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@ La présente invention concerne la coulée des métaux dans des lingotières et en particulier la coulée continue effectuée en utilisant une lingotière ou moule, dans une extrémité duquel on in- troduit le métal liquide, le lingot solidifié étant retiré d'une manière continue par l'autre extrémité.
Dans la plupart des procédés de coulée continue des mé- taux, et en particulier des métaux ferreux, on verse le métal liqui- de dans le moule, au moyen d'un ajutage réfractaire, par quantités contrôlées, de manière que le niveau du liquide dans le moule soit maintenu sensiblement constant pour un débit donné de production du lingot. Cependant, ce procédé a l'inconvénient de nécessiter un
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contrôle soigneux, et il est de beaucoup préférable d'alimenter le moule par gravité, à partir d'une cuve, dans laquelle on place la totalité ou une certaine, proportion de la charge d'un four à acier par exemple, le moule de eoulée étant fixé à cette cuve.
Jusqu'à présent, l'alimentation continue en métal à partir d'une cuve n' était pas pratique, parce que l'écoulement du métal à partir de la cuve faisait monter le niveau du métal liquide du moule -jusqu'à la cuve et que ce métal, quand il s'agissait d'un métal ferreux, atta- quait la matière réfractaire constituant l'ajutage de la cuve ou collait à celui-ci.
Pour des raisons pratiques, on ne peut pas songer à raccor der hermétiquement la partie supérieure du moule sur le fond de la cuve, quand il s'agit de métaux ferreux, et il faut nécessairement utiliser d'autres moyens pour maintenir entre des limites désirées le niveau du métal dans le moule.
L'équipement de coulée continue, conforme à l'invention, comprend un moule ouvert aux extrémités, un canal pour faire arri- ver la matière liquide à une extrémité du moule, cette extrémité étant reliée à ce canal de manière à former un espace sensiblement clos au-dessus de la matière contenue dans le moule, et enfin un dispositif pour régler la pression dans cet espace de manière à coti- mander le débit de la matière liquide s'écoulant du, canal dans le moule.
L'équipement de coulée,*conforme à l'invention, comprend de préférence un moule ouvert aux extrémités, un canal pour alimen- ter par gravité une extrémité du moule, cette extrémité étant re- liée à ce canal de manière à former un espace sensiblement clos au- dessus du métal contenu dans le moule, et un dispositif pour comman- der automatiquement la pression d'un gaz dans cet espace, et par conséquent le débit du métal s'écoulant par le canal, en fonction du niveau du métal dans le moule. Ainsi, quand le niveau du métal monte dans le moule, l'alimentation en gaz de l'espace clos est- commandée de manière à augmenter la pression du gaz dans le moule
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et à diminuer ainsi le débit à partir du réservoir.
Ce système maintient le niveau du métal entre certaines limites et assure ain- si l'existence d'un espace à volume.sensiblement constant entre le réservoir et le métal contenu dans le moule.
Le réservoir peut comporter plusieurs sorties, dont cha- cune alimente un moule particulier à coulée continue. Dans ce cas, on peut avoir une source commune de gaz-sous pression, l'alimenta- tion de chaque moule en gaz étant commandée individuellement par le niveau du métal dans le moule.
La pression régnant au-dessus du niveau du métal dans le moule peut être commandée par plusieurs éléments de commande, mon- tés à différentes hauteurs dans le mouler de manière que la montée du métal au-dessus de l'un quelconque des éléments provoque une augmentation de l'alimentation en gaz et par conséquent une diminu, tion du débit à partir du réservoir. Ainsi, le niveau du métal est maintenu entre des limites prescrites et on obtient une compensa- tion automatique,des changements de niveau du métal dans le réser- voir, qui sont dûs par exemple à une recharge de celui-ci, et des changements de la vitesse avec laquelle on retire du moule le lin- got solidifié.
L'invention présente son intérêt maximum pour la coulée des métaux ferreux, en raison de l'action destructrice de ces métaux sur la matière réfractaire de l'ajutage du réservoir ; cependant, l'invention est également applicable à la coulée des métaux non fel reux.
II est préférable naturellement d'utiliser comme gaz, pour alimenter le'moule, un gaz réducteur ou un gaz inerte, tel que l'azote ou l'argon.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira main- tenant, à titre d'exemple, un équipement de coulée continue confor me à l'invention; on se référera au dessin annexé, qui représente schématiquement en coupe un moule et une cuve pour coulée continue, avec les éléments de commande nécessaires.
