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Procédé et dispositif pour la coulée continue en charge d'un métal en fusion Objet de l'invention La présente invention concerne un procédé pour la coulée continue en charge d'un métal en fusion, en particulier de l'acier. Elle porte également sur un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Domaine d'application et état de la technique Pour fixer les idées, la description qui suit fait référence plus particulièrement à la coulée continue de l'acier. Ce choix n'a cependant qu'un 'caractère d'exemple et n'entraîne aucune limitation de l'objet de l'invention, lequel est défini par les revendications annexées.
La coulée continue est une technique largement répandue, qui permet de couler l'acier directement d'un récipient de coulée dans une lingotière sans fond, de laquelle il est extrait sous la forme d'un brin continu partiellement solidifié. Le récipient de coulée est habituellement une poche de coulée ou un panier répartiteur ; poursimplifier, on se référera ici, d'une manière générique, à un panier répartiteur.
Dans la pratique courante, le fond du panier répartiteur est percé d'un trou avec lequel coopère un organe d'obturation de type connu. Sous le fond du panier et coaxialement au trou de coulée est fixée une busette de coulée, qui plonge librement dans la partie supérieure de la lingotière proprement dite. Cette lingotière est en cuivre et est refroidie à l'eau. De plus, la lingotière est habituellement animée d'un mouvement d'oscillation, d'une amplitude de quelques millimètres, destiné à empêcher le collage de l'acier à ses parois.
En fonctionnement, l'acier provenant du panier répartiteur s'écoule par la busette dans la lingotière, où il se solidifie progressivement en formant une peau d'épaisseur croissante.
L'extrémité inférieure de la busette est immergée dans l'acier liquide, dont le niveau supérieur, ou ménisque, est situé dans la portion supérieure de la lingotière.
Le principe de la coulée en charge appliqué dans le cadre de la coulée continue est
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également déjà bien connu. On fera référence à ce propos au brevet belge BE 1005165 (déposé le 12. 08.1991 sous le numéro de dépôt BE 09100734). Le principe général du procédé de coulée continue en charge est de dissocier le ménisque de la première zone de solidification en positionnant au-dessus de la lingotière un élément appelé rehausse de sorte à y transférer le niveau de métal en fusion ou ménisque. Le début de la solidification s'effectue plus bas dans la lingotière elle-même.
La Fig. 1 présente le principe du dispositif de coulée en charge d'un métal M, qui consiste à réaliser une enceinte fermée depuis le récipient de coulée jusqu'à la lingotière et à établir le ménisque dans une région où le métal reste à l'état liquide. On y distingue un panier répartiteur 1 avec, dans le fond, un trou de coulée 2 qui peut être obturé par une quenouille 3 laissant passer un jet de métal 9. A cet égard, il va de soi que l'on pourrait utiliser tout autre type connu d'organe d'obturation, par exemple un obturateur à tiroir. Un élément tubulaire 4 en matière réfractaire est placé sous le fond du panier répartiteur 1, coaxialement au trou de coulée 2.
A son extrémité inférieure, l'élément tubulaire 4 est assemblé à la lingotière 5, par l'intermédiaire d'un joint en matière réfractaire 6. De façon connue, la lingotière 5 est en cuivre et elle est équipée d'un système de refroidissement, non représenté. De plus, elle est animée d'un mouvement d'oscillation de faible amplitude, appliqué par des moyens non représentés ici; les oscillations sont absorbées par un joint élastique 11et elles ne sont donc pas transmises au panier répartiteur 1.
La lingotière 5 est suivie d'un système de refroidissement secondaire 7 qui peut être un système conventionnel composé de rouleaux de support et de gicleurs.
Dans la coulée continue en charge classique telle que représentée sur la figure 1, l'acier est coulé du panier répartiteur 1 dans l'élément tubulaire 4 en matière réfractaire puis dans la lingotière 5 en cuivre refroidie. Le ménisque 8 est situé dans l'élément tubulaire 4 en matière réfractaire, et la position de ce ménisque est contrôlée par un dispositif de régulation du débit de type connu; il n'est pas nécessaire que le contrôle de cette position soit réalisé de manière très précise.
La solidification de la surface de l'acier commence à l'entrée de la lingotière 5, immédiatement après le joint en matière réfractaire 6; elle se poursuit de la manière habituelle dans la lingotière 5 et dans le système de refroidissement secondaire 7, pour former une peau solidifiée 10 d'épaisseur croissante.
