CA1119377A

CA1119377A - Continuous electromagnetic centrifugal molding process of molten metals

Info

Publication number: CA1119377A
Application number: CA000311956A
Authority: CA
Inventors: Robert Alberny; Louis Vedda
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1982-03-09
Also published as: DE2841186A1; ATA685078A; IT1098918B; FR2403849B1; ES473598A1; GB2004784B; BE870617A; AT381880B; IT7828005A0; FR2403849A1; GB2004784A

Abstract

Précis de la Divulgation Procédé de coulée continue centrifuge électromagnétique de métaux en fusion selon lequel on alimente la lingotière 4 en métal en fusion par un jet de coulée vertical 3 provenant d'un orifice 2 ménagé dans le fond du répartiteur 1, et on soumet le métal au sein de la lingotière à l'action d'un champ magnétique tournant autour de l'axe de coulée 15 et produit par un inducteur statique polyphasé 14 immergé dans la chambre à eau 11 de la lingotière. Selon l'invention on entoure la jet de coulée 3 depuis sa sortie du répartiteur, par un manchon réfractaire 17 qui débouche au-dessus du ménisque 16 de métal en lingotière, et on recouvre le ménisque 16 ainsi que la partie inférieure du jet laissée libre, par une couche 20 de gaz neutre liquéfié, par exemple de l'azote ou de l'argon liquide. L'invention permet de protéger efficacement la surface libre du métal en fusion contre la réoxydation par l'air ambiant.Summary of the Disclosure Process of electromagnetic centrifugal continuous casting of molten metal according to which the ingot mold 4 is supplied with molten metal by a vertical casting jet 3 coming from an orifice 2 formed in the bottom of the distributor 1, and the metal in the mold by the action of a magnetic field rotating around the casting axis 15 and produced by a polyphase static inductor 14 immersed in the water chamber 11 of the mold. According to the invention, the casting jet 3 is surrounded from its outlet from the distributor by a refractory sleeve 17 which opens above the meniscus 16 of metal in the mold, and the meniscus 16 is covered as well as the lower part of the jet left free. , by a layer 20 of liquefied neutral gas, for example nitrogen or liquid argon. The invention makes it possible to effectively protect the free surface of the molten metal against reoxidation by ambient air.

Description

37~
La présente invention se situe dans le domaine de l'éla-boration des métaux. Elle concerne plus particulièrement les techniques de Coulée Continue Centrifuge Electromagnétique des métau~ en fusion, notamment de l'acier.
On sait ~ue le procedé de Coulée Continue Centrifuge Electromagnétique (C.C.C.E.) se distingue des opérations de cou lée continue classique (ou statique) par une mise en rotation, au sein de la lingotière et autour de 17axe de coulée, du metal en fusion verse en lingotière par un jet de coulée vertical pro~
venant de l'orifice de sortie du répartiteur. Cette mise en ro-tation est assurée par l~action d'un champ magnetique tournant autour de l'axe de coulée et généralement produit par un induc-teur statique polyphasé, immer~é dans la chambre ~ eau de la lin-gotière.
Il est connu~ dans le cas de l'acier par exemple, que la mise en oeuvre d'un tel procéde procure, par rapport à la coulee continue classique, une amelioration de la ~ualite des produits obtenus, tant en ce qui concerne leur proprete inclusi-onnaire de peau que leux santé interne (macroségré~ation, poro-sité axiale, etc...).
Il a été cependant constate que les inclusions non mé-talliques présentes dans le metal en fusion ont tendance ~ se concentrer dans la zone centrale des produits coules. Ce phéno-mène est à l'origine de defauts observes sur les produits après laminage et, en particulier, de defauts internes (pailles) que l'on trouve sur la paroi interieure des tubes d'acier fabriques a partir de produits obtenus par coulee continue centrifuge.
Des etudes ont pu montrer ~ue ces particules non-metal-liques proviennent de l'entraînement d'une partie des scories qui surnagent ~ la surface libre du métal en lingotiere, ou se . . .

forment par reoxydation du métal au contact de l'air ambiant lors de la coulee en lingoti~re.
Diverses techniques ont déjà été proposées pour tenter de reduire la quantite de particules non~metalliques au sein du produit coule.
Certaines d'entre elles consistent essentiellement ~ dé-centrer le jet de coulée de fa~on à rendre accessible à l'opéra-teur la zone centrale de la surface libre du métal en lingotière.
Sous l'effet de la rotation, cette surface, habituellement de-nommée "ménisque", se creuse au centre et les scories qui sur-nagent, ainsi que les inclusions internes qui decantent en par-tie en surface, se rassemblent dans cette zone centrale d'o~
elles peuvent alors 8tre facilement retirées (BF n 2 329 383 -IRSID).
A coté de ces mesures, que l'on peut qualifier de cura-tivesr on trouve de nombreuses techniques preventives qui visent à limiter les possibilités de formation des inclusions en empêchant la réoxydation du métal liquide au moment de la cou-lée. Ces mesures consistent, pour la plupart, en une application, ~ la coulée continue centrifuge, de méthodes déjà connues et mises en oeuvre en coulée continue classique. Parmi elles, on peut citer notamment celle enseignée par le brevet fran~ais n 37 ~
The present invention lies in the field of ela-boration of metals. It relates more particularly to Electromagnetic Centrifugal Continuous Casting techniques for metau ~ in fusion, in particular steel.
We know ~ ue the process of Centrifugal Continuous Casting Electromagnetic (CCCE) differs from neck operations classical (or static) continuous beam by rotation, within the mold and around the casting axis, metal in molten pour into the ingot mold by a vertical casting jet pro ~
coming from the distributor outlet. This setting up tation is ensured by the action of a rotating magnetic field around the casting axis and generally produced by an induc-polyphase static tor, immersed in the water chamber of the gutter.
It is known ~ in the case of steel for example, that the implementation of such a procedure provides, with respect to the classic continuous flow, an improvement in the quality of products obtained, both with regard to their cleanliness onnary skin than their internal health (macrosegre ~ ation, poro-axial location, etc.).
However, it was noted that the non-metallic inclusions metal present in molten metal tend ~ se concentrate in the central area of the cast products. This pheno-leads is the cause of defects observed on the products after lamination and, in particular, internal defects (straws) that there are fabricated steel tubes on the inside wall from products obtained by continuous centrifugal casting.
Studies have been able to show ~ ue these non-metal particles-liques come from the training of a part of the slag which float on ~ the free surface of the metal in the mold, or . . .

