Brevet FR2415500A1 — publié le 19790824

La présente invention concerne les procédés de coulée continue ou semi-continue des métaux et alliages ferreux ou non ferreux, prévoyant la mise en forme des lingots par un champ électromagnétique. On connaît un procédé de coulée continue ou semi-continue d'un métal, faisant l'objet du brevet anglais No. 1 157 977, suivant lequel le métal liquide est versé sur une plaque de fond qui est engagée dans l'orifice d'un inducteur annulaire. Sous l'action du champ électromagnétique engendré par l'inducteur, le métal liquide est mis en forme de lingot sur la plaque de fond. Au fur et à mesure que la surface latérale du lingot se solidifie, on fait descendre le lingot en commun avec la plaque de fond et, en même temps, on fait arriver un fluide de refroidissement (eau) sur la surface latérale du lingot.Suivant le brevet anglais NoQ 1 328 166, le lingot est refroidi par plusieurs ceintures de refroidissement disposées autour de lui à différents niveaux0 La ceinture de refroidissement supérieure, assurant la solidification initiale du lingot (formation de la peau), est située au niveau de la tranche inférieure de l'inducteur0 Au cours de la coulée, la frontière entre les phases liquide et solide à la surface du lingot se trouve à un niveau situé à peu près à mi-hauteur de l'inducteur, à l'endroit où le champ magnétique est maximal0 La zone liquide du lingot mise en forme par le champ électromagnétique a d'ordinaire une hauteur de 30 à 50 mm. La forme de la zone liquide répondant aux conditions normales de formation du lingot se rapproche, en section longitudinale, de la forme du lingot, c'est-à-dire qu'elle présente un ménisque bombé. Cela est obtenu, en créant un effet d'écran vis-à-vis du champ magnétique, ainsi que du fait que la partie supérieure de la zone liquide se trouve plus haut que la tranche supérieure de l'inducteur. Pour cette raison, la hauteur de l'inducteur, compte tenu de la hauteur de la zone liquide, se situe d'ordinaire entre 20 et 70 mm. Avec une telle hauteur de l'inducteur, les procédés connus sont applicables à la coulée de lingots à des vitesses d'extraction de l'ordre de 35 à 50 mm/mn. Dans le cas d'alliages d'aluminium à forte teneur en éléments d'addition, pour lesquels la vitesse d'extraction est basse (de 15 à 25 mm/mn), la coulée est impossible à réaliser. Les causes de cette impossibilité sont les suivantes. D'ordinaire, au cours de la coulée, la frontière entre les phases liquide et solide sur la surface latérale du lingot se trouve à un niveau situé à peu près à mi-hauteur de l'inducteur, là où le champ magnétique est maximal. La distance entre cette frontière et la ceinture de refroidissement supérieure dépend principalement de la vitesse d'extraction du lingot : elle augmente à mesure que la vitesse d'extraction diminue.Ainsi, quand la vitesse d'extraction du lingot est abaissée jusqu'à 15-25 mm/mn, la distance entre, d'une part, la frontière des phases liquide et solide (interface liquide-solide) sur la surface latérale du lingot, et d'autre part, la ceinture supérieure, oscille de 80 à 160 mm. -Etant donné que la ceinture de refroidissement supérieure se trouve directement sous l'inducteur, et que la zone liquide a une::hauteur ne dépassant pas 50 mm, si l'inducteur a une hauteur normale le front de solidification sort sur les parties périphériques de la surface de la zone liquide. Il s'ensuit que le métal liquide arrivant dans la zone de mise en forme coule sur la surface latérale du lingot en y constituant des excroissances informes, c'est-à-dire que le processus de mise en forme du lingot se trouve complètement perturbé. De la sorte, pour assurer des conditions normales de mise en forme du lingot aux basses vitesses de coulée, il faudrait déplacer la ceinture de refroidissement supérieure vers le bas par rapport à la frontière inférieure de la zone liquide à la surface du lingot. Ceci peut être obtenu en augmentant la hauteur de l'inducteur, qui, pour des vitesses de coulée de 15 à 25 mm/mn, peut se situer entre 140 et 300 mm. Toutefois, une telle hauteur du lingot est indésirable pour les raisons suivantes. Pour assurer les conditions d'une mise en forme normale du lingot et de dépenses d'énergie minimales pour une hauteur de la zone liquide de 30 à 50 mm, la hauteur de l'inducteur est de 30 à 70 mm. En outre, quand la hauteur de l'inducteur est grande, l'encombrement des dispositifs de coulée devient important et il devient extrêmement difficile de les loger dans les installations de coulée continue. Un