Dispositif et procédé pour le refroidissement d'un produit métallique coulé en continu.
La présente invention porte sur un dispositif pour le refroidissement d'un produit métallique, en particulier en acier, coulé en continu, et sur un procédé de mise en oeuvre de ce dispositif.
On sait que la coulée continue d'un produit métallique est une méthode qui consiste à couler le métal en fusion dans une lingotière sans fond généralement animée d'un mouvement d'oscillation et dont les parois sont refroidies énergiquement. Sous l'effet de ce refroidissement énergique, la peau du métal coulé se solidifie rapidement
et forme une croûte solide entourant du métal en fusion qui forme le puits liquide. Le produit en partie solidi�
fié est alors extrait en continu de la lingotière et il traverse une zone de refroidissement secondaire où il achève son refroidissement et dès lors sa solidification.
La présence du puits liquide entraîne l'existence d'une pression ferrostatique à l'intérieur du produit. Cette pression ferrostatique agit par l'intérieur sur la peau solidifiée et elle peut donner lieu à des percées, c'està-dire à des déchirures de la peau, aux endroits où la peau n'offre pas une résistance suffisante. De tels points faibles résultent notamment d'un refroidissement irrégulier ou d'un soutien insuffisant du produit dans la zone de refroidissement secondaire'.
L'équipement classique d'une zone de refroidissement secondaire est constitué de rouleaux de support et de guidage, entre lesquels sont situés des dispositifs de projection d'eau, par exemple des gicleurs.
Le recours à un tel équipement entraîne cependant deux inconvénients majeurs pouvant conduire aux points faibles précités. D'une part, le métal n'est fermement soutenu que selon les génératrices de contact avec les rouleaux, ce qui présente un sérieux risque de percée entre deux rouleaux et donne lieu à des déformations en forme de bombements. D'autre part, les gicleurs de refroidissement alternent avec les rouleaux sur la trajectoire du produit.
Celui-ci subit donc une succession de refroidissements et de réchauffements, c'est-à-dire une série de cycles thermiques qui ne permettent pas de réaliser un refroidissement régulier et nuisent par conséquent à la régularité de l'épaisseur de la peau solidifiée. ,/ Par le brevet BE-A-675.403, on connaît un dispositif destiné à refroidir un métal coulé en continu, au moyen de corps refroidisseurs que l'on applique contre le produit métallique en cours de solidification. Ces corps refroidisseurs sont disposés par paires successives séparées par des intervalles. Ils ne permettent pas d'assurer un refroidissement régulier et suffisant et un soutien continu
du produit dans toute la zone de refroidissement secondaire. En outre, ils sont sujetsà l'usure et leur installation est assez compliquée.
Le brevet DE-C-21 43 962 décrit un dispositif pour refroidir et guider un produit coulé en continu, comportant une grille dans les mailles de laquelle sont disposés des gicleurs. La grille est appliquée contre la face latérale solidifiée du produit dont elle assure le guidage. Il se pose également ici des problèmes d'usure de la grille et
de détérioration de la qualité du surface du produit. En outre, le refroidissement obtenu n'est pas homogène sur toute la surface.
La présente invention révèle un dispositif permettant de remédier aux inconvénients précités et d'assurer un refroidissement intense et homogène de toute la surface du produit tout en garantissant un support intégral et uniforme du produit dans la zone de refroidissement secondaire.
Conformément à la présente invention, le dispositif de refroidissement d'un produit métallique coulé en continu se compose essentiellement d'au moins un caisson comportant une paroi plane percée d'orifices dite paroi antérieure,
et équipé de moyens d'alimentation en liquide de refroidissement sous pression, chaque caisson étant disposé dans la.. zone de refroidissement secondaire dudit produit métallique de telle façon que sa paroi percée d'orifices soit tournée vers une face du produit métallique, à une certaine distance de celui-ci.
Selon l'invention, il s'est avéré avantageux de disposer le caisson de telle façon que sa paroi forme avec le plan médian transversal du produit un angle compris entre 0[deg.] et
1[deg.] dans le sens de défilement du produit.
Le plan médian transversal du produit est le plan vertical mené à mi-épaisseur du produit parallèlement aux grandes faces de celui-ci.
Cette disposition avantageuse entraîne la formation d'un coin d'eau qui empêche la remontée de liquide de refroidissement vers la lingotière. Cet effet de coin est encore accentué par le retrait du produit au refroidissement.
Selon une réalisation intéressante du dispositif de l'invention, les orifices sont des fentes orientées transversalement par rapport au produit lorsque le caisson est mis en place dans la zone de refroidissement secondaire.
Egalement selon l'invention, ces fentes sont inclinées, dans le sens de défilement du produit métallique, d'un an-
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conférer au liquide une composante de mouvement suffisante dans le sens du déplacement du produit métallique.
