Procédé pour la coulée continue de barres, verges et fils. Les méthodes de coulée continue des mé taux se divisent en deux classes principales les procédés dans lesquels les surfaces mou lantes accompagnent le métal dans son trajet durant. la solidification et les procédés où le métal en cours de solidification glisse dans un moule stationnaire.
Les tôles ou les bandes qui sont relativement minces par rapport à leur largeur se coulent mieux dans des rou leaux cylindriques en rotation appartenant au premier groupe, tandis que les billettes, les barres ou les verges de section approximati vement carrée ou ronde sont plus faciles à produire dans des moules tubulaires du se cond groupe desquels le produit solidifié est extrait graduellement par la pesanteur ou par toute autre force extérieure.
Un caractère commun des deux groupes ci-dessus mentionnés, et qui se retrouve dans toutes les méthodes connues de coulée conti nue, consiste dans la solidification progressive de l'extérieur vers le centre du produit: Une pellicule solide est d'abord formée au contact des parois froides des rouleaux ou des moules, et l'on doit alors prendre grand soin d'éviter sa rupture jusqu'à ce qu'elle ait acquis une épaisseur suffisante pour résister à la pres sion hydrostatique du métal intérieur encore liquide. A ce moment, le produit peut. émer ger sans danger de la machine à. couler et être refroidi par des jets d'eau ou autrement.
La fragilité de la pellicule de métal soli difiée dès sa formation est une des principales difficultés de la coulée continue. En fait, la plupart des perfectionnements appor tés aux divers procédés ont cherché à renfor cer rapidement cette pellicule. Un refroidisse ment accéléré n'est pas très utile, parce qu'il favorise la contraction du produit et sa sépa ration du moule, créant par endroits un espace vide entre moule et pellicule. La pellicule cesse alors de se refroidir. Au contraire, elle se réchauffe rapidement par l'apport. de cha leur du métal liquide intérieur. Fréquemment, elle se fond ou se rompt, laissant le métal fondu couler librement dans l'espace entre moule et pellicule, avec formation de défauts superficiels tels que pailles et doublures.
On a cherché à éviter la r efusion de la pellicule, par l'emploi de divers matériaux clans la cons truction des moules, par l'introduction de lu brifiants tels que le graphite ou certaines huiles, destinés à remplir l'espace et à faciliter le refroidissement de la pellicule malgré son décollage, par la vibration des moules, etc. Ces méthodes ont eu quelques succès avec les métaux relativement fusibles, tels que l'alu minium, le laiton et le bronze, mais la coulée continue des aciers est demeurée essentielle ment impraticable.
A cause de l'extrême difficulté du pro blème de la pellicule, le procédé de la pré sente invention, lequel peut s'appliquer aussi à des matières fusibles autres que des métaux, opère sur un principe tout à fait différent; au lieu de former une pellicule et de protéger sa croissance, il s'oppose délibérément à une telle formation et détruit immédiatement toute trace de pellicule qui aurait tendance à apparaître.
Selon ce procédé, on maintient un bain de matière fondue, disposé entre des pa rois de refroidissement, en état permanent d'agitation par la chute dans ce bain d'un jet libre de ladite matière, de faon à mélanger la matière dès le début de son refroidissement et jusqu'à ce qu'elle ait été amenée à un état pâteux, et en ce que l'on oblige ladite matière à descendre pendant qu'on réduit substan tiellement sa section horizontale dans au moins deux directions transversales et à se refroidir progressivement jusqu'à ce qu'elle émerge d'une faon continue à l'état solide sous forme d'un produit de section constante.
Ainsi, au lieu de refroidir la matière en ré gime statique, en laissant la solidification pro gresser couche par couche vers le centre du produit, dans le procédé selon l'invention, on mélange la matière dès le début de son refroi dissement et jusqu'à l'amener au moins à un état pâteux. La matière passe ensuite en con dition forgeable. Ceci pourrait s'appeler un refroidissement dynamique . On men tionne souvent pour les métaius, comme con dition essentielle d'une bonne coulée continue, la nécessité d'alimenter le métal liquide par un versage exempt de toute turbulence.
Dans le procédé de l'invention, au contraire, il a été démontré expérimentalement qu'une agita tion constante du métal liquide est nécessaire et que le procédé échoue lorsque cette agitation cesse accidentellement. Heureusement, il est bien plus facile de maintenir une turbulence que de l'empêcher dans le cas qui nous occupe.
Avant de décrire le nouveau procédé en dé tail, on peut encore faire une autre distinc tion importante entre les méthodes usuelles de coulée continue et celle de la présente invention.
