CH628260A5 - Procede de coulee de lingots. - Google Patents

Description

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REVENDICATIONS

1. Procédé de coulée continue ou semi-continue de lingots métalliques, dans lequel on introduit de façon continue du métal en fusion dans l'extrémité d'entrée d'un dispositif de coulée, on fait sortir de façon continue de l'extrémité de sortie de ce dernier un lingot solidifé complètement ou partiellement, et on évacue la chaleur du lingot sortant du dispositif de coulée en faisant arriver un liquide de refroidissement sur la surface du lingot, caractérisé enee qu'on ralentit la'vitesse d'évacuation de la chaleur du lingot par le liquide de refroidissement sur une partie de longueur du lingot en mélangeant un gaz liquide et en faisant arriver le liquidé contenant le gaz sous la forme d'une phase liquide continue sur la partie de lingot à sa sortie du dispositif de coulée et en ce qu'on augmente ensuite la vitesse d'évacuation de chaleur sur une partie suivante du lingot à sa sortie du dispositif de coulée en réduisant la quantité de gaz mélangée au liquide de refroidissement dirigé sur la partie suivante de lingot.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est de l'eau.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal est de l'aluminium, du magnésium ou leurs alliages.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait dissoudre du gaz dans le liquide de refroidissement avant son arrivée sur le lingot et on fait ensuite redégager le gaz dissous quand le liquide de refroidissement est dirigé sur le lingot afin de retarder l'évacuation de la chaleur par le liquide de refroidissement, le gaz étant de préférence dissous sous pression dans l'agent liquide de refroidissement et se redégageant quand le liquide est dirigé sur le lingot et quand la pression est réduite.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz est un gaz soluble pouvant être dissous dans le liquide de refroidissement sous pression et pouvant se redégager en réponse à une réduction de la pression, et en ce que, de préférence, on utilise le liquide contenant le gaz dissous sous pression pour refroidir le dispositif de coulée avant qu'il soit dirigé sur le lingot, le gaz étant retenu en solution pendant le refroidissement du dispositif de coulée.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le gaz comprend au moins l'un des gaz suivants: gaz carbonique, air ou azote, mais de préférence gaz carbonique.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on fait dissoudre dans le réfrigérant au moins 50% du gaz mélangé avec celui-ci.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé enee que le gaz forme une couche isolante gazeuse entre l'agent liquide de refroidissement et le lingot pendant la phase de retardement d'évacuation de chaleur.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le retardement de la vitesse d'évacuation de chaleur est effectué au début de l'opération de coulée et de sortie du lingot hors du dispositif de coulée.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on amorce la sortie du lingot en faisant sortir du dispositif de coulée un obturateur temporaire fixé sur le lingot sortant, et en ce qu'on réduit l'évacuation de la chaleur au travers de la surface avant du lingot en disposant un tampon isolant, de préférence en fibres céramiques, entre l'obturateur temporaire et la surface avant du lingot, le tampon recouvrant de préférence au moins 50% de la surface avant.

Traditionnellement, lors de la coulée continue d'un lingot de métal léger dans la direction verticale ou horizontale, on opère en pratique en introduisant le métal en fusion dans une extrémité d'un moule ouvert à l'autre extrémité. Pendant la coulée, on maintient la température du métal en fusion essentiellement constante en vue d'augmenter au maximum le rendement de coulée. Typiquement, le moule de coulée est relativement court dans la direction axiale, et il est creux ou autrement agencé pour recevoir un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, directement sur la surface extérieure du moule. Les moules sont de préférence constitués d'aluminium, mais ils peuvent aussi être formés de cuivre ou de bronze, tous ces matériaux présentant une grande conductibilité thermique. Pendant l'opération de coulée, on fait arriver le liquide de refroidissement sur le moule en quantité suffisante pour évacuer la chaleur du métal en fusion dans une zone adjacente à la paroi du moule, afin de produire une solidification au moins partielle du métal en fusion dans ce dernier. Ce refroidissement forme sur la périphérie d'un lingot des parties solidifiées ayant une épaisseur et une résistance mécanique suffisantes pour soutenir une phase fondue, ou provoque un cratère en forme de coin à l'intérieur du lingot à mesure que celui-ci progresse de façon continue à partir de l'extrémité de sortie du moule.

