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La présente invention est relative au traitement des lingots, d'acier et alliages ferreux ou autres, en lingotière ou moule, en vue de diriger la solidifi- cation de la tête du lingot.
Quel que soit¯Se mode de coulée en lingotière ou moules similaires et plus particulièrement lôrsqu'il s'agit de métaux ferreux coulés dans des lingotiè- res ouvertes à leur partie supérieure, on peut avoir intérêt à activer le figement de la surface du bain en fin de coulée ou même pendant la coulée (notamment dans la coulée par le bas, en source) dans le but d'éviter les épanchements et projec- tions d'acier par rupture de la croûte supérieure, notamment dans le cas des aciers effervescents et de réduire les creux et défauts de tête nécessitant des rebuts importants, ainsi que les ségrégations notamment de sulfures.
Dans le cas d'un acier calmé coulé en source, il est déjà connu d'arro= ser la surface du bain en fin de coulée, après un laps de temps, très limité d'ail- leurs par le figement du métal dans les canaux de source, afin d'amorcer le creux de retrait que l'on alimente tant bien que mal par une courte coulée de quelques secondes.
On a bien tenté un arrosage ou analogue dans le cas d'aciers non calmés 'effervescents), mais le danger que constitue le contact brutal de l'eau et du métal en fusion rend l'opération pratiquement impossible.
Dans les deux cas et surtout dans le cas des aciers effervescents, un arrosage fait sans précautions peut, en effet, provoquer l'explosion du lingot en cours de figement, au moment où tout danger paraît être écarté et des accidents mortels ont été ainsi provoqués. De cette manière, l'arrosage à l'eau ne.peut pour- suivre d'autre but que le figement brutal de la tête du lingot qui vient d'être coulé sans pouvoir ni choisir le moment ni régler méthodiquement l'endroit où le figement doit ou s'amorcer ou être accéléré et sans autre interruption physico- chimique qu'un refroidissement pur et simple.
L'invention a pour but de permettre, non seulement de refroidir de façon contrôlée la tête des lingots au moment choisi après la coulée, mais encore immé- diatement après l'arrêt du jet de coulée et même pendant le remplissage de la lin- gottière dans le cas de la coulée en source, avec la possibilité de localiser le refroidissement à l'endroit prédéterminé de la surface du bain, sans risques de projection et/ou d'épanchement de métal en fusion, et en vue d'éviter la formation de creux importants en tête du lingot, et les ségrégations.
L'invention a pour objet un procédé de traitement d'un lingot au cours de sa solidification en lingotière, remarquable notamment en ce qu'il consiste à refroidir d'une manière contrôlée la périphérie de la surface du métal coulé, en produisant du froid sur une portion périphérique de ladite surface par l'évapora- tion, sous l'action de la. chaleur dudit métal, d'un liquide que l'on apporte progressivement et maintient, sans possibilité de contact violent avec le métal coulé, sur ladite portion périphérique.
On peut utiliser: - soit un liquide et, en particulier, de l'eau, à l'état libre ; - soit une solution liquide et, en particulier, une solution aqueuse de n SiO2-m Na2O, le rapport Na2O/SiO2 étant compris par exemple entre 1/1,5 et 1/4; - soit de l'eau de constitution et/ou de cristallisation, libérée puis évaporée par la chaleur du métal coulé, en utilisant, par exemple, de l'acide borique BO3H3 qui contient 43,7% d'eau de composition, du borax (B4O7Na2, 10H 0 qui perd au chauffage son eau de cristallisation, ou un mélange de ces produits dans une proportion quelconque ou encore du carbonate neutre de sodium hydraté CO3Na2,10H2O que l'on pourrait utiliser également en solution aqueuse.
Le liquide, qu'il soit libre ou à libérer par la chaleur est disposé sur un ou au sein d'un support de retenue de forme telle qu'il recouvre ladite
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portion périphérique du lingot.
L'invention a également pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un dispositif destiné à l'application du procédé ci-dessus et constitué un support qui par la forme '(le sa face supérieure et/ou la nature de sa paroi .,ménage pour le liquide à vaporiser un réceptacle en forme d'anneau ou de cadre dont le contour correspond à celui de la portion périphérique de la surface du lingot à refroidir.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple:
La Fig. 1 est une coupe verticale, longitudinale, d'une lingotière pourvue d'un dispositif suivant l'invention, posé sur un lingot d'acier efferves- cent au cours du figement ; la Fige 2 est une vue en plan correspondante; la Fig. 3 est une coupe verticale transversale suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue analogue partielle, mais à plus grande échelle; la Fig. 5 est une coupe verticale d'une variante de dispositif suivant l'invention, en place sur un lingot d'acier calmé, coulé en source; les Fig.6 et 7 sont en vues en coupe verticale et en plan d'une autre variante du, dispositif; la Fig. 8 est une coupe verticale longitudinale d'un autre dispositif suivant l'invention, en place sur une lingotière;
la Fige 9 est une vue en plan correspondante; la Figo 10 est une coupe verticale transversale suivant la ligne 10-10 de la Fig.8; la Fige 11 est une coupe verticale à plus grande échelle que celle des Fige 8 à 10, d'un réseau de canaux à un premier stade de sa fabrication; la Fige 12 en est une coupe-;partielle suivant la ligne 12-12 de la Fig
11, perpendiculairement aux canaux; la Figo 13 est une coupe, analogue à celle de la Fige 11 de ce réseau à un autre stade de sa fabrication; la Fige 14 est une coupe similaire du réseau terminé formant le suppor en place sur la lingotière; la Fige 15 est une vue de par-dessous d'une portion de l'un des condui- de distribution du liquide;
la Fige 16 en est une coupe transversale suivant la ligne 16-16 de la Fige 15; la Fige 17 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, repré- sentant pour deux lingotières placées côte à côte, d'une part, des supports for- mant réceptacles annulaires placés à la partie supérieure des lingotières sur le métal coulé et, d'autre, part, un autre dispositif de distribution d'eau sur ces deux supports à l'aide de pommes d'arrosoir; la Fig. 18 est une vue en plan correspondante; le Fig. 19 est une coupe verticale à plus grande échelle de l'un des supports formant réceptacle;
la Fig. 20 est une coupe d'une bande de carton ondulée simple face à écrasement progressivement décroissant à partir de l'extrémité par laquelle est commencé l'enroulement en spirale de cette bande pour obtenir le support de la
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Fig. 19 ; la Fig. 21 est une coupe verticale de l'une des pommes d'arrosage, à plus grande échelle que celle des Fig. 17 et 18; la Fig. 22 est une coupe horizontale partielle suivant la ligne 22-22 de la Fig. 17, mais également à plus grande échelle; la Fig. 23 est une coupe verticale d'une variante de pomme d'arrosage; la Fig. 24 est une vue en plan partielle de son fond et une coupe de l'entonnoir auxiliaire disposé dans cette pomme.
