Brevet FR2418047A1 — publié le 19790921

L'invention concerne un dispositif pour remuer du métal fondu non encore solide produit par coulée continue et plus particulièrement un dispositif pour remuer un acier fondu non encore solidifié produit en coulée continue. Dans l'art antérieur, on a constaté toujours une zone de séparation qui était riche en carbone, soufre et phosphore et qui généralement se présentait dans la partie centrale de la coulée produite en coulée continue. Une telle séparation présente une teinte différente de la partie normale dans sa structure macroscopique. Dans certains cas, ce produit présente le défaut d'avoir des qualités mécaniques très basses et une valeur réduite pour certaines utilisations. I1 est connu que la séparation médiane mentionnée ci-dessus peut entre réduite par la production d'un grand nombre de cristaux équiaxiaux dans la partie centrale de la coulée. Cette méthode propose de remuer le métal fondu non encore solidifié dans la coulée pendant que celle-ci est en train de se solidifier. Parmi les méthodes conventionnelles de remuer du métal fondu non encore solidifié, on connatt une méthode A selon laquelle une coulée pendant sa fabrication en continu, est remuée pendant sa solidification en créant un champ magnétique rotatif ou en faisant agir un champ magnétique se déplaçant qui donne une poussée dans la meme direction que le déplacement du champ magnétique par rapport à la partie non solidifiée à l'intérieur de la coulée; et une méthode B selon laquelle elle est remuée en faisant agir un champ magnétique stationnaire sur la partie non solidifiée à l'intérieur de la coulée formant un courant direct vers le métal fondu non encore solidifié et donnant une poussée au métal fondu non solidifié par l'action combinée de ce courant et du champ magnétique. Selon la méthode A, un dispositif d'agitation doit être installé en enlevant un rouleau; le dispositif d'agitation doit être pourvu d'un support spécial pour empêcher le bombement de la coulée à la suite de la pression statique, l'installation de ces moyens de support formant une construction compliquée; en outre, le support doit être installé d'une façon rigide pour empocher le bombement de la coulée puisque la pression statique devient plus importante vers la partie inférieure de la coulée. C'est pourquoi il est impossible selon la méthode A de placer plusieurs dispositifs d'agitation en enlevant plusieurs rouleaux du tablier. Tout ce qui peut entre fait est l'installation d'un seul dispositif d'agitation. I1 est en outre impossible de placer le dispositif d'agitation sur la partie inférieure du tablier. La méthode A fait apparartre clairement une bande blanche non uniforme, ce qui peut affaiblir la structure macroscopique. Afin d'obtenir un effet d'agitation avec un seul moyen d'agitation, cette agitation doit entre faite avec beaucoup de force de façon que le résultat puisse entre une apparition nette de la bande blanche. En outre, puisque l'agitation est faite non seulement dans une direction (la direction de la largeur de la dalle) la bande blanche a une tendance à varier en épaisseur. La méthode B utilise comme aimants permanents des aimants en forme d'U. Ces aimants en U ne peuvent pas être installés dans une installation à coulée continue, plus particulièrement dans le tablier, car l'installation d'aimants en U demande l'enlève- ment de rouleaux, si bien que la construction peut devenir trop compliquée comme il a déjà été dit pour la méthode A, et les me- mes défauts mentionnés pour A peuvent apparattre. Selon la méthode B, la coulée agitée décrira une boucle large puisque les piles N et les pâles S des aimants se trouvent du mtme côté dans le sens de la largeur de la coulée si bien qu'une bande blanche irrégulière devient clairement visible. D'autre part, selon la présente invention les piles N et les piles S des aimants sont disposés alternativement de façon à être opposés l'un à l'autre et pour cette raison le flux remué décrit des boucles petites si bien que la bande blanche