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Une variation de la position du ménisque 8 pendant la coulée n'a dès lors aucun effet sur l'endroit où commence la solidification de la surface de l'acier et elle n'entraîne donc plus la formation de défauts de surface.
Pour rappel, les avantages du procédé de coulée en charge sont les suivants : - localisation précise et stable du début de solidification permettant d'obtenir des rides d'oscillation très régulières et donc un état de surface amélioré. Les variations de niveau de l'acier liquide n'ont plus d'influence sur la première zone de solidification; - augmentation de la pression ferrostatique à l'endroit de la première solidification permettant d'augmenter les flux de chaleur extraits dans cette zone; - réduction du piégeage de la poudre de couvertue dans les cornes de solidification lors de variation importante du niveau du ménisque, ce qui a pour effet bénéfique une amélioration de la propreté inclusionnaire sous-cutanée du produit coulé;
- meilleure décantation des inclusions dans la partie supérieure où est sis le ménisque, appelée rehausse, réalisée en matière réfractaire; - écoulement piston en lingotière, c'est-à-dire sans ou avec des perturbations hydrodynamiques très faibles, assurant de ce fait une solidification homogène du lingot extrait en continu ; - possibilité pour la coulée de brames minces, c'est-à-dire de 30 mm à 100 mm d'épaisseur, de pouvoir remplacer les lingotières de type "funnel shape" c'est-à-dire avec un élargissement central permettant le passage de la busette de coulée, par des lingotières classiques à plaques parallèles. L'élargissement central de la lingotière n'est plus nécessaire vu que la busette immergée peut rester dans la partie rehausse réfractaire de la lingotière.
Ceci représente un avantage majeur pour l'homogénéité de refroidissement de la brame et la réduction des contraintes sur la peau du produit en cours de solidification; - augmentation sensible de la vitesse de coulée sans influence néfaste sur la zone de première solidification.
Position du problème Nonobstant les différents points positifs énumérés ci-dessus au sujet de la coulée continue en charge connue mettant en #uvre une rehausse réfractaire, comme montré sur la figure 1, il convient de signaler un certain nombre de problèmes qui se manifestent lors de la mise en oeuvre de la coulée continue en charge classique définie
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précédemment. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de coulée continue en charge qui remédie, au moins partiellement, aux problèmes cités ci-dessous.
Les problèmes ou inconvénients majeurs rencontrés lors de l'application industrielle de la coulée continue en charge sont les suivants : - la difficulté d'assurer un positionnement suffisamment précis entre la lingotière et la rehausse (en ce y compris le joint), avant et durant l'opération de coulée en continu, pour éviter des phénomènes perturbateurs tels que collages, ou défauts de surface qui nuisent à la qualité du produit coulé; - la problématique de l'apparition d'une zone de forte fatigue thermique de l'extrémité supérieure de la lingotière du fait qu'elle est le lieu du début de la solidification, donc impliquant des flux de chaleur extraits élevés.
L'évacuation desdits flux par refroidissement via la boîte à eau y relative présente des difficultés lors de la construction de ladite boîte à eau; - la difficulté d'alimenter de manière simple la paroi interne de la lingotière en agent de lubrification, par exemple tel que la poudre de coulée ou l'huile de lubrification.
Présentation de l'invention Le procédé de coulée continue en charge, objet de la présente invention, a pour objet de proposer un procédé, ainsi qu'un dispositif de mise en #uvre, pour la coulée continue en charge d'un métal en fusion, qui permet de couler à grande vitesse des produits de haute qualité en ce qui concerne l'état de surface et la santé interne et qui ne présente pas les inconvénients précités.
Conformément à la présente invention, un procédé pour la coulée continue en charge d'un métal en fusion, dans lequel on coule le métal en fusion dans une lingotière de coulée continue dans laquelle il se solidifie, ladite lingotière étant surmontée par un élément en matière réfractaire, appelé rehausse, est essentiellement caractérisé, lors de la marche en régime, c'est-à-dire après une phase dite de démarrage, par la présence simultanée d'un ménisque du métal coulé appelé principal et d'un autre ménisque dudit métal coulé appelé secondaire, le ménisque principal étant établi en amont du niveau du ménisque secondaire de sorte que ledit ménisque secondaire est plus proche que le ménisque principal du point où commence la solidification dudit métal dans la lingotière.
