Dispositif de refroidissement en coulée continue de matières métalliques et procédé de mise en action de ce dispositif Dans la coulée continue des métaux fer reux et non ferreux, il est courant de procéder de la manière suivante Une lingotière peut être entourée soit d'une chemise d'eau ou d'une rampe d'arro sage,
ou elle peut être refroidie par lames d'eau ou par tous autres dispositifs de refroi dissement connus. Le fluide refroidisseur est projeté directement sur la paroi extérieure de la lingotière par les rampes d'arrosage, soit en circulant dans la chemise périphérique entourant la lingotière, soit par lames d'eau le long de la lingotière, soit par lames d'eau le long de la lingotière et du lingot coulé. Le lingot, au fur et à mesure de la coulée,
est entramé d'un mouvement lent de descente par un dispositif à galets, à rouleaux, à dia bolos ou par un piston sur lequel il prend appui.
Les nombreux dispositifs proposés, en vue de supprimer ou diminuer les criques, retas- sures, soufflures, fentes, porosités, phénomè nes de ségrégations inverses, tensions internes, sudations, etc., n'ont pas permis d'améliorer notablement ou supprimer complètement ces défauts. La structure homogène à grains r6gu- liers du métal n'est pas non plus obtenue. Cela provient essentiellement des méthodes de refroidissement employées, ce refroidisse ment n'étant surtout pas rationnel.
Le présent breveta pour but de remédier à ces défauts ou inconvénients.
Le dispositif de refroidissement, objet d'une des inventions, comprend un tube prin cipal ouvert à une extrémité, l'autre extrémité étant fermée en bout par une partie de paroi renforcée, des tubes secondaires en commu nication avec le tube principal et débouchant transversalement dans celui-ci, et des moyens pour faire circuler à l'intérieur de ces tubes un fluide réfrigérant, dirigé vers la partie de paroi renforcée au bout du tube principal.
De préférence, le tube principal renferme à l'intérieur un ou plusieurs tubes diffuseurs en forme de tronc de cône, une extrémité du diffuseur étant dirigée vers la partie de paroi renforcée au bas du tube principal sans tou cher le fond du tube, tandis que l'extrémité supérieure du diffuseur est rapportée à l'inté rieur du tube principal vers l'autre extrémité de celui-ci.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution du dis positif de refroidissement, objet d'une des inventions. Les fig. 1 à 4 montrent chacune, de ma nière schématique, une forme d'exécution du dispositif en coupe verticale.
Dans la fig. 1, le dispositif comprend un tube principal 1, dont l'extrémité supérieure est ouverte et l'extrémité inférieure fermée par un fond 2 rapporté et renforcé, afin de répartir judicieusement le refroidissement. A l'intérieur du tube 1 se trouve un diffuseur 3, dont l'extrémité inférieure débouche dans le bas du tube principal sans toucher le fond 2. L'extrémité supérieure du diffuseur 3, égale ment ouverte, est supportée sur la paroi inté rieure du tube 1.
Plusieurs tubes secondaires 4 sont bran chés sur le tube principal 1 et sont rapportés sur la paroi extérieure du tube 1, en un point au-dessous de l'endroit où est rapporté le dif fuseur 3. Des tubes auxiliaires 5 sont rendus solidaires des tubes 4. Des vannes obturatrices 6 commandent le passage de- fluide dans les tubes 4 et 5. Ces vannes peuvent être action nées à la main, par voie électrique, mécanique ou - électronique.
Une lingotière 7, d'un type connu, est entourée d'une chemise d'eau 8 dans laquelle circule un fluide refroidisseur. Un chenal ou panier distributeur 9 entoure le dispositif de refroidissement 1, 4.
Le fluide refroidisseur, soit de l'eau, de l'air ou un autre fluide est amené par la par tie supérieure du tube 1, traverse le diffuseur 3 en s'écoulant par l'ouverture inférieure de ce diffuseur ; le fluide refroidit la partie ren forcée 2 du tube 1, passe par les tubes secon- dairës 4 en les refroidissant et est évacué enfin par les tubes auxiliaires 5. Les parties de la matière coulée dans la lingotière 7 en contact avec les tubes 1 et 4 sont refroidies, les calories accumulées au voisinage ou au contact de ces tubes sont véhiculées par le fluide refroidisseur qui est échauffé, et évacué par les tubes auxiliaires 5.
