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Dispositif permettant de couler un métal en phase pâteuse.
La présente invention porte sur un dispositif permettant de couler un métal, en particulier l'acier, en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue.
On connaît l'intérêt du procédé de coulée en phase pâteuse pour la coulée continue d'un métal tel que l'acier. Ce procédé permet en effet d'obtenir des structures fines et homogènes qui réduisent les ségrégations dans les produits coulés.
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Il faut comprendre que, dans la poche ou le panier de coulée, l'acier se trouve habituellement à une température supérieure à sa température de liquidus. Ce supplément de température, appelé surchauffe de l'acier, est généralement compris entre 20 C et 40 C; il a pour but d'assurer que l'acier, ou plus généralement le métal, reste à l'état liquide aussi longtemps qu'il est présent dans la poche ou le panier de coulée. L'expression "coulée en phase pâteuse" signifie donc que l'acier présente une phase pâteuse résultant de la présence de parti- cules solidifiées, au moment de son entrée dans la lingotière de cou- lée continue, c'est-à-dire qu'il se trouve à ce moment à une tempé- rature comprise dans son intervalle de solidification.
L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif particulier permettant de créer les conditions conduisant à l'appa- rition 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.
A cet effet, le dispositif permettant la coulée d'un métal en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue, qui fait l'objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il com- porte un corps de refroidissement en un matériau bon conducteur de la chaleur, ledit corps étant disposé à proximité de la trajectoire du métal avant son entrée dans la lingotière, ainsi que des moyens de dé- viation dudit métal aptes à forcer au moins une partie dudit métal à entrer en contact avec ledit corps de refroidissement.
Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, le- dit'corps de refroidissement présente au moins une face plane et il est placé de telle façon que cette face plane soit sensiblement ver- ticale et située à proximité de l'orifice de sortie de la busette de coulée d'où s'écoule ledit métal.
Ce corps de refroidissement est avantageusement constitué par une pla- que de cuivre refroidie à l'eau. Cette plaque doit être pourvue d'un garnissage réfractaire dans la zone d'impact dudit métal, afin d'éviter sa destruction rapide.
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Dans une première variante de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens -de déviation du métal sont constitués par une plaque en matériau réfractaire disposée sur la trajectoire du métal sensiblement à hauteur du corps de refroidissement et inclinée vers le bas en direction dudit corps de refroidissement.
De préférence, ladite plaque en matériau réfractaire peut pivoter autour d'un axe horizontal parallèle à la face plane dudit corps de refroidissement.
L'angle d'inclinaison de cette plaque peut être réglé de façon à faire varier la quantité de métal qui entre en contact avec le corps de refroidissement. Il est pcssible, de cette façon, d'agir sur la fraction solide en fonction de l'importance de la phase pâteuse désirée. Il est également possible de retirer ladite plaque à l'écart de la trajectoire du métal, soit pour opérer une coulée classique en phase complètement liquide, soit pour sauvegarder l'état du corps de refroidissement lors d'une interruption, volontaire ou accidentelle,du refroidissement de ce corps.
Selon une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens de déviation du métal sont constitués par au moins un jet de gaz coupant la trajectoire du métal et incliné vers le bas en di- rection dudit corps de refroidissement.
A cet effet, on utilise un gaz qui ne provoque pas d'oxydation du métal, en particulier un gaz protecteur inerte tel que l'argon.
Dans cette variante, le jet de gaz est de préférence étalé, suivant une direction hcrizontale sensiblement parallèle à la face plane dudit corps de refroidissement, en un jet plat ou lame de gaz apte à pro- voquer la formation d'une nappe de métal qui entre alors en contact avec le corps de refroidissement.
La fraction solide peut ici être modifiée par un réglage approprié de la pression, du débit et éventuellement de l'inclinaison du jet de
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gaz. Il est également possible, pour les raisons déjà indiquées plus haut, d'influencer la déviation du métal vers le corps de refroidis- sement, soit par diminution ou arrêt du jet de gaz soit par changement de son orientation.
Selon encore une autre variante de réalisation du dispositif de l'in- vention, les moyens de déviation du métal sont constitués par un cir- cuit électromagnétique disposé sensiblement à hauteur du corps de re- froidissement de telle façon que le métal liquide soit soumis, de la part dudit circuit électromagnétique, à une force qui le déplace laté- ralement pour le mettre en contact avec le corps de refroidissement.
