Dispositif de coulée d'un métal en phase pâteuse

Description

[0001] La présente invention porte sur un dispositif de coulée d'un métal, particulièrement de l'acier, en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue.

[0002] On connaît déjà l'intérêt du procédé de coulée en phase pâteuse, c'est-à-dire à une température comprise dans l'intervalle de solidification du métal considéré, pour la coulée continue de métaux, tels que l'acier. Ce procédé permet en effet d'obtenir des structures fines et homogènes qui réduisent les ségrégations dans les produits coulés.

[0003] Un procédé de ce type est connu notamment par le brevet DE-A-2707774.

[0004] L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif particulier permettant de créer les conditions conduisant à l'apparition d'une phase pâteuse dans le métal au cours de son trajet entre la poche ou le panier de coulée d'une part et la lingotière de coulée continue d'autre part. Le dispositif de coulée suivant l'invention peut dès lors être utilisé avec une poche ou un panier de coulée équipé d'une busette classique.

[0005] Conformément à la présente invention, un dispositif de coulée continue d'un métal en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue, comprenant un conduit vertical disposé en amont de ladite lingotière par rapport au sens de circulation dudit métal et extérieurement pourvu de moyens de refroidissement, est caractérisé en ce que ledit conduit vertical comporte un tronçon d'entrée dont au moins la surface intérieure est constituée d'un matériau réfractaire, en ce qu'un organe répartiteur est disposé dans ledit tronçon d'entrée pour dévier le métal provenant d'une busette de coulée, située au-dessus dudit conduit vertical, vers la surface intérieure en matériau réfractaire dudit tronçon d'entrée, en ce qu'il comporte des moyens pour former un jet creux de métal dans ledit conduit vertical en dessous dudit organe répartiteur et en ce que lesdits moyens de refroidissement ne s'étendent que sur le tronçon dudit conduit vertical qui est situé en aval par rapport audit tronçon d'entrée.

[0006] Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, l'extrémité de sortie de ce conduit vertical se raccorde à l'extrémité d'entrée de ladite lingotière.

[0007] Selon une autre réalisation du dispositif de l'invention, ledit conduit vertical se prolonge par un élément tubulaire pénétrant dans la lingotière.

[0008] Dans ce cas, la section de passage de cet élément tubulaire est au moins double de la section de sortie de la busette équipant la poche ou le panier de coulée. Cette section accrue est destinée à éviter le bouchage par le métal qui, à cet endroit, se trouve en phase pâteuse.

[0009] Egalement selon l'invention, ce conduit comprend au moins un tronçon tronconique, convergent dans le sens de circulation du métal, l'angle α d'inclinaison de la paroi dudit tronçon n'étant pas supérieur à 45° par rapport à l'axe longitudinal du conduit et étant de préférence compris entre 3° et 20°.

[0010] Selon une autre caractéristique de l'invention l'organe répartiteur est constitué par un plateau sensiblement horizontal; l'épaisseur dudit plateau diminue du centre vers les bords; il présente un contour extérieur tel qu'il ménage au moins un passage entre le bord du plateau et la paroi intérieure du conduit.

[0011] Toujours selon l'invention, le dispositif de coulée comporte en outre une coiffe montée sur l'extrémité d'entrée dudit conduit et percée d'une ouverture destinée à livrer passage à la busette de coulée. Cette coiffe délimite une chambre située essentiellement au-dessus dudit organe répartiteur et dans laquelle on peut introduire un gaz protecteur par des moyens appropriés.

[0012] En service, le dispositif de l'invention fait partie d'une installation comprenant également une poche ou un panier de coulée équipé d'une busette et d'une lingotière de coulée continue. Il est monté entre d'une part la poche ou le panier de coulée et d'autre part la lingotière, de telle façon que ladite busette débouche dans l'extrémité d'entrée du conduit vertical, au-dessus de l'organe répartiteur, et que l'extrémité de sortie du conduit vertical, respectivement de l'élément tubulaire qui le prolonge, débouche dans ladite lingotière de coulée continue.

[0013] Suivant une modalité avantageuse de réalisation du dispositif de l'invention, ledit conduit vertical comporte un tronçon d'entrée dont au moins la surface intérieure est constituée d'un matériau réfractaire, et ledit organe répartiteur est disposé dans ce tronçon d'entrée.

