Brevet FR2465535A1 — publié le 19810327

L'invention est relative à un procédé et un dispositif de brassage destinés à améliorer la qualité d'un métal coulé en continu. les normes de qualité des métaux, acier en particulier, devenant de plus en plus sévères, il est nécessaire, pour éviter des déclassements de qualité ou des rebuts, d'obtenir une régula- rité de qualité dans la production de plus en plus grande. C'est en particulier le but, dans la production par coulée continue, des dispositifs de brassage du métal pendant la coulée, c'est-à-dire dans la lingotière, et pendant la solidification à des niveaux situés au-dessous de la lingotière o une zone encore liquide appe- lée fréquemment puits liquide, se trouve au milieu du lingot en re- froidissement. Un tel brassage permet d'une part de diminuer la longueur des cristaux pendant la solidification, d'autre part de répartir les impuretés qui ne seraient pas remontées à la surface au-dessus de la lingotière. On connaît des dispositifs de brassage électromagnétiques de billettes ou blooms opérant par action d'un champ magnétique ro- tatif traversant la billette sutcours de solidification, le champ magnétique étant créé par des bobines inductrices disposées dans la lingotière ou au-dessous de celle-ci. Un tel dispositif est dé- crit par exemple dans la demande de brevet français de la Deman- deresse publiée sous le NA 2355392. On connaît également des dispositifs de brassage pour la coulée continue de brames. - L'un de ces dispositifs décrit dans le brevet français de la Demanderesse NA 2 231 454, comporte un inducteur disposé à l'intérieur d'un rouleau de guidage de la brame au-dessous de la lingotibre, et créant autour de lui un champ glissant de façon à créer un mouvement latéral de la partie encore liquide situé der- rière la çroûte refroidie. On connaît également un dispositif de brassage de brames en lingotière de coulée continue ayant fait l'objet de la deman- de de Brevet français de la Demanderesse publiée sous le na 2 393 632 et qui comporte un inducteur situé dans la lingotière et créant un champ glissant soit dans le sens latéral pour créer un mouvement horizontal du métal liquide pendant la coulée, soit dans le sens vertical pour créer un mouvement ascendant ou descendant du métal liquide. Les procédés décrits ci-dessus ont tous l'inconvénient, parce qu'alimentés en courant alternatif et parce que le champ magnétique créé doit traverser un espace d'air considérable, de nécessiter une puissance magnétisante considérable pour une puissan- ce active demandée réduite. Il en découle des pertes considérables dans le cuivre, un rendement faible, et des équipements importants pour l'alimen- tation en énergie. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif des- tinés à améliorer la qualité d'un métal coulé en continu qui aient, pour les mêmes effets que décrits ci-dessus, un rendement nettement supérieur et un mouvement de brassage accru. le procédé est caractérisé en ce qu'on soumet le métal en cours de solidification à l'action d'au moins un champ magnétique d'intensité constante et en déplacement relatif par rapport audit métal en cours de solidification, de manière à assurer un mouve- ment du métal liquide au front de solidification appelé communé- ment brassage. Selon les cas, le déplacement relatif sera un déplaceè ment de rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de cou- lée ou d'un axe parallèle à celui-ci. Les dispositifs correspondant à ce procédé comporteront donc des moyens de production d'un champ magnétique constant con- sistant dans des aimants permanents ou des électro-aimants, la puissance magnétisante étant donc fournie dans ce deuxième cas par un courant continu comme dans un rotor de machine synchrone. Par ailleurs des organes de mise en rotation de ces dis- positifs sont prévus de façon à créer le mouvement relatif des ai- mants et à provoquer ainsi des courants de Foucault dans le métal liquide et à faire naître des forces de mise en circulation du métal liquide. Les figures ci-jointes, se rapportant à deux variantes de dispositifs selon le procédé, aideront à comprendre l'invention parmi lesquelles: la figure 1 représente en coupe diamétral un dispositif de brassage pour coulée continue de billettes ou blooms. Les figures 2, 3 et 4 représentent un dispositif de bras- sage pour coulée continue de brames. La figure 2 représente une brame en cours de coulée con- tinue. La figure 3 représente schématiquement le principe du brassage. La figure 4 donne le détail d'un rouleau brasseur. Sur la figure 1 on a représenté en 1 une billette en cours de refroidissement en dessous de la lingotière, le métal en- core liquide étant représenté en 2. Un dispositif-de brassage 3 est placé autour de la billette. Il comprend un inducteur 4 comprenant une culasse cylindrique 5 dans laquelle sont fixés deux p8les in- ducteurs 6 exécutés en matériau magnétiquement dur de façon à créer un champ uniforme traversant l'espace cylindrique occupé par- tiellement par la billette. Pour faciliter la réalisation, ces p8- les peuvent être exécutés par empilage d'éléments relativement min- ces 7 disposés selon des génératrices et collés entre eux. - Un matériau particulièrement