form by reoxidation of metal on contact with ambient air when casting ingoti ~ re.
Various techniques have already been proposed to try to reduce the amount of non-metallic particles within the product is flowing.
Some of them essentially consist of ~ de-center the casting jet so that it is accessible to the opera-the central area of the free surface of the metal in the mold.
Under the effect of rotation, this surface, usually of-called "meniscus", widens in the center and the slag which swim, as well as the internal inclusions which decant in par-tie on the surface, gather in this central area from where ~
they can then be easily removed (BF n 2 329 383 -IRSID).
Besides these measures, which can be described as curative tivesr there are many preventive techniques which aim to limit the possibilities of formation of inclusions preventing reoxidation of the liquid metal at the time of coating lée. Most of these measures consist of an application, ~ continuous centrifugal casting, using methods already known and implemented in conventional continuous casting. Among them, we may cite in particular that taught by the French patent ~ ais n

2 150 723 - SCEC - et qui consiste à protéger de la réoxydation à la fois le jet de coulée depuis sa sortie du répartiteur par un manchon refractaire vertical qui debouche sous la surface li-bre du m~tal en lingotière, et cette surface par une couche de laitier ou éventuellement par un gaz iner-te de préérence liqué-fié tel que l'azote ou de llargon liquide.
La présente invention a pour but une technique de pro-tection à caractère preventif, comme celles évoquées ci-avant, mais qui permet d'améliorer encore la qualité du produit coulé
sur le plan de la propreté inclusionnaire et d'éviter la mise hors service rapide du manchon réfractaire par l'érosion due au métal liquide en rotation plus ou moins rapide.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de cou-lée continue centrifuge de métau~ en fusion, selon le~uel on ali mente la lingoti~re en métal liquide par un jet de coulée verti-cal provenant du répartiteur et on soumet le métal liquide au sein de la lingotière à l'action d'un champ magnétique tournant autour de l'axe de coulée/ procédé caractérisé en ce que l'on entoure le jet de coulée, depuis sa sortie du repartiteur, par un manchon ré~ractaire qui debouche au-dessus de la surface libre du metal liquide en lingotiere, et en ce que l'on recouvre la-dite surface, ainsi que la partie inferieure du ~et de coulée, non-entourée par ledit manchon, par une couche de ~az neutre li-quéfie, tel que de l'azote ou de l'argon liquide.
Conformément à une mise en oeuvre avantageuse de l'in-vention, le gaz neutre liqué~ié est versé sur la partie inféri-eure du jet de coulée à sa sortie du manchon réfractaire.
Selon une autre variante le ga~ liquéfié est versé sur la surface libre du métal en lingotiere, et au ~oisinage immédiat des parois de celle-ci.
Conformément à une autre mise en oeuvre de l'invention, le point d'impact du jet de coulée sur la surface libre du mé-tal en lingotiere es~ décentré; de préférence, il se situe mi distance entre le bord et le centre de la lin~otière.
Une des difficultés du procédé de coulée continue cen-tri~uge, en l'état actuel de son développement, reside dans 1 ~ait que les techniques de protection contre la reoxydation telles qule]les sont mises en oeuvre en coulee continue statique peuvent difficilement y etre simplement transposées. .
En effet, d'une part la pratique de la poudre de couver-ture, telle qu'elle slopère en coulée continue classique est, sinon à exclure, du moins ~ déconseil].er fortement ici, car en raison de la forme concave que prend le ménisque sous l'effet de la rotation du métal, la poudre a tendance, en particulier pour les ~itesses de rotation élevées, à se rassembl.er dans la partie centrale du ménisque. Ceci conduit, en premier lieu, ~
une réoxydation périphérique sur le métal dénudé et, en second lieu, à un risque de pollution supplémentaire de la zone axiale du produit par entrainement des poudres au sein du métal par effet de vortex, ce quil on le voit bien, va à l'encontre du but recherché. ~'autre part, l'utilisation d'une busette immergée conduit à des difficultés en raison des phénomènes d'usure rapide sous l'action des mouvements de rotation du métal en lingotière, ce qui va également a l'encontre du but visé en raison de l'en-traînement possible des débris de la busette dans le centre du produit.
Comme on le comprend, la présente invention consiste donc en une p.rotection de la surface libre du métal liquide, laquelle se caractérise, d'une part, par la mise en place d'une busette longue (ou manchon réfractaire) qui enveloppe le jet de coulée depuis sa sortie du répartiteur jusqu'à un niveau situee au-dessus du niveau du ménisque du métal en lingotière, et d'autre part, par une couche de gaz inerte liquéEié recouvrant le mé-nisque et la partie inférieure libre du jet à l'extérieur de la busette. Ce gaz liqu~fié peut 8tre un gaz neutre comme l'azote à -136 C, ou l'argon à -186 C, ou tout autre gaz non-o~ydant à
l'égard du métai coulé.
De cette -Ea~on, le métal en lingotière est bien protégé