Dans les méthodes du second groupe, avec moules tubulaires stationnaires ou vibrants, la section transversale du produit demeure inva riable en dimension ou en forme durant toute la solidification. Ceci est d'accord, évidem- ment, avec la formation d'une pellicule qui doit demeurer intacte jusqu'à la fin. Dans les méthodes du premier groupe, qui emploient des rouleaux cylindriques pour former les tôles et les bandes, on cherche à obtenir la formation de deux pellicules, une sur chaque rouleau, et l'on cherche aussi à éviter leur rupture. Mais ces deux pellicules, par suite du mouvement relatif des cylindres se rap prochent l'une de l'autre jusqu'à atteindre une distance égale à l'épaisseur du produit fini.
Ceci s'obtient en chassant le métal liquide entre elles, vers le bain de métal fondu flot tant sur les rouleaux. En d'autres termes, les deux pellicules descendent avec les rouleaux et se joignent au centre du laminoir, soute nant un coin de métal liquide stationnaire entre elles. Cette méthode de coulée dépend essentiellement de la formation de deux pel licules qui ne peuvent être ni allongées, ni ré trécies, ni déformées dans aucune direction de leur propre surface, ainsi qu'il est démon tré par le fait que les cylindres changent une surface originellement cylindrique en une sur face plane pour chaque pellicule, par simple développement géométrique.
C'est aussi dé montré par la grande difficulté rencontrée dans cette méthode aux rebords des rouleaux qui limitent la largeur du produit. Les bords sont un point. critique dans cette méthode, parce que les pellicules transversales qui se forment à ces endroits doivent se replier ou se briser dans la descente, avec le danger ton jours présent du coulage. De nombreux moyens ont été essayés sans trop de succès pour assurer le contrôle de la solidification des bords de la tôle ou du feuillard.
Dans le procédé de l'invention, la section transversale du produit est, substantiellement réduite en dimension au moins depuis l'état pâteux jusqu'à l'état solide, dans au moins deux directions transversales croisées.
De plus, la section transversale est réduite dans une condition pâteuse homogène, tan dis que le métal devient de plus en plus vis queux et forgeable en descendant dans le la minoir, jusqu'à, ce qu'il émerge finalement sous celui-ci avec assez de consistance pour conserver sa forme finale.
Les préliminaires ci-dessus étaient indis pensables pour montrer clairement le principe fonctionnel employé dans le procédé de l'in vention. Les applications décrites sont limi tées aux formes de section transversale relati vement réduites, ayant une épaisseur compa rable à la largeur. Des barres, verges ou fils de section carrée, polygonale ou ronde de moins de 12 mm de dimension transversale sont typiques, avec une préférence pour du fil de J/.j de pouce (6,35 mm) de diamètre au maximum, qui n'est pas obtenable par coulée continue de l'acier selon les procédés connus.
Le procédé de l'invention peut être exécuté, par exemple, comme suit : Du métal liquide est versé sous la forme d'un jet continu ayant une hauteur libre minimum lui assurant une vitesse de chute suffisante. Ce jet frappe le centre d'un petit bain de même métal fondu, lequel est supporté par les rouleaux sphéri ques d'un laminoir clos ou complet, préférable- ment du modèle décrit dans le brevet suisse N 259520. Le débit de ce jet. est ajusté cons tamment pour compenser la. sortie du produit solidifié par le bas du laminoir, maintenant ainsi le bain liquide à un niveau constant.
Ou bien le jet est simplement ajusté par le choix approprié d'un orifice de coulée dans le four ou la poche contenant la réserve de métal liquide, tandis que l'ajustement du débit se fait par variation de la vitesse de rotation des rouleaux du laminoir.
Ledit laminoir complet comprime le pro duit concentriquement et au moins dans deux directions transversales croisées. Cet appareil comporte des surfaces moulantes sphériques et toroïdales qui s'enveloppent l'une l'autre étroitement et contribuent toutes au forgeage du produit à partir de l'état pâteux jusqu'à la forme définitive à l'état solide.
Physiquement parlant, les rouleaux enfer ment entre eux un volume limité latéralement de toutes parts, de section décroissante du haut vers le bas et laissant un passage infé rieur étroit de la forme et de la dimension du produit. désiré. Les surfaces limitant ce vo- lame forment donc un entonnoir, mais les pa rois de ce dernier sont toutes mobiles vers le bas à une vitesse uniforme, sans guides fixes ou coins de remplissage quelconques.
Les fi-. 1 à 4 des dessins annexés au pré sent mémoire montrent une disposition typi que d'un tel laminoir, dans laquelle quatre rouleaux identiques sont utilisés pour la pro duction d'un fil rond.
La fig. 1 est une section horizontale sui vant le plan désigné par la ligne II-II de la fig. 2.
La fig. 2 est une coupe verticale suivant le plan désigné par la ligne I-I de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont, à plus grande échelle, des coupes semblables à celle de la fig. 2. Dans cet exemple, qui n'est nullement limi tatif, le diamètre des rouleaux est de 220 mm et celui du fil de 5 mm. Chaque rouleau pos sède une surface sphérique convexe 2 conju guée à la surface sphérique' concave 3 du rouleau adjacent..
