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Dans la production d'acier ou d'autres métaux,le procédé métal- lurgique est terminé en coulant le métal des fours à fondre dans des moules, dans lesquels il peut se solidifier, après quoi les lingots enlevés des moules sont acheminés vers des laminoirs à lingots, où ils sont laminés à des dimensions convenables pour un traitement ultérieur de laminage, forgea- ge ou autre. Les lingots peuvent être amenés dans le laminoir, soit direc- tement, à l'état chaud où ils peuvent être, en premier lieu, refroidis et ensuite être amenés dans le laminoir après avoir été réchauffés dans un four réchauffeur.
Quand le métal se solidifie dans le moule, un certain phénomène a lieu, lequel occasionne, sous plusieurs aspects,'une altération considé- rable du produit. Puisque le métal fondu se solidifie premièrement près des parois du moule et la solidification du métal, en règle générale,continue dans un intervalle de température considérable, une composition inégale du métal est obtenue dans les différentes parties du lingot, et souvent le mé- tal présente une structure cristalline grossière.
Par suite du fait que le refroidissement dans le moule se poursuit en grande partie radialement, il peut arriver que le métal se solidifie plus tôt dans la partie supérieure du lingot que dans la partie inférieure, avec pour résultat que, pendant la contraction du métal en solidification, de la porosité peut survenir dans ladite dernière partie, puisque en effet le remplissage avec du métal en fusion ne peut se faire de la partie supérieure. Le dernier inconvénient est évité dans des procédés de coulée habituels en munissant le moule d'une poche, dans laquelle le métal est maintenu à l'état liquide pour un temps relativement long, si bien que de là les parties inférieures du lingot peuvent être remplies pendant la solidification.
D'une certaine mesure, le remplissage peut aussi être obtenu en prévoyant la partie supérieure du moule plus large que la partie inférieure, si bien que le métal est maintenu liquide pour un temps plus long que dans ladite partie supérieure. Comme dans l'emploi des procédés de coulée habituels, des soufflures de fonte et des scories sont rassemblées dans la partie supérieure du moule, cette partie du lingot étant enlevée avant de-placer le lingot dans le laminoir de finissage.
Dans le but de réduire le coût de production,, on a employé réce ment une coulée continue. Par ce moyen, il est permis au métal fondu de couler d'un four de fusion ou d'une poche dans un moule sans fond efficacement refroidi, de l'extrémité inférieure duquel le métal solidifié est tiré avec la semé vitesse que celle avec laquelle le métal est fourni à l'extrémité supérieure du moule. Ce moule a souvent des dimensions telles que le lingot tiré hors du moule peut être fourni directement au laminoir de finissage, si bien que les frais pour les laminoirs à lingots peuvent être épargnés. Aussi par ce procédé, outre ladite épargne, une amélioration de la teneur de la matière est obtenue aussi bien qu'une diminution de consomma- tion de chaleur.
Néanmoins, par ceprocédé, il n'est pas possible d'usiner le métal en fusion, par enlèvement des parties défectueuses par porosité avant la fourniture du lingot au laminoir. C'est pourquoi, il est de grande importance que le moulage soit exécuté de façon telle que le lingot soit aussi exempt de défauts que possible avant le laminage suivant ou le forgeage. Certainement, dans ce procédé, la partie supérieure du métal est maintenue à l'état liquide dans le moule, mais la solidification finale du métal survient à une distance si grande en dessous de la surface qu'un remplissage satisfaisant ne peut pas souvent être obtenu. En plus de cela, la grosseur uniforme du lingot coulé est défavorable pour l'obtention d'un lingot exempt de défauts internes.
La présente invention est relative à des procédés et des moyens pour l'obtention d'une structure de métal serrée et uniforme. L'invention est essentiellement caractérisée en ce que le métal, versé depuis le four de fusion ou poche,pendant sa période de solidification - qu'il s'agisse des
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procédés de coulée habituels ou d'une coulée continue - est tenu en mouvement au moyen d'un champ magnétique mobile dans la direction longitudinale du lingot. Le champ est produit soit par des pôles tournants aimantés par un courant continu, soit par des enroulements alimentés par un courant diphasé ou polyphasé, ledit champ produisant un flux allant dans la direction longitudinale du métal, lequel n'est pas encore solidifié dans le lingot.
Ce flux amène une distribution uniforme des composants du métal et prévient une ségrégation et une formation de dendrites dans le centre du lingot et lui donne la même structure cristalline fine comme dans les parties les plus rapidement solidifiées du lingoto Si la champ magnétique mobile est dirigé vers le bas, la force produite par lui contribue à tasser le métal, étant encore à l'état liquide ou pâteux, de ce fait, la formation de porosité intérieure est contrariée. En changeant périodiquement la direction du courant dans une des phases de l'enroulement, entourant le moule, lorsqu'il est alimenté en courant diphasé, des vibrations sont produites, lesquelles amplifient l'action du champ mobile mentionnée plus haut.