uniforme peut entre présentée d'une façon indiscernable. Cependant, dans chacune de ces méthodes, on a besoin d'un générateur d'un champ magnétique pour le produire. Pour la méthode A, on adopté une méthode selon laquelle comme il est représenté par exemple dans la demande japonaise publiée nO 33025/1972, un grand nombre de bobines électromagnétiques sont placées parallèlement liune en face de l'autre sur l'une ou sur les deux surfaces de la coulée et un courant alternatif variable en phase est conduit dans les bobines respectives. En outre, pour la méthode B, on a utilisé une méthode dans laquelle, comme il est montré dans le brevet britannique n" 872 591, un électroaimant est placé au voisinage direct de la surface de la coulée. Pour créer un champ magnétique qui suffit à remuer un métal fondu non encore solidifié dans un tel champ magnétique, il est nécessaire d'amener la bobine aussi proche que possible de la dalle. Cependant, dans les installations de coulée continue utilisées normalement, beaucoup de rouleaux sont prévus qui doivent tourner au contact avec la coulée afin de la supporter et de la guider. Comme on l'a vu dans la publication ou le brevet indiqué ci-dessus, à moins que certains des rouleaux soient enlevés, le dispositif pour créer le champ magnétique ne pourra pas être installé à proximité de la coulée. Cependant, si certains des rouleaux sont enlevés comme c'est le cas, la partie extérieure de la coulée sera poussée et élargie dans ces parties par la pression statique du métal fondu. Pour ltempecher, on aura besoin d'un support de coulée d'une construction spéciale et l'installation de coulée continue sera très compliquée. En outre, on constate généralement un défaut : si l'acier fondu à l'intérieur est fortement agité pendant la solidification, la partie solidifiée pendant l'agitation deviendra une zone séparée de composition négative appelée une bande blanche. Cependant, une telle bande blanche peut être dissoute sans porter préjudice à l'effet de réduction de la ségrégation du centre en agitant le métal fondu, en réduisant et divisant la force de l'agitation en plusieurs étapes. Mais dans les méthodes d'agitation utilisées actuellement et qui ont été décrites plus haut, le dispositif d'agitation est si compliqué à installer qu'il est difficile d'installer plusieurs phases et pour cette raison l'apparition d'une bande blanche ne pouvait pas être empêchée. La présente invention a pour but de produire une installation complètement nouvelle qui élimine les défauts de ces méthodes connues; elles se distinguent par le fait qu'un aimant permanent fort est installé dans un espace entre les rouleaux qui supportent la coulée,-un champ magnétique statique dont la direction principale est perpendiculaire par rapport à la direction dans laquelle la coulée avance, est mis en action sur un acier fondu pendant sa solidification, un courant direct, dont la direction principale est parallèle à la direction de progression est introduit dans l'acier fondu dans la partie sur laquelle agit le champ magnétique et pendant la solidification l'acier fondu est agité par l'intervention mutuelle du champ magnétique statique et du courant direct. Dans la méthode présente, comme l'aimant permanent peut facilement être arrangé dans l'espace entre les rouleaux, la disposition des rouleaux d'un appareil de coulée continue normal n'a pas besoin autre changée. C'est pourquoi même si les rouleaux sont disposés sur un nombre quelconque de poste , une agitation multiple peut être effectuée facilement et la formation d'une bande blanche qui accompagnait l'agitation dans les méthodes décrites ci-dessus peut être supprimée. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités quires- sortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure I est une vue en perspective montrant une partie essentielle d'une installation incurvée de coulée continue selon la présente invention. La figure 2 A est une vue en section d'une réalisation de l'emplacement d'un aimant. La figure 2 B est une vue en section d'une autre réalisation de la figure 2 A. La figure 2 C est une vue schématique en perspective montrant la disposition la plus recommandable de l'aimant. Les figures 3A à 3C sont des vues de coté de réalisations montrant les circuits de courant passant par les coulées. La figure 4 est une vue schématique montrant les rapports entre un flux magnétique, le courant direct et la force électromagnétique. La figure 5 est un plan montrant l'état de convergence du métal fondu non solidifié à l'intérieur de la coulée. La figure 6 est un graphique montrant la séparation du phosphore dans une coulée. La figure 7 est un agrandissement montrant le rapport entre le rouleau et le balai. Les figures 8A à 8D montrent les différentes réalisations de la forme et de l'emplacement des aimants. La figure 9 est un plan explicatif de base montrant llétat normal d'un métal fondu non solidifié à l'intérieur de la coulée. Sur la figure 1, qui représente une partie essentielle d'un dispositif de coulée continue du type incurvé, 1 est un moule de coulée, 2 est une coulée qui est entraînée dans la direction d'une flèche D et 3 est un rouleau formant partie d'un tablier de rouleaux. Un ensemble d'aimants permanents 4 est placé entre les rouleaux en un endroit choisi. Comme il est montré sur la figure 2A ou 2B, l'ensemble magnétique 4 est formé par un ou plus de deux aimants magnétiques qui sont placés de telle façon que leurs pales N et leurs pôles S peuvent être opposés et se trouvent au voisinage de la coulée face au côté long 2'; il est prévu qu'ils sont placés à l'envers l'un par rapport à l'autre; sur les faces courtes 2' de la coulée 2, aucun dispositif n'est prévu. La méthode la plus simple d'arranger les aimants permanents 4 est montrée sur la figure 2A. Dans ce cas, la coulée agitée décrira une boucle relativement large comme il sera montré plus loin et une bande blanche provoquée par l'agitation sera formée.Pour cette raison, lorsqu'on veut empêcher la formation de la bande blanche, il vaut mieux placer deux ou plusieurs aimants permanents sur la largeur de la coulée, comme il est montré sur la figure 2A et, comme il est montré sur la figure 2C, placer les pales N et les pales S des aimants permanents 4, qui forment l'ensemble des aimants magnétiques, de telle facon sur les deux surfaces du coté long 2' dans un rapport inversé aux pales N et pales S du groupe d'aimants permanents, ceci dans la direction de déplacement de la coulée sur la même surface. Il est également recommandable de placer plusieurs de ces groupes 4 d'aimants permanents pour couvrir toute la largeur de la coulée 2. D'autre part, les rouleaux 7 placés au-dessus de l'aimant placé le plus haut de ceux du groupe d'aimants permanents décrits ci-dessus et des rouleaux 8 placés au-dessous du plus bas des aimants de ce groupe comportent chacun des balais 6 et 9 reliés à la source 10 d'un circuit de courant direct de façon à ce que, comme il est montré sur la figure 3A, lorsqu'un courant est passé, il peut traverser les rouleaux 8 et les balais 9 à travers le métal fondu non consolidé de la coulée 2 en partant des balais 6 des rouleaux 7. Les détails de cette partie sont montrés sur la figure 7. Un ressort 30 est prévu à l'arrière du balai .9 pour régler la force de pression du contact avec le rouleau. Dans ce circuit du courant direct, pour empêcher que le courant ne s'échappe à d'autres rouleaux, ceux-ci sont isolés de l'appareil de coulée continue dans leur coussinet. Un courant continu comme il est montré sur la figure 3A peut aussi entre appliqué sur les réalisations représentées sur les figures 3B et 3C. Dans ces réalisations, si seulement les rouleaux entre les rouleaux 8' et 81' qui font sortir le courant en deux endroits supérieur et inférieur sont isolés de l'appareil de coulée continue, meme si les autres rouleaux ne sont pas isolés, le courant qui rentre dans la coulée à partir d'un rouleau 7' ou 7 passera dans son entier par la partie sur laquelle agit le champ magnétique et le nombre de rouleaux isolés peut être