[0014] Grâce à la constitution particulière du dispositif de l'invention, le métal s'écoulant de la busette est dévié par l'organe répartiteur vers la paroi intérieure réfractaire dudit tronçon d'entrée. Cette paroi ne subit pas de dommage dû au flux de chaleur appliqué par le métal. Elle peut cependant subir une dégradation mécanique par érosion dans la zone d'impact du métal.

[0015] Dans le cadre de la présente invention, ce phénomène d'érosion peut être retardé en utilisant un matériau réfractaire qui présente une résistance élevée à l'érosion par le métal liquide.

[0016] Un autre moyen conforme à l'invention pour retarder l'érosion dudit tronçon réfractaire consiste à rendre l'organe répartiteur déplaçable verticalement en translation. Il est ainsi possible de modifier la position verticale de l'organe répartiteur par rapport au tronçon d'entrée réfractaire, soit entre deux opérations de coulée successives, soit éventuellement au cours d'une opération de coulée. Cette caractéristique permet de répartir l'érosion sur au moins une partie de la longueur axiale dudit tronçon d'entrée réfractaire et d'en prolonger ainsi la durée de vie.

[0017] Dans tous les cas, le métal liquide dévié par l'organe répartiteur s'écoule, sans refroidissement sensible, le long de la partie inférieure du tronçon d'entrée réfractaire, puis le long du tronçon en cuivre où il subit le refroidissement désiré.

[0018] Selon une particularité intéressante, lesdits moyens pour former un jet creux comprennent des moyens pour insuffler un agent gazeux à l'intérieur dudit conduit vertical, en dessous de l'organe répartiteur.

[0019] Ces moyens sont avantageusement constitués par au moins un injecteur monté sur la face inférieure dudit organe répartiteur et raccordé à une source appropriée d'un agent gazeux, celui-ci étant de préférence un gaz inerte tel que l'argon.

[0020] L'agent gazeux ainsi insufflé permet de rétablir la pression sous l'organe répartiteur et assure dès lors une application correcte de la couche mince de métal contre la paroi intérieure du conduit vertical.

[0021] Selon une autre particularité intéressante, un élément du conduit vertical, par exemple le tronçon d'entrée en matériau réfractaire ou encore l'élément tronconique est pourvu de moyens destinés à imprimer un mouvement de rotation au métal traversant ledit tronçon.

[0022] Ces moyens sont avantageusement constitués par des inducteurs engendrant un champ électromagnétique tournant.

[0023] L'objet de l'invention sera mieux compris à l'aide de la description qui suit d'une réalisation préférée du dispositif de l'invention, avec référence aux dessins annexés dans lesquels la

Figure 1

représente une vue en élévation d'un dispositif de coulée en coupe transversale suivant la ligne I-I de la figure 2; la

Figure 2

montre une vue en plan, coiffe enlevée, du dispositif de coulée de la figure 1; la

Figure 3

illustre la variante dans laquelle le conduit vertical se prolonge par un élément tubulaire pénétrant dans la lingotière de coulée continue; la

Figure 4

représente un dispositif comportant un tronçon d'entrée en matériau réfractaire, ainsi qu'un système d'insufflation d'un agent gazeux; et la

Figure 5

illustre un dispositif analogue à celui de la figure 4 et comportant en outre des inducteurs disposés autour du tronçon d'entrée.

[0024] Dans ces figures, les éléments analogues sont désignés par les mêmes repères numériques.

[0025] La figure 1 montre, en élévation, un dispositif de coulée conforme à l'invention, monté entre une lingotière de coulée continue 1 et une poche ou un panier de coulée symbolisé par la busette 2. Un conduit tronconique 3 en cuivre est monté sur la lingotière 1; ce conduit est pourvu d'un refroidissement à l'eau schématisé par les flèches 4 et 5. A l'extrémité supérieure de ce conduit 3 est disposé un organe répartiteur sous la forme d'un plateau 6 dont l'épaisseur décroît du centre vers les bords. La forme de ce plateau est adaptée à celle de la section du conduit 3. La figure 2 montre un plateau dont le bord porte quatre saillies assurant le centrage du plateau dans le conduit, tandis que des passages périphériques sont prévus entre les saillies.