Préférentiellement, la liaison entre ladite lingotière et ladite rehausse est réalisée de manière étanche aux gaz.
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Suivant une modalité de mise en #uvre préférentielle du procédé de coulée continue en charge, objet de la présente invention, dans laquelle on met en oeuvre une lingotière de coulée continue surmontée d'une rehausse de forme particulière, appelée tête d'alimentation, sise au-dessus de la lingotière et de configuration telle qu'une partie de ladite tête est plongée à l'intérieur de ladite lingotière et définit avec la paroi intérieure de celle-ci une cavité, consiste dans la phase de démarrage, à déverser le métal liquide dans la tête d'alimentation via une busette de coulée continue ou autre système connu en soi, à remplir ladite tête et ce jusqu'à ce que la lingotière de coulée continue sur laquelle repose la tête soit remplie de métal liquide,
à déverser de la sorte jusqu'à ce qu'un ménisque dit principal se forme dans la tête et que le métal liquide emprisonne par sa montée dans la cavité entre la tête et la lingotière l'air ou un gaz y présent et qu'il en résulte la formation d'un ménisque dit secondaire, la phase de démarrage étant alors terminée et la phase de marche en régime de la coulée continue proprement dite peut commencer avec l'extraction du brin partiellement solidifié hors de la lingotière de coulée continue et la présence simultanée du ménisque principal et du ménisque secondaire.
Préférentiellement, la solidification du brin commence au niveau du ménisque secondaire précité.
Les figures 2 et 3 illustrent le procédé suivant la présente invention, respectivement dans une configuration de coulée continue de brames dites normales d'épaisseurs comprises entre 200 mm à 300 mm et de brames minces d'épaisseurs comprises entre 40 mm à 100 mm. En outre, sur chacune des figures, on a aussi représenté en coupe la section transversale de la lingotière 20 dans la partie où la tête d'alimentation 21 plonge dans la lingotière 20.
La figure 4 est un détail des figures 2 et 3 présentant en particulier la cavité où se forme le ménisque secondaire.
Sur les deux figures 2 et 3, on distingue la lingotière 20, la tête d'alimentation 21 positionnée au-dessus de la lingotière, ainsi que les boîtes à eau 22 destinées à refroidir les parois la lingotière 20. En phase de marche en régime de coulée en continu, un ménisque principal 23 est sis dans la tête d'alimentation 21 et un ménisque annulaire secondaire 24 est sis entre la paroi de la lingotière et la partie de la tête d'alimentation qui plonge à l'intérieur de la lingotière.
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Le principe de fonctionnement est le suivant : Lors du démarrage de la coulée, la lingotière 20 est remplie progressivement d'acier M.
Quand le niveau de métal liquide atteint le niveau inférieur de la partie de la tête d'alimentation 21 qui plonge à l'intérieur de la lingotière 20, le gaz y présent, par exemple l'air est emprisonné dans la chambre étanche 25 (désignée par 25 sur les figures 2,3 et 4) et l'acier M ne peut remplir complètement cette cavité 25. L'acier M remplit donc uniquement partiellement la partie intérieure de la cavité 25 et y crée un ménisque secondaire 24 qui co-existe avec un ménisque principal 23 sis dans la tête d'alimentation 21.
Suivant une modalité de mise en #uvre du procédé, objet de la présente invention, on procède au contrôle de la pression P dans la cavité 25 au-dessus du ménisque secondaire 24, préférentiellement, on choisit comme consigne une pression P telle que le niveau du ménisque secondaire 24 s'établisse en amont du bas de la tête d'alimenta-tion à une distance suffisante pour empêcher la fuite du gaz présent dans la cavité 25 vers le ménisque principal 23.
Suivant encore une autre modalité de mise en #uvre du procédé, objet de la présente invention, on procède à une injection et/ou évacuation de gaz 26, préférentiellement de l'argon, dans la cavité 25 comprenant le ménisque secondaire 24.
La modalité précédente permet de compenser la compression de l'air ou d'un autre gaz due à la pression ferrostatique (environ 0.2 kg/cm2). Elle permet aussi par une opération d'évacuation du gaz de compenser la dilatation dudit gaz par échauffement. En outre, cette injection de gaz permet aussi de palier à l'évacuation de l'air ou d'un autre gaz via la surpression du métal liquide M.
