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La présente invention est relative à la coulée continue d'un métal et plus particulièrement à des dispo- sitifs pour extraire de anière continue la chaleur de la partie centrale d'un corps en matériau fondu alors qu'il est coulé, de manière continue, en un lingot ou une barre.
Dans la pratique habituelle de la coulée continue, le métal fondu est alimenté de manière continue dans une extrémité d'un moule tubulaire usuel ou chambre de solidi- fication. La chaleur est extraite du métal fondu au travers des parois latérales du moule, l'amenant à se solidifier et la barre ou lingot solide résultante est extraite de manière sensiblement continue de l'autre extrémité du moule
La chaleur qui doit être dissipée pendant la so- lidification de métaux coulés cette manière est amplement extraite an travers des parois latérales du moule et. à un degré moindre par conduction à travers la barre coulée.
Les parois latérales du moule sont habituellement munies de moyens de refroidissement?, tells que des passages au tra- vers desquels circule un agent de refroidissement, des ai- .lettes extérieures et autres. En général, à cause du fait que la vitesse de coulée avec un tel appareil est détermi- née par la vitesse avec laquelle la chaleur peut être extrai- te du métal fondu, à la fois la vitesse de coulée et la sur- face de la section transversale d'une pièce coulée d'une longueur donnée sont déterminées par la conductivité ther- mique à la fois dans l'á@at solide et fondu du métal ou de l'alliage qui est coulé et de l'efficacité avec laquelle la paroi latérale du moule extrait la chaleur.
En pratique ce- pendant, les vitesses de coulée peuvent être en outre limi-
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tées par d'autres facteurs qui affectent in bonne condition et les caractéristiques de surface du lingot tel qu'il sera exposé plus spécifiquement dans la discussion suivante. La présente invention procure un moyen par lequel de la chaleur peut être extraite non seulement au travers de la paroi du moule et la barre coulée dans une telle opération de coulée continuerais également de l'intérieur du bain métallique d'où on peut couler des lingots sains ayant des caraotéristi- ques de surface acceptables et ce avec des sections trans- versales plus grandes et plus rapidement qu'il n'était possi- ble antérieurement .
La présente invention procure un procédé et un ap- pareil de coulée continue qui permettent la coulée de lingots à un taux plus rande sans la formation de vides centraux et avec nains d'imperfections de surface .
En bref, suivant un aspect de la présente invention, une tige ou barre métallique passe de manière continue au travers d'un bain de métal fondu dans le creuset d'un appareil de coulée continue et dans la partie centrale de son moule, la barre ou tige de métal ayant la même composition que le bain fondu, d'où, de la chaleur est extraite de la partie centrale de la masse fondue de métal par la tige ou barre, la tige ou barre étant assimilée dans la masse de métal en solidification en vue de former un lingot doulé de manière continue de com- position sensiblement homogène.
De cette manière la quantité de chaleur extraite en un temps donné du métal fondu dans le moule est sensiblement augmentée permettant de ce fait la cou- lée de lingots de section transversale plus grande à un taux sensiblement plus élevé qu'il était possible d'atteindre an- térieurement .
La présente invention sera mieux comprise par la description détaillée suivante prise conjointement avec les
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dessins ci-joints et sa Pl!" '...('r3. exy)oc.3 dans les roven- dications annexées. Dans ces dessins: - la figure 1 est. une vue en coupe verticale d'une représentation schématique d'un appareil de coulée continue habituel;
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- les figures 2, 3, 4, 5 et 6 illustrent en section. verticale une partie de la. zone de solidification d'un tel appareil ;
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- les figures 7 et $ sont des sections .* -tic aies de la zone de solidification d'un tel a')-pa.rÚ1.;
- la-figure 9 est une section verticale d'un type différent d'appareil de coulée continue; les figures 10, 11 et 12 sont des sections verti- cales de représentations schématiques de formes d'exécution. de l'appareil de coulée continue de la présente invention
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:i2 se référant particulièrement wvx dessins, un appareil @e coulée continue est représenta schématiquement à la figure 1. Cet appareil consiste en un :reuset 1 contenant un bain de métal fondu 2 quiest alimenté de fanon sensible-
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ment continue dans un moule 3 #>.##> travers d'un orifice 4 dans le fond du creuset .
Le moule 3 ,,;.J-C, pourvu de Moyens cour '''n extraire la chaleur, lesauels sont illustrés sch,atÜ!UeJ.;:;i1; par des passages 5 pour réfrigérant au travers desquels nu réfrigérant circule grâce aux tuyaux d t oli!1i'2at;:"i;;i011 et clo retour 6 et 7.
