Procédé de coulée continue ou semi-continue de métaux et alliages Les appareils de coulée continue ou serai- continue des métaux et de leurs alliages com prennent, comme on le sait, une lingotière ou moule sans fond généralement de faible hau teur, refroidie par circulation d'un liquide.
De nombreux procédés ou dispositifs ont été proposés en vue de provoquer la solidifica tion et le refroidissement du lingot moulé au fur et à mesure de sa formation et de sa sortie de la lingotière, ce refroidissement devant se faire suivant une loi déterminée, afin d'obte nir un métal sain et de réaliser des cristallisa tions suivant des caractéristiques désirées (grosseurs des grains et orientation) en vue, soit de faciliter le travail ultérieur de transfor mation, soit d'obtenir un produit fini présen tant des propriétés mécaniques, physiques et chimiques particulières.
C'est ainsi que dans certains appareils an térieurs, la lingotière, fixe ou mobile, est per forée à sa partie inférieure de trous ou de fentes qui permettent au liquide de refroidisse ment qui a d'abord refroidi la lingotière d'agir ensuite directement sur la pièce coulée en cours de solidification.
Dans d'autres appareils, la lingotière est prolongée à sa partie inférieure par une cham bre dans laquelle le métal coulé est en contact avec le liquide de refroidissement.
Eventuellement, la lingotière peut compor ter une partie chauffée. On a aussi proposé d'agencer au-dessous de la lingotière une ou plusieurs rampes d7ar- rosage projetant sur la pièce solidifiée des jets de liquide convenablement orientés et réglés afin d'activer le refroidissement.
Dans le cas où il s'agit de couler des pro duits creux (des ébauches pour tubes, par exemple), la lingotière est complétée par un noyau refroidi projetant un liquide de refroi dissement à sa partie inférieure dans la cavité du lingot formé.
Toutefois, le but recherché d'obtenir du métal sain et de réaliser une cristallisation dé terminée n'est pas toujours atteint d'une façon satisfaisante avec les appareils déjà connus, faute de pouvoir contrôler l'intensité du refroi dissement provoqué soit par immersion, soit par application de petits jets liquides, et ceci en raison de certains phénomènes : on observe de la caléfaction entre le métal et le liquide ; il se forme des rejaillissements de liquide mal contrôlés aux points d'impact des jets de re froidissement;
le liquide ruisselle le long du lingot et apporte une action refroidissante en des régions<B>du</B> lingot qu'il n'y a pas lieu de refroidir davantage ; l'action du liquide de re froidissement qui ruisselle est difficilement ré glable car les mouvements de ce liquide et, par conséquent, sa température au contact du mé tal, sont mal connus.
Selon le procédé qui fait l'objet de la pré- sente invention, le lingot de métal sortant de la lingotière est refroidi en pulvérisant sur lui, à l'état de fines gouttes, un liquide de refroi dissement.
Dans un tel procédé, on peut éliminer au mieux les inconvénients des procédés antérieu rement connus si l'on pousse la pulvérisation à un point tel que les gouttes projetées sur le métal aient un diamètre assez petit pour que chaque goutte soit intégralement vaporisée, ce qui élimine ainsi la caléfaction et le ruisselle ment.
Comme le refroidissement est alors localisé aux zones du lingot qui reçoivent les fines gout tes de liquide pulvérisé, il est possible d'obte nir la loi de refroidissement désirée, fonction elle-même de la nature du métal ou de l'al liage et du but poursuivi, par la répartition du nombre, de la puissance et (ou) de l'orienta tion des organes de projection du liquide pul vérisé, ainsi que par le choix de la nature du liquide.
Dans le cas de la coulée de lingots creux, on peut également assurer, par le procédé selon l'invention, le refroidissement de la surface interne du lingot en projetant de fines gouttes de liquide pulvérisé sur cette surface, à partir du noyau dont la lingotière est alors munie.
Eventuellement, les rampes de pulvérisa tion peuvent être combinées avec des rampes d'arrosage pour terminer le refroidissement.
