EP0241445A1 - Dispositif et procédé pour le refroidissement d'un produit métallique coulé en continu - Google Patents

Dispositif et procédé pour le refroidissement d'un produit métallique coulé en continu Download PDF

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EP0241445A1
EP0241445A1 EP87870033A EP87870033A EP0241445A1 EP 0241445 A1 EP0241445 A1 EP 0241445A1 EP 87870033 A EP87870033 A EP 87870033A EP 87870033 A EP87870033 A EP 87870033A EP 0241445 A1 EP0241445 A1 EP 0241445A1
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product
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cooling
orifices
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling

Definitions

  • the present invention relates to a device for cooling a metallic product, in particular steel, which is continuously cast, and to a method of using this device.
  • the continuous casting of a metal product is a method which consists in casting the molten metal in a bottomless ingot mold generally animated by an oscillating movement and whose walls are cooled vigorously. Under the effect of this vigorous cooling, the skin of the cast metal solidifies rapidly and forms a solid crust surrounding the molten metal which forms the liquid well. Partly solidified product The solid is then continuously extracted from the ingot mold and passes through a secondary cooling zone where it completes its cooling and therefore solidifies.
  • the presence of the liquid well causes the existence of a ferrostatic pressure inside the product.
  • This ferrostatic pressure acts from the inside on the solidified skin and it can give rise to breakthroughs, that is to say tears in the skin, in places where the skin does not offer sufficient resistance.
  • Such weak points result in particular from irregular cooling or insufficient support of the product in the secondary cooling zone.
  • Conventional equipment in a secondary cooling zone consists of support and guide rollers, between which are devices for spraying water, for example sprinklers.
  • the use of such equipment involves two major drawbacks which can lead to the aforementioned weak points.
  • the metal is only firmly supported according to the generators of contact with the rollers, which presents a serious risk of breakthrough between two rollers and gives rise to deformations in the form of bulges.
  • the cooling nozzles alternate with the rollers on the path of the product. It therefore undergoes a succession of cooling and heating, that is to say a series of thermal cycles which do not allow regular cooling and therefore affect the regularity of the thickness of the solidified skin.
  • Patent DE-C-21 43 962 describes a device for cooling and guiding a continuously cast product, comprising a grid in the meshes of which are arranged sprinklers.
  • the grid is applied against the solidified side face of the product which it guides.
  • the cooling obtained is not uniform over the entire surface.
  • the present invention discloses a device making it possible to remedy the aforementioned drawbacks and to ensure intense and homogeneous cooling of the entire surface of the product while guaranteeing an integral and uniform support of the product in the secondary cooling zone.
  • the device for cooling a continuously cast metal product essentially consists of at least one box having a flat wall pierced with orifices called the front wall, and equipped with means for supplying coolant. under pressure, each box being arranged in the secondary cooling zone of said metal product so that its wall pierced with orifices faces a face of the metal product, at a certain distance from the latter.
  • the box it has proved advantageous to arrange the box so that its wall forms with the transverse median plane of the product an angle between 0 ° and 1 ° in the direction of travel of the product.
  • the transverse median plane of the product is the vertical plane carried out at mid-thickness of the product parallel to the large faces of the latter.
  • the orifices are slots oriented transversely relative to the product when the box is placed in the secondary cooling zone.
  • these slots are inclined, in the direction of travel of the metal product, by an angle ⁇ of between 20 ° and 70 ° relative to the horizontal.
  • this angle ⁇ will be close to 60 °, in order to give the liquid a sufficient movement component in the direction of movement of the metal product.
  • the section of said orifices, and in particular the width of the slots, is adjustable by suitable means.
  • the orifices are regularly distributed in the front wall of the box, in order to ensure a homogeneous distribution of the coolant.
  • FIG. 1 schematically represents and without any limiting character, a device for cooling a steel slab continuously cast.
  • the slab 1 leaving the continuous casting mold 2 enters the secondary cooling zone where is installed the device of the invention generally designated by the reference 3.
  • This device consists of two boxes 4.5 which each have a flat front wall 6, 7 facing the slab 1.
  • the two boxes 4.5 are arranged at a distance as small as possible from the mold. However, if this distance allows, there may be provided, between the mold and the boxes, support rollers known per se, not shown.
  • the two boxes 4,5 are arranged opposite the large faces of the slab 1, at the same level and in such a way that their respective flat walls 6,7 are inclined on the median plane of the slab. This inclination is accentuated here to make it perceptible but in practice, it does not exceed 1 °.
  • These slots 9, 10 have an adjustable width e.
  • the boxes 4.5 also include means 11, 12 for supplying coolant, as well as flow meters 13, 14 for controlling the flow of liquid and manometers 15, 16 for monitoring the pressure prevailing inside the boxes.
  • the steel slab 1 When the steel slab 1 leaves the continuous casting mold 2, it has a relatively thin solidified skin surrounding the liquid well 8.
  • the boxes 4,5 are supplied with pressurized water respectively by the pipes 11, 12 and this water s 'flows through the slots 9, 10 to fill the space formed between the boxes 4 and 5.
  • the slab 1 entering this space is subjected to the action of the coolant, generally water, which circulates there. It thus undergoes intense and homogeneous cooling which results in the rapid solidification of the metal of the liquid well and consequently the increase in the thickness of the solidified skin. Care should be taken to ensure a sufficient flow of coolant to limit the heating of this coolant and in any case avoid its boiling, as this would cause the rise of water vapor towards the mold.
  • the slab In this space between the boxes, the slab is not in contact with any support member. It is only subjected to the action of the pressurized coolant which, in addition to its cooling effect, also provides compensation for the ferrostatic pressure applied by the metal of the liquid well. As the pressure exerted by the coolant layer is applied uniformly over the entire surface of the slab, the ferrostatic pressure is compensated at all points and there is no longer any risk of breakthrough.
  • FIG. 2 illustrates the distribution of the pressure P exerted on the surface of the slab along the height H of the boxes, for different flow rates of coolant.
  • the device and the method of the invention therefore make it possible to ensure rapid and homogeneous cooling of a continuously cast metal product, as well as the continuous support of this product throughout the duration of its solidification.

