Brevet FR2585597A1 — publié le 19870206

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COULEE EN CHARGE DE METAUX L'invention est relative à un procédé et à un dispositif de coulée en charge de métaux et notamment de billettes en aluminium ou en un de ses alliages. L'homme de l'art connait bien le procédé de coulée continue -de métaux dans lequel un métal fondu est amené dans une lingotiere refroidie extérieurement et munie d'un fond mobile. Lors de son séjour dans la lingotière, le métal se solidifie au contact de sa paroi et peut être tiré vers le bas à l'aide du fond mobile tandis que l'on réapprovisionne la lingotière en métal fondu à sa partie supérieure de manière à maintenir un niveau à peu près constant. Pour parer à certaines difficultés, cette technique a connu de nombreux perfectionnements tels que ceux qui par exemple sont enseignés dans le brevet français 1.364.776 et qui conduisent a placer au-dessus de la lingotière une réserve de métal liquide, afin d'éviter que les crasses ou oxydes qui flottent à la surface libre du métal ne soient entraînées dans le produit obtenu où ils créeraient des défauts importants. Par la suite, cette réserve encore appelée rehausse ou "HOT-TOP" suivant la désignation anglo-saxonne a trouvé son intéret dans la recherche d'un bon état de surface notamment sur des billettes. Par ailleurs, les procédés mettant en oeuvre une rehausse se sont particulierement développés dans le cas de coulées à écoulements multiples où ils permettent avec un seul réglage de niveau de conduire la coulée dans plusieurs dizaines de lingotières à la fois. Généralement, cette rehausse est placée en surplomb sur la paroi intérieure de la lingotière et des moyens d'injection de gaz ou de lubrification en continu sont utilisés. Cela ressort de l'enseignement des brevets suivants : - le brevet américain n03.381.741 dans lequel le réservoir d'alimenta tion et la lingotière sont reliés par l'intermédiaire d'un insert relativement mince et conducteur de la chaleur et où des moyens d'introduction de lubrifiant a l'intérieur de la lingotière sont placés entre l'insert et la lingotière - le brevet américain 4.157.728 dans lequel on introduit un gaz direc tement en-dessous du surplomb et anplique une pression de gaz à la périphérie du métal placé directement en-dessous du surplomb et où on réalise une surface lubrifianteà l'intérieur de la lingotière par introduction d'un lubrifiant juste au-dessous des moyens dtin- troduction de gaz ; - le brevet français 2.534.832 qui consiste à amener un courant de gaz sous pression en un point situé en dehors de la cavité d'un moule, à décharger le gaz dans la cavité en un point situé sur sa périphé rie et à interposer des moyens tels qu'une bague graphite entre le point d'amenée et le point de décharge à l'extérieur de la cavité, pour convertir le courant de gaz en un anneau de fluide s'étendant autour de la masse métallique sur la périphérie de la cavité. De plus, de l'huile de lubrification est envoyée dans la poche de cou lée, de préférence en passant par la partie en surplomb qui est en haut de la poche. La demanderesse s'intéressant au problème de coulée des métaux par le procédé HOT TOP et notamment à la coulée de billettes en aluminium ou en alliage d'aluminium a ainsi constaté que, d'une part, la plupart de ces procédés nécessitent une lubrification en continu, d'autre part, les procédés mettant en oeuvre des gaz sous pression injectent toujours ce gaz au niveau de la lingotiere et recourent à des systemes de régulation sophistiqués afin de maintenir une pression qui ne soit pas trop élevée pour ne pas provoquer de mouvement à l'intérieur du métal liquide. Consciente des contraintes imposées par ces procédés, la demanderesse a eu pour but de mettre au point un procédé plus simple ne nécessitant pas de lubrification, mettant en oeuvre un systeme d'injection de gaz de réglage plus facile et au moyen duquel on obtient des produits Dos- sèdant un bon état de surface. Le procédé selon l'invention consiste donc à couler le métal dans une lingotiere à fond mobile, garnie intérieurement d'une bague en graphite, refroidie extérieurement dont on a lubrifié initialement la Daroi en contact awet le mental et dans lequel - on emmagasine le métal fondu dans une rehausse comportant une par tie supérieure et une partie inférieure placée de façon adjacente au-dessus de la lingotière, ladite rehausse étant en surplomb sur la paroi intérieure de la lingotière - on alimente la lingotière en métal fondu à partir de la rehausse - on maintient une masse de métal dans la lingotiere de maniere à provoquer, par un écoulement de fluide frigoporteur à l'extérieur de la lingotière et sur le métal, une solidification de la masse suffisante pour permettre l'extraction par le fond du metal sous une forme correspondante à celle de la lingotière. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on applique une pression de gaz inerte à la partie inférieure de la périphérie de la rehausse pendant toute la durée de la coulée. Ainsi, à la différence de l'art antérieur, on nta pas recours à la lubrification en continu et l'injection de gaz ne se fait ni au niveau de la lingotiere ni directement à l'intérieur de la lingotière, mais au niveau de la. rehausse et à l'extérieur de celle-ci. De façon surprenante, on a constaté qu'un tel procédé conduisait à des billettes ayant un très bon aspect de surface et qu'il suffisait de supprimer la pression de gaz pour que cet état de surface se dégrade notablement. On pense que le gaz inerte empêche la pénétration de l'air ambiant au niveau de la partie inférieure de la rehausse. A l'appui de cette hypothèse, on peut signaler le fait que l'absence de gaz inerte provoque l'apparition de microporosités et de piqûres a la surface du produit coulé, qui semblent dues à une oxydation du métal par l'humidité de l'air, reaction au cours de laquelle se forment au contact du métal des bulles d'hydrogène, source des microporosités et des piqûres. Cette invention a l'énorme avantage de ne nécessiter que des moyens très simples. En effet, dans le brevet US 4.157.728, on est obligé de maintenir une pression de gaz suffisante pour décoller le métal de la paroi sans pour autant causer de mouvements importants à l'intérieur du métal fondu, ce qui nécessite des dispositifs de réglage de pression relativement sophistiqués, notamment quand il s'agit d'une coulée multiple. A la différence, dans notre procédé, il suffit d'une pression minimale juste suffisante pour maintenir la surface périphérique de la rehausse à l'abri de l'atmosphère. La pression maximale acceptable est déterminée par la valeur audelà de laquelle le gaz passerait par les porosités de la rehausse d'une manière tellement importante que les remous à la surface libre du métal conduiraient à des produits défectueux. Grace à l'écran constitué par la rehausse entre le gaz et le métal, cette pression maximale est relativement élevée. On dispose donc entre la pression minimale et la pression maximale d'une plage de réglage très large et de ce fait le procédé ne nécessite aucun dispositif de régulation compliqué : la pression de gaz inerte est fixée une fois pour toutes par un simple robinet et un manomètre-détendeur en un seul point pour l'easemble de l'installation et ne demande aucune retouche en cours de coulée ou entre les coulées successives. Un tel procédé peut être mis en oeuvre dans un dispositif de construction facile tel que par exemple celui qui fait l'objet également de l'invention et qui comprend comme dans l'art antérieur - une lingotière à fond mobile équipée à l'extérieur de moyens d'ame née d'un fluide frigoporteur et à l'intérieur d'une bague en graphi te, - une rehausse placée de façon adjacente et en surplomb au-dessus de la lingotière et serrée contre la face supérieure de ladite lingo tière. Ce dispositif est caractérisé en ce que - la rehausse est composée de deux parties reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un joint - la partie inférieure de cette rehausse est entourée sur toute sa périphérie par un anneau qui l'isole de l'atmosphère et dont le diamètre intérieur est supérieur au Dlus grand diamètre extérieur de ladite partie de manière à former une chambre annulaire autour de ladite partie et sur au moins une fraction de sa hauteur; - ladite chambre est en relation avec une source de gaz sous pression par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures 1 et 2 qui représentent en coupe suivant un axe vertical une demi-section du dispositif de coulée. On voit sur la figure 1 une rehausse composée d'une partie supérieure (1) reliée à une partie inférieure (2) par l'intermédiaire d'un joint (3). La partie (2) est placée en surplomb (4) par rapport à la bague