Tel que représenté à la ligure 1, le .,:[t).l fOl1{1n :; #entre dans le moule 3 et y est refroidi r. ::=:;.s ce s j' i':. se solidifie, formant une barre ou lingot coulé C. Le lingot est extrait de manière sensiblement contint"? du foad du Moule par des rouleaux de pinçage 9 qui engagent par frietion la surface extérieure du lingot tel qu'illustré et peuvent être entraînés par un moteur. Bans-la zone de solidification dans
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le moule 3 une surface 10 de métal coulé, solide est en con- tact avec le liquide en cours de solidification et on s'y référera sous le nom d'"interface liquide à solide" ou plus simplement "interface".
La configurât ion de cet interface est un facteur limitatif de la vitesse à laquelle un appareil de coulée con- tinue donné peut fonctionner. En bref et à titré d'exemple, la modification de configuration de l'interface est illustrée schématiquement aux figures 2 à 6 , lorsque la vitesse d'ex- traction est augmentée, le diamètre du moule est accru ou l'extraction de la chaleur à travers le moule est diminuée.
Le métal'fondu 2 est représenté dans un moule ayant des parois parallèles 11. L'interface sépare le métal fondu 2 du métal solide ou lingot 8. Etant donné que les mêmes rela- tions entre moule, métal fondu et métal solide sont illustrées aux figures 2 à 6, les indices de référence n'ont pas été répétés aux figures 3 à 6, mais doivent être compris cornue s'y rapportant .
L'interface 10 illustré à la figure 2 est sensible- ment plane et serait difficile à produire ou maintenir dans un appareil tel que représenté à la figure 1. En vue de main- tenir l'interface 10 sensiblement plane dans un moule de cou- lée continue, sensiblement toute la chaleur extraite du métal fondu doit passer à travers @e lingot coulé 6 et aucune cha- leur ne peut passer à travers les parois du moule. Cette con- dition ne prévaut bien entendu pas dans un appareil habituel de coulée continue. La figure 2 n'a été insérée que pour illus- brer la configuration d'un "bout" d'interface dans un jeu de configurations illustrées dans la série des figures 2 à 6.
Des configurations d'interface semblables à celles illustrées aux figures 3 à 6 peuvent se produire et se pro- duisent dans un appareil habituel de coulée continue. Tel que
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représenté, on peut s'attendre à l'interface illustré par la figure 3 dans l'appareil lorsque le taux d'extraction de la chaleur par les parois du moule est élevé. La modification. progressive de la configuration de l'interface illustrée aux figures 3 à 6 peut être réalisée pour un moule ayant une sur- face de section transversale donnée, en augmentant soit la vitesse d'extraction du lingot tout en maintenant un taux sensiblement constant d'extraction de chaleur au travers de la paroi du moule, soit en diminuant le taux d'extraction de chaleur au travers des parois moule tout en Maintenant une vitesse plus ou moins constante d'extraction du lingot.
Dans la conception d'appareils habituels de coulée continue, des limitations de dimension et les caractéristiques mécaniques et thermiques des matériaux de construction disponibles fixent une limite supérieure à la vitesse avec laquelle le métal peut être coulé en continu.
Une forme.'de lingot défectueusement produit par l'extraction du lingot du moule d'un appareil habituel de coulée continue à une vitesse excessivement élevée, est il- lustrée par la figure 7. Le métal solide adjacent à la par- tie supérieure de l'interface a une surface de section trans- versale relativement petite et se rompt très facilement dans cette zone comme représenté en 15 par exemple.. Une vitesse d'extraction excessivement élevée favorise la dimension et la fréquence de telles ruptures qui, quoiqu'elles se "cicatri- sent" presqu'aussi vite qu'elles se forment, peuvent produi- re une surface inacceptable - . comme indiqué en 16 à la figure 7.
Cette condition est liée { a rapport) à la configuration de l'interface et peut être empêchée dans une large mesure ce en réduisant la vitesse d'extraction qui, Vautre part, aug- mente l'angle entre l'intersection de l'interface et la pa- roi latérale du monte..
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Une autre forme de lingot défectueux, fréquemment" rencontrée, due à une vitesse excessive d'extraction du lingot, est illustrée à la figure 8. Ici la configuration de l'interface a donné comme résultat la formation de vides centraux dans le lingot coulé. A nouveau on remédie , à pré- sent, à cet état ,en réduisant la vitesse d'extraction du lingot. Il est bien entendu que les deux formes de défauts représentées aux figures 7 et 8 peuvent se produire simulta- nément.