Suivant une autre modalité de mise en #uvre du procédé, objet de la présente invention, on procède à une addition de poudre de coulée et/ ou d'huile dans la cavité 25 comprenant le ménisque secondaire 24.
Les deux modalités précédentes sont illustrées sur les figures 2,3 et 4 par les moyens d'introduction de gaz 26 et d'introduction de lubrifiant 27, moyens permettant d'assurer la lubrification entre le brin coulé et la lingotière, et ce tant en poudre qu'huile. On peut aussi inclure des moyens de contrôle de la pression régnant au-dessus du ménisque secondaire 24.
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Suivant une modalité préférentielle de mise en #uvre du procédé, objet de la présente invention, en vue de tester l'étanchéité de la liaison entre la lingotière 20 et la tête d'alimentation 21, on réalise deux joints, respectivement l'un plus proche et l'autre plus éloigné de ladite liaison, et on définit entre les deux joints précités une chambre dite d'étanchéité, on procède à la mise sous pression de ladite chambre d'étanchéité avant le début de l'opération de coulée en charge en continu et on mesure et analyse dans le temps les paramètres de ladite mise sous pression pour tester et confirmer ou infirmer l'étanchéité entre la lingotière et la tête d'alimentation.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en #uvre du procédé, objet de la présente invention, de coulée continue en charge d'un métal en fusion.
La description du dispositif fera référence aux figures 2, 3 et 4 précédemment définies.
Le dispositif pour la mise en #uvre du procédé de coulée continue en charge, objet de la présente invention, qui comprend un récipient de coulée pourvu d'un orifice de coulée et une lingotière de coulée continue 20 placée sous ledit orifice de coulée, un élément 21, de préférence en matière réfractaire, étant déposé, directement ou avec présence d'un joint, sur la partie supérieure de la lingotière 20 de coulée continue, en alignement avec celle-ci de sorte que le métal en fusion M issu du récipient de coulée précité passe au travers de l'élément 21 précité pour pénétrer dans la lingotière 20 de coulée continue, est essentiellement caractérisé en ce que l'élément 21 précité déposé sur la lingotière 20, préférentiellement il a la forme d'un entonnoir,
préférentiellement convergent dans le sens d'écoulement du métal M, la partie basse dudit élément 21 comprend un ou plusieurs éléments 28, préférentiellement en réfractaire, assemblés de manière étanche tant entre eux qu'avec l'élément précité 21 et qui plongent dans l'orifice supérieur de la lingotière 20, le ou lesdits éléments 28 sont dimensionnés de manière à ce qu'il existe un espace 25 entre le ou les éléments 28 précités et la paroi intérieure de la lingotière 20.
La mise en #uvre prévoit de réaliser une liaison étanche entre la partie supérieure de la lingotière et l'élément en réfractaire déposé dessus.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif, objet de la présente invention, des orifices 29 sont aménagés préférentiellement à travers la paroi de la lingotière 20, et ce de manière à déboucher dans la cavité 25 où est présent le ménisque secondaire 24.
La modalité précédente permet de mettre en #uvre les moyens pour :
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contrôler la pression régnant dans la cavité ; injecter si nécessaire un gaz comme par exemple de l'argon; alimenter la cavité en éléments pour la lubrification du produit dans la lingotière.
La figure 4 montre, à titre d'exemple non limitatif, la situation lors de la marche en régime.
On y distingue le ménisque secondaire 24 surmonté par une couche 30 de poudre de coulée, ainsi que le passage 29 permettant tant l'injection de gaz 26 que l'introduction de poudre de coulée 27 par des moyens non représentés sis dans ledit passage 29.
Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du dispositif, objet de la présente invention, illustrée par la figure 3, plus particulièrement adaptée à la coulée en continu de brames minces, la distribution du métal M à partir de l'élément 21 déposé sur la lingotière 20 dans la lingotière 20 en question est effectué via des trous 30 sis dans un élément qui ferme l'extrémité inférieure dudit élément 21 déposé sur la lingotière, éventuellement la pratique de construction peut exiger qu'on positionne ledit élément qui ferme tant en deçà qu'au-delà de l'extrémité inférieure des éléments 28 plongeant dans la lingotière 20.
