Brevet FR2495975A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne la fonderie et a notamment pour objet un dispositif pour l'amenée de métal en fusion dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée. Le métal liquide provenant d'un four de fusion ou d'un mélangeur est admis dans ledit dispositif, d'où il arrive dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée par exemple du type carrousel, où le métal se solidifie et d'où le métal solidifié sous la forme d'un demi-produit coulé ou pièce brute de fonderie (lingot) est amenée à un laminoir ou à une enrouleuse On connait un dispositif (E. Germann, "Sa coulée continue", p. 103, fig. 279, Moscou, 1961, GNTI), comprenant une capacité ou récipient de coulée à parois et fond garnis, et une busette en réfractaire dirigeant le métal en fusionfls la gorge de moulage d'une lingotière droite de longueur finie, en forme d'auge.La capacité de coulée contenant le métal liquide est disposée à côté de la lingotièreSun peu plus haut que cette dernière, et se déplace le long de celle-ci à une vitesse uniforme, calculée pour permettre la solidifcation du métal coulé dans la lingotière à travers la busette montée sous un certain angle par rapport à la lingotière. La direction de l'écoulement de métal à travers la busette ne coincide pas avec l'axe principal de la lingotière rectiligne en forme d'auge et fait avec cet axe un angle de 900. Ce dispositif assure l'amenée du métal liquide dans la lingotière, mais, du fait que le métal liquide arrive dans la lingotière à travers la busette inclinée, sous un angle droit par rapport à l'axe de la lingotière, sur la paroi de la gorge de moulage, la lingotière devient le sièges'un écoulement turbulent du métal liquide, en un mouvement désordonné en sens contraires à partir de la zone d'arrivée du métal liquide. On connaît un dispositif (E. Germann, "La coulée continue", p. 103, figure 280, Mbscou,1961, GNTI), comprenant une capacité de coulée et une palette de distribution à surface inclinée, montée dans la gorge de moulage d'une lingotière droite en forme d'auge. Le métal liquide venant de la poche de distribution est admis dans la capacité de coulée, d'où il descend verticalement sur la surface de la palette de distribution, surface qui est inclinée dans le sens du mouvement de la lingotière. Le métal liquide coule dans le sens du mouvement de la lingotière à une vitesse telle qu'il s'accumule à proximité de la zone de solidification. Ce dispositif permet de perfectionner l'alimentation de la lingotière en métal liquide, mais n'assure pas, lui non plus, le remplissage calme de la gorge de moulage de la lingotière. On connaît un dispositif (brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 455 374, cl B 22 D 11/00, publié le 15.07.69, titulaire K.R.Behrsin, Phelps Dodge Copper Products Corp.), comprenant une capcité de coulée à parois et fond garnis, et une busette débitant le métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine du type carrousel. La capacité de coulée a deux chambres : une chambre principale et une chambre de décharge, séparées par un seuil. La capacité de coulée est placée au-dessus de la lingotière, de telle façon que la busette, montée avec inclinaison, soit orientée dans le sens du mouvement de la lingotière et que son extrémité se trouve engagée dans la gorge de moulage. Le métal liquide provenant d'un four de fusion ou d'une autre capacité de métal liquide est amené par un tube de distribution dans la chambre principale, d'où, après remplissage de celle-ci, il se déverse par-dessus le seuil et arrive dans la chambre de décharge ; ensuite le métal liquide est débité par la busette dans la gorge de moulage de la lingotière. Dansun dSçositS aSxt concu, l'amenée du métal liquide s'effectue à partir des couches supérieures de la capacité de coulée1 Ces couches sont généralement polluées par des inclusions non métalliques de diverses natures (particules de garnissage, films d'ocydes, etc) arrivant en même temps que le métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière et nuisant à la qualité du demi-produit coulé obtenu. En outre, par suite de la descente du métal liquide par la busette (en fait, suivant une surface inclinée) avec une hauteur de chute relativement élevée, le jet de métal liquide acquiert une vitesse supplémentaire ; il en résulte que l'écoulement du métal liquide venant du dispositif d'amenée s'effectue dans la gorge de moulage avec un ressaut hydraulique, ainsi que l'apparition, dans le demiproduit coulé, de défauts caractéristiques pour un tel écoulement métal. Dans la zone du ressaut hydraulique, métal liquide capture des bulles d'air qui sont entraînées en profondeur dans l'écoulement. La capture de bulles d'air par le métal liquide en mouvement provoque la formation d'un grand nombre de cavités, de pores et, fréquemment, d'oxydes dans la partie supérieure du moulage, ce qui nuit à la qualité du demi-produit coulé obtenu.Dans le cas où le demi-produit élaboré par l'installation à carrousel est destiné au façonnage ultérieur par déformation, la surface défectueuse doit être éliminée par fraisage, ce qui provoque un abaissement notable du rendement en métal sain et la formation de copeaux de peu de valeur. