CA1256669A - Procede de reglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du metal avec la lingotiere dans une coulee verticale - Google Patents
Procede de reglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du metal avec la lingotiere dans une coulee verticaleInfo
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Procédé de réglage du niveau de la ligne de con-tact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale. Elle consiste à appliquer au liquide en cours de solidification un champ magnétique périodique variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et à adapter l'intensité de ce champ en fonc-tion du niveau souhaité. Elle trouve son application dans la coulée de semi-produits métallurgiques, notamment en alumi-nium et ses alliages tels que les alliages au lithium et dans lesquels on veut obtenir à la fois une zone corticale d'épaisseur nulle, un grain fin sans ajout préalable d'agents d'affinage et une absence de picots.
Procédé de réglage du niveau de la ligne de con-tact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale. Elle consiste à appliquer au liquide en cours de solidification un champ magnétique périodique variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et à adapter l'intensité de ce champ en fonc-tion du niveau souhaité. Elle trouve son application dans la coulée de semi-produits métallurgiques, notamment en alumi-nium et ses alliages tels que les alliages au lithium et dans lesquels on veut obtenir à la fois une zone corticale d'épaisseur nulle, un grain fin sans ajout préalable d'agents d'affinage et une absence de picots.
Description
~:2SlEi6~
L,a présente invention concerne un procedé de réglage du niveau de la ligne de con-tact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale.
Lors de la fabrica-tion de semi-produits métallur-giques par coulee de métaux ferreux ou légers comme l'alumi-nium et ses alliages, l'homme de l'artcherche à ob-tenir des lingots, des billettes, des plaques, etc..~ ayant la meilleure homogénéité physique et chimique possible, ceci afin d'éviter l'apparition de certains défauts lors de la transformation ultérieure de ces produits en feuilles, Eils, etc...
Or, la plupart des procédés de coulée utilisés actuellement dans l'industrie donnent lieu, lors du passage du métal de l'état liquide à l'état solide, à la formation de défauts d'homogénéité plus ou moins importants, dûs essentiellement à des conditions de refroidissement différentes d'un point à l'autre des produits coulés. C'est ainsi que dans la coulée en lingotière à passage vertical où
le métal est successivement refroidi indirectement par l'in-termédiaire de la lingotière, puis directement par une lamed'eau, on constate la présence sur les semi-produits d'une couche externe dite "couche corticale primaire". Cette couche dont la structure et la composition diffèrent de celles de la partie interne du semi-produit, résulte du refroidissement indirect du métal au contact de la lingo-tière. Par ailleurs, d'autres hétérogénéités beaucoup moins prononcées, mais toutes aussi gênantes peuvent apparaitre, telles que les "picots" ou petites piqûres dues notamment à
une dispersion dans la masse métallique de la couche d'oxyde qui se forme à la surface du métal liquide en contact avec l'atmosphère.
Certes, l'homme de l'art n'est pas resté inactif devant ces problèmes et il a apporté un certain nombre de solutions plus ou moins satisfaisantes visant à supprimer ou "~:
. :
~25 EiEi6~1 tout au moins à diminuer l'import~nce de ces hé-térogénéités.
C'es-t ainsi que dans le brevet français 1 509 962, l'homme de l'ar-t a préconise l'utilisat:Lon de la coulée élec-tromagnétique, technique dans laquelle grâce au confinement du métal à l'aide de forces d'ori~ine électro-magnétique, on peut supprimer la lingotière et évi-ter ainsi l'apparition de la couche corticale puisqu'il n'y a plus de refroidissement indirect.
On arriv0 ainsi à améliorer l'homogénéité des semi-produits~
Toutefois, cette technique présente les inconvé-nients suivants:
- il faut équiper le métier de coulée avec une installation électrique relativement complexe et chère à
cause de la nécessité de disposer de courants de fréquence non industrielle (500 à 4000 Hz) pour créer un champ de confinement convenable, - le risque d'hétérogénéité par picots est accru en raison, d'une part de l'absence de lingotière et donc de l'augmentation de la surface de métal liquide susceptible d'être oxydé, d'autre part du phénomène de brassage de la masse liquide causé par le champ de confinement qui contribue fortement à la dislocation du film d'ox~de e-t à sa dispersion dans le métal, - il est souvent difficile de créer un confinement convenable lors du démarrage de la coulée électromagnétique, - la sécurité du personnel peut être mise en cause quand on coule l'aluminium et ses alliages car en cas de défaillance électrique, le métal liquide n'étant plus confiné se répand à l'extérieur de la lingotière et peut entrer en contact avec le fluide de refroisissement direct en provoquant une explosion.
