CH485503A - Procédé et dispositif pour couler, avec un débit réglable, un métal fondu - Google Patents

Description

  Procédé et     dispositif    pour couler, avec un débit réglable, un métal fondu    Le présent brevet a pour objet un procédé pour cou  ler, avec un débit réglable, à travers un orifice, un métal  fondu et un dispositif pour la mise en     oeuvre    de ce pro  cédé.  



  Le procédé actuellement utilisé pour couler, avec un  débit réglable, à travers un     orifice,    un métal fondu con  siste à laisser simplement écouler le métal fondu dans       l'orifice    et à régler le débit d'écoulement au moyen d'un  dispositif d'obturation mécanique de l'orifice. Ce procédé  présente l'avantage de sa     simplicité    mais il ne donne tou  tefois par entière satisfaction du fait que les dispositifs  employés pour sa mise en     oeuvre    présentent de nom  breux inconvénients.  



  De tels dispositifs, par exemple les dispositifs qui sont  employés dans les installations industrielles de coulée  continue de l'acier pour faire couler l'acier des récipients       intermédiaires    dans les lingotières, comportent des buret  tes de coulée en matériaux réfractaires, notamment en  céramique à base de silicate de zirconium ou à base  d'oxyde de zirconium, qui peuvent être obturées au  moyen de bouchons constitués par le même matériau  que la     burette    et     manoeuvrés    par des moyens mécani  ques.<B>De</B> tels dispositifs présentent l'inconvénient de se  corroder très rapidement, sous l'action du métal fondu,  au cours de la coulée, et de devoir être échangés, prati  quement après chaque coulée.

   Cette corrosion progres  sive et rapide complique, en outre, la régulation du débit  d'écoulement de l'acier et elle provoque aussi la contami  nation des lingots par des substances indésirables. Enfin,  dans le cas où, pour une raison ou une autre, l'écoule  ment doit être     interrompu    en cours de coulée, sa reprise  est très difficile, tout au moins     dans    le cas où la poche  ou le récipient     intermédiaire        contenant    le métal n'est  pas muni de moyens de chauffage, car elle     nécessite     généralement de refondre la partie du métal qui se  trouve engagée dans l'orifice de coulée et qui se solidi-    fie si l'interruption de l'écoulement est d'une certaine  durée.  



  Le but de l'invention est d'éviter     ces        inconvénients.     A cet effet, ce     procédé    selon     l'invention    est     caractérisé     par le fait que l'on refroidit les parois de l'orifice de  façon à obtenir la solidification du métal à partir de la  périphérie et que l'on chauffe la masse du métal traver  sant     l'orifice,    de manière à obtenir le débit     désiré.     



       Le    dispositif pour la mise en     oeuvre    de ce procédé  est caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient  muni d'au moins un orifice de coulée, des moyens de  refroidissement des parois de cet orifice et des moyens  de chauffage de la masse du métal     traversant    l'orifice,  au moins un de ces moyens de refroidissement et de  chauffage étant réglable.  



  Le     dessin    annexé représente, à titre d'exemple, deux  formes     d'exécution    du dispositif pour la     mise    en     oeuvre     du procédé     selon    l'invention.  



  La     fig.    1 représente, vue en coupe, l'ensemble du dis  positif dans son application comme panier de coulée.  La     fig.    2 représente, en coupe et à plus grande  échelle, la partie du panier de coulée où     se    trouve l'ori  fice de coulée, conformément à une première forme  d'exécution du dispositif.  



  La     fig.    3 est une vue en     coupe,    selon le plan de  coupe représenté par la ligne     III-III    de la     fig.    2.  



  La     fig.    4 est une vue en coupe, selon le même plan  de coupe, que celui de la     fig.    3, du. détail du     dispositif     représenté à la     fig.    2, conformément à une variante.  



  La     fig.    5 est une     vue    en coupe comparable à     celle    de  la     fig.    2, d'une seconde forme d'exécution du dispositif.  Le panier de coulée représenté à la     fig.    1 comporte  une paroi 1 en un matériau réfractaire. Dans le fond du  panier de coulée est ménagé     l'orifice    de coulée 2, repré  senté à plus grande     échelle    à la     fig.    2. L'orifice<B>repré-</B>  senté aux     fig.    1 et 2 a une section circulaire,     sa    partie  supérieure est évasée en     forme    de tronc de cône.

   Bien      entendu, l'orifice de coulée peut avoir une section de  toute autre forme. Les parois de cet orifice sont consti  tuées, dans la partie circulaire représentée aux     fig.    1 et 2,  par une chemise de refroidissement 3 en un métal bon  conducteur calorifique, par exemple le cuivre,     dans     lequel circule un fluide de refroidissement par exemple  de l'eau. Cette chemise de refroidissement est entourée  par un dispositif permettant de chauffer la masse du  métal se trouvant engagée dans l'orifice de coulée sans  que pour autant la partie au contact des parois de l'ori  fice de coulée ne cessé d'être refroidie.  