bien adapté pour réaliser un tel empilage est le caoutchouc magnétique que l'on peut disposèe en couche uniforme soit préaimantée, soit aimantable après pose, par exemple en disposant à l'intérieur de l'espace cylindrique disponible un rotor d'alternateur dans lequel on enverra un cou- rant de choc convenable. La culasse 5 est disposée dans deux éléments de monture- 8 et 9 et l'ensemble de l'inducteur 4 est placé dans un carter 10 en acier qui a une partie inférieure discale 11 et une partie laté- rale cylindrique 12, de façon que l'inducteur 4 puisse tourner à l'intérieur du carter 10. A cet effet sont prévus des galets 13_ et 13b tournant autour d'axes liés aux éléments de monture 8 et 9 et roulant sur des chemins 14 et 15 solidaires du carter 10. la monture 8 possède une roue dentée 16 qui permet l'en- tratnement de l'inducteur par le moteur électrique 17 et l'engrena- ge 18. Un couvercle 19 en acier ordinaire permet de servir d'écran magnétique pour les flux de fuite de même que la paroi 11. L'ensemble de l'inducteur 4 et du carter 10 est coiffé par une chemise d'eau 20, en acier inoxydable par exemple, compor- tant un tube vertical à double paroi 20a et un disque à double pa- roi 20_, de façon à protéger l'inducteur contre le rayonnement de la billette et les projections de métal provenant de la lin- gotière. Cette chemise sera parcourue par un courant d'eau. Le fonctionnement est le suivant: la rotation de l'induc- teur 4, sous l'action du moteur 17, permet de faire tourner le champ magnétique créé et qui traverse la billétte, de sorte que les courants de Foucault engendrés dans celle-ci provoquent par action sur ce champ un mouvement de rotation énergique de la partie 2 encore liquide. On pourrait, bien entendu, au lieu de p8les en matériaux magnétiques durs réaliser ces derniers en acier magnétiquement doux entourés d'un bobinage inducteur parcouru par un courant con- tinu. Des contacts électriques à frotteurs doivent être prévus dans ce cas entre les enroulements qui sont placés dans un système qui tourne et la partie fixe o est amené le courant électrique. - Un dispositif avec aimants permanents tel que décrit ci-dessus se prête remarquablement bien à son installation au niveau d'une lingotière. Dans ce cas l'ensemble tournant sera pla- cé de préférence dans une enceinte torique entourant la lingotiè- re et si nécessaire remplie d'eau.. Seul traversera avec étanchéité l'arbre de commande de l'engrenage moteur. Par rapport aux solutions avec inducteur électromagné- tique fixe alimenté en courant alternatif, le système proposé a, d'une part, l'avantage d'une simplicité plus grande et, d'autre part, permet de réaliser des champs d'intensité supérieure et de ne pas nécessiter de puissance réactive autre que celle demandée par le moteur qui ne fournira que la puissance nécessaire au brassage, aux pertes mécaniques et aux pertes par courants de Foucault dans la partie solidifiée de la billette et dans les parties fixes (écrans et 'chemise-d'eau). En variante, il est prévu de donner aux p8les inducteurs 4 diamétralement opposés une forme hélicoïdale de sorte que les courants électriques engendrés dans la billette par la rotation des inducteurs soient inclinés par rapport à l'axe de coulée et engendrent des forces qui présentent une composante parallèle à l'axe de coulée, soit dans: la direction ascendante, soit dans la direction descendante, de façon à créer un brassage hélicoïdal, qui, comme expliqué dans la demande de brevet en France NA 78 15304 de la demanderesse,donne une amélioration de qualité du métal su- périeure à celle donnée par le simple brassage rotatif. Sur la figure 2 qui représente schématiquement une brame 21 en cours de coulée continue dans la partie située au-dessous de la lingotière, ainsi que les paires de rouleaux de guidage 22 de cette brame, on a représenté certaines paires de rouleaux tels que 221, 222, 223, 224 qui représentent la particularité d'ftre munis à chacune de leurs extrémités d'inducteurs à aimants per- manents cylindriques 23 et 24 de part et d'autre de la brame et magnétisés transversalement de façon homogène de sorte que les lignes de force du champ magnétique soient perpendiculaires à un plan diamétral. Les axes magnétiques des aimants permanents cylindriques 23 et 24 sont orientés l'un par rapport à l'autre de la façon in- diquée sur la figure 3 et tournent à la même vitesse, différente de celle des rouleaux de guidage et leur.agencement à l'intérieur du rouleau de guidage sera décrit:.plus loin. En se.référant à la figure 3 qui donne schématiquement l'orientation des axes magnétiques des aimants 24 situés d'un côté de la brame et désignés par 241a, 241b, 242a, 242b, 243a, 243b, 244a et 244b, les flèchies droites passant par le centre des rou- leaux indiquent à un instant donné la direction de l'aimantation et les flèches courbes situées dans les cercles représentant les aimants donnent le sens de rotation imprimé à ces aimants. On voit que tous les aimants 241a, 242a, 243a, 244a tournent dans un sens et que les aimants 241b etc.. . leur faisant face tournent dans l'autre sens. On voit de plus que d'un aimant 241 à un aimant 242 les directions des axes magnétiques sont décalées