Brevet FR2576812A1 — publié le 19860808

PROCEDE DE COULPE CONTINUE HORIZONTALE DES MENTAUX, NOTAMMENT DE L'ACIER ET DISPOSITIF DE MISE XN OEUVRE La présente invention se rapporte à la coulée continue horizontale des métaux ou alliages, en particulier des métaux ferreux tels que l'acier. En règle générale, les installations de coulée continue horizontale des métaux comprennent essentiellement un récipient métallurgique de coulée présentant, dans la partie inférieure de sa paroi latérale, une ouverture communiquant avec une lingotière sans fond, refroidie et disposée à l'horizontale, par " intermédiaire d'un joint en matériau réfractaire choisi le plus souvent en nitrure de silicium. En outre, le joint de raccordement est généralement de section droite interne inférieure à celle de la lingotière. En d'autres termes, l'extrémité libre du joint s'engage à la manière d'un insert dans l'entrée de la lingotière, et par conséquent, crée un décrochement dans le passage interne axial servant au transfert du métal liquide, juste à l'endroit du raccord joint-lingotière qui se traduit par un élargissement brutal de ce passage lorsqu'on le parcourt dans le sens de la coulée Etant donné l'importance des flux d'échanges thermiques à cet endroit, dus principalement au refroidissement généré dans la lingotière, la solidification du métal est favorisée sur le pied du décrochement. Effectivement, on constate la formation d'une collerette de métal solide sur le décrochement, et plus particulièrement sur son pied.La formation de la collerette est nettement favorisée au cours des cycles répétitifs d'extraction du produit coulé pendant les étapes qui correspondent à la pose ou à la poussée de la barre extraite dans le sens inverse de la coulée. Par contre, dans l'étape du cycle d'extraction qui consiste à extraire la barre métallique d'une certaine longueur hors de la lingotière, la collerette est décollée du pied du décrochement et elle est aussitôt recouverte de métal liquide. Une nouvelle collerette peut alors se former. Par suite, la barre métallique présente une importante hétérogénéité de surface ainsi que sous-cutanée, qui peuvent être à l'origine de l'apparition de criques transversales, qui se situent évidemment à l'endroit des collerettes. La présente invention a pour but d'améliorer l'état de surface et sous-cutané des produits de coulée continue horizontale obtenus sur des installations à joint de raccordement emboité dans l'entrée de la lingotière. Plus précisément, l'invention vise à s'opposer efficacement à la solidification du métal sur le joint. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée continue horizontale dés métaux, notamment de l'acier selon lequel on utilise, entre la lingotière et l'orifice de sortie du métal en fusion ménagé à la base de-la paroi latérale du récipient métallurgique de coulée, un joint de raccordement présentant une extrémité libre qui s'engage dans l'entrée de la lingotière à la manière d'un insert, créant de ce fait un décrochement dans le passage axial interne servant au transfert du métal en fusion à l'endroit du raccord joint-lingotière, décrochement qui se traduit par un élargissement brutal dudit passage lorsqu'on le parcourt dans le sens de la coulée, procédé caractérisé en ce que l'on surchauffe par l'intermédiaire dudit joint, le métal liquide qui se trouve dans la lingotière à proximité du décrochement. L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant principalement un joint destiné, dans une installation de coulée continue horizontale, à assurer le raccordement entre l'orifice de sortie du métal, à la base de la paroi latérale du récipient métallurgique de coulée, et la lingotière de coulée, ledit joint étant constitué par une pièce de forme en matériau réfractaire, évidée axialement de manière à ménager un passage interne pour le transfert du métal coulé entre le récipient et la lingotière, ladite pièce présentant une extrémité libre susceptible de s'engager dans l'entrée de la lingotière, dispositif caractérisé en ce que des moyens de chauffage sont noyés dans le joint de raccordement. De préférence, les moyens de chauffage sont noyés dans l'extrémité libre du joint susceptible d'être engagée dans l'en- trée de la lingotière. Comme on le comprend facilement, l'invention consiste à chauffer