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: Procédé de coulée des lingots de métal.
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La présente invention concerne la sidérurgie, et, plus particulièrement des procédés de coulée des lingote de métal.
Dans les schémas connus de la. sidérurgie, en vue d'améliorer la surface des lingots coules dans des lingoti- ères en fonte, et des ébauches coulées dans des installations semi-continues ou continue de coulée, on procède en coulant le métal liquide dans des lingotières ou des oristallisoirs des installations semi-continues ou continues de coulée à travers une couche de scorie liquide. Après avoir obtenu la scorie liquide dans des fours particuliers, on la met dans des lingotières ou des cristallisoirs avant le commen- cement de la coulée du métal.
'Les procédés ci-dessus mentionnés on les inconvé- nients principaux suivante : du fait que la scorie est obte- nue dans des fours particuliers, pendant sa coulée du four, son transport vers les lingotières ou les oristallisoirs, sa coulée dans ces lingotières et son séjour en lingotières (jusqu'au moment où le métal liquide. y est amené), la scorie est refroidie et se solidifie contre les parois de la lingo- tière.
Pour cette raison, la qualité de la surface de la partie inférieure du lingot ou de l'ébauohe obtenus est in- suffisante. Elle ne s'améliore qu'au fur et à mesure de l'amenée du métal liquide, aux dépens de la ohaleur apportée.
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En outre, étant donné qu'après l'achèvement de la coulée de métal liquide la scorie présente dans la partie supérieure (celle de tête) du lingot ee refroidit et se soli- difie d'une manière relativement rapide, on ne peut réussir à améliorer considérablement la partie supérieure du lingot et à diminuer les pertes de métal ooupé de la partie de tête du lingot.
Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients qui viennent d'être décrits.
L'invenio a donc pour but de mettre au point un procédé de ooulée des lingots de métal qui, en comparaison des procédés classiques de coulée, permettrait d'améliorer la surface du lingot sur toute sa hauteur et à élever la qualité du métal lui-même.
Cet objet est réalisé par l'application d'un procédé de coulée des lingots dans une lingotière sous une couche de scorie, dans lequel, selon la présente invention, la scorie, avant que le métal liquide y soit coulé, est fon- due directement dans la lingotière au moyen des électrodes d'amenée de courant aux dépens de la résistance électrique de la scorie, tandis qu'au cours de la cristallisation du métal, il est réchauffé ou alimenté par les mêmes électrodes.
Le réchauffage ou l'alimentation sont effectués d'une mani- ère périodique dans le cas où le métal liquide est coulé par portions.
Une forme d'exécution du procédé de l'invention est décrite plus en détail ci-dessous, à titre de simple exemple, avec -référence aux dessins annexés, dans lesquels : - Figure 1 représente une lintetière avec une électrode consommable en cours de la fusion de la scorie ;
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- figure 2 montre une lintgotiëre lors de la coulée du métal liquide à partir d'une poche de ooulée ; - figure 3 représente une lingotière remplie de métal liquide et munie d'une électrode pour le réchauffage de la couche supérieure du métal ; - figure 4 montre une lingotière lors de la ooulée du métal à partir d'une poche dotée d'une auge latérale ; - figure 5 représente une lintotère lors de la ooulée du métal à partir de la poche à travers une électrode creuse.
Le procédé de coulée des lingots de métal selon la présente invention set réalisé de la manière suivants.
Sur une plaque refroidie à l'eau, disposée à l'in- térieur de la lingotière 1 (fig. 1) (refroidie ou non), on met une rondelle d'amorce 2 (fabriquée à partir d'un métal ayant la même composition chimique que oelle du métal coulé), puis on met, par l'intermédiaire de ladite rondelle d'amoroe, en court-circuit une électrode consommable 3 (fabriquée à partir d'un métal ayant la même composition chimique que celle du métal coulé) ou une électrode non-consommable (par exemple, en graphite, en tungstène, etc.) ; ensuite, dans le jeu entre la paroi intérieure de la lingotière et l'élec- trode, on verse la quantité nécessaire d'un flux de la oom- position chimique presorite ou d'un mélange oomportant les constituante du flux, et on fond la scorie aux dépens de sa résistance électrique.
On réussit par là à assurer le sur- ohauffage de la scorie dans la lingotière avant que le métal liquide y soit amené ; on n'a pas besoin non plus d'un équi- pement spécial pour fondre la scorie. Par la suite, l'éleo- trode est sortie rapidement de la lingotière dans laquelle
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on coule le métal liquide 5 à partir de la poche de coulée 4 (Fig. 2).