d'un quart de tour dans le sens de la rotation des aimants correspondants en allant de la gauche à la droite. En faisant tourner en synchronisme les aimants orientés préalablement comme indiqué sur la figure 3, on crée un champ glis- sant et on entraine le métal liquide situé dans la partie médiane de la brame dans le sens de la flèche F (figures 2 et 3). Si on opère de même sur l'autre côté de la brame avec les inducteurs 23 mais en les faisant tourner en sens inverse, le métal liquide cir- culera dans le sens de la flèche F', de sorte que l'on créera un brassage par circulation en circuit fermé suivant des contours tels que C. La figure 4 donne le détail d'un rouleau brasseur tel que 22 au voisinage d'une de ses extrémités qui contient un aimant 24 cylindrique. Le rouleau guide creux 22 tourne dans des paliers 25 situés à ses deux extrémités. Il est réalisé en trois parties, une partie centrale 22a et deux bouchons d'extrémité 22b. La partie centrale est située de façon à recevoir à chacune de ses extrémités les aimants cylindriques 24 situés à l'intérieur d'une gaine cylin- drique 26 en acier amagnétique. Les aimants sont entraînés en rota- tion par un arbre 27 et tournant dans des paliers à rouleaux 29 et logés dans les pièces 22a et 22b. Une circulation d'air de re- froidissement est prévue entre l'axe 29 et le bouchon 22b, et des fraisures 32 et 33 permettent à l'air d'arriver dans l'espace cy- lindrique annulaire 34 situé entre la gaine 26 et le rouleau guide 22 et d'en ressortir pour aller à l'autre extrémité de celui-ci par un canal central 28. Des flèches 35 à 38 matérialisent la cir- culation d'air de refroidissement. L'aimant peut 8tre constitué d'un empilage de rondelles de ferrite dans la gaine 26. On peut également le constituer à par- tir d'une poudre de ferrite mélangée à de la résine thermodurcissa- ble puis injectée et durcie. - REVENDICATIONS - i.- Procédé destiné à améliorer la qualité d'un mé- tal coulé en continu caractérisé en ce qu'on soumet le métal en cours de solidification à l'action d'au moins un champ magnétique d'intensité constante et en déplacement relatif par rapport audit métal en cours de solidification, de manière à assurer un mouvement du métal liquide au front de solidification appelé communément brassage. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits déplacements relatifs sont des mouvements de rota- tion autour d'un axe parallèle à la direction de coulée du métal. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits déplacements relatifs sont des mouvements de rota- tion autour d'axes perpendiculaires à la direction de coulée et parallèles entre eux. 4.- Dispositif de brassage d'un métal en cours de solidification dans une installation de coulée continue pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de production du champ magnétique d'intensité constante, des moyens de création d'un mouvement relatif entre le champ magnétique et le métal en cours de coulée et des écrans thermiques perméables au champ dis- posés au moins entre le générateur de 5.- Dispositif selon la en ce que les moyens de production du titués par des aimants permanents. 6.- Dispositif selon la en ce que les moyens de production du titués par des électro-aimants. 7.- Dispositif selon l'a tions 4 à 6 destiné au brassage de bi: champ et le métal coulé. revendication 4, caractérisé champ magnétique sont cons- revendication 4, champ magnétique caractérisé sont cons- une quelconque des revendica- llettes ou de blooms carac- térisé en ce que deux p8les magnétiques de polarité opposée sont disposés de façon diamétralement opposée à l'intérieur d'une cu- lasse magnétique cylindrique dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe de coulée, ladité culasse étant entrainée en rotation par des moyens appropriés et contenue dans une chemise torique au moins partiellement amagnétique et comportant un refroidissement par eau. 8.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les p8les sont disposés parallèlement à une génératrice de ladite culasse magnétique. 9.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les p8les sont conformés selon deux surfaces spiralées diamétralement opposées. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 9 caractérisé en ce que ladite chemise torique est par- tiellement constituée par la lingotière. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 6 destiné au brassage de brames et comportant des rouleaux de guidage caractérisé en ce qu'il comporte à l'une au moins des extrémités et dans l'axe de ladite extrémité de certains rouleaux de guidage un générateur de champ magnétique d'intensité constante mis en rotation indépendante de celle du rouleau par des moyens appropriés. 12.- Dispositif suivant la revendication 1 caracté- risé en ce qu'un certain nombre de rouleaux présentent à une de leurs extrémités des inducteurs dont les axes magnétiques sont décalés de façon régulière pour créer un champ glissant dans la direction de la coulée et à l'autre extrémité des inducteurs tour- nant en sens inverses et dont les axes magnétiques sont dans la m0- me direction lorsqu'ils sont perpendiculaires à la brame de fa- çon à créer un champ glissant dans la direction inverse.