  Dans la forme     d'exécution    du dispositif de coulée  représentée à la     fig.    2, le chauffage est effectué par  induction, au moyen d'un tuyau 4 en un métal bon con  ducteur, par exemple en cuivre, refroidi intérieurement  par un courant d'eau froide, enroulé en plusieurs spires,  concentriquement, autour de la chemise de refroidisse  ment sans toucher celle-ci et relié aux bornes d'un géné  rateur de courant à haute ou moyenne fréquence.  



  Comme on le voit aux     fig.    3 et 4, la chemise de  refroidissement 3 ne forme pas un anneau continu mais  comporte une coupure dans toute sa longueur de ma  nière à ne pas absorber une quantité notable d'énergie du  dispositif de chauffage par induction. La chemise de  refroidissement pourrait avantageusement être divisée en  plusieurs sections isolées donc comporter plusieurs cou  pures dans le sens de la génératrice ce qui diminuerait  d'autant l'absorption d'énergie électrique.  



  Selon la variante représentée à la     fig.        -l,    la chemise  de refroidissement 3 forme des rainures sur sa paroi inté  rieure qui accroissent la     surface    en contact avec le  métal à l'intérieur de l'orifice. La paroi intérieure de la  chemise de refroidissement sera avantageusement     ru-          gtïeuse    etjou     revëtué    d'une couche favorisant l'adhé  rence de la croûte de métal solidifiée ce qui permet,       àussi    bien de diminuer les risques de décollement de cette  croûte que d'améliorer les échanges thermiques entre le  métal à couler et la chemise de refroidissement.  



  ' Dans la forme d'exécution du dispositif de coulée  représentée à la     fig.    5, le chauffage est     effectué    par effet  Joule au moyen de deux anneaux conducteurs 6 se trou  vant l'un à     l'entrée    et l'autre à la sortie de l'orifice de       côulée,

  'ces    deux anneaux étant chacun relié à l'une des       bornës    d'une source de courant électrique continu ou       alternatif    et isolés de la chemise de refroidissement de       sorte    que le passage du courant entre les anneaux *ne se  fait que par     l'intermédiaire    de la colonne de métal qui  se trouve engagée dans l'orifice de coulée et qui est ainsi  chauffée par effet Joule.  



  L'a     capacité    du     rriôyen    de refroidissement doit être       telle-.que,    pour une puissance de chauffage inférieure à  une     çértaine'    limite, donc également en l'absence de       chauffage;

      tout le métal engagé dans l'orifice de coulée  soit refroidi en dessous de sa température de     solidifica.          f'ron.    La capacité du Moyen de chauffage doit être telle  que, pour une puissance donnée, supérieure à la limite       rïiëtitionnéé    ci-dessus, au .moins une partie du métal soit       mâintënûe    à l'état fondu, dans la partie axiale de l'ori  fice, en formant un conduit d'écoulement, la     partie    du  métal au contact de la paroi de l'orifice étant solidifiée  de manière à     former    une croûte 5 d'une     certaine    épais  seur.

   Le métal peut donc s'écouler sans qu'il en résulte  une corrosion des parois de l'orifice de coulée. Quant à  la valeur     -maximale    de la puissance de chauffage, elle       peut    être choisie de manière à correspondre     atr        diàm8-          tie-maximutri    que l'on désire     conférer    au conduit     d'écou-          leniént:    dans le cas où l'on désire éliminer le risque de    fondre accidentellement la paroi de l'orifice, donc la che  mise de refroidissement. Toutefois, on peut aussi dispo  ser d'une puissance de chauffage plus élevée afin d'aug  menter la vitesse d'ouverture de l'orifice.

   II convient,  dans ce     dernier    cas, de disposer de moyens de contrôle  du diamètre d'ouverture et de moyens pour diminuer  rapidement la puissance de chauffage au moment où  l'ouverture désirée est obtenue.  



  Le fonctionnement du dispositif décrit est le même  dans les deux formes d'exécution représentées sur les       fig.    2 et 5 : la partie de métal se trouvant au contact des       parois    de l'orifice, c'est-à-dire de la chemise de refroidis  sement, est refroidie. On règle la capacité de refroidisse  ment de manière que la partie du métal au contact de la  paroi soit solidifiée et forme une croûte 5 d'une cer  taine épaisseur entre la paroi et la partie centrale du  métal 7 qui reste à l'état fondu.  



  En     augmentant    l'intensité du chauffage, ce que l'on  peut obtenir en     augmentant    la puissance délivrée par le  générateur de courant à haute fréquence ou l'intensité  du courant passant dans la zone de métal envoyée dans  l'orifice de coulée, on augmente le diamètre de la zone  fondue et, par conséquent, le débit     d'écoulement    du  métal.  