Suivant 1 e x e m p l e l d'exécution représenté aux Fig. 1 à 4, le dispositif A suivant l'invention est destiné au contrôle du refroidissement de la tête d'un lingot 1 d'acier effervescent, coulé en chute, dans une lingotière L de section horizontale rectangulaire, à coins arrondis.
Ce dispositif A1 est constitué par un support ou cadre rectangulaire dont la forme en plan, plus petite que celle de la section interne de la lingotière L , est plus ou moins homothétique de cette section. La section transversale est en forme d'U; son fond 1 est plat et ses deux ailes externe 2 et interne 3 sont perpendiculaires à ce fond; l'aile externe 2 est plus large que l'aile interne 3 qui ménage un passage central libre 4.
Ce support A1, qui forme donc un récipient en forme de cadre ou d'anneau, peut être¯ en un matériau quelconque (tôle, carton plus ou moins calandré, papier épais, bois, matière plastique, etc...) bon ou mauvais conducteur de la chaleuro Ce matériau peut être poreux ou étanche à l'eau s'il est bon conducteur et il doit obligatoirement être poreux s'il est mauvais conducteur.
Son épaisseur doit être telle qu'elle ne soit pas un obstacle à l'effet refroidissant dû à l'évaporation du liquide sous l'effet de la chaleur dégagée par la tête du lingot que ce soit par : - conductibilité si la paroi du dispositif est en un matériau étanche au liquide et bon conducteur (métal par exemple); - par contact direct de ce liquide filtrant à travers la paroi poreuse si le matériau poreux (carton par exemple) n'est pas ou est mauvais conducteur de la chaleur; - par conductibilité et par contact si le matériau est bon -conducteur et porteux (métal en poudre par exemple).
L'épaisseur de la paroi du support A1, dans le cas notamment de la tôle; peut être de l'ordre du millimètre, voire même inférieure, quitte à prévoir, à l'intérieur du réceptacle de section en U formé, des nervures ou goussets de renforcement, lui conférant une solidité suffisante pour les manipulations et transports et, éventuellement, la récupération, car il peut, à volonté, être abandon né sur la tête du lingot ou récupéré après le figement définitif du lingoto
Pour permettre ces manipulations, le dispositif peut avantageusement comporter des anses 5 ou autres moyens similaires.
La rigole annulaire, constituée par le support A1peut: -soit être libre en vue de recevoir, au moment de l'emploi, de l'eau 7 ou une solution liquide, ou un produit contenantde l'eau de constitution ou de cristallisation, ou une masse fibreuse, (feutre, étoupe, copeaux, bandelettes, etc.) spongieuse (éponge naturelle ou artificielle), granuleuse (sciure de bois), pulvéru- lente ( argile broyé), poreuse (charbon de bois, pouzolanne par exemple) etc... comportant des cellules ou petits alvéoles qui, imprégnés d'eau ou d'une solution liquide, l'absorbent et la retiennent tout en permettant l'évaporation;
- soit être remplie à l'avance d'une telle masse qui pourra en être ren- due solidaire par tout moyen quelconque approprié, par exemple par un treillis ou
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tissu qui la recouvrirait et qui serait fixé par, agrafage, collage, etc.. sur le bord supérieur de l'aile externe 2, sur tout ou partie de son pourtour.
Ceci posé, le mode opératoire est le suivant.
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Lorsque la lingotière L a été remplie de l'acier non calmé, 6'est-à-dire d'un acier en fusion dégageant des gaz en quantités importantes au cours de sa solidifi- cation, on attend que la solidification périphérique (représentée par des hachure:
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ait atteint les lignes 8 (Fige 1 à 4), q'est-à-dire1une surface sensiblement homo- thétique de la surface interne 9 de la lingotière L et dont la section, dans le
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plan de la surface supérieure 10 du lingot est un rectangle abed (Fig.
2)o Cette solidification s'amorce forcément à la périphérie du bain au contact de la
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surface interne 9 de la'paroi froide de la lingoére L et se dirige vers l'axe.,
XX du lingot et de la lingotière, parallèlement à la surface interner de la lingotière à moins qu'une crasse, scorie,ou amas d'impuretésremontant du fond de cette dernière ne vienne amorcer un figement anticipé au centre, ce que l'on peut d'ailleurs éviter en;,jetant à la surface du bain un fluidifiant ou un produit approprié ou en écrémant le bain suivant des techniques connues.