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées On s'est donc proposé de créer un dispositif pour l'amenée de métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée, qui assurerait,grace à sa conception et à la disposition de sa busette, une diminution de la vitesse d'écoulement du métal liquide par rapport alux parois de la gorge de roulage de la lingotière de la machine de coulée et le remplissage de la gorge de moulage par le métal liquide sans ressaut hydraulique, ou bien avec un ressaut hydraulique réduit à un minimum. La solution consiste en un dispositif pour l'amenée de métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée, comprenant une capacité ou récipient de coulée à parois et fond garnis, et une busette en réfractaire débitant le métal liquide dans la gorge de moulage, dans lequel, d'après l'invention, la busette est disposée horizontalement dans une rainure réalisée dans le fond de la capacité de coulée, et est mise en communication avec la capacité de coulée par un orifice. La disposition horizontale de la busette permet d'obtenir une réduction considérable de l'énergie de l'écoulement, grâce au passage du mouvement du métal d'un plan vertical à un plan horizontal après un changement de direction d'environ 900. Il en résulte une diminution de la vitesse d'écoulement du métal liquide par rapport aux parois de la gorge de moulage de la lingotière de la machine de coulée. En outre, le remplissage de la gorge de moulage par le métal liquide s'effectue sans ressaut hydraulique ou avec un ressaut hydraulique minimal. Il est avantageux que le canal de la busette soit partagé en deux cavités, et que l'orifice le mettant en communication avec la capacité de coulée soit réalisé dans la première(dans le sens de déplacement du métal en fusion) cavité, le métal liquide allant à la gorge de moulage en passant ensuite à travers l'autre cavité. Grace au partage du canal de la busette en deux cavités, le jet de métal liquide descendant verticalement de la capacité de coulée passe à travers l'orifice et arrive dans la première cavité,où l'énergie de l'écoule- ment vertical est dissipée et où celui-ci subit un changement de direction de 900 ; la seconde cavité crée une résistance supplémentaire à l'écoulement (ce qui abaisse aussi quelque peu l'énergie de l'écoulement) et dirige le métal liquide horizontalement, ce qui, à la différence des dispositils connus à disposition inclinée de la busette, prévient l'accélération de l'écoulement et l'empoche d'acquérir une énergie supplémentaire pendant son mouvement dans la busette, tout en assurant le débit nécessaire du métal en fusion etlerendement de B machinede coiFe. Il est souhaitable que l'aire de section droite de la première cavité soit d'environ 1,1 à environ 6 fois plus grande que celle de la gorge de moulage, que la longueur de la première cavité soit d'environ 1,5 à environ 8 fois plus grande que la profondeur de la gorge de moulage, que l'aire de section droite de la seconde cavité se situe entre environ 0,3 et environ 2 fois celle de la gorge de moulage, et que la longueur de la seconde cavité se situe entre environ 3 et environ 20 fois la profondeur de la gorge de moulage de la lingotière de la machine de coulée. Les proportions indiquées des aires de section droite et des longueurs de la première et de la seconde cavité par rapport à l'aire de section droite et à la profondeur de la gorge de moulage assurent respectivement la dissipation nécessaire de l'énergie de l'écoulement vertical sortant de l'orifice de la première cavité et le remplissage de cette cavité, suivi d'un freinage déterminé de l'écoule- ment de métal liquide et de son passage de la seconde cavité dans la gorge de moulage à la vitesse requise. Il en résulte la formation, dans la gorge de moulage de la lingotière, d'un écoulement tranquille, sans ressaut hydraulique ou avec un ressaut hydraulique minimal, ce qui permet d'élaborer un