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PROCEDE DE COULEE EN CONTINU DE-LINGOTS METALLIQUES SANS FIN ET INSTALLATION
POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
La présente invention se rapporte à un procédé de coulée en continu de lingots métalliques sans fin, notamment en métaux à point de fusion élevé tels que le fer et l'acier. L'invention se rapporte, par ailleurs, à une ins- tallation permettant de réaliser un mode de mise en oeuvre préféré du procé- dé suivant l'invention.
L'invention a pour objet un procédé et une installation permettant la fabrication d'un lingot sans fin, particulièrement dense, exempt de retas- sures, liquations, ou fissures internes.
Suivant une caractéristique essentielle de l'invention, cette amé- lioration des qualités du lingot est obtenue par application de pression sur le lingot en cours de solidification, et l'invention est basée sur le fait que le lingot offre précisément la possibilité de l'application d'une pression efficace, à condition que l'on procède conformément à l'invention de la maniè- re suivante :
on provoque une solidification du métal liquide dans la zone mar- ginale de la section du lingot à obtenir, le plus près possible du point d'é- coulement du métal en fusion.7 jusque à ce qu'on obtienne une gaine ou croûte en- tièrement fermée, résistante et susceptible d'être déplacée, la solidification du noyau liquide intérieur du lingot n'ayant lieu, au contraire, qu'à un ni- veau au-dessous dudit point d'écoulement , où la pression de liquide est suf- fisante pour réduire de façon efficace les risques de formation de ratas sures et/ou de liquations.
Dans la coulée en continu, il est nécessaire de maintenir des condi- tions de coulée et de refroidissement beaucoup plus précises que dans le cas de la coulée en lingots ordinaires. L'expérience montre que, dans ces condi- tions, le lingot continu se solidifie , en particulier, dans son noyau, de telle manière que la surface de séparation entre la matière liquide et la ma- tière solide est beaucoup plus régulière et que le noyau liquide conique rési- duel ne présente plus d'étranglements susceptibles de le scinder en formant des
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retassures.
Le procédé suivant l'invention permet, en conséquence, de travailler avec des colonnes liquides d'une hauteur qu'on serait loin de pouvoir envisa- ger dans la coulée des lingots ordinaires, ne serait-ce qu'en raison du dan- ger de fissions de la veine liquide par formation d'éléments en forme de ponts,. amorcée par des cristallisations dendritiques.
On conduit, de préférence le refroidissement de l'enveloppe soli- difiée du lingot sans fin et de son noyau liquide de telle manière qu'une sec- tion aussi grande que possible soit soumise à l'action de la pression du li- quide. Il est donc recommandé de ne prélever sur le lingot, dans le moule, qu'une quantité de chaleur telle que la température d'équilibre qui s'établit entre l'enveloppe solidifiée et le noyau interne liquide, après la sortie du- dit moule, soit inférieure au point de fusion du métal.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la forme et la pro- fondeur du noyau liquide du lingot après sa sortie du moule, ne doivent être déterminées que par l'influence de la dissipation calorifique. A cet effet, il est de préférence prévu une chambre de conditionnement qui peut être remplie d'un gaz neutre.
On a constaté qu'on peut obtenir de bons résultats avec une pression locale de liquide d'au moins une atmosphère (de surpression.)
Par ailleurs, on a observé qu'en dépit d'une application stricte des mesures décrites ci-dessus, un lingot sans fin d'acier, par exemple, peut encore présenter des fissures internes axiales. Or, on a constaté le fait sur- prenant que ce phénomène est à attribuer à l'action des organes de contrôle de la sortie du lingot. Ceux-ci sont généralement constitués dans une installa- tion de coulée en continu de lingots sans fin, par des cylindres ou rouleaux de serrage dont la fonction est de ralentir la chute du lourd lipgot sans fin, compte tenu de la vitesse de coulée.
Toutefois, il n'a pas été reconnu, jusqu' à présent, que l'utilisation non rationnelle de ces rouleaux pouvait avoir une influence considérable sur la qualité du lingot, du fait que la pression de ser- rage de part et d'autre du lingot dans un plan normal à son axe se traduit par un écrasement du lingot et par l'apparition de fissures internes dans ledit lingot qui est encore insuffisamment solidifié.
En conséquence, suivant une autre caractéristique de l'invention, la pression de serrage des organes de contrôle de la sortie du lingot ne s'exer= ce que dans un plan où le lingot est suffisamment solidifié, pour résister à une pression qui, à défaut de cette solidification, risquerait de modifier sa structure. Ce plan sera, en règle générale, situé en-dessous de la pointe du noyau liquide. Etant donné que, lors de la coulée, avec un noyau liquide très profond, le lingot ne possède pas la plupart du temps une rigidité propre suf- fisante pour atteindre sans flambage les organes de contrôle précités, il peut être indiqué d'assurer le guidage du lingot sans toutefois exercer une pressi- on de serrage appréciable sur ledit lingot.
