Brevet FR2519567A1 — publié le 19830718

-1 - PROCEDE DE FABRICATION DE CORPS CREUX PAR COULEE CONTINUE A L'AIDE D'UN CHAMP MGENTIQUE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVIRE DU PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de corps creux par coulée continue par utilisation d'un champ magnétique central, ainsi que le dispositif de mise en oeuvre dudit procédé. La procédé suivant l'invention peut s'appliquer à tous les métaux sus- ceptibles d'être coulés en continu par les méthodes classiques de cou- lée de corps pleins et parmi lesquels on peut citer l'aluminium, le cuivre et les aciers. Bien qu'il puisse être appliqué,d'une façon tout à fait générale, à la fabrication de corps creux présentant des sections de formes très diver- ses, le procédé suivant l'invention sera appliqué avec un intérêt parti- culièrement grand à la fabrication de corps creux de section circulaire et, en particulier, en opérant par coulée continue rotative, les corps creux obtenus pouvant, par exemple, servir d'ébauches présentant de bonnes qualités de peaux intérieure et extérieure pour la fabrication de tubes sans soudures. La fabrication de corps creux de section circulaire, c'est-à-dire, présentant un creux intérieur généralement concentrique à la section extérieure, a fait l'objet de nombreuses et diverses descriptions tech- niques. D'une façon générale, on utilise dans ces procédés connus un mandrin cylindrique ou cylindro-conique métallique, par exemple en cuivre, re- froidi intérieurement à l'eau et disposé co-axialement à l'intérieur de la lingotière ou moule extérieur de coulée On s'arrange également pour refroidir la paroi intérieure du produit creux obtenu, générale- ment à l'eau, après formation d'une couche superficielle solidifiée Au fur et à mesure de la coulée, le métal initialement liquide se solidi- fie au contact du mandrin, le front de solidification progressant en- suite radialement par rapport audit mandrin. Cette solidification commençant dès la surface libre du bain métallique, 2- il en résulte un emprisonnement dans la couche superficielle solidifiée, qui constitue la peau intérieure du corps creux obtenu, de toutes les crasses constituées de laitiers, inclusions ou autres particules non métalliques, présentes à la surface du bain et, d'une façon générale, une peau intérieure présentant des défauts, types incrustations, lai- tiers, repliures, qui devront être éliminés au moyen de traitements de surface difficiles et coûteux avant utilisation ultérieure du corps creux obtenu. La peau intérieure de ces produits présente donc les mêmes types de dé- fauts qu'on observe sur la peau extérieure des corps pleins dans les coulées classiques Ces défauts sont encore aggravés par l'exiguité de l'espace disponible qui empêche l'introduction de tout dispositif méca nique permettant de les éliminer au moins partiellement. Certains procédés ont été développés pour essayer de résoudre ces diffi- cultés Tel est le cas-de celui décrit dans le brevet suisse n 618 363 du 06 01 77, qui utilise l'effet électromagnétique d'un inducteur monos- pire extérieur et d'un inducteur monospire intérieur pour réaliser la coulée continue de corps creux sans utilisation de lingotière extérieure ou de mandrin. Les inducteurs utilisés dans ce procédé sont alimentés par un courant alternatif monophasé et créent donc un champ magnétique sinusoïdal sta- tionnaire, généralement qualifié de champ pulsant. Ce champ pulsant favorise principalement la création de forces de pres- sion, au sein du métal liquide,qui l'écartent des parois fixes dans les- quelles sont contenus les inducteurs, sans engendrer au sein de la mas- se de métal liquide des mouvements circulatoires importants. Ainsi, selon cette technique, on maintient en équilibre une couronne de métal liquide par un champ magnétique, la surface libre de ce métal ayant une forme convexe, comme le montre la figure 1 du brevet cité. Etant donné le faible rayon d'action du champ magnétique, cela impose que la colonne de métal liquide soit de hauteur réduite Une telle tech- nique est probablement utilisable pour l'aluminium, qui présente un -3- puits de solidification peu profond et un front de solidification rela- tivement plat. Par contre, dans le cas de l'acier, métal de forte densité (du moins par s rapport à l'aluminium), et beaucoup moins conducteur de la chaleur que l'aluminium, le puits de solidification, distance mesurée dans la barre en cours de solidification depuis la surface libre du bain métallique jusqu'à la zone de fin de solidification, est très profond et bien su- périeur à celui de l'aluminium Il en résulterait la nécessité de vi- tesses de coulée extrêmement lentes pour obtenir une peau solidifiée suffisamment résistante pour contenir le métal encore liquide, compte tenu des forces de pression développées par le champ magnétique pulsant, * procédé, à supposer qu'il soit réalisable, dans le cas de l'acier, tota- lement inutilisable économiquement. Une autre solution pour améliorer la qualité de la peau intérieure de corps creux coulés, décrite dans le brevet français n 2 180 494, con- siste à faire appel à un procédé de coulée continue rotative, dans le- quel on utilise un mandrin central en introduisant de façon continue un laitier entre la surface annulaire du métal en cours de solidifica- tion et la paroi extérieure du mandrin. Ce procédé a l'inconvénient de perturber les échanges thermiques et de retarder la progression du front de solidification à partir du man- drin De plus,-il est nécessaire d'effectuer un traitement de la surfa- ce intérieure du produit obtenu avant usage pour éliminer, entre autres, la couche de laitier déposée sur la peau intérieure. On notera, par ailleurs, la difficulté générale du problème à résoudre, étant donné l'environnement hostile: exiguïté