Brevet FR2655578A1 — publié le 19910614

La présente invention concerne les dispositifs pour la coulée continue des métaux ferreux, non ferreux et de leurs alliages et a notamment pour objet un dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique. La présente invention peut être utilisée avec un succès maximal pour la coulée de bandes minces en aluminium ou ses alliages. On connait un dispositif pour la coulée continue de métaux dans un champ magnétique (SU, A, 233186). Ce dispositif comporte un couloir d'amenée d'un métal en fusion dans une tête de distribution, formant un lingot, un inducteur électromagnétique refroidi par eau et disposé d'une manière coaxiale par rapport au lingot, et un système de refroidissement du lingot. Le système de refroidissement a la forme d'un entonnoir convergeant vers sa partie inférieure et entourant, par son orifice étroit, le lingot. Un agent refroidissant en provenance d'une chambre de circulation arrive, le long du côté extérieur de la paroi de l'entonnoir, vers un lingot à couler.La partie inférieure de l'entonnoir, disposée dans un espace limité par la paroi intérieure de l'inducteur, prévient la projection de l'agent refroidissant au-dessus du niveau d'action maximale des forces électromagnétiques de l'inducteur. Cependant, la présence de la partie inférieure de l'entonnoir dans ledit espace, délimité par la paroi intérieure de l'inducteur et où l'action des forces électromagnétiques est maximale, conduit à une distorsion du champ magnétique de l'inducteur électromagnétique, ce qui peut aboutir, à son tour, à un écart des paramètres imposés (de l'épaisseur) d'un lingot. Néanmoins, à une épaisseur importante d'un lingot (supérieure à 100 mm), ces écarts ne présentent aucune importance et on peut les négliger. Dans le cas de la coulée d'une bande mince (jusqu'à 40 mm d'épaisseur) ces écarts se trouvent important et peuvent conduire, en définitive, aux rebuts de coulée. On connaît aussi un autre dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique (US, A 4375234) comportant un récipient pour le métal en fusion pourvu, à sa partie de fond, d'un orifice d'entrée, dont la forme de la section transversale correspond à une bande à couler, un inducteur électromagnétique refroidi par eau et disposé d'une manière coaxiale par rapport audit orifice et au même niveau que le récipient par rapport à la bande coulée et un système de refroidissement par eau de la bande. Le système de refroidissement par eau se trouve en aval de l'orifice d'entrée, suivant le sens de déplacement de la bande, au-delà des limites de l'action du champ magnétique de l'inducteur.A la coulée aux faibles vitesses (jusqu'à 200 mm/mn), une telle conception du système de refroidissement de la bande permet d'obtenir une bande mince de bonne qualité ayant une même épaisseur à n'importe quelle section transversale. Le matériau coulé (métaux et leurs alliages) possède une bonne conductibilité calorifique. De ce fait, la limite de cristallisation se trouve au-dessus de l'endroit où le liquide de refroidissement vient en contact avec une bande coulée, c'est-à-dire que la limite de cristallisation se trouve dans la zone d'action des forces électromagnétiques de l'inducteur. Cette conception du système de refroidissement de la bande diminue le rendement du dispositif (jusqu'à 200 mm/mn), car une augmentation de la vitesse de coulée à une conductibilité calorifique constante du matériau d'une bande à couler fait sortir la limite de cristallisation au-delà de la zone d'action des forces de l'inducteur électromagnétique et conduit, par conséquent, à une mauvaise qualité d'une bande coulée. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique dans lequel la conception du système de refroidissement de ladite bande permettrait de maintenir la limite de cristallisation de cette bande mince dans la zone d'action des forces électromagnétiques de l'inducteur à des vitesses de coulée élevées (supérieures à 200 mm/mn) et d'assurer ainsi une augmentation du rendement du dispositif en question et une haute qualité de bandes coulées. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique comportant un récipient pour le métal en fusion pourvu, à sa partie de fond, d'un orifice de sortie dont la forme de la section transversale correspond à celle d'une bande à couler, un inducteur électromagnétique refroidi par eau et disposé d'une manière coaxiale par rapport audit orifice, et un système de refroidissement par eau, caractérisé, selon l'invention, en ce que l'inducteur se trouve au-dessous du récipient, et en ce que le système de refroidissement est combiné à l'inducteur et est constitué au moins par une seule chambre de circulation servant à l'amenée d'un agent de refroidissement et disposée suivant le périmètre de la paroi extérieure de l'inducteur, et au moins par une rangée de canaux radiaux traversant le corps de l'inducteur et communiquant par certains de leurs bouts avec la chambre de circulation, et par les autres avec un espace délimité par la paroi intérieure de l'inducteur. Pour obtenir le refroidissement régulier de bandes coulées, il serait désirable que la section transversale de la chambre de circulation soit variable, diminuant suivant le courant de l'agent de refroidissement. Pour augmenter encore la vitesse de coulage d'une bande mince, on peut constituer le système de refroidissement de deux chambres autonomes de circulation, disposées en série l'une après l'autre suivant le sens de déplacement de la bande mince, et par deux rangées de canaux radiaux ; dans ce cas, chaque rangée est liée à une chambre de circulation respective, tandis que les canaux d'une rangée, qui communiquent avec une chambre de circulation, sont décalés suivant le périmètre de ladite chambre par rapport aux canaux de l'autre rangée, qui communiquent avec l'autre chambre de circulation. En vue d'assurer un refroidissement plus régulier, il serait avantageux de décaler les canaux d'une rangée par rapport aux canaux de l'autre rangée de 1/4 à 3/4 de la distance entre les canaux voisins dans une rangée. Pour prévenir la projection de l'agent de refroidissement et assurer un refroidissement plus efficace, il est désirable de disposer les canaux sous un angle g inférieur à 90 par rapport au sens de déplacement de la bande mince. La limite de cristallisation de la bande mince coulée à des vitesses élevées (supérieures à 200 mm/mn) dans le dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique, réalisé conformément à la présente invention, est maintenue grâce à ce que le système de refroidissement est exécuté à un même niveau que l'inducteur par rapport à une bande coulée et que l'agent de refroidissement provenant des chambres de circulation arrive dans un espace délimité par la paroi intérieure de l'inducteur à travers les canaux radiaux traversant le corps de l'inducteur dans ledit espace délimité par la paroi intérieure de l'inducteur où l'action des forces électromagnétiques de ce dernier est maximale. Cet avantage permet d'obtenir une augmentation du rendement à une haute qualité des bandes coulées. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1, représente en coupe longitudinale, la vue d'ensemble du dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique, selon l'invention - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II du dispositif représenté par la figure 1, selon l'invention - la figure 3 représente une partie A de la figure 1 avec une coupe partielle supplémentaire suivant l'axe d'un canal radial de la seconde rangée (à échelle agrandie), selon l'invention ; et - la figure 4 représente une vue suivant la flèche B de la figure 3, selon l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte un récipient 1 pour le métal en fusion 2, par exemple, de l'aluminium ou ses alliages, pourvu d'un orifice de sortie 3, pratiqué dans la partie de fond et dont la forme de la section transversale correspond à celle d'une bande à couler 4. Un inducteur électromagnétique toroldal 5 refroidi par eau a une cavité 6 munie d'une tubulure d'entrée 7 (figure 2) et d'une tubulure de sortie (non montrée sur le dessin) pour assurer la circulation