Le fluide refroidisseur peut être refoulé par pression ou aspiré à travers les tubes 1, 4 et 5. Le diffuseur 3 pourrait être placé en sens inverse, c'est-à-dire la petite ouverture en haut et la grande ouverture en bas. Le fluide refroidisseur pourrait parcourir les tubes 1, 4 et 5 en sens inverse, c'est-à-dire être intro duit par les tubes auxiliaires 5 et ressortir par le diffuseur 3 ; dans ce cas, également, le fluide refroidit la partie renforcée 2 du tube 1 avant de s'écouler par le diffuseur 3.
La lingotière 7 peut être refroidie extérieu rement par un dispositif connu de refroidisse ment, par exemple par une rampe d'arrosage, par une chemise d'eau ou d'autre fluide, ou par lame de fluide refroidisseur s'écoulant le long de la paroi de la lingotière.
Pour la coulée verticale, le dispositif de refroidissement formé des tubes 1, 4 et 5 est placé verticalement, son axe disposé dans le prolongement de l'axe de la lingotière. On pourrait utiliser simultanément plusieurs dis positifs de refroidissement disposés de part et d'autre de l'axe de la lingotière.
Les vannes obturatrices 6 peuvent être manaeuvrées pour régler la quantité de fluide refroidisseur véhiculé dans le dispositif.
Le tube principal et les tubes secondaires peuvent comporter extérieurement des ailettes de refroidissement, pleines ou creuses. Ces tubes peuvent être en métal, en une matière réfractaire, résistant aux agents chimiques et aux hautes températures.
Le tube principal peut renfermer un ou plusieurs diffuseurs en forme de tronc de cône. Les tubes et diffuseurs peuvent être de même matière ou métal ou de métal différent, et peuvent être obtenus par moulage, étirage, agglomération de produits, ou par tous autres moyens connus.
Les tubes secondaires, débouchant trans versalement dans le tube principal, peuvent être placés dans une position angulaire quel conque par rapport à l'axe du tube principal. Le dispositif peut comporter un seul ou plu sieurs tubes secondaires disposés de façon symétrique ou non, et de section égale ou inégale. La fig. 2 représente une deuxième forme d'exécution du dispositif. Ce dispositif est similaire à celui de la fig. 1, sauf qu'il ne comprend pas de diffuseur à l'intérieur du tube principal.
Dans cet exemple, le dispositif comprend un tube principal 1, une partie rapportée et renforcée 2, des tubes secondaires 4, des tubes auxiliaires 5 fixés aux tubes 4 et renfermant des vannes obturatrices 6 pour le réglage de l'écoulement du fluide refroidis seur. La lingotière 7 est munie d'une chemise d'eau 8 et d'un chenal ou panier distributeur de métal 9.
Le fluide refroidisseur entre dans le tube principal 1 qui débouche en face de la partie renforcée 2 dans les tubes secondaires 4, et est évacué par les tubes auxiliaires 5. La quantité de fluide refroidisseur est réglée par les vannes obturatrices 6. Le fluide pourrait aussi circuler en sens inverse, en étant intro duit par les tubes auxiliaires 5, ensuite cir culant dans les tubes secondaires 4, refroidis sant la partie 2 et le tube 1 et sortant par ce tube 1. Les calories du métal coulé, dans lequel le dispositif de refroidissement est plongé, sont évacuées par le fluide refroidis seur circulant dans ce dispositif.
La troisième forme d'exécution du dispo sitif de refroidissement, représentée dans- la fig. 3, comprend un tube principal 1 qui pré sente au fond une partie renforcée 2. Un diffuseur 3 est fixé par son extrémité à grand diamètre à la paroi intérieure du tube 1 et se rétrécit vers le fond du tube. 4 sont les tubes secondaires qui communiquent avec le tube 1 et qui sont prolongés par les tubes auxiliaires 5. Les vannes auxiliaires 6 sont disposées dans les tubes 4. La lingotière 7 comprend une chemise d'eau 8 et un chenal ou panier distributeur 9 de métal fondu.
Le tube principal 1 comprend une partie descendant au-dessous des tubes secondaires 4. Seule cette partie prolongée du tube 1 qui présente le renforcement 2 plonge dans le métal coulé.
