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Cette invention est relative à la production de lingots ou autres corps coulés en acier calmé. Plus particulièrement l'invention concerne des procédés pour l'exécution d'un moulage d'acier où lorsque l'acier en fusion a été coulé dans un moule et avant que le corps en acier en fusion ne soit complètement solidifié, une énergie thermique est appliquée à la surface su- périeure de ce corps en vue de maintenir une mare ou une nappe d'acier li- quide jusqu'à ce que les autres parties de la pièce moulée aient été solidi- fiées.
Lorsque des lingots sont coulés en acier calmé, il est habituelle- ment fait usage d'une tête de chauffe placée sur le sommet de la lingotière proprement dite ou introduite dans la partie supérieure de la lingotière, en vue de régler et de réduire la formation de canaux ou retassures et de réduire le volume de la partie de la pièce coulée qui doit être coupée. Il est également connu d'appliquer pendant la solidification du lingot une énergie thermique au métal oontenu dans la tête de chauffe au moyen de flammes oxyacétyléniques dirigées sur la surface du métal ou au moye- d'un arc électrique maintenu entre la surface du et une électrode.dont l'extrémi- té est immergée dans un lit de scorie ou de fondant recouvrant cette surfa- ce.
Les procédés mentionnés en dernier lieu ont dans beaucoup de cas eu pour effet d'augmenter notablement le rendement en acier sain. Toutefois la per- te de métal subsistant encore est généralement assez grande pour rendre extrê- mement désirables d'autres perfectionnements, particulièrement dans la pro- duction de lingots de grandes dimensions pour lesquels il µ a lieu d'emplo- yer une tête de chauffe ayant un diamètre interne d'une grandeur correspon- danteo
La présente invention a pour but principal de procurer un procédé perfectionné d'exécution d'un moulage en acier calmé donnant lieu à un ren- dement particulièrement élevé en métal sain.
Un autre but est de procurer un procédé pour la formation d'un lingot en acier calmé où la solidification du lingot est réglée de telle manière que les impuretés qui se trouvent dans le corps de métal se concentrent en une couche relativement mince au sommet du lingot solidifié. Un autre but est de procurer un procédé pour la produc- tion d'un lingot en acier calmé où l'extrémité supérieure du lingot solidi- fié se termine par une surface pratiquement plane entourée seulement d'une mince nervure annulaire.
Un autre but encore est de procurer un procédé pour la formation d'un corps moulé en acier calmé où la quantité d'énergie thermi- que qui doit être appliquée à la surface supérieure du corps de métal pour maintenir la nappe d'acier liquide est relativement faible,même dans le cas de lingots de grandes dimensions,
Suivant une caractéristique principale de l'invention, un réglage perfectionné de la répartition de la température et de la marche de la so- lidification dans la partie supérieure du corps coulé est assuré du fait que l'énergie thermique est appliquée non seulement à la surface supérieure du corps de métal, comme dans les procédés connus, mais aussi à l'extérieur de la partie du moule délimitant la partie supérieure du corps de métal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront clairement de la description de diverses manières de la mettre en pra- tique donnée ci-après avec référence au dessin annexé, dans lequel :
Fig. 1 est une vue en coupe verticale de la partie supérieure d'un moule ou d'une lingotière pourvu d'une tête de chauffe propre à réali- ser la présente invention.
Figs. 2 et 3 représentent chacune une vue prise de la même manière que la fig. 1 des parties supérieures d'un moule ou d'une lingotière pourvue d'un autre type de tête de chauffe propre à réaliser la présente invention.
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La lingotière représentée sur la fig. 1 se compose d'un corps prin- cipal en fonte 1, ou lingotière proprement dite, et d'une tête de chauffe ou tête à masselotte reposant sur le bord supérieur de la lingotière propre- ment dite. La tête de chauffe est constituée par une enveloppe extérieure 2, en Matière réfractaire, par exemple en briques réfractaires et une pièce intérieure conique en tale d'acier 3, dont le fond est pourvu d'un rebord
4 introduit entre la lingotière 1 et l'enveloppe extérieure 2. L'espace an- nulaire formé entre le cône 3 et l'enveloppe extérieure 2 contient un rem- plissage 5 de coke ou de charbon ou une matière combustible similaire.
Pour produire un lingot on verse une charge d'acier calmé dans la lingotière jusqu'au niveau indiqué par la ligne en traits interrompus 6. Immédiatement après on dépose sur la surface du métal en fusion une certaine quantité de matière pulvérisée ou granulaire propre à engendrer des scories, de manière à former sur cette surface une couche ou une ouverture de scorie ou de fondant et un arc électrique est amorcé entre la surface de métal en fusion et une électrode, par exemple une électrode de graphite, dont l'extrémité est immergée dans cette couche ou cette couverture de matière génératrice de scories.
