Brevet FR2481967A1 — publié le 19811113

La presente invention concerne un procéde de refroidissement d'une lingotière de coulée discontinue, et une lingotière equipee conformement à ce procede. Les etudes menees sur les causes de destruction d'une lingotiere mettent toutes en evidence l'influence primordiale du cycle thermique qui lui est impose l'emploi. En particulier, les conclusions de certaines de ces etudes font ressortir l'importance, entre autres facteurs, de - la dure de séjour du lingot dans la lingotiere, - la durée de refroidissement de la lingotière apres emploi, - la proximité relative des lingotieres lors de l'emploi. L'échauffement consécutif à la coulée d'un lingot entraîne pour la lingotière des contraintes de dilatation dont l'irrégularite provoque, à plus ou moins long terme, des eclatements des parois entraînant la mise au rebut de la lingotiere, ainsi qùe, par sa repetition, une modification de la structure interne du mental la constituant, qui la fragilise. On connaît, notamment par le brevet français n" 2,097,172, des lingotières de coulee discontinue qui sont refroidies par de l'eau qui circule dans un intervalle prevu entre des parois cyterieures et interieures. Mais ce dispositif entraîne une complication de la construction de la lingotière, ainsi que des difficultEs resultant de la necessite dBeeablir pour chaque lingot tiers un circuit d'amenee et un circuit de retour de l'eau de refroidissement, avec des connexions délicates à réaliser. Le but de l'invention est de contrôler l'irrégularité des échauffements locaux d'une lingotière et d'en diminuer l'ampleur, sans pour autant en compliquer la construction, en munissant la lingotiere d'un disposi tif automatique de refroidissement par évacuation rapide des calories vers l'extérieur. Ce but est atteint par le fait qu'on augmente la surface d'échange thermique de la lingotiere avec le milieu extérieur par une pluralité d'éléments de refroidissement qui sont thermiquement solidaires de la paroi de la lingotiere et dont la disposition favorise la circulation d'air a leur surface. Selon une caractéristique de l'invention, ces éléments de refroidissement peuvent être des pointes et/ou des ailettes, judicieusement réparties et dimensionnées suivant le type et le mode le de la lingotière. Ces pointes, ou ailettes, peuvent être soit venues de fonderie, soit taillées dans la masse, soit rapportées par tout moyen ne nuisant pas a l'écoulement du flux thermique, par exemple par scellement au pistolet, par soudure, par emmanchement a chaud ou a froid, ou par tout autre moyen convenable. Avantageusement, on cherche a bénéficier pour le refroidissement de l'effet de pointe en plus de l'effet de surface. A cet effet, les pointes ou ailettes sont effilées et peuvent être affûtées périodiquement en cours de service. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l'invention, l'adjonction d'une ventilation par soufflage de bas en haut est alors très efficace pour augmenter encore l'effet favorable des éléments de refroidissement. Les avantages de ce procédé sont nombreux. Outre qu'il n'apporte pas de gêne a l'emploi, et qu'il est en lui-même peu onéreux, il permet de diminuer l'épaisseur des parois des lingotières, donc leur coût. Par un refroidissement plus rapide de la la peau du lingot, il entraîne une diminution du temps de séjour du lingot dans la lingotière, donc une moindre perte thermique des lingots et une moindre usure des lingotières de ce seul fait Grace a une rotation plus rapide, le stock de lingotières nécessaires pour la même production9 est diminué. Enfin, on ameliore la qualité de la peau du lingot, du fait que sa vitesse de refroidissement est plus grande. Ces avantages sont tels qu'ils peuvent, dans certains cas, contrebalancer ceux reconnus à la coulée continue. Ces avantages et d'autres caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention qui va être faite en référence aux dessins sur lesquels - la figure 1 représente en coupe verticale I-I une lingotière classique de coulée ; - la figure 2 représente en section horison- tale 11-11 la lingotière de la figure 1 9 - la figure 3 représente en coupe verticale III-III un mode de réalisation d'une lingotière à pointes de refroidissement selon l'invention 9 - la figure 4 représente en section horison- tale IV-IV le mode de réalisation de la figure 3 - la figure 5 représente en perspective et coupe un detail d'une lingotière a ailettes de refroidissement selon l'invention - la figure 6 représente en section verticale un détail d'un exemple de fixation d'une pointe de re- froidissement dans la paroi d'une lingotière. - la figure 7 représente une vue en plan schématique d'une installation de coulée dont les lingotières sont munies d'éléments de refroidissement selon l'invention et d'un circuit de ventilation - ta figure 3 représente une vue en perspec tive schématique d'une installation de coulée dont les lingotières sont munies d'éléments de refroidissement selon l'invention et d'un autre mode de réalisation du circuit de ventilation. Une lingotière classique 1 de coulée discontinue comprend, au-dessus d'une plaque de fond 2, des parois verticales ou obliques 3, donnant a la lingotière une forme sensiblement tronconique, par exemple de section carre (figure 2). L'acier 4 du flingot est coulé par une busette 5 située au-dessus de la