Brevet FR2632549A1 — publié le 19891215

L'invention concerne une lingotière pour la coulée conti- nue de billettes ou de blooms, en particulier d'acier, comprenant un dispositif de brassage ou brasseur pour produire un champ tournant de forces électromagnétiques. IL est connu (AT-B - 359 225, US-A - 4 026 346, US-A - 2 944 309), d'agir sur la solidification lors de la coulée continue de métaux à haut point de fusion, tels que l'acier, par application de champs tournants de forces électromagnétiques, ce qui procure des avantages métallurgiques et techniques, notamment une structure plus régulière et plus fine de- la barre coulée, une répartition uniforme d'inclusions non métalliques, une meilleure évacuation de la chaleur, et ainsi de suite. Selon l'état de la technique, le champ tournant est appliqué à la hauteur de la Lingo- tière ou juste au-dessous d'elle. La coulée de barres ayant la section de billettes ou de blooms, s'opère, suivant la qualité du métal fondu, par le procédé de coulée en jet libre, dans lequel un jet de métal fondu sort librement d'un panier de coulée mis en position au-dessus de la lingotière de coulée continue et entre dans le bain de métal fondu contenu dans la cavité de la lingotière, ou par le procédé de coulée en tuyau immergé, dans lequel un tuyau de coulée fixé au panier intermédiaire plonge dans le bain de métal fondu contenu dans la cavité de la lingotière, de sorte que le jet de métal liquide entre dans ce bain à l'abri de l'air. La surface du bain est recouverte de fondant en poudre. Dans le dernier cas, le métal fondu est protégé contre la réoxydation par le tuyau immergé et par le fondant en poudre, mais il faut veiller à ce que le brassage électromagnétique ne provoque pas un mouvement trop violent du métal fondu à la surface du bain, sinon du fondant en poudre servant à la lubrification de la croûte de la barre pendant son glissement sur la lingotière - parvient à l'intérieur de la barre et y est enfermé. Dans la coulée en jet libre, au cours de laquelle on uti- lise de l'huile appliquée sur les parois de la lingotière pour la lubrification, on s'efforce au contraire de produire une rotation aussi intense que possible de métal fondu à la surface du bain (2 à 3 Hz) afin de permettre aux gaz, entraÂnés lors de la pénétration du jet de métal dans le bain contenu dans la lingotière, de remonter plus facilement à la surface du bain, donc afin d'obtenir ce que l'on appelle un effet de lavage. Les lingotières à brasseurs connues pour la coulée conti- nue, se distinguent dans leur construction suivant qu'elles sont utilisées pour la coulée en tuyau immergé ou pour la coulée en jet libre, la différence provenant surtout de la conformation des brasseurs en fonction du procédé de coulée choisi. Les aciéries sont souvent confrontées avec le problème de devoir couler en continu une large palette de nuances d'aciers différentes, alors qu'il est préférable d'appliquer le procédé de coulée en tuyau immergé pour quelques nuances d'aciers - surtout des nuances calmées à l'aluminium - et que le procédé de couLée en jet libre est préférable pour des motifs métallurgiques pour d'autres nuances d'aciers - comme des aciers calmés au silicium. Etant donné que le remplacement des lingotières de coulée continue lors d'un passage du procédé de coulée en jet libre au procédé de coulée en tuyau immergé ou inversement demande trop de temps, en particulier s'il s'agit de couler des quantités relativement petites, il a fallu, afin de pouvoir appliquer les deux procédés sur une seule et même lingotière de coulée continue, trouver un compromis, quant à la construction du brasseur, qui réponde plus ou moins aux besoins des deux procédés de coulée, mais qui n'a pas permis d'obtenir des résultats optimaux pour aucun de ces procédés. Le but de l'invention est d'éviter ces difficultés et de créer une lingotière de coulée continue, du type décrit au début, qui puisse être utilisée aussi bien pour le procédé de coulée en tuyau immergé que pour le procédé de coulée en jet libre, de manière que soient garanties une structure optimale du produit coulé et des inclusions aussi faibles que possible avec les deux procédés de coulée. Conformément à l'invention, on obtient ces résultats par le fait que la lingotière présente au moins deux brasseurs électro- magnétiques superposés pour couler, au choix, selon le procédé de coulée en jet libre ou selon le procédé de coulée en tuyau immergé, brasseurs dont l'un au moins est disposé sur la moitié supérieure de La lingotière, dont au moins un autre est disposé sur la moitié inférieure de la