L'invention s'étend aussi à l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé, appareil caracté risé en ce qu'il comporte des rampes de pulvé risation d'un liquide de refroidissement et de projection des fines gouttes ainsi obtenues sur les zones appropriées du lingot.
Elle s'étend enfin aux métaux et alliages obtenus.
On doit noter que le terme lingot employé dans la présente description pour la commo dité du langage doit être interprété comme s'étendant à toutes les sortes de produits que l'on peut tirer d'une lingotière par coulée con tinue ou semi-continue, qu'il s'agisse de billet- tes à section circulaire ou carrée, de plaques, d'ébauches creuses, etc.
Le dessin annexé illustre le procédé et re- présente, à titre d'exemple, une forme d'exé cution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La fi-. 1 est une vue schématique en coupe verticale de la forme d'exécution d'une lingo- tière équipée d'organes de projection d'un liquide de refroidissement pulvérisé.
La fig. 2 représente, à plus grande échelle, un détail de la fig. 1.
Dans l'exemple représenté dans le dessin, la lingotière est du type comportant une che mise d'eau de refroidissement 2 qui entoure la paroi interne de la lingotière et qui est. close, de manière que l'eau contenue dans ladite che mise n'ait pas de contact direct avec le métal coulé. La lingotière est ouverte à sa partie supérieure pour la coulée du métal liquide. Elle est également ouverte à sa partie inférieure par laquelle sort d'une manière continue un lingot de métal 3, celui-ci étant entramé par des galets ou reposant à sa base sur un organe mobile non figuré qui est animé d'un mouve ment descendant.
Cet organe mobile peut com porter, par exemple, un pavé de métal sur le quel repose le lingot et un plateau supportant ledit pavé, ledit plateau coopérant avec des moyens mécaniques ou hydrauliques qui dé terminent et règlent son mouvement de descente.
A la sortie de la lingotière sont disposées des rampes 4 et respectivement 5 de pulvéri sation d'eau.
Dans l'exemple représenté, la pulvérisation des filets d'eau s'échappant par des orifices calibrés est obtenue par des jets d'air ou d'un autre gaz sous pression dirigés transversale ment aux filets d'eau de manière à briser ceux- ci et à les diviser en très fines gouttes, les ori fices d'air et d'eau étant orientés de telle sorte que les fines gouttes d'eau obtenues soient pro jetées sur les zones appropriées du lingot 3.
Dans le cas de la rampe 4, dont le détail est représenté à plus grande échelle à la fig. 2, il y a ainsi un tuyau d'air comprimé 6 placé entre deux tuyaux d'eau 7 et 8. Ces tuyaux sont assemblés au moyen d'une brasure 9 qui est ensuite usinée pour obtenir des surfaces nettes 10-1l dans lesquelles sont percés les trous de passage d'eau et d'air désignés respec tivement par 12 et 13. Les tuyaux d'eau 7 et 8 présentent ainsi chacun une série de trous 12 pour la sortie de l'eau et le tuyau d'air 6 présente deux séries de trous 13 placés respec tivement dans le voisinage des trous 12 et di rigés perpendiculairement à ceux-ci.
En gra duant d'une manière appropriée la pression de l'air du tuyau 6 par rapport à la pression de l'eau dans les tuyaux 7 et 8, on peut obtenir que les jets d'air sortant des trous 13 brisent en fines gouttelettes les filets d'eau sortant des trous 12 et entraînent les gouttes sensiblement dans la direction de ces jets d'air.
Ainsi, dans le dessin, la rampe 4 projette les fines gouttes d'eau suivant les nappes f et f1. La nappe f aboutit à la partie inférieure de la lingotière, tant sur le lingot qui sort de celle-ci que dans l'intervalle annulaire qui tend à se former, par suite du retrait du métal se refroidissant, entre le lingot et la paroi interne de la lingotière. La nappe f1 aboutit sûr le lin- got un peu plus bas. La rampe 5 est de cons titution analogue, mais ne comporte qu'un tuyau d'air 6 accouplé à un tuyau d'eau 7 et la nappe de gouttes f2 qu'elle produit intéresse une zone du lingot située un peu plus bas que les précédentes.