réduit. L'aimant permanent mentionné plus haut a une densité de flux magnétique résiduel Br de 5 à 10 KG et une force de contrainte Hc de 5 à 10 kOe. On choisit le plus large dans le produit (BrHc) d'énergie maximale. Un aimant au cobalt au métal de terre rare ayant des compositions telles que YCo5, CeCo5, PrCo5, SmCo5 ou SmPrCo5 est le meilleur. Comme il est montré sur les figures 8A et 8B, l'aimant a une telle forme qu'il puisse se placer dans l'espace entre les rouleaux et deux ou plusieurs aimants permanents 4 peuvent entre fixés à des espaces adéquats à l'intérieur d'un bottier 11 dont la longueur est à peu près égale à la largeur de la coulée 2. Le bot- tier Il est soutenu sur sa face postérieure par des bras de support 12 qui sont fixés et soutenus en des endroits choisis de l'appareil à coulée continue.Comme il est montré sur la figure 8D, on peut, pour emp & her toute détérioration provenant de la chaleur de la coulée, couvrir l'aimant permanent d'un élément de couverture 13 fait en un matériau non magnétique, tel l'acier inoxydable 18-8, qui contient des passages 14 et 15 d'eau de refroidissement qui peut être refroidie par un liquide sous compression Si l'on procède à une coulée continue selon cette méthode, un champ magnétique 5 dont la direction principale est perpendiculaire à la direction d'écoulement à cause des aimants permanents 4 se faisant face, comme il est montré sur la figure 2A, agira sur la coulée 2 pendant la solidification sur le tablier des rouleaux après avoir été extrait du moule de coulage 1. D'autre part, en passant du courant dans le circuit mentionné plus haut, un courant direct agira à l'intérieur de la coulée, sa direction principale étant la meme que celle de l'écoulement de la coulée à cause de l'interaction avec le champ magnétique 5 mentionné ci-dessus; comme il est montré sur la figure 4, une force d'éledtromagnétique F s'étend en direction de la largeur de la coulée perpendiculairement au courant direct J, et le flux magnétique B du champ 5 agira sur le métal fondu non solidifié à l'intérieur de la coulée, c'est pourquoi, par exemple, lorsque les aimants sont arrangés, de la façon montrée sur la figure 2B, une force électromagnétique représentée par F agira sur l'acier fondu non solidifié à l'intérieur de la coulée, une-agitation du fluide telle qu'elle est montrée sur la figure 9 va se produire, des cristaux équiaxiaux seront formés à l'intérieur de la coulée et la ségrégation dans le milieu sera réduite. Dans le cas de la figure 9, tel qu'il est décrit ci-dessus, afin de former suffisamment de cristaux équiaxiaux avec seulement la circulation de deux boucles relativement larges, il faudra faire cette circulation très puissante.Dans certains cas, selon la nature de l'acier, une bande blanche se formera. Voilà pourquoi lorsqu'il est très important d'éviter la formation d'une bande blanche et qu'un grand nombre d'aimants est disposé dans le sens de la largeur comme sur la figure 2A, des aimants sont disposés en plusieurs postes dans le sens de l'écoulement (figure 1) et les forces électromagnétiques F1 et F2 de deux ensembles d'aimants permanents disposés au-dessus et au-dessous sont formés de façon à agir en direction inverse l'un par rapport à l'autre, comme il est montré sur la figure 5, et une poussée rotative partielle se produira entre eux. Par cette poussée f, le métal fondu non solidifié peut former un grand nombre de boucles dans la direction du dessin, peut être convergent et remué dans toute son épaisseur. EXEMPLE Trois charges d'un acier calmé contenant de l'aluminium et du silicium à faible teneur en carbone (avec une composition de 0,16 % de carbone, de 0,3 % de silicium, de 1,45 % de magnésium, de 0,018 X de phosphore et de 0,013 % de soufre, le reste étant du fer) affinées dans un convertisseur de 160 tonnes, sont coulées en continu dans un moule de coulée continue du type incurvé à deux branches dans les conditions d'une température de coulée de 1540'C et à une vitesse de coulée de 0,8 m/mn pour fabriquer 240 tonnes de chaque