lingotiere (figure 1). Dans une lingotiere conventionnelle, le refroidissement s'opère principalement par les échanges t-hermiques s'effectuant entre l'extérieur 6 des parois 3 de la lingotière et le milieu extérieur ambiant 7, c'est-a- dire l'air de la halle de coulée. Ainsi qu'il a été dit, l'insuffisance de ce refroidissement dans les lingotières conventionnelles conduit à la destruction desdites lingotières. Dans une lingotiere 8 selon l'invention (figures 3 et 4), où des références semblables désignent des éléments semblables à ceux de la lingotière conventionnelle des figures 1 et 2, on a muni une partie de l'exte- rieur 6 des parois 3 de la lingotiere, de pointes 9 thermiquement solidaires des parois de la lingotière ; c'est-à- dire que le flux thermique peut s'écouler sans obstacle des parois 3 dans les pointes 9. La dimension et la répartition des pointes 9 est évidemment fonction du type de lin- gotière auquel s'applique le procédé de l'invention. Ces pointes permettent d'augmenter considérablement la surface d'échange thermique de la lingotière avec le milieu extérieur ambiant 7, ladite surface d'échange étant cons tituée d'une part, de l'extérieur 6 des parois 3 non couvert de pointes, mais surtout de la surface extérieure des pointes 9. L'augmentation de la surface d'échange ther- mique conjuguée à 1-effet de pointe permet d'accélérer l'évacuation des calories vers l'extérieur. Sur l'exemple de réalisation des figures 3 et 4, les pointes ont eté réparties en colonnes et en lignes décalées les unes par rapport aux autres. Dans une autre forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 5, au lieu d'utiliser des pointes, on munit une lingotière 10 d'ailettes de refroidissement ll.Dans la figure 5, ces ailettes ont été représentées effilées et disposées verticalement, ce qui favorise la circulation d'air à leur surface. La partie supérieure de l'extérieur 6 de la paroi 3 a été laissée dégagée pour ne pas gêner la manipulation de la lingotière par un dispositif de préhension. Que les éléments de refroidissement soient des pointes ou des ailettes, on peut concevoir diverses façons d'en munir la lingotière. Ces éléments peuvent être venus de fonderie, ou taillés dans la masse, ou bien encore rapportés. Dans ce dernier cas,il convient de choisir, pour rapporter ces éléments, un moyen compatible avec l'écoulement du flux thermique,c'est-à-dire un moyen qui permet au flux thermique de passer sans barrage de la paroi 3 de la lingotière à chaque élément de refroidissement.Ainsi les éléments de refroidissement peuvent être scellés au pistolet, ou bien soudés, ou encore emmanchés à chaud ou à froid dans la paroi 3 de la lingo tière. La figure 6 représente un détail d'un exemple de réalisation de fixation d'une pointe 12 dont une extrémité conique 13 est adaptée à la conicité d'un trou 14 de la paroi 3 d'une lingotière. Si le type de la lingotière employée s'y prête, on peut disposer, en les soudant par exemple, les éléments de refroidissement sur une frette, dont les dimensions s'adaptent à celles de la lingotière. On place la frette,de préférence chauffée, autour de la lingotière froide, de façon que, après refroidissement de la frette, celle-ci soit en contact étroit avec la lingotière, et soit thermiquewlent solidaire de ladite lingotière, au cours d'une opération de coulée ultérieure. Quand les éléments de refroidissement sont des pièces rapportées, leur matériau constitutif, qui ne doit pas nécessairement être aussi résistant que celui de la paroi de la lingotière, est avantageusement choisi parmi les métaux ou les alliages de métaux ayant une conductibilité thermique élevée, favorisant ainsi les échanges de chaleur avec l'extérieur. Les échanges de chaleur sont améliorés si on dispose près des parties de lingotière munies d'éléments de refroidissement, un système de ventilation soufflant sur lesdits éléments de bas en haut (schématiquement représenté par les flèches 22 de la figure 5) qui permet d'accélérer la circulation d'air autour des éléments de refroidissement et donc le rythme des échanges thermiques. Ce système de circulation d'air forcée est avantageusement constitué - comme représenté en figure 3 par un anneau creux 15, disposé sur la plaque de fond 2 et entourant la base de la lingotière 8. Des ouvertures 16 réalisées dans l'anneau 15 et dirigées sensiblement vers le haut et vers la lingotière permettent d'envoyer des jets d'air 17 qui viennent lécher les éléments de refroidissement 9. On voit sur la figure 7, qui représente un exemple d'installation du système de ventilation, que les différents anneaux 15 de ventilation pour plusieurs lingotières 8 sont reliés par l'intermédiaire de conduites de raccordement 18 munies de valve 21 à une conduite de distribution 19 qu' alimente une source 20 d'air comprimé ou pulsé. La figure 8 montre un autre exemple d'installation munie d'un système de ventilation. On y voit sur le sol 23 de la halle de coulée les rails 24 des cars à lingots, parallèles au quai de coulée 25, près duquel sont placées les lingotières non représentées de l'invention. Au niveau de la base des lingotières et le long du quai de coulée est placée une conduite 26 d'alimentation en air, reliée à une source 27 d'air comprime ou pulsé. A des intervalles correspondant à l'écartement entre deux lingotières successives sont articulés des tubes