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PROCEDE ET INSTALLATION PG GR LA COULEE DE METAUX.
La présente invention est relative à un procédé pour couler des métaux, en particulier de manière continue, ainsi qu'aux installations pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention a pour objet le contrôle du processus de solidifi- cation dans la coquille. On connaît la supériorité vis-à-vis de la coulée en lingots, de la coulée, dite coulée sous pression ou par extrusion réali- sée de manière continue et en particulier de la coulée sous pression par extrusion réalisée par application de l'invention fondamentale de Junghans.
La supériorité de cette coulée réside dans la grande uniformité des condi- tions de coulée et de solidification. Bien que les procédés connus de cou- lée sous pression ou d'extrusion aient fait l'objet d'un développement fortement poussé, ils posent encore un certain nombre de problèmes importants, 'notamment en ce qui concerne l'élimination de la chaleur, le remplissage des moules et la densité ainsi que l'uniformité de structure de la masse 'coulée.
Ces problèmes pourraientétre résolus, s'il était possible de mieux maîtriser et contrôler le processus de solidification, de préférence aux points de vue thermique et mécanique.
La présente invention permet de résoudre nombre de ces problèmes par l'emploi de mouvements d'écoulement, qui sont engendrés, en direction et en ampleur déterminées, par l'intermédiaire de champs tournants électromagné- tiques, dans la partie non encore solidifiée de la masse coulée. L'emploi des champs tournants a, de préférence, lieu pendant une ou éventuellement plu- sieurs périodes choisies du processus de solidification, selon la nature et l'ampleur de l'action envisagée. On a constaté notamment, non"sans surprise, qu'une action limitée dans le temps sur une masse métallique non encore soli- difiée peut faire sentir son effet au-delà de la période d'action, en ce sens, par exemple, que le nombre de grains augmente au cours du processus de cris- tallisation et que la transcristallisation est fortement réprimée.
Ge phéno- mène permet d'utiliser les champs tournants dans des zones choisies d'une installation de coulée sous pression ou d'extrusion, c'est-à-dire localement,
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ce qui offre des possibilités avantageuses pour la disposition des moyens permettant d'engrendrer les champs tournants, ainsi que pour la construction de ces moyens.
Les mouvements d'écoulement obtenus grâce à l'emploi de champs tournants peuvent, par ailleurs,être réglés en direction et en ampleur, de façon qu'une pression s'exerce, par exemple, sur les parties en cours de solidification et solidifiées de la masse coulée et/ou sur la paroi du moule, et/ou de façon que l'élimination de chaleur du noyau de la pièce coulée soit favorisée par un transfert de chaleur engendré artificiellement, ce qui en- traine des conséquences avantageuses, par exemple en ce qui concerne la struc- ture et en particulier la longueur de la coquille.
Il est à remarquer que l'effet optima de l'utilisation des champs tournants ne se manifeste que lorsque les forces engendrées par les courants de Foucauld agissent, autant que possible en chaque endroit, perpendiculairement au courant thermique, à tel point qu'on peut, avec une précision suffisante pour la pratique, s'ar- ranger pour que le courant thermique principal soit dirigé dans une coquille perpendiculairement aux parois refroidies de celle-ci.
Le fait que, même en cas d'action limitée dans le temps, le nom- bre de grains augmente au cours du processus de cristallisation, offre la pos- sibilité d'appliquer aussi la présente invention à la coulée en discontinu, c'est-à-dire à la coulée de lingots et de pièces de moulagedans des lingotiè- res fermées à la base, pour autant que, conformaient à l'invention, des con- ditions de traitement similaires soient appliquées, en traitant chaque sec- tion élémentaire,au même état de solidification, par déplacement en sens opposés, de la coquille et du dispositif servant à engendrer le champ tour- nant, le long de l'axe de ce dernier.
Des résultats remarquables ont été obtenus par application de l'invention à la coulée continue d'acier par le procédé Junghans. En ef- fet, l'invention permet d'influencer et de contrôler le processus de cris- tallisation dans une mesure tout-à-fait inattendue. Ainsi, il a été possi- ble, en réprimant fortement la transcristallisation, d'empêcher son effet préjudiciable sur la forme du retassement médian, A cet égard, on a cons- taté qu'il peut être avantageux de se passer de l'emploi du champ tournant, au cours de la phase finale de la solidification, lorsque, par suite d'une augmentation importante des cristaux dans la masse en fusion restante, une sorte d'état "pâteux" est obtenue, car sinon des zones creuses pourraient à nouveau se former.