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Abstract

Le dispositif (3) pour le refroidissement d'un produit métallique (1) coulé en continu se compose d'au moins un caisson (4; 5) comportant une paroi plane (6; 7) percée d'orifices (9; 10), dite paroi anté­rieure, et équipé de moyens (11; 12) d'alimentation en liquide de re­froidissement sous pression. Chaque caisson est disposé dans la zone de refroidissement secondaire dudit produit métallique, de telle façon que sa paroi percée d'orifices soit tournée vers une face du produit métallique, à une certaine distance de celui-ci.
Le procédé consiste à former entre le produit et le caisson une couche continue de liquide de refroidissement sous pression, assurant le re­froidissement du produit et la compensation de la pression ferrostatique régnant dans celui-ci.

Description

  • La présente invention porte sur un dispositif pour le re­froidissement d'un produit métallique, en particulier en acier, coulé en continu, et sur un procédé de mise en oeu­vre de ce dispositif.
  • On sait que la coulée continue d'un produit métallique est une méthode qui consiste à couler le métal en fusion dans une lingotière sans fond généralement animée d'un mouvement d'oscillation et dont les parois sont refroi­dies énergiquement. Sous l'effet de ce refroidissement énergique, la peau du métal coulé se solidifie rapidement et forme une croûte solide entourant du métal en fusion qui forme le puits liquide. Le produit en partie solidi­ fié est alors extrait en continu de la lingotière et il traverse une zone de refroidissement secondaire où il a­chève son refroidissement et dès lors sa solidification.
  • La présence du puits liquide entraîne l'existence d'une pression ferrostatique à l'intérieur du produit. Cette pression ferrostatique agit par l'intérieur sur la peau solidifiée et elle peut donner lieu à des percées, c'est-­à-dire à des déchirures de la peau, aux endroits où la peau n'offre pas une résistance suffisante. De tels points faibles résultent notamment d'un refroidissement irrégu­lier ou d'un soutien insuffisant du produit dans la zone de refroidissement secondaire.
  • L'équipement classique d'une zone de refroidissement se­condaire est constitué de rouleaux de support et de gui­dage, entre lesquels sont situés des dispositifs de pro­jection d'eau, par exemple des gicleurs.
  • Le recours à un tel équipement entraîne cependant deux in­convénients majeurs pouvant conduire aux points faibles précités. D'une part, le métal n'est fermement soutenu que selon les génératrices de contact avec les rouleaux, ce qui présente un sérieux risque de percée entre deux rou­leaux et donne lieu à des déformations en forme de bombe­ments. D'autre part, les gicleurs de refroidissement al­ternent avec les rouleaux sur la trajectoire du produit. Celui-ci subit donc une succession de refroidissements et de réchauffements, c'est-à-dire une série de cycles ther­miques qui ne permettent pas de réaliser un refroidisse­ment régulier et nuisent par conséquent à la régularité de l'épaisseur de la peau solidifiée.
  • Par le brevet BE-A-675.403, on connaît un dispositif des­tiné à refroidir un métal coulé en continu, au moyen de corps refroidisseurs que l'on applique contre le produit métallique en cours de solidification. Ces corps refroi­disseurs sont disposés par paires successives séparées par des intervalles. Ils ne permettent pas d'assurer un re­froidissement régulier et suffisant et un soutien continu du produit dans toute la zone de refroidissement secondai­re. En outre, ils sont sujets à l'usure et leur installa­tion est assez compliquée.
  • Le brevet DE-C-21 43 962 décrit un dispositif pour refroi­dir et guider un produit coulé en continu, comportant une grille dans les mailles de laquelle sont disposés des gi­cleurs. La grille est appliquée contre la face latérale solidifiée du produit dont elle assure le guidage. Il se pose également ici des problèmes d'usure de la grille et de détérioration de la qualité du surface du produit. En outre, le refroidissement obtenu n'est pas homogène sur toute la surface.