coulée dtune section de 190 mm x 1600 mm. Dans ce cas, la coulée de la première branche était solidifiée pendant qu'elle était remuée en créant dans la partie non solidifiée un courant direct drun voltage de 20 V et d'un courant de 500 A en direction de la coulée, en plaçant des aimants permanents (SmCo5) avec une densité du flux magnétique de 1 KG au milieu de l'épaisseur dans la direction de la coulée dans l'état montré dans les figures 1 à 3 en quatre endroits séparés espacés de 450, 475, 530 et 560 cm de la surface supérieure du-moule et en plaçant des balais faisant passer le courant sur le dixième et le quinzième rouleaux en partant par le haut conformément à la présente invention. L'autre branche était solidifiée de la façon ordinaire sans la remuer. Des échantillons étaient découpés à 20, 50 et 80 m après le début de la coulée, les traces de soufre des sections et la composition dans la direction de l'épaisseur de la coulée étaient examinées ainsi que l'état de ségrégation dans la partie centrale des coulées. Les résultats sont montrés sur la figure 6 qui montre la distribution du phosphore dans la direction de l'épais- seur des coulées. La ligne a indique la distribution de l'exem- ple de l'échantillon de la première branche qui était soumise pour procéder selon la présente invention, fa ligne b est une ligne de distribution de l'échantillon de la deuxième branche qui n'avait pas été agitée. Comme il ressort de ce graphique, une ségrégation de phosphore importante se présentait dans le centre de la partie qui n'avait pas été secouée tandis que pratiquement aucune ségrégation ne se voyait lorsqu'il y avait agitation d'après la présente demande. REVENDICATIONS 1.- Installation pour coulée continue comprenant un dispositif pour secouer du métal fondu dans la coulée, ce dispositif comprenant au moins deux groupes d'aimants permanents disposés sur les deux faces du coté long de la coulée placés dans des positions adéquates entre l'entrée du moule de coulage sur les deux faces du côté long de la coulée à une partie complètement solidifiée de la coulée, chacun de ces groupes d'aimants permanents étant formé par un ou plus de deux aimants permanents distribués dans le sens de la largeur de la coulée, les pales S et les pales N de ces aimants permanents étant voisins sur la meme face de la coulée, les groupes d'aimants permanents sur les deux faces des longs côtés de la coulée étant groupés avec les aimants permanents opposés aux aimants susmentionnés à travers la coulée et des balais pour entrer en contact avec les rouleaux de support pour produire un courant direct dans le sens de l'écoulement de la coulée à l'intérieur de celle-ci. 2.- Installation pour coulée continue selon la revendication 1, dans laquelle les pales S et les pales N des aimants permanents formant les groupes d'aimants permanents et disposés des deux cotés du côté long de la coulée sont inversés par rapport à ceux des aimants permanents du groupe d'aimants permanents voisins dans la direction de débit de la coulée du même côté de la coulée. 3.- Installation pour coulée continue selon la revendication 1, dans laquelle les groupes d'aimants permanents sont placés dans des espaces entre les rouleaux de guidage et la coulée, ces rouleaux de guidage étant disposés à peu près à des intervalles égaux à ceux d'une installation de coulée continue n'ayant pas de dispositif d'agitation. 4.- Installation pour coulée continue selon la revendication 1, dans laquelle les pales S et les pales N des aimants permanents formant le groupe d'aimants permanents disposés sur les deux faces du c3té long de la coulée sont inversés par rapport à ceux du groupe d'aimants permanents voisins dans la direction d'écoulement de la coulée sur la même face de la coulée et les groupes d'aimants permanents sont disposés dans un espace délimité par les rouleaux de guidage et la coulée, ces rouleaux de guidage étant disposés à peu près à des intervalles égaux à ceux d'une installation de coulée continue n'ayant pas de dispositif d'agitation.