Brevet FR2661120A3 — publié le 19911025

FR 2661120 A3 19911025 FR 9005082 A 19900420 La présente invention a pour objet une lingotière de coulée continue de métal liquide, notamment d'acier, comportant une première paroi interne et une seconde paroi externe entre lesquelles sont ménagés des canaux à l'intérieur desquels peut circuler un liquide de refroidissement du bain de métal liquide, par exemple de l'eau, ces canaux ou rainures étant répartis sur le pourtour de la paroi de la lingotière. Le problème est le suivant : on cherche à réaliser une extraction régulière de la chaleur à travers la paroi interne de la lingotière. Or, le flux thermique à proximité du ménisque constitué par la surface du métal liquide est très élevé, plus élevé que plus bas dans la lingotière. En effet, à proximité du ménisque, le contact entre la paroi et la peau de métal qui commence à se solidifier est très bon, alors que ce contact est moins bon à un niveau inférieur, du fait du retrait dû à la solidification de cette peau. La solidification s'effectue donc trop rapidement à proximité de la surface de métal liquide, ce qui crée des ondulations ou des "cornes". Lors de la descente du produit coulé, le métal liquide déborde au-dessus des cornes, ce qui crée des irrégularités de surface d'autant plus importantes que les cornes sont importantes. Une solution déjà proposée est appelée "tête chaude", c' est-à-dire qu'on prévoit dans la paroi, à hauteur du ménisque, un matériau plus isolant thermiquement que le cuivre, par exemple du carbure de silicium. Ce matériau isolant limite donc le flux thermique à ce niveau. Mais la tenue dans le temps dudit matériau n'est malheureusement pas suffisante. L'invention a donc pour but de proposer une solution satisfaisante à ce problème. Suivant l'invention, la lingotière comprend des moyens pour modifier localement le régime d'écoulement du liquide de refroidissement au niveau de la surface du bain de métal liquider afin de limiter le flux thermique extrait du bain à ce niveau. Ainsi est créée une perturbation locale du refroidissement au niveau du ménisque, permettant de limiter le flux extrait à ce niveau. Suivant une caractéristique de l'invention, lesdits moyens sont situés légèrement en amont du niveau de la surface du bain, par rapport au sens d'écoulement du liquide de refroidissement. Suivant d'autres particularités de l'invention - Lesdits moyens comprennent des organes de réduction localisée de la section des canaux1 par exemple des ailettes articulées sur l'une ou l'autre paroi1 ou des ailettes basculantes autour d'axes horizontaux montés entre les parois1 notamment au milieu des canaux. - Lesdits moyens comportent des ouvertures percées à travers la paroi extérieure du moule, et adaptées pour recevoir des injections de gaz. - Les moyens de modification locale du régime d'écoulement du liquide sont commandés à partir de thermocouples noyés dans la paroi interne du moule, sensiblement au niveau du ménisque du bain, et positionnés convenablement pour mesurer le flux thermique extrait. L'invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés qui en illustrent plusieurs formes de réalisation à titre d'exemple non limitatif. ta figure 1 est une vue en coupe verticale partielle de la double paroi d'une lingotière de coulée continue de métal liquide, au niveau d'un canal de refroidissement. Les figures 2 et 3 sont deux demi-vues en coupe horizontale de deux formes de réalisation possibles des parois et des canaux de la lingotière de la Fig. 1. La figure 4 est une vue en coupe verticale partielle de la double paroi de la lingotière, montrant une variante d'exécution de la réalisation de la Fig. 1. La figure 5 est une vue en coupe verticale partielle analogue à la Fig.4 d'une autre forme de réalisation de l'invention. La lingotière (ou le moule) représentée à la Fig.l comporte une première paroi interne 1 et une seconde paroi externe 2 entre lesquelles sont ménagés une série de canaux verticaux tels que 4, dans lesquels peut circuler, généralement du bas vers le haut, un liquide de refroidissement tel que de l'eau. Le sens de circulation du flux d'eau est indiqué par les flèches portées dans le canal 4. Les parois 1 et 2 peuvent être solidarisées par exemple par des vis (Fig.2). Les canaux 4 peuvent être réalisés de deux manières, illustrées aux Fig.2 et 3. Dans le cas de la Fig.2, les canaux 4a forment des rainures verticales réalisées dans la paroi interne 1, généralement en cuivre, ce qui augmente la surface d'échange thermique paroi-eau. Dans le cas de la Fig.3, les canaux 4b sont délimités par des entretoises 9 maintenant écartées la paroi interne lb et la paroi externe 2. Les canaux 4b forment alors un espace presque continu entre les deux parois. La lingotière contient un bain de métal liquide 5 dont la surface forme un ménisque Sa, et qui se solidifie progressivement