de l'espace disponible tant en hauteur qu'en diamètre, au niveau du moule, danger d'explosion par utilisation d'eau en cas de contact avec le métal li- quide, particulièrement dans le cas de l'acier. On a donc recherché un procédé de fabrication de corps creux par cou- lée continue, qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus décrits et permette, en particulier, d'obtenir des corps creux dont la peau -4- intérieure soit d'une qualité satisfaisante. On a recherché, en particulier, la possibilité d'obtenir une qualité de peau intérieure telle qu'elle permette la mise en oeuvre de corps creux s sans préparation de surface particulière ou en réduisant cette prépara- tion de surface au minimum. On a recherché également un dispositif de mise en oeuvre d'un tel pro- cédé simple et économique, et applicable à la coulée de nombreux métaux ou alliages. L'objet de l'invention est un procédé de fabrication de corps creux mé- talliques par coulée continue verticale, dans lequel on introduit de façofi continue un métal liquide dans un espace annulaire compris entre un moule métallique extérieur refroidi par circulation de fluide et un mandrin intérieur refroidi également par circulation de fluide, ce mé- tal se solidifiant progressivement au contact des parois du moule et du mandrin avec formation d'un corps creux qui est extrait au-dessous du moule et dans lequel, dans une zone annulaire voisine de la surface ex- térieure du mandrin, on soumet le métal liquide à l'action d'un champ magnétique mobile qui crée à l'intérieur de ce métal des forces, présen- tant une composante verticale dirigée de bas en haut, qui entraînent ce métal vers la surface libre du bain métallique. Ainsi, selon le procédé suivant l'invention, le métal liquide situé au voisinage du mandrin intérieur est soumis à un champ glissant et tour- nant La composante verticale de ce champ soumet le métal liquide situé dans cette zone à des forces ordonnées qui l'entraînent de bas en haut, dans une direction opposée à la direction d'extraction du produit creux formé On obtient ainsi, dans cette zone annulaire, une accélération de la remontée vers la surface libre du bain métallique, des in- clusions ou crasses présentes dans cette zone. Le mouvement circulatoire du métal liquide, qui se produit au voisinage du mandrin de bas en haut; est ensuite dévié dans une direction radiale en approchant de la surface libre du bain métallique Il se produit ain- si un entraînement des inclusions présentes dans le métal liquide, le 19567 -5- long du mandrin A la surface du bain métallique, dans la zone proche du mandrin, le déplacement radial du métal liquide écarte les inclu- sions ou particules de laitier flottantes Ainsi, ces inclusions ou particules diverses ne risquent plus de se trouver emprisonnées dans s la zone de peau intérieure du corps creux obtenu. De plus, le déplacement du métal liquide de bas en haut, au voisinage immédiat de la surface extérieure du mandrin intérieur, provoque la formation à la surface du bain métallique d'une zone annulaire en re- lief Ainsi, à l'effet du déplacement radial du métal liquide vers la périphérie s'ajoute l'effet de barrière de ce relief qui empêche les inclusions ou particules de laitier flottantes, de venir à proximité de la paroi du mandrin dans la zone de formation de la peau intérieure du corps creux. Il en résulte une qualité de peau nettement supérieure à celle que l'on obtient sans utilisation d'un champ magnétique ayant les effets cités. Le métal liquide est, en général, introduit de façon continue et con- trôlée par un jet provenant, par exemple, d'une busette de coulée qui permet de régler le débit et l'impact du jet, tant en angle qu'en position. La surface libre du bain métallique peut être, soit en contact avec l'atmosphère, soit protégée par tout moyen en soit connu tel que, par exemple, un gaz neutre protecteur introduit à l'état liquide ou gazeux, ou encore un laitier. Le champ magnétique mobile, qui joue un râle essentiel, peut être créé par tout moyen adéquat consistant en des systèmes inducteurs, fixes ou mobiles par rapport au métal liquide, alimentés par des courants al- ternatifs polyphasés, ou en des systèmes inducteurs mobiles constitués par des enroulements alimentés en courant continu, ou encore en des aimants permanents. Un mode de réalisation particulièrement simple et efficace du champ ma- -6- gnétique mobile consiste à utiliser des aimants permanents disposés con- venablement sur un rotor de révolution, contenu dans le mandrin inté- rieur, qui est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe Dans une solution préférentielle, ledit rotor, portant les aimants perma- nents, est entramné en rotation par le fluide de refroidissement du mandrin intérieur par l'intermédiaire d'une turbine ou de tout autre moyen convenable d'entraînement direct ou indirect. D'une façon générale, on s'arrange pour privilégier la composante ver- ticale du champ magnétique mobile par rapport à la composante horizon- tale qui tend à entraîner le métal liquide en rotation autour du mandrin. Un tel mouvement de rotation du métal liquide dans le moule n'étant pas utile au fonctionnement du procédé, on cherche à réduire ou à bloquer ce mouvement par tout moyen adéquat A cette fin, on veille à ce que le jet de métal liquide qui pénètre dans le moule soit orienté de façon que le sens de déplacement de ce métal présente une composante tangen- tielle de ce sens opposé au sens de rotation dû à un champ magnétique. La vitesse de rotation adoptée pour le rotor est telle que le champ glissant obtenu ait une fréquence suffisante pour avoir un effet d'as- cension du métal le long du mandrin notable, sans pour autant que cette fréquence soit trop importante, le champ étant alors absorbé, en majeure partis, par l'écran métallique que