Le circuit électromagnétique précité est avantageusement précédé d'un déflecteur situé à la sortie de la busette de coulée et incliné vers le bas en direction du corps de refroidissement. Ce déflecteur, en matériau réfactaire, assure l'étalement du métal en une nappe qui est alors appliquée sur le corps de refroidissement sous l'effet de la force créée par ledit circuit électromagnétique. Ce déflecteur peut d'ailleurs être un ou plusieurs jets de gaz apte à assurer l'éta- lement désiré du métal en une nappe.
Ici également, et pour les raisons déjà mentionnées plus haut, on peut faire varier, respectivement annuler la quantité de métal qui vient en contact avec le corps de refroidissement, en modifiant, respectivement en interrompant le courant dans le circuit électromagnétique.
Il s'est encore avéré intéressant, dans le cadre de la présente in- vention, de loger ledit corps de refroidissement et lesdits moyens de déviation du métal dans une enceinte,de préférence hermétique, en- tourant globalement le jet de métal et reliant la busette de coulée à la lingotière de coulée continue.
Dans cette enceinte règne une atmosphère de gaz protecteur, en par- ticulier d'argon, sous une pression suffisante pour empêcher une en- trée d'air et protéger le métal contre tout risque d'oxydation.
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L'étanchéité de cette enceinte peut être assurée d'une part en rac- cordant hermétiquement l'enceinte à là busette de coulée et d'autre part en plongeant l'extrémité de sortie de l'enceinte dans le métal pâteux qui se trouve dans la lingotière.
L'objet de la présente invention sera mieux compris à l'aide de la description qui va suivre, des variantes de réalisation préférées il- lustrées schématiquement par les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une première variante du dispositif de l'invention, avec déviation du métal au moyen d'une plaque réfractaire; la figure 2.montre une autre variante du dispositif de l'invention, avec déviation du métal au moyen de jets de gaz ; la figure 3 illustre encore une autre variante du dispositif de l'invention, avec déviation du métal au moyen d'un circuit électromagnétique.
Dans toutes les figures, les éléments identiques sont désignés par les mêmes repères numériques. En outre, on n'a représenté que les éléments nécessaires à la bonne compréhension de l'objet de l'invention.
Dans la figure 1, on a représenté une busette 1, symbolisant une poche ou un panier de coulée, par laquelle s'écoule un courant d'acier li- quide 2, à sa température de surchauffe. En aval de la busette 1 est disposée une plaque 3 inclinée, en matériau réfractaire, dont une plage est située sous l'orifice de sortie de la busette 1. Cette pla- .que 3 peut pivoter en 4 autour d'un axe horizontal. Sensiblement à hauteur de cette plaque 3 mais séparé de celle-ci par le courant d' aciér 2 est disposé un corps de refroidissement 5, qui est constitué par une plaque de cuivre refroidie à l'eau et pourvue d'un garnissage réfractaire 6 dans la zone d'impact de l'acier. Le circuit-de refroi- dissement est symbolisé par les flèches d'entrée 7 et de sortie 8 de l'eau.
Cet ensemble est entouré par une enceinte 9 qui d'une part est raccordée hermétiquement à la busette 1 et qui d'autre part plonge, par son extrémité inférieure, dans l'acier pâteux présent dans une lingotière de coulée continue 10. L'enceinte 9 est raccordée par une conduite 11 à une source d'argon non représentée.
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L'acier surchauffé 2 frappe la plaque en matériau réfractaire 3, qui le dévie et l'envoie contre la zone protégée 6 de la plaque de cuivre
5. L'acier, s'écoule le long de cette plaque 5, qui provoque le refroi- dissement d'une fraction de cet acier, avec formation de particules solidifiées donnant naissance à la phase pâteuse. L'acier pâteux par- vient ensuite dans la partie inférieure de l'enceinte 9, d'où il est expulsé dans la lingotière 10.
La figure 2 illustre une variante qui, dans son principe, est voisine de celle de la figure 1. La différence essentielle réside dans les moyens de déviation de l'acier liquide 2 vers la plaque de cuivre re- fro.idie 5. Ici, ces moyens sont constitués par un jet d'argon sous pression formé par un injecteur 12 d'un type connu en soi. Ce jet d'argon produit de ce fait l'atmosphère protectrice requise dans l'en- ceinte 9.
