<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative à un procédé de coulée continue de métal en coquille en système fermé et à un dispositif pour sa réalisation.
Par système fermé, on entend tout système de liaison entre coquille et bassin de coulée où le métal liquide s'écoulant du bassin de coulée vers la coquille est canalisé dans un canal fermé assurant la liaison entre bassin de coulée et coquille ou lingotière, c'est-à-dire à l'abri de l'air.
D'après cette définition, tout système de coulée continue horizontale de métal en coquille est nécessairement un système fermé.
La présente invention consiste en un procédé de coulée continue de métal en coquille ou en lingotière en système fermé, caractérisé en ce qu'on établit en tout point du métal liquide dans la lingotière ou coquille une pression inférieure ou égale à la pression ambiante du lieu où s'opère la.coulée. Plus spécifiquement, on établit en tout point du métal liquide dans la lingotière ou coquille une pression . inférieure ou égale à la pression la plus faible qui règne à la surface de la billette dans la lingotière ou coquille.
Plus spécifiquement encore, on crée dans le métal liquide, en tout point de la surface de séparation du liquide et du solide à l'intérieur de la lingotière ou coquille, une pres- sion inférieure ou égale à celle qui règne en un point correspondant situé à l'extérieur de l'enveloppe solidifiée de la bi-llette, sur la perpendiculaire menée par le premier point à l'axe géométrique de la billette.
Selon un développement de l'idée inventive, on établit en un point quelconque du parcours du métal liquide entre le réservoir alimentant
<Desc/Clms Page number 2>
la lingotière ou coquille et celle-ci, une pression inférieu- re à celle du métal liquide dans la lingotière 'ou coquille, en vue de permettre un dégazage du métal, dont l'intensité . est réglable en fonction du taux de dépression.
L'invention est relative également à un dispositif pour effectuer la coulée continue de métal en coquille ou lingotière en système fermé, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux vases communicants dont l'un constitue un réservoir recevant du métal liquide et l'autre une cheminée présentant un ou plusieurs branchements conduisant à une ou plusieurs lingotières ou coquilles, l'extrémité de la cheminée opposée à celle par laquelle elle reçoit le métal liquide étant mise en communication avec'une source de dépression capable d'élever le niveau du métal liquide contenu dans' la cheminée au-dessus du point le plus haut du branchement conduisant le métal dans la lingotière ou coquille.
Le branchement conduisant à la lingotière ou à la coquille est disposé de telle sorte que son point le plus bas à l'endroit où le branchement se raccorde à la cheminée soit au-dessus ou au niveau du plan prévu normalement pour la surface libre du métal liquide contenu dans le réservoir d'alimentation de ladite cheminée.
L'invention pourra être mieux comprise en considé rant les dessins ci-annexés, dans lesquels : - Figure 1 représente une coupe axiale à travers une lingotière verticale système ouvert de coulée continue, montrant le ménisque et le "V" du métal liquide et la partie de la billette solidifie en voie d'extraction; - figure 2 représente une coupe axiale à travers le bassin de coulée et une lingotière horizontale montrant également le métal liquide et la partie de la billette solidifiée en voie d'extraction;
<Desc/Clms Page number 3>
- figure 3 représente un schéma de réalisation du procédé de coulée continue de métal en coulée horizontale, en système fermé en dépression, suivant l'invention; - figures 4 et 5 représentent deux autres modes de réalisation d'un dispositif suivant l'invention.
On voit à la figure 1, en coupe longitudinale, le schéma d'un dispositif de coulée continue. 1 désigne la lingotière, 2 la billette formée, dont la partie liquide ou V est désignée par 3. 4 réprésente une gaine de refroidissement entourant la lingotière suivant une technique habituelle.
Le pour \ marque le début de la solification dans la lingotière. La direction de celle-ci est indiquée par l'axe OX.
Lorsque, dans le cas de la coulée verticale en système ouvert (figure 1), on étudie le système des forces appliquées en surface de l'enveloppe solidifiée de la billette au repos, on arrive à la conclusion que leur résultante en tout point d'une génératrice o x de la billette est généralement dirigée de la surface de la billette vers l'intérieur et tend par conséquent à dégager la billette.