  Il est également possible d'opérer en maintenant  constante l'intensité de chauffage et en faisant varier le  refroidissement. Toutefois, étant donné que le chauffage  est plus facile à régler que le refroidissement, on laissera  de préférence le     refroidissement    constant et on fera  varier le chauffage.  



  On peut effectuer, de cette dernière manière, un ré  glage très rapide du début d'écoulement du métal à     trà-          vers    l'orifice.  



  Par exemple, dans le cas où le métal en fusion à cou  ler est l'acier et la chemise de refroidissement de l'ori  fice de coulée est en cuivre, cet orifice ayant un diamè  tre de 30 mm et une     longueur    refroidie de 10 mm, avec  une capacité de refroidissement de 3,4 kW, ce qui cor  respond à une évacuation de chaleur de 80     cal/cm s    à  travers la paroi de la chemise de refroidissement, on  obtient en 0,6 sec, environ, une diminution de 3 à 2 cm'  de la section fondue, cette diminution de section permet  tant donc une réduction d'un tiers environ du débit  d'écoulement du métal.  



  Dans les mêmes conditions, il faut 2,2 sec pour ré  duire le débit de 75 % lorsque le diamètre de la partie  fondue du métal passe de 2 à 1 cm.  



  Le dispositif et le procédé décrits peuvent être utili  sés et mis en     aeuvre    pour couler d'autres métaux fondus  que l'acier et ils peuvent être même adaptés à la coulée  d'une substance fondue non     conductrice    en remplaçant  les moyens de chauffages décrits plus haut par un dispo  sitif de chauffage dit   par effet capacitif  , système bien  connu en .soi. ..  



  Ainsi, le dispositif décrit. permet d'éviter le     contact     du métal fondu avec les parois de l'orifice de     coulée    et,  par conséquent, de supprimer la corrosion de ces parois.  



  Le dispositif. de coulée décrit peut donc être utilisé  pour un nombre pratiquement illimité d'opérations de  coulée sans nécessiter de réparation ou d'échange: De ce  fait, ce dispositif présente l'avantage de permettre de dis  poser plusieurs     orifices    de coulée sur un seul et même  récipient ce qui est particulièrement avantageux, par  exemple dans le cas où l'on désire obtenir, par le pro=       cédé    de coulée continue, un lingot de grande section. Il  est évident que la multiplication du nombre d'orifices dé      coulée nécessite que le réglage de l'ouverture de chacun  d'eux puisse se faire de façon absolument sûre.  



  Le dispositif de coulée présente aussi l'avantage de  permettre l'obtention d'un jet de métal   plein  ,     c'est-          à-dire    de forme géométrique régulière et constante dans  !e temps, correspondant à la forme de la section de l'ori  fice de coulée ce qui est difficilement réalisable avec les  dispositifs connus dans     lesquels    la présence d'une barre  ou d'un obturateur au-dessus de l'orifice de coulée em  pêche, surtout au voisinage de la position de fermeture  de l'orifice, le     remplissage    complet de cet orifice par le  liquide au cours de la coulée.  



  L'obtention d'un jet de métal plein est un gros avan  tage notamment en ce qui     concerne    la sécurité des opé  rateurs se trouvant au voisinage de la lingotière, dans le  cas de la coulée continue de l'acier, car elle diminue les  risques de projection de gouttes de métal en fusion.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour couler, avec un débit réglable, à tra vers un orifice, un métal fondu, caractérisé par le fait que l'on refroidit les parois de l'orifice de façon à obtenir la solidification du métal à partir de la périphérie et que l'on chauffe la masse du métal traversant l'orifice, de manière à obtenir le débit désiré. I1.

   Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient muni d'au moins un orifice de coulée, des moyens de refroidissement des parois de cet orifice et des moyens de chauffage de la masse du métal traver- sant l'orifice, au moins un de ces moyens de refroidisse ment et de chauffage étant réglable. SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication II, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement sont constitués par une chemise refroidie par un fluide, formant les parois de l'orifice. 2.

   Dispositif selon la revendication II et la sous-reven- dication 1, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage sont constitués par un dispositif de chauffage par induction dont les spires sont disposées concentrique ment autour de la chemise. 3.

   Dispositif selon la revendication II et la sous-reven- dication 1, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage sont constitués par un dispositif de chauffage par résistance comportant au moins deux anneaux de contact relié, à une source de courant électrique continu ou alternatif, ces anneaux étant en contact avec la masse de métal traversant l'orifice et étant disposés de façon que le courant électrique circule dans la colonne de mé tal traversant l'orifice. 4. Dispositif selon la revendication II et la sous-reven- dication 1, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage sont constitués par un dispositif de chauffage par capacité.