Dans une autre variante de mise en oeuvre de ce même principe, la fi- gure 3 montre un dispositif où les moyens de déviation de l'acier sont ,constitués par un circuit électromagnétique 13. Dans ce cas, il est ap- paru avantageux d'étaler l'acier en une nappe au moyen d'un déflecteur 14 installé à la sortie de la busette 1. La nappe d'acier est le siège de courants induits qui, réagissant avec le courant inducteur cir- culant dans le circuit 13, donnent naissance à une force de répulsion qui applique cette nappe d'acier sur la surface de la plaque de cuivre 5. L'acier, porteur de particules solidifiées par le contact avec la plaque froide 5, s'écoule ensuite à l'état pâteux dans la lingotière 10.
Le dispositif de l'invention présente l'avantage de permettre un ré- glage du refroidissement de l'acier et par conséquent de l'importance de la fraction solide qu'il contient. Cette possibilité est inté- ressante puisque, ccmme on le sait, il est possible de couler un acier contenant une fraction solide qui atteint 70 % en volume de cet acier.
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A l'autre extrême, le dispositif de l'invention permet également de couler l'acier de façon classique, c'est-à-dire à l'état entièrement liquide. Il suffit pour cela de ne pas utiliser les moyens de déviation de l'acier ou, plus généralement, du métal.
11 va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et illustrés, mais qu'elle couvre également toute disposition équivalente qui entrerait dans le cadre des revendications suivantes.
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Device for casting a metal in the pasty phase.
The present invention relates to a device for casting a metal, in particular steel, in the pasty phase in a continuous casting ingot mold.
We know the advantage of the pasty phase casting process for the continuous casting of a metal such as steel. This process makes it possible to obtain fine and homogeneous structures which reduce segregation in the cast products.
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It should be understood that, in the ladle or the tundish, the steel is usually at a temperature higher than its liquidus temperature. This additional temperature, called overheating of the steel, is generally between 20 C and 40 C; its purpose is to ensure that the steel, or more generally the metal, remains in the liquid state as long as it is present in the ladle or the tundish. The expression “casting in the pasty phase” therefore means that the steel has a pasty phase resulting from the presence of solidified particles, at the time of its entry into the ingot mold for continuous casting, that is to say that it is at this time at a temperature within its solidification interval.
The objective of the present invention is to propose a particular device making it possible to create the conditions leading to the appearance of a pasty phase in the metal during its journey between the ladle or the tundish on the one hand. and the casting mold continues on the other hand.
To this end, the device allowing the casting of a metal in the pasty phase in a continuous casting ingot mold, which is the subject of the present invention, is essentially characterized in that it comprises a cooling body in one material which is a good conductor of heat, said body being disposed near the path of the metal before it enters the ingot mold, as well as means for deflecting said metal capable of forcing at least part of said metal to come into contact with said cooling body.
According to a particular embodiment of the device of the invention, the said cooling body has at least one planar face and it is placed in such a way that this planar face is substantially vertical and located near the outlet orifice. of the pouring nozzle from which said metal flows.
This cooling body advantageously consists of a copper plate cooled with water. This plate must be provided with a refractory lining in the impact zone of said metal, in order to avoid its rapid destruction.
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In a first variant embodiment of the device of the invention, the means for deflecting the metal consist of a plate of refractory material placed on the path of the metal substantially at the level of the cooling body and inclined downwards in the direction of said body. cooling.
Preferably, said plate of refractory material can pivot around a horizontal axis parallel to the flat face of said cooling body.
The angle of inclination of this plate can be adjusted so as to vary the amount of metal which comes into contact with the cooling body. It is possible, in this way, to act on the solid fraction according to the importance of the desired pasty phase. It is also possible to remove said plate away from the path of the metal, either to operate a conventional casting in completely liquid phase, or to save the state of the cooling body during an interruption, voluntary or accidental, of the cooling of this body.
According to another variant embodiment of the device of the invention, the means for deflecting the metal consist of at least one jet of gas cutting the path of the metal and inclined downwards in direction of said cooling body.
For this purpose, a gas is used which does not cause oxidation of the metal, in particular an inert protective gas such as argon.
In this variant, the gas jet is preferably spread out, in a horizontal direction substantially parallel to the flat face of said cooling body, in a flat jet or blade of gas capable of causing the formation of a sheet of metal which then comes into contact with the cooling body.
The solid fraction can here be modified by an appropriate adjustment of the pressure, the flow rate and possibly the inclination of the jet of
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gas. It is also possible, for the reasons already indicated above, to influence the deflection of the metal towards the cooling body, either by reducing or stopping the gas jet or by changing its orientation.
According to yet another variant embodiment of the device of the invention, the means for deflecting the metal consist of an electromagnetic circuit arranged substantially at the level of the cooling body so that the liquid metal is subjected, from the said electromagnetic circuit, to a force which moves it laterally to bring it into contact with the cooling body.
