Brevet FR2609656A1 — publié le 19880722

PROCEDE DE RECIAGE DU NIVEAU DE LA LIGNE DE CONTACT DE LA SURFACE LIBRE DU hETAL AVEC LA LINCGOTIERE DANS UNE COULEE VERTICALE DE PRODUITS DE SECTION QUELCONQUE L'invention est relative à un procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale de produits de section quelconque. Lors de la fabrication de semi-produits métallurgiques par coulée de métaux ferreux ou légers comme l'aluminium et ses alliages, l'homme de l'art cherche à obtenir des lingots, des billettes, des- plaques, etc... ayant la meilleure homogénéité physique et chimique possible, ceci afin d'éviter l'apparition de certains défauts lors de la transforma- tion ultérieure de ces produits en feuilles, fils, etc... Or, la plupart des procédés de coulée utilisés actuellement dans l'indus- trie donnent lieu, lors du passage du métal de l'état liquide à l'état solide, à la formation de défauts d'homogénéité plus ou moins importants, dus essentiellement à des conditions de refroidissement différentes d'un point à l'autre des produits coulés. C'est ainsi que dans la coulée en lingotière à passage vertical o le métal est successivement refroidi indirectement par l'intermédiaire de la lingotière, puis directement par une lame d'eau, on constate la présence sur les semi-produits d'une couche externe dite "couche corticale primaire". Cette couche dont la structure et la composition diffèrent de celles de la partie interne du semi-produit, résulte du refroidissement indirect du métal au contact de la lingotière. Pour supprimer cette couche, on a donc cherché soit à éviter tout contact du métal avec la lingotière comme dans la coulée électromagnétique objet du brevet français 1 509 962, soit à limiter la hauteur de contact avec la lingotière. Dans le cadre de cette limitation, le brevet français n 2 570 304 dont la demanderesse est titulaire, enseigne un procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière caractérisé par l'application au liquide en cours de solidification d'un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière dont on adapte l'intensité en fonction du niveau souhaité. Ce procédé permet d'obtenir une couche corticale d'épaisseur pratiquement nulle, une peau lisse et un grain fin sans ajout préalable d'un agent affinant tel que l'AT5B par exemple, et convient très bien notamment aux produits à base d'aluminium de section circulaire tels que les billettes. Mais dans son application aux produits de section autre que circulaire et plus particulièrement aux plaques rectangulaires de grandes dimensions, on constate que le champ magnétique n'a pas le même effet sur toute la périphérie du produit et ce en se plaçant dans les mêmes conditions de coulée que les billettes, c'est-à-dire en donnant au circuit électrique créateur du champ un contour équidistant de celui de la lingotière, une forme identique et une même hauteur. Ainsi, cet effet est exacerbé sur, les petits côtés du produit c'està-dire que ceux-ci ont tendance à se décoller de la paroi de la lingotière avant les grands côtés d'o un niveau de la ligne de contact plus bas en regard des petits côtés. Or, comme on l'a exposé dans le brevet français 2 570 304, l'épaisseur de la couche corticale des produits coulés est fonction de la position de ce niveau. Il en résulte donc que l'application de ce procédé à des produits de section quelconque conduit à une couche corticale d'épaisseur variable et par suite à un produit hétérogène. C'est pour remédier à cette dissymétrie non seulement de l'épaisseur de la couche corticale mais aussi de la finesse du grain et de la régularité de la peau que la demanderesse a conçu un procédé qui, dans le cadre de son brevet cité plus haut, est caractérisé en ce que l'on module le champ appliqué sur au moins une fraction de la périphérie du métal. Ainsi, à la différence du brevet précédent o à un instant donné le champ appliqué était le même sur toute la périphérie du métal et pouvait varier dans le temps dans son ensemble pour régler le niveau à la hauteur voulue, dans la présente invention, la valeur du champ appliqué au métal n'est pas, à un instant donné, la même sur toute la périphérie du métal mais présente des différences sur une ou plusieurs fractions de ladite périphérie. Cette modulation peut être obtenue, en particulier, de trois manières: - par modification de la distance entre le circuit électrique et la lingotière sachant que cette distance doit être augmentée face à la fraction de périphérie dont on veut élever le niveau ou diminuée si l'on veut au contraire abaisser le niveau. Dans le cas d'une lingotière de section rectangulaire, de préférence, on augmente la distance qui sépare le circuit des petits côtés de la lingotière et cette augmentation peut être de 1 à 2 fois la distance qui sépare le circuit des grands côtés, cette dernière distance étant celle qu'on s'est fixée comme base de fonctionnement durant la coulée. - par changement de la position en hauteur du circuit par rapport à la lingotière, c'est-à-dire qu'une hauteur optimale ayant été déterminée, hauteur qui donne la ligne de contact avec la lingotière la plus basse, toutes choses égales par ailleurs, on déplace vers le haut ou vers le bas, la partie du circuit faisant face à la fraction de périphérie qu'on veut élever. Ce