Brevet FR2441448A1 — publié le 19800613

La presente invention a trait à la coulée continue des-métaux en fusion, notamment de l'acier. Elle concerne plus précisément des perfectionnements aux lingotiéres équipées intérieurement d'un inducteur électromagnétique'à champ mobile pour brasser le métal en fusion. On sait qu'une lingotière de coulée continue est essentiellement constituée par un élément tubulaire interne définissant un passage pour le métal coulé et une enceinte, ou boite de refroidissement disposée exterieurement à cet élément et définissant avec lui un passage pour une circulation forcée d'un agent de refroidissement liquide, généralement de l'eau, ce passage communiquant, à ses extrémités, respectivement inférieure ou supérieure, avec l'intérieur de la boite. On sait que la coulée continue avec brassage du métal en fusion en lingotiere presente, par rapport à la coulée continue classique, l'avantage d'ameliorer la qualité des produits obtenus puisque le brassage influe favorablement à la fois sur la propreté superficielle et inclusionnaire et sur la structure de soli di ficati on. Il est connu de provoquer ce brassage par voie electromwgnetique, au moyen d'un champ magnétique mobile crée par un inducteur polyphasé, généralement immergé dans la boite de refroidissement de la lingotière. -Brevet-français n" 2 248 103 et Brevet français nO 2 315 344-. Cet emplacement particulièrement favorable de l'inducteur assure, d'une part, un rendement optimal de l'action électromagnétique puisque l'inducteur est situé à proximité immédiate du produit coule, directement derrière la chemise de refroidissemement primaire, et, d'autre part, le refroidissement de l'inducteur lui-même, imposé en raison des fortes densités du courant électrique dans les bobinages nécessaires à l'obtention d'un brassage satisfaisant. La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement de l'inducteur et permettre ainsi, sans risques, une augmentation de la densité de courant dans ce dernier. , A cet effet, l'invention a pour objet une lingotière de coulée continue des métaux en fusion, notamment de l'acier, comprenant un élément tubulaire interne définissant un passage pour le metal coulé et une boite de refroidissement disposée extérieurement audit élement,2 > arcourue par un agent refroidissant liquide et dans laquelle est placé un inducteur électromagnétique, lingotière caractérisée en ce que des moyens sont agencés dans ladite boite pour forcer la circulation de la totalité de l'agent refroidissant dans l'inducteur. Selon une forme de réalisation, ces moyens sont constitués par un joint d'étanchéité interposé entre l'inducteur et une des deux plaques de fermeture de la boite de refroidissement. Conformément à une variante avantageuse, des moyens supplémentaires sont prévus pour favoriser le refroidissement de l'inducteur, ces moyens consistant en des organes de perte de charge disposes dans le passage séparant l'inducteur de la paroi latérale intérieure de la boite de refroidissement. Selon un mode de réalisation, ces organes de perte de charge réduisent, localement au moins et de préférence le plus près possible de l'extrémité de l'inducteur, la section du passage séparant l'inducteur de la paroi latérale intérieure de la boite de refroidissement. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure 1 représente, en demi-coupe longitudinale, un mode de réalisation d'une lingotière selon l'invention pour la coulée de billettes rondes, - la figure 2 représente une vue analogue de celle de la figure 1, mais dans le cas de la coulée de billettes carrées, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale suivant le plan de coupe A.A. de la figure 2. Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques. La lingotière est constituée de façon connue par un ensemble d'éléments disposes concentriquement et comprenant à partir de l'axe (a) : un élément tubulaire interne 1, bon conducteur de la chaleur, en cuivre ou alliage de cuivre, définissant la section du produit coulé, une chemise 2 voisine de l'élément 1, une cloison intérieure 3 et une enveloppe extérieure 4 determinant le gabarit de la lingotière. L'ensemble est complété par un couvercle 5 et une plaque de fond 6. L'ensemble comprenant la chemise 2, l'enveloppe 4, ainsi que le couvercle 5 et la plaque de fond 6 qui les relient à leurs extrémités, constitue la boite de refroidissement de la lingotière telle que mentionnée précédemment et désignée sous la référence générale 30. Le