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Procédé et dispositif de coulée d'un métal en phase pâteuse.
La présente invention concerne un procédé de coulée d'un métal, en particulier de L'acier, avec une surchauffe proche de 0 C et même en phase pâteuse dans une lingotière de coulée continue. ELLe porte égaLement sur un dispositif pour La mise en oeuvre de ce procédé.
On connaît déjà L'intérêt du procédé de coulée d'un métal avec une surchauffe proche de 10 C et même en phase pâteuse, c'est-à-dire à une température comprise dans L'intervaLLe de solidification du métal con- sidéré. Ce procédé permet en effet d'obtenir des structures fines et homogènes qui réduisent Les ségrégations dans les produits coulés. Cet intérêt est particulièrement marqué dans Le cas de L'acier, auqueL La description qui suit fait spéciaLement référence ; Le procédé de L'invention est néanmoins applicable également aux autres métaux présentant un intervalle de sotidifcatin Différents dispositifs pour La couLée d'un métal en phase pâteuse sont déjà connus dans La technique, notamment par Le brevet LU-A-86.688.
Selon ce brevet, iL est prévu, en amont de La Lingotiére proprement dite une pré-lingotière métallique refroidie à L'eau, dans laquelle L'acier est amené à L'état pâteux par L'éLimination de sa surchauffe.
On peut rappeler que La surchauffe de L'acier est La différence entre La température effective de L'acier dans le panier répartiteur et sa
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température de début de solidification (Liquidas).
Ce dispositif connu présente cependant L'inconvénient de ne pas per- mettre Le régLage du refroidissement de L'acier dans La pré-Lingotière en cas de variation des paramètres de la coulée, notamment de La température de L'acier dans Le panier répartiteur ou du débit de coulée de l'acier.
La solution logique pour tenir compte d'une tette variation serait d'adapter le débit d'eau de refroidissement de manière à maintenir inchangée La température de L'acier à La sortie de La pré-lingotière.
Il est cependant apparu qu'entre Les conditions extrêmes de débit d'eau de refroidissement, La différence d'effet sur La température de sortie de L'acier était très Limitée et dès Lors généralement insuffisante.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de coulée d'un métal en phase pâteuse en utilisant une pré-Lingotière pour éliminer, en tout ou en partie la surchauffe de ce métal, qui permet, par des moyens simples, d'adapter Le refroidissement du métal dans La pré-Lingotière en fonction de variations d'un ou de plusieurs paramètres de la coulée.
Conformément à L'invention, un procédé de coulée d'un métal en phase pâteuse, dans une Lingotière de coulée continue, dans lequel on soumet Le métal Liquide à un premier refroidissement partiel dans une pré- lingotière refroidie disposée en amont de Ladite Lingotière de coulée continue, est caractérisé en ce que L'on fait varier L'étendue de La surface d'échange de chaleur entre Le métal Liquide et Ladite pré- Lingotière en fonction de La variation d'au moins un des paramètres de La coutée.
Parmi Les paramètres de coulée, on peut notamment citer La température du métal dans Le panier répartiteur, qui détermine La chute de température à réaliser dans La pré-Lingotière, et Le débit de métal qui dépend en particulier du niveau du métal dans Le panier répar-
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titeur et du diamètre du trou de coulée, Lui-même fonction de L'usure de La busette de coulée.
Selon une variante particulière de L'invention, on fait varier verti- calement La position du niveau d'introduction du métal Liquide dans Ladite pré-lingotière. Par niveau d'introduction, il faut entendre Le niveau auquet Ledit métal Liquide entre en contact avec La surface intérieure de Ladite pré-Lingotière.
Avantageusement, on mesure au moins la température du métal dans le récipient de coulée, et on détermine La chute de température à réa- Liser dans Ladite pré-lingotière; à partir des caractéristiques géomé- triques de La pré-lingotière et du débit de métal coulé, on détermine la quantité de chaleur à extraire du métal et on en déduit L'étendue de La surface d'échange de chaleur à utiliser, compte tenu du débit et de La nature de L'agent de refroidissement de La pré-Lingotière; on règle enfin la position du niveau d'introduction du métal, de manière à établir la surface d'échange de chaleur requise.
Selon encore une autre variante de L'invention, on fait en outre varier Le débit de L'agent de refroidissement de Ladite pré-Lingotière.