Lors de la coulée, le métal liquide est traité d'une manière intense par la scorie, pour Atre débarrassé d'inclu- sions non-métalliques et d'impuretés néfastes. Au cours de la ooulée, il se forme un mince garnissage de scorie entre le métal et la paroi de la lingotière. La présence d'un tel garnissage permet d'obtenir la surface du lingot de haute qualité et 'le réduire les pertes de la chaleur .absorbée par les parois de la lingotière.
Cependant, le garnissage à lui seul ne peut créer une macristryctyre dense du lingot. Pour cette raison, immédiatement après la coulée du métal liquide, on remet dans la lingotière 1 (Fig. 3) l'électrode consomma- ble 3, puis on effectue le processus d'alimentation par élec- trofusion scorifiante ou on met dans la lingotière une élec- trode non-consommable et-procède au chauffage en appliquant la puissance maximum. Par ailleurs, le métal liquide est affiné additionnement par la soorie surchauffée. L'affinage du métal est favorisé par application d'un champ de oourant alternatif.
Au fur et à mesure de la diminution de la profondeur du bain de métal, la puissance appliquée diminue progressive- ment, assurant de la sorte la cristallisation axiale du métal dans la zone centrale du lingot et sa macrostructure dense sans défauts- On peut ohauffer la partie de tète du lingot au moyen d'un arc pincé (ou plasma).
Au cas de coulée des lingots à rapport entre la longueur et le diamètre au-dessus de 2,0 à 3,0, on coule le métal liquide en deux, trois ou plusieurs manoeuvres, en pro- cédant, après chaque coulée, à l'alimentation par électro-
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fusion soorifiante ou au réchauffage de la partie remplie du lingot ; il en résulte que, même aveo une grande longueur du lingot, on obtient une dense macrostruoture du métal sans aucun défaut axial.
Pour éviter le déplaoement de la lingotière rem- plie de métal liquide et, par conséquent, la probabilité de la formation de défauts macroscopiques sous forme d'un "carré de liquation", on peut utiliser la poche de coulée 4 munie d'une auge latérale 6 (Fig. 4).
Après avoir dilué et surchauffé la scorie, on sort rap-dement l'électrode 3 de la lingotière 1 qui reste dans sa position initiale. A partir de la poche de ooulée 4, à travers l'auge latérale 6, on remplit la lingotière du métal liquide 5, puis on écarte la poche de ooulée et on procède à l'alimentation par électrofusion soorifiante ou au réohauf- fage de la partie de tête du lingot.
@ On peut obtenir le même résultat en utilisant des électrode creuses (ou tubulaires) 7 (Fig. 5) consommables ou non. Un tel schéma, évitant le déplacement de la lingo- tière remplie de métal liquide, permet d'effectuer pendant la coulée le réchauffage du bain de scories, d'où la possi- bilité d'utiliser des système de scories plus réfractaires.
Le procédé de ooulée des lingots de métal proposé permet, avec une forme de la lingotière appropriée, d'ob- tenir des lingots ayant des sections carrées, reotangulai- res, rondes, ovales et autres.
Le procédé proposé permet aussi d'obtenir des lingots ayant une surface de bonne qualité sur toute leur hauteur et caractérisée par l'absenoe pratiquement complète du retrait dans la partie de tête du lingot. De ce fait, on évite la nécessité de rectifier les lingots avant leur
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traitement ultérieur (laminage, forgeage, pressage, etc. ), les pertes de métal ooupé de la partie de tête du lingot étant réduites à peu près de deux fois. lies lingots coulés selon le procédé réalisé confor- mément à l'invention présentent une meilleure macrostruoture et une meilleure plasticité technologique lors du travail à chaud, aussi bien qu'une pureté élevée, c'est-à-dire qu'ils ont des teneurs en inclusions non-métalliques, en soufre et en d'autres impuretés néfastes considérablement réduites.
On expliquera le procédé de l'invention plue en détails en se référant à l'exemple de réalisation suivant.
Dans une lingotière en nuivre refroidie à l'eau, dont la section est 640 x 640 mm, munie d'une électrode creu- se en graphite de 350 mm de diamètre, on a fondu la scorie de la composition suivante :45% de CaO, 40 % de Al2O3 et 15 % de CaF2. Pour fondre et surchauffer le bain de scorie, on utilisait 50 minutes, la puissance appliqué étant égale à 400 kVA. On avait commencé à fondre la scorie de telle manière qu'au moment où. le métal est coulé hors du four, la scorie soit complètement fondue et surchauffée.
Ensuite, on acculé pendant 5 minutes à travers l'électrode environ 5,5 t du métal liquide ayant la composition suivante (pourcentage en moles) : C- 0,15; Mn -0,32 ; Si - 0,16 ; S - 0,010 ; P - 0,22 ; Cr - 11,70 ; Ni - 1,62 ; Mo - 0,37 ; W - 1,66 ;Cu -'0,27.
