EP0021889A1 - Process for confining molten metals by applying an electromagnetic field - Google Patents

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EP0021889A1
EP0021889A1 EP80400751A EP80400751A EP0021889A1 EP 0021889 A1 EP0021889 A1 EP 0021889A1 EP 80400751 A EP80400751 A EP 80400751A EP 80400751 A EP80400751 A EP 80400751A EP 0021889 A1 EP0021889 A1 EP 0021889A1
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EP
European Patent Office
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jet
coil
metal
frequency
confinement
Prior art date
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EP80400751A
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German (de)
French (fr)
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EP0021889B1 (en
Inventor
Jacques Garnier
Marcel Garnier
René Moreau
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Bpifrance Financement SA
Original Assignee
Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
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Filing date
Publication date
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    • Y10T137/218—Means to regulate or vary operation of device
    • Y10T137/2191—By non-fluid energy field affecting input [e.g., transducer]

Definitions

  • the optimal frequency f o is that for which the penetration depth 6 of the electromagnetic field is equal to the radius R of the unconfined liquid metallic jet, that is:
  • the Applicant has also found that for the low frequencies above specified and in particular in the vicinity of the optimal frequency f o , the presence of the screen was no longer essential, the confinement being produced only by the coil traversed by a current. alternative at such a low frequency.
  • detachment does not occur at a well-determined stable level.
  • a screen concentric with the coil can be provided, this screen penetrating into the coil, not from the bottom (considering the flow of the jet) as in the request Patent No. 2,316,026, but from the top; detachment then occurs at the lower edge of the screen.
  • a coil crossed by a current of frequency f> in combination with a screen penetrating inside the coil from the bottom, the separation taking place at the upper edge of the screen
  • a coil is used by a current of frequency f ⁇ (r, radius of the jet after confinement, being less than R, radius of the jet after confinement) without screen or with a screen penetrating into the coil from the top; in the absence of a screen, detachment takes place at a level which is not easily determinable, while in the presence of a screen this detachment takes place at the lower edge of the screen.
  • the invention therefore firstly relates to a method for confining a jet of liquid metal by creating substantially at the level where it is desired to achieve the confinement an overpressure in the jet by means of a coil surrounding the jet at this level and traversed by an alternating current, characterized in that the said alternating current has a frequency lower than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confinement, in coherent units.
  • this frequency is substantially equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the radius of the metal jet before confinement, in coherent units.
  • the subject of the invention is also a device for confining a jet of liquid metal, by implementing the abovementioned method, comprising a coil which surrounds the jet and means for causing the coil to travel through an alternating current, characterized by the fact that said means make this coil flow through an alternating current whose frequency is less than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confines ment, in coherent units.
  • said means are such that they run the coil through an alternating current whose frequency is substantially equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the rayoh of the metal jet before confinement, in coherent units.
  • the device further comprises a screen made of an electrically conductive material arranged concentrically with the coil and penetrating inside the latter from the top if we consider the direction of movement of the jet.
  • FIG. 1 shows the state of the art as described in the prior patent application No. 2.316.026, in particular FIG. 1 of this patent application, so as to make it better understood. the differences between the present invention and said application.
  • the jet of liquid metal 6 leaving the nozzle 1 takes off from the walls 7 of this nozzle at level h of the upper edge 8 of the screen 3.
  • the jet thus confined has a diameter d less than diameter D from level h.
  • the location of the separation of the jet can be precisely fixed by fixing the position of the upper edge 8 of the screen 3 which penetrates from below into the coil 2.
  • the diameter d of the jet can be adjusted by modifying the intensity of high frequency alternating electric current flowing through the coil 2.
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates the simplest embodiment, namely a device ensuring the separation of a jet of liquid metal at the outlet of a nozzle without the use of a screen, but simply of a coil traversed by an alternating current of sufficiently low frequency.
  • the frequency f is close to an optimal frequency f such that the penetration depth is equal to the radius R of the unconfined liquid vein:
  • FIG. 3 an embodiment of the invention is illustrated comprising, in addition to the coil traversed by an alternating current of low frequency (as defined above with reference to FIG. 2), a screen made of a material good conductor of electricity.
  • the nozzle 1b, the coil 2b and the screen 3b have been illustrated, all three of revolution around the axis XX ′.
  • the jet of liquid metal 6b passes from a diameter D, before contraction, to the diameter d after contraction, the contraction and detachment taking place at the level k defined by the lower edge of the screen 3b which, unlike the screen 3 of Figure 1, enters the coil 2 from the top in the direction of flow of the jet 6b.
  • FIG 4 there is shown a device implementing the improvements according to the invention to ensure the passage of a seal and having no screen.
  • a device implementing the improvements according to the invention to ensure the passage of a seal and having no screen.
  • this figure there is a set 11 of lines 11a and 11b separated by an interval 11c, the whole of revolution around an axis XX 'for example.
  • two coils 12a and 12b each traversed by a low frequency alternating current, the two coils being connected in series so as to be traversed at each instant by the same current in opposite directions; each coil achieves a vis-à-vis the other since, due to the opposite directions of the currents which flow through them, there appears a point of zero magnetic field on their common axis XX 'at equal distance from each of them. 'they. Under these conditions, detachment takes place at the level of the upper part a of the upper coil 12a, while the bonding occurs at level b at the upper part of the upper coil 12b. The upper parts of the two coils are equidistant from the joint.
  • the coefficient C f takes account of the fact that, unlike the case of high frequencies, the ratio of the depth of penetration to the radius R of the metallic vein before confinement is not very small in front of the unit. As a result, the average pressure in a section of the metallic vein can no longer be compared to: but is equal to C f with:
  • FIGS. 6 and 7 the external peripheral wall of the jet 22 of radius R is shown at 21 with a primer of contraction of amplitude ⁇ at 23, the penetration thickness 6 being illustrated at 24.
  • the method and the device according to the invention make it possible to carry out the confinement of liquid metals, in particular liquid steel, liquid aluminum or liquid copper, as well as their alloys.

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Abstract

Le dispositif met en oeuvre un champ électromagnétique produit par une bobine qui entoure le jet de métal liquide à confiner.The device implements an electromagnetic field produced by a coil which surrounds the jet of liquid metal to be confined.

Le dispositif comporte une bobine 2a qui entoure le jet 6a et des moyens pour faire parcourir la bobine par un courant alternatif dont la fréquence est inférieure à l'inverse du produit de la perméabilité magnétique du métal liquide par la conductivité électrique de ce métal et par le carré du rayon du jet de ce métal après confinement, en unités cohérentes.The device comprises a coil 2a which surrounds the jet 6a and means for traversing the coil by an alternating current whose frequency is less than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confinement, in coherent units.

Application notamment à la coulée de l'acier, de l'aluminium et du cuivre liquide ou de leurs alliages.

Figure imgaf001
Application in particular to the casting of steel, aluminum and liquid copper or their alloys.
Figure imgaf001

Description

On a décrit dans la demande de brevet n° 2.316.026, déposée le 4 Juillet 1975 par la déposante et l'INSTITUT DE MECANIQUE de Grenoble, un dispositif pour confiner un jet de métal liquide, caractérisé par le fait qu'il can- prend, en combinaison, au niveau de l'orifice de sortie dudit jet formant busette, d'une part, des moyens pour créer une surpression dans le jet constitués par une bobine entourant la busette et disposée à la sortie de celle-ci, en combinaison avec des moyens pour faire parcourir la bobine par un courant alternatif de fréquence élevée et, d'autre part, des moyens pour supprimer cette surpression.We have described in patent application No. 2,316,026, filed July 4, 1975 by the applicant and the INSTITUTE OF MECHANICS of Grenoble, a device for confining a jet of liquid metal, characterized in that it can- takes, in combination, at the outlet orifice of said nozzle forming a nozzle, on the one hand, means for creating an overpressure in the jet constituted by a coil surrounding the nozzle and disposed at the outlet thereof, in combination with means for causing the coil to run through an alternating current of high frequency and, on the other hand, means for eliminating this excess pressure.