L'appareil représenté à la figure 9, qui forme le sujet d'une application différente par la même demanderesse comprend un creuset 20 muni d'un orifice d'entrée 21 dans son fond et au travers de laquelle un corps 22 de métal allon- gé de dimensions appropriées est alimenté en continu par des .rouleuax entraînés 23 qui engagent par frottement la surface du corps 22. Le creuset 20 contient un bain de métal fondu 24 ayant la même composition que le corps 22.
Le corps 22 extrait suffisamment de chaleur de la zone du bain immédiatement ad- jacente à sa surface lorsqu'il passe à travers;par quoi ,une quantité considérable de métal .fondu s@agglomère sur le corps, formant ainsi un corps 25 de composition sensiblement homogè- ne et de surface de section transversale sensiblement plus grande , comme illustré par le dessin.
Dans ce processus de coulée, on notera que la direction du flux de chaleur durant l'extraction de chaleur est vers le centre du corps accru, tandis que dans l'appareil habituel de coulée continue,tel qu'illustré par la figure 1, le flux de chaleur est dirigé extérieurement à partir du centre du lingot
On a découvert qu'un appareil habituel de coulée continue tel qu'illustré par la figure 1, pouvait être nota- blement amélioré si on pouvait prévoir un extracteur de cha- leur au moyen d'extraction supplémentaire de la chaleur du
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bain, en vue d'extraire do la chaleur de la partie centrane de la zone de solidification.
L'appareil représenté en coupe verticale à la fi- gure 10 est une renrésentation semi-schématique d'une forme d'exécution de la présente invention. Tel que représenté, le creuset 30 et le moule 31 ont des relations structurelles et fonctionnelles semblablesaux sturctures analogues repré- sentées à la figure 1. Bien que l'enroulement de refroidisse- ment 32 soit représenté comme étant extérieur, il est évi- dent clic- le moule 31 peut également bien être construit avec des passages de refroidissement intérieurs tel qu'illustré par la figure 1.
Un corps allongé froid ayant une section transver- sale appropriée est aligné axialement avec le moule 31 et est alimenté en continu dans le bain fondu 34 par des rou- leaux entraînés 35 qui engagent le corps par frottement.. Les compositions chimiques du corps 33 et du bain 34 sont sensi- blement identiques. La chaleur est extraite du bain fondu 34 par la tige ou barre 33 et de la matière solide du bain s'ag- glomère ou se dépose sur la surface de la tige ou barre, for- mant un interface 36. De la chaleur est extraite simultané- ment de la matière dans le moule et immédiatement au-dessus de celui-ci, par le moyen de refroidissement 32.
Tel qu'il- lustré, une partie substantielle de l'interface ainsi formé peut être disposé au dessus du moule dans le bain fondu. Tel au'on le notera, l'interface adjacente à la paroi du moule a une configuration cou@b@e rentrante.. La chaleur du volume relativement petit de matière fondue dans la partie rentrante représentée en 37 peut être rapidement extraite au travers de l'interface dans la barre formée 38 de sorte Due l'angle d'in- tersection de l'interface avec la paroi dû moule est moins aigu que celui représenté par exemple à la figure 7.
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pour des conditions d'opération comparables. De cette maniè- re, les défauts de surface teis que représentes à la figure
7 peuvent être évités pour des vitesses de coulée équivalen- tes.
De plus, du fait que la zone centrale 39 du lingot 38 contient de la matière solide ayant son origine dans le corps
33, tel qu'illustré par les lignes pointillées de la figure
10, des vides disposés centralement, tels qu'illustrés à la .... figure 8, sont empêchés. Il est évident que la vitesse avec laquelle la tige ou barre 33 est alimentée dans le bain 34 ne peut pas dépasser la vitesse avec laquelle le lingot 38 est extrait du moule 31.
L'appare.il de coulée continue représenté à la figu- re 10 démontre comment la présente invention peut être di- rectement appliquée à des appareils habituels existants du tyne représenté schématiquement à le. figure 1. On notera ici, quo tandis que dans la figure 10, les rouleaux d'entraînement
35 ont été représentés engageant et entraînant le corps al- longé 33, des rouleaux d'entraînement supplémentaires peu- vent également être prévus pour le corps coulé 38 s'il est jugé nécessaire .Tel qu'il est en outre illustré aux fi- gures 11 et 12,
des modifications peuvent être faites en vue de conformer la présente invention à différents entourages et conditions d'opération
La construction de la figure 11 peut être désira- ble dans les cas où un grand volume du bain de matière fon- due est nécessaire mais où on désire que le temps d'immersion du corps passant à travers le bain soit; réduit au minimum.