Une teLLe variation du débit de L'agent de refroidissement permet de compléter, c'est-à-dire seLon Les cas d'accentuer ou d'affiner L'effet obtenu par une variation de la surface d'échange de chaleur.
La présente invention porte également sur un dispositif pour La mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit.
Le dispositif de L'invention est du type, décrit dans Le brevet LU-A-86.688 précité, qui comporte une pré-Lingotière disposée en amont de La lingotière de couLée continue proprement dite. Cette pré-lingotière peut avoir une forme quelconque, mais elle est de préférence constituée d'un conduit vertical extérieurement pourvu de moyens de refroidissement, et à L'entrée duquel est disposé un organe
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répartiteur pour dévier le métal Liquide jusqu'à la surface intérieure de ce conduit vertical.
Conformément à L'invention, un dispositif du type précité pour mettre en oeuvre le procédé de coulée décrit plus haut, qui comporte un récipient de couLée équipé d'une busette, une Lingotière de coulée continue et une pré-Lingotiére située entre Ledit récipient de coulée et Ladite Lingotière de couLée continue et dans laquelle est disposé un organe répartiteur destiné à dévier Le métal Liquide jusqu'à La surface intérieure de ladite pré-Lingotière, Ladite pré-Lingotière étant en outre extérieurement pourvue de moyens de refroidissement,
est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier L'étendue de La surface d'échange de chaleur entre Le métal et Ladite pré-tintoère Le dispositif de L'invention doit assurer L'écouLement du métal en une couche mince et cohérente sur La surface intérieure de La pré-Lingotière. Pour garantir cette cohérence, il convient que L'organe répartiteur soit d'une part très proche de La sortie de La busette et d'autre part qu'il s'étende jusqu'à proximité de Ladite surface intérieure de La pré-Lingotière.
A cet effet, iL est préférable que la distance, mesurée verticalement, entre La sortie de La busette et La surface supérieure de L'organe répartiteur n'excède pas trois fois Le diamètre de sortie de La busette.
De manière similaire, iL est recommandé que le diamètre de L'organe répartiteur soit compris entre 75 % et 85 % du diamètre intérieur de Ladite pré-lingotière.
Dans ces conditions, Le métal est obligé de venir en contact avec et de s'écouler le Long de La surface intérieure de La pré-lingotière pour y subir Le refroidissement désiré. On se réfère ici au diamètre de L'organe répartiteur et de la pré-lingotière, à titre de simple
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exemple, et parce que la forme cylindrique présente une symétrie axiale intéressante. IL va de soi que L'on pourrait envisager d'autres formes de la section, mutatis mutandis, sans sortir du cadre de L'invention.
Suivant une forme particutière de réalisation, la busette présente un bout fermé et des canaux de sortie Latéraux, de préférence inclinés vers le bas en direction de La surface intérieure de La pré-Lingotière.
Dans cette forme de réalisation, Le bout fermé et profilé intérieurement de La busette constitue L'organe répartiteur et La dimension verticale de La section desdits canaux Latéraux doit remplir La condition géométrique de proximité indiquée plus haut.
Selon une variante particulière, lesdits moyens pour faire varier la surface d'échange de chaleur entre le métal et La pré-lingotière comportent des moyens pour déplacer Ladite pré-Lingotière en direction verticale par rapport audit organe répartiteur.
Cette disposition particulière permet de faire varier La position de l'organe répartiteur à L'intérieur de La pré-Lingotière et de modifier ainsi La longueur verticale de la portion de la pré-lingotière qui est parcourue par Le métal.
Dans le cas où L'organe répartiteur est constitué par Le bout fermé d'une busette, cette disposition permet de modifier le degré de pénétration de Ladite busette dans La pré-lingotière.
D'autres particularités et avantages de L'invention apparaîtront à La Lecture de La description détaiLLée qui suit, portant sur un exemple de réalisation et faisant référence au dessin annexé, dont la figure unique illustre le principe du procédé de L'invention.
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Cette figure constitue bien entendu' une représentation schématique, sans échelle particulière, où Les directions de circulation des fluides et de mouvement des pièces sont indiquées par des flèches appropriées.
La figure illustre schématiquement Le principe du procédé de l'invention, à L'aide d'un dispositif comportant une pré-Lingotière mobile.