Au début de l'opération de coulée verticale, quand le métal en fusion est introduit dans le moule, l'extrémité inférieure ou de sortie du moule est obturée par un tampon de fond mobile verticalement. Le lingot progresse vers le bas au travers de l'extrémité de sortie du moule en faisant déplacer le tampon de fond vers le bas. La quantité de métal sortant du moule à mesure que le lingot progresse à partir de son extrémité de sortie est constamment remplacée par du métal en fusion déversé dans l'extrémité supérieure ou d'entrée du moule. La colonne de métal, c'est-à-dire la distance axiale s'étendant entre le ménisque de métal en fusion et l'extrémité de sortie du moulé, est de préférence maintenue constante pendant l'opération de coulée. On peut également déposer des lubrifiants sur les surfaces intérieures du moule afin de réduire le frottement entre ce dernier et le lingot, et d'empêcher ainsi un arrachement pendant la sortie du lingot.

Il est également d'une pratique courante de faire arriver directement un liquide de refroidissement sur les surfaces externes du lingot sortant. Un tel refroidissement direct du lingot n'est pas suffisant pour faire solidifier complètement le cœur de lingot à l'état fondu. La solidification transversale du lingot s'effectue progressivement de manière à être terminée à une certaine distance axiale de l'extrémité de sortie du moulé. La fourniture de réfrigérant arrivant directement sur le lingot peut être faite conjointement ou séparément de la fourniture de réfrigérant arrivant sur le moule.

Quand un lingot commence à sortir d'un moule, les surfaces extérieures du lingot sont soumises directement à un refroidissement, qu'on appelle une trempe directe. Le tampon de fond a également un effet de refroidissement axial sur l'extrémité avant du lingot. Le gradient thermique entre le refroidissement par le moule et le refroidissement direct est important. Le tampon de fond produit également un gradient thermique substantiel sur la partie avant du lingot coulé. Il en résulte que l'extrémité avant ou de départ du lingot sortant est soumise à une contrainte et à une déformation thermique. Ce refroidissement rapide de l'extrémité avant du lingot produit dans ce dernier des modifications géométriques par suite de l'importance de la contraction thermique et du retrait lors d'une solidification rapide. Les déformations les plus courantes se produisant sur l'extrémité avant ou sur la surface inférieure et initialement sortante du lingot sont appelées bombement et renflement.

Le terme bombement est utilisé pour définir le contour arrondi de l'extrémité inférieure ou avant d'un lingot coulé de façon continue, comme indiqué sur la fig. 2. On détermine le degré de bombement en mesurant la distance verticale séparant le coin inférieur d'une face de lingot du bord supérieur du bloc de départ, comme indiqué par la dimension A sur la fig. 2. Le bombement est produit par dés contraintes thermiques engendrées dans la masse du lingot par suite d'un refroidissement excessivement rapide de l'extrémité avant d'un lingot. Le bombement diminue à mesure que la largeur du lingot se rapproche de son épaisseur et, par conséquent, des lingots de section carrée ou circulaire ne donnent pas lieu à un fort bombement. Cependant, des lingots ayant un rapport largeur/épaisseur de valeur élevée donnent lieu à de plus forts degrés de bombement.

Le bombement d'extrémité crée une difficulté principalement du fait qu'il est nécessaire d'enlever d'un lingot une chute d'extrémité