constitue le mandrin. Des vitesses de rotation de 1 000 t 3 000 tr/min correspondant à des fréquences de 17 à 50 Hz, sont généralement adoptées. Il peut être avantageux de procéder de façon continue, lors de la cou- lée, à une lubrification de la paroi externe du mandrin intérieur, en contact avec le métal,par une huile végétale, par exemple, une huile de colza, en soit connue pour cette application. On conférera au mandrin intérieur la conicité nécessaire pour permettre un bon démoulage des produits. -7- Le procédé suivant l'invention, qui vient d'être décrit, s'applique de la façon la plus générale à tout type de coulée continue et, en parti- culier, à la coulée continue rotative. s La coulée continue rotative qui est pratiquée couramment pour la réali- sation de corps pleins de section circulaire, comporte, en général, une lingotière verticale animée d'un mouvement de rotation uniforme autour de son axe, le métal coulé étant extrait verticalement sous la lingo-_ tière par un mouvement hélicoïdal de rotation-translation continu vers le bas. Une telle technique est décrite dans de nombreuses publications telles que les FR 1 440 618, 2 119 874, et aussi dans la "Revue de Mlétal- lurgie" CIT Février 1981 (pages 119 à 136). Dans le cas de l'application du procédé suivant l'invention à la coulée continue rotative, on introduit le métal liquide dans l'espace annulai- re compris entre un moule extérieur à axe vertical, de section circu- laire, refroidi, tournant à une vitesse angulaire uniforme autour de cet axe et un mandrin intérieur également vertical, dont l'axe est, le plus souvent, confondu avec l'axe du moule extérieur, ledit mandrin étant refroidi par circulation interne de fluide et tournant sur lui- mnme autour de son axe, dans le même sens que le moule extérieur, l'ébauche creuse formée étant extraite verticalement par un mouvement hélicoïdal vers le bas, par des moyens d'extraction. Comme celà a été dit plus haut, le métal liquide est soumis à un champ magnétique mobile ayant sa source à l'intérieur du mandrin, de façon à créer des forces telles qu'elles impriment au métal liquide un mouve- ment présentant une composante verticale, parallèle à l'axe du mandrin, dirigée du bas vers le haut Avantageusement, la vitesse angulaire du mandrin intérieur est sensiblement égale à celle du moule extérieur, ce mouvement étant, soit commandé par un dispositif mécanique, soit le ré- sultat de l'entra 1 nement par frottement du produit creux en cours de solidification sur le mandrin. Avantageusement, le produit creux en cours de solidification est soumis, 8- le long du mandrin intérieur, et à proximité de celui-ci, non seule- ment auwvoisinage de la surface, mais sur une hauteur correspondant sensiblement à la totalité de la hauteur du moule extérieur, au champ magnétique mobile. Dans une solution préférentielle de coulée continue rotative, on adopte des sens de rotation tels que la rotation du métal liquide due à la composante horizontale du champ magnétique mobile et le mouvement de rotation du moule extérieur et du mandrin soient de sens opposés L'ef- fet de remontée du métal le long du mandrin est alors le plus marqué malgré la forme générale concave du ménisque dûe à la rotation du mou- le extérieur et du mandrin. La vitesse de rotation du moule extérieur est généralement comprise en- tre 30 et 120 tr/min. Les solutions avantageuses d'exploitation du procédé suivant l'inven- tion dans le cas général, sont applicables, bien entendu, dans le cas de la coulée continue rotative et en constituett les solutions préfé- rentielles de réalisation On notera bien dans ce procédé que, du fit'de a Ptrésence-i manrin intérieur tancheon,-évite,btut -cxtact drect de la surface intérieure du produit creux en cours de formation avec l'eau, le refroidissement se faisant par mandrin interposé Pour parfaire le refroidissement, on peut prévoir, en prolongement du mandrin intérieur, un écran anti-rayonnement avec adjonction ou pas d'un adjuvant gazeux de refroidissement permettant d'écouler plus facilement les calories. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit Ce dispositif comprend un moule extérieur vertical à paroi intérieure métallique refroidie par circulation inter- ne de fluide, un mandrin intérieur à paroi métallique refroidie par circulation interne de fluide, des moyens d'introduction d'un métal li- quide a la partie supérieure de l'espace annulaire compris entre le mandrin et le moule, des moyens d'extraction vers le bas du corps creux en cours de solidification et des moyens de création d'un champ magné- tique mobile logés à l'intérieur du mandrin. 2 519567 Dans ce dispositif, le champ magnétique mobile peut être créé par des. enroulements inducteurs, alimentés en courant polyphasé, fixes par rap- port à la paroi extérieure du mandrin. De façon préférentielle, on crée le champ magnétique mobile au moyen d'un système inducteur tournant par rapport à la paroi extérieure du mandrin et comportant soit des enroulements alimentés en courant conti- nu, soit des aimants permanents. Dans le cas de la coulée rotative, le dispositif objet de l'invention comprend, de plus, des moyens d'entraînement en rotation du moule exté- rieur ainsi que des moyens d'extraction permettant d'extraire vertica- lement vers le bas, d'un mouvement hélicoïdal, le corps creux en cours de solidification Le mandrin intérieur est, de préférence, disposé de façon coaxiale par rapport au moule. Selon une solution préférentielle, la rotation du rotor est assurée par le fluide du circuit de refroidissement Dar l'intermédiaire d'une turbine située à l'intérieur du mandrin intérieur. Le mandrin intérieur est réalisé impérativement en un matériau amagné- tique présentant avantageusement une bonne conductivité calorifique et une conductivité électrique aussi faible