<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA COULEE CONTINUE.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la coulée continue de sections minces, par exemple de plaques minces ou de tuyaux à parois minces, en particulier en métaux à point de fusion élevé, en employant des coquilles continues refroidies. Autant qu'il soit connu du demandeur,on n'a pas réussi jusqu'à présent, bien que ce soit très désirable, de couler en continu par exemple des tôles ou des plats de laminoir en une épaisseur qu'on puisse directement achever de traiter au laminoir en fin.
D'après les recherches du demandeur la cause de cet insuccès viendrait de ce que l'on n'a pas tenu compte assez des conditions et des particularités du pro- cessus de solidification, dans la zone de bordure de,la tête de coulée à 1'amp- née du matériau à couler. Car,si l'on travaille suivant l'invention, on ob- tient, aussi,bien en ce qui concerne la surface externe que sous le rapport du comportement interne, d'excellentes pièces coulées de mince épaisseur, par exemple des tuyaux/de 800 mm de diamètre et de 20 mm d'épaisseur de parois,. où d'épaisseur moindre encore.
,Le procédé suivant l'invention consiste en ce que le jet de coulée est dirigé au dessus du niveau de matière coulée (sur-\- face de coulee) et en ce que son réglage est tel que le jet pénètre dans la surface de matière coulée à une distance telle de la paroi de la coquille et suivant une direction ou orientation telle, par rapport à celle-ci, et avec une vitesse telle qu'il ne peut plus troubler la partie du mécanisme qui est placé immédiatement devant la pellicule de solidification et ne peut plus en- dommager cette pellicule elle-même.
Cette prescription repose sur la consta- tation que le ménisque ne doit pas être troublé dans sa forme par le mouvement d'écoulement du jet de coulée pénétrant dans la surface de matière coulée, qu'il doit bien pltot s'appliquer de fa on qui reste parfaitement toujours la même, a la paroi de la coquille, pour éviter que se forment des irrégularités, des stries et des recouvrements à la surface externe. Le matériau de coulée doit donc être amené dans la surface de matière coulée de telle sorte qu'il ne puis- se troubler le ménisque.
Le demandeur a reconnu encore que le jet de coulée, après sa pénétration dans la surface de matière coulée, lorsqu'on coule des sections peu'épaisses, peut provoquer des dommages par le fait que dans la pro-
<Desc/Clms Page number 2>
fondeur de la restassure liquide, il perce la pellicule de solidification dé- jà formée, de sorte que du métal liquide peut pénétrer dans l'espace de retrait entre le lingot ou la barre coulée et la paroi de la coquille. De cette cons- tatation dérivé la prescription qu'il faut régler l'écoulement du jet de couee de telle façon, et diriger le jet de coulée de telle façon, qu'il ne puis- se parvenir qu'en des points prédéterminés de la retassure liquide et qu'il ne puisse produire des dommages en d'autres points, ni mécaniquement ni par effets thermiques.
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, le jet' de coulée est changé de forme sur la surface de guidage de manière correspon- dante à la section à couler, en particulier, donc dans la coulée de sections minces, il est élargi en mince couche. Pour cela la surface de guidage (oudé- flectrice) reçoit avantageusement une allure parallèle à ou en continuation de la paroi de coquille qui se trouve tout près. Ainsi il est possible d'agen- cer plusieurs surfaces déflectrices se faisant suite, de préférence de telle façon que le jet de coulée soit réfléchi par la première surface défléctrice tombe de là sur la deuxième d'où il s'écoule lisse sans être alors réfléchie.
Lorsqu'on ne travaille pas avec un jet de coulée qui a en prin- cipe la même extension longitudinale que celle de la section à couler, il est recommandable de travailler avec au moins un jet de coulée mobile, ce qui per- met de rencontrer des parties saillantes pour pouvoir régler la vitesse de pro- gression de façon appropriée aux conditions de coulée.
L'agencement d'une surface déflectrice pour le jet de coulée offre la possibilité d'apporter à celui-ci de la chaleur ou au contraire de lui en soustraire et en outre d'influencer de manière chimique et/ou métallur- gique le jet de coulée, par choix convenable du matériau de la surface déflec- trice.
Pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, il est recommandable d'user d'un dispositif dans lequel au-dessus du niveau de matiè- re coulée, et faisant suite à ou parallèlement à une paroi de coquille, soit disposée au mins une surface déflectrice qui est conformée de façon telle et qui peut être orientée par rapport à la coquille de façon telle que le jet mé- tallique qui s'écoule contre elle pénètre dans la matière coulée à une distan- ce de la paroi de coquille et suivant une direction par rapport à celle-ci tel- le que dans ces conditions le jet de coulée ne puisse plus troubler le ménis- que et ne puisse plus détériorer la pellicule de solidification.
Avantageusement la surface déflectrice se développe parallèle- ment à la paroi de coquille, sa partie active pouvant être formée de manière identique ou semblable à la section à couler, pour changer de manière corres- pondante la forme du jet de coulée qui est de section ronde ou en tous cas ramassée.
Les surfaces déflectrices peuvent être agencées autour de tou- te l'ouverture d'entrée de la coquille, en sections ou de façon continue, - de façon continue lorsque le jet de coulée balaye toute la section transversa- le par exemple pour la coulée de tuyaux.
Les moyens de déflection peuvent servir aussi à influencer chi- miquement et /ou métallurgiquement la matière à couler, lorsqu'ils sont fait de matière appropriée.
Les moyens d'amenée du jet de coulée et les surfaces déflectri- ces peuvent être agencés de manière mobile les uns par rapport aux autres. Mais on Peut imaginer des cas aussi où il est avantageux de relier de façon rigide les moyens d'amenée du jet de coulée et la surface déflectrice, et de les dépla- cer en bloc au-dessus de la section coulée.
Quelques dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé sui- vant l'invention seront décrits ci-après à titre d'exemple et en s'aidant des dessins.
- les figures 1 et 2 montrent schématiquement une coupe dans la zone de solidification marginale d'une coquille de coulée continue refroi- die, tandis qu'à la figure 2 est indiquée la méthode pour la détermination par
<Desc/Clms Page number 3>
approximation de la zone dangereuse de la tête de coulée; - la figure 3 est une coupe partielle dans une coquille pour la coulée de tubes de fonte à parois minces avec un récipient correspondant pouvant tourner; - les figures 4 et 5 montrent, vus de côté respectivement en plan la partie supérieure d'une coquille continue pour la coulée de tubes de fonte avec un récipient ou poche de coulée tournant agencé au dessus, le jet de coulée étant dirigé vers le noyau;
- la,figure 6 montre schématiquement le montage l'une derrière l'autre de deux surfaces déflectrices et en fait d'une première surface déflectrice et d'une deuxième surface ne produisant pas de réflexion.
Aux figures 1 et 2,1 désigne la paroi refroidie d'une coquille continue, 2 est la surface libre de la matière coulée, courbée au bord sous Leffet de la tension superficielle, désignee dans ce qui suit par le terme ménisque, 3 est la partie liquide de la tête de coulée, 4 la pellicule de solidification, 5 un jet de coulée.
On a fait reconnaître l'étendue de la zone dangereuse c'est- à-dire mise en danger de la zone marginale au moyen d'une circonférence 6 ; te zone dangereuse englobe en principe la partie incurvée 2a du ménisque et le début 4a de la pellicule de solidification.
La forme exacte du ménisque peut s'observer pendant la coulée.
Mais on peut en outre calculer aussi la forme du ménisque en partant de propriétés physiques mesurées du métal qu'on coule et de la paroi de la coquille, respectivement des produits dont on 1'enduit. Il faut pour cela connaître les tensions superficielles,respectivement les angles de raccordement aux bords.
Les données essentielles pour ce calcul, l'établissement de l'équation différentielle de la surface libre et sa solution pour les différentes conditions aux limites se trouvent par exemple dans le Lehrbuch der theoretischen Physik de Joos, lè édition Leipzig 1932 pages 187-191 et dans le vo lume VII du Handbuch der Physik de H. Geiger et k.Scheel, Mécanique des corps gazeux et liquides, chapitre 6, capillarité, par A. Gygemant, Springer, Berlin 1927.
Des considérations qui y sont développées on peut déduire que l'allure de la coupe du ménisque par un plan normal a la paroi de la coquille peut ètre représentée avec une exactitude suffisante par un arc de cercle ou mieux par un arc d'ellipse, pour autant que l'on se borne à la partie voisine du bord de la paroi de la coquille. Cette possibilité d'approximation résulte déjà aussi de l'observation du ménisque (voir figure 3),
La région dangereuse de la surface du ménisque peut alors être considérée comme une partie de la surface du métal qui se trouve au-dessus du grand arc horizontal de l'ellipse. On peut aussi considérer toute la surface de l'ellipse comme partie dangereuse de la tête de coulée.