[0026] Revenant à la figure 1, le conduit 3 est garni d'une coiffe 7 délimitant une chambre 8 au-dessus du plateau répartiteur 6. Cette coiffe 7 est dotée d'une ouverture dans laquelle s'engage la busette 2; la coiffe 7 est également pourvue d'un système 9 d'introduction d'un gaz sous pression dans la chambre 8. Un tel système d'introduction de gaz est bien connu en soi et n'est pas décrit en détail ici.

[0027] La figure 3 illustre la variante du dispositif de l'invention,dans laquelle le conduit vertical 3 se prolonge par un élément tubulaire 10 pénétrant à l'intérieur de la lingotière 1. Le cas échéant, l'extrémité inférieure de cet élément tubulaire 10 peut être immergée dans le métal pâteux qui se trouve dans la lingotière. Pour le reste, cette variante correspond entièrement à la représentation de la figure 1.

[0028] La figure 4 représente un dispositif de coulée comportant un conduit vertical 3 extérieurement pourvu d'un circuit de refroidissement 4, 5, et un organe répartiteur 6 disposé dans ce conduit vertical.

[0029] Le conduit vertical 3 se prolonge par un élément tubulaire 10 qui pénètre dans une lingotière de coulée continue 1, tandis que l'organe répartiteur 6 est situé en dessous d'une busette 2 équipant un récipient de coulée non représenté. Le conduit vertical 3 comporte un tronçon d'entrée 11 en matériau réfractaire, à l'intérieur duquel est situé l'organe répartiteur 6. Celui-ci est en outre pourvu d'un injecteur 12 relié par une canalisation 13 à une source d'agent gazeux non représentée. L'agent gazeux insufflé par l'injecteur 12 forme à l'intérieur du conduit vertical 3 une poche de gaz qui applique la mince couche de métal 14 contre la surface intérieure de ce conduit vertical.

[0030] Le dispositif représenté dans la figure 5 est fondamentalement similaire à celui de la figure 4. Il s'en distingue uniquement par le fait que le tronçon d'entrée 11 en matériau réfractaire présente une plus grande longueur axiale et qu'il est entouré d'inducteurs 15. Ces inducteurs engendrent un champ électromagnétique tournant qui met le métal en rotation dans le tronçon d'entrée 11, ce qui assure une bonne répartition du métal liquide à la périphérie du tronçon d'entrée. De plus, l'effet de centrifugation qui en résulte s'ajoute à l'action de l'agent gazeux insufflé par l'injecteur 12 pour assurer l'application de la mince couche de métal 14 contre la paroi intérieure du tronçon d'entrée 11. Le métal 14 est donc mis en rotation avant de pénétrer dans le tronçon refroidissant en cuivre du conduit vertical 3.

[0031] Le mode de fonctionnement de ce dispositif est le suivant.

[0032] Le conduit 3 est monté sur la lingotière 1, puis le plateau répartiteur 6 et la coiffe 7 sont à leur tour mis en place. La poche ou le panier de coulée, non représenté, est alors amené en position de façon à engager la busette 2 dans l'ouverture ménagée dans la coiffe 7. On ouvre la busette 2 et l'acier liquide surchauffé s'écoule à travers celle-ci sur le plateau répartiteur 6. En raison de l'inclinaison de la surface supérieure du plateau 6, l'acier s'écoule vers la périphérie du plateau 6, puis à travers les passages ménagés entre les saillies de centrage du plateau.

[0033] L'acier liquide ruisselle ainsi en une couche mince en s'étalant sur la paroi intérieure du conduit 3. Le refroidissement du conduit assure l'élimination de la surchauffe de l'acier et provoque l'apparition d'une fraction solide qui rend l'acier pâteux à son entrée dans la lingotière 1. L'introduction d'un gaz protecteur sous pression, par exemple de l'argon, dans la chambre 8 provoque une surpression dans cette chambre et empêche toute entrée d'air au contact de l'acier liquide.

