Brevet FR2613262A1 — publié le 19881007

L'invention concerne une combinaison d'aJutages de coulée pour couler des produits du genre de barres et tubulaires verticalement vers le haut. Des procédés et des équipements pour la coulée continue ont été activement développés pendant ces dernières décades, particulièrement ceux visant à la production de pièces coulées en continu, avec de pe- tites sections transversales. En plus de machines de coulée continue dites travaillant horizontalement, on a présenté aussi des machines de coulée travaillant verticalement vers le haut, qui présentent nombre d'avantages en comparaison des machines plus anciennes. Certaines de ces solutions apportées à des équipements pour la coulée continue verticalement vers le haut ont été présentées dans les brevets finnois 46.693 et 46.810. Les équipements présentés dans ces brevets dé- crivent ainsi l'art antérieur dans ce domaine. La structure de l'équipement décrit dans le brevet finnois 46.693 est basée sur l'idée que du mé- tal fondu est amené dans une région de solidification suivant la loi des vases communiquants, en plongeant dans le bain un dispositif de refroidissement pourvu d'une gaine thermique, à une profondeur telle dans le bain que le bain s'élève à l'intérieur du disposi- tif de refroidissement Jusqu'à la région de solidifica- tion o il se solidifie et d'o on peut l'enlever en le tirant vers le haut à une vitesse convenable et en l'amenant ensuite dans des appareils propres à en faire des spires, etc. L'équipement décrit dans le brevet finnois 46.810 est basé sur l'idée que le métal fondu est as- piré, par une sous-pression, dans une région de soli- dification au-dessus de la surface libre du bain, d'o on l'enlève lorsque la solidification s'est produite comme ci-dessus. Ces deux équipements fonctionnent en fait de la même façon; seul le problème de l'amenée du bain à la région de solidification est résolu de façon diffé- rente. Ceci est dû à leurs domaines de fonctionnement différents; l'immersion est plus avantageuse lors- que l'on coule des corps creux parce que le maintien d'une aspiration dans une pièce coulée creuse impli- querait des solutions techniques difficiles. Ces équipements présentés ont tous deux résolu le problème de la coulée continue verticalement vers le haut, d'une manière pratique, mais ils sont asso- ciés à certaines difficultés qui sont éliminées dans la présente invention, ce qui rend cette manière de couler plus efficace et plus économique. Au surplus, la structure d'aJutage présentée ici peut être utilisée des deux manières et, par conséquent, elle est d'un emploi plus souple et plus adaptable et offre à l'usa- ger un avantage technique distinct. Lors d'une coulée continue de ce genre, la par- tie de solidification de l'ajutage est supposée être faite d'une matière aussi compacte et aussi peu po- reuse que possible que l'on peut, par meulage, rendre si lisse que la pellicule de métal Qui vient d'être solidifiée et dont la structure est encore faible, ne se briserait pas lorsqu'elle glisse le long de cette partie. Lorsqu'on utilise le processus de succion, l'absence de porosité est également importante puis- qu'elle emp&che les gaz de l'extérieur de pénétrer dans l'ajutage. Cette matière d'ajutage est en général du graphite compact de bonne qualité, bien que d'au- tres matières puissent être prises en considération. L'aJutage est la partie qui s'use dans ce genre de coulée; il est soumis à une influence corrosive, sauf par attrition contre le métal, également par l'action de réactions chimiques entre le bain et/ou des matières dissoutes dans le bain, comme par exem- ple de l'oxygène. Quant au processus de coulée lui- même, il est décisif que la surface intérieure de l'aJu- tage dans la région de solidification proprement dite reste lisse et polie. Les exigences importantes atta- chées au fonctionnement, imposées à la matière de l'aJutage, conduisent au fait que son prix est éga- lement très élevé. Par conséquent, il est nécessaire d'essayer de faire la partie de l'aJutage qui est es- sentielle pour un fonctionnement convenable, aussi pe- tite que possible et de remplacer les parties qui sont moins essentielles par des matières moins coûteuses. Ceci constitue en partie le but de l'invention. Au surplus, on a observé en pratique qu'il est avantageux pour le rendement du fonctionnement de l'équipement de coulée, c'est-à-dire pour son économie, que la paroi de l'aJutage entre le métal en cours de