de l'eau de refroidissement dans la cavité 6 de l'inducteur 5. L'inducteur 5 est disposé coaxialement par rapport à l'orifice 3 du récipient 1, (figure 1) et en aval de celui-ci suivant le sens de déplacement d'une bande mince 4. Les conducteurs servant à amener le courant d'alimentation à l'inducteur ne sont pas conventionnellement montrés aux dessins. Le dispositif a également un système de refroidissement 8 d'une bande à couler 4 combiné à l'inducteur 5. Le système de refroidissement 8 est constitué au moins par une chambre de circulation, tandis que, dans la version décrite, il est constitué de deux chambres autonomes de circulation 9 et 10 pourvues de tubulures d'entrée 11 et 12 respectivement (figure 2) en vue d'assurer l'amenée indépendante de l'agent de refroidissement dans chaque chambre de circulation 9 et 10 (figures 1, 3). Les chambres de circulation 9 et 10 sont disposées en série, suivant le périmètre de la paroi extérieure de l'inducteur 5, l'une après l'autre suivant le sens de déplacement de la bande mince 4. La section transversale des chambres de circulation 9 et 10 (figure 2) est variable et diminue dans le sens de déplacement du courant de l'agent de refroidissement. Le système de refroidissement 8 comprend aussi au moins une rangée, et dans la version décrite, deux rangées 13 et 14 (figure 4) de canaux radiaux 15 qui communiquent par les premiers de leurs bouts avec les chambres de circulation 9 et 10 (figures 1, 3) et par les autres, avec un espace 16, délimité par la paroi intérieure de l'inducteur 5.Les canaux 15 de la rangée 13 (figure 4), liés à la chambre de circulation 9 (figure 3), sont décalés suivant le périmètre de la chambre 9 par rapport aux canaux 15 (figure 4) de la rangée 14, liés à la chambre de circulation 10 (figure 3), d'une valeur wt R w représentant 1/4 à 3/4 de la distance S entre les canaux voisins 15 dans la rangée 13 et, dans la présente version, n Dans le cas o les canaux radiaux 15 sont décalés d'une valeur " 4 " inférieure à 1/4 ou supérieure à 3/4 de la distance S entre eux, la régularité du refroidissement de la bande mince 4 suivant sa largeur se trouve compromise, ce qui conduit à une baisse de la qualité de la surface et à une structure irrégulière de la bande 4. Les canaux radiaux 15 sont disposés sous un angle g inférieur à 900 par rapport au sens du déplacement de la bande 4. Cette inclinaison prévient la projection de l'agent de refroidissement dans la zone disposée au-dessus de la limite de cristallisation 17 de la bande 4 où l'action des forces de l'inducteur électromagnétique 5 est plus faible que dans l'espace limité par la paroi intérieure de l'inducteur 5 et, par conséquent, l'épaisseur de la bande coulée 4 est plus grande tandis que cette dernière se trouve encore en phase liquide. Le dispositif représenté sur les figures 1, 2, 3 et 4 fonctionne comme suit. Un mécanisme (non montré conventionnellement sur le dessin), destiné à déplacer en embryon de moulage 18, introduit ce dernier dans l'orifice 3 pratiqué dans la partie de fond du récipient 1. Ensuite, on alimente électriquement l'inducteur électromagnétique 5 en amenant simultanément l'eau de refroidissement par la tubulure d'entrée 7 dans la cavité 6 de l'inducteur 5 en vue de son refroidissement. L'eau circule dans la cavité 6 de l'inducteur 5 et est évacuée par l'intermédiaire de la tubulure de sortie (non montrée sur le dessin). De plus, on amène l'agent de refroidissement par les tubulures d'entrée 11, 12, d'une manière indépendante, dans chaque chambre de circulation 9, 10, d'où ledit agent de refroidissement arrive à travers les canaux 15 passant au sein du corps de l'inducteur 5 dans l'espace 16 délimité par la paroi intérieure de l'inducteur 5.Il convient de noter que l'agent de refroidissement en provenance de la chambre de circulation 9 arrive dans l'espace 16 via les canaux 15 de la rangée 13 et s'écoule de la chambre de circulation 10, via les canaux radiaux 15 de la rangée 14. On verse du métal liquide, par exemple de l'aluminium ou ses alliages, dans le récipient 1. Lorsque le