[0034] A titre d'exemple, on a coulé des blooms d'une section de 220 mm × 220 mm, en acier contenant 0,7 % C, avec un débit de 20 t/h. La surchauffe initiale de l'acier était de 25°C; la température de l'acier dans la busette était de 1505°C. L'acier a été coulé sur un plateau répartiteur en matériau réfractaire, sous une protection d'argon, puis le long des parois intérieures du conduit 3. Celui-ci était constitué par un conduit tronconique en cuivre, d'une longueur de 350 mm et d'un diamètre de 220 mm à mi-longueur; l'angle d'inclinaison α de la paroi du tronc de cône était de 5° par rapport à la verticale.

[0035] Le conduit était refroidi par de l'eau circulant à grande vitesse assurant une densité moyenne de flux de refroidissement de 3 MW/m². Le flux de chaleur évacué s'élevait à 72 MW et a conduit à une fraction solide de 38 % en volume dans l'acier entrant dans la lingotière.

[0036] Le dispositif de l'invention présente une grande surface d'échange thermique entre le conduit refroidi et l'acier liquide; la vitesse d'écoulement élevée de ce dernier le long de la paroi du conduit, permet d'atteindre une densité de flux de chaleur élevée. Il ne sortirait d'ailleurs pas du cadre de l'invention d'accroître cette densité de flux en imprimant au conduit un mouvement de rotation autour de son axe.

[0037] Le dispositif de l'invention est simple, compact et robuste. Il présente une grande sécurité de fonctionnement, notamment en raison d'un très faible risque de bouchage.

Revendications

1. Dispositif de coulée continue d'un métal en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue, comprenant un conduit vertical disposé en amont de ladite lingotière par rapport au sens de circulation dudit métal et extérieurement pourvu de moyens de refroidissement, caractérisé en ce que ledit conduit vertical (3) comporte un tronçon d'entrée (11) dont au moins la surface intérieure est constituée d'un matériau réfractaire, en ce qu'un organe répartiteur (6) est disposé dans ledit tronçon d'entrée (11) pour dévier le métal provenant d'une busette de coulée, située au-dessus dudit conduit vertical, vers la surface intérieure en matériau réfractaire dudit tronçon d'entrée (11), en ce qu'il comporte des moyens pour former un jet creux de métal dans ledit conduit vertical (3) en dessous dudit organe répartiteur (6) et en ce que lesdits moyens de refroidissement (4, 5) ne s'étendent que sur le tronçon dudit conduit vertical qui est situé en aval par rapport audit tronçon d'entrée (11).

2. Dispositif de coulée suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit vertical se prolonge par un élément tubulaire (10) pénétrant dans la lingotière.

3. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit conduit comprend au moins un tronçon tronconique (3) convergent dans le sens de circulation du métal, l'angle α de la paroi dudit tronçon n'étant pas supérieur à 45° par rapport à l'axe longitudinal du conduit, et étant de préférence compris entre 3° et 20°.

4. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe répartiteur est constitué par un plateau sensiblement horizontal, ledit plateau présentant une épaisseur diminuant du centre vers les bords et un contour tel qu'il ménage au moins un passage entre le bord du plateau et la paroi intérieure du conduit.

5. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une coiffe (7) montée sur l'extrémité d'entrée dudit conduit et percée d'une ouverture destinée à livrer passage à la busette de coulée.

6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit organe répartiteur (6) est déplaçable en translation dans ledit tronçon d'entrée (11).

7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour former un jet creux comprennent des moyens (12, 13) pour insuffler un agent gazeux à l'intérieur dudit conduit vertical (3), en dessous dudit organe répartiteur (6).

8. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un élément du conduit vertical est pourvu de moyens destinés à imprimer un mouvement de rotation au métal traversant ledit tronçon.

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des inducteurs engendrant un champ électromagnétique tournant.

Claims

1. Device for continuous casting of a metal in viscous phase in a continuous casting ingot mould, comprising a vertical pipe arranged upstream of the said ingot mould relative to the direction of circulation of the said metal and provided on the outside with cooling means, characterised in that the said vertical pipe (3) comprises an inlet section (11), of which at least the inner surface is made of a refractory material, in that a distributing element (6) is arranged in the said inlet section (11) to deflect the metal issuing from a casting nozzle, located above the said vertical pipe, towards the inner surface of refractory material of the said inlet section (11), in that it comprises means for forming a hollow stream of metal in the said vertical pipe (3) and below the said distributing element (6) and in that the said cooling means (4, 5) extend only over the section of the said vertical pipe which is located downstream relative to the said inlet section (11).