D'autres solutions plus simples ont également été
proposées pour diminuer l'épaisseur de la couche corticale.
,~i, ~", ,, . . ~ ,~
~2S~E;6~
Par exemple, le breve-t francais 1 398 526 enseigne l'emploi d'une bande de EiberErax ( fiberfrax est une marque de commerce) collee sur la lingotière de fa~on à réduire la hau-teur de métal en contact avec la lingotière, e-t donc de réduire les effects dûs au refroidissement indirect.
Cependant, cette réduc-tion de hauteur ne peut être fixée une fois pour toutes, car elle dépend notamment de la vi-tesse de coulée. Aussi, quand ce paramètre varie, il faut soit changer de lingotière, soit tout au moins modifier la hauteur de la bande. Ce qui confère un manque de souplesse à une solution n'apportant en définitive qu'une suppression partielle des hétérogénéités.
Dans le brevet français 1 496 241, on supprime les inconvénients du refroidissement indirect en utilisant une lingotière en graphite non refroidie, mais on se heurte alors à des problèmes d'entretien et de changement fréquent de la lingotière dus à la fragilité de ce matériau.
Une autre solution consiste à mettre en oeuvre des lingotières à surface intérieure striée au moyen desquelles on réduit de plus de 30~ l'épaisseur de la couche corticale quand on coule de l'aluminium 1050 par exemple. Toutefois, outre l'usinage de ces lingotières qui en augmente sensiblement le prix, on retrouve les inconvénients dûs à
l'adaptation de la lingotière, et ici des stries, à chaque vitesse de coulee.
On conna~t encore la coulée en charge avec rehausse, dite "HOT TOP", mais elle a aussi l'inconvénient à
la fois de conduire à une solidification périodique du ménisque, cause de pe-tits replis à la surface des semi-produits et de s'accompagner de difficultés lors dudémarrage.
Enfin, plus récemment, le brevet français 2 417 357 a revendiqué un procédé dans lequel on fait varier la longueur axiale de la partie de la lingotière en contact 1:
., avec le métal llqu:ide en mettant en oeuvre une manchette glissant sur la pa:roi lnterieure de la lingotière. Un tel système à llincovén:ient lors cl'une solidification in-tempes-tive du mé-ta:L de conduire à une adhérence entre la lingotière et la manchette provoquant ainsi un arrachement des pièces en présence au moment où l.'on procède au mouvement de glissement.
C'est pourquoi, la demanderesse consciente des problèmes posés par ces techniques a, dans le but d'obtenir des semi-produits homogènes dans lesquels llépaisseur de la couche corticale est pratiquement nulle, le grain est affiné
et la peau est exempte de picots, cherché et mis au point un procédé qui présente par rapport à ceux de l'art antérieur, les avantages suivants:
- utilisation dlinstallations électriques moins compliquées que celles imposées par la coulée électromagné-tique, - passage aisé de la phase de démarrage de la coulée au régime de croisière, - adaptation facile à des variations de paramètres tels que la vitesse de coulée puisque le procédé ne nécessite aucune modification du matériel tel que le changement de lingotière, - application à n'importe quel type de lingotière classique, - absence de tout dispositif dans lequel on met des pièces en mouvement, - risques d'explosion par fuite de métal liquide moins grands qu'avec la coulée électromagnétique.
Pour parvenir à ce résultat, la demancleresse est partie des observations suivantes:
- d'une part, le démarrage de la coulée est d'autant plus facile que le niveau de métal dans la lingotière est haut. En effet, avec un niveau bas, le flotteur qui règle le niveau et l'alimen-ta-tion en métal de la lingot.ière se rapp.roche du :Eront de so:Lidifica-tion et ri.sque, pour des semi-produits de petites dimensions, d'être bloqué par une solidifi.cation intempestive du metal. et de ne plus pouvoir assurer sa fonction. De mêmes, le phénomène de cambrure qui se manifeste avec les semi-produits de grande largeur interdit également un démarrage en niveau bas, - d'autre part, en régime de croisière, il est préféra-ble de couler avec une hauteur de métal dans la l.ingotière la plus faible possible car on limite ainsi la hauteur de contact de métal avec la paroi de la lingotière et de ce fait on réduit l'épaisseur de la zone corticale qui, comme on l'a vue plus haut, est essentiellement due au refroidissement du métal par l'intermédiaire de la lingotière.