localement le metal liquide autour du joint, de manière à le maintenir à l'état liquide dans cette région. La formation des collerettes solides est donc évitée et le métal coulé se solidifie uniformément et progressivement dans la lingotière en aval du joint. Par ailleurs, l'invention permet d'envisager des joints en matériau réfractaire meilleur marché et exigeant un usinage moins sévère que les joints à emboltement habituellement utili sés. En effet, le joint nda plus à permettre un décollement aisé du métal solidifié -lors de l'étape d'extraction de la barre coulée hors de la lingotière. En ce qui concerne les moyens de chauffage, diverses solutions sont envisageables. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, les moyens de chauffage, noyés dans le matériau réfractaire constitutif du joint, ont une action chauffante directe sur le métal liquide qui baigne le joint, et plus particulièrement sur le décrochement creé par l'insertion du joint dans la lin gotière Conformément à un autre mode de réallsationp les moyens de chauffage qui sont incorporés dans le joint, ont une action chauffante directe sur le joint, qui est alors choisi en un matériau réfractaire présentant des propriétés thermoconductrices. Dans ce cas, le joint joue le râle d'intermédiaire entre les moyens de chauffage et le métal liquide contenu dans la lingotière en transmettant à ce métal les calories. L'invention sera bien comprise et d'autres caracteristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence à la planche unique sur laquelle - la figure 1 représente schématiquement -une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention, monté sur une installation de coulée continue horizontale de l'acier - la figure 2 est une variante de réalisation de l'invention représentant également une coupe longitudinale d'un dispo sitif selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en 1, un récipient métallurgique de coulée contenant le métal en fusion et comportant un orifice latéral 2 disposé en paroi à proximité du fond du récipient 1, cet orifice étant ménagé dans une busette 3 en matériau réfractaire.- Ce récipient est principalement compcsé d'une cuirasse métallique 5 revêtue intérieurement de briques refractaires 6. On a schématisé partiellement en 4, une lingotière horizontale sans fond et dont I'entrée est disposée en regard de l'orifice 2.La lingotière 4, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, est entourée à distance d'une chemise 7 de maniere à définir entre eux un espace annulaire 8 pour une circulation vigoureuse de fluide de refroidissement qui est le plus souvent de l'eau. Le passage du métal liquide s'effectue entre le récipient 1 et la lingotière 4 par l'intermédiaire d'un joint de raccordement étanche 9 prolongeant la busette 3. Comme on peut le voir sur la figure 1, celui-ci présente une partie terminale libre 12 engagée dans l'entrée de la lingotière 4. Il en résulte un décrochement 10 dans le passage interne 11 servant au transfert du métal liquide et qui se traduit par un élargissement brutal de ce passage quand on le parcourt dans le sens de coulée indiqué par la flèche. Par ailleurs, afin de faciliter l'assemblage du joint dans la lingotière, l'entrée de la lingotière ainsi que la partie t2 du joint qui est en contact avec celle-ci, sont chanfreinées en 13. Conformément à l'invention, le joint 9 est équipé d'un moyen de chauffage qui dans l'exemple décrit sur les figures 1 et 2, a une action chauffante directeur le métal liquide. Plus précisément, il s'agit d'un moyen de chauffage par induction comprenant essentiellement une bobine à induction 14, monospire dans l'exemple représenté. De préférence, la spire inductive 14 est noyée dans la partie libre 12 du joint, de manière à être proche du décrochement 10 et son axe est confondu avec l'axe de coulée A. La spire 14 est bien entendu reliée à une alimentation électrique, haute ou moyenne fréquence, (non repré sentée sur les figures). En outre, la spire, le plus souvent en cuivre, est creuse afin d'y permettre la circulation d'un fluide réfrigérant. L'alimentation extérieure en fluide réfrigérant de la spire 14 n'est pas non plus représentée sur la figure 1, pour éviter de la surcharger inutilement. Suite à la description de l'exemple de la figure 1, on en déduit