solidification et le dispositif de refroidissement soit aussi mince que possible, en sorte que la conduction thermique et, due à celle-ci aussi, la vitesse de soli- dification (= vitesse de coulée), soient les meilleures possibles. Tenter d'obtenir une telle structure au moyen des aJutages décrits dans les brevets finnois 46.693 et 46.810 conduit à de grandes difficultés. Par conséquent, dans la solution de l'ajutage suivant le brevet finnois 46.810, la paroi de la par- tie de l'aJutage o se fait la solidification devrait être mince, mais la partie qui conduit le bain ne peut être pourvue d'une paroi mince parce qu'elle doit, en plus d'être mécaniquement résistante, être en mesure de résister à la différence de pressions aussi. Cette différence de pressions aspire à travers la paroi de l'aJutage des gaz extérieurs qui corrodent la paroi de l'aJutage d'autant plus vite que cette paroi est plus mince. Entre ces parties, de grandes différences d'é- paisseur ne sont pas possibles non plus parce que la région dans laquelle ces parties se rencontrent se briserait à cause des forces mécaniques, de la corro- sion ou de fatigues thermiques, provoquant des pertes de la matière de l'ajutage et des troubles de fonc- tionnement. D'un autre côté, il n'est pas nécessaire d'utiliser de la matière d'aJutage de qualité supérieu- re pour conduire le bain, une matière plus grossière et moins coûteuse suffisant à cette fin. Comme matière de ce genre, on peut, suivant la présente invention, utiliser des matières de genres très différents, par exemple du verre de quartz ou de la matière pour creu- sets vitrifiée, dont l'emploi peut parattre métallur- giquement même meilleur que l'emploi de graphite, par exemple, dont les propriétés de glissement sont pré- cieuses dans la région de solidification proprement dite. Les bains métalliques montrent, en particulier lorsqu'on utilise des fours de fusion à induction pro- voquant des tourbillons, de petites gouttes de scories et des bulles de gaz qui, lorsqu'on coule verticalement vers le haut, tendent à s'élever dans l'aJutage et à provoquer des défauts dans la coulée. Dans la pré- sente invention, ce risque est éliminé par le fait que l'on met en place une plaque barrière spéciale pour protéger la partie inférieure du tube de solidi- fication. Dans le procédé suivant le brevet finnois 46.693, c'est-à-dire dans le procédé de coulée verti- cale dit avec immersion, au moyen duquel on coule avantageusement des produits tubulaires, le tube de solidification est supposé avoir une certaine dura- bilité parce qu'un mandrin est fixé dessus; il doit par exemple résister aux forces provoquées par un serrage de l'écran thermique et il doit être capable aussi de soutenir le mandrin lui-même. Dans la présente invention, le tube de solidi- fication est entièrement exempt d'autres tâches; il doit seulement fonctionner comme tube de solidifica- tion. Le bain est amené par le moyen d'un tube séparé et le mandrin est fixé sur ce fort tube conducteur du bain. Lorsque le tube conducteur du bain est séparé du tube de solidification, fixé à l'écran thermique ou formé comme partie intégrante seulement de l'écran thermique, et lorsque l'écran thermique de la partie du dispositif de refroidissement entre le tube conduc- teur et le tube de solidification est constitué d'une matière pulvérulente (par exemple de poudre de gra- phite) isolant cette partie du dispositif de refroi- dissement par rapport au bain, le tube conducteur peut être rendu mobile par rapport au dispositif de refroi- dissement (et par rapport au tube de solidification). La pression statique du métal du bain rend la poudre compacte et empêche un contact entre le bain et le dispositif de refroidissement. La plaque barrière prémentionnée, fixée au tube conducteur mobile, peut être utilisée pour fermer le tube de solidification avant que commence la coulée, en sorte que les parties qui sont en contact avec le bain aient le temps d'être portées à la température de travail. Lorsqu'on commence la coulée, le tube conducteur et la plaque barrière fixée sur lui sont déplacés vers le bas, en sorte que la coulée peut commencer sur toute la périphérie du tube de solidifi- cation. Lorsqu'on coule des produits tubulaires, on fixe un mandrin sur la plaque barrière; ce mandrin peut ainsi être déplacé vers le haut et vers le bas pendant la coulée, raison pour laquelle le commence- ment de la coulée peut être facilité comme ci-dessus, mais, également, l'épaisseur de