Le type d'électrode employé, la composition de la matière géné- ratrice de scories et le dispositif à l'aide duquel l'arc est amorcé et l'é- lectrode maintenue à une distance appropriée du niveau du métal liquide sont tous bien connus.dans le métier et il est inutile d'en donner ici une des - cription.. Le remplissage de coke ou de charbon est enflammé par la chaleur du métal en fusion et brûle lentement dans l'air ayant accès par l'extrémité supérieure ouverte de l'espace annulaire. La chaleur engendrée par le combus- tible en agitation aide l'arc à maintenir une mare ou nappe de métal liquide sous la couverture de scorie pendant la période de solidification du lingot.
Une conséquence particulière de l'augmentation de température de la partie (cône 3) de la tête de chauffe en contact avec le corps métallique, provoquée par la couche enveloppante de combustible en ignition, est que la mare de mé- tal liquide devient notablement plus large que dans une tête de chauffe de type conventionnel. Pour obtenir les meilleurs résultats, la quantité d'éner- gie calorifique développée par l'arc et par-'33. couche de combustible en igni- tion, respectivement, doit être réglé de telle manière que la mare de métal liquide s'étend approximativement sur toute la largeur de la pièce 3 pendant la majeure partie dé la période de solidification du lingot.
En règle géné- rale, il est préférable de maintenir l'arc à peu près pendant toute la pé- riode de solidification du lingot, c'est-à-dire jusqu'à ce que la baisse de niveau. de la.mare de liquide soit arrêtée. Le courant de l'arc électri- que peut être maintenu à une valeur constante pendant toute la durée du trai- tement ou il peut varier en une ou plusieurs étapes au cours du traitement, par exemple suivant un programme de temps prédéterminé en suivant l'obser- vation du niveau de la mare de métal liquide. La quantité de combustible contenue dans l'espace 5 doit être suffisante pour toute.-la période du traitement, car l'introduction de combustible frais au cours de celui-ci est susceptible d'occasionner des difficultés.
De préférence, la majeure partie du combustible ne doit pas avoir été consumée lorsque le traitement est ter- miné, c'est-à-dire lorsque toutes les parties du lingot ont été solidifiées.
La ligne 7 représente le contour de'la surfacesupeieure du lingot solidifié, la couche de scorie figée qui repose dessus n'étant pas représentéeo Comme c'est indiqué cette surface présente une forme pratiquement plane à l'excep- tion d'un mince rebord ou nervure circonférentiel formé par le métal solidi- fié au contact du cône 3 pendant la période du retrait. A titre de comparai- son, la ligne 8 indique le contour approximatif de la partie supérieure d'un lingot traité de la même manière, mais en remplaçant la couche de com- bustible 5 par une couche de sable réfractaire. La forme représentée peut ê- tre considérée comme typique pour la partie supérieure de lingots traités par chauffage à l'arc électrique dans les têtes de chauffe de type usuel.
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On remarquera que le volume de métal contenu dans la nervure du lingot obte- nu par le procédé suivant l'invention est beaucoup plus faible que le volu- me de la nervure ou de la paroi de cratère correspondant du lingot obtenu par le procédé connu. Les ségrégations et les impuretés qu'on trouve toujours dans la partie supérieure d'un lingot d'acier calmé sont pratiquement concen- trées dans la mince couche située immédiatement en-dessous de la surface su- périeure plate de telle sorte qu'on ne doit enlever qu'une mince tranche de métal de la partie supérieure du lingot pour obtenir un corps de métal parfaitement sain de composition homogène.
Figo2 montre un mode de réalisation de l'invention avec une tête de chauffe de type différent où la pièce intérieure en tôle métallique pré- sente une partie cylindrique 9 et une partie conique 10. La partie conique sert à franchir ou atténuer la transition entre la section transversale de la partie cylindrique 9 et la section transversale du moule proprement dit
11. La couche de combustible solide 12 supporte une bague en fonte 13 qui maintient le combustible dans un état uniformément tassé pendant la période de combustion et qui sert aussi à limiter l'accès de l'air au combustible.
Le volume d'acier en fusion versé dans le moule est réglé de telle façon que la surface supérieure 14 du lingot solidifié se trouve approximativement au même niveau que le bord inférieur de la partie cylindrique 9 de la pièce en tôle métallique. La ligne 15 indique le niveau du métal lorsqu'il vient d'être coulé. Les conditions de température doivent être réglées de telle façon que le volume du métal qui se solidifie sur la partie cylindrique 9 est insensible ou ne dépasse pas 1/2 % du poids total du lingot. Ainsi; le volume de l'espace délimité par la partie cylindrique 9 en-dessous du ni- veau 15 est approximativement égal au retrait du corps de métal en cours de solidification.