, contre la réoxydation, car on constate que le gaz liquefié
versé en lingotière s'etale et recouvre parfaitement le menisque auquel il adhère et dont il suit les mouvements. Il en est, bien entendu, de même en ce qui concerne la partie inferieure libre du jet de coulee.
La partie supérieure du jet étant confinée dans une bu-sette dont l'extremite ne plonge pas dans le bain métallique en lingotière, la dégradation de la proprete du métal par l'usure de la busette n'est plus à craindre.
De plus, il devient alors possible, si on le desire, de "pêcher" les scories, qui se rassemblent au centre du menisque, selon la pratique habituelle, au travers de la couche de gaz li-quefi~ dont la transparence au rayonnement du bain démeure suf-fisante pour permettre ]'observation visuelle du menisque. Dans ce cas, il est necessaire de prevoir, pour des raisons evidentes d'encombrement, une partie libre de hauteur suffisante du jet de coulée.
Par ailleurs la "pêche des scories peut être facilitée, comme cela se pratique en coulee continue en je-t totalement libre, par un décentrage du jet de coulée, ce qui ne serait ~uère envi-sageable dans le cas d'u~e busette immergee car son usure serait plus rapide encore, en raison de la vitesse linéaire croissante du metal en rotation lorsqu'on s'eloigne du centre de la ]ingo-tière. Un autre interet du decentrage du jet, est que l'on peut operer la "pêche" des scories en presence d'un jet dont la par-tie in~erieure libre peut alors être limitee au strict minimum, compte tenu des variations ine~itables de la hauteur du menisque en cours de coulee. Une hauteur trop importante de la partie libre du jet protegee au gaz liquefie, est en effet ~ eviter, car le profil du jet etant rarement parfaitement cylindri~ue, f~ 3 ~J~
. ~

le risque de projection de métal liquide, dù ~ l'emprisonnement du gaz liquéfié dans le métal, augmente avec la hauteur de la zone du jet ~ protéger.
D'autres travaux du demandeur ont montré que l'une des conditions opératoires optimales, ayant trait ~ l'injection du métal en fusion en lingotière, consistait à localiser le jet de coulée ~ mi-distance entre le centre et les parois de la lingo-tière~ Des conclusions analogues ont été obtenues dans le cas de la coulée continue centri-fuge electromagnéti~ue en jet libre, o c'est-à~dire sans protection du métal contre la réoxydation (BF n 2 32~ 383 déjà cité).
Outre sa fonction première ~ui est de protéger le métal en fusion contre la réoxydation, la busette, entourant la partie supérieure du jet de coulée, présente, par rapport à une protec-tion totale du jet par du gaz liquéfié, un certain nombre d'avan-tages supplémentaires qui peuvent s'énumérer comme suit:
- en premier lieu, elle permet une économie de gaz liqué-fié, la consommation de ce dernier étant en effet d'autant plus : réduite que la surface à protéger est plus faible, - en second lieu, elle procure une protection thermique meilleure qu'une couche de ga~ liquéfie naturellement perméable au rayonnement du métal en fusion, ~ en-in, un avantage important réside dans la possibilité
d'avoir des jets de coulée de fort diamètre apparent J permettant ainsi, en association avec une protection du ménisque par un yaz neutre liquéfié, et pour la première fois semble-t-il, la coulée continue centrifuge d'aciers fortement calmés par un desoxydant énergique tel que l'aluminium, (c'est-~-dire des nuances d'aciers contenant moins de 10 3% d'oxygène environ, et jusqu'à 0~1 % et plus d'aluminium), sans craindre des bouchages precoces de l'ori-~' 2 150 723 - SCEC - and which consists in protecting from reoxidation both the casting jet from its exit from the distributor by a vertical refractory sleeve which opens below the surface bre of m ~ tal in ingot mold, and this surface by a layer of dairy or possibly with an inert gas of liquid preference such as nitrogen or liquid enlargement.
The object of the present invention is to provide a technique for preventive protection, such as those mentioned above, but which further improves the quality of the cast product in terms of inclusive cleanliness and to avoid setting rapid failure of the refractory sleeve by erosion due to liquid metal in more or less rapid rotation.
To this end, the subject of the invention is a method of coating continuous centrifugal flow of molten metal ~, according to ~ uel on ali lie the ingot ~ re in liquid metal by a vertical casting jet cal from the distributor and the liquid metal is subjected to within the mold by the action of a rotating magnetic field around the axis of casting / process characterized in that one surrounds the pouring jet, from its exit from the distributor, by a reactionary sleeve which opens above the free surface liquid metal in an ingot mold, and in that we cover the said surface, as well as the lower part of the ~ and of casting, not surrounded by said sleeve, by a layer of neutral az ~ li quéfie, such as nitrogen or liquid argon.
In accordance with an advantageous implementation of the in-vention, the neutral gas liquified ~ ié is poured on the lower part-of the casting jet at its exit from the refractory sleeve.
According to another variant the liquefied ga ~ is poured on the free surface of the metal in the mold, and in the immediate vicinity of the walls thereof.
In accordance with another implementation of the invention, the point of impact of the pouring jet on the free surface of the met tal en ingotiere es ~ off-center; preferably it is located mid distance between the edge and the center of the linen.
One of the difficulties of the continuous casting process cen-tri ~ uge, in its current state of development, resides in 1 ~ that the techniques of protection against reoxidation as they are used in continuous static casting can hardly be simply transposed. .
On the one hand, the practice of covering powder ture, as it slopes in classical continuous casting is, if not to exclude, at least ~ not recommended] .er strongly here, because in because of the concave shape that the meniscus takes under the effect from the rotation of the metal, the powder tends, in particular for high rotation speeds, to be gathered in the central part of the meniscus. This leads, in the first place, ~
peripheral reoxidation on the bare metal and, secondly place, at a risk of additional pollution of the axial zone of the product by entraining powders within the metal by vortex effect, as we can see, goes against the goal research. ~ 'on the other hand, the use of a submerged nozzle leads to difficulties due to rapid wear phenomena under the action of the metal's rotational movements in the mold, which also goes against the intended goal because of the possible dragging of debris from the nozzle in the center of the product.
As will be understood, the present invention therefore consists in a protection of the free surface of the liquid metal, which is characterized, on the one hand, by the installation of a nozzle long (or refractory sleeve) which envelops the pouring jet from its exit from the dispatcher to a level located above above the level of the meniscus of the metal in the mold, and other part, by a layer of liquefied inert gas covering the metal nisque and the free lower part of the jet outside the nozzle. This liquefied gas can be a neutral gas such as nitrogen.
at -136 C, or argon at -186 C, or any other non-o ~ ydant gas at respect of the cast metai.
From this -Ea ~ on, the metal in the mold is well protected , against reoxidation, because we see that the liquefied gas poured into an ingot mold spreads out and perfectly covers the meniscus to which it adheres and whose movements it follows. There is, well heard, likewise with regard to the free lower part of the casting jet.
The upper part of the jet being confined in a bu-sette whose end does not plunge into the metal bath in ingot mold, degradation of metal cleanliness through wear of the nozzle is no longer to be feared.
In addition, it then becomes possible, if desired, to "fish" the slag, which collects in the center of the meniscus, according to usual practice, through the layer of liquid gas quefi ~ whose transparency to the radiation of the bath remains suf-fisante to allow visual observation of the meniscus. In this case, it is necessary to provide, for obvious reasons of space, a free part of sufficient height of the jet of casting.
In addition, "slag fishing can be facilitated, as it is practiced in continuous flow in totally free t-shirt, by a decentering of the casting jet, which would not be ~ ur sageable in the case of a submerged nozzle because its wear would be faster still, due to increasing linear speed rotating metal when moving away from the center of the] ingo-third. Another advantage of decentering the jet is that we can operate the "slag fishing" in the presence of a jet whose par-tie in ~ erieure libre can then be limited to the strict minimum, taking into account inevitable variations in the height of the meniscus being cast. Too much height of the game free of jet protected with liquefied gas, is indeed ~ avoid, because the profile of the jet is rarely perfectly cylindrical ~ eu, f ~ 3 ~ J ~
. ~