aisément le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Dans une opération de coulée de métal, le courant électrique dans la spire crée un champ magnétique périodique dont les lignes de force de plus grande intensité (référencées en 15) se développent dans la zone du décrochement 10. L'effet joule des courants induits qui en résulte maintient le métal à l'état liquide dans la région du décrochement 10 et ceci malgré l'extraction calorifique du système de refroidissement de la lingotière. En effet, les effets du champ magnétique sur le métal liquide s'amenuisent rapidement dès que l'on s'éloigne du joint. La solidification du métal dans la lingotière n'est donc pas gênée. En tenant compte de l'extraction calorifique due à la chemise d'eau de la lingotière, il a été déterminé qu'il fallait apporter environ 500 Wjcm2 de surface de lingotière pour stopper la solidification du métal sur le joint. Dans le cas d'un chauffage par induction tel que décrit ci-dessus, il faut alimenter de préférence la -spire en courant électrique alternatif de moyenne fréquence, à savoir quelques dizaines de kilohertz, si on veut chauffer le métal et non la lingotière en cuivre. Conformément à une variante de réalisation exemplifiée sur la figure 2, on surchauffe également une zone délimitée de métal liquide qui assurera ensuite le transfert de chaleur vers le métal liquide qui baigne le décrochement 10. Pour ces raisons, la surface latérale externe de la partie libre 12 du joint 9 comporte une gorge annulaire 16. La bordure d'extrémité 17 de la partie 12 délimite la gorge 16. De préférence, la bordure 17 est prévue pour ne pas être en contact avec la paroi en cuivre de la lingotière 4 quand le joint 9 y est inséré-. De cette façon, le métal liquide contenu dans la gorge 16 reste en contact direct avec le métal liquide circulant dans la lingotière. En outre, comme précédemment, le -joint 9 est équipé d'une spire inductive en cuivre, creuse, reliée à une alimentation électrique et à une alimentation en fluide réfrigérant, ces deux dernières n'ayant pas été représentées sur la figure 2. Les conditions de fonctionnement précisées dans l'exemple précédent sont également valables dans le cas présent. De plus, le dispositif-décrit sur la figure 2 présente l'avantage de surchauffer à la fois le métal contenu dans la poche 15 ainsi que celui qui est à proximité du décrochement 10. Cette variante de l'invention s'oppose également efficacement à la solidification du métal sur le joint et en particulier à la formation d'une collerette sur le pied du décrochement 10. En conséquence, dans une opération de coulée continue, le métal en fusion est à l'état liquide dans le passage interne 11 du joint 9. Ce n'est que dans la lingotière 4, en aval du joint, mais à proximité de celui-ci, que la solidification commence. Grâce au dispositif selon l'invention, le métal se solidifie de façon homogène. L'invention trouve son application pour la coulée continue horizontale de tous métaux et alliages. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. Ainsi, le moyen de chauffage par induction peut comprendre plusieurs spires, disposées de la même façon que décrit sur les figures 1 et 2. De même, d'autres moyens de chauffage sont parfaitement concevables dans le dispositif selon l'invention. En ce qui concerne les moyens de chauffage ayant une action directe sur le métal, on peut également mettre en oeuvre un chauffage électrique généré entre deux électrodes, noyées dans le réfractaire du joint, et qui sont d'une part reliées à une alimentation électrique et d'autre part en contact avec le métal liquide qui est à proximité du décrochement, ou celui qui est contenu dans la gorge 16. Une variante de ce dispositif consiste à utiliser cosme électrode la paroi en cuivre de la lingotiere, l'autre électrode étant noyée dans le réfractaire du joint. Comme on le comprend, l'apport calorifique est dû aux pertes thermiques par effet joule du courant électrique qui traverse le bain métallique entre les deux électrodes.De préférence, les extrémités des électrodes en contact avec le métal seront à une faible distance l'une de l'autre. De plus, GF utilisera dans ce cas des intensités assez élevées, de l'ordre de 1000 A pour une section d'ëlectrode d'environ 1 à 2 cm2. En ce qui concerne les