Un panier répartiteur, symboLisé par un fragment de fond 1, est équipé d'une busette de coulée 2 présentant un bout fermé 3 et des canaux de sortie Latéraux 4. Sous Le panier répartiteur est disposée une pré- Lingotière 5, généralement en cuivre, équipée d'un circuit de refroi- dissement à L'eau dont l'entrée et La sortie sont figurées respecti- vement par les conduits 6 et 7.La pré-Lingoitère 5 est à son tour pour- vue d'une busette 8 qui plonge dans La lingotière de coulée continue 9. La busette 8 est fixée dans La pré-lingotière 5 au moyen d'une bague de blocage 10. Des bras de suspension 11 sont fixés à la face extérieure du fond du panier répartiteur 1, de part et d'autre de La busette de coulée 2 ; la pré-lingotière 5 est pourvue de pattes taté rales 12 qui s'engagent sur les bras de suspension 11.
Les pattes 12 sont reliées aux bras 11 par des mécanismes de transmission du mou- vement, par exemple par pignon et crémaiLlère, bien connus en soi et non représentés dans La figure. Ces divers éléments sont disposés de telle façon que la busette de coulée 2 pénètre à L'intérieur de La prt-tiotière 5. Le fond 3 de La busette de coulée 2 est profilé inté- rieurement en un cône à axe vertical s'ouvrant vers te bas, le Long duquel sont ménagés Les canaux Latéraux 4, orientés obliquement vers Le bas en direction de La surface intérieure 13 de La pré-Lingotière 5. Les canaux de sortie 4 sont de préférence répartis régulièrement autour de L'axe de ta busette.
Dans cette réalisation, il est également prévu un dispositif d'injec- tion d'argon 14 entre La busette de coulée 2 et La pré-lingotière 5, au-dessus de L'orifice de sortie des canaux. Ce dispositif peut, sans
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sortir du cadre de l'invention, comporter également des moyens, non représentés dans la figure, pour injecter un gaz protecteur tet que de L'argon sous l'organe répartiteur 3, à L'intérieur du jet creux formé par le métal s'écoulant Le Long de La surface intérieure 13 de La pré-lingotière 5. Enfin, un rideau souple 15, par exemple un soufflet, relié d'une part au fond du panier répartiteur 1 et d'autre part à la pré-lingotière 5, délimite hermétiquement une chambre 16 entourant La busette de coulée 2 et dans laquelle règne une atmosphère d'argon.
Avec ce dispositif, l'acier coulé par la busette 2 s'écoule par les canaux Latéraux 4 et vient former un film mince et cohérent Le Long de la surface intérieure 13 de La pré-lingotière 5. IL subit un refroidissement Le Long de cette surface, puis il parvient par La busette 8 dans La lingotière de coulée continue 9.
Si les conditions changent dans Le panier répartiteur 1, par exemple si La température de L'acier baisse, le refroidissement dans La prélingotière doit être moins important pour conserver une même température d'entrée dans la lingotière 9. On relève alors, par Le mécanisme moteur non représenté, La pré-litière 5 de façon à y faire pénétrer davantage La busette 2, par exemple jusqu'à la position 3', 4' dessinée en trait interrompu. Dans Le cas contraire, on opère un mouvement en sens inverse, les sens de mouvement de La pré-lingotière étant indiqués par les flèches doubles 17.
Il va de soi que L'invention n'est pas Limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et illustré. En particulier, il ne sortirait pas du cadre de L'invention d'utiliser une busette de coulée 2 classique et un organe répartiteur constitué par un plateau séparé de La busette.
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Method and device for casting a metal in the pasty phase.
The present invention relates to a process for casting a metal, in particular steel, with an overheating close to 0 C and even in the pasty phase in a continuous casting mold. IT also relates to a device for implementing this process.
The advantage is already known of the process of casting a metal with an overheating close to 10 ° C. and even in the pasty phase, that is to say at a temperature included in the range of solidification of the metal considered. This process makes it possible to obtain fine and homogeneous structures which reduce segregation in the cast products. This interest is particularly marked in the case of steel, where the description which follows makes special reference; The method of the invention is nevertheless also applicable to other metals having a sotidifcatin interval. Various devices for the casting of a metal in the pasty phase are already known in the art, in particular by patent LU-A-86,688.