la paroi du tube à couler peut être réglée, ce qui est important lors- qu'on coule des tubes à parois minces; au début, la paroi peut être plus épaisse et on peut alors l'aJus- ter pour qu'elle soit plus mince après que la coulée ait commencé. Suivant la présente invention, il a été possible de couler, par exemple, un tube de zinc d'un diamètre extérieur de 7 mm et d'un diamètre intérieur de 5 mm, ce qui peut prouver l'utilisabilité de l'in- vention. La structure de la combinaison d'aJutage en permet l'emploi en fonctionnant suivant les deux bre- vets finnois précités. Les avantages mentionnés ci-dessus sont obtenus par une combinaison des aJutages de coulée suivant l'invention, qui est caractérisée en ce que l'espace de solidification comprend un court tube de solidifi- cation à parois minces, d'une matière pour aJutage, et en ce que le bain est conduit dans le tube de soli- dification par un tube conducteur fait d'une matière à l'épreuve du feu, et ayant une cavité intérieure plus grande que le tube de solidification et étant relié à l'écran thermique du dispositif de refroidissement en sorte que lorsque seulement la partie inférieure du tube conducteur de la combinaison est immergée dans le bain (niveau a), le bain puisse être soulevé Jusqu'à l'espace de solidification en réduisant la pression dans la cavité intérieure du tube de solidification, ou, lorsque la combinaison est immergée dans le bain Jusqu'au dispositif de refroidissement (niveau b), le bain puisse s'élever Jusqu'à l'espace de solidifica- tion suivant la loi des vases communiquants. L'invention sera décrite dans la suite du pré- sent mémoire en s'aidant du dessin annexé surlequel: - la figure 1 montre une vue de principe d'une combinaison d'aJutages de coulée suivant l'invention, vue de côté; et - la figure 2 montre une vue de principe d'une autre forme de réalisation de l'invention, à plus grande échelle, vue de côté. Les figures montrent un court tube de solidi- fication I fixé à un dispositif de refroidissement 4. Le tube de solidification peut être fabriqué d'une ma- tière pour aJutage convenable quelconque, par exemple de graphite compact. Sur la surface extérieure du dispositif de refroidissement, il y a une couche iso- lante 5 et une coque protectrice 3 d'une matière à l'épreuve du feu, par exemple de la matière pour creu- sets, dite carborundum. Cette coque peut être rendue mobile par rapport au dispositif de refroidissement et peut être pourvue des dispositifs nécessaires de com- mande et de déplacement. A cette coque protectrice est attaché un tube conducteur de bain 2, soit formant une même pièce avec la coque protectrice 3, soit lui étant reliée, par exemple au moyen de filets. Entre le tube conducteur de bain 2 et la surface inférieure du dis- positif de refroidissement 4, il y a une matière élas- tique à l'épreuve du feu (par exemple du "Kaowool") qui est rendue compacte-à l'épreuve des gaz, aux bords 6 en forme d'anneaux lorsque le tube conducteur 2 est pressé contre le dispositif de refroidissement 4, et qui empêche les gaz extérieurs de pénétrer dans la cavité intérieure du tube conducteur 2. Le diamètre de la cavité intérieure du tube conducteur 2 est plus grand que la dimension extérieure du tube de solidifi- cation 1. Dans l'espace en forme d'anneau, compris entre eux, on a mis de la poudre de graphite 7 et un anneau 8 fait d'une matière élastique à l'épreuve du feu, cet anneau maintenant en place la poudre de gra- phite. Dans la cavité intérieure du tube 2 conduc- teur du bain, il y a une plaque barrière 9 à laquelle peut être fixé aussi un mandrin 12 qui s'étend vers le haut dans le tube de solidification 1 et qui devient plus mince suivant un cône. Toutes ces parties forment ensemble une unité indépendante séparée qui peut être reliée à un post-dispositif de refroidissement 10 et à un anneau d'échappement 11 pour former une unité de fonctionnement uniforme. Dans cette structure, le tube de solidification 1 est exempt d'autres tâches, raison pour laquelle il peut être fait aussi mince et court que possible. Le bain est amené dans la région de solidification par le tube conducteur 2, les déformations produites par la fixation du mandrin étant limitées par le tube conduc- teur 2 et par la plaque barrière 9 qui lui est attachée. La fabrication d'un mandrin est simple et économise des matières premières; on peut, la plupart du temps, le réaliser par simple tournage; il n'est pas né- cessaire de le munir d'épaulements de