dans la paroi intérieure du corps 1, suivant son périmètre, sont percés des trous 12 pour l'admission de l'agent de refroidissement, par exemple de l'eau, sur la surface extérieure 5 du lingot creux 6. Dans la partie centrale du corps 1 est monté coaxialement un corps 13 de forme cylindrique, dans la partie médiane duquel est réalisée une portion conique 14. La partie supérieure 15 du corps 13 est réalisée en matériau isolant, par exemple en matière plastique, et sa partie inférieure 16, en métal amagnétique, par exemple en acier inoxydable. Dans la cavité de la partie inférieure 16 du corps 13, coaxialement à l'inducteur 4, est placé un inducteur 17 à une spire, réalisé sous la forme d'un anneau ouvert constitué par une barre de cuivre pleine, de profil rectangulaire. L'inducteur 17 a pour fonction de mouler par son champ électromagnétique extérieur la surface intérieure 18 du lingot 6, qui prend ainsi la forme de l'inducteur 17. L'inducteur 17 a une hauteur qui, dans l'exemple de réalisation considéré est de 1,7 fois plus petite que celle de l'inducteur 4. Les inducteurs 4 et 17 sont reliés en série par une connexion 19. Une partie 20 de la connexion 19, reliée à l'inducteur 4 et située en dehors du corps -13, présente un profil rectangulaire et est creuse pour permettre à l'agent de refroidissement, par exemple à l'eau, d'y circuler.L'autre partie, 21, de la connexion 19, reliée à l'inducteur 17 et située à l'intérieur du corps 13, est constituée par une barre de cuivre pleine, de profil rectangulaire. Une barre conductrice de courant 22 est reliée à l'inducteur 17. La partie 23 (figure 2) de la barre 22, située dans le corps 13, est constitué par une barre de cuivre pleine, de profil rectangulaire. L'autre partie, 24, de la barre 22, située en dehors du corps 13 est constituée par une barre de cuivre de profil rectangulaire est creuse pour permettre à l'agent de refroidissement, par exemple à liteau, d'y circuler. Une barre conductrice de courant 25, constituée elle aussi par une barre de cuivre creuse, de profil rectangulaire, est reliée à l'inducteur 4. Dans la paroi frontale supérieure du corps 13 sont percés des trous 26 (figure 1) mis en communication avec un raccord 27 et servant à amener dans la cavité du corps 13 l'agent de refroidissement, par exemple l'eau. Dans les parois latérales de la partie inférieure du corps 13, sont percés des trous 28 pour l'admission et la distribution de l'eau sur la surface intérieure 18 du lingot 6. Pour la distribution dans la direction axiale du champ électromagnétique intérieur de l'inducteur 4, un écran 29 est placé entre la surface-extérieure 5 du lingot 6 et la surface intérieure de l'inducteur 4. Cet écran est en métal amagnétique, par exemple en acier inoxydable. il a une section droite telle, que l'intensité du champ électromagnétique intérieur de l'inducteur 4 soit diminuée dans la partie supérieure de l'écran 29. L'écran 29 a une cavité 30 pour la circulation de l'eau. il est fixé au corps 1 à l'aide d'éléments d'appui réglables 31 donnant la possibilité de le déplacer verticalement le long du lingot 6. Le rle écran distribuant dans la direction axiale le champ électromagnétique extérieur de l'inducteur 17 est joué par la portion conique 14 du corps 13. Pour réaliser la coulée, on place sur la table de la machine de coulée (non représentée sur les figures) une plaque de fond 32 ayant la forme du lingot 6. La coquille électromagnétique pour la coulée continue eu semi-continue de lingots 6 fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer la coulée, on introduit la plaque de fond 32 dans l'espace formé par les inducteurs 4 et 17. On fait passer un courant électrique par les inducteurs 4 et 17 reliés en série. Ensuite, sur les surfaces extérieure et intérieure de la plaque de fond 32 on fait arriver l'eau en provenance des des corps 1 et 13 à travers les trous 12 et 28, respectivement, puis on admet le métal liquide sur la face supérieure de la plaque de fond immobile 32. Le champ électromagnétique intérieur de l'inducteur 4 et le champ électromagnétique extérieur de l'inducteur 17 induisent dans'le métal liquide des courants de Foucault. Gracie à l'interaction de ces courants avec les champs électromagnétiques res pectifs des inducteurs 4 et 17, il apparaît dans le métal liquide des forces électromagnétiques qui moulent la surface extérieure 5 et la surface intérieure 18 du lingot 6. Le choix pour l'inducteur 17, d'une hauteur de 1,7 fois plus petite que celle de l'inducteur 4 assure l'égalisation des intensités de leurs champs électromagnétiques moulant la surface extérieure 5 et la surface intérieure 18 du lingot 6. En meme temps, l'emploi, dans la coquille proposée, d'inducteurs 4 et 7 à une seule spire permet de supprimer l'incurvation de la direction du courant et, par conséquent, la distribution irrégulière du champ électromagnétique extérieur de l'inducteur 17 suivant son périmètre extérieur, et celle du champ électromagnétique intérieur de l'inducteur 4 suivant son périmètre intérieur. Ceci permet d'améliorer la qualité de la surface des lingots coulés 6. Dès que la colonne de métal liquide, moulée en flingot 6 par les champs électromagnétiques des inducteurs 4 et 17, atteint la hauteur prescrite, la plaque de fond 32 commence à descendre. L'agent de refroidissement, par exemple l'eau, admis à partir des corps 1, 13, à travers les trous 12 et 28, respectivement sur la surface extérieure 5 et sur la surface intérieure 18 du lingot 6, assure la solidification de celui-ci. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné 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.- Coquille ou moule électromagnétique pour la coulée continue et semi-continue de lingots, du type comprenant un inducteur dont le champ électromagnétique est utilisé pour mouler la surface extérieure du lingot, ledit inducteur étant fixé dans un corps rempli d'un agent de refroidissement et comportant des trous pour l'admission de l'agent de refroidissement sur ia surface extérieure du lingot, et un écran monté entre la surface extérieure du lingot et la surface intérieure de 1'inducteur et servant à distribuer le champ électromagnétique de l'inducteur dans la direction axiale, caractérisée en ce qu'elle comporte un inducteur supplémentaire dont le champ électromagnétique est destiné à mouler la cavité du lingot, cet inducteur étant disposé coaxialement à l'inducteur précité, ou inducteur principal, dans un corps supplémentaire 13 rempli d'un agent de refroidissement et comportant des trous pour l'admission de l'agent de refroidissement sur la surface intérieure du lingot, et un écran supplémentaire placé entre la surface intérieure du lingot et la surface extérieure de l'inducteur supplémentaire et destiné à distribuer le champ électromagnétique de l'inducteur supplé- mentaire dans la direction axiale. 2.- Coquille ou moule électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les inducteurs principal et supplémentaire comportent chacun une seule spire, et que le rapport de la hauteur de l'inducteur principal à celle de l'inducteur supplémentaire est choisi dans la plage 1,2 à 3, lesdits inducteurs étant reliés en série.