Dans cette forme d'exécution, le corps allongé 40 peut être guidé par des éléments de rouleau 41 qui pouvant être munis de moyens d'entraînement et agir de manière à Mouvoir le corps 40 si on le désire . Le corps 40 passe à travers le bain fondu 42 et dans le moule ou zone de solidification 43
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qui peut être muni de moyens de refroidissement 44. La pièce coulée 45, émergeant du moule 43, peut être engagé@ par frot- tement par des rouleaux d'entraînement 46 qui déplacent la pièce coulée 45 tel que représenté. De plus, il peut être désirable de fournir une atmosphère protectrice ou le vide sur la surface du bain 34.
Dans ce cas, une fermeture cou- vrant le dessus du creuset 30 peut être prévue et un orifice d'entrée pour le corps 33 peut y être prévue .
L'appareil représenté à la figure 12 illustre une forme d'exécution de la présente invention adaptée à la cou- lée continue d'un lingot dans une direction horizontale. Un tel dispositif est non seulement particulièrement adaptable à l'utilisation conjointement avec un appareil pour.le net- toyage continu de la surface du corps entrant, mais la sur-' face supérieure du bain fondu n'est pas obstruée,permettant de ce fait un libre accès en vue d'additions au bain, d'é- croûtage et autres opérations. Dans c ette forme d'exécution, le corps allongé 50 peut être guidé par les éléments de rou- leau 51 qui peuvent être munis de moyens d'entraînement et agissent pour déplacer le corps 50 si on le désire.
Le corps
50 entre dans le creuset 52 au travers d'un orifice d'entrée
53 en dessous de la surface du bain 54, passe au travers du bain et dans le moule 55 qui peut être muni de moyens de re- froidissement 56. L'orifice d'entrée 53 peut être avantageu- sement munie d'une ou de plusieurs chambres sous vide en vue d'empêcher l'aspiration d'air dans le bain 54. La pièce cou- lée 57, sortant du moule 55 peut être engagé,par frottement par des rouleaux d'entraînement 58 qui déplacent la pièce coulée '57 tel que représenté.
Tel que le comprendra facilement une personne aver- tie dans la technique de la coulée continue, tout appareil convenable capable de déplacer en continu soit le corps al-
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..on;; dans le creuset ou d'C::'}1aire la pièce coulée du moule, oeuf -?tre substitue aux rouleaux ij. friction cr[;r)..lés, expo- sés dans les diverses formes d'exécution de la présente in- veut ion .
B@en que l'appareil spécifique do la présente in- vention, réalisant un seul corps allongé froid 33 ait été illustré, on réalisera qu'une pluralité de corps semblables sensiblement parallèles, ayant chacun une plus petite sur- face de section transversale, peuvent être substitués au corps unique à section transversale plus grande et être ali-
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mentés simultanél:.cn-': dans le bain fondu.
De ce qui procède, il aooaraitra qu'une technique v::fectiontlés de coulée continue a été obtenue d 10ft, des vi- te.3ses de coulée notabi lent plus élevées peuvent être utili- sées ou'il n'était :acc: >ble ant/érieurement pour une qualité équivalente du nroduit . La présente invention peut être" mise en pratique avec n'importe quels métaux et alliages qui
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peuvent ftre coulés dells des appareils du type représenté à la figure 1. De tels ::;-taux et alliages c,apre.ilent par exem- ple, le bronze, le cuivre, le fer, l'acier, l'acier ino,aydable, l'aluuiniu.rn.1 les al lie 5e s d t aLIUJ.1iniur.1 et les alliages de nickel ainsi que d'a@tres trop nombreux pour être repris.
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De plus, la trafique de la z3r::sez?t,e invention permettra la coulée continue d'autres .Métaux qui 11 f aV;t.ient pu, antérie-3ra- nent, et '-? amenés à être coulas sous des appareils habituels lu fait C : la fornation de d.:¯' uts de lingots, tels que ceux illustrés par les figures 7 et @, qui avaient empêchés la fa-
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brication de oiecc-s coulées sain, ..
Dans la pratique de la présente invention,il est
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habÜue11rraent désirable que le corps allongé froid ait une surface proprs, relûtivc-ment exessate de graisse.} d=lui3e, de coudras dtoxyde iîaporfcantes et d'autres revôtenents fie surfa-
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ce qui peuvent produire des inclusions dans la pièce collée.
Etant donne des appareils pour le nettoyage continu et autre préparation de surface de tiges, barres, tubes, tôles et bandes, sont facilement disponibles dans le commerce et qu'ils ne font pas partie de la présente invention, il n'est pas jugé nécessaire de discuter davantage ces appareils.
Dans la description précédente de la présente in- vention, plusieurs exemples ont été présentés dans le but de d'un exposé complet, mais la portée de la présente invention n'est pas limitée aux formes d'exécution représentées.