Le dispositif selon cette demande de brevet mettait donc en oeuvre, pour réaliser le confinement d'un jet de métal liquide, la combinaison de deux moyens, savoir :

  • - d'une part, une bobine qui entoure la busette par où sort le jet et qui est-parcourue par un courant alternatif de fréquence élevée, cette bobine créant une surpression dans le jet à la sortie de la busette,
  • - d'autre part, des moyens pour supprimer cette surpression.
The device according to this patent application therefore used, to achieve the confinement of a jet of liquid metal, the combination of two means, namely:
  • on the one hand, a coil which surrounds the nozzle through which the jet exits and which is traversed by an alternating current of high frequency, this coil creating an overpressure in the jet at the outlet of the nozzle,
  • - on the other hand, means to remove this overpressure.

On précisait dans ladite demande que :

  • - la fréquence f du courant alternatif qui parcourt la bobine devait être suffisamment élevée pour que la profondeur de pénétration 6 de l'induction ou champ magnétique dans le jet réponde aux deux conditions suivantes :
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    R étant le rayon du jet de métal avant contraction et e l'épaisseur de l'écran métallique ; on devait donc avoir :
    Figure imgb0003
avec Qm et Qc représentant la conductivité électrique respectivement du métal qui constituait le jet (par exemple l'acier ou l'aluminium) et du métal qui constituait l'écran (par exemple le cuivre) et y désignant la perméabilité magnétique du métal liquide ;
  • - les moyens pour supprimer la surpression dans le jet étaient avantageusement constitués par un écran en une matière conductrice de l'électricité, concentrique à la bobine et pénétrant à l'intérieur de celle-ci par le bas (lorsqu'on considère le sens d'écoulement du jet de métal liquide), des moyens étant prévus pour refroidir tant la bobine que l'écran en éliminant la chaleur qui y est produite lorsque la bobine est parcourue par ledit courant alternatif.
It was specified in said request that:
  • - the frequency f of the alternating current flowing through the coil had to be high enough for the penetration depth 6 of the induction or magnetic field in the jet to meet the following two conditions:
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
     R being the radius of the metal jet before contraction and e the thickness of the metal screen; so we had to have:
    Figure imgb0003
with Q m and Q c representing the electrical conductivity respectively of the metal which constituted the jet (for example steel or aluminum) and of the metal which constituted the screen (for example copper) and indicating there the magnetic permeability of the metal liquid;
  • the means for eliminating the overpressure in the jet were advantageously constituted by a screen made of an electrically conductive material, concentric with the coil and penetrating inside the latter from below (when considering the direction d flow of the jet of liquid metal), means being provided for cooling both the coil and the screen by eliminating the heat which is produced there when the coil is traversed by said alternating current.

La première addition à la demande de brevet précitée, savoir l'addition n° 2.396.612, déposée le 8 Juillet 1977 également par l'AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE et l'INSTITUT DE MECANIQUE de Grenoble, avait pour objet de réaliser une régulation du débit d'un jet de métal liquide par mise en oeuvre du dispositif selon la demande n° 2.316.026, en prévoyant en outre des moyens pour réduire à la valeur désirée la section dudit jet au niveau de l'orifice de sortie afin de réaliser le débit désiré ; de préférence, ces moyens étaient constitués par des moyens pour faire varier l'intensité dudit courant alternatif de fréquence élevée.The first addition to the aforementioned patent application, namely addition No. 2,396,612, filed on July 8, 1977 also by the NATIONAL AGENCY FOR THE VALORIZATION OF RESEARCH and the INSTITUTE OF MECHANICS of Grenoble, was intended to achieve regulating the flow rate of a jet of liquid metal by implementing the device according to application No. 2.316.026, further providing means for reducing the section of said jet at the outlet orifice in order to achieve the desired flow; preferably, these means were constituted by means for varying the intensity of said high frequency alternating current.

Dans tous les cas (demande de brevet principal et demande de brevet d'addition), on prévoyait des moyens pour supprimer la surpression dans le jet de métal liquide, ces moyens étant avantageusement constitués par un écran en une matière conductrice de l'électricité, ledit écran, de forme cylindrique, étant concentrique à la bobine et pénétrant à l'intérieur de celle-ci à partir du bas (en considérant le sens d'écoulement du jet de métal liquide).In all cases (main patent application and addition patent application), means were provided for eliminating the overpressure in the jet of liquid metal, these means advantageously being constituted by a screen made of an electrically conductive material, said screen, of cylindrical shape, being concentric with the coil and penetrating inside the latter from the bottom (considering the direction of flow of the jet of liquid metal).

On expliquait, dans la demande de brevet n°2.316.026, que l'écran avait pour effet de supprimer brutalement l'induction magnétique et dbnc de supprimer la surpression dans le jet, ce qui entraînait une réduction de section du jet du fait de l'invariance du débit Q2 = SV, d'une part, et de la charge (hydrostatique) H =

Figure imgb0004
, d'au- tre part, en appelant S la section, V la vitesse, P la pression et P la masse volumique du métal liquide, et g l'accélération de la pesanteur. En effet, en diminuant la pression au sein du jet de métal liquide, on augmente la vitesse V d'écoulement du métal liquide (à cause de l'invariance de la charge H) et on diminue donc la section (qui est inversement proportionnelle à la vitesse V du fait de l'invariance du débit Q).It was explained, in patent application No. 2.316.026, that the screen had the effect of abruptly suppressing the magnetic induction and dbnc of suppressing the overpressure in the jet, which resulted in a reduction in section of the jet due to the invariance of the flow rate Q 2 = SV, on the one hand, and of the (hydrostatic) charge H =
Figure imgb0004
 , on the other hand, by calling S the section, V the speed, P the pressure and P the density of the liquid metal, and g the acceleration of gravity. In fact, by decreasing the pressure within the jet of liquid metal, the speed V of flow of the liquid metal is increased (because of the invariance of the charge H) and therefore the section (which is inversely proportional to the speed V due to the invariance of the flow Q).

La réduction de section du jet et donc le décollement avaient lieu au niveau du bord supérieur de l'écran dans le cadre de l'invention selon la demande n°2.316 .026 et sa première addition.The reduction in section of the jet and therefore the separation took place at the upper edge of the screen in the context of the invention according to application No. 2.316 .026 and its first addition.

