Brevet FR2584958A1 — publié le 19870123

-S84958 La présente invention se rapporte d'une fa- çon générale à un bloc de métal destiné-à l'amorçage de l'opération de coulée d'un lingot et elle concerne plus particulièrement un bloc isolant qui réduit con- sidérablement la quantité de chaleur prélevée sur le métal fondu lors de l'opération d'amorçage d'un lin- got. En général, pour l'amorçage de l'opération de production d'un lingot de forme rectangulaire des- tiné à être laminé dans un laminoir, on utilise un bloc massif en aluminium ou en acier pour fermer l'ex- trémité de la lingotière d'o le métal fondu est ex- trait lors de la fabrication du lingot. Ces blocs so- lides refroidissent rapidement le métal fondu contenu dans la lingotière, de sorte que, lorsqu'on coule des lingots en alliages à haute résistance, par exemple en alliages 7075 et 2024, les lingots se fissurent fré- quemment. Lorsqu'un lingot rectangulaire sort d'une lingotière, les chants ou faces étroites du lingot se refroidissent plus rapidement que ses faces larges, c'est-à-dire plus rapidement que les surfaces qui entrent en contact avec les rouleaux du laminoir, par exemple, ce qui "effondre" le lingot. Ceci signifie que les bords se solidifient en premier, de sorte que, au moment o le centre fondu de la base du lingot se solidifie, les chants sont déjà solides depuis un cer- tain temps. Il est bien connu que, lorsque le métal se solidifie, il se rétracte. Le centre du lingot se con- tracte donc contre les chants extérieurs solides de sorte qu'il se développe un état de forte contrainte dans la base solidifiée du lingot. Un lingot peut lit- téralement se détruire lorsque cette contrainte excède la résistance mécanique de la matière du lingot. Pour résoudre le problème de la fissuration, on peut placer sur le centre du bloc une matière iso- lante, de la fibre de verre ou du Refrail (marque dé- posée de Hitco Company, Irvine, Californie, E.U.A.), de manière que le métal fondu soit ainsi isolé de la masse centrale du bloc. De cette façon, le refroidis- sement du métal fondu dû & la masse du bloc est atté- nué. Toutefois, ces coussins isolants créent des conditions qui provoquent des fractures et des sépara- tions en crocodile à la base du lingot au cours de la réduction de l'épaisseur du lingot dans un laminoir à chaud. Il est fréquent que les bords de ces coussins ne restent pas plats lorsque le métal fondu est coulé sur eux. Au contraire, les bords des coussins tendent à se recourber et à se replier pour s'enfoncer dans l'extrémité ou le talon du lingot. Lorsque le lingot est laminé dans un laminoir réversible, pour réduire son épaisseur, les bords recourbés du coussin qui sont enfoncés dans l'extrémité du lingot se comportent comme des points de concentration de contraintes qui, à leur tour, forment des trajets pour la propagation des fissures crocodile. Ces séparations en crocodile du lingot entraînent une détérioration du laminoir et produisent une importante quantité de rebuts, car les extrémités en mâchoires doivent être éliminées avant que l'on puisse procéder à la suite du laminage du lingot. Il se produit des détériorations du laminoir lorsque des blocs ou des morceaux des extrémités en crocodile se brisent et se coincent dans des parties du laminoir. Ce problème et cette zone critiques com- portent "le débourreur", c'est-à-dire un.dispositif qui pousse l'extrémité avant d'un lingot ou d'une brame en cours de laminage pour l'éjecter des cylin- dres de travail, de manière que la brame ne s'enroule pas autour des cylindres. Les éjecteurs sont des élé- ments d'équipement coûteux et une extrémité en croco- dile peut arracher un éjecteur en peu de temps. Un procédé permettant de réduire les fissu- res marginales d'un lingot coulé est décrit dans le brevet des U-S-A 3 948 310. Ce brevet décrit un bloc d'amorçage muni de saillies d'angles qui limitent la vitesse de solidification aux angles du lingot en s'opposant à ce que des quantités excessives de fluide de refroidissement n'atteignent les angles pendant le processus initial de solidification. Les saillies d'angles stabilisent en outre la position du lingot