moyens de chauffage ayant une action directe sur le matériau réfractaire constitutif du joint 9, on peut envisager une résistance électrique noyée dans ce réfractaire et reliée extérieurement à une alimentation électrique De préférence, la résistance sera située dans la partie 12 du joint, c'est-a-dire à proximité du décrochement 1D. De plus, la partie du joint enrobant la résistance et en contact avec le métal liquide, sera choisie en un matériau réfractaire ayant des propriétés thermoconductrices, par exemple en magnésie. Bien entendu, les différentes variantes de moyens de chauffage décrits ci-dessus sont utilisables à la fois pour le dispositif décrit sur la figure 7 et celui décrit sur la figure 2. RFVXGDICATIONS 1) Procédé de coulée continue horizontale des métaux notamment de l'acier, selon lequel on utilise, entre la lingotière (4) et l'orifice de sortie (2) du métal en fusion ménagé à la base de la paroi latérale du récipient métallurgique de coulée (1), un joint de raccordement (9) présentant une extrémité libre qui s'engage dans l'entrée de la lingotière (4) à la manière d'un insert, créant de ce fait un décrochement (10) dans le passage axial interne (11) servant au transfert du métal en fusion à l'endroit du raccord joint-lingotière, décrochement qui se traduit par un élargissement brutal dudit passage lorsqu'on le parcourt dans le sens de la coulée, procédé caractérisé en ce que l'on surchauffe le metal liquide, qui est localisé dans l'entrée de la lingotière, et qui est à proximité du décrochement (10). 2) Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comprenant principalement un joint (9) destiné notamment dans une installation de coulée continue horizontale, à assurer le raccordement étanche entre l'orifice de sortie (2) du récipient de coulée (1) et l'entrée de la lingotière de coulée (4), joint constitué par une pièce en matériau réfractaire évidée axialement de manière à ménager un passage interne (11) pour le transfert du métal coulé entre le récipient (1) et la lingotière (4) et présentant une extrémité libre (12) susceptible de s'engager dans l'entrée de la lingotière (4), et caractérisé en ce que le joint est équipé de moyens de chauffage, incorporés dans le matériau réfractaire constitutif du joint (9), et connectés à une alimentation électrique extérieure. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de- chauffage ont une action directe sur le métal liquide situé à proximité du joint (9). 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de chauffage agissant directement sur le métal liquide sont constitués par une bobine à induction (14) entourant le passage interne (11) du joint. 5) Dispositif selon -la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen de chauffage agissant directement sur le métal est un moyen de chauffage électrique comprenant deux électrodes, leurs extrémités étant d'une part en contact avec le métal liquide contenu dans la lingotière (4), et d'autre part connectées à une alimentation électrique extérieure. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux électrodes sont noyées dans le réfractaire constituant le joint. 7) Dispositif selon la revendicatien 5 caractérisé en ce que une électrode est noyée dans le réfractaire constituant le joint et que l'autre électrode est constituée par la paroi de cuivre de la lingotière. 8) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de chauffage ont une action chauffante indirecte sur le métal liquide baignant le joint 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués essentiellement par une résistance électrique, noyée dans le réfractaire du joint et connectée à une alimentation électrique extérieure, et en ce que le matériau réfractaire, enrobant la résistance électrique, présente des propriétés thermoconductrices. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10 caractérisé en ce que la partie (12) du joint (9), qui est introduite dans l'entrée de la lingotière (4) comporte sur sa surface latérale externe une gorge annulaire (16) délimitée par une bordure d'extrémité (17) de manière que lorsque le joint (9) est inséré dans l'entrée de la lingotière (4), la gorge annulaire (16) soit remplie de métal que l'on maintient à l'état liquide à l'aide du moyen de chauffage dont est équipée la partie (12) du joint (9).