dispositif de coulée de lingots à inducteur de grande hauteur ne peut être utilisé à la fois aux faibles vitesses et aux vitesses relativement élevées d'extraction du lingot (50 mm/mn et au-dessus), car dans ce second cas la frontière liquide-solide descend dans la partie inférieure de l'inducteur et la zone liquide se trouve alors à l'intérieur de l'inducteur, ce qui est inadmissible si l'on veut respecter les conditions exigées de mise en forme et de dépenses d'énergie. L'obJectif principal de l'invention est de créer un procédé de coulée continue ou semi-continue d'un métal pour l'élaboration de lingots, notamment de 500 à 1100 mm de diamètre, en alliages caractérisés par de faibles vitesses de solidification. Un autre objectif, non moins important, de l'invention est d'assurer la coulée de lingots dans une même installation aussi bien avec de faibles vitesses d'extraction des lingots qu'avec des vitesses élevées, en permettant ainsi de réduire le nombre d'installations de coulée et de diminuer en conséquence l'aire de production nécessaire. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé pour cela de créer un procédé de coulée continue ou semi-continue d'un métal, qui permettrait d'élargir la gamme de vitesses d'extraction du lingot, c'est-àdire d'abaisser la vitesse d'extraction des gros lingots, de couler des lingots à des vitesses différentes dans une même installation, ainsi que de simplifier la technologie et d'améliorer la qualité de la surface des lingots coulés. La solution consiste en un procédé de coulée continue ou semi-continue d'un métal, du type prévoyant l'admission du métal liquide sur une plaque de fond engagée dans l'ori- fice d'un inducteur annulaire, la mise de ce métal en forme de lingot par le champ électromagnétique dudit inducteur, la descente de la plaque de fond en commun avec le métal, avec amenée simultanée, par l'intermédiaire de plusieurs ceintures de refroidissement situées à différents niveaux le long du lingot, d'un fluide de refroidissement sur la surface latérale du lingot en cours de formation, ledit procédé étant caractérisé, d'après l'invention, en ce que lesdites ceintures de refroidissement sont mises successivement hors d'action, en commençant par la ceinture supérieure, au fur et à mesure que le pied du lingot arrive au niveau de chacune des ceintures de refroidissement suivantes au cours de son déplacement de haut en bas, et que jusqu'à l'achèvement du processus de coulée du lingot on fait arriver le fluide de refroidissement par celle des ceintures de refri- pissement qui permet à la frontière liquide-solide sur 7 surface latérale du lingot d'être maintenue sensiblement à mi-hauteur de l'inducteur. La coupure successive des ceintures de refroidissement de haut en bas assure le maintien de la frontière quide- solide sur la surface latérale du lingot à mi-hauteur de l'inducteur, car aux faibles vitesses d'extraction du lingot la frontière liquide-solide monte à une vitesse plus grande que la vitesse d'extraction du lingot. Gracie'à la coupure de la ceinture de refroidissement la plus proche (ou de plusieurs ceintures de refroidissement successivement), on obtient une égalisation de la vitesse de montée de la frontière liquide-solide sur la surface latérale du lingot et de la vitesse d'extraction du lingot. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple de réalisation non limitatif de celle-ci est décrit dans ce qui suit avec référence au dessin unique annexé, qui représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé proposé, en coupe transversale suivant un plan vertical. Le procédé de coulée continue ou semi-continue ccnforme à l'invention est mis en oeuvre comme suit. Au début de la coulée, le fluide de refroidissement en provenance du refroidisseur annulaire 1 arrive sur la surface latérale du lingot 2 sous forme de courants circulaires situés à différents niveaux le long du lingot 2. La ceinture de refroidissement supérieure 3 est située directement audessous de l'inducteur 4, à une distance h du milieu de la hauteur de l'inducteur 4. Pour que le processus se déroule normalement, il faut que la frontière entre les phases liquide et solide sur la surface latérale du lingot 2 se trouvant sur la plaque de fond 5 soit maintenue à mi-hauteur de l'inducteur 4. Les ceintures de refroidissement sous-jacentes 6, 7 et 8 sont respectivement situées aux distances h1, h2 et h3 du milieu de la hauteur de l'inducteur 4. Sous l'action du champ électromagnétique de l'inducteur 4, le métal admis sur la plaque de fond 5 prend la forme