A ce moment, on pose susr la surface 10 dans la.zone périphérique déjà solidifiée, le dispositif A1 dans lequel on a versé, au préalable, une certaine quantité d'eau en 7 et l'on n'a plus qu'à alimenter l'eau sans danger d'ailleurs à l'aide par exemple d'un jet d'eau réglable pour que le figement de la tête du lingot s'effectue dans les meilleures séditions, c'est-à-dire par un rétrécisse- ment progressif, centripète, de la section de la partie 11 non figée.
Les gaz qui se forment pendant la solidification des métaux ferreux effervescents constitués par la plus grande part de CO et d'une partie moins importante, notamment, de CO2, d'hydrogène, d'azote, se dégagent de plus en plus vers le centre de la tête du lingot, au fur et à mesure du rétrécissement
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du rectangle abcd, ce qui est contrôlé par le refroidissement dosé dû*à 1'évapora- tion de l'eau ?. 0"est là le procédé le plus rationnel en vue d'obtenir un'lin- got sain jusqu'à la solidification intégrale du lingot, et ce dans danger pour des motifs évidents.
Les profils en long de la partie non encore figée, à des stades succes- sifs du figement, sont représentés sur les Fig. 1 et 3 par les lignes en traits mixtes 12 et' 130 Au cours du processus, le métal s'élève quelque peu dans le passage central 4, ménagé par le dispositif et se fige, par exemple, suivant les
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profils 14 et in-extremis 14a représentés en traits mixtes (Fig-4), pratiquement sans débordement qui, au surplus, ne présenterait pas d'im,'eonvénient grave; le métal débordant serait recueilli dans le récipient annulaire formé par le disposit: où il se solidifierait.
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On notera qu'il sera toujours loisiule de faire redescendre le métal dan le trou central 4 du dispositif A1 à l'aide de l'un quelconque des matériaux connus pour leur action calmante sur l'acier effervescent (aluminium par exemple).
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De même, ce trou central 4 pourra être utilisé pour l'apport in-extrem. dans le lingot de tous éléments actifs tels que borax, fluorure de calcium ou de sodium, carbonate de sodium hydraté, chaux éteinte, silice en excès dans un silica- te de sodium hydraté, etc...
Sans ce dispositif A1, par contre - les aciéristes le savent à leurs dépens - la fermeture de la tête du lingot s'effectue de façon capricieuse, très souvent prématurément, en formant un pont transversalement au rectangle abcd, ce q donne lieu à des cratères multiples et à des épanchements d'acier occasionnant les méfaits connus de divers ordres ou encore des explosions de lingots bien après la fermeture de la tête du lingot.
Tous ces inconvénients sont donc évités grâce au dispositif selon l'inv@
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tion, en raison de la parfaite progressant du figement de la périphérie vers l'a: du lingot si ce lingot est de section sensiblement en forme de carré, de polygone
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gulier ou de cercle ou vers le plan de symétrie Y-Y (Fig.3), parallèle aux grandes faces si le lingot est de section rectangulaire plus ou moins aplatie comme repré- senté.
Tout ce qui précède est vrai, naturellement, quelle que soit la forme de la section transversale de la lingotière.
La Fig. 5 se rapporte à la coulée en source d'un acier calmé dans une lingotière dont la section horizontale peut être quelconque, carrée,'rectangulaire, circulaire ou autre.
En l'absence du dispositif suivant l'invention,,, il est connu, comme rappelé dans le préambule, d'arroser la surface supérieure du lingot pour accé- lérer le figement de sa tête.
L'acier calmé 13 se fige très rapidement à la surface du bain dans la lingotière L ,dès l'arrêt du jet de coulée en source 18 et très souvent pendant la coulée, ce qui se traduit par la formation, à la surface du bain, d'une croûte d'une épaisseur variable suivant la composition du métal coulé, mais au minimum dé l'ordre du centimètre..
On attend quelques minutes après la coulée' du lingot que cette croûte soit suffisamment épaisse et on arrose abondamment à l'aide d'un jet d'eau sous pression la tête du lingot en cours de figement, sans discernement et suivant une direction plus ou moins oblique, pour activer lâ formation du creux de retrait au sein du lingot où le métal reste encore à l'état de liquide et plus ou moins visqueux ou même pâteux, par exemple dans la zone pqrs; cet arrosage, fait sans mesure, ne promet pas de localiser de façon certaine la formation du creux de retrait dans l'axe..du lingot qui, de ce fait, ne peut pas être comblé comme il se devrait par une ou plusieurs ouvertures et fermetures successives du jet de coulé( en source faites après la coulée.
Ce mode opératoire, on le voit, est incertain et relativement dangereuxo Par contre, par le procédé et avec le dispositif A suivant l'invention, on peut former et remplir le creux axial du lingot de façon parfaite et évitér la formation de creux disséminés au sein du lingot.
Ce dispositif a, en plan, de préférence, une forme au moins sensiblement homothétique à celle de la section transversale de la lingotière L ; il est en tous points semblable à celui des exemples précédents mais on pourrait pour plus de commodité remplacer l'eau en 16 par une garniture d'étoupe imbibée d'eau, ou encore de sciure''on-'de charbon de bois humides dont les pouvoirs absorbants de l'eau sont considérables et ce avant de placer le dispositif à la surface'du bain, ce qui a lieu au plus, tard lorsque le niveau est en tu.