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Le moule 12 à extrémités ouvertes, pour coulée continue, est monté sur des ressorts, de manière à pouvoir effectuer de pe- tits mouvements verticaux, comme il a été expliqué dans le brevet anglais n 715.282 du 31 octobre 1951. Ce moale 12 est disposé en dessous de l'ajutage 15 d'une cuve 13 contenant de l'acier li- quide 14. Cet acier liquide s'écoule en dehors de le cave 13 sous la forme d'un courant continu. et se solidifie dans le moule 12 en formant un lingot 20, que l'on retire continuer le sent du moule d' une manière bien connue.
Le moule 12 comporte comme d'habitude une chemise 22 de refroidissement par eau; l'eau de refroidissement arrive dans cet- te chemise par des conduites 23 et s'en échappe par des conduites 24. Une plaque annulaire 25 est fixée sur le bord supérieur du mou- le 12 ; soufflets concentriques 16 et 17 en acier inoxydable sont boulonnés sur cette plaque 25, par une extrémité, et sont boulonnés également à leurs extrémités supérieures sur le fond de la cuve 13. On forme donc ainsi au-dessus du lingot 20 un espace
21 sensiblement étanche, qui est limité par le fond de la cuve 13, les soufflets 16,17 et les parois du moule.
La plaque 25 comporte deux orifices 18 et 19. L'orifice
19 est relié à l'air libre et réalise donc une fuite artificielle à partir de l'espace 21, de manière à rendre négligeables les fui- tes accidentelles qui pourraient se produire et le dégagement de @ gaz à partir de l'acier. L'autre orifice 18 est relié par une con- duite 26 à une pompe 27, qui refoule avec un débit constant un gaz inerte, tel que de l'azote. Le débit d'arrivée du gaz dans l'espa- ce 21, par 1' Intermédiaire de la conduite 26, est commandé par une première valve 28, montée dans la conduite 26, et par une deuxiè- me valve 29 montée dans une conduite de purge 30 à débit relative- ment faible ; cetteconduite 30 débouche à l'air libre.
Les valves
28 et 29 sont actionnées respective! lent par des relais 31 et 32, 'qui sont excités respectivement quand l'acier contenu dans le mou- le atteint les niveaux 33, 34.
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Deux petits orifices 35,36 sont prévus respectivement dans la paroi du moule aux niveaux 33,34; ces orifices sont alimentés en gaz inerte par une pompe 37 à déplacement constant, par l'intermédiaire respectivement des conduites 38,39 compor- tant chacune un orifice calibré 40. Les conduites 38, 39 sont respectivement en communication, entre les orifices calibrés 40 et les orifices 35,36, avec des interrupteurs 41, 42 du type à diaphragme ,qui sont actionnés par la pression. Ces interrupteurs
41, 42 commandent respectivement l'arrivée du courant électrique dans les relais 31,32.
Quand le métal contenu dans le moule se trouve en dessous du niveau 33, le gaz arrivant par la conduite 38 peut s'échapper librement dans le moule et la pression dans cette conduite est donc relativement faible ; quand l'orifice 35 est au contraire recouvert par l'acier contenu dans le moule, cet échappe' ment du gaz ne peut se produire et la pression augmente dans la co duite 38, en actionnant par conséquent l'interrupteur à pression 41.
La pression du gaz dans l'espace 21 commande le débit avec lequel l'acier fondu s'écoule par gravité à partir de la cu- ve 13 dans le moule 12 ; pression est elle-même commandée pa : . les positions des valves 28, 29. Quand les relais 31,32 ne sont pas excités, la valve 28 est fermée et la valve 29 est ouverte.
Par conséquent, quand la coulée commence, l'acier contenu dans le moule se trouvant en dessous du niveau 33, la pression dans l'es- pace 21 est égale sensiblement à la pression atmosphérique et l'a- cier s'écoule dans le moule avec un grand débit. Dès que l'acier recouvre l'orifice 35, l'interrupteur 41 est actionné, le relais
31 est excité et la valve 28 s'ouvre. La pression monte donc dans l'espace 21 et le débit d'écoulement de l'acier diminue. Si l'aciei monte au-dessus du niveau 34, l'interrupteur 42 est actionné et provoque la fermeture de la valve 29 ; en résulte une nouvelle augmentation de la pression dans l'espace 21 et l'arrêt complet de l'écoulement de l'acier dans le moule.
