Brevet FR2449497A1 — publié le 19800919

L'invention concerne la sidérurgie et la métallurgie des non-ferreux. Elle peut être appliquée à la coulée des gros lingots pour le forgeage et le laminage, ainsi qutà la coulée des électrodes consommables pour la refusion sous laitier électroconducteur et à l'arc sous vide. Les lingots de forte section sont demandés en quantités de plus en plus grandes dans la métallurgie et les constructions mécaniques. Les besoins en gros lingots sont élevés pour les laminoirs dégrossisseurs (bloomings et slabbings) et pour les ateliers de forgeage. Les lingots pour les laminoirs dégrossisseurs coulés en lingotières ordinaires nécessitent des éboutages après le laminage, l'élimination de la zone de retassure entraînant une perte de métal de 11 à 16 %. De gros lingots, à diamètre de section de 400 à 1300 mm, sont nécessaires à la refusion sous laitier électroconducteur et à l'arc sous vide. Ces procédés modernes d'élaboration de demiproduits offrent de grandes possibilités dans l'amélioration de la qualité du métal. C'est pourquoi l'approvisionnement des installations de refusion sous laitier électroconducteur et à l'arc sous vide en électrodes consommables de fortes sections est très important. Ces dernières années, on a construit une série d'installations de coulée semi-continue de métaux pour l'élaboration des électrodes consommables. L'expérience de leur utilisation a montré que l'emploi des électrodes consommables coulées en semi-continu a permis d'accroître le rendement en produits sains de 6 à 9 % et, en même temps, d'améliorer la qualité des lingots élaborés par refusion sous laitier électroconducteur ou à l'arc sous vide. Pour la coulée des électrodes consommables de forte section, on utilise à l'heure actuelle de longues lingotières composites. Toutefois, les projections de métal provoquées par le jet tombant d'une hauteur de 8 à 10 mètres abaissent la qualité de la surface des électrodes consommables et augmentent les pertes de métal à la coulée. Il est évident qu'un tel procédé de coulée des électrodes consommables nécessite des perfectionnements. D'autre part, la coulée en source ou en siphon des électrodes consommables dans de longues lingotières composites est peu efficace, car dans ce cas il se produit un sous-refroidissement du métal au ménisque, ce qui provoque l'apparition de défauts. La coulée des gros lingots de forge en lingotières ordi naires, appliquée à l'neutre actuelle, est elle aussi très imparfaite. Le rendement en produit (métal) sain n'atteint que 65 à 70 . Il est évident qu'une telle méthode d'élaboration des lingots de forge, dans laquelle les déchets de métal atteignent 30 à 35 %, est bien imparfaite. Dans les installations de coulée continue des métaux, on n'arrive à couler que des lingots dont les dimensions de la section droite vont jusqu'à 400 x 400 mm. L'augmentation des dimensions de la section du lingot au-delà de cette valeur implique une forte augmentation de la hauteur des installations de coulée continue, ce qui complique fortement leur conception et augmente les investissements pour leur construction. Ces raisons ont fait que l'on a tenté de créer une installation pour la coulée semi-continue de lingots de forte section. On connaît une installation pour la coulée semi-continue de métaux, faisant l'objet du certificat d'auteur d'invention de l'URSS nO 325 088. Cette installation comprend une lingotière et un faux-lingot placé sur une table qui se déplace suivant des glissières à l'aide d'un mécanisme à câble et assure l'extraction du lingot. Toutefois, cette installation pour la coulée semi-continue de métaux a une hauteur importante, par suite de la présence d'un système de poulies dans la zone de la lingotière. En outre, la faible rigidité du mécanisme d'extraction du lingot provoque des irrégularités dans le mouvement du lingot. Il s'ensuit de fortes accélérations et des à-coups du lingot lors de l'extraction d'un lingot de grande masse, une forte altération de la qualité du lingot, des hétérogénéités dans les propriétés du métal, l'apparition de fissures et d'autres défauts, ainsi que des charges dynamiques sur toute l'installation de coulée semi-continue. La disposition du système de poulies supérieur et du câble dans la zone d'action des hautes températures abaisse leur durée de service et la fiabilité de l'installation de coulée semicontinue. On connaît une installation de coulée semi-continue de métaux, décrite dans l'ouvrage de Boichenko M.S. et autres "La coulée