Or, la demanderesse vient de constater avec surprise que l'on pouvait également réaliser un confinement d'un jet de métal liquide en mettant en oeuvre une bobine parcourue par un courant alternatif, non pas à fréquence élevée (plus précisément à une fréquence répondant à l'inégalité (1) susindiquée), mais- à une basse fréquence, en fait à une fréquence inférieure à la valeur de la fréquence pour laquelle la profondeur de pénétration δ du champ magnétique dans le jet du métal liquide est égale au rayon du jet du métal liquide une fois confiné par le champ magnétique ; on doit donc avoir δ > r, c'est-à-dire :

Figure imgb0005
p et σm ayant les significations indiquées ci-dessus et r désignant le rayon du jet de métal liquide après contraction.Now, the Applicant has just noted with surprise that one could also achieve confinement of a jet of liquid metal by using a coil traversed by an alternating current, not at high frequency (more precisely at a frequency corresponding to the inequality (1) indicated above), but- at a low frequency, in fact at a frequency lower than the value of the frequency for which the penetration depth δ of the magnetic field in the jet of liquid metal is equal to the radius of the jet liquid metal once confined by the magnetic field; we must therefore have δ> r, that is to say:
Figure imgb0005
 p and σ m having the meanings indicated above and r denoting the radius of the jet of liquid metal after contraction.

La demanderesse a constaté que la fréquence optimale fo est celle pour laquelle la profondeur de pénétration 6 du champ électromagnétique est égale au rayon R du jet métallique liquide non confiné, soit :

Figure imgb0006
The Applicant has found that the optimal frequency f o is that for which the penetration depth 6 of the electromagnetic field is equal to the radius R of the unconfined liquid metallic jet, that is:
Figure imgb0006

La demanderesse a en outre constaté que pour les basses fréquences ci-dessus précisées et notamment au voisinage de la fréquence optimale fo, la présence de l'écran n'était plus indispensable, le confinement étant produit uniquement par la bobine parcourue par un courant alternatif à une telle basse fréquence. Toutefois, en l'absence d'écran, le décollement ne se produit pas à un niveau stable bien déterminé. Pour stabiliser à un niveau précis le décollement du jet de métal liquide, on peut prévoir un écran concentrique à la bobine, cet écran pénétrant dans la bobine, non pas à partir du bas (en considérant l'écoulement du jet) comme dans la demande de brevet n°2.316.026, mais à partir du haut ; le décollement se produit alors au niveau du bord inférieur de l'écran.The Applicant has also found that for the low frequencies above specified and in particular in the vicinity of the optimal frequency f o , the presence of the screen was no longer essential, the confinement being produced only by the coil traversed by a current. alternative at such a low frequency. However, in the absence of a screen, detachment does not occur at a well-determined stable level. To stabilize the detachment of the liquid metal jet at a precise level, a screen concentric with the coil can be provided, this screen penetrating into the coil, not from the bottom (considering the flow of the jet) as in the request Patent No. 2,316,026, but from the top; detachment then occurs at the lower edge of the screen.

En résumé, dans le cadre de l'enseignement de la demande n02.316.026, on mettait en oeuvre une bobine parcourue par un courant de fréquence f >

Figure imgb0007
en combi- naison avec un écran pénétrant à l'intérieur de la bobine depuis le bas, le décollement ayant lieu au niveau du bord supérieur de l'écran, alors que selon la présente inven- - tion, on met en oeuvre une bobine parcourue par un courant de fréquence f <
Figure imgb0008
(r, rayon du jet après confine- ment, étant inférieur à R, rayon du jet après confinement) sans écran ou avec un écran pénétrant dans la bobine à partir du haut ; en l'absence d'écran, le décollement a lieu à un niveau mal déterminable, tandis qu'en présence d'écran ce décollement a lieu au niveau du bord inférieur de l'écran.In summary, within the framework of the teaching of the request n 0 2.316.026, one implemented a coil crossed by a current of frequency f>
Figure imgb0007
 in combination with a screen penetrating inside the coil from the bottom, the separation taking place at the upper edge of the screen, whereas according to the present invention, a coil is used by a current of frequency f <
Figure imgb0008
 (r, radius of the jet after confinement, being less than R, radius of the jet after confinement) without screen or with a screen penetrating into the coil from the top; in the absence of a screen, detachment takes place at a level which is not easily determinable, while in the presence of a screen this detachment takes place at the lower edge of the screen.

On connaît par ailleurs (brevet France n° 1.188.576 déposé le 12 Novembre 1957 par la société W.C. HERAEUS et brevet Luxembourg n° 66.760 déposé le 28 Décembre 1972 par le CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES) des procédés et dispositifs de coulée d'un métal liquide mettant en oeuvre un resserrement du jet de coulée au moyen d'une bobine sans mise en oeuvre d'un écran. Aucune précision n'est donnée (dans ces deux brevets) au sujet de la fréquence du courant qui parcourt la bobine. L'homme de l'art ne peut donc savoir comment il faut travailler pour réaliser un confinement du jet de métal liquide.We also know (France patent n ° 1,188,576 filed on November 12, 1957 by the company WC HERAEUS and Luxembourg patent n ° 66,760 filed on December 28, 1972 by the METALLURGICAL RESEARCH CENTER) of methods and devices for casting a metal liquid using a tightening of the casting jet by means of a coil without the use of a screen. No details are given (in these two patents) about the frequency of current flowing through the coil. Those skilled in the art cannot therefore know how to work to achieve confinement of the jet of liquid metal.

La demanderesse a découvert, d'une part, que si l'on voulait se passer d'écran, il fallait mettre en oeuvre un courant alternatif dont la fréquence est inférieure à une certaine valeur, et de préférence voisine d'une fréquence optimale f déterminée, et, d'autre part, qu'à ces basses fréquences, la présence d'un écran pénétrant par le haut dans la bobine permettait de fixer le niveau du décollement au bord supérieur de l'écran. Aucun de ces enseignements permettant de réaliser un confinement correct et à coup sûr d'un jet de métal liquide n'est donné ni dans le brevet France n° 1.188.576, ni dans le brevet Luxembourg n° 66.760.The Applicant has discovered, on the one hand, that if one wanted to do without a screen, it was necessary to use an alternating current whose frequency is less than a certain value, and preferably close to an optimal frequency f determined, and, on the other hand, that at these low frequencies, the presence of a screen penetrating from above into the coil made it possible to fix the level of detachment at the upper edge of the screen. None of these lessons enabling correct and safe confinement of a jet of liquid metal is given either in France patent n ° 1,188,576, or in Luxembourg patent n ° 66,760.

La notion de fréquence optimale qui est capitale n'apparaît pas dans les brevets 1.188.576 et 66.760 précités.The notion of optimal frequency which is essential does not appear in the aforementioned patents 1,188,576 and 66,760.