Dans une installation destinée à la réalisation de ce mode de mise en oeuvre particulier du procédé, suivant l'invention, il est prévu un réglage de la distance séparant les organes de contrôle précités, de l'extrémité de sortie du moule de coulée en continu et l'on prévoit, en outre, le cas échéant, des organes de guidage du lingot sous la forme de rouleaux fous ou analogues.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une installation de coulée en continu suivant l'invention..
Sur ces dessins :
La Fig. 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale (les proportions réelles n'étant pas respectées) un mode de réalisation d'une ins-
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tallation destinée à la mise. en oeuvre du procédé suivant l'invention.
La Figo 2. est une coupe transversale d'un lingot sans fin défectu- eux.
Le métal liquide qui découle de la gouttière de coulée 1 alimentée à partir d'un four réchauffeur ou d'une poche de coulée (non représenté) tombe- dans le moule 2 ouvert à ses deux extrémités et refroidi, à l'aide d'une che- mise d'eau. Dans ce moule, le métal liquide est refroidi assez brusquement pour qu'il se forme extrêmement vite une enveloppe fermée rigide S autour du noyau liquide résiduel S2, et jusqu'à une profondeur considérable au-dessous du niveau S3 du métal, l'ensemble formant le lingot sans fin désigné par la référence So L'enveloppe Si qui amorce la solidification, doit, après la sortie du lingot de l'extrémité inférieure du moule continu 2, présenter, aux diffé- rents points de sa longueur,
une épaisseur prédéterminée et être maintenue à une température déterminée, de même que le noyau intérieur liquide S2.A cet effet, le lingot sans fin traverse une chambre de conditionnement 3 qui est remplie par exemple d'air chaud ou d'un autre gaz chaud, (tel que de l'azote ou un gaz inerte analogue), ou encore, éventuellement, de vapeur. La chambre 3 n'est représentée que sous une forme schématique ; des moyens correspondant à la conduite du refroidissement désirée peuven t être prévus pour assurer une action calorifique locale déterminée, ces moyens pouvant être constitués par exemple par des zones séparées qui peuvent être elles-mêmes garnies d'organes de refroidissement différents ou dorganes de refroidissement identiques ré- glés de façon différente.
La chambre à gaz 3 doit s'étendre sur une hauteur permettant de maintenir une colonne liquide S2 suffisamment élevée pour assu- rer, conformément à l'invention, au niveau correspondant, une pression évitant la formation de retassures et/ou de liquations.
Le refroidissement complet du lingot sans fin S a lieu à une dis- tance L du niveau supérieur S3 du métal en fusion. A titre d'exemple spécifique, si le moule a un diamètre de 100 mm, la hauteur L est d'environ 2.400 mm et la pression du liquide est de l'ordre de 1,7 atmosphère (de surpression). Le lin- got sans fin sort du moule à une température superficielle d'environ 1350 C. et traverse une chambre à gaz dans laquelle la température des gaz est de 1' ordre de 600 C. A la sortie de ladite chambre, le lingot sans fin a une tem- pérature extérieure d'environ 1150 C.
Ces conditions ont permis d'obtenir d'ex- cellents lingots, absolument exempts de liquations ou de formations spongieu- seso
Pour la réception du lingot sans fin et le contrôle de sa sortie, il est prévu, au-dessous de la chambre à gaz, des cylindres 5-6 munis d'un dispositif d'entraînement 7. Les cylindres 5-6 doivent, lorsque il y a risque d'apparition de fissures internes, attaquer le lingot S au-dessous de la poin- te S4 du noyau liquide.On peut vérifier si le lingot présente des retassures axiales par suite d'une application prématurée d9une pression de serrage par le dispositif d'entraînement, en interrompant la coulée et en laissant solidi- fier complètement une partie du lingot au-dessus des rouleaux.
On peut alors observer sur la section transversale du lingot la présence éventuelle d'une fissure axia.le S5 (fig. 2) qui s'étend entre les points d'application Q1 et Q2 de là pression de serrage,. Lorsque on observe un tel défaut, la distance en- tre l'axe desdits cylindres 5 et 6 et l'extrémité inférieure du moule tubu- laire 1 doit être augmentée.
Etant donné que le lingot sort du moule tubulaire 2 à une tempéra- ture superficielle de l'ordre de 1250 à 1350 C., mais que, par contre, il est encore liquide à l'intérieur, cet état pouvant se prolonger sur plusieurs longueurs de moule, il est prévu des paires de cylindres de guidage fous, tels que 8a, 8b et 9a, 9b qui empêchent tout flambage ou rupture du lingot S soute- nu par les cylindres d'entr$inement 5-6 (les dispositifs de trempe prévus au- dessous du moule 2 n'ont pas été représentés pour donner plus de clarté à la figure).