Forts de cette définition dans 1?hypothèse de conditions de coulée habituelles et de métaux de coulée usuels, on peut finalement déterminer la zone dangereuse aussi comme la partie de la tte de coulée qui se trouve au delà d'une distance déterminée de la paroi de la coquille, cette distance s étant un multiple déterminé C de la hauteur h du ménisque et la valeur de C est, suivant les conditions de coulée, quelque chose entre 2 et 4; donc @ s =CH et C= 2 à 4.
Dans des essais étendus on a établi que la zone dangereuse 2a, 4a ne doit pas tre troublée par le jet de coulée qui tombe de façon telle que la partie courbée 2a du ménisque 2 pourrait ètre troublée par les forces d'écoulement. La partie 2a doit bien plutôt se renouveler continuellement dans le calme le plus complet, c'est-à-dire doit progresser d'elle-même et pouvoir s'appliquer à la paroi 1 de la coquille; si son allure est détruite, c'est-àdire si des parties de la courbure du ménisque 2a sont roulées contre la paroi de coquille plus tòt ou plus tard que d'autres parties, elles se solie. dat
<Desc/Clms Page number 4>
à un antre moment et forment une pellicule de solidificationavec de fortes fissures transversales, des déchirures et des recouvrements.
Pour éviter de telles détériorations, il est nécessaire que la matière à couler soit amenée en dehors de la zone dangereuse 6 et soit apportée en courant tranquille dans la direction de la flèche 7 dans la zone dangereuse.
On a trouvé, au cours des essais prolongés de coulée en conti- nu de tuyaux minces de fonte et d'acier, qu'il était nécessaire de satisfai- re à une deuxième condition, savoir, qu'il faut éviter que le jet de coulée 5 (voir figure 2), après sa pénétration dans la tête de coulée ne fasse fondre la pellicule de solidification 4 dans la profondeur de celle-ci et ne la per- ce. Manifestement, c'est pour cette raison qu'on n'a pas réussi jusqu'à pré- sent à obtenir des produits coulés de faible épaisseur sous forme allongée en métaux à point de fusion élevé, car la tète de coulée liquide est enfermée entre deux pellicules de solidification extrêmement minces qui sont à peu de distance l'une de l'autre mais dont l'extension dans la profondeur de la tète de coulée est de dix fois ou plus leur distance.
Or, dans les conditions d'é- coulement particulières qui sont données dans le travail avec un jet de métal liquide tel qu'il sort des moyens d'amenée connus, il n'est pratiquement pas possible d'introduire ce jet dans la tête de coulée de telle façon qu'il pénè- tre toujours à égale distance des pellicules de solidification intérieure et extérieure, dans la tête de coulée, et qu'il perde son énergie cinétique dans la profondeur de la retassure liquide et n'exerce son effet thermique qu'autant qu'il puisse se former une solidification marginale stable. Le jet de coulée changera plutôt sa direction en correspondance avec la eomposition de la matiè- re à couler, sa température, et l'état du moyen d'amenée, comme le montre l'ex- périence, avec le danger de faire fondre les pellicules de solidification et de lespercer.
Les dispositifs décrits ci-après rendent possible de satisfai- re aux conditions exposées à propos des figures 1 et 2, et de fabriquer des tuyaux à épaisseurs de paroi relativement faibles, qui sont au moins équiva- lents, en ce qui concerne leur qualité superficielle et leur comportement à l'intérieur, aux tuyaux fabriqués jusqu'ici par d'autres procédés.
Le dispositif représenté à la figure 3 (partiellement seule- ment par raison de simplicité) sert à couler des tuyaux, et on y a désigné par 10 la paroi extérieure d'un moule continu refroidi, par 11 son noyau éga- lement refroidi et par R la pièce en cours de coulée. A la surface de la pa- roi de coquille 10 est adaptée une bague de graphite 12, fixée par des vis 13 a une bague de support 14. La bague de graphite 12 recouvre par sa bride 12a servant de surface déflectrice, la paroi de coquille 10 sur une certaine longueur et se termine peu au-dessus du niveau de coulée R1; en 12b, la bride est chanfreinée vers l'extérieur.