D'une part, parce que, pour toute fréquence plus élevée, le confinement est difficile, voire impossible à obtenir, sauf dans des conditions peu réalistes où le jet métallique est soumis à des instabilités de grande amplitude ; d'autre part, parce que, pour toute fréquence inférieure, le confinement est possible (ce qui explique pourquoi il est facile de choisir avec le maximum de chances de succès une fréquence conduisant à un confinement), mais entraîne une consommation de puissance très importante. La courbe de la figure 5 donnant C f, coefficient représentatif de l'efficacité du champ magnétique, en fonction de la fréquence le montre ; en effet, plus la fréquence diminue en deçà de la fréquence optimale, plus l'efficacité du champ magnétique décroît. Ainsi, pour une puissance donnée, fournie à la bobine, le confinement sera réalisé mais avec un coefficient de contraction d'autant plus réduit que la fréquence sera plus faible. Autrement dit, pour obtenir une contraction donnée, il faudra fournir d'autant plus de puissance à la bobine que la fréquence sera plus éloignée inférieurement de la fréquence optimale. La forte croissance de la courbe Cf pour des fréquences basses (inférieures à 5 kHz dans le cas particulier représenté) montre clairement, sans qu'il soit besoin de faire le moindre calcul, que toute diminution même très faible de fréquence conduit à une forte diminution de l'efficacité du champ magnétique qui doit être compensée par une augmentation importante de la puissance à fournir à la bobine. Par conséquent, si l'on ne s'intéresse pas seulement au phénomène de confinement en lui-même, mais aux applications du procédé et du dispositif industriels, et donc obligatoirement à l'aspect économique, l'apport de l'invention, vis-à-vis de ces deux brevets antérieurs, est primordial du fait des précisions qu'elle apporte en ce qui concerne la fréquence optimale.On the one hand, because, for any higher frequency, confinement is difficult or even impossible to obtain, except under unrealistic conditions where the metallic jet is subjected to instabilities of great amplitude; on the other hand, because, for any lower frequency, confinement is possible (which explains why it is easy to choose with the maximum chance of success a frequency leading to confinement), but involves a very high power consumption . The curve in Figure 5 giving C f , coefficient representative of the efficiency of the magnetic field, as a function of frequency shows it; in fact, the more the frequency decreases below the optimal frequency, the more the efficiency of the magnetic field decreases. Thus, for a given power, supplied to the coil, the confinement will be achieved but with a coefficient of contraction which will be all the more reduced the lower the frequency. In other words, to obtain a given contraction, it will be necessary to provide all the more power to the coil as the frequency is further away from the optic frequency. male. The strong growth of the curve C f for low frequencies (less than 5 kHz in the particular case shown) clearly shows, without the need for any calculation, that any decrease, even a very small frequency, leads to a strong decrease in the efficiency of the magnetic field which must be compensated by a significant increase in the power to be supplied to the coil. Consequently, if one is not interested only in the phenomenon of confinement in itself, but in the applications of the industrial process and device, and therefore necessarily in the economic aspect, the contribution of the invention, vis vis-à-vis these two prior patents, is essential because of the details it provides with regard to the optimal frequency.

L'invention a donc d'abord pour objet un procédé pour confiner un jet de métal liquide en créant sensiblement au niveau où l'on veut réaliser le confinement une surpression dans le jet au moyen d'une bobine entourant le jet à ce niveau et parcourue par un courant alternatif, caractérisé par le fait que ledit courant alternatif a une fréquence inférieure à l'inverse du produit de la perméabilité magnétique du métal liquide par la conductivité électrique de ce métal et par le carré du rayon du jet de ce métal après confinement, en unités cohérentes.The invention therefore firstly relates to a method for confining a jet of liquid metal by creating substantially at the level where it is desired to achieve the confinement an overpressure in the jet by means of a coil surrounding the jet at this level and traversed by an alternating current, characterized in that the said alternating current has a frequency lower than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confinement, in coherent units.

De préférence, cette fréquence est sensiblement égale à l'inverse du produit de ladite perméabilité, par ladite conductivité et par le carré du rayon du jet métallique avant confinement, en unités cohérentes.Preferably, this frequency is substantially equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the radius of the metal jet before confinement, in coherent units.

L'invention a aussi pour objet un dispositif pour réaliser le confinement d'un jet de métal liquide, par la mise en oeuvre du procédé susvisé, comportant une bobine qui entoure le jet et des moyens pour faire parcourir la bobine par un courant alternatif, caractérisé par le fait que lesdits moyens font parcourir cette bobine par un courant alternatif dont la fréquence est inférieure à l'inverse du produit de la perméabilité magnétique du métal liquide par la conductivité électrique de ce métal et par le carré du rayon du jet de ce métal après confinement, en unités cohérentes.The subject of the invention is also a device for confining a jet of liquid metal, by implementing the abovementioned method, comprising a coil which surrounds the jet and means for causing the coil to travel through an alternating current, characterized by the fact that said means make this coil flow through an alternating current whose frequency is less than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confines ment, in coherent units.

De préférence, lesdits moyens sont tels qu'ils font parcourir la bobine par un courant alternatif dont la fréquence est sensiblement égale à l'inverse du produit de ladite perméabilité, par ladite conductivité et par le carré du rayoh du jet métallique avant confinement, en unités cohérentes.Preferably, said means are such that they run the coil through an alternating current whose frequency is substantially equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the rayoh of the metal jet before confinement, in coherent units.

Avantageusement, le dispositif comporte en outre un écran en une matière conductrice de l'électricité disposé concentriquement à la bobine et pénétrant à l'intérieur de celle-ci à partir du haut si on considère le sens de déplacement du jet.Advantageously, the device further comprises a screen made of an electrically conductive material arranged concentrically with the coil and penetrating inside the latter from the top if we consider the direction of movement of the jet.

L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.The invention may, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as of the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given mainly by way of indication.

  • La figure 1 représente, en coupe, un dispositif selon la demande de brevet France n° 2.316.026.Figure 1 shows, in section, a device according to French patent application No. 2,316,026.
  • Les figures 2, 3 et 4 représentent, également en coupe, trois modes de réalisation d'un dispositif selon- la présente demande, savoir respectivement un dispositif de confinement d'un jet à la sortie d'une busette et ne comportant pas d'écran, un dispositif de confinement d'un jet à la sortie d'une busette et comportant un écran et un dispositif pour assurer le passage d'un joint et ne comportant pas d'écran.Figures 2, 3 and 4 show, also in section, three embodiments of a device according to the present application, namely respectively a device for confining a jet at the outlet of a nozzle and not comprising any screen, a device for confining a jet at the outlet of a nozzle and comprising a screen and a device for ensuring the passage of a seal and not comprising a screen.
  • La figure 5 illustre la variation, en fonction de la fréquence en kHz, d'un coefficient Cf représentatif de l'efficacité du champ magnétique (pour une veine d'acier liquide ayant 40 mm de diamètre).FIG. 5 illustrates the variation, as a function of the frequency in kHz, of a coefficient C f representative of the efficiency of the magnetic field (for a vein of liquid steel having a diameter of 40 mm).
  • Les figures 6 et 7, enfin, servent à expliquer comment le phénomène de contraction a lieu, même en l'absence d'écran, lorsqu'on met en oeuvre, dans le procédé selon l'invention, un champ magnétique de fréquence suffisamment faible.FIGS. 6 and 7, finally, are used to explain how the phenomenon of contraction takes place, even in the absence of a screen, when a magnetic field of sufficiently low frequency is used in the method according to the invention .

Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un procédé et un dispositif pour assurer le confinement des métaux liquides par mise en oeuvre d'un champ électromagnétique, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue.According to the invention, and more particularly according to that of its modes of application, as well as according to those of embodiments of its various parts, to which it seems that there is reason to give preference, proposing, for example, to carry out a method and a device for ensuring the confinement of liquid metals by the implementation of a electromagnetic field, it is done as follows or in a similar way.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre l'état de la technique tel que décrit dans la demande de brevet antérieure n° 2.316.026, notamment la figure 1 de cette demande de brevet, de manière à mieux faire comprendre les différences entre la présente invention et ladite demande.First of all, reference is made to FIG. 1 which shows the state of the art as described in the prior patent application No. 2.316.026, in particular FIG. 1 of this patent application, so as to make it better understood. the differences between the present invention and said application.

Sur la figure 1 annexée, on a utilisé les mêmes nombres et lettres de référence que sur la figure 1 de la demande de brevet précitée.In the appended FIG. 1, the same reference numbers and letters have been used as in FIG. 1 of the aforementioned patent application.