Spécialement, par ces vibrations, une augmentation du nombre de noyaux est obtenue dans le développement de cristallisation du métal, si bien qu'une structure plus fine est produite.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, ledit champ magnétique est produit par un enroulement, lequel est construit en tubes métalliques non magnétiques traversés par de l'eau de refroidissement et cet enroulement est alimenté en courant alternatif diphasé ou polyphasé de fréquence convenable. Le nombre de cycles de celui-ci est proportionnel à la surface de la section du lingot ou du cordon pour produire le champ à introduire suffisamment profondément dans le lingot. Au lieu de construire l'en- roulement en tubes métalliques à refroidissement par eau, il peut aussi être réalisé comme un conducteur plein et protégé près du lingot par une enveloppe refroidie par eau, en matière non magnétique.
Ledit enroulement,dans la coulée continue, doit être placé à une distance telle, en dessous du moule lui-même, que la croûte du cordon de métal atteigne une résistance suffisante pour résister à la pression hydrostatique interne du métal en fusion et la pression produite par le champ dans le métal.
Comme l'épaisseur de la croûte du cordon de métal, en outre du refroidissement, dépend d'une pluralité de facteurs tels que la température de coulée du métal, la vitesse de coulée, l'étendue et la surface du cordon de métal, il est convenable de monter la position de l'enroulement réglable dans une direction axialeo Il est aussi possible de monter deux ou plusieurs enroulements, l'un derrière l'autre, pour obtenir un champ qui influence le métal dans le cordon, la croûte étant toujours relativement mince et la plus grande partie du métal du cordon étant toujours à l'état liquide, et un champ qui agit lorsque la solidification approche de son en- lèvement .
Dans la coulée continue, le cordon de métal quittant le moule de coulée, est en règle générale, soumis à un refroidissement forcé en étant arrosé avec de l'eau pulvérisée ou par un mélange d'eau et d'air. Un tel système de refroidissement peut être inséré, si besoin est,entre le moule de coulée et l'enroulement placé en dessous de lui ; si plusieurs enroulements sont employés, entre eux. Néanmoins, il doit être rappelé que les éléments électriques ne doivent pas être endommagés par le fluide de refroidissement, qui, par exemple, est amené par l'insertion d'écrans protecteurs.
Au lieu de produits un champ magnétique mobile dans le cordon de métal par des enroulements entourant celui-ci, le champ peut aussi être obtenu au moyen d'un ou plusieurs volants magnétiques rotatifs à deux ou plusieurs pôles, et disposés au-delà du cordon. Ces volants magnétiques sont placés de façon que leurs axes de rotation soient sensiblement à an-
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gles droits avec la direction du mouvement du cordon de métal. De la même manière, un champ allant dans la direction longitudinale du lingot peut être causé, dans des procédés de coulée habituels, au moyen de volants magnétiques rotatifs ou par un ou plusieurs enroulements entourant le moule.
Il est pos- sible que les moules puissent être avancés, par des moyens porteurs, entre des enroulements produisant un champ mobile dans la direction longitudinale du lingot. Puisque, dans des procédés habituels, le champ magnétique doit pénétrer non seulement la croûte solidifiée du lingot mais aussi le moule, qui habituellement a des parois très épaisses, un champ magnétique considé- rablement plus fort que celui demandé pour le procédé de coulée continue est requis. Par conséquent, bien que le procédé ne sera pas employé, en général, dans des procédés de coulée habituels, il peut être justifié, en dépit de la plus grande consommation de puissance, dans la production d'acier et mé- taux pour lesquels les exigences concernant la qualité uniforme et bonne de la structure sont rigoureuses.
REVENDICATIONS.,
1. - Procédé pour obtenir, dans la production d'acier et autres métaux, des lingots à structure serrée et uniforme, caractérisé en ce que les lingots moulés dans des moules à fonte sont soumis à un champ magnéti- que mobile pendant le développement de la solidification.
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In the production of steel or other metals, the metallurgical process is completed by pouring the metal from the furnaces to be melted into molds, in which it can solidify, after which the ingots removed from the molds are conveyed to rolling mills. ingots, where they are rolled to suitable dimensions for further processing of rolling, forging or otherwise. The ingots can be brought into the rolling mill, either directly, in the hot state where they can be cooled first and then be brought into the rolling mill after being reheated in a reheating furnace.
When the metal solidifies in the mold a certain phenomenon takes place which in several respects causes considerable deterioration of the product. Since the molten metal first solidifies near the walls of the mold and the solidification of the metal, as a rule, continues over a considerable temperature range, an uneven composition of the metal is obtained in the different parts of the ingot, and often the metal. has a coarse crystal structure.
As the cooling in the mold largely continues radially, it may happen that the metal solidifies earlier in the upper part of the ingot than in the lower part, with the result that during the contraction of the metal in solidification, porosity can occur in said last part, since indeed filling with molten metal cannot be done from the upper part. The last drawback is avoided in usual casting methods by providing the mold with a ladle, in which the metal is kept in the liquid state for a relatively long time, so that from there the lower parts of the ingot can be filled. during solidification.