couvercle 5 et la plaque de fond 6 constituent ainsi les éléments précédemment évoqués par l'expression générique : plaques de fermeture de la boite de refroidissement. De même, la chemise 2 constitue la paroi latérale intérieure de la boîte de refroidissement. La chemise 2 est centrée autour de l'élément 1 par des tétons 7 et définit avec celui-ci un espace annulaire 8. Un second espace annulaire 9 est formé entre la cloison 3 et l'enveloppe 4. Le volume interne de la boite de refroidissement 30 est partagé en deux chambres superposées 10 et 11, au moyen d'une cloison étanche 12. On notera qu'habituellement le couvercle, la plaque de fond ainsi que l'élément de séparation 12 sont constitués de plusieurs pièces assem blées de manière à faciliter les opérations de montage et de démontage de la lingotière. Chaque chambre communique avec l'espace annulaire 8 au moyen de lumières 13 et 14 ménagées respectivement aux deux extrémités de la chemise 2. Le refroidissement primaire du produit coulé est assuré comme suit : l'agent refroidissant liquide, généralement de l'eau et considéré comme tel dans la suite, penètre dans l'espace 9 au moyen d'une tubulure d'entrée 15 prevue sur l'enveloppe 4, passe dans la chambre inférieure 10 grâce à des ouvertures 16 ménagées à cet effet au bas de la cloison 3 et entre dans l'espace annulaire 8 par les lumières 13. L'eau de refroidissement remonte alors à vitesse élevée le long du passage 8 où elle s'échauffe par échange de chaleur avec le métal en fusion, au travers de l'élément 1. L'eau pénètre ensuite dans la chambre supérieure 11 par les ouïes 14, et l'évacuation est assurée par une conduite de sortie 17 piquée sur la virole intérieure 3 et traversant l'espace 9. La chambre à eau supérieure 11 est occupée presque entièrement par un inducteur statique polyphasé de forme tubulaire schématisé en 18. Cet inducteur repose sur des pattes-support 19 solidaires de la cloison 3. De préférence, on interpose entre l'inducteur et les pattes-support une entretoise 20 de longueur ajustable, de manière à pouvoir regler l'inclinaison de l'inducteur ou sa position en hauteur. L'exemple considéré concerne un inducteur à champ tournant pour la mise en rotation du metal coulé autour de l'axe (a) de la lingotière. Dans ce cas, sa culasse magnétique de retour du flux, schématisée en 21, est constituée, de façon connue, par des tôles feuilletëes orientées horizontalement et maintenues serrées entre elles au moyen de tirants longitudinaux. Il est avantageux alors de prévoir, comme le montrent les figures, des tirants suffisamment longs pour que leur extrémité inférieure filetée 22, dépassant de l'inducteur, puisse faire fonction, en association avec des écrous 23, d'entretoise variable. Dans les lingotières connues de ce type, il est de pratique habituelle que l'inducteur soit simplement immergé dans la boîte de refroidissement. Son refroidissement est assuré par convection naturelle dans l'eau, aidée par le mouvement de circulation de cette eau. Dans cette solution classique, une partie de l'eau, qui peut être importante, ne contribue pas au refroidissement de l'inducteur, car elle circule par le circuit le plus facile sans tourner autour de l'inducteur, ici par le passage transversal 24 situe entre le couvercle 5 et l'inducteur. Pour pouvoir augmenter de façon décisive la densité de courant dans les inducteurs, l'invention consiste donc à organiser la circulation forcee de la totalité de l'eau de refroidissement primaire à travers l'inducteur et le long de l'espace 25 qui le sépare de la chemise 2. Pour ce faire, l'invention prévoit des moyens agences dans la boîte de refroidissement pour canaliser la totalité de l'eau à travers l'inducteur. Ces moyens, s'ils peuvent être sophistiqués -par exemple, des conduites agencees à l'intérieur de la boîte de refroidissement peuvent également être très simples. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, l'invention consiste à utiliser l'inducteur lui-même comme cloison pour canaliser la circulation de l'eau, en fermant le passage direct le long d'une desparois de la boîte de refroidissement. Sur les figures, on voit que ceci est réalisé en fermant le passage 24 par un joint 25. Ainsi, la circulation de l'eau est forcée en totalité le long de l'inducteur par la culasse feuilletee 21, rendue étanche par construction. Le joint 25 est, de préference, un joint souple en caoutchouc ou en néoprène, collé dans une encoche annulaire 26 ménagée dans le couvercle 5, qui prend appui sur la culasse magnétique 21. Ce joint peut également être placé en tout autre endroit approprié, par exemple au droit de la culasse 21, de manière à obstruer le passage longitudinal 27 entre l'inducteur et la cloison 3, en un endroit situé au-dessus de la conduite de sortie 17. Toutefois, l'emplacement illustré sur les figures est préféré car la compression adéquate du joint 25 peut être facilement obtenue par un réglage en hauteur de l'inducteur au moyen des entretoises variables 20. Il doit être noté ëgalement que le joint 25 peut obstruer le passage transversal 24 en un endroit quelconque entre le couvercle et le sommet de l'inducteur, dans la mesure bien entendu où ce joint ne devient pas pour autant un obstacle facilement contournable par le courant d'eau de refroidissement. En règle générale, il est preferable, comme le montrent les figures, de placer le joint 25 à la suite de la culasse 21 dont il constitue ainsi un prolongement souple et étanche jusque sur la face interne du couvercle. L'intérêt majeur de cette forme de réalisation de l'invention résulte, comme on l'a déjà évoqué, de sa simplicité technologique.Les perfectionnements, selon l'invention, deviennent ainsi immédiatement applicables sans modifications particulières de la structure d'ensemble de la lingotière ou de l'inducteur, donc sans frais d'investissement élevés ou sans frais de fonctionnement substantiels. La décision de perfectionner une lingotière conformément à l'invention peut être prise chaque fois que se fait sentir la nécessite d'améliorer le refroidissement de l'inducteur sans perturber le circuit de refroidissement primaire ou sans modifier le volume disponible de la boîte de refroidissement. C'est généralement le cas lorsqu'on souhaite relever les limites de fonctionnement de l'inducteur : par exemple lorsqu'on utilise des éléments tubulaires 1 plus épais, ou que l'on coule des produits de section plus petite que celle des produits pour lesquels l'inducteur a été conçu. Un autre exemple fréquent se presente lorsque, toutes choses étant égales par ailleurs, le gabarit de la lingotière est imposé par des contraintes liées à la conception de la machine de coulée existante (système d'oscillation, etc) de sorte qu'il devient nécessaire de sous-dimensionner l'inducteur pour l'adapter au plus juste au volume disponible de la chambre à eau. D'une façon générale, on comprend que, pour assurer un bon refroidissement de l'inducteur, on a intérêt à ce que l'eau de refroidissement primaire, canalisée vers le bas grâce au joint 25, circule le plus possible dans l'inducteur, en contact avec les bobinages électriques et non pas dans son entrefer libre défini par l'espace 28 séparant l'inducteur de la chemise 2. Dans le cas de la coulée de produits section ronde (figure 1), l'élément tubulaire interne 1, la chemise 2 et l'inducteur 18 qui les entoure sont de section circulaire. L'espace de séparation 28 entre l'inducteur et la chemise est alors généralement suffisamment étroit pour qu'une circulation préférentielle de l'eau dans cet espace ne soit pas trop à craindre. Il en va différemment dans le cas de la coulée de produits de section droite ou rectangulaire. En effet, comme le montrent les figures 2 et 3, l'inducteur 18 est alors circonscrit à une chemise 2 de section carrée, de sorte que l'espace 28 se trouve, en regard des faces de la chemise, nécessairement élargi et détermine, de ce fait, un passage plus aise pour l'eau que partout ailleurs. Il est à craindre dans ce cas qu'une grande partie de l'eau de refroidissement primaire n'emprunte ce passage au detriment de la circulation interne dans l'inducteur. Conformément à l'invention, cet inconvénient est évité en introduisant, dans l'espace 28, un ou plusieurs organes de perte de charge réduisant localement sa largeur. Comme le montrent les figures 2 et 3, ces organes peuvent être des déflecteurs constitues par de simples plaquettes transversales 29, éventuellement inclinées, disposées en regard des faces de la chemise et conformées en arc de cercle de manière à épouser le profil interne de l'inducteur. Pour des raisons évidentes tenant à la présence de l'inducteur, les déflecteurs sont, comme la chemise, de préférence en matériau amagnétique, par exemple en acier inoxydable amagnêtique. Il va de soi que l'effet recherché est d'autant mieux obtenu que le déflecteur 29 est placé le plus près possible de l'extrémité supérieure de l'inducteur. A cet égard, il est avantageux, comme le montre la figure 2, de le