il failait donc, partant d'une lingotière classique avec ses contingences, c'est-à-dire tout en gardant dans la lingotière une hauteur de métal constante puisque fixée par la position du flotteur et suffisante pour ne pas gener le fonctionnement du flotteur, pouvoir limiter le plus possible la hauteur de contact du métal avec la surface de la lingotière ce qui revenait en somme à trouver un moyen de régler le niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal liquide avec la paroi de la lingotière.
Ce moyen consiste, selon l'invention, à appliquex au liquide en COUL'S de solidification un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et à adapter son intensité en fonction du niveau souhaité.
En e~fet, il a été constaté qu'en pla~ant autour de la lingotière une bobine circulaire constituée par un circuit électrique formé d'un ou de plusieurs enroulements, et en l'alimentant avec un courant alternatif de tension 6~
industrielle suffisante, on parvenait à modifier le profil du ménisque metallique et notamment à faire varier le niveau de cette l:igne de contact du métal avec la lingotière et ce d'autant plus que les varia-tions de la tension d'alimenta--tion et corréla-tivement de l'in-tensité du champ creé, etaient grandes.
Ainsi, en faisant croître l'intensité du champ, on pouvait abaisser le niveau et par suite dim.inuer la hauteur de la ~one contact métal-lingotière ou au contraire en la faisant décroitre, on pouvait élever ce niveau et par suite augmenter cette hauteur.
L'intérêt d'un tel procédé est donc de permettre de réduire à volonté la hauteur de contact métal-lingotière et par suite l'épaisseur de la couche corticale simplement avec une bobine alimentée par un courant de fréquence industrielle 50 ou 60 Hz en sachant que toute défaillance électrique n'aura pour répercussion que de faire varier la hauteur de métal dans la lingotière, c'est-à-dire que tout risque de fuite de métal liquide sera écarté ce qui n'est pas le cas dans la coulée électromagnétique.
De plus, la présence d'une lingotière, tout en limitant la possibilité d'oxydation du métal liquide au niveau du ménisque, empêche, par le contact qu'elle a avec le métal, tout déplacement du film d'oxyde vers la paroi latérale et donc tout risque de picot à la surface du semi-produit.
De plus, le champ appliqué au métal a également pour effet de créer des forces à llintérieur du liquide qui homogénéisent le refroidissement et tendent à provoquer un affinage du grain de coulée.
La bobine qui crée le champ magnétique a de préference une forme symétrique de celle de la lingotière, de sorte qu'elle crée un champ de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière. Elle est disposée le ,t, ~ ' ~
~25~6~
long de cet axe de manière que la ~one où le champ exerce une action maxlmurn se situe à un n:iveau de la lingotière compris entre la deml et le tiers de sa hauteur à par-tir de la base.
Un tel procédé permet, lors d'une opéra-tlon de coulée, d'effectuer un démarrage normal dans les meilleures conditions possibles, c'est-à-dire avsc une hauteur élevée de métal dans la lingotière. Pour cela, on fait décroître l'intensité du champ jusqu'à l'annuler éventuellement de manière à supprimer toute modification du niveau normal du métal. Par la suite, pour passer en régime de croisière, on fait croitre l'intensité du champ jusqu'à atteindre une hauteur minimum consuidant à une épaisseur minimale de la couche corticale. La valeur maximum du champ admissible est détectée facilement par apparition lorsqu'on la dépasse, de déformation de la surface du produit coulé.
Il suffit donc de déterminer cette valeur au cours du démarrage d'une coulée test et de la reconduire ensuite pour toutes les coulées du meme type.
Cette valeur correspond généralement au moment où
le niveau atteint par la ligne de contact correspond au niveau à laquelle se place la ligne d'intersection entre le front de solidification du au refroidissement indirec-t et le front de solidification dû au refroidissement direct en 2S coulée classique. La hauteur de contact se trouve alors pratiquement réduite à une ligne circulaire et la couche corticale inexistante.
Suivant le type d'alliage coulée, on sait qu'on sera amené à couler à des vitesses différentes. Le procédé
selon l'invention permet de modifier l'intensité du champ pour l'adapter aux variations de vitesse et de déterminer comme précédemment la valeur maximum de l'intensité
admissible pour chacune de ces vitesses.