According to this patent, iL is provided, upstream of La Lingotiére proper, a water-cooled metal pre-ingot mold, in which the steel is brought to a pasty state by the elimination of its overheating.
It may be recalled that the overheating of the steel is the difference between the effective temperature of the steel in the distribution basket and its
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solidification start temperature (Liquidas).
This known device does however have the disadvantage of not allowing the regulation of the cooling of the steel in the pre-ingot mold in the event of variation of the casting parameters, in particular of the temperature of the steel in the distribution basket or the steel flow rate.
The logical solution to take account of such a variation would be to adapt the cooling water flow so as to keep the temperature of the steel unchanged at the outlet of the pre-ingot mold.
However, it appeared that between the extreme conditions of cooling water flow, the difference in effect on the temperature of the steel outlet was very limited and therefore generally insufficient.
The object of the present invention is to provide a process for casting a metal in the pasty phase using a pre-ingot mold to eliminate, in whole or in part, the overheating of this metal, which makes it possible, by simple means, to adapt The cooling of the metal in La pré-Lingotière according to variations of one or more parameters of the casting.
According to the invention, a method of casting a metal in the pasty phase, in a continuous casting ingot mold, in which the liquid metal is subjected to a first partial cooling in a cooled pre-ingot mold placed upstream of said ingot mold. Continuous casting, is characterized in that the extent of the heat exchange surface is varied between the liquid metal and said pre-ingot mold as a function of the variation of at least one of the parameters of the cost.
Among the casting parameters, we can notably cite the temperature of the metal in the distribution basket, which determines the temperature drop to be made in the pre-ingot mold, and the metal flow rate which depends in particular on the level of the metal in the repaired basket. -
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titrator and the diameter of the tap hole, itself a function of the wear of the pouring nozzle.
According to a particular variant of the invention, the position of the level of introduction of the liquid metal into said pre-ingot mold is varied vertically. By introductory level is meant the auquet level, said liquid metal comes into contact with the interior surface of said pre-ingot mold.
Advantageously, at least the temperature of the metal in the casting container is measured, and the temperature drop to be produced in said pre-ingot mold is determined; from the geometrical characteristics of the pre-ingot mold and of the flow rate of cast metal, the quantity of heat to be extracted from the metal is determined and the extent of the heat exchange surface to be used is deduced therefrom, taking into account the flow and nature of the pre-ingot mold coolant; finally, the position of the metal introduction level is adjusted, so as to establish the required heat exchange surface.
According to yet another variant of the invention, the flow rate of the cooling agent of said pre-ingot mold is further varied.
Such a variation in the flow rate of the cooling agent makes it possible to complete, that is to say according to the cases of accentuating or refining the effect obtained by a variation of the heat exchange surface.
The present invention also relates to a device for implementing the method which has just been described.
The device of the invention is of the type described in the aforementioned patent LU-A-86,688, which comprises a pre-ingot mold disposed upstream of the continuous casting mold itself. This pre-ingot mold can have any shape, but it is preferably made up of a vertical duct externally provided with cooling means, and at the entrance of which is arranged a member
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distributor to deflect Liquid metal to the interior surface of this vertical duct.
According to the invention, a device of the aforementioned type for implementing the casting method described above, which comprises a casting container equipped with a nozzle, a continuous casting mold and a pre-mold located between said container. casting and said continuous casting mold and in which is arranged a distributor member intended to deflect the liquid metal to the inner surface of said pre-ingot mold, said pre-ingot mold being furthermore externally provided with cooling means,
is characterized in that it comprises means for varying the extent of the heat exchange surface between the metal and said pre-tintoere The device of the invention must ensure the flow of the metal into a thin layer and consistent on the interior surface of La pré-Lingotière. To guarantee this consistency, the distributing member should be on the one hand very close to the outlet of the nozzle and on the other hand that it extends as close as said interior surface of the pre-ingot mold.
For this purpose, iL is preferable that the distance, measured vertically, between the outlet of the nozzle and the upper surface of the distributor member does not exceed three times the outlet diameter of the nozzle.
Similarly, iL is recommended that the diameter of the distributor member is between 75% and 85% of the internal diameter of said pre-ingot mold.