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indésirable avant son laminage. Il peut se présenter un autre problème à cause d'un bombement d'extrémité, lorsque la vitesse de bombement ou de retrait de solidification vers l'intérieur dépasse la vitesse de coulée. Lorsque le lingot est coulé vers le bas à une vitesse lente, l'enveloppe solidifiée du lingot peut en fait progresser vers le haut à une vitesse plus rapide en direction du moule en réponse au bombement. Si ce mouvement de montée se produit pendant une période de temps prolongée, le métal en fusion se trouvant dans le cratère peut en fait passer au travers du fond progressant vers le haut, et il en résulte alors une coulure de métal. De même, si l'enveloppe solidifiée parvient au-dessus de l'interface moule/métal, l'enveloppe s'épaissit et donne lieu à un retrait à partir du moule, en créant ainsi un large intervalle entre le moule et le lingot. Ensuite, quand le lingot progresse vers le bas, le métal en fusion déborde pardessus le bord solidifé et s'écoule à l'extérieur du moule dans ledit intervalle. Cette condition correspond à ce qu'on appelle couramment une coulure. On rencontre notamment ces difficultés lors de la coulée de lingots ayant de grands rapports largeur/épaisseur. Par exemple, des lingots ayant une largeur comprise entre environ 1020 et 1830 mm et une épaisseur comprise entre environ 510 et 660 mm nécessitent en particulier des vitesses lentes de coulée pendant les phases initiales de l'opération de coulée continue.

On sait qu'on peut agir sur le bombement en modifiant l'effet de refroidissement de l'eau arrivant directement sur le lingot. Par exemple, on peut réduire le bombement en retardant l'effet de refroidissement sur les premiers décimètres de sortie du lingot. Un procédé pour retarder le refroidissement direct en vue de la réduction du bombement, qui a fait l'objet du brevet US N° 3441079, consiste à enclencher et à arrêter l'eau de refroidissement pendant des cycles déterminés. Un tel système à eau puisée peut nécessiter une pompe et un ensemble de soupapes relativement compliqués pour assurer par intermittence l'établissement et l'arrêt complet de l'écoulement d'eau, et il peut créer d'autres complications, en particulier si on considère que les débits d'eau de refroidissement peuvent parfois dépasser 11401/min/moule. Si la durée du cycle d'arrêt dans un système à eau puisée est trop longue, le métal peut refondre et éventuellement passer au travers de la paroi de lingot précédemment solidifée.

Le terme renflement d'extrémité est utilisé pour définir l'augmentation indésirable d'épaisseur de l'extrémité inférieure ou avant d'un lingot coulé de façon continue, comme indiqué sur la fig. 3. Typiquement, des moules à lingots de section droite rectangulaire comportent des parois latérales longues ayant une courbure convexe prononcée. Puisque le retrait de solidification est le plus fort à proximité du milieu des parois latérales longues, la courbure convexe donnée aux parois latérales du lingot permet de compenser ce retrait. En conséquence, la courbure convexe est pratiquement éliminée après la solidification du lingot, et il en résulte des parois latérales essentiellement planes sur le lingot dont le refroidissement est terminé. Cependant, cette courbure convexe n'est pas éliminée à l'extrémité avant du lingot. Puisqu'on fait intervenir dans les phases initiales de l'opération de coulée continue une vitesse de coulée relativement lente, et du fait que l'extrémité avant du lingot est placée dans une zone adjacente à un bloc de départ à la place d'une masse de métal contigu, la vitesse initiale de refroidissement du lingot est bien supérieure à la vitesse s'établissant dans des conditions stables de fonctionnement. La faible vitesse de coulée et la solidification rapide au début d'une opération de coulée réduisent au minimum le degré souhaitable de retrait de solidification. En conséquence, les parois latérales longues conservent la configuration incurvée qui leur est conférée par le moule jusqu'à ce que la vitesse de refroidissement soit stabilisée et que la vitesse de coulée soit augmentée.

Le renflement d'extrémité pose un problème du fait qu'il crée des difficultés pour les manutentions en production normale. Outre que. l'empilage des lingots est plus difficile, on doit soumettre des lingots affectés par un renflement d'extrémité à des opérations supplémentaires de conditionnement avant le laminage. Il est d'une pratique courante de décalaminer ou de dégager superficiellement toutes les

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faces de laminage de la plupart des lingots. Puisque les outils de décalaminage ont des capacités de coupe limitées, il est souvent nécessaire d'enlever des déformations telles qu'un renflement avant le décalaminage du reste du lingot. Ces opérations supplémentaires enlèvent des quantités excessives de métal et nécessitent plus de temps de décalaminage, ce qui augmente le prix de revient du lingot.