au moment o il sort de la lingotière. Toutefois, ces saillies d'angles sont désavantageuses pour la coulée des lingots en alliages durs. Les saillies d'angles tendent à confiner la matière du lingot pendant le processus de refroidissement à tel point que les ten- sions internes du lingot sont accentuées au lieu d'é- tre atténuées. L'invention a pour objet un bloc isolant pour l'amorçage de l'opération de coulée d'un métal fondu contenu dans une lingotière, ce bloc comportant une cavité centrale contenant de l'air, des parois pé- riphériques situées autour de cette cavité, et une paroi mince qui est d'une seule pièce avec les parois périphériques et réunie à ces dernières, ces parois périphériques et minces comportant une surface concave placée de manière à entrer en contact avec le métal fondu et s'étendant dans la direction longitudinale du bloc. La nature isolante de ce bloc a pour effet de limiter la quantité de chaleur qui est extraite de l'extrémité du lingot au moment o il quitte la lingo- Z 84958 tière. De cette façon, on supprime les coussins iso- lants et les problèmes de fracture en crocodile qui leur sont liés pendant le laminage à chaud. En d'au- tres termes, la masse centrale du lingot est isolée du bloc, de sorte que le centre du lingot reste chaud jusqu'au moment o il est refroidi par l'eau qui s'é- coule le long des côtés du-lingot pendant l'opération de coulée. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale et partiellement en perspective du bloc d'amorçage se- lon l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale et en perspective partielle du bloc de la Fig. I; la Fig. 3 est une vue schématique d'une lin- gotière pendant l'opération de coulée d'un lingot rec- tangulaire sur un bloc d'amorçage de la technique an- térieure, la figure montrant le lingot par sa grande dimension ou largeur de laminage, et la Fig. 4 représente le dispositif et le lingot de la Fig. 3, vus du chant ou de la petite face du lingot. On se reportera maintenant aux Figures du dessin sur lesquelles un bloc d'amorçage 10 à double courbure, qui peut être en acier, est représenté en coupe et en perspective partielle. Le bloc comporte une cavité 12 située au centre de sa structure. Comme représentée, la cavité 12 s'ouvre vers le bas et à l'opposé de la face supérieure 14 du bloc. La cavité peut être recouverte d'une plaque métallique {non re- présentée) qui peut être fixée aux portions de parois a-958 du bloc qua entourent la cavitée par des moyens de fi- xation appropriés. Ainsi que le montre la Fig. 1, la face supé- rieuúe 14 du bloc est doucement concave dans la direc- tion longitudinale tandis que, dans une section trans- versale du bloc, conea représenté sur la Fig. 2, elle a une concavité plus accentuée. Une telle double cour- bure est connue et est particulièrement appropriée a la coulée verticale de lingots d'alliages d'aluminium durs. Ceci est visible sur les Fig. 3 et 4 des des- sinS, qui montrent un lingot 16 en cours de coulée. Un agent de refroidissement 15, projeté à grande vitesse contre les côtés du lingot en cours de coulée, extrait rapidement de grandes quantités de chaleur du lingot. Plus particulièrement les Fig. 3 et 4 repré- sentent un linrgot 16 au cours de sa formation à partir de métal fondu 18, l dans la partie inférieure d'une lingotière 20. Un bloc d'amorçage 22 en méteal massif de la technique antérieure est représenté recevant l'ex- tréaité inférieure du lingot. La grande quantité de chaleur qui est ex- traite par l'agent de refroidissement provoque une so- lidification rapide de la partie extérieure du métal fondu qui sort de la lingotière 20 pour former une co- quille ou paroi extérieure en métal 24 réellement épaisse Lorsque le métal fondu atteint le bloc d'a- morçage, ce bloc extrait une quantité considérable de chale4r du métal fondu, et forme une paroi 26 en métal massif & la base du lingot. Lorsque la peau extérieure 24 se forme, elle se rétracte, ansi qu'on l'a mentionné plus haut, et se recourbe en s'éloignant du bloc 22. Ceci est repré- senté sur la Fig. 3 et 4 des dessins. La courbure est nettement supérieure sur la largeur de laminage du >4AV *16az *z, r int.