continue de l'acier", URSS, Moscou, Metallurgizdat, 1961, p. 31, comprenant une lingotière et un faux-lingot placé sur une table mobile qui se déplace suivant des glissières à l'aide d'un mécanisme d'extraction du lingot à entraînement par vis. Cette installation de coulée semi-continue de métaux a elle aussi une hauteur importante. Ceci résulte de la nécessité de loger l'actionneur du mécanisme d'extraction du lingot audessous de la lingotière (dans le cas d'une disposition supérieure de l'actionneur), ou au-dessous de la table mobile (dans le cas d'une disposition inférieure de l'actionneur). Des complications importantes surgissent par suite de la limitation de la longueur des lingots élaborés résultant des possibilités limitées dans la fabrication des vis de grande longueur pour le mécanisme d'extraction du lingot. En outre, la disposition des vis du mécanisme d'extraction du lingot auprès du lingot, c'est-à-dire dans la zone d'action des hautes températures, augmente l'usure des vis, abaisse leur durée de service et la fiabilité de toute l'installation de coulée continue. On connaît aussi une installation pour la coulée semicontinue de métaux faisant l'objet du certificat d'auteur d'invention de l'URSS nO 537 751. Cette installation comprend une lingotière et un faux-lingot placé sur une table mobile qui se déplace suivant des glissières à l'aide d'un mécanisme d'extraction du lingot à crémaillères. Le mécanisme d'extraction du lingot comprend des crémaillères montées fixes et des pignons montés sur la table mobile et entraînés par un actionneur électro-mécanique disposé lui aussi sur la table mobile. Toutefois, pour fabriquer et utiliser cette installation de coulée semi-continue, il faut aussi surmonter des difficultés importantes conditionndes : - par sa conception compliquée et par le grand encombrement de l'actionneur du mécanisme d'extraction du lingot, disposé sur la table - par la limitation de la masse des lingots pouvant entre coulés, due au grand encombrement de l'actionneur du mécanisme d'extrac tion du lingot - par la hauteur importante de l'installation de coulée semi-conti nue, résultant de la disposition de l'actionneur du mécanisme d'extraction du lingot sur la table mobile. On connaît aussi une installation pour la coulée semicontinue de métaux, décrite dans l'ouvrage d'Erkhard Germann *La coulée continue", URSS, Metallurgizdat, Moscou, 1961, P.149, fig 1290, comprenant une lingotière disposée au-dessus d'une chambre de refroidissement secondaire, et un faux-lingot constitué par une partie inférieure fixe et une partie supérieure mobile. La partie inférieure fixe du faux-lingot est réalisée sous la forme d'un cylindre de vérin dans lequel est placé un piston muni d'une tige qui coopère avec la partie supérieure du faux-lingot. Cette installation de coulée semi-continue est caracté- risée par sa conception simple et sa rigidité suffisante, permettant de couler des lingots massifs de forte section. Toutefois, un inconvénient de cette installation de coulée continue est sa hauteur importante, comprenant la longueur de la lingotière, la longueur du lingot à élaborer et la longueur de la partie inférieure fixe du faux-lingot, c'est-à-dire du cylindre, qui est plus grande que la longueur du lingot, car le vérin doit assurer, primo, l'introduction de la partie supérieure du faux-lingot dans la lingotière et, secondo, la coulée d'un lingot de longueur requise et l'extraction complète du lingot hors de la lingotière, le déplacement de la partie mobile du faux-lingot de sa position haute à sa position basse s'effectuant en une seule course du piston du vérin hydraulique. La hauteur importante de l'installation de coulée semicontinue décrite complique son montage dans les ateliers des usines métallurgiques et de constructions mécaniques. Son montage dans de nouveaux ateliers nécessite une forte augmentation de leur hau- teur, ce qui augmente les investissements pour la construction de l'atelier et de l'installation de coulée semi-continue elle-mme. le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On stest proposé de créer une installation pour la coulée semi-continue de métaux dans laquelle le faux-lingot pour l'extrac- tion du lingot serait réalisé de façon à permettre de diminuer la hauteur de l'installation et d'abaisser le prix de sa construction. La solution consiste en une installation pour la coulée semi-continue de métaux, du type comprenant une lingotière disposée au-dessus d'une chambre de refroidissement secondaire dans