A la jonction des surfaces sphériques convexe et concave de chaque rou leau se trouve une gorge annulaire 4 de forme appropriée à la section transversale du pro duit (à peu près -Lui quart de cercle pour un fil rond). La vitesse moyenne de rotation des rouleaux est de 39 tours par minute, et la production est d'environ 30 cm de fil d'acier par seconde ou 18 ni par minute. Elle est d'ailleurs réglable dans de larges limites. Le métal est alimenté à partir d'un creuset, four ou poche de coulée 5 convenablement chauffé, par exemple au moyen d'une bobine à haute fréquence 6.
La coulée par le fond à travers une tuyère 7 est préférée à la coulée par le bec parce que le jet peut être ajusté rapide ment par un léger mouvement du bouchon réfractaire 8, tandis que l'ajustement du ver- sage par le bec implique des grands effets d'inertie et trop de pertes de chaleur par ra diation. Le métal dans le récipient 5 doit être complètement fondu, mais pas trop sur chauffé. On empêchera l'oxydation du métal liquide soit par un laitier, soit par une atmo sphère neutre ou réductrice. Un petit jet de gaz de ville convient pour les aciers au car bone, tandis que l'azote est préférable pour les aciers inoxydables au nickel-chrome.
Si on se sert de laitier et si la poche 5 est remplie pé riodiquement ou continuellement, il faut éli- miner l'excès de laitier par tut trou de cou lée supérieur 10.
La fig. 3 montre l'action favorable de la turbulence ou du remous dans le procédé. Le mouvement indiqué par les flèches 11 est clai rement visible en pratique: si on observe le bain entre les rouleaux, du métal pâteux sem ble émerger continuellement des rouleaux 1 et se concentrer sous le jet 12 en un tourbillon permanent. Ceci montre un mouvement ascen sionnel du métal contre les rouleaux, malgré leur mouvement de descente.
A un niveau inférieur dans le laminoir, cependant, le mé tal qui a acquis assez de consistance pour réa gir à la pression des rouleaux doit évidem ment accompagner ceux-ci vers le bas pour finalement sortir sous forme d'un fil sous l'appareil. Ce renversement de direction est montré par les flèches 13. On a essayé d'ali menter les rouleaux par un tube de guidage 14 en réfractaire chauffé, comme indiqué à la fig. 4. On cherchait ainsi à éviter le bain ou vert au-dessus des rouleaux et la nécessité d'ajuster le débit du jet ou la vitesse de la machine. Mais aucun fil ne put être obtenu de cette manière.
Par suite du manque d'agi tation,, une mince pellicule stationnaire 15 se for mait sur les rouleaux, laissant le métal liquide couler librement par l'orifice central du la minoir. Après quelques instants, la pellicule avait crû suffisamment pour boucher cet ori fice et tout écoulement s'arrêtait. Ceci prouve bien la nécessité de l'agitation du bain pour obtenir un refroidissement homogène par con vection bien plus que par conduction.
Le contact effectif entre les rouleaux et le métal chaud est de durée extrêmement courte, comparée à celle des autres méthodes de coulée continue. Dans le cas de la fig. 1, par .exemple, ce contact ne dure que '/e de seconde environ à chaque tour des rouleaux et pour tin point quelconque de leur surface active. Comme les rouleaux sont refroidis extérieurement par bain d'eau ou autrement, les contacts successifs avec le métal fondu n'ont pas d'effet thermique cumulatif, et ils restent pratiquement froids même avec l'acier fondu.
Après mouillage, chaque portion des rouleaux est séchée par un violent eotuant d'air avant de reprendre le contact du bain de métal liquide, afin d'éviter des explosions par vaporisation instantanée. On remédie ainsi à la désintégration des rouleaux constatée dans d'autres méthodes de coulée continue où les contacts sont de bien phis longue durée et les cycles thermiques bien phis sévères.
L'opération de coulée continue peut être manuelle ou automatique soit. selon la mé thode du jet variable et de la vitesse de rota tion constante, soit avec un jet. constant ou variant continûment à mesure que la poche de coulée se vide, et une vitesse de rotation variable. On peut encore, par l'une comme par l'autre de ces deux méthodes, maintenir un bain bas, moyen ou haut, selon le degré de surchauffe du métal. Si, par exemple, le fil sort trop froid (couleur trop sombre), l'opé rateur peut soit diminuer la hauteur du bain, soit accélérer la machine en augmentant le débit du jet. D'une manière comme de l'autre, il réduira ainsi la surface ou le temps de con tact, et, par suite, le refroidissement dans le laminoir.
Ces ajustements ont le mérite d'avoir un effet instantané, tandis que toute variation de la. température du jet serait né cessairement trop lente. Ils peuvent d'ailleurs être contrôlés automatiquement par des dis positifs pyrométriques ou photoélectriques connus.
L'emploi d'un laminoir du type décrit est indiqué, à titre d'exemple seulement, et n'est pas limitatif, d'autres appareils pouvant être -utilisés dans le même but.