2. Casting device according to Claim 1, characterised in that the said vertical pipe is extended by a tubular element (10) penetrating into the ingot mould.

3. Casting device according to either of Claims 1 and 2, characterised in that the said pipe comprises at least one section (3) in the form of a truncated cone convergent in the direction of circulation of the metal, the angle α of the wall of the said section not being greater than 45° relative to the longitudinal axis of the pipe and preferably being between 3° and 20°.

4. Casting device according to either of Claims 1 to 3, characterised in that the distributing element consists of an essentially horizontal plate, the said plate having a thickness decreasing from the centre towards the edges and a shape such that it secures at least one passage between the edge of the plate and the inner wall of the pipe.

5. Casting device according to either of Claims 1 to 4, characterised in that it comprises a cap (7) mounted on the inlet end of the said pipe and provided with an opening intended to provide passage for the casting nozzle.

6. Device according to either of Claims 1 to 5, characterised in that the said distributing element (6) is capable of undergoing translational movement in the said inlet section (11).

7. Device according to either of Claims 1 to 6, characterised in that the said means for forming a hollow stream comprise means (12, 13) for blowing a gaseous agent into the interior of the said vertical pipe (3), below the said distributing element (6).

8. Device according to either of Claims 1 to 7, characterised in that an element of the vertical pipe is provided with means intended to impart a rotary movement to the metal passing through the said section.

9. Device according to Claim 8, characterised in that the said means consist of inductors giving rise to a rotary electromagnetic field.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Stranggießen eines Metalls in halbfester Phase in einer Stranggußkokille, bestehend aus einer im Sinne der Strömungsrichtung des Metalls vor jener Kokille angeordneten, mit Außenkühlung versehenen senkrechten Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß diese senkrechte Röhre (3) einen Zulaufabschnitt (11) aufweist, bei dem zumindest die Innenfläche aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, daß in diesem Zulaufabschnitt (11) ein Verteilerorgan (6) zur Ablenkung des aus einem über jener senkrechten Röhre befindlichen Gießausguß kommenden Metalls zur Innenfläche jenes Zulaufabschnitts (11) aus feuerfestem Werkstoff hin angeordnet ist, daß sie Mittel zur Bildung eines Hohlstrahls aus Metall in dieser senkrechten Röhre (3) unterhalb jenes Verteilerorgans (6) aufweist und daß sich besagte Kühlung (4, 5) nur über den stromabfwärts jenes Zulaufabschnitts (11) gelegenen Teil jener senkrechten Röhre erstreckt.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese senkrechte Röhre durch ein in die Kokille vorstehendes Rohrelement (10) verlängert ist.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jene Röhre mindestens einen kegelstumpfförmigen Abschnitt (3) aufweist, der sich in der Strömungsrichtung des Metalls verengt, wobei der Winkel α zwischen der Wand dieses Abschnitts und der Längsachse der Röhre höchstens 45° und vorzugsweise zwischen 3° und 20° beträgt.

4. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan aus einer im wesentlichen horizontalen Scheibe besteht, welche eine von der Mitte zu den Rändern hin abnehmende Dicke und einen solchen Umriß aufweist, daß zumindest ein Durchgang zwischen dem Rand der Scheibe und der Innenwand der Röhre verbleibt.

5. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kappe (7) aufweist, die auf dem Einlaßende jener Röhre angebracht und zur Bildung eines Durchgangs für den Gießausguß durchbohrt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jenes Verteilerorgan (6) in besagtem Zulaufabschnitt (11) translationsverschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jene Mittel zur Bildung eines Hohlstrahls aus Einrichtungen (12, 13) zum Einblasen eines gasförmigen Mittels in den Innenraum jener senkrechten Röhre (3) unter dem besagten Verteilerorgan (6) bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der senkrechten Röhre mit Mitteln versehen ist, welche das durch diesen Abschnitt strömende Metall in eine Drehbewegung versetzen sollen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel aus Induktoren bestehen, die ein rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugen.

Dessins