déplacement est de préférence d'une hauteur au plus égale à la moitié de la hauteur propre du circuit. Dans le cas d'une lingotière de section rectangulaire, ce déplacement peut être limité à la partie du circuit faisant face aux petits côtés. - par variation de la forme du profil du circuit et de préférence en se limitant au côté du profil placé en regard de la lingotière. Ce côté au lieu d'être rectiligne peut présenter une ou plusieurs courbes alternant ou non avec des parties droites ou uniquement des parties droites dont une partie est verticale et une autre inclinée. Cette inclinaison est de préférence inférieure ou égale à 45 degrés par rapport à la verticale et réalisée de manière à éloigner le côté de la lingotière. Dans le cas d'une lingotière rectangulaire, on adopte, de préférence, sistant à avoir un circuit dont le cté du profil faisant la solution consistant à avoir un circuit dont le côté du profil faisant face à la lingotière est rectiligne et vertical en regard des grands c8tés; en regard des petits côtés de la lingotière, le c8té du profil est aussi rectiligne mais présente une partie verticale vers le haut et une partie inclinée vers le bas. Mais on peut également utiliser un circuit dans lequel le c8té du profil est vertical en regard des petits c8tés de la lingotière alors qu'en regard des grands côtés, il présente une partie inclinée vers le haut et une partie verticale vers le bas. Ces trois manières peuvent être utilisées séparément mais -également en combinaison entre elles, ou avec d'autres moyens tel que celui consistant à augmenter la hauteur de la lingotière sur les petits côtés. Il est évident que les bobines constituées par un fil de cuivre émaillé telles que celles décrites dans le brevet français n 2 570 304 se prêtent difficilement à la réalisation du procédé selon l'invention. C'est pourquoi l'invention comporte également un circuit électrique modulable permettant de réaliser les modifications de distance, les changements de position en hauteur et les variations de forme du profil. Ce circuit est caractérisé en ce qu'il est formé par un ensemble modulable d'éléments allongés, amovibles, adaptables au format du produit coulé, reliés électriquement entre eux, sauf en un endroit du circuit o se trouve disposée une discontinuité de part et d'autre de laquelle sont placées des plages de raccordement à une source de courant. Dans le cas o on veut seulement modifier la distance circuit-lingotière, ces éléments peuvent être rectilignes ou courbes, de section rectangulaire ou carrée, être placées dans un même plan horizontal et leurs liaisons entre eux sont telles qu'elless permettent en les plaçant dans des directions différentes de former un contour semblable à celui du produit coulé et par déplacement de leurs extrémités les unes par rapport aux autres d'obtenir la distance convenable. Dans le cas o on veut seulement changer la position en hauteur- du circuit, ces éléments peuvent avoir la configuration décrite ci-dessus avec la différence qu'ils sont placés dans au moins deux plans horizontaux. Dans le cas o on veut faire varier la forme du profil du circuit, celui- ci peut être formé d'éléments de profil convenable et associés comme précédemment. Suivant l'intensité du courant électrique qui circule dans ces éléments et de l'effet JOULE qui en résulte, on peut prévoir un système de refroidissement en donnant par exemple aux éléments une forme creuse de manière à pouvoir faire circuler en leur sein un liquide réfrigérant. Le raccordement des éléments entre eux peut être obtenu par tout moyen connu de l'homme de l'art qui permette de rendre le circuit modulable et extensible à volonté tout en maintenant une résistance électrique de contact entre éléments convenable. Ce peut être par exemple tout système de raccordement par vis et écrous placé aux extrémités des éléments qui sont munies d'ouvertures de forme allongée et à l'intérieur desquelles peuvent coulisser les corps de vis, ou encore tout système de pinces, de verins, d'assemblages par l'intermédiaire d'épaulements, ou de mortaise ouverte et de tenon. L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins ci-joints qui représentent: Figure 1, une vue en coupe horizontale d'un circuit contenant une lingotière de section rectangulaire et dans lequel on veut faire varier la distance circuit-lingotière. 30. Figure 2, une vue en perspective du détail de raccordement entre deux éléments suivant 1. Figure 3, une vue en perspective du détail du raccordement entre deux éléments dans le cas o on veut changer la position en hauteur de certains éléments du circuit. 