Naturellement, cette disposition n'est don née qu'à titre d'exemple et l'on conçoit que l'on peut faire varier la constitution, le nombre et la répartition des rampes ainsi que l'orien tation des trous et des nappes de pulvérisation selon la loi de refroidissement que l'on désire obtenir, cette loi pouvant être réalisée d'une façon beaucoup plus sûre que dans les dispo sitifs actuellement connus puisque, grâce à la projection de l'eau sous forme de fines goutte lettes, l'eau est transformée en vapeur, dans la zone même du lingot que touchent les gout tes, sans qu'il y ait ruissellement de liquide sur le lingot et transport de l'action de refroidisse ment dans des zones indésirables.
Le refroidissement est obtenu par soustrac tion au lingot de la chaleur nécessaire pour transformer l'eau en vapeur qui peut d'ailleurs, en certains cas, être sèche et non saturée, de sorte que le brouillard plus ou moins opaque qui règne habituellement autour du lingot est supprimé ou réduit, la visibilité du lingot étant meilleure et la surveillance des opérations plus facile.
Si le lingot 3 a la forme d'un corps de révolution, les rampes pourront elles-mêmes être un corps de révolution s'étendant autour de l'axe du lingot, la fig. 1 représentant alors une coupe méridienne. S'il s'agit de lingots n'ayant pas une forme de corps de révolution, la disposition des rampes pourra suivre les faces du lingot, par exemple être symétrique de part et d'autre du lingot si celui-ci est une plaque.
Au moyen de pulvérisation décrit compor tant des amenées d'air et d'eau par des tuyau teries distinctes, on pourra naturellement substituer tout autre moyen de pulvérisation connu. Le recours à un gaz comprimé pour pulvériser l'eau n'est pas indispensable et l'on pourra aussi obtenir la pulvérisation de l'eau en l'amenant sous une pression suffisamment élevée et la faisant sortir par de fins orifices.
Il est avantageux que l'eau soit assez pure pour éviter l'obturation des trous de pulvéri sation par des sédiments. Il conviendra donc dans bien des cas d'installer des appareils d'épuration de l'eau en amont des rampes de pulvérisation. Des vannes et des détendeurs peuvent aussi être adjoints à ces rampes pour régler les débits respectifs de liquide et d'air.
Un avantage du procédé décrit est que l'es pace vide annulaire qui se produit, par suite du retrait du métal, entre la lingotière et le produit moulé, à partir de l'instant où l'anneau de solidification se forme, peut rece voir les gouttes de liquide pulvérisé sans qu'il y ait de risque de remontée de liquide le long de la paroi de la lingotière.
On peut donc ajus ter à volonté, en vue du but à atteindre, et particulièrement dans le domaine des solidifi cations et refroidissements lents, l'intensité du refroidissement en fonction de la vitesse de sor tie du lingot, c'est-à-dire en fonction du temps qui s'écoule entre l'instant où le métal se dé colle de la lingotière et le moment où la vitesse de refroidissement est sans action sur les carac téristiques physiques ou chimiques du métal.
Il s'ensuit que la cristallisation obtenue peut être contrôlée à volonté et dans de larges li mites. De plus, l'envoi du liquide pulvérisé dans la zone où le métal se décolle de la lin- gotière évite ainsi une nouvelle fusion partielle de la croûte solide, donc les ressuages et les percées bien connus.
Continuous or semi-continuous casting process of metals and alloys Equipment for the continuous or semi-continuous casting of metals and their alloys comprise, as is known, an ingot mold or bottomless mold generally of low height, cooled by circulation. of a liquid.