A ce moment 'on garnit le trou central 4 d'une poudre athermane et exothermique 17 conforme à l'une des nombreuses compositions connues, logée ou non dans une envelop- pe en papier ou en plastiquer Il en résulte que le jet de coulée 18 peut se faire un chemin en tu ( au lieu d'être bloqué par la couche superficielle déjà figée au centre, dans le processus usuel à arrosage non dirigé) et s'élever jusqu'à la hau- teur désirée alors que la masse fibreuse imbibée d'eau en 16 accélère le figement de la zone entourant le het de coulée en plus;
zone qui serait restée plus long- temps liquide ou pâteuse si on avait utilisé l'arrosage brutal qui oblige à atten- dre un certain temps pour que le contact direct de l'eau d'arrosage n'occasionne pas d'accidents, temps d'ailleurs très limité par.le figement de l'entonnoir et des canaux de coulée,en source, et ce d'autant mieux qu'on peut poser le dispositif A par des anses de manipulation 5 bien avant la fin de l'arrêt du jet de coulée.,
Un autre avantage considérable c'est que l'excédent de métal resté li- quide en 19 peut combler le cr'eux axial de retrait en totalité en calculant son volume, ce qui est possible.
Les Fig. 6 et 7 représentent l'emploi d'un autre dispositif A3 selon l'invention, dans le cas d'un lingot non calmé 1 dont-la tête a commencé à se solidifier à la périphérie dans la ligotière L suivant un arrondi 28.
Dans ce cas, on attend que la partie périphérique figée soit beaucoup
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plus épaisse et atteigne la ligne a1... d1 (Fig. 7). On pose alois sur la partie figée un cadre 29 alvéolé ou non et autour duquel est fixé à sa base un matelas ou un tissu 30 imbibé d'une solution aqueuse suivant l'invention comme elle a été déjà décrite précédemment. Cette masse fibreuse a une surface légèrement plus grande que la section transversale de la lingotière en tête du lingot en cours de figement, pour qu'en la forçant elle forme une sorte de cuvette On remarquera que l'ouverture ménagée par le cadre 29 est en plan ( en a2 ...d2) légèrement plus courte et plus large que la limite interne de la solidification de la partie périp] rique représentée par le contour a ....d1.
La fermeture du lingot s'effectue exactement comme il a été décrit plus haut à propos de 1'acier non calmé .
Il est à remarquer qu'on peut verser une solution aqueuse ou même sim- plement de l'eau en 31 suivant l'invention dans la cuvette qu'à formée la paroi so@ ple 30 si cela devenait nécessaire.
Il est également une particularité remarquable, c'est qu'on peut recouv le dispositif A d'un tissu 32 imbibé suivant l'invention, dans le cas où l'acier aurait des tendances à déborder du cadre;29, ce qui d'ailleurs ne présenterait aucun -inconvénient grave étant donné qu'il se figerait surement au contact du ma- telas 30 imbibé suivant l'invention.
Un matelas analogue pourrait, bien entendu, être utilisé dans les mples précédents, si nécessaire.
Suivant un perfectionnement du procédé suivant l'invention tel qu'il a été décrit jusqu'ici on peut graduer la production du froid de la périphérie vers le centre de la surface supérieure du lingot par une variation' dans l'apport du liquide au contact du métal coulé en faisant varier au moins l'une des données suivantes: la durée, la quantité et l'instant de l'apport et la perméabilité du support .
On peut ainsi régler à volonté à chaque instant l'épaisseur en chaque point de la couche périphérique du métal figé en surface, de manière que cette épaisseur décroisse suivant toute loi désirée de la périphérie vers la zone centrale non encore figée.
Par ailleurs, le support, qui peut, à volonté, être annulaire comme ceux décrits plus haut ou non, peut être constitué par un réseau de canaux parallèles ménagés par un ensemble de parois au moins partiellement incombustibles, ces cana étant perpendiculaireseaux deux grandes faces parallèles d'un volume de forme mépla te dans lequel est inscrit ledit réseau.
C'est ainsi que suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figo 8 à 16, le dispositif selon l'invention destiné au contrôle du refroidissement de la tête d'un lingot L4 d'acier effervescent coulé dans une lingotière L4 , est formé par la combinaison d'un support A4 d'eau ou autre liquide et d'un jeu de conduits B4 , destiné à la distribution contrôlée de ce liquide sur le support A4.
Ce support constitue un réseau de canaux parallèles 31 délimité par des parois 32 en papier fort, carton ou autre matériau soit incombustible par nature, soit plus ou moins ignifugé.
Ce support ou réseau est inscrit dans un volume de forme méplate à deux grandes faces parallèles de sections CC1 et DD1 sur la Fig.8. Sa forme en plan est telle qu'elle correspond à un très léger jeu en moins près, de l'ordre de quelques millimètres à un centimètre, à eelle du contour interne de l'entrée 33 de la lingotière L . Sa surface externe 34 est donc cylindro-prismatique. Les canaux 31 son. perpendiculaires à ces grandes faces. La longueur de ces canaux est de l'ordre de cinq à dix centimètres. Leur section est inférieure de préférence au centimètre ca@ ré.
Les grandes faces supérieure et inférieure du réseau des dénivellations concentriques avec des profils en long (Fig. 9) et en travers (Fig.10) symétriques
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respectivement par rapport à deux plans de symétrie perpendiêtUia'ires X-X et Y-Y qui correspondent lorsque le réseau A est engagé dans la lingotière à ceux de cette lingotière elle-même, au petit jeu en moins près précité.
Ces profils sont tels que ce réseau forme : - d'une part, sur sa surface supérieure, une cavité ouverte annulaire 35 constituant une sorte de gouttière destinée à recevoir le liquide ; cette gouttiè- re a une section verticale transversale trapézoïdale à c o i n s plus ou moins arrondis; cette section est, de préférence, constante sur toute sa longueur; - et d'autre part, sur sa face inférieure, un chanfrein externe 36 divers- géant vers la face supérieure, et une cavité centrale 37 convergeant vers cette même face.