laquelle est placé un faux-lingot comprenant un renflement et un vérin hydraulique pour l'extraction du lingot, installation dans laquelle, d'après l'invention, le vérin hydraulique d'extraction du lingot est monté de façon à pouvoir se déplacer le long de la chambre de refroidissement secondaire, et il est prévu des bloqueurs munis d'actionneurs assurant leur coulissement longitudinal et montés sur des montants fixes, ces bloqueurs traversant des alésages ména gés dans les parois de la chambre de refroidissement secondaire et coopérant avec des alésages ménagés dans la surface latérale dudit renflement et du vérin hydraulique du faux-lingot. Une telle réalisation compacte du faux-lingot et de son actionneur pour l'installation de coulée semi-continue, permet de diminuer la hauteur de l'installation et d'abaisser le prix de sa construction. Il est avantageux de réaliser ledit vérin hydraulique d'extraction du lingot -avec une chambre supplémentaire disposée en série, et de placer dans cette chambre un second piston muni d'une tige dont la course est deux fois plus courte que celle du premier piston du vérin d'extraction du lingot. Ceci permet d'élever la production de l'installation au niveau des exigences actuelles. Pour expliquer l'invention, on décrit plus bas des exemples de réalisation de l'installation pour la coulée semi-continue de métaux suivant l'invention, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 représente une installation suivant l'invention comportant un faux-lingot ayant une seule chambre de piston, en coupe longitudinale partielle par un plan vertical, avec arrachements et interruptions la Fig. 2 représente une- installation suivant l'invention comportant un faux-lingot ayant deux chambres de piston, en coupe longitudinale partielle par un plan vertical, avec arrachements et interruptions la Fig. 3 représente la coupe III-III de la Fig.l, à une échelle plus grande. L'installation pour la coulée semi-continue de métaux représentée par la figure 1 se compose d'une lingotière 1 montée au-dessus d'une chambre de refroidissement secondaire 2 sur le châssis 3 d'un mécanisme 4 d'oscillation de la lingotière 1, mis en mouvement par un actionneur 5. Le lingot 6 est tiré hors de la lingotière 1 à l'aide d'un faux-lingot 7 comprenant un vérin hydraulique 8 d'extraction du lingot dans la chambre 9 duquel est placé un piston 10 solidaire dsune tige 11 à laquelle est accouplé un renflement 12 du faux-lingot 7, ce renflement étant accouplé à une partie amovible 13 à l'aide d'une attache 14. Dans les surfaces latérales du renflement 12 et du fond renforcé du vérin 8 d'extraction du lingot, sont usinés des alésages 15 (figure 3) dans lesquels sont emboîtées des douilles 16 à alésage conique 17.Des bloqueurs 18, lors de leur engagement dans les alésages 17, coopèrent avec le renflement 12 (figure 1) et avec le vérin 8 d'extraction du lingot 6. Pour faciliter l'engagement des bloqueurs 18 dans les alésages 17, ces alésages sont réalisés coniques et les bloqueurs ont un nez conique 19 correspondant aux alésages 17. Audessous de la chambre 2 (figure 1) de refroidissement secondaire est prévu un fourreau 20 à parois 21, destiné à recevoir et à conserver le faux-lingot 7. Les parois 22 de la chambre 2 de refroidissement secondaire et les parois 21 du fourreau 20 sont traverses par des alésages usinés 23, disposés à un pas égal à la course du piston 10 dans le vérin 8 d'extraction du lingot 6 et dotés de douilles 24 traversées par un alésage 25.Dans les alésages 25 sont engagés à coulissement lesiloqueurs 18, équipés d'actionneurs de coulissement réalisés sous la forme de vérins hydrauliques 26 fixés à des montants 27. Les pistons 28 des vérins 26 sont assemblés aux bloqueurs 18, qui font en même temps office de tige des vérins 26. En position basse, le lingot 6 s'appuie par la partie amovible 13 sur un épaulement 29. Pour assurer l'engagement des bloqueurs 18 dans les alésages 17 (figure 3), le faux-lingot 7 (figure 1) est réalisé de façon que la distance minimale et la distance maximale entre les alésages 17 (figure 3) du renflement 12 et ceux du fond renforcé du vérin 8 d'extraction du lingot 6 soient multiples du pas des bloqueurs 18. les douilles 16 emboîtées dans le renflement 12 du fauxlingot 7 et dans le fond renforcé du vérin 8, ainsi que les douilles 24 emboîtées dans les parois 22 et 21, sont.destinées à prévenir l'usure de la surface de ces éléments lors de la coopération avec les bloqueurs 18, et elles sont amovibles. On peut