<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne la coulée des métaux par le pro- cédé en continu.
La coulée en continu, comme le nom l'indique, concerne le mou- lage ou le formage en continu d'un métal liquide au moment où. il se refroi- dit et se solidifie pour former une pièce moulée de longueur infinie. D' une manière idéale, le liquide devrait être mis en forme par un moule qui soit fixe par rapport au métal qu'il contient comme dans le moulage à moule stationnaire. Du point de vue théorique, la forme idéale d'un moule pour le moulage en continu serait donc de longueur illimitée, mais, comme cela ne peut exister en pratique, on a utilisé d'autres dispositions et appareils.
C'est ainsi qu'il a été proposé d'utiliser des organes de support sans fins tels que tambours rotatifs, roues et analogues ou des bandes transporteuses sans fin à sections ayant la forme de moule se rejoignant les unes des autres pour former un moule au début du processus de solidification et se séparant à nouveau à la fin du processus pour libérer le métal solidifié. Etant donné que les surfaces de tels supports mobiles peuvent rester fixes par rapport au métal pendant sa solidification, les conditions sont favorables à une solidification donnant une bonne ?tructure cristalline et une surface bien lisse. Mais, bien que de tels procédés offrent de nombreux avantages théoriques, l'expérience qui en a été faite a été décevante.
Les difficultés de construction et de marche ont soulevé tellement d'obstacles au-succès de l'opération que ces procédés n'ont eu que peu de développement réel dans l'industrie.
Il a été également proposé d'avancer le moule en même temps que le métal avance et de le retirer ensuite de sorte que le moulut est déplacé continuellement en va et vient le long de l'axe de la pièce coulée pendant l'opération continue. Ce procédé connu de coulée continue propose un moule qui est mû par une came ou un excentrique qui lui impose un mouvement har- monique simple. Comme le moule avance, une pince à cliquet aggripe la pièce coulée en la contraignant à avancer avec le moule jusqu'à l'extrémité de sa course. Ensuite pendant la course de retour, la pièce est libérée du moule mais est maintenue fixe par une autre pince jusqu'à ce que le moule exécute une nouvelle course d'avancement.
Ce procédé n'a jamais obtenu de succès industriels et on peut citer les facteurs suivants comme causes possibles ou probables de son échec. En premier lieu le mouvement d'avancement de la pièce coulée est intermittent et ne se produit que pendant la moitié du temps total de coulée. La pièce reste immobile pendant l'autre moitié du temps. En second lieu le mouvement d'avancement de la pièce coulée s'effectue à une vitesse variable. Comme la pièce n'est déplacée que par un mouvement harmonique, la vitesse augmente jusqu'au milieu de la course et diminue ensuite jusqu'à la fin. En troisième lieu le déplacement relatif entre moule et pièce moulée qui se produit pendant la course de retour du moule est également à vitesse variable, la vitesse étant maximum au milieu de la course.
D'autres facteurs défavorables ont encore contribué à l'échec du procédé mais on peut dire que ceux-ci-dessus mentionnés suffisent à l'expliquer.
Un procédé plus fructueux d'utilisation de moule à déplacement alternatif a été proposé. Dan ce procédé la pièce coulée est retirée en continu avec une vitesse constante tandis que le moule avance avec la pièce avec la même vitesse que celle-ci de sorte qu'il n'y a pas de déplacement relatif entre eux pendant la course d'avancement du moule. Ensuite, à la fin de cette course, le moule est rapidement ramené en arrière à une vitesse plus grande mais uniforme de sorte que la course de retour exige moins de temps que la course d'avancement. Dans une marche industrielle, le rapport des durées entre ces courses est ordinairement de trois à un c'est-à-dire que la vitesse de retour du moule est trois fois plus élevée que celle de déplacement de la pièce coulée.
<Desc/Clms Page number 2>
Ce procédé a été appliqué avec succès, d'abord en Allemagne en 1936 puis aux U.S.A. en 1938 et depuis dans divers pays. Il est incontes- table qu'il a permis de couler avec succès un tonnage bien plus considéra- ble que tout autre procédé de coulée continu connu à ce jour. La plus grande partie de ce tonnage est de métaux non ferreux et d'alliages tels que laiton, ou aluminium et- ses alliages. Ce n'est que récemment que le procédé a été étendu à la coulée de 1 acier mais dans ce cas de nouveaux problèmes ont été soulevés.