Dans le brevet US N° 3933192, on a décrit un procédé de coulée continue de lingots non affectés par un renflement d'extrémité. Dans ce procédé, on fait progresser un lingot dans un moule comportant des parois latérales essentiellement planes mais, quand la vitesse de coulée est augmentée par rapport à la vitesse initiale faible, les parois latérales du moule sont infléchies vers l'extérieur. Avec ce procédé, les parois latérales de l'extrémité avant du lingot épousent la forme des parois latérales essentiellement planes du moule, tandis que les parois latérales du reste du lingot, qui sont coulées dans un moule infléchi, subissent un retrait de solidification et sont également planes dans leur ensemble après refroidissement final.

Bien que le présent procédé soit adapté en particulier à la coulée verticale, il est aussi applicable à la coulée horizontale. Un rétrécissement en forme de col de bouteille se produisant dans une opération de coulée continue horizontale avec trempe directe crée un ralentissement d'écoulement du métal fondu disponible. Lorsque le métal ralentit, les vitesses de coulée peuvent diminuer par intermittence. Lors d'une telle réduction de vitesse, il est important de conserver les mêmes dimensions et la même colonne de métal pour le cratère de coulée. Puisqu'une réduction des vitesses de coulée se traduit par une augmentation de la vitesse de solidification du lingot, on doit également agir sur les conditions de refroidissement afin d'augmenter le retrait, car le lingot prendrait alors une forme convexe sur les faces de laminage. On a trouvé qu'un retardement uniforme de l'effet de refroidissement de l'agent liquide de trempe directe dans une opération de coulée horizontale permettait de conserver l'uniformité de contour des surfaces du lingot pendant des périodes de diminution de la vitesse de coulée.

On voit par conséquent qu'il est souhaitable de retarder uniformément l'effet de refroidissement de l'agent liquide pendant ime opération de coulée continue, en vue d'éliminer des défauts de surface qui se produiraient autrement sur les surfaces, en particulier l'extrémité avant, d'un lingot coulé de façon continue.

Selon l'invention, il est prévu un procédé de coulée continue ou semi-continue de lingots métalliques, dans lequel on introduit de façon continue du métal en fusion à l'extrémité d'entrée d'un dispositif de coulée et on fait sortir de façon continue par son extrémité de sortie un lingot solidifié complètement ou partiellement, et dans lequel on évacue la chaleur contenue dans le lingot sortant du dispositif de coulée en dirigeant un liquide de refroidissement sur la surface du lingot, procédé caractérisé en ce qu'on ralentit la vitesse d'évacuation de la chaleur du lingot par le liquide de refroidissement sur une partie de longueur du lingot en mélangeant un gaz au liquide et en faisant arriver le liquide contenant le gaz sous la forme d'une phase liquide continue sur la partie de lingot à sa sortie du dispositif de coulée, et en ce qu'on augmente ensuite la vitesse d'évacuation de chaleur sur une partie suivante du lingot à sa sortie du dispositif de coulée en réduisant la quantité de gaz mélangée au liquide de refroidissement dirigé sur la partie suivante de lingot.

On réduit ainsi au minimum les déformations se produisant à l'extrémité avant, en particulier le bombement et le renflement d'extrémité d'un lingot coulé de façon continue.

Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titré d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une vue en élévation, en partie en coupe, montrant un appareil connu utilisé pour la coulée continue de lingots,

la fig. 2 est une vue en élévation et en coupe de l'extrémité avant d'un lingot rectangulaire coulé de façon continue, cette figure montrant une déformation appelée bombement d'extrémité,

la fig. 3 est une vue en élévation et en coupe faite par le centre d'une extrémité avant d'un lingot rectangulaire coulé de façon

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continue et montrant une déformation appelée renflement d'èxtré- sement du lingot. Dans l'appareil de coulée verticale représenté sur la mité, fig. 1, de l'eau 15 est pompée sous pression dans le passage 26 ménagé

la fig. 4 est une vue en élévation, en partie en coupe, montrant un à l'intérieur du moule à un débit d'environ 760 à 13301/min. Tant appareil utilisé pour la coulée continue de lingots conformément à la que la température de l'eau est inférieure à environ 32°C et.