Selon l'invention, la section desdits orifices, et en particulier la largeur des fentes, est réglable par des moyens appropriés.
Toujours selon l'invention, les orifices, respectivement
les fentes, sont régulièrement répartis dans la paroi antérieure du caisson, afin d'assurer une distribution homogène du liquide de refroidissement.
D'autres particularités de l'invention pourront encore apparaître par la description qui va être faite du dispositif et de son procédé de mise en oeuvre, en se référant
aux dessins annexés dans lesquels la Fig.l représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention et illustre son procédé de mise en oeuvre et la Fig.2 présente un diagramme traduisant la distribution de la pression dans la couche de liquide de refroidissement pour différents débits d'alimentation de ce liquide.
Dans ces figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères numériques et les sens de circulation du liquide sont indiqués par des flèches. Enfin, on a omis tout ce qui n'était pas essentiel pour la compréhension de l'invention.
Pour illustrer cette description, on fera tout d'abord référence à la figure 1 qui représente schématiquement et sans aucun caractère limitatif, un dispositif de refroidissement d'une brame d'acier coulée en continu.
La brame 1 quittant la lingotière de coulée continue 2 , pénètre dans la zone de refroidissement secondaire où est installé le dispositif de l'invention globalement désigné par le repère 3. Ce dispositif se compose de deux caissons 4,5 qui comportent chacun une paroi antérieure plane 6, 7 tournée vers la brame 1. Les deux caissons 4,5 sont disposés à une distance aussi faible que possible de la lingotière. Toutefois, si cette distance le permet, il peut être prévu, entre la lingotière et les caissons, des rouleaux de support connus en soi, non représentés. Les deux caissons 4,5 sont disposés en face des grandes faces de la brame 1, au même niveau et de telle façon que leurs parois planes respectives 6,7 soient inclinées sur le plan median de la brame.
Cette inclinaison est ici accentuée pour la rendre perceptible mais en pratique, elle ne dépasse pas 1[deg.]. Les caissons 4,5 sont encore montés de telle façon qu' à un niveau quelconque, leurs parois planes se trouvent à la même distance de leur face respective de la brame 1. Ainsi, à son point le plus haut, chaque paroi plane 6,7 se
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h2 = 4 mm pour une hauteur de caisson de 60 cm.
Les faces planes 6,7 des caissons 4,5 sont percées de fen-
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par rapport à l'horizontale, dans le sens de défilement de la brame 1. Ces fentes 9, 10 présentent une largeur e réglable.
Les caissons 4,5 comportent encore des moyens 11, 12 d'alimentation en liquide de refroidissement, ainsi que des débitmètres 13, 14 pour contrôler le débit de liquide et des manomètres 15, 16 permettant de surveiller la pression régnant à l'intérieur des caissons.�
Le procédé de refroidissement d'un produit métallique coulé en continu, qui fait aussi partie de la présente invention, peut également être présenté en faisant référence à la figure 1.
Lorsque la brame d'acier 1 quitte la lingotière de coulée continue 2, elle présente une peau solidifiée relativement mince entourant le puits liquide 8. Les caissons 4,5 sont alimentés en eau sous pression respectivement par les conduites 11, 12 et cette eau s'écoule par les fentes 9, 10 pour remplir l'espace formé entre les caissons 4 et 5. La brame 1 pénétrant dans cet espace est soumise à l'action du liquide de refroidissement, généralement de l'eau, qui y circule. Elle subit ainsi un refroidissement intense et homogène qui entraîne la solidification rapide du métal du puits liquide et par conséquent l'accroissement de l'épaisseur de la peau solidifiée.
Il convient de veiller à assurer un débit de liquide de refroidissement suffisant pour limiter l'échauffement de ce liquide et en tout cas éviter son ébullition, car ceci entraînerait la remontée de vapeur d'eau vers la lingotière.
Dans cet espace entre les caissons la brame n'est en contact avec aucun organe de support. Elle n'est soumise qu'à l'action du liquide de refroidissement sous pression qui, outre son effet de refroidissement, assure également la compensation de la pression ferrostatique appliquée par le métal du puits liquide. Comme la pression exercée par la couche de liquide de refroidissement est appliquée uniformément sur toute la surface de la brame, la pression ferrostatique est compensée en tout point et il n'y a plus de risque de percée.
Enfin, l'inclinaison des fentes et l'effet de coin résultant de l'augmentation de la distance h limitent fortement l'écoulement de l'eau en direction de la partie supérieure des caissons et réduisent dès lors le risque de projection d'eau sur la lingotière.
La figure 2 illustre la répartition de la pression P exercée sur la surface de la brame le long de la hauteur H des caissons, pour différents débits de liquide de refroidissement.