Un problème très sérieux est celui de pouvoir élever la vitesse de coulée à un niveau qui soit économique pour le cas de coulée de l'a- cier. Un autre problème qui résulte directement de cette augmentation de vitesse est celui de pouvoir obtenir des états de surface satisfaisants.
L'une des caractéristiquesdu dernier procédé mentionné est la présence d'anneaux sur la surface la pièce coulée autour de celle-ci.
Ils sont espacés à des distances égales à la longueur d'avancement total de la pièce coulée entre deux courses successives du moule. Si l'avance totale de la pièce, se déplaçant en continu à une vitesse constante, est de 25,4 cm enivre le début d'une course d'avance du moule et le début de la course d'avance suivante, les anneaux seront espacés de 25,4 cm.
Ces anneaux sont caractérisés par une surface extérieure rugueu- se, présentant souvent des criques superficielles et souvent des saignées, c'est-à-dire l'écoulement de métal fondu et sa solidification dans des fêlures produites dans le métal déjà solidifié. La structure cristalline du métal qui se trouve juste au-dessous des anneaux est également irrégu- lière et troublée. La largeur des anneaux c'est-à-dire la distance longi- tudinale à la pièce sur laquelle ces effets peuvent être observés varie en fonction des conditions de l'opération de coulée. Avec un soin extrême et en opérant à une vitesse de coulée faible, les effets peuvent être at- ténués mais, en général, la largeur des anneaux est fonction de la durée de la course de retour du moule.
C'est dire que si cette course de retour dure pendant un quart du temps total du cycle, les anneaux couvriront un quart de la surface de la pièce coulée.
Dans le cas de métaux non ferreux, ces effets sont regrettables mais n'ont pas de caractère grave. Dans bien des cas, en dépit des imper- fections de surface, les pièces coulées peuvent être laminées, extrudées ou usinées d'autre manière sans difficulté. Dans d'autres cas un léger décapage de la surface ou autre traitement suffit à suppirmer les défauts superficiels. Cependant, dans le cas de l'acier, de telles imperfections de surfaces ne peuvent pas être tolérées et il n'est pas économiquement possible de les éliminer par décapage. En outre la pratique industrielle économique de la coulée continue de l'acier exige une vitesse de coulée de beaucoup supérieure à celle adoptée pour les métaux non ferreux et il a été constaté que l'augmentation de la vitesse amplifie ces difficultés.
Aussi, dans la coulée continue de métaux non ferreux, une vitesse de 0,75 m à 1,5 m/minute est généralement convenable et, à ces vitesses, les dé- fauts de surface sont acceptables. Dans la coulée de l'acier, par contre on a déjà réalisé avec succès des vitesses de 5 mètres/minute . Mais ce succès est tempéré par le fait que, à ces vitesses, les défauts de surfa- ce à l'intérieur des zones d'anneaux sont extrêmement graves. Entre les anneaux successifs la surface est belle et la structure cristalline est excellente.
L'un des buts de la présente invention est de réaliser un pro- cédé de coulée en continu et particulièrement un procédé de déplacement du moule en va-et-vient qui évite les inconvénients liés au moulage à vi- tesse élevée et qui réduise les défauts de surface à une mesure acceptable.
Le procédé de l'invention est caractérisé notamment par ce que la course de retour en arrière du moule vers sa position de coulée est ef-
<Desc/Clms Page number 3>
facture à une vitesse qui reste toujours inférieure à la vitesse à laquel- le ledit moule est avancé avec le métal en cours de solidification.
D'autres buts et caractéristiques de la présente invention résul- tent de la description plus détaillée ci-après.
Dans la recherche pour corriger les difficultés exposées ci-des- sus, la solution logique semble certainement être celle consistant à aug- menter la vitesse de retour du moule de manière à réduire la période de temps pendant laquelle le inouïe se déplace en sens inverse de la pièce cou- lée. Il semble qu'alors la largeur et la rugosité des anneaux devrait être réduite dans une mesure tolérable. On peut donc envisager d'augmenter le rapport des vitesses d'avancement et de retour, et, au lieu de trois à un, d'adopter un rapport de quatre à un ou même cinq ou six pour un, ce dernier rapport étant la limite des possibilités mécaniques.