Fig. 3 montre un autre type de boite ou tête chauffe qui peut être employé pour la réalisation de l'invention. Dans ce cas, l'esapce entre la pièce en tôle 16 et l'enveloppe extérieure réfractaire 17 contient un remplis- sage de sable de fonderie, de poussier de dolomite ou d'une matière réfractai- re meuble similaire dans lequel et noyé un élément chauffant électrique annu- laire 19 fournissant l'énergie thermique additionnelle nécessaire suivant l'invention. De préférence cet élément chauffant doit être mis en circuit à l'avance, de façon à chauffer complètement la boite chaude avant la cou- lée de l'acier.
Lorsqu'on emploie une couche de charbon solide pour fournir l'é- nergie calorifique additionnelle nécessaire comme dans les cas représentés sur les fige. 1 et 2, le degré de chauffage obtenu est influencé par plu- sieurs facteurs comme la composition et le calibre du combustible et l'ad- mission d'air au combustible, l'un ou l'autre ou plusieurs de ces facteurs pouvant être utilisés pour régler la chaleur. Dans certains cas, il peut être utile d'employer un mélange de morceaux de combustibles et de morceaux de réfractaires, au lieu de combustible seul.
Pour obtenir la quantité d'air nécessaire à la combustion, il peut être quelquefois utile ou nécessaire d'établir des conduits spéciaux ou des lumières pour admettre l'air au com- bustible et/ou pour évacuer les produits de la combustion, particulièrement lorsque la hauteur de la couche de combustible est relativement grande.
Par exemple une tête de chauffe du type général de la fig. 1 peut être pour- vue de lumières radiales à la partie inférieure de l'enveloppe extérieure 2 ou bien des pièces d'écartement peuvent être introduites entre celle-ci et le rebord inférieur 4 du cône 3 pour former une rainure annulaire en- tre ces pièces. Dans une autre variante, un cône ou un manchon supplémentai- re perforé est disposé entre la.couche de combustible et l'enveloppe exté- rieure de façon à ménager entre elles un espace libre ou un conduit auquel 'l'air a accès à son extrémité supérieure.
Ces diverses dispositions possi-
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blés ne sont-mentionnées qu'à titre d'exemple. Des soupapes ou des regis- tres convenables peuvent être prévus pour permettre un réglage facile du degré d'admission de l'air au combustibleo
La pièce intérieure en tôle dela tête de chauffe peut être pourvue d'un revêtement en matière réfractaire sur l'une des faces ou sur les deux, de préférence sur la face tournée vers le combustible, afin de prévenir le contact direct entre le combustible et le métal liquide si la pièce en tô- le devait fondre ou brûler entièrement-,On peut aussi construire la paroi interne de la tête de chauffe entièrement en matière réfractaire,
par exem- ple en alumine aggloméréeo
L'enveloppe extérieure de la tête de chauffe ne doit pas nécessai- rement être exécutée en matière réfractaire et peut être faite, par exemple, en fonte ou en acier.
Au lieu d'un combustible nécessitant de l'air pour sa combustion, on peut aussi, tout en restant dans le cadre de l'invention, employer un mélange agissant exothermiquement ayant un degré de réaction relativement bas, de'façon à développer de la chaleur approximativement pendant toute la pério- de de solidiifoation du lingot. On peut aussi assurer l'énergie thermique nécessaire par la combustion d'un combustible gazeux amené dans un espace ménagé entre la paroi interne et l'enveloppe extérieure de la tête de chauf- feo
Suivant encore une autre variante de l'invention, l'énergie ther- mique supplémentaire nécessaire peut être engendrée au moyen d'un inducteur disposé à l'extérieur d'une paroi interne métallique de la tête de chauffe.
Cet inducteur peut consister en un serpentin de tube de cuivre refroidi par circulation d'eau disposé à peu près de la même manière que l'élément chauffant ohmique 19 de la figo 3. L'inducteur peut être aménagé de façon à être excité par un alternateur à haute fréquence ou par le réseau de dis- tribution par l'intermédiaire d'un transformateur réducteur.
L'inducteur a pour effet de développer la chaleur non seulement dans la paroi interne de la tête de chauffe mais aussi dans la masse de métal qui y est enferméeo
Pour l'exécution du procédé suivant l'invention, il est générale- ment préférable d'appliquer l'énergie de l'arc aussi bien que l'énergie thermique additionnelle aussitôt que possible après que le métal a été cou- léo Toutefois, il est quelquefois diffioile d'éviter certains retards qui peuvent provoquer la formation d'un ciel ou d'une voûte plus ou moins complet au-dessus du corps de métal liquide. Pour fondre ce ciel ou cette voûte, ou pour 1. empêcher de se former, une certaine quantité d'un mélange à réac- tion exothermique, tel qu'un des composés anti-retassures usuels, peut être appliquée au sommet du corps de métal après la coulée.
Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus avec référence par- ticulière à des lingots pourvus de têtes de chauffe, il doit être entendu qu'elle n'est pas limitée à l'emploi de têtes de chauffe et qu'elle s'étenc. à tous procédés couverts par les revendications ci-après quels que soient les dispositifs requis pour l'exécution de ces prpoédéso
REVENDICATIONS.
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