Les diagrammes correspondent à une hauteur de caisson de
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Les essais effectués dans ces conditions montrent que l'écoulement de l'eau est régulier sur toute la largeur de la brame ainsi que sur la majeure partie de la hauteur des caissons. En outre, la pression exercée par la couche d' eau sur la surface de la brame permet de compenser la pression ferrostatique, car celle-ci vaut environ 1 bar juste en-dessous de la lingotière.
Le dispositif et le procédé de l'invention permettent donc d'assurer un refroidissement rapide et homogène d'un produit métallique coulé en continu, ainsi que le support continu de ce produit pendant toute la durée de sa solidification.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être_décrits, mais qu' elle englobe également les diverses variantes entrant dans le cadre des revendications qui suivent.
<EMI ID=5.1> Revendications.
1. Dispositif pour le refroidissement d'un produit métallique coulé en continu, caractérisé en ce qu'il se compose d'au moins un caisson comportant une paroi plane percée d' orifices dite paroi antérieure, et équipé de moyens d'alimentation en liquide de refroidissement sous pression, chaque caisson étant disposé dans la zone de refroidissement secondaire dudit produit métallique de telle façon que sa paroi percée d'orifices soit tournée vers une face du produit métallique, à une certaine distance de celui-ci.
Device and method for cooling a continuously cast metal product.
The present invention relates to a device for cooling a metallic product, in particular steel, which is continuously cast, and to a method of using this device.
It is known that the continuous casting of a metal product is a method which consists in casting the molten metal in a bottomless ingot mold generally animated by an oscillating movement and whose walls are cooled vigorously. Under the effect of this vigorous cooling, the skin of the cast metal solidifies quickly
and forms a solid crust surrounding molten metal which forms the liquid well. The partially solid product �
The solid is then continuously extracted from the ingot mold and passes through a secondary cooling zone where it completes its cooling and therefore solidifies.
The presence of the liquid well causes the existence of a ferrostatic pressure inside the product. This ferrostatic pressure acts from the inside on the solidified skin and it can give rise to breakthroughs, that is to say tears in the skin, in places where the skin does not offer sufficient resistance. Such weak points result in particular from irregular cooling or insufficient support of the product in the secondary cooling zone '.
Conventional equipment in a secondary cooling zone consists of support and guide rollers, between which are devices for spraying water, for example sprinklers.
The use of such equipment, however, involves two major drawbacks which can lead to the aforementioned weak points. On the one hand, the metal is only firmly supported according to the generators of contact with the rollers, which presents a serious risk of breakthrough between two rollers and gives rise to deformations in the form of bulges. On the other hand, the cooling nozzles alternate with the rollers on the path of the product.
It therefore undergoes a succession of cooling and heating, that is to say a series of thermal cycles which do not allow regular cooling and therefore affect the regularity of the thickness of the solidified skin. , / By patent BE-A-675,403, a device is known for cooling a continuously cast metal, by means of cooler bodies which are applied against the metal product being solidified. These cooling bodies are arranged in successive pairs separated by intervals. They do not provide regular and sufficient cooling and continuous support
of product throughout the secondary cooling zone. In addition, they are subject to wear and their installation is quite complicated.
Patent DE-C-21 43 962 describes a device for cooling and guiding a continuously cast product, comprising a grid in the meshes of which are arranged sprinklers. The grid is applied against the solidified side face of the product which it guides. Grid wear problems also arise here and
deterioration in the quality of the product surface. In addition, the cooling obtained is not uniform over the entire surface.
The present invention discloses a device making it possible to remedy the aforementioned drawbacks and to ensure intense and homogeneous cooling of the entire surface of the product while guaranteeing an integral and uniform support of the product in the secondary cooling zone.
In accordance with the present invention, the device for cooling a continuously cast metal product essentially consists of at least one box comprising a flat wall pierced with orifices called the front wall,
and equipped with means for supplying pressurized coolant, each box being arranged in the secondary cooling zone of said metallic product so that its wall pierced with orifices faces towards a face of the metallic product, at a certain distance from it.
According to the invention, it has proved advantageous to arrange the box so that its wall forms with the transverse median plane of the product an angle between 0 [deg.] And
1 [deg.] In the direction of scrolling of the product.
The transverse median plane of the product is the vertical plane carried out at mid-thickness of the product parallel to the large faces of the latter.
This advantageous arrangement results in the formation of a water wedge which prevents the coolant from rising back to the mold. This wedge effect is further accentuated by the withdrawal of the product on cooling.
According to an advantageous embodiment of the device of the invention, the orifices are slots oriented transversely relative to the product when the box is placed in the secondary cooling zone.