Il est. surprenant cependant de constaterque les anneaux et les défauts de surface deviennent de plus en plus marqués et défectueux au lieu d'aller en s'améliorant. Dans certains cas au lieu de devenir plus étroits comme on pourrait raisonnablement l'es- pérer, les anneaux s'élargissent jusqu'à occuper presque 50% de la surface de la pièce coulée et les zones intérieures aux anneaux présentent des rugo- sités, des criques et des soufflures.
En conséquence, conf ormément à la présente invention, la solu- tion a été recherchée par une réduction de la vitesse de retour du moule jusqu'à une valeur telle que la vitesse de retour du moule ne soit jamais supérieure à la vitesse de la course d'avancement et dans bien des cas soit considérablement inférieure à celle-ci. Pendant la course d'avancement le moule est déplacé avec la pièce coulée à la même vitesse que celle-ci et dans un mouvement continu à vitesse constante. Pendant la course de retour du moule, la pièce coulée continue à se déplacer en continu à vitesse con- stante tandis que le moule se déplace en sens inverse à une vitesse constan- te.
La différence avec le procédé exposé plus haut peut être illub- trée comme suit. On suppose que l'acier est coulé et que la vitesse de coulée c'est-à-dire la vitesse avec laquelle la pièce coulée se déplace en continu est de mètres/minute. Suivant le procédé connu, et en admet- tant un rapport de trois à un entre la vitesse d'avance et la vitesse de retour, puisque le moule avance à une vitesse de 5 mètres par minute, il devra revenir à la vitesse de 15 mètres/minute. Et, puisque la pièce cou- lée continue à se déplacer à la vitesse de 5 mètres/minute pendant la du- ré de la course de retour du moule, la différence réelle des vitesses est de 15 mètres plus 5 mètres soit 20 mètres par minute.
Si, en vue de surmonter la difficulté, on essaie d'augmenter la vitesse de retour du moule pour avoir un rapport de durée des courses égal à par exemple six, la course de retour devra être à une vitesse de 30 mè- tres/minute et la différence réelle sera de 30 mètres plus 5 mètres soit 35 mètres/minute.
Conformément à la présente invention, pour laquelle la vitesse de la course de retour du moule n'est jamais supérieure à la vitesse de la course d'avancement, et en supposant à nouveau une vitesse de coulée de 5 mètres/minute, on voit que la différence réelle maximum sera de 5 mètres/ minute + 5 mètres/minute, soit de 10 mètres/minute, c'est-à-dire exactement la moitié de la vitesse différentielle réelle existant dans le procédé pré- cédemment décrit.
Si on désire cependant, la vitesse de la course de retour du mou- le peut être réduite encore davantage. Ainsi, supposant à nouveau une vi- tesse de coulée de 5 mètres par minute, la course de retour du moule peut se faire à une vitesse de 2,5 mètres/minute ou même de 1,25 mètre/minute, auxquels cas les vitesses différentielles seraient respectivement de 7,5 mètres/minute et 6,25 mètres/minute,
<Desc/Clms Page number 4>
Dans la pratique la différence de vitesse peut être réglée par l'opérateur après inspection de la pièce coulée et en tenant compte de la qualité de surface requise pour la coulée du métal particulier en question.
Dans certains cas, il est exigé une plus grande perfection de surface, mais l'opérateur, conformément à la présente invention et compte tenu de ce que la condition optimum de coulée est la période pendant laquelle le moule et la pièce coulée se déplacent ensemble, sera capable de fixer la vitesse de retour à un maximum convenant aux exigences d'état de surface, mais toujours inférieure à la vitesse de coulée.
L'invention peut être modifiée dans ses formes d'application sans sortir pour autant du domaine d'étendue de ses caractéristiques essentielles.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to the casting of metals by the continuous process.