présente invention, s supérieure à environ 0°C, l'efficacité du refroidissement n'est pas la fig. 5 est une vue en coupe à échelle agrandie d'une partie de Sensiblement affectée. L'eau remplit le passage 26 et elle s'écoule par l'appareil représenté sur la fig. 4. les orifices multiples 28 répartis autour du moule 14 et ménagés dans

L'expression coulée continue utilisée dans le présent exposé se le coin inférieur et intérieur de ce dernier. Les orifices 28 sont réalisés rapporte à la formation progressive et ininterrompue d'un lingot de et espacés de manière que l'eau de refroidissement soit dirigée sur les métal en fusion dans un dispositif de coulée qui est ouvert aux deux io surfaces extérieures du lingot 16 en formant un rideau uniforme extrémités, mais que l'on désigne communément par le terme moule. d'eau 30 autour de la partie sortante du lingot.

L'opération de coulée peut se poursuivre indéfiniment si le lingot Au début d'une séquence de coulée, quand le métal en fusion est formé est découpé en tronçons de longueurs appropriées en un déversé dans le moule fermé 14 refroidi par eau, la température du endroit éloigné du moule. En variante, l'opération de coulée peut être métal diminue rapidement jusqu'à une valeur un peu supérieure à la amorcée et arrêtée pour la fabrication de chaque lingot. Le dernier is température de liquidus. Lorsqu'il s'est produit une solidification processus est habituellement appelé coulée semi-continue. périphêriqué suffisante du lingot 16, on fait descendré le bloc

En se référant plus particulièrement aux dessins, on voit que la inférieur 18. Comme cela est bien connu, le plus fort degré de fig. 1 représente un appareil connu utilisé pour la coulée continue de refroidissement est établi à l'extérieur dû moule par un refroidisse-

lingots. L'appareil de la fig. 1 comprend d'une façon générale un mentdirect. Le réfrigérant doit arriver correctement sur les surfaces conduit 10 de décharge de métal en fusion 12 et un dispositif de 20 du lingot pendant la phase de refroidissement direct pour obtenir coulée, dit moule 14, ayant les dimensions transversales du lingot 16 l'uniformité nécessaire. Ce contact correct nécessite que la direction,

en train d'être coulé. L'appareil comporte également un tampon ou le débit et la pression du réfrigérant soient relativement constants,

blocdefond 18 mobile verticalement, obturant l'extrémité inférieure Un contact inégal se traduit par une non-uniformité des conditions du moule 14 au début de l'opération de coulée et déterminant par son de transmission de chaleur, qui peut avoir un effet perturbateur sur la mouvement de descente la vitesse à laquelle le lingot 16 avance à la 25 qualité du lingot. On a constaté que des métaux légers tels que sortie du moule 14. l'aluminium, le magnésium et, en particulier, dés alliages Aluminum

Pour bien comprendre l'opération de coulée continue, on va Association série 1XXX, 3XXX et 5XXX convenaient particulière-

d'abord préciser quelques définitions. La colonne de métal est définie ment bien.

comme la distance dont se déplace l'enveloppe de lingot dans le Au début de l'opération de coulée continue, On fait descendre le moule 14 avant de sortir du fond 20 dudit moule. La colonne de 30 bloc inférieur 18 à une vitesse lente. Il est courant d'adopter métal est mesurée depuis le ménisque de métal en fusion formé dans initialement des vitesses de coulée d'environ 38 à 64 mm/min. Après le moule 14 jusqu'à la base ou fond 20 du moule 14. Cette colonne de qu'une longueur de lingot d'environ 50 à 128 mm est sortie du moule,

métal a été désignée par h sur la fig. 1. Le terme cratère est utilisé on peut augmenter la vitesse entre 50 et 153 mm/min.