commande ou de canaux de décharge pour le bain; le bain peut s'écou- ler le long de tout le pourtour du tube de solidifica- tion, de sorte que le risque d'une solidification pré- maturée est faible. Le mandrin est entièrement indé- pendant du tube de solidification, c'est pourquoi il peut être utilisé avec des tubes de solidification de différentes dimensions et il peut étré fixé à la plaque barrière 9 par exemple par des filets.La circulation d'eau séparée par le dispositif de refroidissement 4 permet son ajustement séparé pour donner une solidifi- cation d'un aussi bon rendement que possible. Le tube de solidification,avec son dispositif de refroidisse- ment et le tube conducteur, forme une pièce légère que l'on peut manipuler facilement, par exemple lors- qu'on met en place un nouveau tube de solidification. Sur les dessins, on a indiqué aussi le niveau de surface a du bain lorsqu'on utilise une sous- pression, de sorte que seule l'extrémité inférieure du tube conducteur 2 est immergée dans le bain et que le bain est élevé dans le tube de solidification par as- piration. Pour cela, on créera, dans la cavité inté- rieure de l'équipement de coulée, une sous-pression correspondant à une colonne d'eau de 0,5 - 1,10 m. Le niveau de surface est b lorsqu'on utilise l'immersion, de sorte que le bain s'élève au niveau correspondant dans le tube de solidification. Par conséquent, ce dispositif peut être relié à un dispositif de post- refroidissement avec une source de vide, de sorte que seule l'extrémité inférieure du tube conducteur du bain est immergée dans le bain, ou il peut être relié à un dispositif de post-refroidissement sans source de vide, de sorte que l'équipement est plongé dans le bain en y comprenant le dispositif de refroidissement. REVENDICATIONS 1.- Combinaison d'aJutages de coulée pour la coulée continue verticalement vers le haut, dans la- quelle un dispositif de refroidissement (4) entourant un espace de solidification est protégé à sa surface extérieure par un écran thermique (3,5) à l'épreuve du feu, caractérisée en ce que l'espace de solidifica- tion comprend un court tube de solidification (1) à parois minces, fait d'une matière pour aJutage, et en ce que le bain est amené dans le tube de solidifica- tion au moyen d'un tube conducteur (2) fait d'une ma- tière à l'épreuve du feu, et ayant une cavité inté- rieure plus grande que le tube de solidification, et étant relié à l'écran thermique (3) du dispositif de refroidissement, de sorte que lorsque seulement la partie inférieure du tube conducteur (2) de la combi- naison est plongée dans le bain (niveau a), le bain peut être soulevé dans l'espace de solidification en réduisant la pression dans la cavité intérieure du tube de solidification (1), ou, lorsque la combinai- son est immergée dans le bain Jusqu'au dispositif de refroidissement (niveau b), le bain peut être élevé Jusqu'à l'espace de solidification suivant la loi des vases communiquants. 2.- Combinaison d'aJutages de coulée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le tube de soli- dification (1) est fait de graphite compact, et le tube conducteur (2) est fait d'une matière pour creusets dite carborundum. 3.- Combinaison d'aJutages de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, carac- térisée en ce que l'écran thermique (3) à l'épreuve du feu et le tube conducteur (2) sont déplaçables en di- rection verticale par rapport au dispositif de refroi- dissement (4). 1 1 4.- Combinaison d'aJutages de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une plaque barrière (9) est fixée au tube (2) conducteur du bain, cette plaque barrière (9) empo- chant l'élévation d'impuretés plus légères que le bain dans le tube de solidification (1),et en ce que l'ou- verture du tube de solidification peut être fermée au moyen de la plaque barrière avant le commencement de la coulée. 5.- Combinaison d'aJutages de coulée suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'un mandrin (12) est fixé à la plaque barrière (9) pour couler des.produits tubulaires, le mandrin (12) étant fait d'une matière pour ajutage et devenant plus mince vers le haut lorsque ce mandrin s'étend dans la région de solidification et forme un espace de solidification de forme annulaire. 6.- Combinaison d'aJutages de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracté- risée en ce qu'elle est reliée au moyen d'un disposi- tif de post-refroidissement (10) à une machine d'aspi- ration pour produits de coulée.