the risk of projection of liquid metal, due to imprisonment liquefied gas in the metal, increases with the height of the jet area ~ protect.
Other work by the applicant has shown that one of the optimal operating conditions, relating to the injection of molten metal in an ingot mold, consisted in locating the jet of casting ~ midway between the center and the walls of the lingo-Third ~ Similar conclusions were reached in the case electromagnetic centri-fuge continuous casting ~ free jet, o i.e. ~ without protection of the metal against reoxidation (BF n 2 32 ~ 383 already cited).
Besides its primary function ~ ui is to protect the metal molten against reoxidation, the nozzle surrounding the part upper of the casting jet, present, relative to a protective total jet stream by liquefied gas, a number of advan-additional stages which may be listed as follows:
- firstly, it saves liquefied gas trusted, the consumption of the latter being indeed all the more : reduced that the surface to be protected is smaller, - secondly, it provides thermal protection better than a layer of ga ~ liquefied naturally permeable radiation of the molten metal, ~ en-in, an important advantage lies in the possibility to have casting jets of large apparent diameter J allowing thus, in combination with protection of the meniscus by a yaz neutral liquefied, and for the first time it seems, the pouring centrifugal continuous of steels strongly quenched by a deoxidizer energetic such as aluminum, (that is ~ ~ steel grades containing less than 10 3% oxygen approximately, and up to 0 ~ 1% and more aluminum), without fear of early blockages of the ori-~ '

3~

fice de coulee du repartiteur. La forme geom~trique du jet decoulée importe peu, et le debit de métal peut alors être régle par tout moyen approprié de la pratique courante, par exemple par une quenouille plongeant dans le répartiteur et dont le tam-pon terminal obture plus ou moins llorifice de sortie ménagé dans le fond du répartiteur.
L'invention sera bien comprise et d'au-tres aspects t avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles .
- la figure 1 représente schematiquement la partie haute d'une installation de coulée continue centrifuge électromagné-tique de barres d'acier équipée de mo~ens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'inven-tion, conformément à une variante consis-tant en une alimentation centrale d'azote liquide dirigée sur le jet de coulée, - la figure 2 représente une autre variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sur le meme type d'instal-lation de coulée que celui de la figure 1, mais consistant en lme alimentation périphéri~ue d'azote liquide, au voisinage im-médiat des parois de la lingotière.
Sauf indications expresses, la description se fera en référence simultanée aux deux figures dont les mêmes éléments sont désignés par des références identiques.
On a désigné en 1 un répartiteur contenant un bain d'acier en fusion et présentant un orifice de coulee 2 menage au travers du fond. Le repartiteur alimente de façon continue, par un jet de coulée vertical et décentré 3, une lingotière re-froidie de coulée continue 4, ~ la base de laquelle est retirée, également de façon continue, une barre 5 parti~llement solidifiée.