%Olq ut. - d* t >clq np inabirl Pt ap elozic r, ab apuw2b snId dnoDnv.* %cii 6I btl r.nb aZuaubSdal effoD ezT^P_ rl er snatb l; -; altv2uo.: ny >Ot;t0 np telvie in4nLuc*- t: er 4zou Pl y aineti*dns nad ur _- içe uotzua^ui u,,e as Jet np eziAtr vi er inànúur: VI zobuil nt, e4lnoi ep uoTzv:edo;l suir 'e44uzuile 4u4seiezue uou çr -Ys sgeznpaszl vttpso zuos tuoituaz tel 'uo. { -Ir; -1zze oC èoú_. n;e spq vl; e epinhT, lU414); le -ueegi zi nos;u4seAyzel.l ttae uazzXUa un asic.1 U:t S-;.zv:Zuoz aSs cr n;wd au:4obuT t np t2 apTjo t ani.lI -e;xe eTzird V' ent @;:cç Q- zobuil nr agn Pl w? app -os çFd no nad icard eun nb au20; es au litnb ziv; ;èj ivd ztnpeiz eg iJDe;içzru abv.'lcwv.wp D tq ur p e- az f zua"QAT; rvsPdu-c eztnpai;Uemalqvaapieucz z&4 4c: -UTI np as"q VI ar ine-Ityz VI ep uosZZV-lxa.p esSe;a Pl arib azlor er 'Z 1 ze bil úep O& ZUVIo DC"q e: za"ao; inod 'ebvC;0"v t C;- np eleizuQz aezrx F:, p uoTzruT"Tt ezi;odcc_ u *-u;u-zu ezuioz4j V-. un airnzZ*p zuevasari:;;' zned azureizuoi;; nç vnId eúsodxa P.1 uo.nb tçUTy CZ eauaze;,?s vl zvd caenb 0 -rpus lUOS UOT;TgurZZ ap eAtTZP"Txoiddv ruc,-.tso>d QI f 'bT Pl nsn 9L azneize;ui ioivd F.;;e tZ eyvie71V, TosPd FI azzui- zznpt5rFSuTod xnv r,.o;r UQ 'Zo5UTI np aZneTtasUl ird Pl cuvir uosuI*;o azic; ep zrea un zueddc,eAer 1zo5us,' np abeUTuvl ar inet -GVI Pl xn l9 einoiie'UT TOZI ' Pe V,i Inddrz sx dt. amgTpdo 'rViXazV IozPd P' ap e'nqinoz V, Ze ZTV!ZeZ n o np VIol zns eeezuegeide ';o6uTI np gezaitns had uv; zet) 6uo, as enh abrd Pl io{I 2npt aPzdez '9 zobui " 8 -9 5 8 tandis que la longueur de sa cavité était d'environ 0,70 m. L'épaisseur du bloc à ses extrémités était d'environ 0,20 m; au centre, le bloc avait une épais- *seur de 132,56 mm. La profondeur de la cavité était dR 94,49 mm, ce qui laissait une paroi supérieure mince' d'environ 38 mm d'épaisseur. Cette paroi mince 30 et la surface 14 forment le fond de la lingotière dans l'appareil de coulée utilisé pour la coulée continue d'un lingot, par le procédé de refroidissement direct. It La surface 14 du bloc est entièrement recouverte de métal fondu lors de l'amorçage de la coulée du lingot. La largeur du bloc qui a été testé avec de bons résultats était d'environ 420 mm, la cavité 12 ayant une largeur d'environ 280 mm. La structure du bloc d'amorçage selon l'in- vention est telle qu'il existe de grandes parties de parois périphériques 32 qui peuvent extraire de la chaleur du métal fondu pendant qu'on l'extrait de la lingotière au cours de la coulée du lingot. Toutefois, la cavité 12, et l'air ambiant contenu dans cette ca- vité, jouent le rôle d'un isolant qui réduit la vites- se de l'extractioh de la chaleur de la base du lingot sortant de la lingotière et évitant ainsi la fissura- tion de la base. Etant donné qu'il n'est plus néces- saire de placer des matières isolantes distinctes, telles que de la fibre de verre, sur la surface du bloc qui est en contact avec le métal fondu et avec la base du lingot, la source de concentration de contraintes est éliminée et la production de crocodile résultant de cette cause l'est également. REVENDICATIONS 1. Bloc isolant pour l'amorçage de l'opéra- tion de la coulée d'un métal liquide contenu dans une lingotière de coulée, caractérisé en ce qu'il compor- te: une cavité centrale (12) contenant de l'air, des parois périphériques (32) situées autour de cette ca- vité, et une paroi mince (30) d'une seule pièce avec les parois périphériques et réunies à ces dernières, ces parois périphériques et la partie de paroi mince comportant une surface concave placée de manière à en- trer en contact avec le métal fondu (18) et s'étendant sur toute la longueur du bloc. 2. Bloc selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la surface concave est doucement concave dans la direction longitudinale du bloc. 3. Bloc selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière des parois péri- phériques et de la paroi mince est de l'acier. 4. Procédé de coulée d'un métal fondu dans une lingotière de coulée, caractérisé en ce que, pour l'amorçage du procédé, on utilise un bloc de coulée selon l'une des revendications précédentes.