de ventilation en T 28a et 28b susceptibles de passer alternativement dune position verticale d'effacement (28a) où ils ne gênent pas la circula- tion sur les rails, à une position horizontale de travail (28b) > cette articulation pouvant être réalisée par un joint a rotule 29.Quand tous les tubes de ventilation en T sont abaissés en position de travail (il n'en a été représente qu'un seul sur la figure pour plut de clarté), chacun des quatre côtés d'une lingotière se trouve entouré par l'un des quatre éléments de ventilation suivants une partie 30 de la conduite d'alimentation comprise entre deux joints à rotules successifs, la jambe 31 d'un tube en T, la jambe 31 d'un autre tube en T voisin, et les deux demi-bras 32 desdits deux tubes en T Chacun de ces éléments est muni d'orifices 33 dirigés on position de tra- vail et éventuellement vers le haut vers la lingotière qu'il en tournent. Il peut être commode de munir les jambes 31 des tubes on T de deux rangées d'ouvertures, pour les côtés des deux lingotièrus qu'elles ventilent on position de. travail. Naturellement, les tubes de veùtilation 28 se trouvant aux extrémités de l'installation peuvent n'avoir qu'un demi-bras 32, ou, tout du moins, d'ouverturos que sur un demi-bras. L'invention n'est évidemment pas restreinte à ces seules formes de réalisation, qui n'ont été données qu'à titre d'exemples non limitatifs de réalisation du procédé de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'une lingotière de coulée discontinue, caractérisé en ce qu on augmente la surface d'échange thermique de la lingotière avec le milieu extérieur par une pluralité d'éléments de refroidissement qui sont thermiquement solidaires de la paroi de la lingotière et dont la disposition favorise la circulation d'air à leur surface. 2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on donne aux éléments de refroidissement une forme effilée de façon à bénéficier du refroidissement par effet de pointe. 3. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ventile les éléments de refroidissement par une circulation forcée d'air qui leche la surface desdits éléments de refroidissement. 4. Lingotière de coulée discontinue, caractérisée en ce qu'au moins une partie de l'extérieur des parois de la lingotière est munie d'une pluralité d'éléments de refroidissement qui sont thermiquement solidaires de la paroi de la lingotière, qui augmentent la surface d'échange thermique de la lingotière avec le milieu extérieur et dont la disposition favorise la circulation d'air à leur surface. 5. Lingotière selon la revendication 4, caractérisée en ce que les eléments de refroidissement sont effilés. 6. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'au moins une partie des éléments de refroidissement sont des pointes de refroidissement. 7. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'au moins une partie des éléments de refroidissement sont des ailettes de refroidissement. 8. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les éléments de refroidissement sont venus de fonderie. 9. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée on ce que les éléments de refroidissement sont taillés dans la masse. 10. Lingotière selon l'unie quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les éléments de refroidissement sont rapportés par un moyen compatible avec l'écoulement du flux thermique. 11. Lingotière selon la revendication 10, caractérisée en ce que les éléments de refroidissement sont scellés au pistolet. 12. Lingotière selon la revendication 10, carac térisee en ce que les éléments de refroidissement sont soudés à la paroi de la lingotière. 13. Lingotière selon la revendication 10, caractérisée en ce que les éléments de refroidissement sont em manchés dans la paroi de la lingotière. 14. Lingotière selon la revendication 10, caractérisée en ce que les éléments de refroidissement sont disposés sur une frette thermiquement solidaire de la lingotière. 15. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisée en re qu'elle est associée à un dispositif de ventilation sous forme d'un anneau creux entourant la base de la lingotière, muni dgouver- tures dirigées vers le haut et vers la lingotåères et relie à une source d'air comprimé ou pulsé. 16. Installation comprenant plusieurs lingotières selon la revendication 15, caractérisée en ce que les anneaux creux de ventilation sont reliés par lgintermedíaire de conduites de raccordement munies de valves à une conduite de distribution qu'alimente une source d'air comprimé ou pulsé. 17. Installation comprenant plusieurs lingotières selon I'une -quelconque des revendications 4 à 14, placées le long d'un quai de coulée, caractérisée en ce qu'elle comprend, au niveau de la base des lingotières et le long du quai de coulée, une conduite d'alimentation en air reliée à une source d'air comprimé ou pulsé, conduite sur laquelle sont articulés des tubes de ventilation en T susceptibles de passer alternativement d'une position verticale d'effacement à une position horizontale de travail pour laquelle les côtés de chaque lingotière font face respectivement à une partie de la conduite d'alimentation, une jambe d'un tube en T, une jambe d'un autre tube en T, et deux demi-bras de deux bras en T, chacun de ces éléments etant muni d'ouvertures dirigées en position de travail vers la lingotière qu'ils entourent.