Selon une technologie bien connue, la lingotière 4 est consti-tuée d'un caisson ~ double paroi équipé intérieurement d'une chemise tubulaire 6 qui définit, avec la paroi interne 7 en cuivre ou alliage de cuivre, un espace annulaire 8 pour la cir-culation de l'eau de refroidissement. Une cloison étanche 9 sé
pare la lingotière en deux chambres superposées 10 et 11 présen-tant chacune une ouverture, respectivement 12 et 13. L'eau de refroidissement pénètre par l'ouverture 12 dans la chambre in-férieure 10, remonte dans l'espace annulaire 8, inonde la char~re superieure 11, de laquelle elle es~ évacuée par l'ouver-ture 13. Comme on le voit, la chambre superieure 11 est occupée par un inducteur électroma~nétique statique 14. Cet inducteur est constitué de plusieurs bobines à noyau magnétique intérieur qui se distribuent régulièrement autour de la paroi interne 7.
L'indu~teur est relié de fa~on connue à une alimentation élec-trique triphasée non représentée afin de créer un champ magné-tique uniforme orienté perpendiculairement à l'axe de coulée re~
présenté en 15, et tournant autour de cet axe avec une vitesse angulaire ~onction de la ~réquence du courant électrique alimen-tant les bobines.
D'autre part, un circuit d'alimentation 25 en huile decolza est prévu pour lubrifier la paroi interne 7 de la lingo-tière en contact avec le produit coulé.
Ce qui vient d'être dit fait déjà partie de l'état de la technique dans le domaine considéré, et on pourra trouver, si on le désire, de plus amples détails en se reportant par exemple au Brevet ~ran~ais n 2.315.344 - IRSID.
Sous l'action du champ magnetique tournant, le métal liquide 16 contenu dans la lingotière est mis en rotation autour de l'axe de coulée dans le sens du champ indique par la flèche.

Il en résulte la formation d'un ménisque 16 de Eorme concave tel que represent~ sur la figure.
Comme on le voit, le jet 3 est entouré par une busette réfractaire 17, solidaire du fond du répartiteur 1, centree sur l'ouverture 2, et d'un diamètre interne légèrement supérieur à
celui de cette ouverture. Par rapport aux dispositions habitu-elles en la matière, cette busette ne se distingue ni par sa forme ni par sa constitution. Sa caractéristique distinctive es-sentielle consiste en ce que son extrémite inferieure 18 debouche au-dessus de la surface libre 16 du métal en lingotière~ La par-tie inferieure 19 du jet restee libre~ c'est-~-dire en-dessous de la busette et ayant une longueur de quelques centimètres (par exemple 5 cm), ainsi ~ue le ménisque 16~ sont recouverts d'une couche d'azote liquide 20 qui les protège contre la re-oxydation en les isolant du contact de l'air ambiant.
On va à présent decrire les moyens mis en oeuvre pour introduire cette couche liquide en lingotière. On a re~érencé en 21, un recipient, par exemple un vase de Dewar, dans lequel de l'azote liquide 22, venant d'une source sous pression 23, est amene par une conduite ~4. Le gaz liqué~ié alimente, par l'in-termédiaire d'un conduit d'évacuation ~7, un dispositif 28 de type connu~ denommé "séparakeur de phases", dont le role est de séparer la phase gazeuse de la phase liquide du gaz liquéfie.
Ce dispositi~ se presente sous l'aspe~t d'un corps tubulaire de forme annulaire. Il comporte sur sa partie superieure une série d'évents 30 pour l'échappement de l'azote gazeux, et sur sa par-tie inferieure une serie d'ajutages calibrés 31 pour le déverse-ment en continu d'un débit d'azote liquéfié sur le métal liquide.
Dans le cas d'une alimentation centrale, telle que sché-matisée sur la ~igure 1, le separateur de phase 28 est dispose 3~7~7 autour de l'extrémité 18 de la busette, au voisinage immédiatdu jet de coulée. Sa fixation est assurée par des brides d'at-tache 26 qui le rendent solidaire du fond du répartiteur. Les ajutages 31 sont dirigés vers l'extrémité de sortie du jet de la busette 17 et l'azote liquide, versé en continu, coule, par gravité, le long de la partie libre 19 du jet, puis se répand sur le ménisque 16 en se propageant radialement jusqu'à venir en contact avec la paroi interne 7 de la linyotière. Il se forme ainsi, sur le menisque, une couche de gaz liquéfié dont l'épais-seur est de l:ordre de 1 à 3 cm suivant le debit d'azote choisi.De cette fa~on, toutes les surfaces libres du métal en fusion sont efficacement protégées contre l'action oxydante de l'atmos-ph~re.
Dans le cadre d'une alimentation périphérique, telle que représentée sur la figure 2, le séparateur de phase référencé 28' est cette fois fixé par des cales 29 sur le couvercle de la lin-gotière, et les ajutages 31 sont orientés de manière à déverser l'azote liquide, à la périphérie du métal coulé, au voisinage immédiat de la paroi interne 7 de la lingotière. La gaz liquéfié
converge alors vers le centre du ménisque et la protection de la partie in~érieure 19 du jet est réalisée lorsque la couche de gaz liquéfié est sufisamment épaisse pour immerger l'extrémité
18 de la busette.
Chacune des deux variantes de réalisation, alimentation centrale (fig. 1) ou alimentation périphérique (fig. 2), pré-sente ses propres particularités énumérées ci-après.
- L'alimentation centrale de gaz liquéfié (fig. 1) per-met d'éviter la nécessité de maintenir sur le ménisque une ~ouche de gaz liquéfié don-t l'épaisseur à llendroit du jet soit au moins égale a 1a hauteur de la partie libre 19 du jet, pour assurer la -- 10 -- ~