réaliser le faux-lingot 7 suivant une variante dans laquelle c'est le cylindre du vérin 8 d'extraction du lingot qui est accouplé à la partie amovible 13, le renflement 12 (figure 2) étant à la partie inférieure. Toutefois, la première variante (figure 1) décrite est préférentielle, car l'alimentation du vérin 8 d'extraction du lingot 6 en fluide moteur y est plus simple, et le fluide moteur n'y est pas chauffé par le lingot. L'installation pour la coulée semi-continue'de métaux fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer la coulée du métal, on introduit la partie amovible 13 (figure 1) du faux-lingot 7 dans la lingotière 1, à l'aide du vérin 8 d'extraction du lingot. Dans la position initiale, avant la coulée du métal, les bloqueurs 18 sont engagés dans les alésages 17 (figure 3) du renflement 12 (figure 1) et du vérin 8 du faux-lingot 7, et le piston 10 du vérin 8 d'extraction du lingot 6 est à sa position haute par rapport au cylindre du vérin 8. On coule le métal liquide dans la lingotière 1 jusqu'au niveau requis, après quoi, à l'aide des vérins 26, on fait sortir les bloqueurs 18 des alésages 17 (figure 3) du renflement 12 (figure 1) du faux-lingot 7 et l'on admet le fluide moteur sous pression au-dessus du piston 10. On tire le lingot 6 d'une longueur égale à la course du piston 10, à la vitesse prescrite. Dès que l'extraction du lingot 6 commence, le mécanisme 4 d'oscillation de la lingotière est mis en mouvement par l'actionneur 5 et, par l'intermédiaire du châssis 3, il imprime à la lingotière 1 des oscillations le long du lingot 6, c'est-à-dire un mouvement alternatif. Quand le piston 10 est arrivé à sa position basse par rapport au cylindre du vérin 8, on engage dans les alésages 17 (figure 3) du renflement 12 les bloqueurs 18, après quoi on fait sortir les bloqueurs 18 des alésages 17 du vérin 8. Ceci fait, on admet le fluide moteur sous pression au-dessous du piston 10, et le cylindre du vérin 8 descend jusqu'à sa position basse par rapport au piston 10. On réengage alors les bloqueurs 18 dans les alésages 17 du vérin 8. Puis, on fait sortir les bloqueurs 18 des alésages 17 du renflement 12. On admet le fluide moteur sous pression au-dessus du piston 10 et l'on extrait à nouveau le lingot d'une longueur de course du piston 10. Ensuite la séquence opératoire des éléments de l'installation de coulée semi-continue se répète. C'est ainsi que s'effectue l'extraction du lingot dans l'installation pour la coulée semi-continue de métaux conforme à l'invention. Après achèvement de la coulée, le lingot 6 vient s'appuyer par la partie amovible 13 sur l'épaulement 29. L'évacuation du lingot peut s'effectuer de deux manières. Dans l'un des exemples de réalisation de l'invention, le lingot complètement solidifié est sorti par le haut, par marche inverse du faux-lingot 7. Avant le renversement de la marche du faux-lingot 7, on écarte-la lingotière 1. Dans un autre exemple de réalisation de l'installation, les bloqueurs 18 sont réalisés de façon qu'ils puissent être dégagés des parois 22 de la chambre de refroidissement secondaire 2. Après la coulée du lingot 6 et sa mise en appui sur l'épaule- ment 29 par l'intermédiaire de la partie amovible 13, on désaccouple cette partie amovible 13 d'avec le renflement 12, on fait sortir les bloqueurs 18 au-delà des limites de la chambre de refroidissement secondaire 2, et l'on évacue au-delà des limites de l'installation ladite chambre 2 en commun avec le lingot et la partie amovible 13. Ensuite, on met en place une autre chambre de refroidissement secondaire 2, on fait remonter le faux-lingot, on pose sur son renflement 12 une autre partie amovible 13, on engage le faux-lingot dans la lingotière 1, et l'on répute le processus de coulée.Dans une telle variante de réalisation de l'installation, à la fin de la coulée, le faux-lingot 7 vient se placer dans le fourreau 20. L'installation pour la coulée semi-continue de métaux représentée par la figure 2 comporte tous les éléments de l'installation de la figure 1. Elle en diffère par son vérin hydraulique 8 d'extraction du lingot, qui est réalisé avec une chambre supplémentaire 30 recevant un piston 31 assemblé à une tige 32. La longueur de la chambre supplémentaire 30 est telle que la course du piston 31 soit deux fois plus courte que celle du pis- ton 10 dans le vérin 8 d'extraction du lingot 6. La tige 32 est accouplée à la partie amovible 13 du faux-lingot 7 à l'aide d'une attache 14. Dans l'installation de coulée semi-continue représentée par la