Après avoir coulé le métal liquide, on a effeotué le réchauffage par électrofusion scorifiante de la partie supérieure du lingot pendant 1,5 heure, la puissance appli- quée de oourant étant égale à 500 kVA.
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De la même façon, on a coule des lingots à partir de l'acier inoxydable, d'alliages à base de niokel oontenant du titane, de l'aluminium et d'autres constituants. Tous les lingots présentaient une surface absolument lisse ; en a réussi à les laminer ans aucune rectification préalable.
La surface de blooms étant aussi lisse, on n'avait pratique- ment aucun besoin de les rectifier avant de les soumettre au travail ultérieur. Le lingot de métal ainsi obtenu a la oomposition ohimique suivante (pourcentage en moles) :
S-0,05 ; C - 0,16; Mn - 0,33 Si - 0,17 ;/P-0,02; Or - 11,70 ; Ni - 1,60 ; Mo - 0,36 ;W - 1,65 ; Ou - 0,26.
Le procédé de coulée réalisé conformément à l'in- vention permet de réduire la teneur en soufre jusqu'à 0,004 à 0,007 %, sa teneur dans le métal initial étant égale à 0,010 à 0,012 %, le pouroentage du rendement en titane étant égale à 95 % et celui du rendement en aluminium, à 93 %.
Le procédé de coulée selon la présente invention permet d'obtenir des lingots denses, sans aucun retrait, le rendement en métal étant égal à 90 % au lieu de 70 % dans le cas de l'élaboration des lingots ordinaires.
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: Method of casting metal ingots.
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The present invention relates to the iron and steel industry, and more particularly to processes for casting metal ingots.
In the known diagrams of the. steel industry, in order to improve the surface of ingots cast in cast iron ingots, and blanks cast in semi-continuous or continuous casting installations, the liquid metal is poured into ingots or oristallisers of the installations semi-continuous or continuous casting through a layer of liquid slag. After obtaining the liquid slag in special furnaces, it is placed in ingots or crystallizers before the start of the metal casting.
'The above-mentioned processes have the following main drawbacks: owing to the fact that the slag is obtained in particular furnaces, during its casting from the furnace, its transport to the ingots or oristallisers, its casting in these ingots and its stay in the molds (until the moment when the liquid metal is brought there), the slag is cooled and solidifies against the walls of the mold.
For this reason, the quality of the surface of the lower part of the ingot or blank obtained is insufficient. It only improves as the liquid metal is supplied, at the expense of the heat supplied.
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Furthermore, since after the completion of the molten metal casting the slag present in the upper (head) part of the ingot cools and solidifies relatively quickly, it cannot be successfully achieved. greatly improve the upper part of the ingot and decrease the loss of cut metal from the head part of the ingot.
The aim of the invention is to avoid the drawbacks which have just been described.
The aim of the invention is therefore to develop a process for molding metal ingots which, in comparison with conventional casting processes, would make it possible to improve the surface of the ingot over its entire height and to raise the quality of the metal itself. even.
This object is achieved by applying a method of casting ingots in an ingot mold under a layer of slag, in which, according to the present invention, the slag, before the liquid metal is poured therein, is directly melted. in the mold by means of the current supply electrodes at the expense of the electrical resistance of the slag, while during the crystallization of the metal, it is heated or supplied by the same electrodes.
Reheating or feeding is carried out periodically in the event that the liquid metal is poured in portions.
An embodiment of the method of the invention is described in more detail below, by way of simple example, with -reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows a lintel with a consumable electrode during the melting slag;
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- Figure 2 shows a lintgotiëre during the pouring of the liquid metal from a ladle; - Figure 3 shows an ingot mold filled with liquid metal and provided with an electrode for heating the upper layer of the metal; - Figure 4 shows an ingot mold during the flow of metal from a pocket with a side trough; - Figure 5 shows a lintoter during the flow of metal from the bag through a hollow electrode.
The method of casting metal ingots according to the present invention is carried out in the following manner.
On a water-cooled plate, placed inside the mold 1 (fig. 1) (cooled or not), a starter ring 2 (made from a metal having the same chemical composition than that of the cast metal), then a consumable electrode 3 (made from a metal having the same chemical composition as that of the cast metal is short-circuited by means of said starter washer ) or a non-consumable electrode (eg, graphite, tungsten, etc.); then, into the clearance between the inner wall of the mold and the electrode, the necessary quantity of a flux of the prescribed chemical composition or of a mixture comprising the constituents of the flux is poured, and the mixture is melted. slag at the expense of its electrical resistance.
This succeeds in ensuring the overheating of the slag in the ingot mold before the liquid metal is brought there; no special equipment is needed to melt the slag either. Subsequently, the electrode is quickly taken out of the mold in which
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the liquid metal 5 is poured from the pouring ladle 4 (Fig. 2).