L7invention sera mieux comprise à l'aide de la ,,. , ; ~
~.2S~
figure join-te qui represente en coupe verticale deux demi-lingot:ieres dont celle de gauche est utilisée suivant l'art antérieur et cel:Le de droite suivant le procédé de l'invention.
On distingue une busette d'alimentation l en métal liquide, un flotteur 2 de régulation de niveau, une lingotière 3 refroidie directement par un fluide 4 qui refroidit ensuite le métal 5 directement au point 6. La demi-lingotière de droite est équipée d'une bobine 7 qui est alimentée sous une tension alternative 8 afin de créer le champ magnétique de direction 9 et de provoquer llabaissement du niveau de la ligne de contact de la surface du métal avec la lingotière d'un point 10 dans la coulée de l'art antérieur au point 11 suivant l'invention, point qui est situé au niveau de l'intersection 12 du front de solidi-fication 13 résultant du refroidissement indirect et du front 14 résultant du refroidissement direct. On voit ainsi qu'on a réduit la hauteur de contact du métal avec la lingotière d'une hauteur h1 à une hauteur h2 extrêmement petite qulon peut assimiler au point 11.
L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants:
Dans une lingotière en aluminium de diamètre 320 mm, de hauteur 100 mm, on a coulé un alliage dlaluminium du type 2214 suivant les normes de l'Aluminum Association, à
la vitesse de 60 mm/minute. Le flotteur réglait le niveau de métal à mi-hauteur de la lingotière et le fluide de refroidissement entrait en contact avec la peau de la billette coulée à 1 cm environ en-dessous de la base de la lingotière.
Dans un premier essai, la coulée a été effectuée dans les conditions de l'art antérieur et un examen micro-graphique de différentes sections de la billette a montré
que la couche corticale avait une épaisseur moyenne de ~, ~5~
18 mm.
Une serie d'essai.s a éte ensuite réalisée au cours de Laquelle la lingotière a éte entourée par une bobine annulaire de d.iamè,tre intérleur 372 m~, exterieur 465 mm, de hauteur 48 mm, ~ormée par 120 tours de fil cle cuivre émaillé
de diamètre 3,35 mm et alimentée par un courant alternati~
de 50 HZ.
Chacun des essais a été mené sous une tens.ion électrique différente et on a mesuré les épaisseurs corticales ~noyennes correspondantes ainsi que la ta.ille des grains par la méthode des intersections.
Les résultats figurent dans le tableau ci-après:
en volts O50 100 150 130 _ _ __ Epaisseur lB 16 13 9 0 en ~m 500 ~ 300 1:0 On constate donc que l'application du procédé selon l'invention conduit à une réduction progressive de l'épaisseur de la couche corticale à mesure que l'on augmente la tension électrique aux bornes de la bobine dans des proportions telles que cette épaisseur devient nulle pour une tension de 180 volts.
Simultanément, la taille des grains diminue de telle sorte qu'à partir d'un métal qui présente des grains de 500 ~m en coulée classique, on ob-tient suivant l'invention des grains de 180 ~m en ~oyenne.
~ ~<
~2~i E;61~
Par aillellrs, on ne note la présence d'aucun picot.
La présente invention trouve son application dans la coulée de semi-produits metallurgiques notamment en aluminium et ses alliages tels que, S par exemple, les alliages au lithium et dans lesquels on veut obtenir à
la fois une zone corticale d'épaisseur pratiquement nulle, un grain fin sans ajout préalable d'agents d'affinage comme l~ATSB et une absence de picots.
, ~;:,;
L,a présente invention concerne un procedé de réglage du niveau de la ligne de con-tact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale.
Lors de la fabrica-tion de semi-produits métallur-giques par coulee de métaux ferreux ou légers comme l'alumi-nium et ses alliages, l'homme de l'artcherche à ob-tenir des lingots, des billettes, des plaques, etc..~ ayant la meilleure homogénéité physique et chimique possible, ceci afin d'éviter l'apparition de certains défauts lors de la transformation ultérieure de ces produits en feuilles, Eils, etc...