Enfin les canaux 31, qui sont de section constante, sont plus ou moins obturés dans la portion du réseau située au droit de la cavité annulaire 35 et--ce de préférence, à la base des canaux. L'obturation croit progressivement depuis l'arête inférieure'38 fermée du chanfrein 36 jusqu'à une ligne fermée 39 qui est située dans la cavité centrale 37 et qui se projette en plan en dehors (ou à la limite sur) la projection du bord supérieur interne 40 de la cavité supérieure 35.
Le réseau A4 ¯peut très avantageusement être constitué à partir d'une bande de carton ondulé simple face enroulée sur elle-même. Cette bande est formée d'une feuille plane 41 (Fig. 12) sur laquelle est collée par les sommets de ses ondes une feuille ondulée 42.
L'enroulement de la bande peut être effectué sur un mandrin 43 dont la section, très mince, est homothétique de celle de la lingotière de manière que le bloc obtenu par l'enroulement (Fig. 11) ait en plan, perpendiculairement aux canaux 41, la forme de la section de la lingotière et.des dimensions telles qu'il peut pénétrer avec le jeu réduit précité dans cette dernière. Les deux grandes faces 44 et 45 sont alors planes et le bloc obtenu correspond exactement au volume dans lequel est inscrit le réseau terminé.
On peut également enrouler le carton ondulé simple face sous forme d'une couronne, puis la déformer dans le sens perpendiculaire aux canaux pour donner au bloc la forme désirée en plan.
Pour obtenir , à partir du bloc formé par l'un des procédés ci-dessus, le réseau A4 tel qu'il est représenté aux Fig. 8 à 10 et à la Fig. 14, on fait subir audit bloc, représenté en coupe transversale à la Fig. 11, les opérations successives suivantes: - on fait d'abord glisser les spires les unes par rapport aux autres de manière à lui donner la forme intermédiaire de la Fig.13; cette forme est telle que la surface plane supérieure 44 de la Fig.11 s'est creusée pour donner le canal de gouttière 35 cependant que la face inférieure.forme le chanfrein 36, une portion 46 parallèle au fond du canal 35 et la cavité 37 prolongée jusqu'à la ligne fermée 48 de raccordement à la surface 46 ; - on enfile ensuite des broches 49;
en acier ou autre matériau résistant, dans le bloc ainsi déformé pour maintenir les-spires dans la position relative qu'elles occupent maintenant ; - on trempe ce bloc dans un bain ignifugeant, constitué de préférence par unessolution de sillcate de soude ; les solutiosoqui donnent les meilleurs résultats sont celles dans lesquelles le rapport .:,¯2. est compris entre 3 et 4 tandis que le degré Baumé est compris entre 38 et Na2O 40 ; le degré d'ignifugation obtenu est fonction naturellement de la durée de trempage;
- enfin on obtient l'obturation partielle des canaux en soumettant le bloc ignifugé' et dont le silicate a fait prise à une compression dans le sens de la longueur des canaux de manière que la surface inférieure 46 remonte en 50
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pour relier directement les lignes fermées 38 et 39 (Fig.8, 10 et 14); pour effectuer cette compression qui déborde légèrement sur la surface de la cavité 37, il faut serrer le réseau entre une forme dont la surface épouse exactement-la forme de la face supérieure du bloc tel qu'il se présente à la Fig.13, et un. poing( dont la surface utile correspond à la surface finale 50 désirée; on constate que cette compression se traduit par une déformation 51 des parois du réseau, ces paro :
se mettent plus ou moins en accordéon et augmentent d'épaisseur au fùr et à mesure que leur hauteur diminue, de telle sorte qu'on provoque ainsi une obturation des canaux croissant de la ligne 38 à la ligne 48 d'intersection des surfaces 50 et 37 et sur laquelle l'obstruction, suivant les besoins, peut être totale ou rester partielle.
Enfin, le dispositif 134, d' arrosage comporte un support et un jeu de conduits d'amenée de l'eau ou solution aqueuse de traitement. Le support oompor (Fig. 8 à 10) deux tubes (ou tiges) parallèles 52 fixés en position réglable à l'a de de douilles 53 et de vis de blocage 54 sur deux paires de pieds 55 destinés à v nir reposer sur la tranche supérieure 56 de la lingotière L4.
Sous les tubes 52 est fixé un premier conduit 57 refermé en forme d'anneau de forme et dimensions telles qu'il peut être situé au-dessus du canal sa fin 35, tandis que sur ces tubes est fixé un conduit longitudinal 58 destiné à se trouver au droit de la portion médiane non obturée 59 du réseau A .
Chaque conduit 57 et 58 est pourvu de deux raccords 60, 61 ou 62,63 de ' aison rapide' et''facile' à deux condits souples d'alimentation 64 et 65 (Fig.9) reliés à travers des vannes 66,67 et à travers une vanne commune 68 à une conduite 69 d'alimentation en eau (ou solution aqueuse).
On peut ainsi brancher les conduits 57 et 58 soit dans la direction du grand axe de la section de la lingotiere, par les raccords 61,63 comme représenté s la Fig.9, soit suivant le petit axe de cette section, par les raccords 60,62 et ( 1 selon les conditions d'encombrement du sol de la fosse de coulée.
Les conduits 57 et 58 sont percés suivant leurs génératrices inférieure de trous 70 de sortie de l'eau ou autre liquide (voir Fig. 1.5 et 1'6).
Le fonctionnement est le suivant :
Le support A4 est posé sur le bain 14 d'acier ou autre métal fondu ause tôt que possible après la coulée, par exemple dans le délai d'une à six minutes, si la coulée a eu lieu,en chute. Dans le cas de la coulée en source il peut être posé avant.