protection de cette dernière. Elle presente donc l'avantage de pouvoir opérer avec une couche de plus faible épaisseur, par exemple 2 cm, tout en conservant une partie libre 19 substan-tielle, par exemple de 5 à 10 cm, si on le désire.
Elle impose toutefois la présence du séparateur de phases 28 au-dessus du métal coulé en lingotière, ce qui peut pour des raisons d'encombrement constituer une certaine gêne, en particulier pour la coulée de petits ~ormats.
Une telle solution apparait donc mieux approprié à la coulée de produits ~ format dejà assez important, par exemple des blooms.
- L'alimentation périphérique (fig. 2) impose, comme on l'a vu, la présence sur le ménisque d'une couche d'azote liquide importante, ce qui nécessite davantage de précautions, notamment de sécurité, en raison des risques de débordement de gaz liqué-fi~ hors de la lingoti~re. Elle se caractérise néanmoins par un encombrement minimal, indépendant du format des produits coules, d'o~ certains avantages, notamment à l'egard de 1'opérateur de coulée pour lequel l'observation visuelle de l'intérieur de la lingotière ait partie d'opérations de routine souvent utiles et même indispensables pour la bonne exécution de la coulée tréglage de la vitesse par exemple).
Cette seconde solution appara;t donc adaptée à la coulée de produits de petits formats, tels que les billettes.
De toute façon, ~uel que soit le mode d'alimentation adopte~ centrale ou périphérique/ on a avantage, lorsqu'il n'y a pas, par ailleurs, d'indications contraires, à op~xer avec une partie libre du jet de hauteur aussi réduite que possible, et ceci pour au moins deux raisons : la première, dejà évoquée précédemmentJ réside dans le fait que le jet à la sortie de la busette etant relati~ement perturbe, donc peu homogène et de profil non parfaitement cylindrique, le risque de projection de métal en fusion par micro-explosions dues à l'emprisonnement du gaz liquéfié dans le métal pourrait croltre avec l'importance de la zone du jet à proteger. La seconde reside dans le fait que, J
plus la portion de jet à proté~er est réduite, plus cette pro-tection est aisée et efficace. A la limite donc, il serait sou haitable que l'e~trémité de la bùsette affleure le ménis~ue. En pratique cela n'est cependant guère envisageable en raison des 10 fluctuations inevitables de la position du menisque sur la hau-teur de la lingotière. Toutefois, l'amplitude de ces mouvements verticaux dépasse rarement 3 à 5 cm environ, de sorte qu'une hauteur de cet ordre pour la partie libre du jet convient par-faitement. De toute façon, si la presence d'une enveloppe liquide sur la totalite de la partie libre du jet est souhaitable, elle n'est pas pour autant toujours indispensableO En effet, par éva-poration de l'azote liquide sur le ménisque, il s'établit de fa~on naturelle au-dessus de ce dernier, et donc autour de la partie libre du jet de coulee, une atmosphère protectrice qui 20 remédie dans une certaine mesure aux lacunes éventuelles de llen-veloppe liquide.
On va maintenant donner quel~ues indications concernant les débits conseilles de ~aæ li~uéfié à utiliser.
Compte tenu de la température de coulée de l'acier li-quide, la~uelle est voisine de 1550 C au niveau du répartiteur, des debits situés entre 18 et 24 litres par minute et par m2 de surface à protéger, donnent de bons résultats.
Dans le cas de la coulée de barres circulaires de 20 cm de diamètre par exemple, la sur~ace à proteger est de l'ordre de 30 0,04 m , en tenant compte de la surface de la partie inférieure 3~
libre 19 du jet de coulee~ Le debit d'azote liquide sera donc, en prenant pour débit nominal 20 1/mn/m2, 20 x 0,04, soit 0,8 l/mn.
Bien entendu, l'invention ne saurait se limiter à l'exem-ple decrit, mais s'étend à toute variante de réalisation. Il en est ainsi, par exemple de la nature du gaz liquéfié~ dans la me-sure ou ce dernier ne présente pas des proprietes oxydantes à
l'egard du métal en fusion. C'est le cas de l'azote, mais égale-ment de l'argon, de l'hélium ou d'autres gaz inertes.
De même encore, l'application du procedé n'est nullement limitee ~ la coulee continuecentrifuge de l'acier mais s'etend à tout autre metal. Elle demeure neanmoins assujettie ~ la pre-sence d'un jet de coulee vertical car sinon la protection de ce dernier, tant par un manchon réfractaire que par une enveloppe de ga~ liquéfié, serait pratiquement irréalisableO A ce titre, le procédé selon l'invention se trouve particulièrement bien appro-prié à la Coulée Continue Centrifuge Electromagnétique. 3 ~