pour définir la masse de métal en fusion qui a une forme de coin Pendant une opération de coulée continue, la colonne de métal inversé entre le ménisque créé dans le moule 14 et un endroit situé à 35 est habituellement maintenue aussi constante que possible. On une certaine distance de l'extrémité de sortie 20 du moule 14 et qui est considère qu'une colonne de métal comprise entre environ 32 et placée au centre du lingot 16. Bien que le profil de section droite du 45 mm est faible, car la valeur normale est comprise entre 64 et 89

cratère soit souvent représenté par une ligne en trait plein qui sépare mm. Il peut être préférable d'adopter une colonne de métal variable,

le métal en fusion du métal solidifié, il va de soi qu'en pratique il qui; commence à une valeur normale et qui passe à une valeur faible existe une zone intermédiaire 22 où le métal n'est pas complètement 40 après la phase de démarrage, pour certains lingots ayant de grands solidifié, mais n'est pas effectivement liquide, cette zone séparant les rapports largeur/épaisseur à cause des difficultés rencontrées au phases liquides et solides. Pour un lingot d'aluminium, tel que démarrage: Du point de vue économie et augmentation de rentabilité

l'alliage Aluminium Association 3003, la zone de transition corres- de production, il est plus efficace de commencer avec Une faible pond à une température comprise entre environ 640 et 660°C, alors colonne de métal et de la conserver par la suite.

que pour l'alliage Aluminium Association 3004, la zone de transition 45 "La fig. 4 met en évidence le perfectionnement obtenu grâce àia correspond à une température comprise entre environ 630 et 660° C. présente invention. Comme le montre cette figure, un gaz soluble est

Dans le procédé typique de coulée continue, du métal en fusion mélangé et dissous dans le réfrigérant sous pression avant l'arrivée de peut être transféré jusqu'à l'appareil de coulée directement à partir ce dernier dans le moule 14 et sur les surfaces extérieures du lingot 16.

d'un four ou d'un creuset de fusion. Le métal fondu est déversé par On peut utiliser tous les gaz qui sont solubles dans l'agent de l'intermédiaire d'un tuyau 10 ou d'une partie semblable dans un 50 refroidissement. Lorsqu'on emploie de l'eau comme réfrigérant, on moule 14 dont le fond est obturé par un bloc ou tampon 18. On peut peut utiliser comme gaz du gaz carbonique, de l'air, de l'azote ou du prévoir des dispositifs de commande d'écoulement (non représentés) gaz de fouir. En plus de leur solubilité dans l'eau, ces gaz doivent se pour réduire au minimum la formation de cascades et dé turbulences redégager lors d'une baisse de pression. H est également à noter dans l'écoulement du métal et pour assurer une répartition uniforme qu'une augmentation de température de l'eau de refroidissement peut de ce dernier. • 55 avoir une influence sur le redégagement du gaz. Il est préférable

Le moule 14 est refroidi extérieurement, habituellement à l'aide d'employer du gaz carbonique du fait de sa disponibilité, de son coût d'un agent liquide de refroidissement tel que de l'eau. Le fait de .relativement bas et de sa grande solubilité dans l'eau sous une basse réaliser le moule en un matériau de haute conductibilité thermique, : pression d'environ 1 à 4 atm. Comme autres gaz susceptibles d'être par exemple de l'aluminium ou du cuivre, permet de transmettre utilisés, on peut citer l'air, l'azote et certains déchets gazeux.

aussi efficacement que possible la température du réfrigérant au 60 On mesure la carbonatation en unités de volume. Sous la pression métal, au travers de la paroi intérieure de moule 24, en vue d'assurer atmosphérique et à une température de 16°C, un volume d'eau la solidification dudit métal. donné absorbe un volume égal de gaz carbonique et on dit qu'il

Le réfrigérant, généralement de l'eau, utilisé pour assurer un contient un volume de carbonatation. La solubilité du gaz carboni-

refroidissement direct dans l'appareil de coulée continue de la fig. 1, que dans l'eau est directement proportionnelle à la pression, mais elle est fourni par la même source que celle utilisée pour refroidir le 65 diminue quand la température augmente.