Le dispositif de la demande antérieure comprend, autour d'une busette 1 avantageusement de révolution et dont le diamètre de sortie est égal à D, en combinaison :

  • - une bobine 2 de même axe X-X' que la busette 1, cette bobine étant alimentée, par des moyens non repré-- sentés, en un courant alternatif de fréquence élevée f, et
  • - un écran 3 également de révolution autour de l'axe X-X' et qui pénètre à l'intérieur de la bobine 2 à partir du bas (dans le sens d'écoulement du jet de métal liquide), ledit écran étant réalisé en une matière bonne conductrice de l'électricité, telle que le cuivre.
The device of the previous application comprises, around a nozzle 1 advantageously of revolution and whose outlet diameter is equal to D, in combination:
  • a coil 2 having the same axis XX 'as the nozzle 1, this coil being supplied, by means not shown, with an alternating current of high frequency f, and
  • a screen 3 also of revolution around the axis XX ′ and which penetrates inside the coil 2 from the bottom (in the direction of flow of the jet of liquid metal), said screen being made of a material good conductor of electricity, such as copper.

Conformément à la demande de brevet n° 2.316.026, le jet de métal liquide 6 sortant de la busette 1 décolle des parois 7 de cette busette au niveau h du bord supérieur 8 de l'écran 3. Le jet ainsi confiné présente un diamètre d inférieur au diamètre D à partir du niveau h. On peut fixer avec précision l'endroit du décollement du jet en fixant la position du bord supérieur 8 de l'écran 3 qui pénètre par le bas dans la bobine 2. Par ailleurs, on peut régler le diamètre d du jet en modifiant l'intensité du courant électrique alternatif de fréquence élevée parcourant la bobine 2.In accordance with patent application No. 2.316.026, the jet of liquid metal 6 leaving the nozzle 1 takes off from the walls 7 of this nozzle at level h of the upper edge 8 of the screen 3. The jet thus confined has a diameter d less than diameter D from level h. The location of the separation of the jet can be precisely fixed by fixing the position of the upper edge 8 of the screen 3 which penetrates from below into the coil 2. Furthermore, the diameter d of the jet can be adjusted by modifying the intensity of high frequency alternating electric current flowing through the coil 2.

Conformément à la demande de brevet précitée, le confinement est réalisé par la combinaison de la bobine 2 et de l'écran 3 et la fréquence qui parcourt la bobine 2 doit être telle qu'elle satisfasse aux conditions :

Figure imgb0009
en appelant R le rayon du jet de métal liquide avant sa contraction (R = y), e l'épaisseur de l'écran métallique 3, σm et σc les conductivités électriques respectivement du métal liquide constituant le jet 6 et de la matière bonne conductrice de l'électricité constituant l'écran 3 et est la conductivité électrique du métal liquide. Le coefficient de contraction a est égal au rapport d/D ou r/R (avec r =
Figure imgb0010
).In accordance with the aforementioned patent application, the confinement is achieved by the combination of the coil 2 and the screen 3 and the frequency which traverses the coil 2 must be such that it satisfies the conditions:
Figure imgb0009
 by calling R the radius of the liquid metal jet before its contraction (R = y), e the thickness of the metal screen 3, σ m and σ c the electrical conductivities respectively of the liquid metal constituting the jet 6 and of the material good conductor of electricity constituting the screen 3 and is the electrical conductivity of the liquid metal. The contraction coefficient a is equal to the ratio d / D or r / R (with r =
Figure imgb0010
 ).

En se référant maintenant aux figures 2 à 4, on va décrire trois modes de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre les perfectionnements selon l'invention.Referring now to Figures 2 to 4, we will describe three embodiments of a device implementing the improvements according to the invention.

La figure 2 illustre schématiquement le mode de réalisation le plus simple, à savoir un dispositif assurant le décollement d'un jet de métal liquide à la sortie d'une tuyère sans mise en oeuvre d'écran, mais simplement d'une bobine parcourue par un courant alternatif de fréquence suffisamment basse.FIG. 2 diagrammatically illustrates the simplest embodiment, namely a device ensuring the separation of a jet of liquid metal at the outlet of a nozzle without the use of a screen, but simply of a coil traversed by an alternating current of sufficiently low frequency.

Sur la figure 2, on a illustré en la la busette et en 2a la bobine, le jet 6a passant du diamètre D, avant confinement, au diamètre d sous l'effet du champ magnétique produit par la bobine 2a lorsque celle-ci est traversée par un courant alternatif de fréquence f telle que la profondeur de pénétration du champ magnétique dans le jet de métal liquide soit supérieure au rayon r du jet du métal liquide confiné (r =

Figure imgb0011
). De préférence, comme cela sera expliqué ci-après, la fréquence f est voisine d'une fréquence optimale f telle que la profondeur de pénétration soit égale au rayon R de la veine liquide non confinée :
Figure imgb0012
 In Figure 2, there is illustrated in the nozzle and in 2a the coil, the jet 6a passing from the diameter D, before confinement, to the diameter d under the effect of the magnetic field produced by the coil 2a when it is crossed by an alternating current of frequency f such that the penetration depth of the magnetic field in the jet of liquid metal is greater than the radius r of the jet of the confined liquid metal (r =
Figure imgb0011
 ). Preferably, as will be explained below, the frequency f is close to an optimal frequency f such that the penetration depth is equal to the radius R of the unconfined liquid vein:
Figure imgb0012

La demanderesse a constaté que dans ces conditions, le décollement a lieu au niveau j quelque peu au-dessus de la bobine 2a qui peut être plate et ne comporter qu'un fil enroulé en spirale plane.The Applicant has found that under these conditions, detachment takes place at level j somewhat above the coil 2a which can be flat and have only one wire wound in a flat spiral.

On expliquera ci-après, avec référence aux figures 5, 6 et 7, les raisons de ce décollement.The reasons for this separation will be explained below, with reference to FIGS. 5, 6 and 7.

Sur la figure 3, on a illustré un mode de réalisation de l'invention comportant, en plus de la bobine parcourue par un courant alternatif de basse fréquence (comme défini ci-dessus avec référence à la figure 2), un écran en une matière bonne conductrice de l'électricité.In FIG. 3, an embodiment of the invention is illustrated comprising, in addition to the coil traversed by an alternating current of low frequency (as defined above with reference to FIG. 2), a screen made of a material good conductor of electricity.

Sur cette figure 3, on a illustré la busette lb, la bobine 2b et l'écran 3b, tous trois de révolution autour de l'axe X-X'. Le jet de métal liquide 6b passe d'un diamètre D, avant contraction, au diamètre d après contraction, la contraction et le décollement ayant lieu au niveau k défini par le bord inférieur de l'écran 3b qui, contrairement à l'écran 3 de la figure 1, pénètre dans la bobine 2 à partir du haut dans le sens de l'écoulement du jet 6b.In this FIG. 3, the nozzle 1b, the coil 2b and the screen 3b have been illustrated, all three of revolution around the axis XX ′. The jet of liquid metal 6b passes from a diameter D, before contraction, to the diameter d after contraction, the contraction and detachment taking place at the level k defined by the lower edge of the screen 3b which, unlike the screen 3 of Figure 1, enters the coil 2 from the top in the direction of flow of the jet 6b.