que possible La partie interne du mandrin, c'est-à-dire la partie correspondant au rotor ma- gnétique, s'étend avantageusement sur une hauteur sensiblement égale à celle du m"ule extérieur, le rotor dépassant au-dessus du niveau libre du bain métallique. Une solution préférentielle de création du champ magnétique mobile con- siste à monter les aimants permanents, constitués de parallélépipèdes à faces rectangles, à la périphérie d'un rotor constitué d'un noyau métallique magnétique, selon une hélice présentant une aimantation nord-sud homogène, préférentiellement radiale. Pour augmenter la valeur du champ magnétique, on dispose les aimants permanents suivant deux hélices décalées enroulées autour du rotor à la façon d'une vis à deux filets, chaque hélice présentant, dans ce cas, -10- une aimantation homogène radiale, l'une des hélices comportant un en- seble d'aimants dont les pôles nord sont les plus proches de l'axe du rotor, et l'autre des aimants, dont les pôles sud sont les plus pro- che S de' l'axe du rotor. Pour augmenter la valeur du champ magnétique, on peut prévoir plus de deux hélices décalées Dans ce cas, on dispose un nombre pair d'héli- ces présentant chacune une aimantation homogène radiale, le sens de l'aimntation alternant d'une hélice à la suivante De cette façon, on obtient, au moyen d'aimants permanents, un champ magnétique polyphasé obile, qui est infiniment plus simple à réaliser que par utilisation d'une pluralité d'inducteurs polyspires décalés dans l'espace et qu'il faudrait alimenter par des courants polyphasés. De cette conception générale du dispositif suivant l'invention, il ré- suite une grande simplicité, tant du point de vue construction que mise en oeuvre et une grande compacité. Ceci permet d'assurer une grande fiabilité et une sécurité d'exploita- tion, tout en obtenant un coût d'utilisation très favorable. a O Les figures et i'exemple ci-après décrivent, de façon non limitative, un mode de réalisation du dispositif suivant l 'invention, appliqué à la réalisation de corps creux de section circulaire par coulée conti- nue rotative. La figure 1 représente une vue d'ensemble, en coupe axiale verticale, du dispositif suivant l'invention. La figure 2 représente la turbine d'entraînement du rotor magnétique en coupe, suivant C-C', comme montré figure 1. La figure 3 représente un système de motorisation en rotation du man- drin de la figure 1, système positionné sur la figure 1 entre les plans horizontaux D-D' et E-E', mais non dessiné sur la figure 1. La figure 4 représente une vue de face et en coupe partielle, du rotor magnétique de la figure 1. Le dispositif suivant l'invention, décrit ici dans le cas d'une coulée continue rotative pour l'obtention de barres creuses en acier, est re- -11- présenté dans son ensemble en figure 1, qui a été coupée dans sa par-. tie inférieure pour faciliter la représentation. Le dispositif permettant la coulée continue rotative de corps pleins en acier, de section circulaire, est en soi connu, en particulier par les publications dont les références ont été données plus haut. La description ci-après portera donc essentiellement sur les moyens nouveaux utilisés pour la réalisation du procédé et du dispositif sui- vant l'invention. La figure 1 représente un dispositif de coulée continue rotative de corps creux suivant l'invention, qui comporte un moule extérieur ( 1), ou lingotière, tournant autour d'un axe vertical de forme générale tu- bulaire et de section circulaire, refroidi, un mandrin intérieur ( 2), un système d'amenée de métal liquide s Tdhématisé par la flèche ( 3) et un système d'extraction hélicoïdale verticale cesproduits coulés Ces deux derniers systèmes étant les mimes que ceux utilisés pour la cou- lée continue rotative de barres rondes pleines, sont connus de l'honmme de l'art et, donc, non représentés La lingotière ( 1) ou moule exté- rieur, est figurée simplement par sa paroi ( 4) limitée en ( 5) et ( 6). Cette paroi présente en général une légère conicité, avec diminution de section dans la partie inférieure, qui sert de contact avec le métal en cours de solidification Son système de refroidissement et ses moyens d'entraînement en rotation, connus de l'homue de l'art, n'ont pas été représentés La surface libre du métal est en ( 7) et le corps creux de * section circulaire, partiellement solidifié est en ( 8). Le mandrin intérieur creux ( 2) est constitué de deux parties: la par- tie basse, située au niveau dua ioule ( 1) est immergée dans le métal en cours de solidification, qui constitue la partie active du mandrin, et la partie haute, située au-dessus du moule ( 1), - portant les mécanismes de commande et de support de la partie basse. Dans sa partie basse, le mandrin comporte un manchon ( 9), de forme géné- ralement tubulaire, de section circulaire et de hauteur légèrement su- périeure à la hauteur de la lingotière ( 1). -12- Le manchon ( 9) présente avantageusement une conicité avec rétrécisse- ment de la section vers le bas pour permettre le retrait du métal en cours de solidification Le manchon ( 9) est réalisé, de façon généra- le, en un matériau amagnétique présentant une bonne conductivité calo- rifique, par exemple, en cuivre ou alliage de cuivre. Le mandrin ( 2) est maintenu en position dans le irale par des moyens de soutien représentés figure 2, de façon que le manchon ( 9) soit parfaitement coaxial avec le iûeule ( 1 l). Le manchon ( 9) est assemblé, par exemple, par manchonnage en ( 10) avec un joint d'étanchéité statique ( 11) avec un tube support de révo- lution ( 12) qui'constitue la partie supérieure du mandrin et dont l'ex- trémité supérieure pénètre dans la tête de mandrin ( 13) Un double joint à lèvre ( 14) permet la libre rotation du mandrin par rapport à la tête ( 13) tout en garantissant l'étanchéité vis-à-vis du