Continuous casting, as the name suggests, relates to the continuous molding or forming of a liquid metal at the time. it cools and solidifies to form a molded part of infinite length. Ideally, the liquid should be shaped by a mold which is fixed with respect to the metal it contains as in stationary mold casting. From a theoretical point of view, the ideal shape of a mold for continuous molding would therefore be of unlimited length, but, as this cannot exist in practice, other arrangements and apparatus have been used.
Thus, it has been proposed to use endless support members such as rotating drums, wheels and the like or endless conveyor belts with sections having the shape of a mold joining together to form a mold. at the start of the solidification process and separating again at the end of the process to release the solidified metal. Since the surfaces of such movable supports can remain fixed with respect to the metal during its solidification, conditions are favorable for solidification giving a good crystalline structure and a very smooth surface. But, although such methods offer many theoretical advantages, the experience with them has been disappointing.
The difficulties of construction and operation have raised so many obstacles to the success of the operation that these processes have had little real development in the industry.
It has also been proposed to advance the mold as the metal advances and then withdraw it so that the grind is continuously moved back and forth along the axis of the casting during the continuous operation. This known continuous casting process provides a mold which is moved by a cam or an eccentric which imposes a simple harmonic movement on it. As the mold advances, a ratchet clamp grips the casting, forcing it to advance with the mold to the end of its stroke. Then during the return stroke, the part is released from the mold but is held stationary by another gripper until the mold performs a new forward stroke.
This process has never achieved industrial success and the following factors can be cited as possible or probable causes of its failure. In the first place, the advance movement of the casting is intermittent and only occurs for half of the total casting time. The part remains stationary for the other half of the time. Secondly, the advance movement of the casting is carried out at a variable speed. As the part is only moved by harmonic movement, the speed increases until the middle of the stroke and then decreases until the end. Thirdly, the relative displacement between mold and molded part which occurs during the return stroke of the mold is also at variable speed, the speed being maximum in the middle of the stroke.
Other unfavorable factors further contributed to the failure of the process, but it can be said that the above mentioned suffice to explain it.
A more successful method of using reciprocating molds has been proposed. In this process the casting is continuously withdrawn with a constant speed as the mold advances with the part with the same speed as it so that there is no relative displacement between them during the stroke. advancement of the mold. Then, at the end of this stroke, the mold is quickly pulled back at a greater but uniform speed so that the return stroke requires less time than the forward stroke. In an industrial operation, the ratio of the times between these strokes is usually three to one, that is to say that the return speed of the mold is three times higher than that of movement of the casting.
<Desc / Clms Page number 2>
This process has been applied successfully, first in Germany in 1936 and then in the U.S.A. in 1938 and since in various countries. There is no doubt that it has successfully cast a much larger tonnage than any other continuous casting process known to date. Most of this tonnage is from non-ferrous metals and alloys such as brass, or aluminum and its alloys. It is only recently that the process has been extended to the casting of steel, but in this case new problems have arisen.
A very serious problem is that of being able to raise the casting speed to a level which is economical for the case of steel casting. Another problem which results directly from this speed increase is that of being able to obtain satisfactory surface conditions.
One of the characteristics of the last mentioned process is the presence of rings on the surface of the casting around it.
They are spaced at distances equal to the total advance length of the casting between two successive strokes of the mold. If the total advance of the workpiece, continuously moving at a constant speed, is 25.4 cm, causes the start of one mold advance stroke and the start of the next advance stroke, the rings will be spaced 25.4 cm apart.
These rings are characterized by a rough outer surface, often exhibiting superficial cracks and often kerfs, ie the flow of molten metal and its solidification into cracks produced in the already solidified metal. The crystal structure of the metal just below the rings is also irregular and cloudy. The width of the rings, ie the longitudinal distance to the part over which these effects can be observed, varies depending on the conditions of the casting operation. With extreme care and operating at a low casting speed, the effects can be lessened, but in general the width of the rings will depend on the length of the return stroke of the mold.
This means that if this return stroke lasts for a quarter of the total time of the cycle, the rings will cover a quarter of the surface of the casting.