- Sur la figure 4, on a représenté un dispositif mettant en oeuvre les perfectionnements selon l'invention pour assurer le passage d'un joint et ne comportant pas d'écran. Sur cette figure, on a un ensemble 11 de conduites lla et llb séparées par un intervalle llc, le tout de révolution autour d'un axe X-X' par exemple. Pour réaliser le décollement du jet 16 au niveau du joint ou intervalle llc entre les conduites lla et llb, on prévoit, par la mise en oeuvre de l'invention, deux bobines 12a et 12b parcourues chacune par un courant alternatif de basse fréquence, les deux bobines étant montées en série de manière à être parcourues à chaque instant par le même courant en sens contraires ; chaque bobine réalise vis-à-vis de l'autre un effet d'écran puisque, du fait des sens opposés des courants qui les parcourent, il apparaît un point de champ magnétique nul sur leur axe commun X-X' à égale distance de chacune d'elles. Dans ces conditions, le décollement a lieu au niveau de la partie supérieure a de la bobine supérieure 12a, tandis que le recollement se produit au niveau b à la partie supérieure de la bobine supérieure 12b. Les parties supérieures des deux bobines sont équidistantes du joint. - In Figure 4, there is shown a device implementing the improvements according to the invention to ensure the passage of a seal and having no screen. In this figure, there is a set 11 of lines 11a and 11b separated by an interval 11c, the whole of revolution around an axis XX 'for example. To carry out the separation of the jet 16 at the joint or gap llc between the pipes lla and llb, provision is made, by implementing the invention, two coils 12a and 12b each traversed by a low frequency alternating current, the two coils being connected in series so as to be traversed at each instant by the same current in opposite directions; each coil achieves a vis-à-vis the other since, due to the opposite directions of the currents which flow through them, there appears a point of zero magnetic field on their common axis XX 'at equal distance from each of them. 'they. Under these conditions, detachment takes place at the level of the upper part a of the upper coil 12a, while the bonding occurs at level b at the upper part of the upper coil 12b. The upper parts of the two coils are equidistant from the joint.

Des modes de mise en oeuvre de l'invention ayant été illustrés avec référence aux figures 2, 3 et 4 avec au moins une bobine parcourue par un courant alternatif de basse fréquence, on va expliquer maintenant, avec référence aux figures 5, 6 et 7, le fonctionnement de ces dispositifs et les raisons du confinement.Modes of implementation of the invention having been illustrated with reference to Figures 2, 3 and 4 with at least one coil traversed by an alternating current of low frequency, we will now explain, with reference to Figures 5, 6 and 7 , the operation of these devices and the reasons for containment.

Le confinement à basse fréquence résulte (comme d'ailleurs le confinement à fréquence élevée, dans le cadre de la demande de brevet antérieure n° 2.316.026 précitée), d'une part, de l'invariance des deux grandeurs débit Q = SV et charge H =

Figure imgb0013
, et, d'autre part, de l'apparition, à l'intérieur de la veine de métal liquide, d'une surpression produite par le champ magnétique engendré par la bobine 2a, 2b, 12a parcourue par un courant alternatif à basse fréquence.Low frequency confinement results (as does high frequency confinement, in the context of the aforementioned prior patent application no. 2,316,026), on the one hand, from the invariance of the two flow rate quantities Q = SV and load H =
Figure imgb0013
 , and, on the other hand, the appearance, inside the liquid metal stream, of an overpressure produced by the magnetic field generated by the coil 2a, 2b, 12a traversed by an alternating current at low frequency .

C'est la suppression de cette surpression qui entraîne le confinement et donc le décollement. En effet, la diminution de la pression à l'intérieur de la veine de métal liquide, donc de P, entraîne l'augmentation de V vitesse d'écoulement du jet, étant donné la constance de H (les paramètres p et g restant inchangés) ; l'augmentation de V entraîne la diminution de S car le débit Q est constant ; or, S est justement la section du jet.It is the removal of this overpressure which causes confinement and therefore detachment. In fact, the decrease in pressure inside the liquid metal stream, and therefore in P, leads to an increase in V jet flow speed, given the constancy of H (the parameters p and g remaining unchanged ); the increase in V causes the decrease in S because the flow rate Q is constant; however, S is precisely the section of the jet.

Dans le cas des fréquences élevées (demande de brevet n° 2.316.026), on ne peut annuler la surpression d'origine électromagnétique qu'en annulant le champ magnétique lui-même soit au moyen d'un écran, soit au moyen d'une seconde bobine alimentée par un courant de sens opposé à celui parcourant la première bobine. Au contraire, la mise en oeuvre d'un courant alternatif de basse fréquence parcourant la bobine qui réalise la surpression à l'intérieur de la veine de métal liquide permet de faire disparaître cette surpression sans annuler le champ magnétique par réduction à zéro de son efficacité.In the case of high frequencies (patent application No. 2.316.026), the overpressure of electromagnetic origin can only be canceled by canceling the magnetic field itself either by means of a screen or by means of a second coil supplied by a current of opposite direction to that flowing through the first coil. On the contrary, the implementation of an alternating current of low frequency traversing the coil which realizes the overpressure inside the vein of liquid metal makes it possible to make disappear this overpressure without canceling the magnetic field by reduction to zero of its efficiency .

Dans le cas où la profondeur de la pénétration δ du champ magnétique dans une veine de métal liquide est inférieure au rayon de celle-ci, il apparaît une sur- pression

Figure imgb0014
au centre du métal liquide (si B désigne la valeur efficace du champ magnétique à la surface de la veine) puisque le champ magnétique est parfaitement nul au centre de la veine. Par contre, si la profondeur de pénétration 5 est supérieure au rayon de la veine métallique, le champ magnétique a une intensité Ba non nulle sur l'axe de celle-ci. La surpression qui apparaît alors dans la veine métallique s'écrit :
Figure imgb0015
ce qui correspond à une baisse d'efficacité du champ magnétique.In the case where the penetration depth δ of the magnetic field in a stream of liquid metal is less than the radius of the latter, an overpressure appears
Figure imgb0014
 in the center of the liquid metal (if B designates the effective value of the magnetic field on the surface of the vein) since the magnetic field is perfectly zero in the center of the vein. On the other hand, if the penetration depth 5 is greater than the radius of the metallic vein, the magnetic field has an intensity B a which is not zero on the axis thereof. The overpressure which then appears in the metallic vein is written:
Figure imgb0015
 which corresponds to a decrease in the effectiveness of the magnetic field.

Si on suppose que la profondeur de pénétration δ est juste égale au rayon R de la veine métallique non contractée, le champ magnétique étant nul au centre de la veine, il apparaît, immédiatement au-dessous de l'arête inférieure de l'écran, une surpression électromagnétique ΔP =

Figure imgb0016
. Si une amorce de contraction de la veine métallique se produit à l'amont de cette zone (et elle se produira nécessairement à cause de l'effet de traction de la pesanteur combiné à la décroissance magnétique à l'extérieur de la bobine et aux instabilités qui existent à la surface du jet), la profondeur de pénétration devient localement supérieure au rayon de la veine métallique et l'efficacité du champ magnétique diminue, puisque B cesse d'être nul. Il en résulte une diminution de pression dans le jet, ce qui conduit à une augmentation locale de vitesse et à une augmentation de la contraction d'origine. Le processus continue et la contraction affecte la totalité du jet. Le joint de décollement remonte alors dans la bobine où, à cause de l'uniformité du champ magnétique, il ne peut se fixer de façon stable, pour s'immobiliser au niveau de l'arête inférieure de l'écran au-delà de laquelle la nullité du champ magnétique l'obligerait à redescendre.If we suppose that the penetration depth δ is just equal to the radius R of the non-contracted metallic vein, the magnetic field being zero in the center of the vein, it appears, immediately below the lower edge of the screen, electromagnetic overpressure ΔP =
Figure imgb0016
 . If an initiation of contraction of the metallic vein occurs upstream of this zone (and it will necessarily occur because of the pulling effect of gravity combined with magnetic decay outside the coil and instabilities which exist on the surface of the jet), the depth of penetration locally becomes greater than the radius of the metallic vein and the efficiency of the magnetic field decreases, since B ceases to be zero. This results in a decrease in pressure in the jet, which leads to a local increase in speed and an increase in the original contraction. The process continues and the contraction affects the entire jet. The release seal then rises in the coil where, because of the uniformity of the magnetic field, it cannot be fixed stably, to immobilize at the level of the lower edge of the screen beyond which the nullity of the magnetic field would force it to descend.

