Procédé de coulée continue de métal fondu La présente invention a pour objet un pro cédé de coulée continue de métal fondu.
La coulée continue d'un métal liquide est destinée à permettre de former une pièce mou lée de longueur infinie. D'une manière idéale, le métal liquide devrait être mis en forme par un moule qui soit fixe par rapport au métal qu'il contient, comme dans le moulage à moule stationnaire. Du point de vue théorique, la forme idéale d'un moule pour le moulage en continu serait donc de longueur illimitée, mais, comme cela ne peut exister en pratique, on a utilisé d'autres procédés et appareils.
C'est ainsi qu'il a été proposé d'utiliser des organes de support sans fin tels que tambours rotatifs, roues ou bandes transporteuses sans fin à sections ayant la forme de moule se re joignant les unes les autres pour former un moule au début du processus de solidification et se séparant à nouveau à la fin du processus pour libérer le métal solidifié. Etant donné que les surfaces de tels supports mobiles peuvent rester fixes par rapport au métal pendant sa solidification, les conditions sont favorables à une solidification donnant une bonne structure cristalline et une surface bien lisse.
Mais, bien que de tels procédés offrent de nombreux avan tages théoriques, l'expérience qui en a été faite a été décevante. Les difficultés de construction et de marche ont soulevé tellement d'obstacles au succès de l'opération que ces procédés n'ont eu que peu de développement réel dans l'in dustrie.
Il a été également proposé d'avancer le moule en même temps que le métal avance et de le faire revenir ensuite en arrière, de sorte que le moule est déplacé continuellement en va-et-vient le long de l'axe de la pièce coulée pendant l'opération continue. Ce procédé connu de coulée continue suppose un moule qui est mû par une came ou en excentrique qui lui impose un mouvement de va-et-vient. Pendant que le moule avance, une pince à cliquet agrippe la pièce coulée en la contraignant à avancer avec le moule jusqu'à l'extrémité de sa course. Ensuite, pendant la course de retour, la pièce est libérée du moule, mais est mainte nue fixe par une autre pince jusqu'à ce que le moule exécute une nouvelle course d'avance ment.
Un autre procédé plus intéressant de cou lée utilisant un moule à déplacement alternatif a été proposé. Dans ce procédé, connu sous la désignation de procédé Junghans s>, la pièce coulée avance d'une manière continue avec une vitesse constante, tandis que le moule avance avec la pièce avec la même vitesse que celle-ci, de sorte qu'il n'y a pas de déplace ment relatif entre eux pendant la course d'avan cement de moule. Ensuite, à la fin de cette course, le moule est rapidement ramené en arrière à une vitesse plus grande mais uni- forme, de sorte que la course de retour exige moins de temps que la course d'avancement.
Dans une marche industrielle, le rapport des durées entre ces courses est ordinairement de trois à un, c'est-à-dire que la vitesse de retour du moule est trois fois plus élevée que celle de déplacement de la pièce coulée.
Ce procédé a été appliqué avec succès, d'abord en Allemagne en 1936, puis aux USA en 1938 et, depuis, dans divers pays. Il est incontestable qu'il a permis de couler avec succès un tonnage bien plus considérable que tout autre procédé de coulée continue connu à ce jour. La plus grande partie de ce tonnage est de métaux non ferreux et d'alliages tels que laiton, ou aluminium et ses alliages. Ce n'est que récemment que le procédé a été étendu à la coulée de l'acier, mais dans ce cas de nouveaux problèmes ont été soulevés.
Un problème très sérieux est celui de pou voir élever la vitesse de coulée à un niveau qui soit économique pour le cas de coulée de l'acier. Un autre problème qui résulte direc tement de cette augmentation de vitesse est celui de pouvoir obtenir des états de surface satisfaisants.
L'une des caractéristiques du dernier pro cédé mentionné est la présence d'anneaux sur la surface de la pièce coulée autour de celle-ci. Ils sont espacés à des distances égales à la longueur d'avancement total de la pièce coulée entre deux courses d'avance successives du moule. Si l'avance totale de la pièce, se dépla çant à une vitesse constante, est, par exemple, de 25,4 cm entre le début d'une course d'avance .du moule et le début de la course d'avance suivante; les anneaux seront espacés de 25,4 cm.
Ces anneaux sont caractérisés par une sur face extérieure rugueuse, présentant souvent des criques superficielles et souvent des sai gnées formées par l'écoulement de métal fondu et sa solidification dans des fêlures produites dans le métal déjà solidifié. La structure cris- talline du métal qui se trouve juste au-dessous des anneaux est également irrégulière et trou blée. La largeur des anneaux, c'est-à-dire la distance longitudinale sur laquelle ces effets peuvent être observés, varie en fonction des conditions de l'opération de coulée.