distribution of the distributor. The geometric shape of the cast jet does not matter, and the metal flow can then be regulated by any appropriate means of current practice, for example by a distaff plunging into the distributor and whose drum terminal pon more or less closes the outlet port formed in the bottom of the dispatcher.
The invention will be clearly understood and from other aspects t advantages will become more apparent from the description which follows given with reference to the drawing plates annexed to which.
- Figure 1 shows schematically the upper part of an electromagnetic centrifugal continuous casting installation tick of steel bars equipped with mo ~ ens to implement the process according to the invention, in accordance with a variant consisting both in a central supply of liquid nitrogen directed to the casting spray, - Figure 2 shows another variant of implementation work of the process according to the invention on the same type of installation casting lation as that of Figure 1, but consisting of lme peripheral feed ~ ue of liquid nitrogen, near im-mediate the walls of the mold.
Unless expressly indicated, the description will be in simultaneous reference to two figures with the same elements are designated by identical references.
We have designated in 1 a distributor containing a bath of molten steel and having a pouring hole 2 household across the bottom. The distributor feeds continuously, by a vertical and off-center casting jet 3, an ingot mold continuous casting cold 4, ~ the base of which is removed, also continuously, a bar 5 party ~ llement solidified.

According to well known technology, the ingot mold 4 is made up of killed by a double walled box ~ fitted internally with a tubular jacket 6 which defines, with the internal wall 7 in copper or copper alloy, an annular space 8 for the culation of cooling water. A watertight partition 9 sec adorns the mold in two superimposed chambers 10 and 11 presented each one an opening, respectively 12 and 13. The water of cooling enters through the opening 12 in the internal chamber 10, rises in the annular space 8, floods the char ~ re superior 11, from which it is ~ evacuated by the open-ture 13. As can be seen, the upper room 11 is occupied by an electroma ~ netic static inductor 14. This inductor consists of several coils with an inner magnetic core which are regularly distributed around the internal wall 7.
The inductor is connected in a known way to an electrical supply.

three-phase stick not shown in order to create a magnetic field uniform tick oriented perpendicular to the casting axis re ~
presented in 15, and turning around this axis with a speed angular ~ anointing of the ~ frequency of the electric current supplied both the coils.
On the other hand, a supply circuit 25 of decolza oil is provided for lubricating the internal wall 7 of the lingo-in contact with the cast product.
What has just been said is already part of the state of technical in the field considered, and we can find, if we more details, referring for example to Brevet ~ ran ~ ais n 2.315.344 - IRSID.
Under the action of the rotating magnetic field, the metal liquid 16 contained in the mold is rotated around of the casting axis in the direction of the field indicated by the arrow.

This results in the formation of a meniscus 16 of Eorme concave as shown in the figure.
As we can see, jet 3 is surrounded by a nozzle refractory 17, secured to the bottom of the distributor 1, centered on opening 2, and with an internal diameter slightly greater than that of this opening. Compared to the usual provisions them in the matter, this nozzle is distinguished neither by its form neither by its constitution. Its distinctive characteristic is-sentielle consists in that its lower extremity 18 opens above the free surface 16 of the metal in the mold ~ La par-lower tie 19 of the jet remained free ~ that is to say ~ below of the nozzle and having a length of a few centimeters (for example 5 cm), thus ~ ue the meniscus 16 ~ are covered a layer of liquid nitrogen 20 which protects them against re-oxidation by isolating them from contact with ambient air.
We will now describe the means used to introduce this liquid layer into an ingot mold. We re ~ listed 21, a container, for example a Dewar vase, in which liquid nitrogen 22, coming from a pressurized source 23, is brought by a pipe ~ 4. The liquefied gas ~ ié supplies, by the-intermediate of a discharge duct ~ 7, a device 28 of known type ~ called "phase separator", whose role is to separating the gas phase from the liquid phase of the liquefied gas.
This dispositi ~ is present under the asp ~ t of a tubular body of annular shape. It has on its upper part a series vents 30 for the escape of nitrogen gas, and on its part lower tie a series of nozzles calibrated 31 for discharge-continuous flow of liquefied nitrogen on the liquid metal.
In the case of a central supply, such as dry-marked on ~ igure 1, the phase separator 28 is available 3 ~ 7 ~ 7 around the end 18 of the nozzle, in the immediate vicinity of the casting jet. Its fixing is ensured by flanges of-spot 26 which make it integral with the bottom of the distributor. The nozzles 31 are directed towards the outlet end of the jet of the nozzle 17 and the liquid nitrogen, poured continuously, flows, by gravity, along the free part 19 of the jet, then spreads on the meniscus 16, propagating radially until it comes in contact with the inner wall 7 of the linyote. It is formed thus, on the meniscus, a layer of liquefied gas whose thickness sor is of the order of 1 to 3 cm depending on the nitrogen flow rate chosen. In this way, all the free surfaces of the molten metal are effectively protected against the oxidative action of the atmos-ph ~ re.
As part of a peripheral power supply, such as shown in Figure 2, the phase separator referenced 28 ' this time is fixed by shims 29 on the cover of the lin-gutter, and the nozzles 31 are oriented so as to discharge liquid nitrogen, at the periphery of the cast metal, in the vicinity immediate of the internal wall 7 of the mold. Liquefied gas then converges towards the center of the meniscus and the protection of the in ~ érieure part 19 of the jet is produced when the layer of liquefied gas is thick enough to immerse the tip 18 of the nozzle.
Each of the two variant embodiments, food central unit (fig. 1) or peripheral power supply (fig. 2), pre-feels its own peculiarities listed below.
- The central liquefied gas supply (fig. 1) allows puts to avoid the need to maintain on the meniscus a ~ ouche liquefied gas don t thickness at the place of the jet is at least equal to the height of the free part 19 of the jet, to ensure the - 10 - ~