fluide sous pression qui circule à l'intérieur. La rotation du manchon ( 9) est commandée par un système moteur repré- senté figure 3, qui assure à la fois la mécanisation en rotation du mandrin ( 2) et son maintien général en position verticale et centrée par rapport &u -no le' {, 'laxe du mandrin étant confondu avec celui du moule ( 1) Ce dispositif d'entra ement mécanique est dé- crit plus loin. La tête ( 13), fixée sur le dispositif moteur de la figure 3 par une patte de fixation (P), porte les conduites d'amenée ( 15) et de départ ( 16) du fluide de refroidissement. A l'intérieur du mandrin creux -( 2), un tube central ( 17), de section circulaire et co-axial au manchon ( 9), supporte, dans sa partie basse, un rotor magnétique ( 18) qui l'entoure, et qui est monté libre en rota- tion par rapport au tube ( 17). Le tube ( 17) est fermé de façon étanche à sa partie inférieure ( 19); il est solidarisé avec le tube support ( 12) par l'intermédiaire de pla- ques radiales ( 20-21), qui ne font pas obstacle à l'écoulement axial, 13- entre ( 12) et ( 17) du fluide de refroidissement. Le manchon ( 9) et le tube ( 17) sont solidarisés, de façon étanche, à la partie inférieure par la pièce de fond annulaire ( 22) avec joints S statiques d'étanchéité toriques ( 23) et ( 24) A son extrémité supé- rieure, le tube ( 17) est centré par une pièce annulaire ( 25) par rap- port à laquelle il est libre en rotation grâce à un joint à lèvre ( 26). La pièce ( 25) est elle-même montée de façon étanche, grâce à un joint torique statique ( 27) à l'intérieur de la tête du mandrin M 13). Un écrou ( 28) vissé en ( 29) sur le tube ( 17) assure le bloquage de la pièce de fond ( 22). Ainsi, le manchon ( 9), le support ( 12), le tube ( 17) et la pièce de fond ( 22) sont parfaitement solidaires et peuvent tourner à la même vi- tesse de rotation. Le rotor magnétique ( 18) est constitué par un cylindre creux libre en rotation sur le tube ( 17) et porte sur sa surface extérieure des mas- ses magnétiques Sa structure particulière sera décrite plus loin La longueur du rotor est choisie de façon que sa partie supérieure dépas- se nettement le niveau correspondant à la surface libre du métal liqui- de au voisinage du manchon ( 9) On s'arrange, dans la construction, pour que l'intervalle entre rotor ( 18) et manchon ( 9) soit le plus ré- duit possible, compte tenu de la nécessité de conserver une section de passage suffisante pour le fluide de refroidissement. La vitesse du rotor ( 18) n'est pas liée à la vitesse du tube ( 17) et ledit rotor tourne sur des bagues en matériau approprié, par exemple en matériau à base de résine plus fibre type céleron, ( 31) et ( 32) po- sitionnées sur le tube ( 17) Le rotor ( 18), dont la vitesse de rota- tion doit être élevée ( 1 000 à 3 000 tr/min), est entraîné en rota- tion par le fluide de refroidissement par l'intermédiaire d'une turbine ( 33) usinée dans la partie inférieure du rotor et, donc, solidaire de celui-ci. La figure 3 donne, en coupe, le profil de la turbine Lefluide de refroi- -14- dissement, qui se trouve sous une pression convenable à l'intérieur du tube ( 17), sort de celui-ci par des trous radiaux tels que ( 34) répar- tis en nombre convenable à la périphérie du tube ( 17) Un ensemble d'orifices, tels que ( 35), de profil convenable, sont répartis à la S périphérie du rotor ( 18) et orientés de façon à provoquer par réac- tion l'entramînement en rotation du rotor. Le profil des orifices ( 35), ainsi que le réglage de la pression du fluide de refroidissement utilisé, permettent de maîtriser la vitesse de rotation du rotor magnétique ( 18) dans la ganmme de vitesse voulue. Ainsi, selon ce dispositif, le fluide de refroidissement, en général de l'eau, entrant en ( 15), descendant à l'intérieur du tube ( 17) et reamntant dans l'intervalle ( 30) pour sortir en ( 16), assure a la fois le refroidissement du manchon ( 19), pour permettre l'élimination des calories du bain métallique, et le refroidissement du rotor et des masses magnétiques. Un dessin convenable des pièces permet, avec une pression d'eau de 2 a 3 kg/cm 2, d'assurer des vitesses de 3 000 tr/min et une tempéra- ao ture des masses magnétiques inférieure à 100 C, les vitesses de circu- lation adoptées permettant d'éviter la présence d'air dans le circuit de refroidissement. On choisira comme vitesse du rotor la vitesse maximale qui donne une vitesse de circulation verticale du métal liquide notable, compatible avec l'épaisseur et le matériau du manchon ( 9), qui amortit par ab- sorption le champ magnétique. Dans le cas d'un manchon en cuivre, cette vitesse maximale (Nmax) sera déterminée par la formule: Nmax(tr/min) = 200 e e étant l'épaisseur du manchon ( 9) exprimée en mim. La rotation du mandrin ( 2), qui est synchronisée avec le mouvement de rotation du moule ( 1), est assurée par le mécanisme de la figu- re 3 Cet ensemble vient se placer entre les plans D-D' et E-E' de la -15figure 1 Ce mécanisme est essentiellement constitué d'une couronne dentée ( 36) frettée sur la pièce ( 12) mae par un arbre moteur ( 37), à l'extrémité duquel on trouve un pignon conique ( 38). La couronne est supportée dans sa rotation par deux boîtes à rouleaux coniques ( 39) et ( 40), qui penmettent de matenir en position vertica- le fixe et centrée le mandrin ( 2) L'arbre ( 37) tourne également dans une boîte à deux rouleaux coniques ( 41) et ( 42), un carter étanche et refroidi ( 435-44) venant fermer le tout. Des joints ( 45-46) assurent l'étanchéité lors de la rotation du man- drin. La tête du mandrin ( 13) est fixée sur le boîtier porte-arbre moteur par les pattes (P) et ( 47) et les boulons ( 48). Le mandrin ( 2) est positionné sur le moule ( 1) par un système non figuré, de pattes amarrées d'une part, sur le plancher de travail qui peut se trouver à hauteur du moble ( 