Brevet FR2546429A1 — publié le 19841130

L'invention concerne un procédé pour couler une barre, en particulier une barre d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, à travers une lingotière de coulée avec refroidissement de la barre formée par de l'eau contenant de l'anhydride carbonique. Dans la coulée continue à refroidissement direct, de la chaleur est extraite de la barre coulée sortant de la lingo- tière par arrosage de la surface de la barre avec un fluide de refroidissement directement sous la lingotière Pendant le processus de démarrage de la coulée, le fluide de refroidissement vient d'abord seulement en contact avec le fond de démarrage ou bloc de fond L'extraction de chaleur indirecte ainsi produite conduit à une solidification en douceur du métal liquide et à la formation d'un pied de barre plan A mesure que le bloc de fond descend, le fluide de refroidissement vient directement en contact avec la surface de la barre, ce qui est lié à une brusque élévation de l'éva- cuation de chaleur de la barre coulée Les tensions thermiques engendrées par ce choc thermique sont plus grandes que la résistance à l'extension de la barreet provoquent une déformation permanente sous forme d'un bombement convexe du pied de la barre, de même qu'à des fissures dans la barre en cas de dépassement de la résis- tance à la rupture Pour obtenir une barre avec un pied plan ou droit, il ne faut donc pas refroidir la barre trop fortement pendant le processus de démarrage. Le brevet des E U A 3 441 079 propose à cet effet de projeter le fluide de refroidissement de façon intermittente sur la barre pendant la phase de démarrage Ceci a toutefois l'incon- vénient que des motifs de solidification thermique différents se forment dans la barre coulée par suite de l'intermittence des jets de fluide de refroidissement. La demande de brevet allemand DE-AS 12 93 956 concerne un procédé pour refroidir des bandes, des plaques ou des produits analogues de faible épaisseur coulés en continu,o un mélange d'eau et d'air est produit dans la lingotière par un effet d'éjecteur et utilisé -avant la sortie et le refroidissement direct, c'est- à-dire le refroidissement par application directe du fluide de refroidissement à la mince bande ou produit analogue lui-même pour le refroidissement indirect, c'est-à-dire le refroidissement par l'intermédiaire des nervures de la lingotière La profondeur du cratère de métal liquide et/ou la température de la mince bande coulée est ou sont réglée(s) par variation du débit d'air et/ou du débit d'eau Comme le mélange d'eau et d'air est pulvérisé sous forme d'un brouillard, en particulier pendant le refroidissement direct, il n'est pas possible de moduler le refroidissement Ceci est plus vrai encore pour la proposition de la demande de brevet allemand DE-AS 12 93 956, selon laquelle on augmente le débit d'eau pour le refroidissement indirect de la barre coulée à l'intérieur de la lingotière, c'est-à-dire pendant le refroidissement indirect, et on augmente le débit d'air pour le refroidissement direct Il n'est pas possible d'appliquer ainsi un fluide de refroidissement à une barre de façon modulée et encore moins de façon continue. Un autre mode de mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus est décrit dans la demande de brevet allemand DE-Cg 2 ( 08 285. Dans ce cas, on utilise également un mélange d'eau et d'air pour refroidir la barre coulée sortant de la lingotière De l'eau de refroidissement pénètre d'abord sous pression dans des chambres d'eau ou des canaux de la lingotière et refroidit les surfaces travaillantes de la cavité de la lingotière, définissant la forme- du produit coulé L'eau sort ensuite de la lingotière et refroidit directement la bande coulée Par suite de la prévision de sections différentes dans les orifices de sortie de fluide de refroidissement et de la prévision de fentes d'air supplémentaires, de l'air est aspiré de ces fentes, selon le principe d'une pompe à jet d'eau. L'air ainsi ajouté à l'eau de refroidissement a cependant peu d'influence sur le pouvoir de refroidissement De plus, il est probable que la modulation du refroidissement soit également très problématique dans ce cas, par exemple parce que l'élévation du débit d'eau entraîne également l'aspiration de beaucoup plus d'air, ce qui ne produit pas obligatoirement un meilleur effet de refroi- dissement mais seulement une plus forte transformation en brouillard du mélange d'eau et d'air. Par la demande de brevet allemand DE-OS 29099 M, on connaît enfin un procédé pour la coulée continue de blocs de métal o la vitesse à laquelle le fluide de refroidissement liquide évacue la chaleur de la barre coulée est ralentie tout au moins pendant le processus de démarrage A cet effet, on ajoute sous pression un gaz, de préférence de l'anhydride carbonique, en mélange au fluide de refroidissement Le gaz ainsi dissous forme, à l'impact du fluide de refroidissement sur la surface de la barre, un film isolant qui diminue la dissipation de chaleur