En effet, au contact du ménisque et de la lingotière, il y a d'abord la tension superficielle qui tend à dégager le métal de la paroi de la lingotière. Dès qu'une pellicule solide se forme, c'est-à-dire immédiatement en dessous du point 0, la force de contraction thermique, fonction de l'épaisseur de l'enveloppe solifiée et de sa température, agit dans le même sens.
A l'action de ces forces dites positives parce qu'elles tendent à dégager la billette, est opposée la pression statique du métal liquide dans ce qu'on appelle le V liquide et qui varie linéairement suivant o x .
<Desc/Clms Page number 4>
La facilité avec laquelle la billette est tirée dans ce système ouvert semble indiquer que l'équilibre des forces positives et négatives est favorable au dégagement de la billette et cela tout particulièrement au point o et immédiatement en dessous, c'est-à-dire précisément dans la zo- ne de l'enveloppe solidifiée mince où des ruptures de cette enveloppe sont à craindre.
Le cas de la coulée continue en système fermé hori- zontal est représenté à la figure 2 qui montre en coupe verticale un dispositif de coulée horizontale. Les notations sont les mêmes qu'à la figure 1. Le réservoir ou bassin de coulée alimentant la lingotière est désigné par 5. Le métal liquide 3 subit la pression ambiante au niveau N.
Dans le cas de la coulée continue en système fermé, vertical, incliné ou horizontal, on constate que la pression statique du métal liquide qui, dans le système vertical ouvert, était nulle à l'entrée de la lingotière et très faible immédiatement en dessous, atteint ici une valeur considérable et certainement supérieure à la valeur de ,la contraction thermique qui lui est opposée.
Il en résulte l'écoulement plastique de l'enveloppe solidifiée mais très chaude encore, et celle-ci est pressée contre la paroi intérieure de la lingotière. Au démoulage, il en résulte des forces de friction suffisantes pour rompre l'enveloppe solidifiée. C'est effectivement ce qui a été constaté au cours de très nombreux essais de coulée continue horizontale.
En extraction continue, la rupture de la billette se produit invariablement dès le début de l'opération. En extraction discontinue, des temps d'arrêt judicieusement calculés permettent la consolidation de l'enveloppe par soudage mais n'écartent pas le danger de propagation de la zone de rupture
<Desc/Clms Page number 5>
vers la sortie de la lingotière avec la percée du métal liquide comme conséquence, ou, en tout cas, ne permettent guère l'obtention d'une billette sans les défauts de surface constitués principalement par les anneaux de soudure.
Dans la. présente invention, on a recours à un artifice permettant de contrebalancer l'effet de la pression statique du métal liquide et de réaliser un système de forces appliquées tel que la résultante soit positive, c'est-à-dire dirigée de la surface vers l'intérieur en chaque point de l'enveloppe solidifiée de la billette. Le nouveau procédé de coulée continue en dépression permet en même temps le dégazage du métal liquide.
Le principe peut être étudié sur le dessin de la figure 3 qui représente schématiquement un des dispositifs de réalisation.
Le métal liquide 3 est versé dans un bassin de coulée 5 en communication par un siphon 6 avec un compartiment ou cheminée 7 qui dans le présent dispositif de réalisation est une colonne cylindrique creuse. La lingotière s'y rattache en 8,
9 représente une enveloppe métallique étanche proté- gée contre le métal liquide par un revêtement réfractaire représenté par les parties hachurées. La partie supérieure 10 de cette enveloppe forme une chambre 11.
En reliant l'orifice supérieur 12 de l'enveloppe métallique étanche.9,10 à une pompe à vide, on fait monter le métal liquide dans la colonne 7, jusqu'à un niveau situé à une hauteur N' au-dessus du point le plus bas de la lingotière et réalisant ainsi une dénivellation H correspondant à l'équilibre : p c = p a -H.d
<Desc/Clms Page number 6>
où d est la densité du métal liquide, Pa la pression atmosphérique, Pc la pression dans la chambre 11.
On comprend que la dépression créée dans la chambre 11, au-dessus du métal, peut être réglée à une valeur optima en rapport avec l'intensité de dégazage désiré.