protection of the latter. It therefore has the advantage of ability to operate with a thinner layer, for example example 2 cm, while keeping a free part 19 substan-tial, for example from 5 to 10 cm, if desired.
However, it requires the presence of the 28 phases above the metal cast in the mold, which can for reasons of space constitute some discomfort, in particular for the casting of small ~ ormats.
Such a solution therefore appears better suited to the product pouring ~ already large enough format, for example blooms.
- The peripheral power supply (fig. 2) requires, as we saw it, the presence on the meniscus of a layer of liquid nitrogen important, which requires more precautions, in particular safety, due to the risk of liquid gas overflow fi ~ out of the ingoti ~ re. It is nevertheless characterized by a minimum dimensions, independent of the format of the cast products, o ~ certain advantages, in particular with regard to the operator casting for which visual observation of the interior of the ingot mold is part of often useful routine operations and even essential for the proper execution of the casting speed setting for example).
This second solution appears; t therefore suitable for casting small format products, such as billets.
Anyway, ~ whatever the mode of feeding adopts ~ central or peripheral / it is advantageous, when there is has not, moreover, contrary indications, to op ~ x with a free part of the jet of height as reduced as possible, and this for at least two reasons: the first, already mentioned previously J resides in the fact that the jet at the exit of the nozzle being relatively disturbed, therefore not very homogeneous and profile not perfectly cylindrical, the risk of projection of metal in fusion by micro-explosions due to the imprisonment of the liquefied gas in the metal could crolter with the importance of the jet area to be protected. The second lies in the fact that, J
the smaller the portion of spray to be protected, the more this tection is easy and effective. Ultimately therefore, it would be sou haitable that the e ~ end of the cup is flush with the menis ~ ue. In practical, this is hardly possible due to the 10 inevitable fluctuations in the position of the meniscus on the top ingot mold. However, the amplitude of these movements verticals rarely exceed about 3 to 5 cm, so that a height of this order for the free part of the jet is suitable actually. Anyway, if the presence of a liquid envelope on the whole of the free part of the jet is desirable, it is not always essential O Indeed, by eva-poration of liquid nitrogen on the meniscus, it is established fa ~ on natural above the latter, and therefore around the free part of the casting jet, a protective atmosphere which 20 addresses to some extent any shortcomings in the liquid veloppe.
We will now give some indications concerning the recommended flow rates of ~ aæ li ~ uéfié to use.
Taking into account the casting temperature of the li-quide, the ~ uelle is close to 1550 C at the distributor, flow rates between 18 and 24 liters per minute and per m2 of surface to be protected, give good results.
In the case of the casting of circular bars of 20 cm in diameter for example, the ~ ace to protect is of the order of 30 0.04 m, taking into account the surface of the lower part 3 ~
free 19 of the pouring jet ~ The liquid nitrogen flow will therefore be, taking as nominal flow 20 1 / min / m2, 20 x 0.04, i.e. 0.8 l / min.
Of course, the invention cannot be limited to the example ple described, but extends to any variant. It is thus, for example of the nature of the liquefied gas ~ in the me-sour or the latter does not have oxidizing properties to with regard to molten metal. This is the case with nitrogen, but also-argon, helium or other inert gases.
Similarly, the application of the process is by no means limited ~ continuous centrifugal casting of steel but expands to any other metal. However, it remains subject to the first vertical spray because otherwise the protection of this last, both by a refractory sleeve and by an envelope ga ~ liquefied, would be practically impracticableO As such, the process according to the invention is particularly well suited to required for Electromagnetic Centrifugal Continuous Casting.

Claims

THE CLAIMS OF THE INVENTION, ABOUT WHICH
AN EXCLUSIVE RIGHT OF OWNERSHIP OR PRIVILEGE IS CLAIMED, ARE DEFINED AS FOLLOWS:

1. Electromagnetic centrifugal continuous casting process of molten metals, according to which the liquid metal is subjected, within the mold, by the action of a magnetic field rotating around the casting axis, the mold is fed in liquid metal by a vertical casting jet coming from a distributor, the pouring stream is confined in a sleeve refractory which is integral with the bottom of the distributor and which opens above the free surface of the metal in the mold and, the lower part of the jet projecting from the sleeve is covered, as well as the free surface of the metal in the mold, by a layer of non-oxidizing liquefied gas with respect to the flowing metal.

2. Method according to claim 1 characterized in that the lower part of the jet protruding from the sleeve has a length not exceeding approximately 5 cm.

3. Method according to claim 1 characterized in that the liquefied gas is poured onto the free surface of the metal in the ingot mold and in the immediate vicinity of the walls of the ingot mold.

4. Method according to claim 3 characterized in that is maintained on the free surface of the metal in the mold an layer of liquefied gas of thickness at least equal to the length from the lower part of the jet below the sleeve.

5. Method according to claim 1 characterized in that the liquefied gas is poured on the lower part of the jet of pouring below the refractory sleeve.

6. Electro-centrifugal continuous casting installation magnetic of molten metals characterized in that it is equipped with means for implementing a method according to claims 1, 2 or 3.

FETHERSTONHAUGH & CO.
OTTAWA, CANADA
PATENT AGENTS