d'une colonne de hauteur prescrite. Sous l'action du fluide de refroidissement, la colonne de métal liquide commence à se solidifier de bas en haut et de la surface latérale vers l'axe longitudinal du lingot. Au fur et à mesure que le lingot 2 se forme, il est déplacé de haut en bas en commun avec la plaque de fond 5. Au début du processus, le fluide de refroidissement arrive de toutes les ceintures de refroidissement 3, 6, 7 et 80 Dans l'exemple considéré, la ceinture de refroidissement supérieure 3 est située à une distance de l'ordre de 5 à 15 mm par rapport à la tranche inférieure de l'inducteur 4. Les recherches et les expériences effectuées ont permis d'établir que la ceinture de refroidissement supérieure exerce une influence essentielle sur la vitesse de déplacement de la frontière liquide-solide suivant la surface latérale du lingot 2. il est nécessaire que le rapport de la vitesse à laquelle le lingot est extrait de la zone d'action de l'inducteur 4 à la vitesse de déplacement de la frontière des phases dans le lingot soit tel que le métal liquide ait le temps de se solidifier à la surface du lingot 2 et ne puisse couler suivant la surface latérale du lingot à sa sortie de l'inducteur 4. Cette condition est assurée, d'après l'invention, en mettant successivement hors circuit lesdites ceintures de refroidissement.Quand le pied du lingot 2 arrive au niveau de la ceinture de refroidissement 6,qui est la ceinture suivante dans le sens de déplacement du lingot et est située à la distance h1 du milieu de la hauteur de l'inducteur 4, on commence par couper du circuit la ceinture de refroidissement supérieure 3. Les autres ceintures de refroidissement continuent à débiter le fluide de refroidissement sur la surface latérale du lingot 2 tant qu'ils maintiennent la frontière liquide-solide sur la surface latérale du lingot sensiblement à mi-hauteur de l'inducteur0 Quand le pied du lingot 2 arrive au niveau de la ceinture de refroidissement suivante 7, située à la distance h2 du milieu de la hauteur de l'inducteur 4, on coupe la ceinture de refroidissement 6, ce qui empêche la frontière liquide-solide d'atteindre la surface supérieure libre du lingot en cours de solidification. Aux vitesses plus faibles d'extraction du lingot on peut assurer un déroulement stable de la coulée au moyen de la troisième ceinture de refroidissement 7, située à la distance h2 du milieu de la hauteur de l'inducteur 4, ou bien de la quatrième ceinture de refroidissement 8, située à la distance h3 du milieu de la hauteur de l'inducteur 4, toutes les ceintures de refroidisseme^nt sus-jacentes ayant été coupées après achèvement du stade initial de la coulée. Pour réaliser le procédé faisant l'objet de l'invention, il suffit de prévoir de quatre à six ceintures de refroidissement pour permettre d'utiliser pratiquement toute la gamme de vitesses d'extraction des lingots. Par le procédé, objet de l'invention, on a coulé un lingot de 485 mm de diamètre en aluminium fortement allié, à des vitesses d'extraction de 23 à 28 mm/mn. La distance entre la ceinture de refroidissement supérieure 3 et la seconde ceinture de refroidissement 6 était de 50 mm; la distance h1 était de l'ordre de 70 à 85 mm. 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. Procédé de coulée continue ou semi-continue d'un métal, du type prévoyant l'admission d'un métal liquide sur une plaque de fond engagée dans l'orifice d'un inducteur annulaire, la mise de ce métal en forme de lingot par le champ électromagnétique dudit inducteur, la descente de la plaque de fond en commun avec le métal, avec amenée simultanée, sur la surface latérale du lingot en cours de formation, d'un fluide de refroidissement par l'intermédiaire de plusieurs ceintures de refroidissement disposées à différents niveaux le long dudit lingot, caractérisé en ce que les ceintures de refroidissement sont mises successivement hors d'action, en commençant par la ceinture supérieure, au fur et à mesure que le pied du lingot arrive au niveau de chacune des(ceintures de refroidissement suivantes au cours de son déplacement de haut en bas, et que jusqu'à l'achèvement du processus de coulée du lingot on fait arriver le fluide de refroidissement par celle des ceintures de refroidissement qui permet à la frontière liquide-solide sur la surface latérale du lingot d'être maintenue sensiblement à mi-hauteur de l'inducteur0 2. Lingots ou analogues en métaux ou alliages ferreux ou non ferreux, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé faisant l'objet de la revendication 1.