au contact de la paroi interne 1, en formant une peau solidifiée 5b. Dans chaque canal 4 au moins une ailette 6 est articulée rotativement sur l'une des parois, par exemple sur la paroi intérieure 1, autour d'un axe horizontal 7 disposé sensiblement au-dessous du niveau du ménisque 5a. Les ailettes 6 peuvent basculer autour des axes 7 entre une première position dans laquelle elles sont escamotées à l'intérieur de dégagement correspondant 8 formé dans la paroi interne 1 en affleurant la surface de celle-ci, et une seconde position angulaire, régla bler dans laquelle elles s'étendent transversalement dans les canaux 4 avec une inclinaison déterminee. Les axes 7 sont placés sur les côtés inférieurs des ailettes 6r afin que le flux d'eau, qui circule de bas en haut dans les canaux 4, puisse s'écouler sur la surface des ailettes 6 lorsque celles-ci basculent hors de leurs dégagements 8. Ainsi lorsque les ailettes sont inclinées par exemple comme représenté à la Fig.1, elles provoquent une perturbation de l'écoulement et un décollement du film de liquide de la surface intérieure de la paroi 1. Ce décollement diminue, à hauteur des ailettes 6, le flux thermique extrait du bain de métal liquide 5 par le film d'eau de refroidissement. Les ailettes 6 peuvent également être articulées sur la paroi extérieure 2. Grâce aux ailettes 6r on influence donc localement l'écoulement du flux de liquide réfrigérant, donc le flux thermique évacué du bain 5 et par conséquent le processus de solidification de celui-ci au niveau des ailettes, c'est-à-dire approximativement au niveau du ménisque 5a. Afin d'éviter tout déséquilibre entre deux canaux consécutifs 4 r on positionne. les ailettes 6 de la même façon dans l'ensemble des canaux - Les moyens de commande de la rotation des ailettes 6 peuvent être tout dispositif approprié pour entraîner leurs axes 7 en rotation, tels que par exemple moteurs, systèmes de biellettes etc. Ces moyens de commande peuvent être pilotés à partir de la mesure de flux thermique extrait du bain 5, à partir de thermocouples 11, 12 noyés dans la paroi interne 1, sensiblement au niveau du ménisque 5a et placés à deux endroits plus ou moins éloignés dans la direction horizontale, de la surface du bain 5.Ces deux thermocouples Il et 12 mesurent la température de la paroi 1 à ces endroits, de sorte que connaissant la conductivité du métal constituant la paroi 1 (cuivre), il est possible d'en déduire le flux thermique, par des moyens connus en soi et non représentés. En variante, il est possible de disposer les ailettes 6a (Fig.4) basculantes autour d'axes horizontaux 7a montés entre les parois 1 et 2, notamment au milieu des canaux 4, les axes 7a étant positionnés comme les axes 7 sensiblement au dessous du niveau du ménisque 5a. De même selon un autre mode de réalisation de l'invention1 les moyens de réduction localisés de la section des canaux comportent des ouvertures 13 traversant la paroi externe 2 sensiblement au dessous du niveau du ménisque 5a (Fig.5), et adaptés pour recevoir des injections de gaz (Flèche F) provenant d'une source non représentée. Il est à noter que si le liquide de refroidissement s'écoule de haut en bas, les ailettes 6, 6a ou les trous 13 seront alors prévus légèrement audessus du niveau du ménisque 5a. REVENDICATIONS I. Lingotière de coulée continue de métal liquide, comportant une première paroi (1) et une seconde paroi (2) entre lesquelles sont ménagés des canaux (4) à l'intérieur desquels peut circuler un liquide de refroidissement du bain (5) de métal liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (7, 7a, 13) pour modifier localement le régime d'écoulement du liquide de refroidissement au niveau de la surface du bain de métal liquide, afin de limiter le flux thermique extrait du bain à ce niveau. 2. Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens (7, 7a, 13) sont situés légèrement en amont du niveau de la surface du bain, par rapport au sens d'écoulement du liquide de refroidissement. 3. Lingotière selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent des organes de réduction localisée de la section des canaux (4, 4a, 4b), par exemple des ailettes (7) articulées sur l'une ou l'autre paroi (1, 2), ou des ailettes (7a) basculantes autour d'axes horizontaux (7a) montés entre les parois, notamment au milieu des canaux. 4. Lingotière selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent des ouvertures (13) percées à travers la paroi extérieure (2) de la lingotière, et adaptées pour recevoir des injections de gaz. 5. Lingotière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de modification locale du régime d'écoulement du liquide sont commandés à partir de thermocouples (11, 12) noyés dans la paroi interne (1) de la lingotière, sensiblement au niveau du ménisque (5a) du bain (5), et positionnés pour mesurer le flux thermique extrait.