Or, la plupart des procédés de coulée utilisés actuellement dans l'industrie donnent lieu, lors du passage du métal de l'état liquide à l'état solide, à la formation de défauts d'homogénéité plus ou moins importants, dûs essentiellement à des conditions de refroidissement différentes d'un point à l'autre des produits coulés. C'est ainsi que dans la coulée en lingotière à passage vertical où
le métal est successivement refroidi indirectement par l'in-termédiaire de la lingotière, puis directement par une lamed'eau, on constate la présence sur les semi-produits d'une couche externe dite "couche corticale primaire". Cette couche dont la structure et la composition diffèrent de celles de la partie interne du semi-produit, résulte du refroidissement indirect du métal au contact de la lingo-tière. Par ailleurs, d'autres hétérogénéités beaucoup moins prononcées, mais toutes aussi gênantes peuvent apparaitre, telles que les "picots" ou petites piqûres dues notamment à
une dispersion dans la masse métallique de la couche d'oxyde qui se forme à la surface du métal liquide en contact avec l'atmosphère.
Certes, l'homme de l'art n'est pas resté inactif devant ces problèmes et il a apporté un certain nombre de solutions plus ou moins satisfaisantes visant à supprimer ou "~:
. :
~25 EiEi6~1 tout au moins à diminuer l'import~nce de ces hé-térogénéités.
C'es-t ainsi que dans le brevet français 1 509 962, l'homme de l'ar-t a préconise l'utilisat:Lon de la coulée élec-tromagnétique, technique dans laquelle grâce au confinement du métal à l'aide de forces d'ori~ine électro-magnétique, on peut supprimer la lingotière et évi-ter ainsi l'apparition de la couche corticale puisqu'il n'y a plus de refroidissement indirect.
On arriv0 ainsi à améliorer l'homogénéité des semi-produits~
Toutefois, cette technique présente les inconvé-nients suivants:
- il faut équiper le métier de coulée avec une installation électrique relativement complexe et chère à
cause de la nécessité de disposer de courants de fréquence non industrielle (500 à 4000 Hz) pour créer un champ de confinement convenable, - le risque d'hétérogénéité par picots est accru en raison, d'une part de l'absence de lingotière et donc de l'augmentation de la surface de métal liquide susceptible d'être oxydé, d'autre part du phénomène de brassage de la masse liquide causé par le champ de confinement qui contribue fortement à la dislocation du film d'ox~de e-t à sa dispersion dans le métal, - il est souvent difficile de créer un confinement convenable lors du démarrage de la coulée électromagnétique, - la sécurité du personnel peut être mise en cause quand on coule l'aluminium et ses alliages car en cas de défaillance électrique, le métal liquide n'étant plus confiné se répand à l'extérieur de la lingotière et peut entrer en contact avec le fluide de refroisissement direct en provoquant une explosion.
D'autres solutions plus simples ont également été
proposées pour diminuer l'épaisseur de la couche corticale.
,~i, ~", ,, . . ~ ,~
~2S~E;6~
Par exemple, le breve-t francais 1 398 526 enseigne l'emploi d'une bande de EiberErax ( fiberfrax est une marque de commerce) collee sur la lingotière de fa~on à réduire la hau-teur de métal en contact avec la lingotière, e-t donc de réduire les effects dûs au refroidissement indirect.
Cependant, cette réduc-tion de hauteur ne peut être fixée une fois pour toutes, car elle dépend notamment de la vi-tesse de coulée. Aussi, quand ce paramètre varie, il faut soit changer de lingotière, soit tout au moins modifier la hauteur de la bande. Ce qui confère un manque de souplesse à une solution n'apportant en définitive qu'une suppression partielle des hétérogénéités.
Dans le brevet français 1 496 241, on supprime les inconvénients du refroidissement indirect en utilisant une lingotière en graphite non refroidie, mais on se heurte alors à des problèmes d'entretien et de changement fréquent de la lingotière dus à la fragilité de ce matériau.
Une autre solution consiste à mettre en oeuvre des lingotières à surface intérieure striée au moyen desquelles on réduit de plus de 30~ l'épaisseur de la couche corticale quand on coule de l'aluminium 1050 par exemple. Toutefois, outre l'usinage de ces lingotières qui en augmente sensiblement le prix, on retrouve les inconvénients dûs à
l'adaptation de la lingotière, et ici des stries, à chaque vitesse de coulee.
On conna~t encore la coulée en charge avec rehausse, dite "HOT TOP", mais elle a aussi l'inconvénient à
la fois de conduire à une solidification périodique du ménisque, cause de pe-tits replis à la surface des semi-produits et de s'accompagner de difficultés lors dudémarrage.