  • La présente invention révèle un dispositif permettant de remédier aux inconvénients précités et d'assurer un re­froidissement intense et homogène de toute la surface du produit tout en garantissant un support intégral et uni­forme du produit dans la zone de refroidissement secon­daire.
  • Conformément à la présente invention, le dispositif de re­froidissement d'un produit métallique coulé en continu se compose essentiellement d'au moins un caisson comportant une paroi plane percée d'orifices dite paroi antérieure, et équipé de moyens d'alimentation en liquide de refroi­dissement sous pression, chaque caisson étant disposé dans la zone de refroidissement secondaire dudit produit métal­lique de telle façon que sa paroi percée d'orifices soit tournée vers une face du produit métallique, à une certai­ne distance de celui-ci.
  • Selon l'invention, il s'est avéré avantageux de disposer le caisson de telle façon que sa paroi forme avec le plan mé­dian transversal du produit un angle compris entre 0° et 1° dans le sens de défilement du produit.
  • Le plan médian transversal du produit est le plan vertical mené à mi-épaisseur du produit parallèlement aux grandes faces de celui-ci.
  • Cette disposition avantageuse entraîne la formation d'un coin d'eau qui empêche la remontée de liquide de refroidis­sement vers la lingotière. Cet effet de coin est encore ac­centué par le retrait du produit au refroidissement.
  • Selon une réalisation intéressante du dispositif de l'in­vention, les orifices sont des fentes orientées transver­salement par rapport au produit lorsque le caisson est mis en place dans la zone de refroidissement secondaire.
  • Egalement selon l'invention, ces fentes sont inclinées, dans le sens de défilement du produit métallique, d'un an­gle α compris entre 20° et 70° par rapport à l'horizon­tale.
  • Avantageusement, cet angle α sera voisin de 60°, afin de conférer au liquide une composante de mouvement suffisante dans le sens du déplacement du produit métallique.
  • Selon l'invention, la section desdits orifices, et en par­ticulier la largeur des fentes, est réglable par des moy­ens appropriés.
  • Toujours selon l'invention, les orifices, respectivement les fentes, sont régulièrement répartis dans la paroi an­térieure du caisson, afin d'assurer une distribution ho­mogène du liquide de refroidissement.
  • D'autres particularités de l'invention pourront encore ap­paraître par la description qui va être faite du disposi­tif et de son procédé de mise en oeuvre, en se référant aux dessins annexés dans lesquels la
    • Fig.1 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention et illustre son procédé de mise en oeu­vre et la
    • Fig.2 présente un diagramme traduisant la distribution de la pression dans la couche de liquide de refroidis­sement pour différents débits d'alimentation de ce liquide.
  • Dans ces figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères numériques et les sens de circulation du li­quide sont indiqués par des flèches. Enfin, on a omis tout ce qui n'était pas essentiel pour la compréhension de l'in­vention.
  • Pour illustrer cette description, on fera tout d'abord ré­férence à la figure 1 qui représente schématiquement et sans aucun caractère limitatif, un dispositif de refroidis­sement d'une brame d'acier coulée en continu.
  • La brame 1 quittant la lingotière de coulée continue 2 pénètre dans la zone de refroidissement secondaire où est installé le dispositif de l'invention globalement désigné par le repère 3. Ce dispositif se compose de deux caissons 4,5 qui comportent chacun une paroi antérieure plane 6, 7 tournée vers la brame 1. Les deux caissons 4,5 sont dis­posés à une distance aussi faible que possible de la lin­gotière. Toutefois, si cette distance le permet, il peut être prévu, entre la lingotière et les caissons, des rou­leaux de support connus en soi, non représentés. Les deux caissons 4,5 sont disposés en face des grandes faces de la brame 1, au même niveau et de telle façon que leurs parois planes respectives 6,7 soient inclinées sur le plan median de la brame. Cette inclinaison est ici accentuée pour la rendre perceptible mais en pratique, elle ne dépasse pas 1°. Les caissons 4,5 sont encore montés de telle façon qu'­à un niveau quelconque, leurs parois planes se trouvent à la même distance de leur face respective de la brame 1. Ainsi, à son point le plus haut, chaque paroi plane 6,7 se trouve à une distance h₁ de sa face respective de la brame. En raison de l'inclinaison des caissons 4,5 la distance h entre un caisson et la face de la brame augmente de h₁ en haut à h₂ en bas, avec h₁ < h₂. Par exemple, h₁ = 1 mm et h₂ = 4 mm pour une hauteur de caisson de 60 cm.