35. Figure 4, une vue en perspective du détail du raccordement entre deux éléments dont on fait varier le profil d'un des éléments. Sur la figure 1, on distingue une lingotière (1) de section rectangulaire et un circuit (2) constitué par deux éléments allongés (3) qui reposent sur les extrémités des éléments (4) munis d'épaulements. Les éléments (4) peuvent être déplacés suivant les flèches (5M de manière à augmenter la distance circuit-lingotière sur les petits côtés de la lingotière au moyen de systèmes boulon-écrou (6) disposés dans des ouvertures (7) de forme allongée placées aux extrémités des éléments (3). Les extrémités en regard d'un élément (3) et d'un élément (4) sont isolées électriquement et munies de plages (8) de liaison à la source de-courant. Sur la figure 2, on voit une portion d'élément (4) munie d'un épaulement (9) sur lequel repose l'extrémité d'un élément (3), l'un et l'autre étant raccordées au moyen d'un système boulon-écrou (6). L'épaulement est réalisé de manière que les éléments (3) et (4) de même section soient situés dans un même plan horizontal. Sur la figure 3, on voit que l'épaulement (10) réalisé sur l'élément (4) est plus haut que sur la figure 2 de manière que l'élément (3) soit situé dans un plan différent de l'élément (4) auquel il est raccordé par le système boulon-écrou (6). Sur la figure 4, l'élément (4) présente sur le côté de son profil faisant face à la lingotière une partie verticale (11) vers le haut et une partie oblique (12) vers le bas. L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application suivant: Une lingotière rectangulaire de dimensions 1050 mm x 460 mm a été équipée d'un circuit selon l'invention comprenant 4 éléments en cuivre de section 2000 mm2 dont deux de longueur 1177 mm et les deux autres de longueur 634 mm. Les éléments courts étaient équipés à leurs extrémités d'épaulements et raccordés aux grandes barres comme il est indiqué sur- la figure 2 de manière à avoir une distance lingotière-élément long égale à 20 mm et une distance lingotière-élément court égale à 35 mm. Les extrémités des éléments placés à l'un des sommets du rectangle ainsi formé étaient équipées de plages d'alimentation électrique et isolées l'une de l'autre. On a coulé au moyen de cette lingotière une plaque en alliage d'aluminium du type 1050 suivant les normes de l'Aluminium Association alors que la tension aux bornes du circuit était de 5,28 Volts. Le produit obtenu était parfaitement homogène. L'invention trouve son application dans l'obtention de produits coulés ayant une couche corticale de faible épaisseur, un grain fin et une peau régulière. REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale continue de produits de section quelconque dans lequel on applique au métal liquide en cours de solidification, au moyen d'un circuit électrique entourant la lingotière, un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et on adapte l'intensité du champ en fonction du niveau souhaité, caractérisé en ce que l'on module le champ appliqué sur au moins une fraction de la périphérie du métal. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on modifie la distance circuit-lingotière sur au moins une fraction de la périphérie du métal. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on change la position en hauteur du circuit par rapport à la lingotière sur au moins une fraction de la périphérie du métal. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on fait varier la forme du profil du circuit sur au moins une fraction de la périphérie du métal. 5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on augmente la distance pour élever le niveau de la fraction considérée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans une lingotière de section rectangulaire, l'augmentation s'effectue en regard des petits côtés. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'augmentation est comprise entre 1 et 2 fois la distance existant entre le circuit et les grands côtés. 8. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le changement est d'une hauteur au plus égale à la moitié de la hauteur propre du circuit. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que dans une lingotière de section rectangulaire, on change la position du circuit en regard des petits c8tés. 10. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on fait varier la forme du profil sur le seul côté du profil en regard de la lingotière. 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on fait varier l'inclinaison dudit c8té sur au moins une partie de sa longueur. 12. Procédé suivant la revendication 11 caractérisé en ce que l'inclinaison est inférieure ou égale à 45 degrés par rapport à la verticale. 13. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'inclinaison est faite de manière à éloigner le côté de la lingotière. 14. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que dans une lingotière rectangulaire, on limite l'inclinaison à la fraction de longueur située vers le bas du c8té et en regard des petits côtés de la lingotière. 15. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que dans une lingotière rectangulaire, on limite l'inclinaison à la fraction de longueur située vers le haut du c8té et en regard des grands côtés de la lingotière. 16. Circuit électrique applicable au procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est formé par un ensemble modulable d'éléments allongés, amovibles, adaptables au format du produit, reliés électriquement entre eux sauf en un endroit du circuit o se trouve disposée une discontinuité électrique de part et d'autre de laquelle sont placées des plages de raccordement à une source de courant. 17. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments ont des longueurs et/ou des sections de profils différents. 18. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments sont refroidis. 19. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments sont situés dans des plans différents.