Avec un soin extrême et en opérant à une vitesse de coulée faible, les effets peuvent être atténués mais, en général, la largeur des anneaux est fonction de la durée de la course de retour du moule. C'est dire que si cette course de retour dure pendant un quart du temps total du cycle, les anneaux couvriront un quart de la surface de la pièce coulée.
Dans le cas de métaux non ferreux, ces effets n'ont pas de caractère grave. Dans bien des cas, en dépit des imperfections de surface, les pièces coulées peuvent être laminées, extru dées ou usinées d'une autre manière sans dif ficulté. Dans d'autres cas un léger décapage de la surface ou autre traitement suffit à sup primer les défauts superficiels. Cependant, dans le cas de l'acier, de telles imperfections de sur face ne peuvent pas être tolérées et il n'est pas économiquement possible de les éliminer par décapage. En outre, la pratique industrielle économique de la coulée continue de l'acier exige une vitesse de coulée de beaucoup supé rieure à celle adoptée pour les métaux non fer reux et il a été constaté que l'augmentation de la vitesse amplifie ces difficultés.
Dans la cou lée continue de métaux non ferreux, une vitesse de 0,75 mètre à 1,5 mètre/minute est géné ralement convenable, et, à ces vitesses, les défauts de surface sont acceptables. Dans la coulée de l'acier, par contre, on a déjà réalisé avec succès des vitesses de 5 mètres/minute. Mais ce succès est tempéré par le fait que, à ces. vitesses, les défauts de surface à l'intérieur des zones d'anneaux sont extrêmement graves. Entre les anneaux successifs la surface est belle et la structure cristalline est excellente.
L'un des buts de la présente invention est d'éviter les inconvénients liés au moulage à vitesse élevée et de réduire les défauts de sur face à une mesue acceptable.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le mouvement de retour du moule vers sa position de départ est effectué à une vitesse qui n'est pas supérieure à la vitesse à laquelle ledit moule avance. Un exemple de mise en aeuvre du procédé objet de la présente invention est décrit dans la description plus détaillée ci-après.
Pour effectuer une coulée continue de métal fondu, la vitesse de retour du moule ne doit jamais être supérieure à la vitesse de la course d'avancement ; elle peut, dans bien des cas, être considérablement inférieure à celle-ci. Pen dant la course d'avancement, le moule est dé placé avec la pièce coulée à la même vitesse que celle-ci et dans un mouvement continu à vitesse constante. Pendant la course de retour du moule, la pièce coulée continue à se dépla cer d'une manière continue à vitesse constante, tandis que le moule se déplace en sens inverse à une vitesse constante.
En supposant, par exemple, une vitesse de coulée de 5 mètres/minute, on voit que si le moule revient en arrière -avec une vitesse de 5 mètres/minute, la vitesse relative de la pièce coulée par rapport au moule sera alors de 10 mètres/minute.
Si on le désire cependant, la vitesse de la course de retour du moule peut être réduite. Ainsi, supposant à nouveau une vitesse de coulée de 5 mètres/minute, la course de retour du moule peut se faire à une vitesse de 2,5 métres/minute ou même de 1,25 mètre/mi- nute, auxquels cas les vitesses relatives corres pondantes seraient respectivement de 7,5 mè- tres/minute et 6,25 mètres/minute.
Dans la pratique, la différence de ces vi tesses peut être réglée par l'opérateur après inspection de la pièce coulée et en tenant compte de la qualité de surface requise pour la coulée du métal particulier en question. Dans certains cas, il est exigé une plus grande per- fection de surface ; l'opérateur, compte tenu de ce que la condition optimum de coulée est réalisée pendant la période pendant laquelle le moule et la pièce coulée se déplacent en semble, sera capable de fixer la vitesse de retour à une valeur convenant aux exigences d'état de surface, mais jamais supérieure à la vitesse de coulée.
Process for the continuous casting of molten metal The present invention relates to a process for the continuous casting of molten metal.
The continuous casting of a liquid metal is intended to make it possible to form a soft part of infinite length. Ideally, the molten metal should be shaped by a mold which is fixed relative to the metal it contains, as in stationary mold casting. From a theoretical point of view, therefore, the ideal shape of a mold for continuous molding would be of unlimited length, but, as this cannot exist in practice, other methods and apparatus have been used.
Thus it has been proposed to use endless support members such as rotating drums, wheels or endless conveyor belts with sections having the shape of a mold joining each other to form a mold at the start. from the solidification process and separating again at the end of the process to release the solidified metal. Since the surfaces of such movable supports can remain fixed relative to the metal during its solidification, the conditions are favorable for a solidification giving a good crystalline structure and a very smooth surface.
But, although such methods offer many theoretical advantages, the experience with them has been disappointing. The difficulties of construction and operation have raised so many obstacles to the success of the operation that these processes have had little real development in the industry.