In the case of non-ferrous metals, these effects are regrettable but are not of a serious nature. In many cases, despite surface imperfections, castings can be rolled, extruded or otherwise machined without difficulty. In other cases a light stripping of the surface or other treatment is sufficient to remove the surface defects. However, in the case of steel, such surface imperfections cannot be tolerated and it is not economically possible to remove them by pickling. Furthermore, the economical industrial practice of continuous steel casting requires a casting speed much higher than that adopted for non-ferrous metals and it has been found that increasing the speed amplifies these difficulties.
Also, in the continuous casting of non-ferrous metals, a speed of 0.75 m to 1.5 m / minute is generally suitable, and at these speeds surface defects are acceptable. In steel casting, on the other hand, speeds of 5 meters / minute have already been successfully achieved. But this success is tempered by the fact that, at these speeds, surface defects within the ring zones are extremely serious. Between the successive rings the surface is beautiful and the crystal structure is excellent.
One of the aims of the present invention is to provide a continuous casting process and particularly a reciprocating mold movement process which avoids the drawbacks associated with high-speed molding and which reduces costs. surface defects to an acceptable extent.
The process of the invention is characterized in particular by the fact that the backward stroke of the mold towards its casting position is effected.
<Desc / Clms Page number 3>
bill at a speed which is always lower than the speed at which said mold is advanced with the metal being solidified.
Other objects and features of the present invention will emerge from the more detailed description which follows.
In the search to correct the difficulties set out above, the logical solution certainly seems to be that of increasing the speed of return of the mold so as to reduce the period of time during which the unheard of moves in the opposite direction of the cast part. It seems that then the width and roughness of the rings should be reduced to a tolerable extent. It is therefore possible to consider increasing the ratio of forward and return speeds, and, instead of three to one, adopting a ratio of four to one or even five or six to one, the latter ratio being the limit. mechanical possibilities.
It is. surprising, however, that the rings and surface defects become more and more marked and defective instead of improving. In some cases, instead of becoming narrower as one might reasonably expect, the rings widen to occupy almost 50% of the surface of the casting, and the areas inside the rings show roughness, creeks and blowholes.
Accordingly, according to the present invention, the solution has been sought by reducing the mold return speed to such an extent that the mold return speed is never greater than the speed of the stroke. progress and in many cases is considerably less than this. During the feed stroke the mold is moved with the casting at the same speed as the latter and in a continuous movement at constant speed. During the return stroke of the mold, the casting continues to move continuously at constant speed while the mold moves in reverse at constant speed.
The difference with the process discussed above can be illustrated as follows. It is assumed that the steel is cast and that the casting speed i.e. the speed with which the casting continuously moves is meters / minute. According to the known process, and assuming a ratio of three to one between the speed of advance and the return speed, since the mold advances at a speed of 5 meters per minute, it will have to return to the speed of 15 meters /minute. And, since the cast part continues to move at a speed of 5 meters / minute for the duration of the return stroke of the mold, the real difference in speeds is 15 meters plus 5 meters or 20 meters per minute. .
If, in order to overcome the difficulty, an attempt is made to increase the return speed of the mold in order to have a stroke duration ratio equal to for example six, the return stroke must be at a speed of 30 meters / minute. and the real difference will be 30 meters plus 5 meters or 35 meters / minute.
According to the present invention, for which the speed of the return stroke of the mold is never greater than the speed of the forward stroke, and again assuming a casting speed of 5 meters / minute, it is seen that the maximum real difference will be 5 meters / minute + 5 meters / minute, ie 10 meters / minute, that is to say exactly half of the real differential speed existing in the method described above.
If desired, however, the speed of the mold return stroke can be further reduced. Thus, assuming again a casting speed of 5 meters per minute, the return stroke of the mold can be done at a speed of 2.5 meters / minute or even 1.25 meters / minute, in which case the speeds differentials would be respectively 7.5 meters / minute and 6.25 meters / minute,
<Desc / Clms Page number 4>
In practice the speed difference can be adjusted by the operator after inspecting the casting and taking into account the surface quality required for the casting of the particular metal in question.
In some cases greater surface perfection is required, but the operator, in accordance with the present invention and in view of the fact that the optimum casting condition is the period during which the mold and the casting are moving together, will be able to set the return speed to a maximum suitable for surface finish requirements, but still lower than the casting speed.
The invention may be modified in its forms of application without thereby departing from the scope of its essential characteristics.