et qui réduit ainsi l'intensité de refroidissement. La phase de démarrage terminée, la vitesse d'éva- cuation de la chaleur est accrue par la réduction du débit du gaz ajouté en mélange au fluide de refroidissement. L'inconvénient essentiel de ce procédé réside dans sa complexité, en particulier en ce qui concerne les dispositifs de mélange et de réglage nécessaires pour dissoudre le gaz dans le fluide de refroidissement De même, la modulation du refroi- dissement reste dépendante de la solubilité du gaz dans le fluide de refroidissement liquide, solubilité qui est déterminée par divers paramètres qui sont notamment fonction aussi des conditions changeantes pendant l'ensemble du processus de coulée. Le but de l'invention est de créer un procédé du type mentionné plus haut, qui évite ces inconvénients et au moyen duquel il soit possible en particulier de moduler le processus de refroidissement de façon précise, tant en ce qui concerne la phase du refroidissement indirect qu'en ce qui concerne le refroidissement direct. L'invention résout ce problème par un procédé qui est caractérisé en ce que, pendant le processus de démarrage de la coulée, on maintient le débit d'anhydride carbonique ajoutée à l'eau à une valeur constante, mais on diminue sa concentration dans le fluide de refroidissement par élévation du débit d'eau, ce qui augmente en même temps le contact thermique entre la surface de la barre et l'eau de refroidissement. Cela signifie que l'action de l'anhydride carbonique ne dépend plus de sa solubilité dans l'eau du fluide de refroidis- sement, puisqu'on utilise une concentration prédéterminée et valable d'un mélange d'eau et d'anhydride carbonique, pour laquelle une limite de saturation ou d'autresvaleurslimitesdifficiles à définir sont sans importance La propriété d'isolation thermique de l'anhydride carbonique est influencée, lors du refroidissement de la barre coulée, par diminution de sa concentration et par élévation de l'énergie ou de la vitesse de l'eau de refroidissement, ce qui est réalisable de façon simple par accroissement du débit de l'eau Ainsi, davantage d'eau de refroidissement vient en contact avec la surface de la barre, puisque le "film isolant" de l'anhydride carbonique devient de plus en plus mince et perméable. Finalement, le "film" est complètement déchiré et l'action de refroidissement connue de l'eau seule peut se développer Il est naturellement dans le cadre de l'invention d'interrompre totalement l'amenée d'anhydride carbonique, soit à une valeur préfixée de la concentration d'anhydride carbonique dans le fluide de refroidis- sement, soit, au plus tard, à la fin du processus de démarrage. Il est essentiel de faire en sorte que le mélange d'eau et d'anhydride carbonique présente au départ un rapport de solubilisation tel que le choc thermique entre le refroidisse- ment indirect par la lingotière et le refroidissement direct qui commence à l'abaissement du bloc de fond ou élément analogue soit aussi faible que possible Ce rapport de solubilisation est en méme temps la valeur maximale nécessaire à obtenir pour la concen- tration de l'anhydride carbonique dans l'eau, dont la réduction par addition d'eau n'entraîne pas de difficultés, tandis que la réduction du débit d'anhydride carbonique avec maintien du débit d'eau à la même valeur s'accompagne de l'impondérabilité de la quantité d'anhydride carbonique effectivement dissoute Il est par conséquent dans le cadre de l'invention de préparer avant le démarrage un mélange d'anhydride carbonique et d'eau d'une concen- tration déterminée, dans une cuve par exemple, et d'ajouter de l'eau supplémentaire à ce mélange pendant le processus de démarrage de la coulée Il est possible aussi de préparer de façon continue de l'anhydride carbonique et de l'eau commne fluide de refroidisse- ment dans un dispositif mélangeur et d'augmenter de façon continue la fraction d'eau. Il s'est avéré, dans chaque cas, que la modulation selon l'invention du refroidissement permet de produire des barres coulées présentant des variations de section minimales, en parti- culier dans la région du pied de barre. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé pour couler une barre, en particulier une barre d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, à travers une lingotière de coulée avec refroidissement de la barre formée par de l'eau contenant de l'anhydride carbonique, caractérisé en ce que, pendant le processus de démarrage de la coulée, on maintient le débit d'anhydride carbonique ajouté à l'eau à une valeur constante, mais on diminue sa concentration dans le fluide de refroidissement par élévation du débit d'eau, ce qui augmente en même temps le contact thermique entre la surface de la barre et l'eau de refroidissement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on interrompt l'amenée d'anhydride carbonique après le processus de démarrage de la coulée ou après que la concentration de l'anhydride carbonique est descendue au-dessous d'une valeur déterminée.