Also according to the invention, these slots are inclined, in the direction of travel of the metal product, by one year.
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give the liquid a sufficient movement component in the direction of movement of the metal product.
According to the invention, the section of said orifices, and in particular the width of the slots, is adjustable by suitable means.
Still according to the invention, the orifices, respectively
the slots are regularly distributed in the front wall of the box, in order to ensure a uniform distribution of the coolant.
Other features of the invention may also appear from the description which will be given of the device and of its method of implementation, with reference to
in the accompanying drawings in which FIG. 1 schematically represents a device according to the invention and illustrates its method of implementation and FIG. 2 presents a diagram showing the distribution of the pressure in the layer of coolant for different flow rates supply of this liquid.
In these figures, the same elements are designated by the same numerical references and the directions of circulation of the liquid are indicated by arrows. Finally, everything that was not essential for understanding the invention has been omitted.
To illustrate this description, reference will first be made to FIG. 1 which schematically represents and without any limiting character, a device for cooling a steel slab continuously cast.
The slab 1 leaving the continuous casting mold 2, enters the secondary cooling zone where the device of the invention is installed generally designated by the reference 3. This device consists of two boxes 4.5 which each have an anterior wall plane 6, 7 facing the slab 1. The two boxes 4,5 are arranged at a distance as small as possible from the mold. However, if this distance allows, there may be provided, between the mold and the boxes, support rollers known per se, not shown. The two boxes 4,5 are arranged opposite the large faces of the slab 1, at the same level and in such a way that their respective flat walls 6,7 are inclined on the median plane of the slab.
This inclination is accentuated here to make it perceptible but in practice, it does not exceed 1 [deg.]. The boxes 4.5 are also mounted in such a way that at any level, their planar walls are at the same distance from their respective face of the slab 1. Thus, at its highest point, each planar wall 6, 7 se
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h2 = 4 mm for a cabinet height of 60 cm.
The planar faces 6.7 of the boxes 4.5 are pierced with windows.
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relative to the horizontal, in the direction of travel of the slab 1. These slots 9, 10 have an adjustable width e.
The boxes 4.5 also include means 11, 12 for supplying coolant, as well as flow meters 13, 14 for controlling the flow of liquid and manometers 15, 16 for monitoring the pressure prevailing inside the caissons. �
The method of cooling a continuously cast metal product, which is also part of the present invention, can also be presented with reference to Figure 1.
When the steel slab 1 leaves the continuous casting mold 2, it has a relatively thin solidified skin surrounding the liquid well 8. The boxes 4,5 are supplied with pressurized water respectively by the pipes 11, 12 and this water s 'flows through the slots 9, 10 to fill the space formed between the boxes 4 and 5. The slab 1 entering this space is subjected to the action of the coolant, generally water, which circulates there. It thus undergoes intense and homogeneous cooling which results in the rapid solidification of the metal of the liquid well and consequently the increase in the thickness of the solidified skin.
Care should be taken to ensure a sufficient flow of coolant to limit the heating of this coolant and in any case avoid its boiling, as this would cause the rise of water vapor towards the mold.
In this space between the boxes, the slab is not in contact with any support member. It is only subjected to the action of the pressurized coolant which, in addition to its cooling effect, also provides compensation for the ferrostatic pressure applied by the metal of the liquid well. As the pressure exerted by the coolant layer is applied uniformly over the entire surface of the slab, the ferrostatic pressure is compensated at all points and there is no longer any risk of breakthrough.
Finally, the inclination of the slits and the wedge effect resulting from the increase in the distance h greatly limit the flow of water towards the upper part of the boxes and therefore reduce the risk of water spraying. on the mold.
FIG. 2 illustrates the distribution of the pressure P exerted on the surface of the slab along the height H of the boxes, for different flow rates of coolant.
The diagrams correspond to a box height of
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The tests carried out under these conditions show that the flow of water is regular over the entire width of the slab as well as over most of the height of the caissons. In addition, the pressure exerted by the layer of water on the surface of the slab makes it possible to compensate for the ferrostatic pressure, since this is worth approximately 1 bar just below the mold.
The device and method of the invention therefore make it possible to ensure rapid and homogeneous cooling of a continuously cast metal product, as well as the continuous support of this product throughout the duration of its solidification.
It is understood that the invention is not limited to the embodiments which have just been described, but that it also encompasses the various variants coming within the scope of the claims which follow.
<EMI ID = 5.1> Claims.
1. Device for cooling a continuously cast metal product, characterized in that it consists of at least one box having a flat wall pierced with orifices called the front wall, and equipped with liquid supply means pressure cooling, each box being arranged in the secondary cooling zone of said metal product so that its wall pierced with orifices faces towards a face of the metal product, at a certain distance from it.