Si l'on appelle Ps la pression en un point quelconque 13 à la surface de l'enveloppe solidifiée de la billette et Pi la pression en un point 14 de l'interface solide-liguide situé sur la perpendiculaire abaissée du premier point sur l'axe de la billette, on peut écrire les équations suivantes :
Pi = p c + hd (2)
Ps=Pa-x (3)
En général, la valeur de x sera voisine de 0 car dès' qu'il existe le moindre espace entre l'enveloppe solidifiée de la billette et la paroi intérieure de la lingotière, la pression qui règne dans cet espace sera sensiblement égale àla pression atmosphérique.
La billette aura tendance à se détacher de la paroi ,de la -lingotière en évitant les ruptures, si
Ps- Pi > 0
En remplaçant dans,cette expression Ps par sa valeur tirée de (3) et Pi par sa valeur tirée de (2), et en y introduisant la valeur de p tirée de (1), on a :
EMI6.1
Ps - Pi = (H-h)d-x > 0 Comme on a remarqué que x est sensiblement nul,
EMI6.2
la condition p -p.> 0 sera réalisée si H y h. Comme h peut être au maximum égale à H'. la condition à satisfaire sera
EMI6.3
H J Ht en tenant compte d'une condition limite.
Du point de vue constructif, ceci signifie que le point le plus bas du départ de l'embranchement menant à la lingotière doit être
<Desc/Clms Page number 7>
au-dessus ou au niveau du plan prévu normalement pour la surfa- ce libre du métal liquide contenu dans le réservoir d'alimen- tation.
On voit que la différence positive ps-Pi est réglable, ce qui permet d'adopter la valeur optima en rapport avec la nature du métal et les conditions opératoires.
@
Ainsi donc, le procédé faisant l'objet de la présen- te invention permet de réaliser un équilibre de pressions assu- rant un dégagement de l'enveloppe solidifiée de la billette au moins aussi favorable et généralement plus favorable que dans le cas de la coulée continue verticale en système ouvert (figure 1). Il est bien entendu que l'invention est applica- ble également au cas de la coulée verticale ou inclinée en sys- tème fermé.. :
La figure 4 montre une autre forme de réalisation dans laquelle l'un des vases communicants constituant le dispo- sitif a une forme annulaire. La cheminée plonge dans le bain de métal liquide contenu dans le bassin 5 d'une- quantité régla- ble par le déplacement du bassin 5 par rapport à la cheminée 7, ce qui permet de régler H-H'.
La figure 5 représente une autre forme de réalisation qui permet également, par déplacement du bassin de coulée, le réglage de H-H' entre les limites plus larges encore,voire jusqu'à H-H' = 0. Le réservoir 5 et la lingotière sont reliés par un canal en forme de siphon au sommet duquel est disposée la chambre d'aspiration 11.
Dans certains cas, en rapport avec la nature du métal et le débit de coulée, il peut être utile ou nécessaire même de chauffer le métal. Le chauffage électrique est facile à réaliser soit par une (15) ou deux (15 et 16) bobines d'induc- tion moyenne fréquence, tel que montré schématiquement et à titre d'exemple dans le dessin des figures 3 et 4.
On peut également appliquer un chauffage à fréquen- ce du réseau auquel cas la colonne 7 doit être remplacée par,-' un canal fermé sur lui-même ou sur le bassin de coulée,ou ,
<Desc/Clms Page number 8>
bien le chauffage peut être appliqué dans le bassin de coulée lui-même, par exemple par induction à fréquence réseau, type four à canal.
Il est,d'autre part, évident qu'on aura avantage, au point de vue capacité de production de l'installation, à raccorder plusieurs lingotières sur une même colonne ou un même canal de profil et de dimensions adéquates ou plusieurs lingotières sur plusieurs colonnes ou canaux raccordés à un même bassin de coulée.
REVENDICATIONS. -
1.- Procédé de coulée continue de métal en coquille ou en lingotière en.système fermé, caractérisé en ce qu'on établit en tout point du métal liquide dans la lingotière ou coquille une pression inférieure ou égale àla pression ambiante du lieu ou s'opère la coulée.