Numerous methods or devices have been proposed with a view to causing the solidification and cooling of the molded ingot as it is formed and when it leaves the ingot mold, this cooling having to be done according to a determined law, in order to obtain a sound metal and carry out crystallizations according to the desired characteristics (grain sizes and orientation) with a view either to facilitating the subsequent processing work or to obtaining a finished product with mechanical, physical and particular chemicals.
Thus, in certain earlier devices, the mold, fixed or mobile, is drilled in its lower part with holes or slots which allow the cooling liquid which first cooled the mold to then act directly. on the casting during solidification.
In other devices, the mold is extended at its lower part by a chamber in which the cast metal is in contact with the cooling liquid.
Optionally, the mold may include a heated part. It has also been proposed to arrange below the ingot mold one or more watering ramps projecting on the solidified part jets of liquid suitably oriented and adjusted in order to activate cooling.
In the case of casting hollow products (blanks for tubes, for example), the mold is completed by a cooled core projecting a cooling liquid at its lower part into the cavity of the ingot formed.
However, the desired goal of obtaining healthy metal and of carrying out a definite crystallization is not always achieved satisfactorily with the devices already known, for lack of being able to control the intensity of the cooling caused either by immersion, either by the application of small liquid jets, and this because of certain phenomena: we observe calefaction between the metal and the liquid; poorly controlled spurts of liquid form at the points of impact of the cooling jets;
the liquid trickles along the ingot and brings a cooling action to regions <B> of the </B> ingot which do not need to be cooled further; the action of the cooling liquid which runs off is difficult to regulate because the movements of this liquid and, consequently, its temperature in contact with the metal, are not well known.
According to the process which is the subject of the present invention, the metal ingot emerging from the mold is cooled by spraying on it, in the form of fine drops, a cooling liquid.
In such a method, the drawbacks of the previously known methods can be best eliminated if the spraying is pushed to such a point that the drops projected onto the metal have a diameter small enough for each drop to be fully vaporized, which thus eliminates calefaction and runoff.
As the cooling is then localized to the areas of the ingot which receive the fine drops of sprayed liquid, it is possible to obtain the desired cooling law, itself a function of the nature of the metal or of the alloying and of the aim pursued, by the distribution of the number, the power and (or) the orientation of the spraying members of the pulverized liquid, as well as by the choice of the nature of the liquid.
In the case of the casting of hollow ingots, it is also possible, by the method according to the invention, to cool the internal surface of the ingot by projecting fine drops of liquid sprayed onto this surface, from the core including the ingot mold. is then provided.
Optionally, the spray booms can be combined with spray booms to complete the cooling.
The invention also extends to the apparatus for carrying out the method, apparatus characterized in that it comprises ramps for spraying a cooling liquid and for spraying the fine drops thus obtained on the zones. of the ingot.
Finally, it extends to the metals and alloys obtained.
It should be noted that the term ingot used in the present description for convenience of language should be interpreted as extending to all kinds of products which can be obtained from an ingot mold by continuous or semi-continuous casting, whether they are tickets with a circular or square cross-section, plates, hollow blanks, etc.
The accompanying drawing illustrates the method and shows, by way of example, one embodiment of the apparatus for carrying out the method.
The fi-. 1 is a schematic view in vertical section of the embodiment of a mold equipped with members for spraying a sprayed cooling liquid.
Fig. 2 shows, on a larger scale, a detail of FIG. 1.
In the example shown in the drawing, the mold is of the type comprising a cooling water plug 2 which surrounds the internal wall of the mold and which is. close, so that the water contained in said che setting does not have direct contact with the cast metal. The ingot mold is open at its upper part for pouring the liquid metal. It is also open at its lower part through which a metal ingot 3 emerges continuously, the latter being entrained by rollers or resting at its base on a movable member, not shown, which is driven by a downward movement. .
This movable member may comprise, for example, a metal block on which the ingot rests and a plate supporting said block, said plate cooperating with mechanical or hydraulic means which determine and regulate its downward movement.
At the outlet of the mold are arranged ramps 4 and 5 respectively for spraying water.