demi-produit moulé (ou pièce brute de fonderie) ne présentant pas, sur ses surfaces supérieure et latérale, les défauts caractéristiques dus à l'écoulement du métal liquide suivant les surfaces refroidies de la gorge de moulage de la lingotière avec un ressaut hydraulique d'étendue notable (avec un caractère turbulent du mouvement du métal dans la portion de remplissage partiel de la gorge de moulage). De pair avec l'amélioration de la qualité de la surface du demi-produit coulé, on obtient un accroissement du degré d'utilisation de la surface de la gorge de moulage, par la diminution de la longueur du ressaut hydraulique et le remplissage de la gorge de moulage jusqu'à la hauteur de formation du demi-produit augmentent la surface de contact du métal liquide avec les parois de la gorge de moulage. Ceci, à son tour, entratne une intensification de l'extraction de chaleur et, en définitive, un accroissement du rendement de lamschine de coulée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure I représente schématiquement une machine de coulée du type carrousel et sa commande, un dispositif conforme à l'invention pour l'amenée du métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière de ladite machine, et le tube de distribution partant d'un mélangeur - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure I - la figure 3 représente une vue en coupe suivant III-III de la figure 2 ; - la figure 4 représente une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 2. Dans l'exemple concret considéré, le dispositif pour l'amenée de métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée comprend une capacité ou récipient de coulée 1 (figure 1), dans laquelle le métal liquide est amené par untube de distribution 2, à partir d'un four de fusion ou d'un mélangeur (non représentés sur les dessins). La capacité I a des parois 3 (figure 2) garnies de réfractaire 4, et un fond 5 garni de réfractaire 6. Dans le fond 5 et le réfractaire 6 est réalisée une rainure dans laquelle est disposée horizontalement une busette 7 en réfractaire 8. La busette 7 est mise en communication avec la capacité de coulée I par un orifice 9 et son canal est désigné par le chiffre de référence 10. La figure 2 représente un dispositif dans lequel, selon l'invention, le canal 10 de la busette 7 est partagé en deux cavités : une première (suivant le sens d'écoulement du métal liquide) cavité Il dont la section droite est représentée sur la figure 3, et une seconde (suivant ledit sens d'écoulement) cavité 12, dont la section droite est représentée sur la figure 4. L'aire de section droite de la première cavité Il de la busette 7 (figure 2) est 3 fois plus grande que celle de la gorge de moulage 13, et sa longueur est égale à 2 fois la profondeur de la gorge de moulage. De telles proportions sont avantageuses en ce.qu'elles assurent une diminution notable de l'énergie de l'écoulement vertical du métal liquide sortant de la capacité de coulée. Il est à notertoutefois,que l'aire de section droite de la cavité 11 peut se situer entre 1,1 et 6 fois celle de la gorge de coulée, et que sa longueur peut se situer entre 1,5 et 8 fois la profondeur de la gorge de moulage.Des aires inférieures à 1,1 fois l'aire de section droite de la gorge de moulage et des profondeurs inférieures à 1,5 fois la profondeur de la gorge de moulage entraient une résistance excessive à l'écoulement du métal liquide. D'autre part, des aires supérieures à 6 fois l'aire de section droite de la gorge de moulage et des profondeurs supérieure s à 8 fois la profondeur de ladite gorge n'assurent pas le remplissage voulu de la cavité Il par le métal liquide. L'aire de section droite de la seconde cavité(12)de la busette 7 (figure 2) est égale par exemple à 0,8 fois celle de la gorge de moulage, et sa longueur est égale par exemple à 5 fois la profondeur delta gorge de moulage. De telles proportions sont favorables en ce qu'elles assurent le débit nécessaire de métal liquide, avec une énergie d'écoulement telle que le mouvement du métal liquide dans la gorge de moulage s'effectue avec un faible ressaut hydraulique. Toutefois, l'aire de section droite de la cavité 12 peut se situer entre environ 0,3 et environ 2 fois celle de la gorge de moulage, et sa longueur peut se situer entre environ 3 et environ 20 fois la profondeur de la gorge de moulage.Des aires de section droite nférieures à environ G,3 fois l'aire de section droite vue la gorge de moulage, et des profondeurs inférieures à environ 3 fois la profondeur de ladite gorgeJntassurent pas le débit requis de métal liquide. Des