Enfin, plus récemment, le brevet français 2 417 357 a revendiqué un procédé dans lequel on fait varier la longueur axiale de la partie de la lingotière en contact 1:
., avec le métal llqu:ide en mettant en oeuvre une manchette glissant sur la pa:roi lnterieure de la lingotière. Un tel système à llincovén:ient lors cl'une solidification in-tempes-tive du mé-ta:L de conduire à une adhérence entre la lingotière et la manchette provoquant ainsi un arrachement des pièces en présence au moment où l.'on procède au mouvement de glissement.
C'est pourquoi, la demanderesse consciente des problèmes posés par ces techniques a, dans le but d'obtenir des semi-produits homogènes dans lesquels llépaisseur de la couche corticale est pratiquement nulle, le grain est affiné
et la peau est exempte de picots, cherché et mis au point un procédé qui présente par rapport à ceux de l'art antérieur, les avantages suivants:
- utilisation dlinstallations électriques moins compliquées que celles imposées par la coulée électromagné-tique, - passage aisé de la phase de démarrage de la coulée au régime de croisière, - adaptation facile à des variations de paramètres tels que la vitesse de coulée puisque le procédé ne nécessite aucune modification du matériel tel que le changement de lingotière, - application à n'importe quel type de lingotière classique, - absence de tout dispositif dans lequel on met des pièces en mouvement, - risques d'explosion par fuite de métal liquide moins grands qu'avec la coulée électromagnétique.
Pour parvenir à ce résultat, la demancleresse est partie des observations suivantes:
- d'une part, le démarrage de la coulée est d'autant plus facile que le niveau de métal dans la lingotière est haut. En effet, avec un niveau bas, le flotteur qui règle le niveau et l'alimen-ta-tion en métal de la lingot.ière se rapp.roche du :Eront de so:Lidifica-tion et ri.sque, pour des semi-produits de petites dimensions, d'être bloqué par une solidifi.cation intempestive du metal. et de ne plus pouvoir assurer sa fonction. De mêmes, le phénomène de cambrure qui se manifeste avec les semi-produits de grande largeur interdit également un démarrage en niveau bas, - d'autre part, en régime de croisière, il est préféra-ble de couler avec une hauteur de métal dans la l.ingotière la plus faible possible car on limite ainsi la hauteur de contact de métal avec la paroi de la lingotière et de ce fait on réduit l'épaisseur de la zone corticale qui, comme on l'a vue plus haut, est essentiellement due au refroidissement du métal par l'intermédiaire de la lingotière.
il failait donc, partant d'une lingotière classique avec ses contingences, c'est-à-dire tout en gardant dans la lingotière une hauteur de métal constante puisque fixée par la position du flotteur et suffisante pour ne pas gener le fonctionnement du flotteur, pouvoir limiter le plus possible la hauteur de contact du métal avec la surface de la lingotière ce qui revenait en somme à trouver un moyen de régler le niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal liquide avec la paroi de la lingotière.
Ce moyen consiste, selon l'invention, à appliquex au liquide en COUL'S de solidification un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et à adapter son intensité en fonction du niveau souhaité.
En e~fet, il a été constaté qu'en pla~ant autour de la lingotière une bobine circulaire constituée par un circuit électrique formé d'un ou de plusieurs enroulements, et en l'alimentant avec un courant alternatif de tension 6~
industrielle suffisante, on parvenait à modifier le profil du ménisque metallique et notamment à faire varier le niveau de cette l:igne de contact du métal avec la lingotière et ce d'autant plus que les varia-tions de la tension d'alimenta--tion et corréla-tivement de l'in-tensité du champ creé, etaient grandes.
Ainsi, en faisant croître l'intensité du champ, on pouvait abaisser le niveau et par suite dim.inuer la hauteur de la ~one contact métal-lingotière ou au contraire en la faisant décroitre, on pouvait élever ce niveau et par suite augmenter cette hauteur.
L'intérêt d'un tel procédé est donc de permettre de réduire à volonté la hauteur de contact métal-lingotière et par suite l'épaisseur de la couche corticale simplement avec une bobine alimentée par un courant de fréquence industrielle 50 ou 60 Hz en sachant que toute défaillance électrique n'aura pour répercussion que de faire varier la hauteur de métal dans la lingotière, c'est-à-dire que tout risque de fuite de métal liquide sera écarté ce qui n'est pas le cas dans la coulée électromagnétique.