1) et, d'autre part, sur le carter ( 43-44) ou sur la tête ( 13) du mandrin Ainsi, on assure un maintien en position verticale bien définie du mandrin. La structure du rotor magnétique ( 18), créant le champ mobile, est re- présentée en élévation, figure 4, la partie haute de la figure étant en calpe. Ce rotor est constitué d'un cylindre creux ( 49) en acier de construc- tion, dont les extrémités sont profilées pour permettre le logement des bagues céloron ( 31-32) permettant de centrer en rotation avec un mini- mum de frottement ledit rotor. Les masses magnétiques sont constituées par des aimants permanents tels que ( 50) positionnée dans des logements tels que ( 51), réalisés côte à côte en hélice, à la surface du cylindre Ces aimants sont fixés dans leur logement, par exemple par collage On adoptera avantageuse- ment des aimants de forme parallélépipédique à face rectangle, dont les grands côtés sont orientés parallèlement aux génératrices, l'axe Nord- Sud, perpendiculaire aux grandes faces, correspondant à la plus faible 16- distance entre faces du parallélépipède, et étant radial, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe du rotor. Dans le mode de réalisation représenté figure 4, les hélices sont au niombre de deux, coaxiales ( 52) et ( 53), disposées autour du rotor à la façon d'un filetage à double filet présentant un pas à droite, chaque hélice étant orientée magnétiquement de façon homogène, c'est-à'dire que les pâles les plus proches de l'axe du rotor de l'ensemble des ai- mants d'une même hélice sont de même nom Par contre, l'orientation magnétique des deux hélices est opposée Ainsi, dans le cas de la figu- re 4, les pôles de l'hélice ( 52) les plus proches de l'axe du rotor, sont sud, tandis que ceux de l'hélice ( 53) les plus proches de l'axe du rotor, sont nord. Tout aimant permanent suffisamment stable peut être utilisé. Le sens d'enroulement de l'hélice Qd des hélices sur le rotor doit être le même que le sens de rotation du rotor autour de son axe vu de des- sus Ainsi, si le rotor wu de dessus tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, l'hélice ou les hélices doivent avoir un pas à droite. Cette structure de rotor crée par rotation, un champ glissant dont la direction de déplacement est en chaque point perpendiculaire aux fi- lets de l'hélice et contenu dans le plan tangent à la surface du cy- lindre La direction de déplacement de ce champ glissant présente donc, d'une part, une composante verticale qui entraîne le métal liquide de bas en haut, et une composante horizontale du champ magnétique qui tend à entraîner le métal liquide en rotation. Le pas de l'hélice ou des hélices, c'est-à-dire la distance entre deux spires d'une même hélice le long d'une génératrice, sera choisi de fa- çon à ce que la composante horizontale du champ magnétique reste faible, tout en ne rapprochant pas trop les masses magnétiques sur une même gé- nératrice du rotor, de façon à avoir des lignes de champ pénétrant en profondeur dans le métal liquide La distance sur une même génératiice, entre les extrémités les plus proches d'un aimant nord et d'un aimant sud, ne sera pas, de préférence, prise inférieure à la grande longueur du parallélépipède de base. -17- On peut perfectionner le dispositif en prévoyant de placer, comme le montre la figure 1, sous le mandrin rotatif, un écran ( 54), dont la fonction est de réduire le rayonnement de la surface interne de la bar- re creuse, une fois sortie du mandrin Un tel écran, constitué par un cylindre creux de métal à fond plein, peut être fixé par vissage en ( 55) sur un prolongement du tube central ( 17). On peut également, qu'il y ait ou non un écran ( 54) prévoir avantageu- sement un dispositif de refroidissement secondaire par gaz protecteur neutre La distribution d'un tel gaz protecteur, comme le montre la figure 1, est assurée par un tube ( 56) fileté en ( 57) et vissé dans un trou axial ( 58) percé dans le fond ( 19 du tube ( 17) Des canaux ra- diaux tels que ( 60) mettent en communication le trou ( 58) avec l'exté- rieur Le gaz, qui sort par ces trous, vient frapper la paroi inté- i 5 rieure en cours de solidification du corps creux et accélère donc cette solidification. Ce gaz protecteur est amené sur la tête ( 13) en ( 61) De cette façon, l'eau de refroidissement ne peut s'échapper du mandrin ( 2) et il n'y a pas risque de pénétration intempestive de l'eau dans la cavité inté- rieure des barres en cours de solidification A l'extémité supérieure du tube ( 56), un joint ( 62) empêche la pénétration de l'eau de refroi- dissement du tube ( 17). On peut prévoir avantageusement un dispositif de lubrification par hui- le végétale, type huile de colza, dans l'interface manchon ( 9) peau de métal en cours de solidification, par exemple, par un distributeur goutte à goutte. Le dispositif, qui vient d'être décrit, a l'avantage d'être particu- lièrement simple et compact et de ne nécessiter de source d'éner- gie électrique, ni pour créer le champ magnétique, ni pour mettre en ro- tation le rotor magnétique Cette conception est particulièrement inté- ressante du fait de l'environnement qui règne au niveau du mou le: température élevée, place disponible très réduite, danger des in' filtrations d'eau sur du métal liquide. -18- Par ailleurs, un autre avantage du dispositif décrit est sa simplicité de mise en oeuvre En effet, à un même tube support ( 12), on peut adap- ter des dimensions de manchons ( 9) différentes dont le diamètre de tra- vail, c'est-à-dire le diamètre de la partie immergée dans le métal en cours de solidification, correspond aux différents diamètres intérieurs des corps creux à fabriquer Pour celà, le manchon ( 9), au lieu d'avoir la forme d'un cylindre de révolution de section constante, conmme sur la figure 1, aurasur toute sa partie qui se trouve en