Dans le cas particulier précité de la coulée de brame mince où la lingotière est sensiblement plus étroite qu'une lingotière de brame classique (épaisseur de 40 à 100 mm au lieu de 200 à 300 mm), on propose de réaliser une partie basse de rehausse monobloc avec des ouvertures 30 aménagées dans cette zone (voir coupe AA' sur la figure 3). L'acier liquide s'écoule à travers les orifices dans la lingotière ce qui présente l'avantage non négligeable de réduire encore plus les perturbations d'écoulement an niveau de la lingotière.
Suivant une autre modalité de mise en #uvre préférentielle du dispositif, objet de l'invention, la hauteur de l'élément 21 déposé sur la lingotière 20, en ce y compris les éléments 28, est inférieure à 800 mm.
Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre préférentielle du dispositif, objet de l'invention, la hauteur des plaques 28 qui plonge dans la lingotière 20 est comprise ente 10 mm et 250 mm.
La description ci-dessus a été opérée dans le contexte de la coulée de produits plats mais ce principe de coulée en continu peut aussi être facilement adaptée à la coulée continue des produits longs, la partie réfractaire plongeant dans la lingotière pouvant être
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alors un cadre en une seule pièce.
Suivant encore une autre modalité préférentielle du dispositif, objet de la présente invention, la partie inférieure de la tête d'alimentation 21 comprend au moins un conduit tubulaire sensiblement vertical de longueur adaptée à la formation d'un ménisque secondaire 24 dans la lingotière 20.
La figure 5 illustre le cas particulier de la coulée en continu en charge d'une poutrelle par application d'un dispositif suivant l'invention.
On y distingue la tête d'alimentation 21, le ménisque principal 23, le ménisque secondaire 24, la lingotière 20 et les conduits tubulaires 31, au nombre de deux dans ce cas particulier. La coupe AA' dessinée sur la figure 5 donne l'aspect général de la section de sortie de la tête dans la lingotière.
Le procédé de coulée continue en charge, objet de la présente invention, présente les avantages suivants : - simplicité de montage car la partie déposée sur la lingotière, généralement en réfractaire, ne doit pas être montée parfaitement alignée par rapport à la lingotière et peut être réalisée en matériaux moins coûteux; - possibilité d'utiliser un refroidissement classique de la lingotière en cuivre vu que le début de solidification ne se passe pas directement au niveau de l'angle supérieur de la lingotière et suppression de ce fait de flux de chaleur élevés juste dans l'angle supérieur de la lingotière, d'où diminution des effets de fatigue thermique et donc des risques de fissuration;
- possibilité de réaliser une lubrification classique du ménisque secondaire et donc de réduire les problèmes de collage et assurer un refroidissement homogène de la première peau solidifiée lors de la coulée à grande vitesse.
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FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the continuous casting of a molten metal, in particular steel. It also relates to a device for implementing this method.
Field of Application and State of the Art For the sake of clarity, the following description refers more particularly to the continuous casting of steel. This choice, however, has only an exemplary character and entails no limitation of the subject of the invention, which is defined by the appended claims.
Continuous casting is a widely used technique that allows the steel to be cast directly from a casting vessel into a bottomless mold, from which it is extracted as a partially solidified continuous strand. The pouring vessel is usually a ladle or a tundish; In order to amplify, reference will be made here generically to a dispatch basket.
In current practice, the bottom of the tundish is pierced with a hole with which cooperates a closure member of known type. Under the bottom of the basket and coaxially to the taphole is fixed a pouring nozzle, which plunges freely into the upper part of the ingot mold itself. This mold is made of copper and cooled with water. In addition, the mold is usually animated by an oscillating movement, an amplitude of a few millimeters, intended to prevent the bonding of the steel to its walls.
In operation, the steel from the tundish flows through the nozzle in the mold, where it solidifies gradually forming a skin of increasing thickness.
The lower end of the nozzle is immersed in the liquid steel, whose upper level, or meniscus, is located in the upper portion of the mold.
The principle of the casting under load applied in the framework of the continuous casting is
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also already well known. Reference will be made in this regard to Belgian patent BE 1005165 (filed on 12. 08.1991 under the filing number BE 09100734). The general principle of the continuous casting process is to dissociate the meniscus of the first solidification zone by positioning above the mold a so-called enhancement element so as to transfer the level of molten metal or meniscus. The beginning of the solidification takes place lower in the ingot mold itself.