graphite (5) de la lingotière (6) refroidie extérieurement par le fluide frigoporteur issu de (7a). Cet ensemble est maintenu solidaire par l'intermédiaire d'une bague de serrage (8) et de l'écrou (9) qui fixe la lingotière sur une plaque de base (10).Le bas de la partie (2) est entouré sur toute sa périphérie par un anneau (13) de façon à former une chambre annulaire (11) qui est alimentée en gaz inerte par l'intermédiaire d'une conduite (12) La figure 2 se distingue de la figure 1 en ce que la lingotière est refroidie au moyen d'un systeme (7b) généralement appelé "water jacket". On constate ici que l'anneau est constitué par une portion de la lin gotière ce qui correspond à une réalisation particulière de l'invention car cet anneau peut être distinct de la lingotière. L'invention peut être illustrée au moyen de l'exemple d'application suivant on a coulé deux billettes en alliage d'aluminium du type 6063 suivant les normes de l'Aluminium Association dans une lingotière refroidie extérieurement avec de l'eau, de diamètre = 20 cm et de hauteur h = 3,6 cm, équipée d'une bague graphite de hauteur h = 2,6 cm, la partie inférieure de la rehausse étant en un matériau formé de silicate de calcium renforcé de fibres désigné dans le commerce sous le nom de monalite et la partie supérieure en un produit à base de silice et de liant hydraulique appelé béton glass-rock. Dans un premier essai, la conduite d'amenée de gaz était mise à l'air. l'air. Dans un deuxième essai, la conduite était reliée à une source d'azote sec de manière à maintenir une pression de 0,024 MPa, tandis que les autres paramètres de coulée étaient maintenus identiques à ceux du premier essai. On a constaté que la billette obtenue au cours du premier essai présentait de nombreuses piqûres à sa surface alors que celle du deuxième essai en était tout à fait exempte. En raison de leur simplicité, le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être appliqués notamment dans les installations à lingotièresmultiples de coulez de billettes avec une main dtoeuvre réduite et sans aucun risque de déréglage. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée continue de métaux dans une lingotière à fond mobile garnie intérieurement d'une bague en graphite que l'on refroidit extérieurement et dont on a lubrifié initialement la paroi en contact avec le métal comprenant les étapes suivantes - emmaganiser le métal fondu dans une rehausse comportant une partie supérieure (1) et une partie inférieure (2) placée de façon adja cente au-dessus de la lingotière (6), ladite rehausse présentant un surplomb (4) par rapport à la paroi intérieure de la lingotière, - alimenter la lingotière en métal fondu à partir de la rehausse, - maintenir une masse de métal dans la lingotiere de manière à pro voquer par un écoulement de fluide r-frigoporteur à l'extérieur de la-lingotière et sur le métal une solidification de la masse suffi sante pour permettre l'extraction par le fond de métal sous une for me correspondant à celle de la lingotière, caractérisé en ce que l'on applique une pression de gaz inerte à la périphérie de la partie inférieure de la rehausse, pendant toute la durée de la coulée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est suffisante pour maintenir la périphérie à l'abri de l'atmosphère sans-dépasser la valeur au-del de laquelle le gaz provoquerait à la surface de la masse de métal des remous préjudiciables à l'état de surface. 3. Dispositif de coulée de métal du type comprenant - une lingotière (6) à fond mobile équipée à l'extérieur de moyens (7) d'amenée d'un fluide frigoporteur,à l'intérieur d'une bague en graphite (5), - une rehausse placée de façon adjacente et en surplomb au-dessus de la lingotière et serrée contre la face supérieure de ladite lingo tiere, caractérisé en ce que - la rehausse est composée de deux parties (1 et 2) reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un joint, - la partie inférieure (2) est entourée sur toute sa périphérie par un anneau (13) qui l'isole de l'atmosphère, dont le diamètre inté rieur est supérieur au plus grand diametre extérieur de ladite partie, de manière à former une chambre annulaire (11) autour de cette partie et sur au moins une fraction de sa hauteur, - ladite chambre, est en relation avec une source de gaz sous pres sion par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée (12).