Sur les Fig. 8, 10 et 14 on a supposé que le bain 14 a commencé à se figer en 71 et ce en "tige de botte" c'est-à-dire en formant un petit bourrelet supérieur périphérique 72, mais le figement peut se faire avec un congé plus ou moins arrondi.
Le support A4,du fait qu'il est ignifuge, par suite notamment de l'imprégnation au sillicate de soude, résiste parfaitement à la chaleur dégagée par le métal ; onnotera que le silicate se ramolissant à la chaleur, le support A devient légèrement souple ce qui lui permet de-.bien s'appliquer sur le bain de métal 1 . Si ce métal est de l'acier effervescent, le support ou réseau A freine l'effervescence de qui rapproche l'acier de son point de figement étant donné qu'il est en surfusion.
Mais, avant tout, le réseau A4 que l'on arrose d'eau ou d'une solution aqueuse, a pour but d'activer le figement périphérique, en d'autres termes de faire progresser le figement de la périphérie vers le centre, grâce au froid produit par l'évaporation de cette eau.
L'eau est d'abord admise à travers la vanne 67 et par l'un des raccord: 61 ou 60 dans le conduit inférieur 57 qui par ses trous 70 la déverse dans le canal ou gouttière 35.
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De cette gouttière, elle imprègne le carton, mai's surtout s'écoule vers le bas à travers les canaux verticaux 31. Elle est vaporisée par la chaleur émanant du bain de métal 1 et produit ainsi du froid qui accélère le figement périphérique du lingot en surface, cependant que le centre de cette surface est maintenu à l'abri du refroidissement par le matelas de gaz chauds remplissant la cavité centrale 37 et s'échappant par les canaux de la portion médiane 59 correspondante du réseau A4.
En raison de l'obturation progressivement croissante des canaux 31 entre les lignes 38 et 48, on comprend que la production de froid décroît de la périphérie vers le centre du réseau A. Par le choix de l'obturation des canaux entre ces lignes on est donc entièrement maître de la loi de figement. Le lingot se fige en tête suivant des contours successifs tels que ceux indiqués par les li- gnes 73 et 74 (Fig.14) progressant vers le centre, l'épaisseur de la partie figée décroissant dans le même sens, suivant une loi qui est sensiblement inversement proportionnelle de celle de l'obturation des canaux.
Dès .que l'on a obtenu le figement suivant la ligne 74 l'ouverture 75 du lingot est limitée à la partie située au-dessous de la portion 59 non comprimée du réseau A . Il est alors facile au moment opportun, en arrosant cette partie à l'aide du tuyau 58, de figer l'acier qui essaierait de monter par les canaux de ladite portion 59, mais on a la certitude que le figement s'étant fait suivant les lignes 73, 74 ce figement a alors suffisamment renforcé la périphérie déjà solidifiée de la partie supérieure du lingot pour éviter les projections par cette périphérieo En orientant la solidification, vers le centre de la surface du lingot on supprime tout risque d'explosion,
car la portion 59 du réseau A restée entière- ment perméable aux gaz sert en quelque sorte de "soupape" de sûreté jusqu'au blocage final du lingot, c'est-à-dire jusqu'à l'arrêt de la formation des gaz au sein du lingot. '
On notera en outre que les gaz qui se dégagent de la partie périphérique déjà figée à travers les dendrides de la transcristallisation périphérique sont obligée de suivre cette partie figée, ce qui ralentit leur montée à la périphérie et les concentre vers l'axe du lingot;
ainsi se trouve empêchée la formation d'un pont de métal figé c'est-à-dire l'obstruction de l'ouverture centrale et ceci est extrêmement important car cela donne le moyen de bloquer rapidement le lingot pour éviter les ségrégations des éléments que l'expérience a démontré comme étant renforcées par la montée prolongée des gaz. Il-
En bref, quelles que soient les erreurs ou les différences d'élaboration, le dispositif permet automatiquement un succès certain, en évaporant l'eau dans les canaux verticaux qui jouent parfaitement les rôles de régulateur de l'évaporation et le distributeur de l'eau d'arrosage.
A noter enfin que la surface inférieure 50 convergente vers le haut est favorable du point de vue sidérurgique, notamment lorsque l'acier a de fortes tendances remonter.
Dans l'exemple représenté aux Fig. 17 à 22, le dispositif est destiné à permettre 1'-application de l'invention, simultanément au métal coulé dans deux lingotières L5, disposées dans une fosse de coulée 91, bordée par une banquette 92 sur laquelle se déplace le personnel.
Dans les deux lingotières L5 le métal en fusion L5 a déjà été coulé et a commencé sa prise partielle à sa périphérie en 72 lorsqu'est posé, en surface du métal liquide, le support A . Chacun des supports A est constitué, comme représenté à plus grande échelle à la Fig. 19, par l'enroulement en spirale d'une bande de papier ondulé simple face formée (Fig.20) d'une bande plane 93 sur laquelle est col- lée, par les sommets alternés de ses ondes, une bande ondulée 94, de manière à former des canaux 95 transversaux à la bande.
Avant l'enroulement en spirale, les ondes de la bande ondulée 94 sont
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écrasées d'une manière dégressive depuis l'une des extrémités E de la bande compo- site de carton simple face,de telle sorte que les sommets libres des ondes sont situés dans un plan E F oblique à la bande 93, l'angle.au sommet x étant de l'ordr de quelques degrés et que les canaux correspondants 95a sont écrasés transversal en d'une quantité décroissante de E à F, à partir de F les canaux 95 ont leur section normale constante. Puis, la bande composite ainsi déformée est enroulée à partir de l'extrémité E, comme on le voit en E1, et ce jusqu'à l'autre extrémité de la bande.