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Pendant la coulée, le niveau de l'acier dans le moule 12 oscille par conséquent aux environs du niveau 33 ou du niveau 34, suivant que le débit réalisé, quand l'acier se trouve en des- sous des niveaux 33, 34, est inférieur ou supérieur à celui néces- saire pour adapter avec précision l'alimentation avec la vitesse de sortie du lingot. Cependant, dans l'un et l'autre cas, le débit moyen de l'acier s'écoulant dans le moule est mainteau sensible- ment égal au débit moyen de sortie du lingot, quelsque soient le débit réel de sortie du lingot et la pression statique de l'acier dans la cuve 13.
Il faut remarquer que le débit du gaz fourni par la-pom- pe 27 doit dépasser la fuite s'effectuant par l'orifice 19, de ma- nière qu'une pression puisse s'établir dans l'espace 21 quand la valve 28 est ouverte.
L'emploi des soufflets 16,17 permet au moule 12 de se déplacer légèrement, longitudinalement et latéralement suivant le besoin, grâce à son montage élastique.
On a indiqué que le gaz fourni par les pompes 27, 37 est un gaz inerte, mais ce gaz peut être tout aussi bien un gaz réduc- teur, si on le désire. Le moule est lubrifié d'une manière connue.
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@ The present invention relates to the casting of metals in ingot molds and in particular the continuous casting carried out using an ingot mold or mold, into one end of which the liquid metal is introduced, the solidified ingot being withdrawn continuously by the other end.
In most processes for the continuous casting of metals, and particularly ferrous metals, the liquid metal is poured into the mold, by means of a refractory nozzle, in controlled amounts so that the level of the liquid in the mold is kept substantially constant for a given ingot production rate. However, this method has the drawback of requiring a
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careful control, and it is much preferable to feed the mold by gravity, from a tank, in which all or a certain proportion of the load of a steel furnace for example, the mold of eoulée being fixed to this tank.
Until now, the continuous supply of metal from a vat was not practical, because the flow of metal from the vat caused the liquid metal level to rise from the mold to the vat. and that this metal, when it was a ferrous metal, attacked the refractory material constituting the nozzle of the tank or adhered to it.
For practical reasons, it is not possible to consider hermetically connecting the upper part of the mold to the bottom of the tank, when it comes to ferrous metals, and it is necessarily necessary to use other means to keep between desired limits. the level of the metal in the mold.
The continuous casting equipment according to the invention comprises a mold open at the ends, a channel for bringing the liquid material to one end of the mold, this end being connected to this channel so as to form a substantially closed above the material contained in the mold, and finally a device for adjusting the pressure in this space so as to co-ordinate the flow rate of the liquid material flowing from the channel into the mold.
The casting equipment, * according to the invention, preferably comprises a mold open at the ends, a channel for feeding by gravity one end of the mold, this end being connected to this channel so as to form a space. substantially enclosed above the metal contained in the mold, and a device for automatically controlling the pressure of a gas in this space, and therefore the flow rate of the metal flowing through the channel, as a function of the level of the metal in the mold. Thus, as the level of the metal rises in the mold, the gas supply to the enclosed space is controlled so as to increase the gas pressure in the mold.
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and thereby decreasing the flow from the reservoir.
This system maintains the level of the metal between certain limits and thus ensures the existence of a space of substantially constant volume between the reservoir and the metal contained in the mold.
The reservoir may have several outlets, each of which feeds a particular continuous casting mold. In this case, there may be a common source of pressurized gas, the supply of gas to each mold being individually controlled by the level of metal in the mold.
The pressure above the level of the metal in the mold can be controlled by several control elements, mounted at different heights in the mold so that the rise of the metal above any one of the elements causes a increase in gas supply and therefore decrease in flow from the tank. Thus, the level of the metal is kept between prescribed limits and an automatic compensation is obtained, changes in the level of the metal in the tank, which are due for example to a recharge of the latter, and changes of the speed with which the solidified linseed is removed from the mold.
The invention is of maximum interest for the casting of ferrous metals, because of the destructive action of these metals on the refractory material of the nozzle of the reservoir; however, the invention is also applicable to the casting of non-melting metals.