The aforementioned electromagnetic circuit is advantageously preceded by a deflector situated at the outlet of the pouring nozzle and inclined downwards in the direction of the cooling body. This deflector, made of refractory material, spreads the metal into a sheet which is then applied to the cooling body under the effect of the force created by said electromagnetic circuit. This deflector can moreover be one or more gas jets capable of ensuring the desired spreading of the metal into a sheet.
Here also, and for the reasons already mentioned above, the quantity of metal which comes into contact with the cooling body can be varied or canceled, respectively by modifying or interrupting the current in the electromagnetic circuit.
It has also been found advantageous, within the framework of the present invention, to house said cooling body and said means for deflecting the metal in an enclosure, preferably hermetic, generally surrounding the metal jet and connecting the pouring nozzle to the continuous casting mold.
In this enclosure there prevails an atmosphere of protective gas, in particular argon, under sufficient pressure to prevent an air intake and protect the metal against any risk of oxidation.
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The tightness of this enclosure can be ensured on the one hand by hermetically connecting the enclosure to the pouring nozzle and on the other hand by immersing the outlet end of the enclosure in the pasty metal which is in the ingot mold.
The object of the present invention will be better understood with the aid of the description which follows, of the preferred variant embodiments illustrated schematically by the appended drawings, in which FIG. 1 represents a first variant of the device of the invention , with deflection of the metal by means of a refractory plate; Figure 2. shows another variant of the device of the invention, with deflection of the metal by means of gas jets; FIG. 3 illustrates yet another variant of the device of the invention, with deflection of the metal by means of an electromagnetic circuit.
In all the figures, identical elements are designated by the same reference numerals. In addition, only the elements necessary for the proper understanding of the subject of the invention have been shown.
In FIG. 1, a nozzle 1 is represented, symbolizing a ladle or a tundish, through which flows a stream of liquid steel 2, at its superheating temperature. Downstream of the nozzle 1 is disposed an inclined plate 3, made of refractory material, a range of which is located under the outlet orifice of the nozzle 1. This plate 3 can pivot at 4 around a horizontal axis. Significantly up to this plate 3 but separated from it by the steel stream 2 is disposed a cooling body 5, which is constituted by a copper plate cooled with water and provided with a refractory lining 6 in the impact zone of the steel. The cooling circuit is symbolized by the arrows 7 for entering and leaving 8 for the water.
This assembly is surrounded by an enclosure 9 which on the one hand is hermetically connected to the nozzle 1 and which on the other hand plunges, by its lower end, into the pasty steel present in a continuous casting mold 10. The enclosure 9 is connected by a pipe 11 to a source of argon, not shown.
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The superheated steel 2 strikes the plate of refractory material 3, which deflects it and sends it against the protected area 6 of the copper plate
5. The steel flows along this plate 5, which causes a fraction of this steel to cool, with the formation of solidified particles giving rise to the pasty phase. The pasty steel then arrives in the lower part of the enclosure 9, from which it is expelled into the ingot mold 10.
FIG. 2 illustrates a variant which, in principle, is close to that of FIG. 1. The essential difference resides in the means for deflecting the liquid steel 2 towards the copper plate cooled 5. Here, these means are constituted by a jet of argon under pressure formed by an injector 12 of a type known per se. This jet of argon thereby produces the protective atmosphere required in enclosure 9.
In another variant of implementation of this same principle, FIG. 3 shows a device in which the means for deflecting the steel are constituted by an electromagnetic circuit 13. In this case, it has appeared advantageous to spreading the steel into a sheet by means of a deflector 14 installed at the outlet of the nozzle 1. The steel sheet is the seat of induced currents which, reacting with the inductive current flowing in the circuit 13, give rise to a repulsive force which applies this sheet of steel to the surface of the copper plate 5. The steel, carrying particles solidified by contact with the cold plate 5, then flows in the pasty state in the mold 10.
The device of the invention has the advantage of allowing regulation of the cooling of the steel and consequently of the importance of the solid fraction that it contains. This possibility is interesting since, as we know, it is possible to pour a steel containing a solid fraction which reaches 70% by volume of this steel.
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At the other extreme, the device of the invention also makes it possible to cast the steel in a conventional manner, that is to say in the entirely liquid state. For this, it is sufficient not to use the means for deflecting steel or, more generally, metal.
It goes without saying that the invention is not limited to the embodiments which have just been described and illustrated, but that it also covers any equivalent arrangement which would fall within the scope of the following claims.