Les produits coulés obtenus par le procédé suivant l'invention révèlent une ductilité extraordinairement élevée, en raison de leur grain petit et non orienté. Ainsi, il a été possible d'obtenir des plaques lami- nées irréprochables en zinc pur ou en zinc brut, par un procédé de coulée en continu, à l'aide de moules à parois minces, refroidis à l'eau, du type communément utilisé pour la coulée sous pression. Des plaques coulées-dans les mêmes moules, mais sans emploi d'un champ tournant, se sont révélées tota- lement inaptes à subir une déformation ultérieure, par suite d'une trans- cristallisation particulièrement forte.
Pour permettre une meilleure compréhension de l'invention, on en décrira ci-après deux exemples de réalisation et d'installation pour la mise en oeuvre du procédé, en référence aux dessins ci-annexés, dans les- quels : - la figure 1 est, après coupe partielle, une vue en élévation latérale d'une installation de coulée sous pression à coquille continue; - la figure 2 est une vue en plan correspondant à la figure 1: - la figure 3 montre le schéma de connexion pour un champ tour- nant à trois pôles; - la figure 4 montre, en coupe schématique, la zone de solidifi- cation, vue de côté, dans une coquille de coulée sous pression;
- la figure 5 est, après coupe partielle, une vue en élévation latérale d'une coquille à lingots avec champ tournant à trois pôles et
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- la figure 6 est une vue en plan correspondant à la figure 5.
La notation de référence 1 désigne une coquille de coulée sous pression pourvue d'une paroi intérieure de façonnage 2 et d'une chemise à eau 3 Les notations 4 et 5 désignent des tuyaux d'amenée et de déchargement d'eau de refroidissement. Quand aux notations 6, 7 et 8, elles désignent des parties, représentées schématiquement, d'un mécanisme de levage, qui communi- que un mouvement ascendant et descendantà la table 9 sur laquelle se. trouve la coquille 1. La coquille 1 est alimentée à partir de la poche de coulée 10, par l'intermédiaire du canal de coulée 11. La masse coulée est désignée en S. Des cylindres 12 et 13 servent à faire avancer cette masse coulée.
A la partie supérieure de la coquille 1, dans la zone de solidi- fication principalepe trouvent deux culasses 14 et 15 comportant chacune trois noyaux polaires 16, 17, 18 et 19, 20,21 ainsi que des bobinages 22,23, 24 et 25, 26, 27 La connexion des bobinages se fait de la manière représentée à la figure 3. Sur cette dernière figure, la notation de référence 28 dési- gne un générateur de courant triphasé, qui alimente des réseaux 29, 30, 31.
Les noyaux polaires s'étendent (voir figures 1 et 2) jusqu'à proximité de la paroi intérieure 2.
Les possibilités offertes par l'application du procédé suivant l'invention sont mises en lumière ci-après dans la représentation schématique et non proportionnelle de la zone de solidification dans une coquille de cou- lée par extrusion (figure 4). En réglant adéquatement la direction du cou- rant, qui circule dans la direction des flèches 32 et sa vitesse angulaire, on peut arriver à. ce que le métal de coulée liquide S1 vienne s'appliquer en 33, sous pression élevée, contre la paroi 2. Par augmentation de la pression du métal liquide contre la paroi, le transfert de chaleur s'accroît, tandis que s'améliorent le remplissage de la coquille ainsi que la surface de la masse coulée.
L'augmentation de la pression d'application contre la paroi de la coquille ne doit pas être limitée à la zone, dans laquelle le métal de coulée liquide vient en contact avec la paroi, mais la pression élevée s'é- tend également à une partie de la zone de solidification 34 (figure 4), à tel point notamment qu'à la zone de contact liquide se raccorde une zone de solidification, qui est suffisamment mince et cassante, pour pouvoir se don- ner sous l'influence de la pression de liquide.
Grâce à l'emploi, suivant l'invention, de mouvements d'écoulement au sein de la partie liquide Si de la masse de métal coulé, cette dernière restera, par suite de la pression radiale, en contact avec la paroi de la coquille, sur une grande étendue de celle-ci, tandis que la surface de contact spécifique augmentera et que se- ront réprimés les plis, pores et analogues. En d'autres mots, la masse cou- lée se détachera de la paroi du moule plus tard que dans les procédés connus jusqu'à présent et l'élimination de chaleur augmentera exactement aux en- droits critiques.