figure 2, le renflement 12 du faux-lingot 7 se trouve en bas, et le vérin 8 d'extraction du lingot se trouve en haut. L'installation pour la coulée semi-continue de métaux selon le second exemple, représentée par la figure 2, fonctionne de la façon suivante. Avant de commencer la coulée du métal, on introduit la partie amovible 13 du faux-lingot 7 dans la lingotière 1, à l'aide du vérin 8 d'extraction du lingot. Dans la position initiale,avant la coulée du métal, les bloqueurs 18 sont engagés dans les alésages 17 du vérin 8 du faux-lingot 7, et les pistons 10 et 31 du vérin 8 d'extraction du lingot sont à leur position haute par rapport au cylindre du vérin 8. On coule le métal liquide dans la lingotière 1 jusqu'au niveau prescrit, après quoi on admet le fluide moteur sous pression au-dessus des pistons 10 et 31. On règle le débit de fluide moteur de façon que le piston 31 se déplace à la vitesse voulue d'extraction du lingot, et que le piston 10 se déplace à une vitesse de 2,2 à 2,5 fois plus grande que la vitesse d'extraction du lingot. le lingot descend de la valeur de la course du piston 31. Comme la course du piston 10 est deux fois plus grande que celle du piston 31 et la vitesse de déplacement du piston 10 est de 2,2 à 2,5 fois plus grande que celle du piston 31, c'est le piston 10 qui arrive le premier a sa position basse par rapport au cylindre du vérin 8. Quand ceci s'est produit, on engage les bloqueurs 18 dans les alésages 17 du renflement 12, l'extraction du lingot 6 par le piston 31 se poursuivant. Simultanément avec l'extraction du lingot 6, on fait osciller la lingotière 1, c'est-à-dire qu'on lui imprime un mouvement alternatif le long du lingot. Quand le piston 31 est arrivé à sa position basse par rapport au cylindre du vérin 8, on fait sortir les bloqueurs 18 des alésages 17 du vérin 8, puis on admet le fluide moteur sous pression au-dessous des pistons 10 et 31. On règle le débit de fluide moteur de façon que la vitesse de descente du cylindre du vérin 8 par rapport au piston 10 soit exactement le double de la vitesse d'extraction du lingot, et que la vitesse de déplacement du piston 31 par rapport au cylindre du vérin 8 soit égale à la vitesse d'extraction du lingot. La différence entre la vitesse de déplacement du cylindre du vérin 8 et celle du piston 31, égale à la vitesse d'extraction du lingot, assure la descente du lingot à la vitesse voulue. Les pistons 10 et 31 arrivent en même temps à la position haute par rapport au cylindre du vérin 8, après quoi on engage les bloqueurs 18 dans les alésages 17 du cylindre du vérin 8, et l'on fait sortir les bloqueurs 18 correspondants des alésages 17 du renflement 12. On admet le fluide moteur sous pression au-dessus des pistons 10 et 31. La séquence opératoire des éléments de l'installation de coulée semi-continue se répète. C'est ainsi que s'effectue l'extraction du lingot. L'évacuation du lingot au-delà des limites de l'installation de coulée semi-continue s'effectue selon llun des exemples donnés dans la description du fonctionnement de l'installation représentée par la figure 1. La conception de l'installation de coulée semi-continue selon la figure 2 permet, comparativement à celle de la figure 1, de supprimer le temps d'arrêt pour la descente à vide du cylindre du vérin 8, ce qui augmente la production de l'installation en la rapprochant de celle de la coulée réalisée en continu. REVENDICATIONS 10- Installation pour la coulée semi-continue de métaux, du type comprenant une lingotière disposée au-dessus d'une chambre de refroidissement secondaire dans laquelle est placé un fauxlingot comprenant un renflement et un vérin hydraulique pour l'extraction du lingot, caractérisée en ce que le vérin hydraulique d'extraction du lingot est monté de façon à pouvoir se déplacer le long de la chambre de refroidissement secondaire, et en ce qu'il est prévu des bloqueurs munis d'actionneurs assurant leur coulissement longitudinal et montés sur des montants fixes, ces bloqueurs traversant des alésages ménagés dans les parois de la chambre de refroidissement secondaire et coopérant avec des alésages ménagés dans la surface latérale dudit renflement et du vérin hydraulique du faux-lingot. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le vérin hydraulique d'extraction du lingot comporte une chambre supplémentaire disposée en série, dans laquelle est placé un second piston muni d'une tige dont la course est deux fois plus courte que celle du premier piston du vérin d'extraction du lingot.