De plus, la présence d'une lingotière, tout en limitant la possibilité d'oxydation du métal liquide au niveau du ménisque, empêche, par le contact qu'elle a avec le métal, tout déplacement du film d'oxyde vers la paroi latérale et donc tout risque de picot à la surface du semi-produit.
De plus, le champ appliqué au métal a également pour effet de créer des forces à llintérieur du liquide qui homogénéisent le refroidissement et tendent à provoquer un affinage du grain de coulée.
La bobine qui crée le champ magnétique a de préference une forme symétrique de celle de la lingotière, de sorte qu'elle crée un champ de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière. Elle est disposée le ,t, ~ ' ~
~25~6~
long de cet axe de manière que la ~one où le champ exerce une action maxlmurn se situe à un n:iveau de la lingotière compris entre la deml et le tiers de sa hauteur à par-tir de la base.
Un tel procédé permet, lors d'une opéra-tlon de coulée, d'effectuer un démarrage normal dans les meilleures conditions possibles, c'est-à-dire avsc une hauteur élevée de métal dans la lingotière. Pour cela, on fait décroître l'intensité du champ jusqu'à l'annuler éventuellement de manière à supprimer toute modification du niveau normal du métal. Par la suite, pour passer en régime de croisière, on fait croitre l'intensité du champ jusqu'à atteindre une hauteur minimum consuidant à une épaisseur minimale de la couche corticale. La valeur maximum du champ admissible est détectée facilement par apparition lorsqu'on la dépasse, de déformation de la surface du produit coulé.
Il suffit donc de déterminer cette valeur au cours du démarrage d'une coulée test et de la reconduire ensuite pour toutes les coulées du meme type.
Cette valeur correspond généralement au moment où
le niveau atteint par la ligne de contact correspond au niveau à laquelle se place la ligne d'intersection entre le front de solidification du au refroidissement indirec-t et le front de solidification dû au refroidissement direct en 2S coulée classique. La hauteur de contact se trouve alors pratiquement réduite à une ligne circulaire et la couche corticale inexistante.
Suivant le type d'alliage coulée, on sait qu'on sera amené à couler à des vitesses différentes. Le procédé
selon l'invention permet de modifier l'intensité du champ pour l'adapter aux variations de vitesse et de déterminer comme précédemment la valeur maximum de l'intensité
admissible pour chacune de ces vitesses.
L7invention sera mieux comprise à l'aide de la ,,. , ; ~
~.2S~
figure join-te qui represente en coupe verticale deux demi-lingot:ieres dont celle de gauche est utilisée suivant l'art antérieur et cel:Le de droite suivant le procédé de l'invention.
On distingue une busette d'alimentation l en métal liquide, un flotteur 2 de régulation de niveau, une lingotière 3 refroidie directement par un fluide 4 qui refroidit ensuite le métal 5 directement au point 6. La demi-lingotière de droite est équipée d'une bobine 7 qui est alimentée sous une tension alternative 8 afin de créer le champ magnétique de direction 9 et de provoquer llabaissement du niveau de la ligne de contact de la surface du métal avec la lingotière d'un point 10 dans la coulée de l'art antérieur au point 11 suivant l'invention, point qui est situé au niveau de l'intersection 12 du front de solidi-fication 13 résultant du refroidissement indirect et du front 14 résultant du refroidissement direct. On voit ainsi qu'on a réduit la hauteur de contact du métal avec la lingotière d'une hauteur h1 à une hauteur h2 extrêmement petite qulon peut assimiler au point 11.
L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants:
Dans une lingotière en aluminium de diamètre 320 mm, de hauteur 100 mm, on a coulé un alliage dlaluminium du type 2214 suivant les normes de l'Aluminum Association, à
la vitesse de 60 mm/minute. Le flotteur réglait le niveau de métal à mi-hauteur de la lingotière et le fluide de refroidissement entrait en contact avec la peau de la billette coulée à 1 cm environ en-dessous de la base de la lingotière.
Dans un premier essai, la coulée a été effectuée dans les conditions de l'art antérieur et un examen micro-graphique de différentes sections de la billette a montré
que la couche corticale avait une épaisseur moyenne de ~, ~5~
18 mm.