disposer immédiatement-sous les ouvertures 14 de la chemise, par lesquelles l'eau pénètre dans la boîte de refroidissement 30 après avoir circulé le long de l'élément tubulaire 1. Bien entendu, le passage 28 peut présenter une ou plusieurs plaquettes 29 étagées selon sa hauteur. Ces plaquettes peuvent indifféremment être solidaires de l'inducteur si sa technologie le permet, ou de façon plus commode, rapportées par soudure sur la chemise (figure 2 et 3). L'invention est d'application génerale à tout type de lingotière de coulée continue, équipée intérieurement d'un inducteur électromagnétique pour une mise en mouvement du métal liquide au sein de la lingotière. Ainsi, l'invention s'applique aux lingotières destinées tant à la coulée de billettes ou de blooms qu'à la coulée de produits à section très allongée, tels que les brames. L'invention est indifférente au sens de circulation de l'eau dans le circuit de refroidissement primaire. Ainsi, les rôles respectifs des conduites 15 et 17 peuvent être inversés par rapport à ceux décrits. De même, l'invention est indifférente au type d'inducteur choisi, qu'il soit à champ tournant autour de l'axe de la lingotière, ou glissant le long de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Lingotière de coulée continue des metaux en fusion, notamment de l'acier, comprenant un élément tubulaire interne définissant un passage pour le metal coulé et une boîte de refroidissement, disposée extérieurement audit elément, parcourue par un agent refroidissant liquide et dans laquelle est placé un inducteur électromagnétique, lingotière caracterisee en ce que des moyens sont agences dans ladite boîte pour forcer la circulation de la totalité de l'agent refroidissant dans l'inducteur. 2. Lingotière selon la revendication dans laquelle la boîte de refroidissement comporte des plaques de fermeture respectivement inférieure et supérieure, caractérisée en ce que lesdits moyens sont constitués par un joint d'étanchéité dispose entre une de ces plaques d'extrémité et l'inducteur. 3. Lingotière selon la revendication 2 dans laquelle la boite de refroidissement comporte une chambre supérieure fermée par la plaque de fermeture supérieure constituée par un couvercle et dans laquelle est place l'inducteur, lingotière caractérisée en ce que le joint d'étanchéité est interposé entre ledit couvercle et l'inducteur. 4. Lingotière selon les revendications 2 ou 3, selon laquelle l'inducteur présente une culasse magnétique étanche, caractérisée en ce que le joint d'étan chei'té est placé dans le prolongement de ladite culasse magnétique. 5. Lingotiere selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la position de l'inducteur dans la boite de refroidissement est réglable en hauteur pour permettre le réglage de la compression du joint d'étanchéité. 6. Lingotière selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'inducteur repose sur des supports par l'intermédiaire d'entretoises de longueurs réglables. 7. Lingotière selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la boîte de refroidissement présente une paroi latérale intérieure définissant un espace de séparation avec l'inducteur, caractérisée en ce que des moyens de perte de charge sont agencés dans ledit espace d'écartement pour y réduire la circulation de l'agent de refroidissement. 8. Lingotiere selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de perte de charge sont constitués par au moins un élément réduisant localement la largeur dudit espace de séparation. 9. Lingotiere selon la revendication 8, selon laquelle la paroi latérale intérieure de la boîte de refroidissement définit avec l'élément tubulaire interne, un espace pour la circulation de l'agent refroidissant le long dudit élement, cet espace communiquant avec l'intérieur de la boite par des ouvertures menagées aux extrémités respectivement inférieure et supérieure de la paroi latérale intérieure, lingotière caractérisée en ce que les moyens de perte de charge sont disposés au voisinage de l'extrémité de l'inducteur la plus proche de l'ouverture de ladite paroi latérale intérieure par laquelle l'agent refroidissant pénètre dans la boite de refroidissement, après avoir circulé le long de l'élément tubulaire interne. 10. Lingotière selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de perte de charge sont constitués par un déflecteur disposé sur la paroi latérale intérieure immédiatement sous l'ouverture par laquelle l'agent refroidissant pénètre dans la boite de refroidissement.