Le fluide refroidisseur entre par l'extrémité supérieure du tube principal 1, pénètre dans le diffuseur 3 et refroidit la partie du tube 1 plongeant dans le métal coulé et la partie renforcée 2. Le fluide remonte entre la paroi du tube 1 et la paroi extérieure du diffuseur 3 et s'écoule par les tubes secondaires 4 et auxiliaires 5. La quantité de fluide de refroi dissement est réglée par les vannes obtura trices 6.
Comme dans les formes d'exécution pré cédentes, le refroidissement extérieur de la lingotière 7 est assuré par circulation de fluide dans la chemise rapportée 8.
La chaleur du métal coulé dans lequel le dispositif de refroidissement est plongé par son extrémité inférieure est évacuée par le fluide refroidisseur circulant dans les tubes 1, 4 et 5. Comme dans les exemples précédents, le fluide refroidisseur peut s'écouler en sens inverse, c'est-à-dire entrer par les tubes 5, parcourir les tubes 4, entrer dans le tube 1 qui dirige le fluide vers la paroi renforcée 2, refroidir cette paroi ainsi que l'extrémité infé rieure du tube 1, pénétrer dans le diffuseur 3 et sortir par l'extrémité supérieure du tube 1. Le diffuseur 3 pourrait être placé dans la position inverse, c'est-à-dire l'extrémité de grande section vers le bas et l'extrémité de faibles sections vers le haut.
La quatrième forme d'exécution du dispo sitif est représentée par une application du dispositif à la coulée continue horizontale. Le dispositif est similaire à celui de la fig. 3, mais placé dans la position horizontale.
Ce dispositif comprend le tube principal 1, la partie renforcée 2 à l'extrémité intérieure du tube 1, le diffuseur 3, les tubes secondai res 4, et les vannes de réglage 6.
10 représente la goulotte-creuset dans laquelle est versé le métal à couler, en pro venance du four alimentant constamment le creuset. 11 est un dispositif de réchauffage du creuset. La lingotière 12 est placée hori zontalement et est refroidie extérieurement, comme montré en 13. Ce refroidissement peut être obtenu par une chemise d'eau rapportée, une rampe d'arrosage, des lames d'eau ou un autre fluide s'écoulant le long des parois de la lingotière. 14 est le joint entre le creuset 10 et la lingotière 12.
Une garniture réfractaire 15, résistant à l'attaque des produits chimiques et aux hautes températures, évite le refroidisse ment prématuré, dans le fond du creuset 20, du métal coulé en empêchant son contact avec le tube de refroidissement 1.
Le métal fondu provenant du four de fusion est versé au fur et à mesure, pendant toute la durée de la coulée, dans la goulotte- creuset 10. La partie supérieure du creuset est verticale, et le dispositif de réchauffage 11, qui peut fonctionner à l'électricité, au gaz, à l'huile lourde, etc., sert à éviter le refroidisse ment du métal versé dans le creuset de faible capacité. La partie supérieure verticale du creuset est raccordée par une partie courbée à la partie inférieure horizontale.
Le métal à couler est versé dans la partie supérieure verticale de la goulotte-creuset 10, s'écoule par gravité vers le bas dans la partie horizontale du creuset et vers l'intérieur de la lingotière 12 qui est refroidie extérieurement. Le refroidisement intérieur est obtenu par le dispositif de refroidissement 1, 2, 3, 4, le tube 1 pénétrant à l'intérieur de la partie hori zontale de la goulotte-creuset 10, cette péné tration pouvant aller jusqu'au début ou à l'intérieur de la lingotière 12.
Le fluide refroidisseur est admis par l'ex trémité du tube 1 se trouvant à l'extérieur de la goulotte-creuset ; il pénètre dans le dif fuseur 3 dont la partie extérieure est rapportée au tube 1 et sort par l'extrémité intérieure du diffuseur où il refroidit l'extrémité du tube 1 et la partie renforcée 2 ; le fluide s'écoule dans l'espace entre le diffuseur et la paroi interne du tube 1 et est "évacué par les tubes 4.
Par conductibilité, le tube 1 refroidit la garniture 15 pour empêcher l'échauffement exagéré de ce tube, sans toutefois amener le refroidissement du métal en cours de passage dans la partie horizontale de la goulotte- creuset.- La goulotte-creuset sert en somme d'entonnoir de remplissage de la lingotière 12.
Comme dans les formes d'exécution pré cédentes, le fluide refroidisseur pourra s'écou ler en sens inverse, c'est-à-dire être admis dans les tubes secondaires 4, dirigé vers la paroi renforcée 2 et évacué à l'intérieur du diffu seur 3 et le haut du tube 1.