During casting, the molten metal is intensely treated with slag, to be freed of non-metallic inclusions and harmful impurities. During the flow, a thin slag lining forms between the metal and the wall of the mold. The presence of such a lining makes it possible to obtain the surface of the ingot of high quality and to reduce the losses of heat absorbed by the walls of the ingot mold.
However, packing alone cannot create a dense macristryctyre of the ingot. For this reason, immediately after pouring the liquid metal, the consumable electrode 3 is returned to the mold 1 (Fig. 3), then the feeding process is carried out by slagging electrofusion or the mold is placed in the mold. a non-consumable electrode and - proceeds to heating by applying maximum power. Furthermore, the liquid metal is additionally refined by the superheated soorie. The refining of the metal is favored by the application of an alternating current field.
As the depth of the metal bath decreases, the power applied gradually decreases, thereby ensuring the axial crystallization of the metal in the central zone of the ingot and its dense macrostructure without defects. head part of the ingot by means of a pinched arc (or plasma).
In the case of casting ingots with a length-to-diameter ratio above 2.0 to 3.0, the molten metal is poured in two, three or more maneuvers, proceeding after each casting to l '' power supply
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smelting or reheating of the filled part of the ingot; it follows that, even with a great length of the ingot, a dense macrostructure of the metal is obtained without any axial defect.
In order to avoid the displacement of the ingot mold filled with liquid metal and, consequently, the probability of the formation of macroscopic defects in the form of a "liquation square", the pouring ladle 4 provided with a trough can be used. side 6 (Fig. 4).
After having diluted and superheated the slag, the electrode 3 is quickly removed from the mold 1 which remains in its initial position. From the ooulée pocket 4, through the lateral trough 6, the mold is filled with liquid metal 5, then the ooulée ladle is removed and the feeding by soorifying electrofusion or reheating of the mold is carried out. head portion of the ingot.
@ The same result can be obtained by using hollow (or tubular) electrodes 7 (Fig. 5) which may or may not be consumable. Such a scheme, avoiding the displacement of the mold filled with liquid metal, makes it possible to heat the slag bath during casting, hence the possibility of using more refractory slag systems.
The proposed method of pouring metal ingots allows, with a suitable mold shape, to obtain ingots having square, reotangular, round, oval and other sections.
The proposed process also makes it possible to obtain ingots having a surface of good quality over their entire height and characterized by the practically complete absence of shrinkage in the head part of the ingot. This avoids the need to rectify the ingots before they are
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further processing (rolling, forging, pressing, etc.), the losses of cut metal from the head part of the ingot being reduced to approximately two times. ingot lees cast according to the process carried out in accordance with the invention exhibit better macrostructure and better technological plasticity during hot working, as well as high purity, that is to say they have high levels. significantly reduced non-metallic inclusions, sulfur and other harmful impurities.
The method of the invention will be explained in more detail with reference to the following exemplary embodiment.
In a water-cooled black ingot mold, the section of which is 640 x 640 mm, provided with a hollow graphite electrode 350 mm in diameter, the slag of the following composition was melted: 45% CaO , 40% Al2O3 and 15% CaF2. To melt and superheat the slag bath, 50 minutes were used, the power applied being equal to 400 kVA. We had started to melt the slag in such a way that when. the metal is poured out of the furnace, the slag is completely melted and superheated.
Then, about 5.5% of the liquid metal having the following composition (percentage in moles) is driven through the electrode for 5 minutes: C-0.15; Mn -0.32; Si - 0.16; S - 0.010; P - 0.22; Cr - 11.70; Ni - 1.62; Mo - 0.37; W - 1.66; Cu -'0.27.
After casting the molten metal, the slag electrofusion reheating of the upper part of the ingot was carried out for 1.5 hours, the applied current being equal to 500 kVA.
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Likewise, ingots were cast from stainless steel, niokel-based alloys containing titanium, aluminum and other constituents. All of the ingots had an absolutely smooth surface; has succeeded in rolling them without any prior rectification.
As the surface of the blooms was so smooth, there was virtually no need to grind them before subjecting them to subsequent work. The metal ingot thus obtained has the following ohimic composition (percentage in moles):
S-0.05; C - 0.16; Mn - 0.33 Si - 0.17; / P-0.02; Gold - 11.70; Ni - 1.60; Mo - 0.36; W - 1.65; Or - 0.26.
The casting process carried out in accordance with the invention makes it possible to reduce the sulfur content to 0.004 to 0.007%, its content in the initial metal being equal to 0.010 to 0.012%, the percentage of the titanium yield being equal to 95% and that of the aluminum yield, 93%.
The casting process according to the present invention makes it possible to obtain dense ingots, without any shrinkage, the metal yield being equal to 90% instead of 70% in the case of the production of ordinary ingots.