Under these conditions, the metal is forced to come into contact with and to flow along the inner surface of the pre-ingot mold to undergo the desired cooling. We refer here to the diameter of the distributor and the pre-ingot mold, as a simple
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example, and because the cylindrical shape has an interesting axial symmetry. It goes without saying that one could envisage other forms of the section, mutatis mutandis, without departing from the scope of the invention.
According to a particular embodiment, the nozzle has a closed end and lateral outlet channels, preferably inclined downward towards the interior surface of the pre-ingot mold.
In this embodiment, the closed and internally profiled end of the nozzle constitutes the distributing member and the vertical dimension of the section of said lateral channels must fulfill the geometrical condition of proximity indicated above.
According to a particular variant, said means for varying the heat exchange surface between the metal and the pre-ingot mold include means for moving said pre-ingot mold in a vertical direction relative to said distributor member.
This particular arrangement makes it possible to vary the position of the distributing member inside the pre-ingot mold and thus to modify the vertical length of the portion of the pre-ingot mold which is traversed by the metal.
In the case where the distributing member is constituted by the closed end of a nozzle, this arrangement makes it possible to modify the degree of penetration of said nozzle into the pre-ingot mold.
Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, relating to an exemplary embodiment and referring to the attached drawing, the single figure of which illustrates the principle of the process of the invention.
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This figure is of course a schematic representation, without particular scale, where the directions of circulation of the fluids and movement of the parts are indicated by appropriate arrows.
The figure schematically illustrates the principle of the method of the invention, using a device comprising a mobile pre-ingot mold.
A distribution basket, symbolized by a bottom fragment 1, is fitted with a pouring nozzle 2 having a closed end 3 and lateral outlet channels 4. Under the distribution basket is a pre-ingot mold 5, generally made of copper, equipped with a water cooling circuit, the inlet and outlet of which are respectively represented by the conduits 6 and 7. The pre-Lingoitère 5 is in turn provided with a nozzle 8 which plunges into the continuous casting mold 9. The nozzle 8 is fixed in the pre-mold 5 by means of a locking ring 10. Suspension arms 11 are fixed to the outer face of the bottom of the distribution basket 1 and on the other side of the pouring nozzle 2; the pre-ingot mold 5 is provided with side tabs 12 which engage on the suspension arms 11.
The legs 12 are connected to the arms 11 by mechanisms for transmitting the movement, for example by pinion and rack, well known per se and not shown in the figure. These various elements are arranged in such a way that the pouring nozzle 2 penetrates inside the prt-tiotière 5. The bottom 3 of the pouring nozzle 2 is profiled internally in a cone with vertical axis opening towards at the bottom, along which the lateral channels 4 are arranged, oriented obliquely downwards towards the interior surface 13 of the pre-ingot mold 5. The outlet channels 4 are preferably distributed regularly around the axis of your nozzle. .
In this embodiment, an argon injection device 14 is also provided between the pouring nozzle 2 and the pre-ingot mold 5, above the outlet port of the channels. This device can, without
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depart from the scope of the invention, also include means, not shown in the figure, for injecting a protective gas such as argon under the distributor member 3, inside the hollow jet formed by the metal s' flowing along the inner surface 13 of the pre-ingot mold 5. Finally, a flexible curtain 15, for example a bellows, connected on the one hand to the bottom of the distributor basket 1 and on the other hand to the pre-ingot mold 5, hermetically defines a chamber 16 surrounding the pouring nozzle 2 and in which an atmosphere of argon prevails.
With this device, the steel cast by the nozzle 2 flows through the lateral channels 4 and comes to form a thin and coherent film along the inner surface 13 of the pre-ingot mold 5. It undergoes cooling along this surface, then it arrives via the nozzle 8 in the continuous casting ingot mold 9.
If the conditions change in the distributor basket 1, for example if the temperature of the steel drops, the cooling in the prelingotière must be less important to maintain the same inlet temperature in the ingot mold 9. We then note, by the mechanism motor not shown, The pre-litter 5 so as to make it penetrate further The nozzle 2, for example up to the position 3 ′, 4 ′ drawn in broken lines. Otherwise, a movement is carried out in the opposite direction, the directions of movement of the pre-ingot mold being indicated by the double arrows 17.
It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment which has just been described and illustrated. In particular, it would not depart from the scope of the invention to use a conventional pouring nozzle 2 and a distributor member constituted by a plate separate from the nozzle.