contact avec le métal coulé, une forme de révolution correspondant à la section inté- rieure de la barre creuse à-fabriquer et, dans sa zone supérieure, une section correspondant au manchonnage ( 10) du tube support ( 12), les deux parties dudit manchon ( 9) se raccordant, dans ce cas, par un épau- lement. On adaptera, bien entendu, le diamètre du rotor ( 18) au diamètre inté- rieur du manchon ( 9) Un même rotor peut être utilisé pour plusieurs di- mensions de manchons ( 9), donc de barres creuses. Le démontage de l'ensemble s'opère très facilement par dévissage de l'écrou ( 28), dégagement de la pièce du fond ( 22) et dégagement du man- chon ( 9), le rotor ( 18) venant alors de lui-même et le tube ( 17) res- tant solidaire du tube support ( 12). On décrira maintenant le fonctionnement du procédé mis en oeuvre au moyen du dispositif ci-dessus. Le métal liquide est amené de façon continue par ( 3) dans le môule ( 1), qui est animé d'un mouvement de rotation à vitesse constante Le mandrin intérieur ( 2) est, lui aussi, animé d'un mouvement de rotation à vitesse constante sensiblement égale à celle du moulé ( 1- - Cette rotation du mandrin est assurée, soit par le mécanisme décrit fi- gure 3, soit simplement par le frottement du métal en cours de solidi- fication sur le mafdrin intérieur, le mécanisme décrit figure 3 ne ser- vant plus dans ce cas qu'à maintenir en position verticale et centrée le mandrin tournant Du fait de la rotation continue dm moulé ( 1) et du mandrin ( 2), on évite toute surchauffe localisée du moir- -19- le et du mandrin, en particulier, par rayonnement à l'endroit o le- métal liquide est introduit par ( 3) dans le mo Uie De ce fait, le procédé a une grande symétrie, tant thermique que géométrique. Au contact de la paroi ( 4) refroidie du mo-ttle ( 1) et: du man- chon ( 9) également refroidi, une croate solide ( 8) se forme et la soli- dification progresse au fur et à mesure de l'extraction de la barre creuse du 'm Ule paf 1 e bas-; -10 La surface libre du métal ( 7), qui peut éventuellement être protégée par un courant de gaz protecteur amené à l'état gazeux ou liquide, prend alors, du fait de I:a rotation du ' 'uble:l foime générale conca- ve, conme on le voit figure 1, les bords extérieurs se relevant en ( 63). De ce fait, les inclusions, crasses ou toutes particules non métalli- ques surnageant à la surface du métal, ont tendance à s'écarter de la périphérie Il en résulte une surface extérieure particulièrement soi- gnée ne nécessitant pas de préparation de surface avant transformation ultérieure Ceci est bien connu et exposé, entre autre, dans l'article de la '"evue de Metallurgie-CIT", déjà cité. Du côté du mandrin central, la composante verticale du champ magné- tique mobile créé par le rotor tournant ( 18) a pour -effet de modi- fier totalement les conditions normales de solidification au voisinage de la surface extérieure du manchon ( 9) En effet, le courant ascendant de métal liquide, qui se produit le long du mandrin, entraîne toutes les crasses et inclusions éventuellement présentes, de façon rapide jusqu'à la surface libre du métal et, de plus, ce courant, qui est en- suite dévié radialement vers la périphérie, provoque la remontée du niveau du métal liquide au voisinage du mandrin ( 9), ainsi que la forma- tion d'un relief annulaire ( 64) qui, par sa forme, empêche les crasses surnageant sur la surface libre du bain métallique ( 7) de -vefiir se dé- poser sur la surface intérieure du corps creux en cours de solidifica- tion Cet effet mécanique de barrage vient s'ajouter à l'effet d'entrai- nement par le courant de surface qui maintient éloignées du mandrin, les crasses se trouvant sur le bain. -20- Afin d'obtenir en ( 64) un relief d'amplitude maximale, on fait en sor- te que la rotation du métal, dûe à la composante horizontale du champ magnétique mobile soit contrecarrée par le mouvement général de sens opposé de la barre creuse en cours de solidification Il faut donc que S le sens de rotation de la barre creuse ( 8) et, par conséquent, celui de la paroi du moule ( 1) qui l'entraîne, soit opposé au sens de rotation du rotor ( 18). Le jet de distribution de métal liquide est orienté de façon telle qu'il conserve aux courants ascendants et de convection, au voisinage du mandrin, leur efficacité maximale Pour celà, on oriente préféren- tiellement le jet ( 3) de façon à ce que le mouvement du métal versé dans le moule ait une composante radiale centrifuge, la compo- sante tangentielle, qui tend à faire tourner le bain, étant dirigée dans le sens de rotation du moule ( 1) Par ailleurs, le brassage ôpéré sur le métal liquide en cours de solidification, aui voisinage du mandrin, a pour effet d'affiner la structure de la peau intérieure du corps creux obtenu. Il en résulte une très belle peau intérieure-du corps creux, qui ne né- cessite pas de traitement de surface prolongé pour continuer le cycle de fabrication. Le procédé de coulée continue rptative de corps creux s'applique parti- culièrement bien au cas de l'acier On peut, par exemple, fabriquer des barres en acier ayant un diamètre extérieur de 350 à 400 mm et un diamè- tre intérieur de 115 à 200 min. Pour un diamètre extérieur de 400 mi et un diamètre intérieur de 200 mm les paramètres de marche sont les suivants: Hauteur du ule: 430 mm Hauteur du rotor magnétique: 350 mm Vitesse de rotation du moule: 40 tr/min. Vitesse de rotation du mandrin: 40 tr/min (dans le mn Ee sens que le tbule)- Vitesse de rotation du rotor: 3000 tr/min (dans -21- le sens opposé au sens de rotation du moulé-) - Mandrin en cuivre, épaisseur: 10 mm Pression d'eau de refroidissement: 2,5 bars. Bien que l'exemple qui vient d'être donné concerne l'application du procédé suivant l'invention, à la coulée continue rotative, c'est-à- dire au cas o le corps creux coulé est