It is naturally preferable to use as the gas, to feed the mold, a reducing gas or an inert gas, such as nitrogen or argon.
To better understand the invention, a description will now be given, by way of example, of a continuous casting equipment according to the invention; reference will be made to the accompanying drawing, which shows schematically in section a mold and a vessel for continuous casting, with the necessary control elements.
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The mold 12 with open ends, for continuous casting, is mounted on springs, so as to be able to carry out small vertical movements, as was explained in British patent no. 715.282 of October 31, 1951. This moale 12 is arranged. below the nozzle 15 of a vessel 13 containing liquid steel 14. This liquid steel flows out of the cellar 13 in the form of a direct current. and solidifies in mold 12 forming an ingot 20, which is further removed from the mold in a well known manner.
The mold 12 comprises as usual a jacket 22 for water cooling; the cooling water enters this jacket through pipes 23 and escapes therefrom through pipes 24. An annular plate 25 is fixed to the upper edge of the mold 12; Concentric bellows 16 and 17 made of stainless steel are bolted to this plate 25 at one end and are also bolted at their upper ends to the bottom of the tank 13. A space is thus formed above the ingot 20.
21 substantially sealed, which is limited by the bottom of the tank 13, the bellows 16,17 and the walls of the mold.
The plate 25 has two orifices 18 and 19. The orifice
19 is connected to the open air and therefore makes an artificial leak from the space 21, so as to make negligible the accidental leaks which could occur and the evolution of gas from the steel. The other orifice 18 is connected by a pipe 26 to a pump 27, which delivers an inert gas, such as nitrogen, with a constant flow rate. The flow rate of gas entering space 21, via line 26, is controlled by a first valve 28, mounted in line 26, and by a second valve 29 mounted in line. relatively low flow purge 30; this conduit 30 opens into the open air.
Valves
28 and 29 are actuated respectively! slow by relays 31 and 32, 'which are energized respectively when the steel contained in the mold reaches levels 33, 34.
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Two small orifices 35,36 are respectively provided in the wall of the mold at levels 33,34; these orifices are supplied with inert gas by a constant displacement pump 37, respectively via the pipes 38, 39 each comprising a calibrated orifice 40. The pipes 38, 39 are respectively in communication between the calibrated orifices 40 and the ports 35,36, with switches 41, 42 of the diaphragm type, which are actuated by pressure. These switches
41, 42 respectively control the arrival of the electric current in the relays 31, 32.
When the metal contained in the mold is below level 33, the gas arriving through line 38 can escape freely into the mold and the pressure in this line is therefore relatively low; when the orifice 35 is on the contrary covered by the steel contained in the mold, this escape of gas cannot occur and the pressure increases in the duct 38, consequently actuating the pressure switch 41.
The pressure of the gas in the space 21 controls the rate at which the molten steel flows by gravity from the vessel 13 into the mold 12; pressure is itself controlled by pa:. the positions of the valves 28, 29. When the relays 31, 32 are not energized, the valve 28 is closed and the valve 29 is open.
Therefore, when casting begins, the steel contained in the mold being below level 33, the pressure in space 21 is substantially equal to atmospheric pressure and the steel flows into the chamber. mold with high flow. As soon as the steel covers the orifice 35, the switch 41 is actuated, the relay
31 is energized and valve 28 opens. The pressure therefore rises in the space 21 and the flow rate of the steel decreases. If the steel rises above level 34, switch 42 is actuated and causes valve 29 to close; The result is a further increase in the pressure in the space 21 and the complete stopping of the flow of steel in the mold.
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During casting, the level of the steel in the mold 12 therefore oscillates around level 33 or level 34, depending on whether the flow achieved, when the steel is below levels 33, 34, is. lower or higher than necessary to precisely match the feed with the ingot exit speed. However, in either case, the average flow rate of the steel flowing in the mold is now substantially equal to the average output rate of the ingot, regardless of the actual output rate of the ingot and the static pressure of the steel in the tank 13.
It should be noted that the flow of gas supplied by the pump 27 must exceed the leak taking place through the orifice 19, so that pressure can build up in the space 21 when the valve 28 is open.
The use of bellows 16,17 allows the mold 12 to move slightly, longitudinally and laterally as needed, thanks to its elastic mounting.
The gas supplied by the pumps 27, 37 has been stated to be an inert gas, but this gas can be a reducing gas as well, if desired. The mold is lubricated in a known manner.