moule 14. Il est évident qu'on peut obtenir une plus grande souplesse Par le procédé selon l'invention, on dissout du gaz dans l'eau de en utilisant un refroidissement double dans lequel la source d'eau de refroidissement de lingot sous pression. L'opération de mise en refroidissement du moule est séparée de la source d'eau de refroidis- solution peut commodément être réalisée dans un dispositif d'ab-

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sorption ou de mélange 32, tel qu'une pompe ou un mélangeur statique. On dissout le gaz dans l'eau de refroidissement avant que l'eau n'arrive sur les surfaces extérieures du lingot. Dans un dispositif de fourniture d'eau à une seule source, comme indiqué sur la fig. 4, il est commode de faire dissoudre le gaz dans l'eau avant que celle-ci n'arrive dans le moule.

Comme mentionné ci-dessus, le gaz dissous se redégage lors d'une baisse de pression. Comme le montre la fig. 5, qui est une vue à échelle agrandie de la zone indiquée par V sur la fig. 4, une partie du gaz dégagé adhère sur la surface extérieure du lingot sortant 16 en formant une couche isolante 34 uniforme, mais efficace, qui sert à retarder l'évacuation de la chaleur autrement assurée par l'agent de refroidissement. On a trouvé qu'en utilisant une quantité suffisante de gaz carbonique dissous dans l'eau de refroidissement, on formait sur la surface du lingot un rideau gazeux continu constituant une couche isolante qui permet de réduire la vitesse normale de transmission de chaleur dans un rapport d'environ 10:1. En conséquence, en utilisant le procédé selon l'invention pendant les phases initiales d'une opération de coulée continue verticale, on réduit le bombement d'extrémité d'un lingot et, dans une certaine mesure, le renflement d'extrémité.

Pour obtenir une réduction sensible du renflement d'extrémité d'un lingot, on peut utiliser un tampon isolant 36, formé de préférence de fibres céramiques ou d'un matériau semblable, couvrant de préférence au moins 50 à 60% de la face inférieure 38 du lingot, afin de réduire au minimum les pertes de chaleur au travers du bloc inférieur 18. Il est évident que ce tampon isolant 36 ne resterait pas en contact avec la face inférieure 38 du lingot et ne pourrait pas remplir correctement sa fonction si le bombement d'extrémité était excessif; en conséquence, l'utilisation de gaz dissous servant à réduire le bombement vient compléter l'action d'un tampon isolant 36 pour réduire le renflement.

Il est évident que la couche isolante 34 représentée sur la vue en coupe à échelle agrandie de la fig. 5 est constamment renouvelée. Le volume d'eau arrivant sur les surfaces du lingot est trop grand pour ne pas affecter la couche isolante. En conséquence, il faut s'attendre à ce que la couche gazeuse isolante 34 soit constamment désagrégée, mais elle est remplacée pratiquement simultanément par dégagement du gaz contenu dans l'eau entrante. Les particules de gaz ont tendance à suivre le trajet de résistance minimale et, en conséquence, une grande proportion des particules de gaz sont automatiquement évacuées du système. Cependant, des particules gazeuses ont tendance à adhérer sur une surface; en conséquence, il existe toujours une couche uniforme 34 de particules gazeuses sur la surface d'un lingot tant que du gaz est dissous dans le réfrigérant.

Pour réduire au minimum les déformations d'extrémité d'un lingot, il est nécessaire de retarder l'effet de refroidissement du réfrigérant de trempe directe pendant les phases initiales de l'opération de coulée continue. On peut résoudre ce problème par exemple en faisant dissoudre de 0,0046 à 0,0142 m3/s de gaz carbonique dans l'eau de refroidissement. Habituellement, après qu'une longueur initiale de 51 à 102 mm d'un lingot est sortie du moule, la couche gazeuse isolante 34 n'est plus nécessaire. Pour supprimer cette couche isolante 34, il suffit d'arrêter l'écoulement de gaz. De préférence, cet arrêt est réalisé graduellement afin d'augmenter progressivement la vitesse d'évacuation de chaleur assurée parle réfrigérant, ce qui élimine ainsi des conditions extrêmes de déséquilibre dans le processus global de refroidissement. Par exemple, un débit de 10 cm3/s de gaz carbonique et d'environ 9501 d'eau/min est de préférence réduit à une valeur proche de zéro dans une période d'environ 2 min. En conséquence, après la sortie d'une longueur de lingot inférieure à environ 25 cm, ce qui correspond à la phase initiale de coulée, on ne dissout pratiquement plus de gaz dans le réfrigérant.