métal en fusion 2 a atteint un niveau technologique imposé, qui est ensuite maintenu constant, on met en marche le mécanisme de déplacement de l'embryon de moulage 18, à une vitesse prescrite de coulée (plus de 200 mm/mn). Une petite quantité de métal en fusion 2 se solidifie sur l'embryon de moulage 18, portion qui entre en contact immédiat avec ledit embryon. De ce fait, lorsque l'embryon de moulage 18 se déplace vers le bas, il entraine, avec la portion du métal en fusion 2 qui vient de se cristalliser, la bande 4 du métal en fusion 2 restant encore à l'état non solidifié.Ensuite, l'embryon de moulage 18 et la bande 4 qui le suit entrent dans l'espace 16 délimité par la paroi intérieure de l'inducteur 5, où l'action de ce dernier est maximale, et la bande 4 acquiert des paramètres imposés de section transversale, qui sont déterminés par le champ magnétique de l'inducteur 5. L'agent de refroidissement, provenant du système 8 de refroidissement de la bande mince 4, arrive dans l'espace 16. La section transversale variable, qui diminue, des chambres de circulation 9 et 10, permet d'amener l'agent de refroidissement le long de toute la largeur de la bande coulée 4 sous une pression égale. L'agent de refroidissement accélère la cristallisation de la bande coulée 4 tandis que la limite de cristallisation 17 est maintenue dans l'espace 16, délimité par la paroi intérieure de l'inducteur 5 et s'effectue à des vitesses élevées de coulée, c'est pourquoi la bande 4 sortant de l'espace 16 conserve déjà une forme qui lui a été conférée. S'il est nécessaire d'augmenter le rendement du dispositif pour la coulée continue d'une bande mince 4 dans un champ magnétique, il faut intensifier le refroidissement de la bande coulée 4. A cet effet, on doit installer des chambres supplémentaires de circulation le long de la bande coulée 4 ce qui permettra d'augmenter le nombre de rangées des canaux radiaux 15. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la coulée continue d'une bande mince dans un champ magnétique, du type comportant un récipient pour un métal en fusion avec un orifice de sortie pratiqué dans la partie de fond dudit récipient, la forme de la section transversale dudit orifice correspondant à celle d'une bande à couler, un inducteur électromagnétique refroidi par eau et disposé coaxialement par rapport à l'orifice, et un système de refroidissement de la bande coulée, caractérisé en ce que l'inducteur (5) est disposé au-dessous du récipient (1) et le système de refroidissement (8) est combiné à l'inducteur (5) et est constitué au moins par une chambre de circulation (9) disposée suivant le périmètre de la paroi extérieure de l'inducteur (5) et servant à amener un agent de refroidissement et au moins par une rangée (13) de canaux radiaux (15) traversant le corps de l'inducteur (5) et communiquant par certains de leurs bouts avec la chambre de circulation (9) et par les autres, avec un espace (16) délimité par la paroi intérieure de l'inducteur (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale de la chambre de circulation (9) est variable et diminue dans le sens de déplacement du courant de l'agent de refroidissement. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de refroidissement (8) est constitué de deux chambres autonomes de circulation (9, 10) disposées en série l'une après l'autre, suivant le sens de déplacement de la bande mince (4), et de deux rangées (13, 14) de canaux radiaux (15), en ce que chaque rangée (13, 14) est liée à la chambre de circulation (9, 10) respective, et en ce que les canaux (15) de la rangée (13), qui communiquent avec la chambre de circulation (9), sont décalés suivant le périmètre de la chambre de circulation (9) par rapport aux canaux (15) de la rangée (14) liée à la chambre de circulation (10). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le décalage " " des canaux (15) de la rangée (14) représente 1/4 à 3/4 de la distance S entre des canaux voisins (15) de la rangée (13). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les canaux (15) sont disposés sous un angle