  • Les faces planes 6,7 des caissons 4,5 sont percées de fen­tes telles que 9, 10 qui sont inclinées d'un angle α = 30° par rapport à l'horizontale, dans le sens de défilement de la brame 1. Ces fentes 9, 10 présentent une largeur e ré­glable.
  • Les caissons 4,5 comportent encore des moyens 11, 12 d'a­limentation en liquide de refroidissement, ainsi que des débitmètres 13, 14 pour contrôler le débit de liquide et des manomètres 15, 16 permettant de surveiller la pression régnant à l'intérieur des caissons.
  • Le procédé de refroidissement d'un produit métallique cou­lé en continu, qui fait aussi partie de la présente inven­tion, peut également être présenté en faisant référence à la figure 1.
  • Lorsque la brame d'acier 1 quitte la lingotière de coulée continue 2, elle présente une peau solidifiée relativement mince entourant le puits liquide 8. Les caissons 4,5 sont alimentés en eau sous pression respectivement par les con­duites 11, 12 et cette eau s'écoule par les fentes 9, 10 pour remplir l'espace formé entre les caissons 4 et 5. La brame 1 pénétrant dans cet espace est soumise à l'action du liquide de refroidissement, généralement de l'eau, qui y circule. Elle subit ainsi un refroidissement intense et ho­mogène qui entraîne la solidification rapide du métal du puits liquide et par conséquent l'accroissement de l'épais­seur de la peau solidifiée. Il convient de veiller à assu­rer un débit de liquide de refroidissement suffisant pour limiter l'échauffement de ce liquide et en tout cas éviter son ébullition, car ceci entraînerait la remontée de vapeur d'eau vers la lingotière.
  • Dans cet espace entre les caissons la brame n'est en con­tact avec aucun organe de support. Elle n'est soumise qu'à l'action du liquide de refroidissement sous pression qui, outre son effet de refroidissement, assure également la compensation de la pression ferrostatique appliquée par le métal du puits liquide. Comme la pression exercée par la couche de liquide de refroidissement est appliquée unifor­mément sur toute la surface de la brame, la pression fer­rostatique est compensée en tout point et il n'y a plus de risque de percée.
  • Enfin, l'inclinaison des fentes et l'effet de coin résul­tant de l'augmentation de la distance h limitent fortement l'écoulement de l'eau en direction de la partie supérieure des caissons et réduisent dès lors le risque de projection d'eau sur la lingotière.
  • La figure 2 illustre la répartition de la pression P exer­cée sur la surface de la brame le long de la hauteur H des caissons, pour différents débits de liquide de refroidis­sement.
  • Les diagrammes correspondent à une hauteur de caisson de 60 cm, à des distances h₁ = 1 mm et h₂ = 4 mm et à des fen­tes inclinées de α = 30° et ayant une largeur e = 2,6 mm.
  • Les essais effectués dans ces conditions montrent que l'é­coulement de l'eau est régulier sur toute la largeur de la brame ainsi que sur la majeure partie de la hauteur des caissons. En outre, la pression exercée par la couche d'­eau sur la surface de la brame permet de compenser la pression ferrostatique, car celle-ci vaut environ 1 bar juste en-dessous de la lingotière.
  • Le dispositif et le procédé de l'invention permettent donc d'assurer un refroidissement rapide et homogène d'un pro­duit métallique coulé en continu, ainsi que le support con­tinu de ce produit pendant toute la durée de sa solidifi­cation.
  • Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais qu'­elle englobe également les diverses variantes entrant dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (9)