To a certain extent, filling can also be achieved by making the upper part of the mold wider than the lower part, so that the metal is kept liquid for a longer time than in said upper part. As in the use of the usual casting methods, melt blowholes and slag are collected in the upper part of the mold, this part of the ingot being removed before placing the ingot in the finishing mill.
In order to reduce the cost of production, a continuous casting has recently been employed. By this means, molten metal is allowed to flow from a melting furnace or ladle into an effectively cooled bottomless mold, from the lower end of which the solidified metal is pulled with the same speed as that with which the metal is supplied to the upper end of the mold. This mold often has such dimensions that the ingot pulled out of the mold can be supplied directly to the finishing mill, so that the costs for the ingot mills can be spared. Also by this process, besides said saving, an improvement in the content of the material is obtained as well as a reduction in heat consumption.
However, by this process, it is not possible to machine the molten metal, by removing the defective parts by porosity before supplying the ingot to the rolling mill. Therefore, it is of great importance that the casting be carried out in such a way that the ingot is as free from defects as possible before the next rolling or forging. Certainly in this process the upper part of the metal is kept in a liquid state in the mold, but the final solidification of the metal occurs at such a great distance below the surface that satisfactory filling often cannot be achieved. . In addition to this, the uniform size of the cast ingot is unfavorable for obtaining an ingot free from internal defects.
The present invention relates to methods and means for obtaining a tight and uniform metal structure. The invention is essentially characterized in that the metal, poured from the melting furnace or ladle, during its solidification period - whether it is
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usual or continuous casting processes - is kept in motion by means of a magnetic field movable in the longitudinal direction of the ingot. The field is produced either by rotating poles magnetized by a direct current, or by windings supplied by a two-phase or polyphase current, said field producing a flux going in the longitudinal direction of the metal, which is not yet solidified in the ingot. .
This flux brings about a uniform distribution of the components of the metal and prevents segregation and dendrite formation in the center of the ingot and gives it the same fine crystal structure as in the more quickly solidified parts of the ingoto If the moving magnetic field is directed towards at the bottom, the force produced by it helps to compact the metal, being still in the liquid or pasty state, therefore the formation of internal porosity is thwarted. By periodically changing the direction of the current in one of the phases of the winding, surrounding the mold, when it is supplied with two-phase current, vibrations are produced, which amplify the action of the moving field mentioned above.
Especially, by these vibrations, an increase in the number of cores is obtained in the development of crystallization of the metal, so that a finer structure is produced.
According to one embodiment of the invention, said magnetic field is produced by a winding, which is made of non-magnetic metal tubes through which cooling water passes and this winding is supplied with two-phase or polyphase alternating current of suitable frequency. The number of cycles thereof is proportional to the area of the section of the ingot or of the bead to produce the field to be introduced sufficiently deep into the ingot. Instead of constructing the winding of water-cooled metal tubes, it can also be made as a solid conductor and protected near the ingot by a water-cooled casing of non-magnetic material.
Said winding, in continuous casting, should be placed at such a distance, below the mold itself, that the crust of the metal bead reaches sufficient strength to withstand the internal hydrostatic pressure of the molten metal and the pressure produced. by the field in the metal.
Since the thickness of the crust of the metal bead, in addition to cooling, depends on a variety of factors such as the metal casting temperature, the casting speed, the extent and the area of the metal bead, it is suitable to mount the position of the adjustable winding in an axial direction o It is also possible to mount two or more windings, one behind the other, to obtain a field which influences the metal in the bead, the crust being always relatively thin and most of the metal in the bead still being in a liquid state, and a field which acts as solidification nears its removal.
In continuous casting, the bead of metal leaving the casting mold is as a rule subjected to forced cooling by being sprayed with water spray or a mixture of water and air. Such a cooling system can be inserted, if necessary, between the casting mold and the winding placed below it; if several windings are used, between them. Nevertheless, it must be remembered that the electrical elements must not be damaged by the cooling fluid, which, for example, is brought by the insertion of protective screens.
Instead of producing a moving magnetic field in the metal bead by windings surrounding it, the field can also be obtained by means of one or more rotating magnetic flywheels with two or more poles, and arranged beyond the bead. . These magnetic flywheels are placed so that their axes of rotation are substantially at an-
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gles straight with the direction of movement of the metal bead. Likewise, a field in the longitudinal direction of the ingot can be caused, in conventional casting processes, by means of rotating magnetic flywheels or by one or more windings surrounding the mold.
It is possible that the molds can be advanced, by carrier means, between windings producing a movable field in the longitudinal direction of the ingot. Since in usual processes the magnetic field must penetrate not only the solidified crust of the ingot but also the mold, which usually has very thick walls, a considerably stronger magnetic field than that required for the continuous casting process is. required. Therefore, although the process will not be employed, in general, in usual casting processes, it may be justified, despite the greater consumption of power, in the production of steel and metals for which the Requirements for the uniform and good quality of the structure are stringent.
CLAIMS.,
1. - Process for obtaining, in the production of steel and other metals, ingots with a tight and uniform structure, characterized in that the ingots cast in cast iron molds are subjected to a moving magnetic field during the development of solidification.