In the example shown, the spraying of the streams of water escaping through calibrated orifices is obtained by jets of air or another pressurized gas directed transversely to the streams of water so as to break them. ci and to divide them into very fine drops, the air and water ori fices being oriented so that the fine drops of water obtained are projected onto the appropriate areas of the ingot 3.
In the case of the ramp 4, the detail of which is shown on a larger scale in FIG. 2, there is thus a compressed air pipe 6 placed between two water pipes 7 and 8. These pipes are assembled by means of a solder 9 which is then machined to obtain clean surfaces 10-1l in which are the water and air passage holes designated by 12 and 13 respectively are drilled. The water pipes 7 and 8 thus each have a series of holes 12 for the water outlet and the air pipe 6 has two series of holes 13 placed respec tively in the vicinity of the holes 12 and di erected perpendicularly thereto.
By appropriately increasing the pressure of the air in pipe 6 relative to the pressure of the water in pipes 7 and 8, the jets of air coming out of the holes 13 can be made to break up into fine droplets. the streams of water emerging from the holes 12 and entrain the drops substantially in the direction of these air jets.
Thus, in the drawing, the ramp 4 projects the fine drops of water along the layers f and f1. The sheet f ends at the lower part of the mold, both on the ingot which comes out of it and in the annular gap which tends to form, as a result of the withdrawal of the cooling metal, between the ingot and the internal wall of the mold. The tablecloth f1 ends up at the linen a little lower. The ramp 5 is of similar construction, but only comprises an air pipe 6 coupled to a water pipe 7 and the layer of drops f2 which it produces concerns a zone of the ingot situated a little lower than the previous ones.
Naturally, this arrangement is given only by way of example and it is understood that it is possible to vary the constitution, the number and the distribution of the ramps as well as the orientation of the holes and the layers of spraying according to the cooling law that is desired to be obtained, this law being able to be achieved in a much safer way than in currently known devices since, thanks to the projection of water in the form of fine droplets, the The water is transformed into vapor, in the very area of the ingot that the drops touch, without any liquid running off the ingot and transporting the cooling action to undesirable areas.
The cooling is obtained by subtracting from the ingot the heat necessary to transform the water into steam which can, moreover, in certain cases be dry and unsaturated, so that the more or less opaque fog which usually reigns around the The ingot is eliminated or reduced, the visibility of the ingot being better and the monitoring of operations easier.
If the ingot 3 has the shape of a body of revolution, the ramps may themselves be a body of revolution extending around the axis of the ingot, FIG. 1 then representing a meridian cut. If these are ingots not having the shape of a body of revolution, the arrangement of the ramps may follow the faces of the ingot, for example be symmetrical on either side of the ingot if the latter is a plate.
By means of spraying described comprising both air and water inlets via separate pipes, it is of course possible to replace any other known spray means. The use of a compressed gas to spray the water is not essential and it is also possible to obtain the spraying of the water by bringing it under a sufficiently high pressure and making it exit through fine orifices.
It is advantageous if the water is pure enough to avoid blocking the spray holes with sediment. It will therefore be necessary in many cases to install water purification devices upstream of the spray booms. Valves and regulators can also be added to these ramps to adjust the respective flow rates of liquid and air.
An advantage of the described process is that the annular void space which occurs, as a result of the withdrawal of metal, between the mold and the molded product, from the moment when the solidification ring is formed, can receive the drops of sprayed liquid without there being any risk of liquid rising along the wall of the mold.
It is therefore possible to adjust at will, with a view to the goal to be achieved, and particularly in the field of slow solidifications and cooling, the intensity of the cooling as a function of the exit speed of the ingot, that is to say as a function of the time which elapses between the moment when the metal unsticks from the mold and the moment when the cooling rate has no effect on the physical or chemical characteristics of the metal.
It follows that the crystallization obtained can be controlled at will and within wide limits. In addition, sending the sprayed liquid to the zone where the metal comes off the liner thus avoids a new partial melting of the solid crust, and therefore the well-known bleeding and breakthroughs.