Fig. 1 shows the principle of the casting device in charge of a metal M, which consists of producing a chamber closed from the casting vessel to the mold and to establish the meniscus in a region where the metal remains in the liquid state . It distinguishes a tundish 1 with, in the bottom, a taphole 2 which can be closed by a stopper 3 passing a jet of metal 9. In this respect, it goes without saying that one could use any other known type of shutter member, for example a slide shutter. A tubular element 4 of refractory material is placed under the bottom of the tundish 1, coaxially with the taphole 2.
At its lower end, the tubular element 4 is assembled to the mold 5 by means of a refractory material gasket 6. In known manner, the mold 5 is made of copper and is equipped with a cooling system , not shown. In addition, it is driven by a low amplitude oscillation movement, applied by means not shown here; the oscillations are absorbed by an elastic seal 11 and they are therefore not transmitted to the distribution basket 1.
The mold 5 is followed by a secondary cooling system 7 which may be a conventional system composed of support rollers and nozzles.
In conventional continuous casting as shown in FIG. 1, the steel is poured from the distributor basket 1 into the tubular element 4 made of refractory material and then into the cooled copper mold 5. The meniscus 8 is located in the tubular element 4 of refractory material, and the position of this meniscus is controlled by a flow control device of known type; it is not necessary that the control of this position is carried out very precisely.
The solidification of the surface of the steel begins at the inlet of the mold 5, immediately after the refractory material seal 6; it continues in the usual manner in the mold 5 and in the secondary cooling system 7, to form a solidified skin 10 of increasing thickness.
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A variation in the position of the meniscus 8 during the casting therefore has no effect on where the solidification of the surface of the steel begins and hence no longer causes the formation of surface defects.
As a reminder, the advantages of the casting process are as follows: - precise and stable location of the beginning of solidification to obtain very regular oscillation lines and thus an improved surface condition. Liquid steel level variations no longer influence the first solidification zone; - Increase of the ferrostatic pressure at the site of the first solidification to increase the heat flux extracted in this area; - Reduction of the trapping of the cover powder in the solidification horns during significant variation of the meniscus level, which has the beneficial effect of improving the subcutaneous inclusion cleanliness of the cast product;
- better settling of the inclusions in the upper part where is located the meniscus, called enhancement, made of refractory material; piston flow in the mold, that is to say without or with very weak hydrodynamic disturbances, thereby ensuring homogeneous solidification of the ingot continuously extracted; - possibility for the casting of thin slabs, that is to say from 30 mm to 100 mm thick, to be able to replace molds of the "funnel shape" type, that is to say with a central enlargement allowing the passage of the pouring nozzle, by conventional molds with parallel plates. The central enlargement of the mold is no longer necessary since the immersed nozzle can remain in the refractory riser portion of the mold.
This represents a major advantage for the homogeneity of cooling of the slab and the reduction of stresses on the skin of the product being solidified; - significant increase in casting speed without adverse influence on the area of first solidification.
Position of the problem Notwithstanding the various positive points enumerated above concerning the known continuous casting with the use of a refractory riser, as shown in Fig. 1, a number of problems which arise in the implementation of the continuous casting in conventional load defined
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previously. The object of the present invention is to provide a continuous casting process under load which remedies, at least partially, the problems mentioned below.
The major problems or disadvantages encountered during the industrial application of continuous casting under load are the following: the difficulty of ensuring a sufficiently precise positioning between the ingot mold and the riser (including the seal), before and during the continuous casting operation, to avoid disruptive phenomena such as collages, or surface defects that affect the quality of the cast product; - The problem of the appearance of a zone of high thermal fatigue of the upper end of the mold as it is the site of the beginning of solidification, thus involving high heat extracted flows.
Evacuation of said flow by cooling via the water box thereon presents difficulties in the construction of said water box; the difficulty of easily feeding the internal wall of the mold with lubricating agent, for example such as the casting powder or the lubricating oil.
PRESENTATION OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method, as well as an implementation device, for continuous casting in charge of a molten metal. , which allows high-quality products to be run at high speed with regard to surface condition and internal health and which does not have the aforementioned drawbacks.