Les lingotières 7 (fig. 1 à 3) ou 12 (fig. 4) peuvent présenter une section de forme circu laire, carrée, rectangulaire ou autre.
Le tube principal 1 du dispositif de refroi dissement peut être en métal ou en une ma tière réfractaire résistant aux agents chimiques et aux hautes températures. Comme fluide de refroidissement, on peut utiliser de l'eau, de l'air ou un gaz quelconque. Plusieurs flui des différents peuvent être utilisés, soit sépa rément, soit en même temps.
Le dispositif peut comporter en des en droits divers, suivant le résultat envisagé, des ouvertures permettant l'introduction de cou ples électriques, moyens de régulation élec trique ou électronique, pouvant actionner des commandes électriques ou électroniques pour le réglage du débit du fluide refroidis seur, la vitesse de coulée, la vitesse du débit du métal à couler, ou la vitesse d'évacuation du produit coulé.
Le dispositif de refroidissement peut être animé d'un mouvement giratoire ou oscillatoire autour de son axe ; il pourrait aussi effectuer un mouvement translatoire, soit parallèlement à son axe, soit transversalement à l'axe ; des dispositifs appropriés pour commander ces mouvements du dispositif de refroidissement peuvent être prévus.
Plusieurs dispositifs de refroidissement peuvent être utilisés ensemble ; ils peuvent être disposés en série ou en parallèle.
Les tubes secondaires du dispositif de refroidissement peuvent être agencés pour véhiculer un même fluide ou des fluides dif férents, simultanément ou non, suivant que l'ensemble tube principal et diffuseur com porte un tube principal et plusieurs diffuseurs ou plusieurs tubes principaux et plusieurs dif fuseurs. Les tubes secondaires pourraient comporter, comme les tubes principaux, un ou plusieurs tubes diffuseurs.
Les tubes principaux ou secondaires peu vent porter des tubulures latérales solidaires des parois des tubes ou du fond 2, par exem- ple, permettant l'introduction d'un couple pyrométrique, d'une canne pyrométrique ou d'autres moyens de détermination de la tem pérature du métal coulé.
Les dispositifs de détermination de la température peuvent être reliés à des appa reils de commande électriques ou électroniques pour commander l'actionnement des vannes de réglage d'admission du fluide refroidisseur, tant du refroidissement intérieur par le dispo sitif représenté que du refroidissement exté rieur de la lingotière, ou pour la commande de la vitesse de coulée du métal, ou du débit de coulée dans la lingotière, ou pour le ré glage de la vitesse d'évacuation de la matière coulée dans la lingotière.
Les tubes secondaires peuvent présenter des parties de paroi renforcées, similaires aux renforcements 2 du tube principal, pour venir en contact du métal coulé. Ces parties renforcées peuvent être constituées par des renflements externes ou internes des tubes.
Les tubes principaux ou secondaires peu vent présenter des ailettes de refroidissement pleines ou creuses.
Les mouvements de déplacement de l'en semble des tubes du dispositif de refroidisse ment peuvent être obtenus par l'emploi de tiges filetées, vis sans fin, crémaillère ou tout autre dispositif connu.
L'application du dispositif décrit peut être déterminée aux fins d'obtention de pièces ou produits coulés ayant une composition aussi constante que possible, avec les moindres tensions internes possibles, une texture ou grain égal, une variation voulue dans l'homo généité ou l'hétérogénéité, ceci dans l'ensem ble ou dans une ou plusieurs parties ou zones déterminées du produit pour obtenir des pro priétés particulières et des caractéristiques prédéterminées. .
Dans le cas d'application à la coulée conti nue des métaux, la ségrégation inverse. des constituants est inversée, c'est-à-dire, ce qui est préférable, a lieu de l'extérieur vers l'in térieur. Le front, l'isotherme de solidification, la surface de solidification est très voisine de l'horizontale. On se rapproche des conditions idéales de la coulée.
La vitesse, l'intensité du refroidissement, l'évacuation des calories sera fonction de la plus ou moins grande pénétration du dispo sitif décrit dans le produit, matière ou métal à couler, de l'épaisseur des parois, des tubes, tuyaux, parties rapportées.
Cette vitesse de refroidissement sera éga lement fonction de la quantité de fluide cir culant dans le dispositif pendant l'unité de temps ou de la nature du fluide refroidisseur employé.