Il en résulte que dans le disque circulaire ainsi formé, les canaux 95a de la portion centrale ont une section transversale qui augmente progressivement depuis l'axe Y-Y du disque jusqu'à une surface cylindrique délimitée par les li- gnes 96 et 96a équidistantes de cet axe, la portion du disque comprise à l'intérie de cette surface correspondant à la portion E F (Figo 20) de la bandeo
A partir de cette surface de section 96,96a jusqu'à la périphérie en 97,97a,les canaux 95 ont une section constante et par conséquent le disque pré- sente, dans la portion périphérique comprise entre les lignes 96,97 et 96a, 97a, une perméabilité, ou mieux une capacité d'emmagasinement du liquide de traitement, également constante,
cependant quelle'décroît progressivement de la spire située sur lignes 96-96a jusqu'à l'axe Y-Y, les canaux . correspondants 95a y étant de plus en plus écrasés.
Le disque ainsi obtenu est ensuite déformé dans un moule qui lui donne t sensiblement le contour en plan de la lingotière, par exemple celui à coins arron- dis représenté à la Fig.18, et enfin on lui donne une forme de cuvette en faisant glisser progressivement à la périphérie les spires superposées du plateau obtenu qui prend, en définitive, la forme représentée à la Fig. 19.
On notera que la perméabilité croissante du centre ver la périphérie sur la portion centrale de la cuvette peut également être obtenue par un enrou- lement serré de la bande sur elle-même, le serrage décroissant à partir de l'axe Y-Y jusqu'aux lignes 96,96a pour rester constant à partir de ces lignes
Il résulte de l'un ou de l'autre de ces modes de réalisation qui peu- vent, d'ailleurs, être combinésyqu'un liquide étant versé dans la cuvette formée, ce liquide descendra dans le réseau de canaux beaoucoup plus vers la périphérie de la cuvette dans les canaux non écrasés 95 que dans sa portion centrale où sa descente peut être pratiquement nulle ou, en tout cas, très faible, du fait de l'écrasement des canaux 95a.
Avantageusement, les canaux 95, 95a pourront être formés sur la face ir rieure de la cuvette par une feuille de papier épais, plus ou moins ignifugé*, 98, collée au silicate de soude ou par tout autre enduit ou colle convenable, contre les tranches inférieures des spires. Cette feuille ne subira qu'une carbonisation très lente, si tant est qu'il y en ait une, au contact du métal en fusion 1 le froid engendré par l'évaporation du liquide dans le réseau de canaux empêchant, o@ en tout cas ralentissant à l'extrême, cette carbonisation.
La distribution da l'eau ou autre liquide aux deux dispositifs A5 afférents aux deux lingotières L est assurée à l'aide d'un dispositif auxiliaire de distribution B' qui comporte un chariot 99 (Figo 17 et 18) porté par quatre roues orientables 100 p-ouvant tourner autour d'un pivot 101 engagé dans une douille 102 portée par le chariot., Celui-ci est destiné à rouler sur la banquette 92 de manière à pouvoir être déplacé en vue de l'alimentation des supports A afférents aux deux lingotières L', quelles que soient les positions de celles-ci dans la fosse 91, puis des supports similaires d'autres lingotières placées à la suite des deux précédentes, à l'intérieur de la fosse 91.
Le chariot'99 porte une colonne tubulaire verticale 103, montée rotati- ve à sa base sur un tourillon 104 porté en son centre par le chariot 99, une vis 105 permettant de le bloquer en position lorsqu'on le désire. Le long de cette colonne peut coulisser un manchon 106 (Fig.17, 22) blocable à la hauteur désirée une vis de serrage 107. Ce manchon est pourvu., latéralement, d'une douille 108 da@
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laquelle peut être enfilé, par un bossage 109, un guidon 110 qu'une vis 111 permet de bloquer dans cette douille.
Grâce à ce guidon, qui peut ainsi être réglé et orienté comme on le désire le long de la colonne 103, il est facile à l' opérateur qui circule sur la banquette 92 de déplacer le chariot 99 et de l'orienter ainsi que la colonne 103 suivant le travail à effectuer, c'est-à-dire pratiquement en tous senso
Le long de la colonne 103, sont réglables en hauteur et immobilisa- bles à l'aide de vis de serrage 112, deux potences comprenant, chacune, deug colliers 113 coulissant le long de la colonne et reliés rigidement par un tube 114 et une' contre-fiche 115. Dans le tube 114, qui est horizontal quandla colonne 113 est verticale, peut coulisser une tige 116 qui forme, avec ledit tube 114, un bras télescopique.
La tige 116 traverse de part en part ce tube 114 et se ter- mine à l'une de ses extrémités par un bouton ou autre poignée de manoeuvre 117 et, à son autre extrémité, par une douille 118. Dans cette douille peut coulisser et être immobilisé, à l'aide d'une vis de serrage 119, un tube vertical 120 por- tant, à son extrémité inférieure, une pomme 121 d'arrosage qui sera décrite plus loin.
L'eau, ou autre liquide, est distribuée aux:deux pommes d'arrosage 121 ou a toutesles pommes portées par le dispositif, car éventuellement il pour- rait comporter plus de deux potences, de la manière suivante. Un conduit souple 122 (Fig. 18) d'arrivée de l'eau est branché par un joint 123 sur un raccord 124 fixé à la colonne tubulaire 103, vers son extrémité inférieure. L'eau parcourt de bas en haut cette colonne, qui est raccordée à son extrémité supérieure par une tête de fermeture 125 et à travers des robinets 126 (Fig. 17) à des tuyaux sou- ples 127, eux-mêmes raccordés, chacun, à son autre extrémité, par un .joint 128 à l'un des tubes 120 portant la pomme d'arrosage 121.