In accordance with the present invention, a method for continuously casting a molten metal, in which the molten metal is cast in a continuous casting mold in which it solidifies, said mold being surmounted by a material element. refractory, called raising, is essentially characterized, during the running regime, that is to say after a so-called start-up phase, by the simultaneous presence of a meniscus of the main cast metal and another meniscus of said called secondary cast metal, the main meniscus being established upstream of the level of the secondary meniscus so that said secondary meniscus is closer than the main meniscus from the point where solidification of said metal begins in the mold.
Preferably, the connection between said mold and said riser is made gastight.
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According to a preferred mode of implementation of the continuous casting process under load, object of the present invention, in which one implements a continuous casting mold surmounted by a raiser of particular shape, called feeding head, located above the mold and configuration such that a portion of said head is immersed in said mold and defines with the inner wall thereof a cavity, consists in the starting phase, to discharge the metal liquid in the feed head via a continuous casting nozzle or other system known per se, to fill said head and until the continuous casting mold on which the head rests is filled with liquid metal,
to dump in this way until a meniscus said principal is formed in the head and that the liquid metal traps by the rise in the cavity between the head and the mold the air or a gas there present and that it This results in the formation of a so-called secondary meniscus, the start-up phase then being completed and the steady-state phase of the actual continuous casting can begin with the extraction of the partially solidified strand from the continuous casting mold and the simultaneous presence of the main meniscus and secondary meniscus.
Preferably, the solidification of the strand begins at the level of the aforementioned secondary meniscus.
Figures 2 and 3 illustrate the method according to the present invention, respectively in a continuous casting configuration of so-called normal slabs of thickness between 200 mm to 300 mm and thin slabs of thickness between 40 mm to 100 mm. In addition, in each of the figures, the cross-section of the ingot mold 20 is also shown in section in the part where the feed head 21 is immersed in the mold 20.
FIG. 4 is a detail of FIGS. 2 and 3 presenting in particular the cavity in which the secondary meniscus is formed.
In both FIGS. 2 and 3, the ingot mold 20, the feed head 21 positioned above the mold, and the water boxes 22 for cooling the walls of the mold 20 are distinguished. continuous casting, a main meniscus 23 is located in the feed head 21 and a secondary annular meniscus 24 is located between the wall of the mold and the portion of the feed head which is immersed inside the mold .
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The operating principle is as follows: When starting the casting, the mold 20 is progressively filled with steel M.
When the liquid metal level reaches the lower level of the portion of the feed head 21 which is immersed inside the mold 20, the gas present therein, for example the air is trapped in the sealed chamber 25 (designated 25 and 2,3) and the steel M can not completely fill the cavity 25. The steel M therefore only partially fills the inner part of the cavity 25 and creates a secondary meniscus 24 which co-exists. with a main meniscus 23 in the supply head 21.
According to a mode of implementation of the method, object of the present invention, the pressure P is controlled in the cavity 25 above the secondary meniscus 24, preferentially, a pressure P is chosen as the set point such that the level secondary meniscus 24 is established upstream of the bottom of the supply head-a distance sufficient to prevent the leakage of gas present in the cavity 25 to the main meniscus 23.
According to yet another embodiment of the method, object of the present invention, an injection and / or evacuation of gas 26, preferably argon, is carried out in the cavity 25 comprising the secondary meniscus 24.
The above modality makes it possible to compensate the compression of the air or of another gas due to the ferrostatic pressure (approximately 0.2 kg / cm 2). It also allows a gas evacuation operation to compensate for the expansion of said gas by heating. In addition, this gas injection also allows to support the evacuation of air or another gas via the overpressure of the liquid metal M.
According to another mode of implementation of the method, object of the present invention, one proceeds to an addition of casting powder and / or oil in the cavity 25 comprising the secondary meniscus 24.
The two preceding methods are illustrated in FIGS. 2, 3 and 4 by the means for introducing gas 26 and for introducing lubricant 27, means making it possible to ensure lubrication between the cast strand and the mold, and this both in powder as oil. It may also include means for controlling the pressure prevailing above the secondary meniscus 24.
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According to a preferred mode of implementation of the method, object of the present invention, in order to test the tightness of the connection between the mold 20 and the feed head 21, two seals are made, respectively one more close and the other further from said connection, and is defined between the two aforementioned seals said sealing chamber, it is put under pressure of said sealing chamber before the start of the casting operation under load continuously and measured and analyzed over time the parameters of said pressurized to test and confirm or deny the seal between the mold and the feed head.