lingotière et qui sont connectés électriquement et utilisables indépendamment L'un de l'autre. La lingotière de coulée continue selon L'invention permet d'appliquer aussi bien le procédé de coulée en jet libre que le procédé de couLée en tuyau immergé, sans que cela oblige à effectuer des travaux de transformation, et avec' La possibilité d'obtenir, dans les deux cas, un effet de brassage optimal par la mise en service de l'un des deux brasseurs. C'est ainsi que, dans le procédé de couLée en jet libre, on met en service au moins le brasseur supérieur, ce qui produit un lavage efficace des gaz pénétrés dans le métal fondu, tandis que l'on met en service le brasseur inférieur dans le procédé de coulée en tuyau immergé pour éviter le mouvement du métal liquide à la surface du bain. Du fait que l'on dispose d'un brasseur placé de façon optimale pour chacun des deux procédés de coulée, on peut se contenter d'une plus faible puissance de brassage pour les deux procédés, de sorte que la consommation d'énergie est plus faible qu'avec des lingotières de coulée continue o cette possibilité n'existe pas. Il est avantageux qu'un brasseur soit placé près de l'extrémité supérieure, c'est-à-dire du côté de l'entrée de la cavité de la lingotière et qu'un brasseur soit placé près de l'extrémité inférieure, c'est-à-dire du côté de la sortie de la cavité de la lingotière. Afin d'éviter que La lingotière produise un effet d'écran trop important du champ de forces éLectromagnétiques, il convient de disposer les brasseurs dans un espace intérieur de la lingo- tière, qui est parcouru par un fluide de refroidissement et s'étend approximativement sur toute la longueur de la lingotière. Un mode de réalisation avantageux prévoit la disposition des brasseurs dans un caisson fermé placé lui-même dans l'espace intérieur tubu- laire de la lingotière, parcouru par le fluide de refroidissement, et la circulation d'un fluide de refroidissement pour les brasseurs à travers le caisson fermé. La disposition des brasseurs dans un caisson fermé prévu spécialement pour eux dans l'espace intérieur de la lingotière, apporte l'avantage que le circuit de fluide de refroidissement pour les brasseurs peut être adapté - indépendam- ment du refroidissement interne de la lingotière de coulée conti- nue - aux besoins en fluide de refroidissement des brasseurs. Un mode de réalisation préféré prévoit deux brasseurs disposés directement l'un au-dessus de l'autre et s'étendant chacun sur la moitié environ de la hauteur de la cavité de La lingotière. Ainsi, le brassage peut être produit, aussi bien dans la coulée en tuyau immergé que dans la coulée en jet libre, sur une plus grande zone de hauteur de la cavité de la lingotière. L'invention sera ci-après décrite plus en détail en réfé- rence aux dessins annexes dont les figures 1 et 3 représentent une coupe axiale d'une seule et même lingotière de coulée continue, à savoir une fois (figure 1) lors de la coulée en tuyau immergé et une fois (figure 3) dans la coulée en jet libre. La figure 2 repré- sente une coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lingo- tière selon les figures 1 et 3, prise suivant la ligne II-II de ces figures. Une lingotière 1 pour la coulée continue de billettes, réalisée sous forme d'une lingotière tubulaire, présente une cavité 2 de section à peu près carrée et s'étendant verticalement en ligne droite, qui est délimitée par un tube 3 de cuivre ou d'un cupro- alliage. Autour de ce tube de cuivre, on a prévu une enveloppe externe 4 qui est reliée de façon étanche au tube 3 par des plaques annulaires de fond et de recouvrement 5, 6. Une entrée 7 pour l'eau de refroidissement de la lingotière est prévue à l'extrémité infé- rieure de celle-ci et une sortie d'eau 7' est prévue à son extré- mité supérieure. L'enveloppe externe 4 et le tube 3 délimitent un espace intérieur tubulaire 8 de la lingotière, qui est parcouru par le fluide de refroidissement et dans lequel est incorporé un caisson fermé 9 en acier inoxydable, de forme cylindrique circulaire, qui repose sur une console annulaire 10 prévue au-dessus de la plaque de fond 5. La console 10 est fixée à l'enveloppe externe 4 et s'étend en direction du tube 3, en laissant subsister une fente 11 entre elle-même et ce tube. La console 10 porte, en outre, une enveloppe de guidage d'eau 12 qui délimite avec le tube 3 un inter- valle d'écoulement 13 pour le fluide de refroidissement de la lingotière. Deux brasseurs 14, 15, produisant chacun un champ de forces électromagnétiques tournant, sont montés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur du caisson fermé 9. Chacun des brasseurs 14, possède un noyau de fer feuilleté 16, sur Lequel sont prévus des prolongements 17 dirigés vers l'intérieur et supportant des bobines 18 en fils de cuivre. Chacun des brasseurs 14, 15 s'étend approxi- mativement sur la moitié de la hauteur de la cavité 2 de la lingo- tière, ou de l'espace intérieur 8, et chacund'eux présente une connexion électrique 19, 20, si bien que l'on peut faire fonction- ner chaque brasseur indépendamment de l'autre. Une tubulure d'entrée 21 pour un fluide de refroidissement de brasseurs, de l'huile ou de l'eau par exemple, est prévue à l'extrémité inférieure du caisson fermé 9, tandis qu'une tubulure de sortie 22 pour ce fluide est prévue à l'extrémité supérieure. Selon la figure 1, un tuyau immergé 24 est fixé à un panier intermédiaire 23 et pénètre de façon centrée dans la cavité 2 de la lingotière. A son extrémité libre, ce tuyau présente un orifice de sortie 25 dirigé vers le bas. La surface 26 du bain de métal fondu se trouve au-dessus de cet orifice de sortie 25 et est recouverte de fondant en poudre 27. La croûte de la barre, se formant sur le tube 3, est seulement représentée schématiquement et porte la référence 28. Pendant la coulée en tuyau immergé, seul le brasseur infé- rieur 15, donc celui qui est le plus éloigné de la surface 26 du bain, est enclenché. Ce brasseur produit un mouvement de rotation du métal fondu autour de L'axe lQngitudinal 29 de la cavité 2 de la lingotière, comme indiqué par les flèches 30. Selon la figure 3, la cavité 2 de la lingotière reçoit un jet de métal liquide 31 sortant librement du panier 23. Dans ce cas, le brasseur 14 est enclenché, c'est-à-dire le brasseur situé le plus près de la surface 26 du bain de métal fondu, ce qui produit un mouvement de brassage du métal liquide formant la surface du bain et du métal directement sous- jacent, comme indiqué 6 2632549 par les flèches 32. Le brasseur inférieur 15 peut être mis en service en plus pendant la coulée en jet libre. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté sur les dessins et de nombreuses modifications sont possibles sans sortir de son cadre. Par exemple, on peut prévoir plus de deux brasseurs répartis sur la hauteur de la lingotière, mais en prévoyant au moins l'un d'eux dans la région de la surface 26 du bain et au moins un autre au niveau de la moitié inférieure de la cavité 2. Des brasseurs supplémentaires éventuellement prévus entre eux, peuvent être mis en service en fonction des besoins pour les différents procédés de coulée. La cavité 2 de la lingotière peut également être curviligne en direction longitudinale (dans le cas d'une lingotière dite courbe) et son orientation peut également s'écarter de la verticale. REVENDICATIONS 1. Lingotière (1) pour la coulée continue de bilLettes ou de blooms, enparticulier d'acier, comprenant un dispositif de brassage ou brasseur (14, 15Y pour produire un champ tournant de forces électromagnétiques, caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux brasseurs électromagnétiques (14, 15) superposés pour couler, au choix, selon le procédé de coulée en jet libre ou selon le procédé de couLée en tuyau immergé, brasseurs (14, 15) dont l'un au moins est disposé sur la moitié supérieure de la lingotière (1), dont au moins un autre est disposé sur la moitié inférieure de la lingotière (1) et qui sont connectés électriquement et utilisables indépendamment l'un de l'autre. 2. Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un brasseur (14) est placé près de l'extrémité supérieure, c'est-à-dire du côté de l'entrée de la cavité (2) de la lingotière et un brasseur (15) est placé près de l'extrémité inférieure, c'est-à-dire du côté de la sortie de la cavité (2) de la lingo- tière. 3. Lingotière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les brasseurs (14, 15) sont disposes dans un espace intérieur (8) de la lingotière, espace qui est parcouru par un fluide de refroidissement et s'étend approximativement sur toute la longueur de la lingotière (1). 4. Lingotière selon la revendication 3, caractérisée en ce que les brasseurs (14, 15) sont disposés dans un caisson fermé (9) placé lui-même dans l'espace intérieur tubuLaire (8) de la lingo- tière, parcouru par le fluide de refroidissement, et le caisson fermé (9) est traversé par un fluide de refroidissement pour les brasseurs. 5. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle présente deux brasseurs (14, 15) disposés directement l'un au-dessus de l'autre et s'étendant chacun sur la moitié environ de la hauteur de la cavité (8) de la lingo- tière.