Brevet FR2611525A1 — publié le 19880909

L'invention concerne la sidérurgie et plus particulièrement les cristallisoirs. L'invention peut être utilisée pour une refusion du métal sous laitier électro- conducteur, à l'arc sous vide et à faisceau d'électrons et est appliquée aux différentes branches de la sidérurgie, dans la construction mécanique, l'aviation, la construction des navires, pour obtenir des lingots de haute qualité à structure donnéedu métal. Il existe un cristallisoir (voir Medovar B.N. et autres, "Fours de fusion sous laitier électroconducteur", Kiev, éd. "Naukova dumka", 1976, page 91) pour la refusion, qui comporte une douille en cuivre ou en ses alliages et une chemise en acier disposée coaxialement à la douille et formant avec celle-ci une cavité fermée de refroidissement. Une telle construction du cristallisoir possède une faible rigidité à l'exploitation car le cuivre de la douille est insuffisamment rigide, ce qui met rapidement le cristallisoir hors de service parce que, durant l'utili- sation, la douille en cuivre est sujette à de fortes contraintes thermiqJes sur la paroi. Dans l'épaisseur de la paroi en cuivre, on observe de forts gradients de tempéra- ture de 5 à 10 C/mm. Ceci entraîne l'apparition de fortes contraintes thermiques dans la paroi et, par conséquent, sa déformation. C'est pourquoi, la construction du cristal- lisoir pour la refusion est soumise à de très hautes exigences. Il existe également un cristallisoir (voir brevet US N 3 899 017, publié le 12 Août 1975) qui comporte une douille en cuivre avec nervures de rigidité et une chemise en acier disposée coaxialement à la douille et formant avec elle une cavité de refroidissement divisée en canaux par les nervures de rigidité. Chaque nervure est fixée suivant sa longueur, par exemple par soudage, à la paroi extérieure de la douille du cristallisoir. Le cristallisoir connu est caractérisé par la rigidité insuffisante de la douille en cuivre. Les contraintes thermiques apparaissant dans ses parois entraînent la déformation de la douille en cuivre et sa mise hors service avant terme parce que les soudures des nervures à la paroi de la douille n'ont pas une résistance suffisante pour prévenir la séparation des nervures et de la paroi de la douille. C'est pourquoi, durant le chauffage de la douille au moment de la refusion, elle est sujette à dilatation thermique, se déforme et, par conséquent, l'accouplement entre les nervures de rigidité et la paroi de la douille se détruit. Si les déformations sont notables, il est impossible de faire sortir le lingot du cristallisoir qui donc doit être réparé. Le but de l'invention est de créer un cristalli- soir qui ait une fiabilité élevée et une bonne rigidité par suite du perfectionnement de l'accouplement de la douille en cuivre avec les nervures de rigidité. Le but est obtenu du fait que, dans le cristalli- soir qui comporte une douille en cuivre munie de nervures de rigidité en acier et une chemise en acier disposée co- axialement à la douille en cuivre et formant avec elle une cavité de refroidissement divisée en canaux par les nervures de rigidité en acier, conformément à l'invention, les nervures de rigidité en acier pénètrent dans la douille en cuivre et forment avec elle un accouplement bimétallique suivant la surface de contact. Ainsi, se trouvent élevées la rigidité et la fiabilité de l'accouplement de la douille avec les nervures de rigiditéce qui augmente la rigidité et la résistande de la douille, durant l'utilisation, et du cristallisoir lui-même. Outre cela, cette construction permet d'économiser les métaux non ferreux (cuivre, bronzes au chrome) parce qu'il est possible de réaliser une douille à paroi mince. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans 26 1 1525 lesquels: - la figure 1 représente un cristallisoir, en coupe verticale par les tubulures, selon l'invention; et - la figure 2 en montre une coupe horizontale. Le cristallisoir comporte une douille en cuivre 1 (figure 1) munie de nervures de rigidité 2 en acier, aux- quelles est soudée une chemise 3'en acier disposée co- axialement par rapport à la douille en cuivre 1 et formant avec elle une cavité de refroidissement 4 divisée par les nervures de rigidité 2 en canaux 5 pour l'agent refroidis- seur. Les nervures de rigidité 2 pénètrent dans la douille 1, comme le montre la figure 2, et forment avec elle un accouplement bimétallique suivant toute la surface de contact. L'agent refroidisseur est amené dans la cavité 4 par des tubulures 6 (figure 1) et est évacué par des tubulures 7. La refusion des électrodes 8 consommables se fait dans un bain de laitier 9 avec formation ultérieure d'un lingot 10. Les nervures de rigidité 2 peuvent péné- trer dans la douille 1 à différentes profondeurs. La rigidité maximale de la douille I correspond à la pénétra- tion maximale des nervures 2 dans la douille 1, égale à l'épaisseur de la paroi de la douille 1. Cependant, pour certaines refusions, par exemple, la fusion dans un four à arc sous vide de métaux hautement réactifs (titane, zirconium), la présence, dans l'espace utile du cristalli- soir, des éléments d'acier, est indésirable parce qu'elle peut détériorer la qualité du métal obtenu. Outre cela, la valeur de pénétration dépend des paramètres thermo- physiques concrets du processus de la fusion et des conditions de refroidissement. C'est pourquoi la profondeur de pénétration de la nervure de rigidité 2 dans la paroi de la douille 1 est choisie pour chaque cas concret et se trouve dans les limites de 0,3 à 1,0 de l'épaisseur de la paroi de la douille 1. Le cristallisoir fonctionne de la façon suivante. Le cristallisoir est installé sur un fromage (qui n'est pas montré sur le dessin). Le liquide refroidisseur est amené dans les canaux 5 à travers les tubulures 6 et est évacué à travers les tubulures 7. Dans la partie inférieure de la douille 1 installée sur le fromage est formé un bain de laitier 9 dans lequel est introduite l'électrode 8. On applique, au bain de laitier 9, une tension et on commence le chauffage et la refusion de l'électrode 8 consommable. Le métal fondu passe par le bain de laitier 9 et forme, dans la partie inférieure de la douille 1, le lingot.10. Durant la refusion sous laitier électroconducteur, les éléments du cristallisoir encaissent de fortes contraintes thermiques dues au laitier et au métal liquides 6 2 qui atteignent (0,5 à 1,5)- 10 W/m2. Dans ce cas, dans l'épaisseur de la paroi de la douille 1, apparaissent de fortes contraintes thermiques qui peuvent entraîner des déformations irréversibles. La présence des nervures de rigidité 2 pénétrant dans la douille en cuivre 1 et formant avec elle un accouplement bimétallique augmente notablement la rigidité de la construction et assure la rigidité et la fiabilité voulues du cristallisoir. Dans la présente construction sont absents les éléments d'étanchéité en caoutchouc de la chemise en acier 3 et de la douille 1 qui, dans les cristallisoirs, sont rapidement hors service. Outre cela, l'accouplement bimétallique des nervures de rigidité avec la douille 1 permet, en préservant la même rigidité du cristallisoir, de diminuer l'épaisseur de la paroi en cuivre de la douille 1 ce qui, à son tour, permet de diminuer la consommation du cuivre et l'érosion de la douille 1..Tout cela donne la possibilité d'élever la fiabilité du cristallisoir, un des principaux organes pour les processus de refusion. R E V E N D I CA T I O N Cristallisoir du type comportant une douille en cuivre munie de nervures de rigidité en acier et une chemise en acier disposée coaxialement par rapport à la douille en cuivre et formant avec une elle une cavité de refroidissement diviséepar les nervures de rigidité en acieren canaux, caractérisé en ce que les nervures de rigidité (2) en acier pénètrent oans la douille (1) en cuivre et forment avec elle un accouplement bimétallique suivant la surface de contact.