The invention also relates to a device for implementing the method, object of the present invention, of continuous casting in charge of a molten metal.
The description of the device will refer to FIGS. 2, 3 and 4 previously defined.
The device for carrying out the batch continuous casting process, object of the present invention, which comprises a pouring vessel provided with a pouring orifice and a continuous casting mold 20 placed under said pouring orifice, a element 21, preferably of refractory material, being deposited, directly or with presence of a seal, on the upper part of the continuous casting mold 20, in alignment therewith, so that the molten metal M from the container casting said above passes through the aforementioned element 21 to enter the mold 20 continuous casting, is essentially characterized in that the element 21 above deposited on the mold 20, preferably it has the shape of a funnel,
preferentially convergent in the direction of flow of the metal M, the lower part of said element 21 comprises one or more elements 28, preferably refractory, assembled in a sealed manner between them and with the aforementioned element 21 and which plunge into the upper orifice of the mold 20, the said element or elements 28 are dimensioned so that there is a space 25 between the aforementioned element 28 and the inner wall of the mold 20.
The implementation provides for a tight connection between the upper part of the mold and the refractory element deposited on it.
According to one embodiment of the device, object of the present invention, orifices 29 are preferably arranged through the wall of the mold 20, and this so as to open into the cavity 25 where the secondary meniscus 24 is present.
The previous modality allows to implement the means to:
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check the pressure in the cavity; inject if necessary a gas such as argon; supplying the cavity with elements for lubricating the product in the mold.
Figure 4 shows, by way of non-limiting example, the situation during the running regime.
It distinguishes the secondary meniscus 24 surmounted by a layer 30 of casting powder, and the passage 29 allowing both the injection of gas 26 that the introduction of casting powder 27 by means not shown in said passage 29.
According to another embodiment of the device, object of the present invention, illustrated in FIG. 3, more particularly adapted to the continuous casting of thin slabs, the distribution of the metal M from the element 21 deposited on the ingot mold 20 in the mold 20 in question is made via holes 30 sis in an element that closes the lower end of said element 21 deposited on the mold, possibly the practice of construction may require that said element that closes so much below beyond the lower end of the elements 28 plunging into the mold 20.
In the above-mentioned particular case of the thin slab casting where the mold is substantially narrower than a conventional slab mold (thickness of 40 to 100 mm instead of 200 to 300 mm), it is proposed to make a lower part of extension monobloc with openings 30 arranged in this area (see section AA 'in Figure 3). The liquid steel flows through the orifices in the mold, which has the significant advantage of further reducing the flow disturbances at the ingot mold.
According to another embodiment of the invention, the height of the element 21 deposited on the mold 20, including the elements 28, is less than 800 mm.
According to another embodiment of the invention, the height of the plates 28 which plunges into the mold 20 is comprised between 10 mm and 250 mm.
The above description has been made in the context of the casting of flat products, but this principle of continuous casting can also easily be adapted to the continuous casting of long products, the refractory part immersed in the ingot mold being
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then a frame in one piece.
According to yet another preferred embodiment of the device, object of the present invention, the lower part of the feed head 21 comprises at least one substantially vertical tubular conduit of length adapted to the formation of a secondary meniscus 24 in the mold 20.
FIG. 5 illustrates the particular case of the continuous casting in charge of a beam by application of a device according to the invention.
It distinguishes the feed head 21, the main meniscus 23, the secondary meniscus 24, the mold 20 and the tubular ducts 31, two in this particular case. The cut AA 'drawn in Figure 5 gives the general appearance of the outlet section of the head in the mold.
The continuous casting process, which is the subject of the present invention, has the following advantages: simplicity of assembly because the part deposited on the mold, generally made of refractory, must not be mounted perfectly aligned with respect to the mold and may be made of less expensive materials; - possibility of using a conventional cooling of the copper mold as the beginning of solidification does not happen directly at the upper angle of the mold and thus suppressing high heat flows just in the upper angle mold, which reduces the effects of thermal fatigue and therefore the risk of cracking;
- Possibility of conventional lubrication of the secondary meniscus and thus reduce gluing problems and ensure homogeneous cooling of the first solidified skin during casting at high speed.