entraîné en rotation ainsi que le moule, le procédé suivant l'invention s'applique également de la façon la plus générale aux procédés dans lesquels le moule est fixe; Il peut, en particulier, s'appliquer aux procédés dans lesquels des dispositifs inducteurs répartis au voisinage de la paroi du moule, qui est en contact avec le métal en cours de solidification, créent des champs magnétiques mobiles qui agissent sur le métal liquide. -22- REVENDICATIONS 1 / Procédé de fabrication de corps creux métalliques par coulée continue verticale, dans lequel on introduit, de façon continue, un métal liquide dans un espace annulaire compris entre un moule métal- lique extérieur ( 1) refroidi par circulation de fluide et un mandrin intérieur ( 2), refroidi également par circulation de fluide, ce métal se solidifiant progressivement au contact des parois du moule et du mandrin avec formation d'un corps creux ( 8) qui est extrait au-dessous du moule, caractérisé en ce que, dans une zone annulaire voisine de la surface extérieure du mandrin, on soumet le métal liquide à l'action d'un champ magnétique mobile qui crée à l'intérieur de ce métal des forces, présentant une composante verticale dirigée de bas en haut, qui entraînent ce métal vers la surface du bain. 2 / Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que l'entrai- nement du métal liquide vers la surface du bain provoque la formation à la surface du bain métallique liquide, au voisinage du mandrin inté- rieur ( 2), d'une zone annulaire en relief convexe ( 64), dont l'effet barrière s'ajoute à celui du déplacement radial du métal liquide en di- rection de la paroi du moule, pour empécher les particules non métalli- ques qui surnagent à la surface du métal, de venir se déposer sur la surface intérieure du corps creux en cours de solidification. 3 / Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule extérieur ( 1) et le mandrin intérieur ( 2) sont entraînés en ro- tation dans le même sens, à vitesse sensiblement égale. 4 / Procédé suivant revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du moule et du mandrin est de 30 à 120 tr/min. 5 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le champ magnétique mobile a sa source à l'intérieur du mandrin. 6 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le champ magnétique mobile est créé par un système d'enroulements inducteurs alimentés en courant polyphasé. -23- 7 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le champ magnétique mobile est créé par un système inducteur tournant par rapport à la paroi extérieure du mandrin et comportant des enroulements alimentés en courant continu ou des aimants perma- nents. 8 / Procédé suivant revendication 7, caractérisé en ce que, lorsque le moule extérieur et le mandrin sont entraînés en rotation, leur sens commun de rotation est inverse de celui du système inducteur tournant. 9 / Application du procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, à la coulée continue des aciers ordinaires ou alliés, des aciers inoxydables et réfractaires et des alliages réfractaires à base de Ni et/ou Co. / Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, qui comprend un moule extérieur vertical ( 1) à paroi intérieure métallique refroidie par circulation interne de flui- de, des moyens d'introduction d'un métal liquide ( 3) à la partie su- périeure de l'espace annulaire compris entre le mandrin ( 2) et le moule, des moyens d'extraction vers le bas du corps creux ( 8) en cours de solidification, caractérisé en ce que les moyens de création d'un champ magnétique mobile sont logés à l'intérieur du mandrin ( 2). 11 / Dispositif suivant revendication 10, caractérisé en ce que des moyens d'entrainement en rotation agissent sur le moule ( 1) et/ou sur le cori 5 S créux' ( 8) exfràit du moule et/ou sur le mandrin ( 2). 12 / Dispositif suivant revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le mandrin intérieur ( 2) est disposé de façon coaxiale par rapport au moule ( 1). 13 / Dispositif suivant l'une des revendications 10 à 12, caractéri- sé en ce que le champ magnétique mobile est créé par des enroulements inducteurs alimentés en courant polyphasé fixes par rapport à la pa- roi extérieure du mandrin ( 2). -24- / Dispositif suivant l'une des revendications 10 à 12, caractéri-' sé en ce que le champ magnétique mobile est créé par un système induc- teur tournant par rapport à la paroi extérieure du mandrin et conmpor- tant des enroulements alimentés en courant continu ou des aimants permanents. / Dispositif suivant revendication 14, caractérisé en ce que le système inducteur tournant est constitué par un rotor ( 18) qui tourne à l'intérieur du mandrin ( 2) et sur lequel des aimants permanents ( 50) sont disposés autour de l'axe du rotor suivant au moins une hélice ( 52, 53). 16 / Dispositif suivant revendication 15, caractérisé en ce que les aimants permanents présentent un axe nord-sud orienté radialement et en ce que les pôles les plus proches de l'axe de l'ensemble des ai- mants d'une même hélice sont de même nom. 17 / Dispositif suivant revendication 15, caractérisé en ce que les aimants permanents sont disposés suivant un nombre pair d'hélices coa- xiales enroulées à la façon d'un filetage à plusieurs filets autour du rotor, les noms des pôles les plus proches de l'axe changeant de nomn en passant d'une hélice à l'hélice à filets adjacents. 18 / Dispositif suivant l'une des revendications 14 à T 7, caractéri- sé en ce que le système inducteur tournant est solidaire d'une tur- bine ( 33),traversée par le fluide de refroidissement du mandrin,qui 1 'entraîne. 19 / Dispositif suivant l'une des revendications 14 à 17, caractéri- sé en ce que le sens de rotation du système inducteur tournant, tel qu'il est vu au-dessus de l'axe, est le même que le sens du pas de l'hélice.