Le phénomène est tout à fait réversible et peut conduire au gonflement d'une veine de métal liquide libre qui loin à l'amont de la bobine ne ressent pas le champ magnétique et voit sa pression augmenter à mesure qu'elle se rapproche de celle-ci. Cette augmentation de pression entraîne une diminution de vitesse et par conséquent, une augmentation de section. Un tel gonflement est utilisé dans la réalisation du joint électromagnétique pour faire recoller aux parois la veine métallique confinée à l'amont (cas de la figure 4) .The phenomenon is completely reversible and can lead to the swelling of a vein of free liquid metal which far upstream of the coil does not feel the magnetic field and sees its pressure increase as it approaches it. this. This increase in pressure results in a decrease in speed and therefore an increase in cross-section. Such swelling is used in the production of the electromagnetic seal to cause the metallic vein confined to upstream to be bonded to the walls (case of FIG. 4).

Pour un champ magnétique de valeur efficace Bo et un jet de métal de vitesse initiale Vo la contraction a (respectivement le gonflement

Figure imgb0017
) rapport des diamètres après et avant contraction (respectivement gonflement) est donnée par :
Figure imgb0018
 For a magnetic field of effective value B o and a metal jet of initial velocity Vo the contraction a (respectively the swelling
Figure imgb0017
 ) ratio of diameters after and before contraction (respectively swelling) is given by:
Figure imgb0018

Le coefficient Cf tient compte du fait que, contrairement au cas des hautes fréquences, le rapport de la profondeur de pénétration au rayon R de la veine métallique avant confinement n'est pas très faible devant l'unité. Par suite, la pression moyenne dans une section de la veine métallique ne peut plus être assimilée à :

Figure imgb0019
mais est égale à Cf
Figure imgb0020
avec :
Figure imgb0021
 The coefficient C f takes account of the fact that, unlike the case of high frequencies, the ratio of the depth of penetration to the radius R of the metallic vein before confinement is not very small in front of the unit. As a result, the average pressure in a section of the metallic vein can no longer be compared to:
Figure imgb0019
 but is equal to C f
Figure imgb0020
 with:
Figure imgb0021

A titre d'exemple, les deux tableaux ci-après donnent les valeurs du coefficient de contraction a et du coefficient de réduction de débit β =

Figure imgb0022
(si ϕ et ϕo désignent respectivement les débits avec et sans champ magnétique), pour une veine d'acier liquide de diamètre initial 40 mm sous une charge de 1 m de liquide, pour différentes valeurs de Bo.
Figure imgb0023
 By way of example, the two tables below give the values of the contraction coefficient a and of the flow reduction coefficient β =
Figure imgb0022
 (if ϕ and ϕo respectively designate the flows with and without magnetic field), for a liquid steel vein of initial diameter 40 mm under a load of 1 m of liquid, for different values of Bo.
Figure imgb0023

Les valeurs de Cfi pour ce cas particulier, sont représentées sur la figure 5, sur laquelle on a porté en abscisses les fréquences en kHz et en ordonnées la valeur de Cf.The values of C fi for this particular case are shown in FIG. 5, on which the frequencies in kHz have been plotted on the abscissa and the value of C f on the ordinate.

En ce qui concerne la valeur de l'optimum de fréquence, à savoir fo =

Figure imgb0024
, on va expliquer les raisons de cette valeur en se référant aux figures 6 et 7. On rappelle que cette valeur de fo correspond au cas où δ = R.Regarding the value of the frequency optimum, namely f o =
Figure imgb0024
 , we will explain the reasons for this value by referring to Figures 6 and 7. We recall that this value of f o corresponds to the case where δ = R.

Sur les figures 6 et 7, on a représenté en 21 la paroi périphérique externe du jet 22 de rayon R avec une amorce de contraction d'amplitude ε en 23, l'épaisseur de pénétration 6 étant illustrée en 24.In FIGS. 6 and 7, the external peripheral wall of the jet 22 of radius R is shown at 21 with a primer of contraction of amplitude ε at 23, the penetration thickness 6 being illustrated at 24.

1°) D'après la courbe de la figure 5 donnant les valeurs de Cf en fonction de la fréquence f, il semblerait légitime de choisir la fréquence f aussi élevée que possible, afin d'augmenter l'efficacité du dispositif en se rapprochant au maximum d'un profil de pression uniforme dans la veine métallique (δ → O) . C'est ce qu'il est souhaitable de faire dans le dispositif "haute fréquence" avec écran. Par contre, dans le dispositif "basse fréquence, c'est le manque d'efficacité locale du champ magnétique qui est mis à profit et conduit à respecter une nouvelle contrainte.1 °) According to the curve of figure 5 giving the values of C f as a function of the frequency f, it would seem legitimate to choose the frequency f as high as possible, in order to increase the efficiency of the device by approaching maximum of a uniform pressure profile in the metallic vein (δ → O). This is what it is desirable to do in the "high frequency" device with screen. On the other hand, in the "low frequency" device, it is the lack of local efficiency of the magnetic field which is taken advantage of and leads to respect a new constraint.

2°) Par contre, si on suppose (figure 6) que la fréquence est telle que 6 soit très inférieur à R, à toute amorce de contraction (due par exemple à une perturbation d'amplitude E) correspond (figure 7) la même surpression

Figure imgb0025
électromagnétique qui interdit le maintien de la contraction et conduit à un retour au rayon R initial. Ainsi, pour avoir la certitude que toute amorce de contraction s'amplifiera et permettra le confinement par la décroissance de la surpression au niveau de la contraction, il faut respecter la condition δ ≥ R, soit :2 °) On the other hand, if one supposes (figure 6) that the frequency is such that 6 is much lower than R, with any initiation of contraction (due for example to a disturbance of amplitude E) corresponds (figure 7) overpressure
Figure imgb0025
 electromagnetic which prohibits the maintenance of the contraction and leads to a return to the initial radius R. Thus, to be certain that any initiation of contraction will amplify and allow confinement by decreasing the overpressure at the level of the contraction, it is necessary to respect the condition δ ≥ R, that is:

Figure imgb0026
Figure imgb0026

Puisque la contrainte du paragraphe 1° impose de prendre f aussi grand que possible, l'optimum de fréquence est donc :

Figure imgb0027
qui correspond à δ = R.Since the constraint of paragraph 1 requires taking f as large as possible, the optimum frequency is therefore:
Figure imgb0027
 which corresponds to δ = R.

Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de réaliser le confinement des métaux liquides, notamment de l'acier liquide, de l'aluminium liquide ou du cuivre liquide, ainsi que de leurs alliages.The method and the device according to the invention make it possible to carry out the confinement of liquid metals, in particular liquid steel, liquid aluminum or liquid copper, as well as their alloys.

Ils permettent de resserrer un jet de métal fondu, notamment d'acier, d'aluminium ou de cuivre, ainsi que de leurs alliages, sortant d'un orifice en réalisant un jet même de petit diamètre (de quelques millimètres).They make it possible to tighten a jet of molten metal, in particular steel, aluminum or copper, as well as their alloys, emerging from an orifice by producing a jet even of small diameter (a few millimeters).

Ils permettent également de réaliser le passage d'un joint.They also allow the passage of a joint.

L'invention permet notamment :

  • - d'utiliser un orifice de diamètre relativement grand, c'est-à-dire sans risque de bouchage, pour former un jet de diamètre relativement petit ;
  • - de former des billettes de petit diamètre (de quelques mm de diamètre) ou même des fils, en formant un jet de diamètre réduit à la sortie de l'orifice, par exemple d'une poche de coulée ;
  • - de réaliser de resserrement d'un jet à-un joint entre deux éléments, d'où possibilité de faire passer un métal liquide d'un premier élément à un second élément, sans accrochage aux parois du joint ;
  • - de.supprimer l'une des étapes des opérations habituelles de filage, grâce à la formation d'un jet de diamètre réduit par rapport au diamètre de l'orifice, ce qui permet de diminuer l'investissement et les frais de fonctionnement d'une installation de tréfilage ; on peut ainsi réaliser des ébauches de fils métalliques (fils d'acier et d'aluminium par exemple), des moyens de refroidissement étant prévus pour solidifier le jet contracté ;
  • - de résoudre de nombreux problèmes de jonction ou d'étanchéité aux joints, en contrôlant la surface libre du métal liquide dans la région où cette surface est écartée des parois, avec application particulière aux problèmes de jonction posés par l'alimentation des lingotières de coulée continue horizontale des aciers ;
  • - de réaliser la régulation du débit d'un jet de métal liquide au niveau d'un orifice de sortie situé à la partie inférieure d'un récipient contenant le métal liquide.
The invention allows in particular:
  • - Using an orifice of relatively large diameter, that is to say without risk of blockage, to form a jet of relatively small diameter;
  • - To form small diameter billets (a few mm in diameter) or even wires, by forming a jet of reduced diameter at the outlet of the orifice, for example a ladle;
  • - to tighten a jet to a joint between two elements, hence the possibility of passing a liquid metal from a first element to a second element, without hanging on the walls of the joint;
  • - to remove one of the stages of the usual spinning operations, thanks to the formation of a jet of reduced diameter compared to the diameter of the orifice, which makes it possible to reduce the investment and the operating costs of a wire drawing installation; it is thus possible to produce blanks of metal wires (steel and aluminum wires for example), cooling means being provided to solidify the contracted jet;
  • to solve many problems of joining or sealing at the joints, by controlling the free surface of the liquid metal in the region where this surface is spaced from the walls, with particular application to the problems of joining posed by the supply of the casting molds horizontal continuous of steels;
  • - to regulate the flow rate of a jet of liquid metal at an outlet orifice located at the bottom of a container containing the liquid metal.

On notera la grande souplesse d'adaptation du dispositif selon l'invention à des installations existantes du fait que ce dispositif n'impose aucune géométrie particulière, ni aucune dimension précise à la bobine ou à l'écran.Note the great flexibility of adaptation of the device according to the invention to existing installations because this device does not impose any particular geometry or any precise dimension on the reel or on the screen.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.As goes without saying, and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its embodiments and of application which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.

Claims (7)

1. Procédé pour confiner un jet de métal liquide en créant sensiblement au niveau où l'on veut réaliser le confinement une surpression dans le jet au moyen d'une bobine entourant le jet à ce niveau et parcourue par un courant alternatif, caractérisé par le fait que ledit courant alternatif a une fréquence inférieure à l'inverse du produit de la perméabilité magnétique du métal liquide par la conductivité électrique de ce métal et par le carré du rayon du jet de ce métal après confinement, en unités cohérentes.1. Method for confining a jet of liquid metal by creating substantially at the level where it is desired to achieve confinement an overpressure in the jet by means of a coil surrounding the jet at this level and traversed by an alternating current, characterized by fact that said alternating current has a frequency lower than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confinement, in coherent units. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite fréquence est sensiblement égale à l'inverse du produit de ladite perméabilité, par ladite conductivité et par le carré du rayon du jet métallique avant confinement, en unités cohérentes.2. Method according to claim 1, characterized in that said frequency is substantially equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the radius of the metal jet before confinement, in coherent units. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour réaliser le passage d'un joint, on prévoit une seconde bobine entourant le jet, cette seconde bobine étant disposée sous la première bobine dans le sens d'écoulement du jet, les deux bobines étant disposées de part et d'autre du joint et étant parcourues par des courants alternatifs de même fréquence constamment en opposition de phase.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that, to achieve the passage of a seal, there is provided a second coil surrounding the jet, this second coil being disposed under the first coil in the direction of flow of the jet , the two coils being arranged on either side of the joint and being traversed by alternating currents of the same frequency constantly in phase opposition. 4. Dispositif pour réaliser le confinement d'un jet de métal liquide, par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une bobine qui entoure le jet et des moyens pour faire parcourir la bobine par un courant alternatif, caractérisé par le fait que lesdits moyens font parcourir cette bobine par un courant alternatif dont la fréquence est inférieure à l'inverse du produit de la perméabilité magnétique du métal liquide par la conductivité électrique de ce métal et par le carré du rayon du jet de ce métal après confinement, en unités cohérentes.4. Device for confining a jet of liquid metal, by implementing the method according to any one of the preceding claims, comprising a coil which surrounds the jet and means for causing the coil to travel through an alternating current , characterized in that the said means make this coil pass through an alternating current whose frequency is less than the inverse of the product of the magnetic permeability of the liquid metal by the electrical conductivity of this metal and by the square of the radius of the jet of this metal after confinement, in coherent units. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens font parcourir la bobine par un courant alternatif dont la fréquence est sensiblement égale à l'inverse du produit de ladite perméabilité, par ladite conductivité et par le carré du rayon du jet métallique avant confinement, en unités cohérentes.5. Device according to claim 4, characterized in that said means make the coil run through an alternating current whose frequency is sensitive ment equal to the inverse of the product of said permeability, by said conductivity and by the square of the radius of the metal jet before confinement, in coherent units. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un écran en une matière conductrice de l'électricité disposé concentriquement à la bobine et pénétrant à l'intérieur de celle-ci à partir du haut si on considère le sens de déplacement du jet.6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that it further comprises a screen made of an electrically conductive material arranged concentrically with the coil and penetrating inside the latter from the top if we consider the direction of movement of the jet. 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que pour réaliser le passage d'un joint, on prévoit une seconde bobine entourant le jet, les deux bobines étant disposées de part et d'autre du joint et étant parcourues par des courants alternatifs de même fréquence mais de phase opposée.7. Device according to claim 4 or 5, characterized in that to achieve the passage of a seal, there is provided a second coil surrounding the jet, the two coils being disposed on either side of the seal and being traversed by alternating currents of the same frequency but of opposite phase.
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