aires de section droite supérieures à environ 2 fois l'aire de section et des profondeurs supérieures à environ 20 fois la hauteur de ladite gorge sont irrationnelles, car elles n'assurent aucune augmentation de l'effet favorable du point de vue de la diminution du ressaut hydraulique, tout en augmentant notablement l'encombrement de la busette et la consommation de réfractaires. La figure 1 illustre schématiquement l'opération de coulée du métal liquide de la busette 7 dans la gorge de moulage 13 de la lingotière 14 d'une machine de coulée 15 du type carrousel, à axe vertical 16. La machine de coulée 15 a une commande comprenant un moteur 17 lié par un accouplement 18 à un réducteur 19, dont l'arbre 20 porte un pignon 21 engrenant avec une roue 22 calée sur un arbre 23, cet arbre étant monté par l'intermédiaire de roulements (non représentés sur les dessins) qui sont emmanchés sur l'axe 16. La lingotière 14 est solidaire de l'arbre 23 et disposée au-dessus d'un carter annulaire 24 porté par des montants 25 et comportant une tubulure d'évacuation 26. Le dispositif pour l'amenée de métal liquide dans la gorge de moulage de la lingotière d'une machine de coulée fonctionne de la façonsuivante. Le métal liquide venant d'un four ou d'un mélangeur par le tube de distribution 2 se déverse dans la capacité de couléel, dont les parois 3 sont garnies de réfractaire 4, et le fond 5, de réfractaire 6, et dans le fond 5 de laquelle est réalisée une rainure recevant la busette 7 en réfractaire 8. Le métal liquide de la capacité de coulée 1 passe à travers l'orifice 9 de la busette 7 et arrive dans le canal 10, qui est partagé en deux cavités Il et 12. Le métal arrive d'abord dans la première cavité Il et puis dans la seconde cavité 12. L'écoulement de métal liquide sortant de la cavité 12 arrive dans la gorge circulaire 13 de la lingotière 14 de la machine de coulée 15. La lingotière 14 est entraSnée en rotation autour de l'axe vertical 16, à la vitesse angulaire choisie. Ce mouvement lui est imprimé par le moteur 17 qui est lié par l'accouplement 18 au réducteur 19, dont l'arbre de sortie 20 porte le pignon 21 ; celui-ci est engrené avec la roue 22 calée sur l'arbre 23 tournant dans des roulements emmanchés sur l'axe 16. La lingotière 14 est solidaire de l'arbre 23 et tourne au-dessus du carter annulaire 24 porté par des montants 25 et recevant le fluide de refroidissement usé en provenance d'un collecteur. Le carter annulaire 24 comporte une tubulure d'évacuation 26 qui restitue le fluide de refroidissement au circuit, Sous l'effet du refroidissement, le métal liquide se solidifie sous la forme d'un demi-produit ou d'une pièce brute de fonderie dans la gorge de moulage 13, au cours de la rotation de la lingotière 14. Le demi-produit coulé est extrait de la gorge de moulage et transmis à un laminoir continu ou à une enrouleuse. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ntont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celle ci sont exécutées suivant son esprit et mises en ouvre dans le cadre de la protection comme revendiquée, REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'amenée de métal liquide dans la gorge de moulage (13) de la lingotière d'une machine de coulée, du type comprenant une capacité de coulée (1) à parois (3) et fond (5) garnis, et une busette (7) en réfractaire débitant le métal liquide dans la gorge de moulage (13), caractérisé en ce que la busette (7) est dispose horizontalement dans une rainure réalisée dans le fond (5) de la capacité de coulée (1), et mise en oommuni- cation avec la capacité de coulée (1) par un orifice (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal (10) de la busette (7) est partagé en deux cavités successives (11 et 12) et que ltorifice (9) le mettant en communication avec la capacité de coulée (1) débouche dans la première (dans le sens de déplacement du métal liquide) cavité (11), ledit métal liquide arrivant ensuite dans la gorge de moulage (13) en passant à travers l'autre cavité (12). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aire de section droite de ladite première cavité (11) est de 1,1 à 6 fois plus grande que celle de la gorge de moulage (13), que la longueur de la première cavité (11) est de 1,5 à 8 fois plus grande que la profondeur de la gorge de moulage (13), que l'aire de section droite de la seconde cavité (12) se situe entre O,s et 2 fois celle de la gorge de moulage (13), et que la longueur de la seconde cavité (12) se situe entre 3 et 20 fois la profondeur de la gorge de moulage (13) de la lingotière de la machine de coulée.