L'une de ces pommes est représentée à plus grande échelle à la Figo21 On retrouve sur cette figure l'extrémité inférieure du tube 120 correspondant.
Sur ce tube est fixé, par soudure ou autrement, un cône à paroi pleine 129 diver- geant vers le bas. Sur son bord inférieur, replié de manière ' former une bride 130, est rapporté à l'aide de boulons 131 et d'écrous 132 un fond plat perforé 133.
La partie centrale de ce fond 133 peut être obturés à l'aide d'un volet 134, articulé à charnière en 135 sur ce fond et maintenu en position rele- vée par un verrou 136, pourvu d'une manette 137 et rappelé en position active par un ressort 138.
Lorsque le volet 134 est relevé, l'eau ou autre liquide qui arrive par le tube 120 ne peut sortir de la pomme d'arrosoir que par la périphérie du fond 133, comme représenté par les flèches, pour venir tomber (Fig. 17) sur le support A5 correspondant dans la région périphérique de ce support, c'est-à-dire dans la région qui constituée, en fait, le réceptacle annulaire pour cette eau, grâce aux canaux 95 non écrasés.
Le froid produit par l'évaporation de l'eau et qui est décroissant de la périphérie vers le centre du support A5 assure la progression centripète désirée du figement de la tête du lingot.
En fin de figement et s'il est nécessaire, on peut arroser la partie centrale de la tête-du lingot en effaçant le verrou 136, le volet 134 s'effaçant alors dans la position verticale 134a sous les actions de son propre poids et de la pression de l'eau arrivant sur le fond 133.
On notera que le dispositif d'arrosage décrit présente de nombreux avantages : - les pommes d'arrosage 121 ne reposent pas sur les lingotières, ce qui permet un support beaucoup plus solide de ces pommes -car leur assise sur la lingo- tière pourrait être instable, surtout dans le cas de petites lingotières;
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- la pomme d'arrosage permet une excellente répartition de l'eau, notam- ment dans les angles des supports A5; - le fond 133 des pommes étant amovible, il peut être facilement rem- placé par tout autre fond ayant une distribution différente des orifices si néces- saire ;
- un léger balancement de ces pommes, provoqué depuis la 'banquette 92 à l'aide de la tige 116 par sa poignée 117 agissant sur les tubes 120, permet de déplacer les jets multiples d'arrosage émanant des trous du fond perforé 133, ce qui permet d'alimenter tous les canaux 95 du sùpport A , même si le nombre de trous de ce fond est très nettement inférieur au nombre de canaux 95.
Aux Fig. 23 et 24 on a représenté une variante de pomme d'arrosage dans laquelle la paroi tronconique et pleine 121 porte un fond 139 qui est bombé, ce qi permet de donner aux jets émanant de ce trou des directions divergentes, repré- sentées par les flèches. Il est ainsi possible, en réglant la hauteur de la pomme par rapport au support à alimenter en eau, de couvrir avec lesdits jets des suppor de dispensions différentes.
Dans cette variante, l'arrosage sélectif de la périphérie et du centre du support formant réceptacle au lieu d'être assuré au moyen du volet rabattable 134 de l'exemple précédent, est assuré par une alimentation séparée de la-portion centrale du fond139.
Dans ce but, il est prévu, à côté du tube 120 d'arrivée de l'eau destin à l'arrosage,périphérique ,'un tube d'arrivé , auxiliaire 140 débouchant par un conduit souple de raccordement 141 dans un petit cône auxiliaire, 142, logé à l'intérieur du cône 121 et raccordé à la portion centrale du fond 1390 Par des robinets appropriés, on peut donc, à volonté, admettre l'eau sur la périphérie du fond 139 ou sur sa' portion centrale. '
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécutio. représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
En particulier le dispositif d'arrosage des Fig.17, 18, 21 ou 23, 24 peut être utilisé avec les s ,ports formant réceptacle d'eau des exemples précédents et réciproquement, le suppo' à perméabilité variable par écrasement transversal des canaux représenté à la Fig.
19 et obtenu à l'aide de la bande de la Fige 20 peut être utilisé avec le disposit d'arrosage des Fig. 8 à 10, voire même sans dispositif auxiliaire d'arrosage, l'ea étant déversée .directement dans la,cuvette formée.
On peut encore substituer sur la colonne 103, aux pommes d'arrosage 121 des Fig. 17, 18, les conduits perforés 57-58 des Fige 8 à 10.
Dans l'exemple des Fig.17 à 21 la cuvette support A5 au lieu d'être obtenue par l'enroulement en spirale de la bande prédéformée de la Figo20, peut,être obtenue soit par 1'enroulement,successif, les unes sur les autres, de plusieurs bandes plus courtes ayant des canaux de section croissante de bande en bande soit par la juxtaposition de tronçons de bande qui, dans la portion centrale du plateau formé, comporteront soit des canaux plus petits grâce à une ondulation à pas réduit de la bande ondulée correspondante, soit des canaux plus ou moins écrasés, l'écrasement décroissant du centre vers la.périphérie du plateau.
On pourra encore combiner l'écrasement transversal dés canaux avec un écrasement longitudinal de leurs parois, comme décrit à propos de l'exemple des Fig. 8 à 14.
Enfin, d'une manière plus générale, la perméabilité ou porosité décrois santé de la périphérie vers le centre du support pourra être obtenue par tous les moyens, l'invention n'étant nullement limitée à l'utilisation d'un réseau de canaux plus'ou moins êcrasêse
REVENDICATIONS.
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