It has also been proposed to advance the mold at the same time as the metal is advancing and then to reverse it, so that the mold is continuously moved back and forth along the axis of the casting. during continuous operation. This known method of continuous casting assumes a mold which is moved by a cam or in an eccentric which imposes a reciprocating movement on it. As the mold advances, a ratchet gripper grips the casting, forcing it to advance with the mold to the end of its stroke. Then, during the return stroke, the part is released from the mold, but is kept fixed by another clamp until the mold executes a new advance stroke.
Another more interesting casting process using a reciprocating mold has been proposed. In this process, known as the Junghans s> process designation, the casting advances in a continuous manner with a constant speed, while the mold advances with the part with the same speed as it, so that it there is no relative movement between them during the mold advance stroke. Then, at the end of this stroke, the mold is quickly pulled back at a greater but uniform speed, so that the return stroke requires less time than the forward stroke.
In an industrial operation, the ratio of the times between these strokes is usually three to one, that is to say that the return speed of the mold is three times higher than that of movement of the casting.
This process has been successfully applied, first in Germany in 1936, then in the USA in 1938 and, since, in various countries. It is indisputable that it has enabled a much greater tonnage to be successfully cast than any other continuous casting process known to date. Most of this tonnage is from non-ferrous metals and alloys such as brass, or aluminum and its alloys. It is only recently that the process has been extended to the casting of steel, but in this case new problems have arisen.
A very serious problem is that of being able to raise the casting speed to a level which is economical for the case of casting steel. Another problem which results directly from this increase in speed is that of being able to obtain satisfactory surface conditions.
One of the characteristics of the last mentioned process is the presence of rings on the surface of the casting around it. They are spaced at distances equal to the total advance length of the casting between two successive advance strokes of the mold. If the total feed of the part, moving at a constant speed, is, for example, 25.4 cm between the start of one feed stroke of the mold and the start of the next feed stroke ; the rings will be spaced 25.4 cm apart.
These rings are characterized by a rough outer surface, often exhibiting superficial cracks and often grooves formed by the flow of molten metal and its solidification in cracks produced in the already solidified metal. The crystalline structure of the metal just below the rings is also irregular and holey. The width of the rings, that is to say the longitudinal distance over which these effects can be observed, varies depending on the conditions of the casting operation.
With extreme care and operating at a low pouring speed, the effects can be mitigated but, in general, the width of the rings is a function of the length of the return stroke of the mold. This means that if this return stroke lasts for a quarter of the total time of the cycle, the rings will cover a quarter of the surface of the casting.
In the case of non-ferrous metals, these effects are not serious. In many cases, despite surface imperfections, the castings can be rolled, extruded or otherwise machined without difficulty. In other cases a light stripping of the surface or other treatment is sufficient to remove the surface defects. However, in the case of steel, such surface imperfections cannot be tolerated and it is not economically possible to remove them by pickling. In addition, the economical industrial practice of continuous steel casting requires a casting speed much higher than that adopted for non-iron metals and it has been found that increasing the speed amplifies these difficulties.
In the continuous casting of non-ferrous metals, a speed of 0.75 meters to 1.5 meters / minute is generally suitable, and at these speeds surface defects are acceptable. In steel casting, on the other hand, speeds of 5 meters / minute have already been successfully achieved. But this success is tempered by the fact that at these. speeds, surface defects within ring areas are extremely serious. Between the successive rings the surface is beautiful and the crystal structure is excellent.
One of the objects of the present invention is to avoid the drawbacks associated with high speed molding and to reduce surface defects at an acceptable level.
The method according to the invention is characterized in that the return movement of the mold to its starting position is carried out at a speed which is not greater than the speed at which said mold advances. An example of implementation of the method which is the subject of the present invention is described in the more detailed description below.
To carry out a continuous casting of molten metal, the return speed of the mold should never be greater than the speed of the forward stroke; it can, in many cases, be considerably lower than this. During the forward stroke, the mold is moved with the casting at the same speed as the latter and in a continuous movement at constant speed. During the return stroke of the mold, the casting continues to move continuously at constant speed, while the mold moves in reverse at constant speed.
Assuming, for example, a casting speed of 5 meters / minute, it can be seen that if the mold goes back - with a speed of 5 meters / minute, then the relative speed of the casting with respect to the mold will be 10 meters / minute.
If desired, however, the speed of the mold return stroke can be reduced. Thus, again assuming a casting speed of 5 meters / minute, the return stroke of the mold can be done at a speed of 2.5 meters / minute or even 1.25 meters / minute, in which case the speeds corresponding relative values would be 7.5 meters / minute and 6.25 meters / minute respectively.
In practice, the difference in these speeds can be adjusted by the operator after inspection of the casting and taking into account the surface quality required for the casting of the particular metal in question. In some cases, greater surface perfection is required; the operator, bearing in mind that the optimum casting condition is achieved during the period that the mold and the casting are moving together, will be able to set the return speed to a value suitable for the condition requirements of surface, but never greater than the casting speed.