Ceci est particulièrement significatif pour permettre la coulée par extrusion elle-même et la solidification, qui, d'après les ensei- gnements connus, doit s'étendre jusqu'à proximité immédiate du niveau du métal, tandis qu'il est possible soit deraccourcir la coquille pour une vi- tesse de coulée donnée, soit d'augmenter la vitesse de coulée pour une lon- gueur donnée de coquille,
L'amélioration du remplissage du moule par augmentation de la pression d'application radiale dans la zone de solidification permet, en outre, de couler des profils plus difficiles que ceux qu'il était possible d'obtenir dans le procédé de coulée par extrusion mis en oeuvre jusqu'à pré- sente
En faisant appel à des courant tournants dans la partie liquide S1 de la zone de solidification,
on arrive à obtenir une augmentation de la densité de la masse coulée dans les zones périphériques, ce qui peut être par- ticulièrement significatif pour la coulée de tuyaux.
En réglant adéquatement le courant (32) dans la partie liquide S1 de la zone de solidification, on peut, en outre, renforcer l'équilibre ther- mique entre la partie liquide Si et le front de solidification S2, par adjonc-
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tion d'une source de chaleur artificielle,qui compense les différences lo- cales dans la température et la capacité calorifique.
Enfin, il est permis, grâce au procédé suivant l'invention de maintenir dans la partie liquide S1 un état d'écoulement, qui contrecarre la perturbation du processus de solidification, à raison du courant de métal en fusion tombant dans la coquille, dans la direction de la flèche 36. On sait que le courant de métal en fusion tombant dans la coquille, en suivant une direction coïncidant avec l'axe de celle-ci,contribue à chauffer en pro- fondeur le noyau de la zone de solidification et ainsi on augmente encore la profondeur des retassements. En entretenant adéquatement un courant ou écoulement opposé, on peut éviter cet effet indésirable et on peut, en ou- tre, contribuer à l'équilibre de la température et de la capacité calorifi- que dans la zone liquide, en augmentant ainsi l'élimination de chaleur.
Il peut, à cet égard, être avantageux de laisser s'écouler le courant de métal en fusion dans la zone où règne le plus fort écoulement, par exemple, dans une coquille pour coulée des tiges rondes, non plus au milieu de cette coquil- le, mais au voisinage de la périphérie de celle-ci.
Bien que dans l'installation représentée aux figures 1 à 4, les moyens pour engendrer le champ tournant se trouvent au voisinage de la partie de façonnage de la coquille on peut envisager une autre disposition de ces moyens, sans sortir du cadre de la présente invention. Si la zone liquide Si est par exemple plus longue que la coquille, ce qui sera le cas lors de la coulée d'acier, il peut être avantageux ou suffisant de monter les moyens pour engendrer le champ tournant sous la coquille contre la masse coulée ex- térieurement solidifiée, c'est-à-dire qu'on pourra constructivement s'écarter totalement de la coquille. Cette disposition sera prise .en considération, lorsque la transcristallisation dans la zone nucléaire de la masse coulée doit être réprimée.
Si, par contre, il faut empêcher que des cristaux se forment dans la couche solidifiée extérieure, les moyens pour engendrer le champ tournant seront montés à la partie de la coquille où se fait la coulée,..
Ainsi, il est possible de séparer, au point de vue constructif, les moyens précités de la coquille tout en laissant cependant agit le ou les champs tour- nants sur la tête de coulée liquide. Il est évident qu'on peut disposer plu- sieurs champs tournants en divers endroits de la masse coulée, selon la ou les effets visés. Ainsi, on peut prévoir un champ tournant pour influencer la première solidification dans la zone marginale, au-dessus de la coquille, et un champ tournant pour influencer la zone nucléaire, sous la coquille.
La mise en oeuvre de la présente invention n'est pas limitée ex- clusivement à la coulée sous pression ou par extrusion,mais peut aussi s'ef- fectuer dans les cas où des conditions analogues à celles appliquées dans la coulée sous pression peuvent être produites ; ceci est le cas lorsque (voir figures 5 et 6) la coquille 101 est placée sur une table de levage 102. Le dispositif de levage est constitué par les crémaillères 103 et 104, ainsi que par les roues dentées 105 et 106. La notation de référence 107 désigne un moteur d'entraînement réversible.
En 108 est représenté un jeu double de noyaux polaires, de bobinages et de culasses, qui servent à produire un champ tournant et correspondent, en substance, aux dispositifs représentés aux fi- gures 1 à 4 et y désignés par les notations de référence 14 à 27.
Par élévation et abaissement de la coquille 101 placée sur la table 102, dans la direction indiquée par la double flèche 109 (figure 5), on peut, sensiblement comme dans la coulée sous pression ou par extrusion, traiter toutes les sections élémentaires''sensiblement dans le même état de solidification.
De bons résultats ont été obtenus avec le procédé et les instal- lations suivant l'invention, en employant du courant triphasé à 50 périodes.
La vitesse théorique de 3.000 tours par minute n'a évidemment pas été attein- te ; le recul est sensible et on a pu observer des vitesses de l'ordre de 100 à 300 tours, par minute.