Une serie d'essai.s a éte ensuite réalisée au cours de Laquelle la lingotière a éte entourée par une bobine annulaire de d.iamè,tre intérleur 372 m~, exterieur 465 mm, de hauteur 48 mm, ~ormée par 120 tours de fil cle cuivre émaillé
de diamètre 3,35 mm et alimentée par un courant alternati~
de 50 HZ.
Chacun des essais a été mené sous une tens.ion électrique différente et on a mesuré les épaisseurs corticales ~noyennes correspondantes ainsi que la ta.ille des grains par la méthode des intersections.
Les résultats figurent dans le tableau ci-après:
en volts O50 100 150 130 _ _ __ Epaisseur lB 16 13 9 0 en ~m 500 ~ 300 1:0 On constate donc que l'application du procédé selon l'invention conduit à une réduction progressive de l'épaisseur de la couche corticale à mesure que l'on augmente la tension électrique aux bornes de la bobine dans des proportions telles que cette épaisseur devient nulle pour une tension de 180 volts.
Simultanément, la taille des grains diminue de telle sorte qu'à partir d'un métal qui présente des grains de 500 ~m en coulée classique, on ob-tient suivant l'invention des grains de 180 ~m en ~oyenne.
~ ~<
~2~i E;61~
Par aillellrs, on ne note la présence d'aucun picot.
La présente invention trouve son application dans la coulée de semi-produits metallurgiques notamment en aluminium et ses alliages tels que, S par exemple, les alliages au lithium et dans lesquels on veut obtenir à
la fois une zone corticale d'épaisseur pratiquement nulle, un grain fin sans ajout préalable d'agents d'affinage comme l~ATSB et une absence de picots.
, ~;:,;
Claims (10)
1. Procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale continue, caractérisé en ce que l'on applique au liquide en cours de solidification un champ ma-gnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et que l'on adapte l'intensité du champ en fonction du niveau souhaite.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le champ a une fréquence industrielle.
en ce que le champ a une fréquence industrielle.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la zone où le champ exerce une action maximum se situe a un niveau de la lingotière compris entre la demi et le tiers de sa hauteur à partir de la base.
en ce que la zone où le champ exerce une action maximum se situe a un niveau de la lingotière compris entre la demi et le tiers de sa hauteur à partir de la base.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'on fait croître l'intensité pour abaisser le niveau.
en ce que l'on fait croître l'intensité pour abaisser le niveau.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que l'on fait décroître l'intensité pour augmenter le niveau.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que lors d'une opération de coulée, on fait décroître l'intensité du champ au moment du démarrage puis la fait croître progressivement jusqu'à une valeur maximum au-delà
de laquelle la surface du produit coulé commence à se déformer.
en ce que lors d'une opération de coulée, on fait décroître l'intensité du champ au moment du démarrage puis la fait croître progressivement jusqu'à une valeur maximum au-delà
de laquelle la surface du produit coulé commence à se déformer.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'on modifie l'intensité du champ quand la vitesse de coulée varie.
en ce que l'on modifie l'intensité du champ quand la vitesse de coulée varie.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que ledit champ magnétique est créé par une bobine qui a une forme symétrique de celle de la lingotière de sorte que cette bobine crée un champ magnétique de direction sen-siblement parallèle à l'axe de la lingotière.
en ce que ledit champ magnétique est créé par une bobine qui a une forme symétrique de celle de la lingotière de sorte que cette bobine crée un champ magnétique de direction sen-siblement parallèle à l'axe de la lingotière.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé
en ce que ladite bobine est disposée le long de l'axe de la lingotière de manière que la zone où le champ exerce une action maximum se situe à un niveau de la lingotière com-pris entre la demi et le tiers de sa hauteur à partir de la base.
en ce que ladite bobine est disposée le long de l'axe de la lingotière de manière que la zone où le champ exerce une action maximum se situe à un niveau de la lingotière com-pris entre la demi et le tiers de sa hauteur à partir de la base.
10. Procédé selon la revendication 1, 8 ou 9, dans lequel on fait décroître l'intensité du champ magnéti-que jusqu'à l'annuler de manière à supprimer toute modifi-cation du niveau normal du métal, et par la suite, pour passer en régime de croisière, ou fait croître l'intensité du champ jusqu'à atteindre une hauteur minimum conduisant à une épaisseur minimale de la couche corticale, la valeur maximum du champ admissible étant détectée par apparition lorsqu'on la dépasse, de déformation de la surface du produit coulé.
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