L'écoulement du réfrigérant liquide, défini par la pression, la direction et le débit, n'est pas modifié pendant l'opération de coulée. L'eau de refroidissement, qu'elle contienne ou non un gaz dissous, arrive uniformément sur les surfaces extérieures du lingot sans modification de la configuration du rideau d'eau 30 autour du lingot 16. Cette uniformité est non seulement économique, mais elle améliore également l'uniformité de solidification thermique du lingot, et par conséquent sa qualité.

On va maintenant donner, à titre non limitatif, quelques exemples de mise en œuvre du procédé selon la présente invention:

Exemple 1 :

On a coulé un lingot dans un moule en aluminium, de section droite rectangulaire, disposé verticalement, refroidi par eau et ayant une largeur de 150 cm et une épaisseur de 51 cm. Pendant l'opération de coulée, on a fait arriver de l'eau à une température d'environ 7 à 10°C dans le moule et sur le lingot descendant, à un débit d'environ 9501/min. On a utilisé dans cet exemple un alliage Aluminum Association 3003. On a introduit le métal en fusion dans le moule à une température d'environ 700°C. Pendant la coulée, on a maintenu une colonne de métal de valeur faible, à savoir d'environ 38 mm. On a adopté initialement une vitesse de coulée d'environ 51 mm/min, c'est-à-dire, pour un lingot de cette dimension, environ 7260 kg/h. On a fait dissoudre du gaz carbonique dans l'eau de refroidissement à un débit de 0,0104 m3/s et, après qu'une longueur de lingot d'environ 89 mm est sortie du moule, ou bien au bout d'environ 2 min, on a réduit progressivement le débit de gaz carbonique pendant une autre période de 2 min. En conséquence, après qu'une longueur totale de lingot d'environ 19 cm est sortie du moule, l'eau de refroidissement n'a pratiquement plus contenu de gaz carbonique. On a augmenté progressivement la vitesse de coulée jusqu'à environ 12,7 cm/min, c'est-à-dire 14500 kg/h. Si on ne prévoyait aucun retardement du refroidissement par eau de trempe directe, il se produirait à l'extrémité de ce lingot un bombement assez fort, d'environ 11,4 cm. Cependant, dans l'exemple considéré, on a enregistré un bombement d'extrémité de seulement 1,9 cm.

Exemple 2:

On a adopté le même processus que dans l'exemple 1, sauf qu'on a utilisé un moule d'une largeur de 168 cm et d'une épaisseur de 51 cm. Le bombement d'extrémité produit sur des lingots d'un grand rapport largeur/épaisseur a été si fort que les lingots n'ont pas pu être coulés sans retardement du refroidissement direct. Dans cet exemple, le retardement du refroidissement a permis de réduire le bombement d'extrémité à moins de 5,1 cm.

Exemple 3:

On a adopté le même processus que dans l'exemple 2. En outre, on a placé un tampon isolant en fibres céramiques sur la surface du bloc de fond en contact avec le lingot afin de réduire au minimum les pertes de chaleur au travers dudit bloc. Ce tampon isolant a recouvert environ 60% de la surface inférieure du lingot coulé. On a •réduit le renflement d'extrémité du lingot à une valeur comprise entre 6,4 et 12,7 mm. En l'absence de ce tampon isolant, le renflement d'extrémité d'un lingot de 1,68 x 0,51 m en alliage 3003 atteindrait 38 mm.

Dans une opération de coulée horizontale réalisée conformément au procédé selon l'invention, on forme également une couche gazeuse d'isolation entre le liquide de refroidissement et la surface extérieure du lingot, comme dans le cas d'un .lingot coulé verticalement et correspondant à la fig. 5.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55'

60

R

1 feuille dessins