Au-dessus de la coquille, et pouvant tourner autour d'un axe (non montré) qui se confond avec l'axe de la coquille, est installé un réci- pient ou poche de coulée 15 annulaire auquel le métal à couler est amené par une rigole ou directement d'une poche le maintenant à température. En son fond, la poche de coulée 15 est pourvue d'une tuyère ou ajutage d'écoulement dirigé de manière oblique par rapport à la bague de graphite 12, l'angle d'in- clinaison de l'ajutage par rapport à la surface latérale de la bague de graphi- te,
et la distance entre l'ajutage 16 et la bague 12 étant réglés de façon telle que le jet de métal sortant de la poche 15 soit freiné contre la surface de la bague 12 et voie sa forme changée de façon telle que le métal de coulée s'écoule le long de la bride annulaire 12a en bande mince et pénètre tranquillement sans faire d'éclaboussures et sans se déporter latéralement, dans la tête de coulée R2. On a trouvé que le chanfrein 12b du bord inférieur de la bride annulaire 12a contribue à ce que la bande de métal liquide mince se dé- tache de manière lisse de la bride 12a.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 4 et 5, à la différence de ce qui précède, le jet de coulée est dirigé contre le noyau de la coquille, 21 désigne la paroi extérieure de la coquille, 22 le noyau,
<Desc/Clms Page number 5>
23 un tuyau d'amenée, 24 un tuyau d'évacuation de l'agent de refroidissement, 25 un plateau métallique fermant le noyau de la coquille. Autour du bord su- périeur du noyau de la coquille 22/25 est placée la bague de graphite 12 ser- vant de surface déflectrice. La surface de coulée doit ètre considéré comme se trouvant à peu près au niveau 17.
Au-dessus de la coquille et tournant autour de son axe idéal
28 est agencé le récipient de coulée 29, qui repose par des bras 29a sur un palier annulaire (non représenté). La section de forme annulaire 29b du ré- cipient 29 présente trois retraits 29c dirigés vers l'axe, qui débouchent en leur fond dans des ajutages d'écoulement 30. Les ajutages 30 sont dirigés obliquement par rapport à la bague de graphite 26 et agencés tout contre cel- le-ci, de sorte que le jet de métal qui en sort est freiné par la bague de graphite 26 et, est tranquillisé et élargi en un ruban mince qui pénètre tran- quillement et de manière exactement parallèle aux parois de la coquille 21 et
22, dans la tête de coulée liquide.
L'agencement des ajutages 30 dans des retraits 29c du récipient de coulée tournant 29 a Davantage que la vue sur la surface de la matière coulée reste dégagée.
On rencontre des saillants (non représentés au dessin), pour modifier la vitesse de rotation du récipient 29. Pour empêcher l'attaque par l'oxygène de l'air, surtout de la mince couche de métal qui s'écoule le long des surfaces déflectrices des dispositifs suivant l'invention, il est recom- mandable de mettre sous atmosphère gazeuse toute l'amenée de métal ou des par- ties de celle-ci.
Alors qu'on a décrit jusqu'à présent des dispositifs d'amenée avec une surface déflectrice unique, dans ce qui suit (voir figure 6) on expo- se un agencement avec deux surfaces déflectrices se faisant suite et raccordées l'une à l'autre. Le métal de coulée tombe en jet libre 40 sur la première sur- face déflectrice 41 et cela sous un angle Ó tel que le jet est réfléchie sous un angle ,3 et parvient alors sur une deuxième surface déflectrice 42, cette fois cependant sous un angle , où il n'y a plus de réflexion, le jet 40 s'écoulant plutôt tangentiellement dans l'espace creux du moule 43a de la co- quille 43.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé pour la coulée en continu de sections minces de métaux en particulier à point de fusion élevé, au moyen de coquilles ouvertes en haut, caractérisé par la direction du jet de coulée au-dessus de la sur- face du métal coulé et par un réglage tel de son écoulement, qu'il pénètre dans la surface de la matière coulée à une distance telle de et suivant une d i- rection telle par rapport à la paroi de la coquille qu'il ne peut plus troubler la partie du ménisque qui se présente immédiatement devant la pellicule de solidification et ne peut plus détériorer la pellicule de solidification elle mème.