1. Dispositif pour le refroidissement d'un produit métal­lique coulé en continu, caractérisé en ce qu'il se compose d'au moins un caisson comportant une paroi plane percée d'­orifices dite paroi antérieure, et équipé de moyens d'ali­mentation en liquide de refroidissement sous pression, cha­que caisson étant disposé dans la zone de refroidissement secondaire dudit produit métallique de telle façon que sa paroi percée d'orifices soit tournée vers une face du pro­duit métallique, à une certaine distance de celui-ci.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices sont des fentes orientées transversa­lement par rapport au produit lorsque le caisson est mis en place dans la zone de refroidissement secondaire.
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ces fentes sont inclinées dans le sens de défile­ment du produit métallique, d'un angle α compris entre 20° et 70° par rapport à l'horizontale.
4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle α d'inclinaison des fentes est voisin de 60°.
5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de la section desdits orifices, en particulier de la largeur desdites fentes.
6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits orifices, res­pectivement lesdites fentes, sont régulièrement répartis dans la paroi antérieure du caisson.
7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi antérieure desdits caissons est inclinée d'un angle compris entre 0° et 1° par rapport au plan médian transversal du produit métallique à refroidir.
8. Procédé pour le refroidissement d'un produit métalli­que coulé en continu à l'aide d'un dispositif suivant l'­une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on alimente le caisson en liquide de refroi­dissement sous pression, en ce que l'on assure l'écoule­ment dudit liquide de refroidissement à travers les ori­fices, respectivement les fentes, ménagés dans la face antérieure du caisson, en ce que l'on forme entre le pro­duit métallique et la face antérieure du caisson une cou­che continue de liquide de refroidissement sous pression s'écoulant dans le sens de défilement du produits métalli­que et en ce que l'on règle la pression dans ladite couche de façon à compenser la pression ferrostatique régnant dans le produit.
9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on forme une couche continue de liquide de refroi­dissement d'épaisseur croissante dans le sens de défile­ment du produit métallique.
EP87870033A 1986-03-18 1987-03-09 Dispositif et procédé pour le refroidissement d'un produit métallique coulé en continu Expired EP0241445B1 (fr)

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