Procédé et appareil pour la coulée en continu de tiges métalliques Cette invention est relative à un procédé pour la coulée en continu de tiges métalliques.
Dans les procédés connus de coulée en continu de tiges métalliques 'd se produit, à mesure que le métal fondu se solidifie pour prendre la forme métallique don née par le moule, une contraction du métal qui l'écarte des parois du moule.
Cette séparation se remplit sub séquemment d'air et crée ainsi un espace isolé par l'air entre la forme métallique en cours de solidification et les parois refroidies du moule, ce qui retarde de manière appréciable le refroidissement et la solidification de la forme métallique.
Le procédé pour la coulée en continu de tiges métal liques qui fait l'objet de l'invention, dans lequel du métal fondu est envoyé à travers un moule, solidifié à l'inté rieur du moule, se contracte en s'écartant des parois du moule, et est retiré sous sa forme solidifiée,
est carac térisé en ce qu'on introduit un liquide thermiquement conducteur entre le moule et la tige à l'extrémité de sor tie du moule et le force à pénétrer dans la séparation entre ceux-ci dans une direction opposée à la direction de déplacement de la tige jusqu'au point de contact entre le métal et le moule de manière à augmenter l'échange de chaleur en travers du liquide thermiquement conduc teur et d'accélérer aussi la solidification de la tige.
L'invention comprend également un appareil de cou lée en continu pour la, mise en ceuvre du procédé ci- avant, comprenant un creuset de métal en fusion, un moule dans lequel le métal fondu s'écoule du creuset, des moyens de refroidissement à l'intérieur du moule pour refroidir le métal fondu et le solidifier, et des moyens pour retirer la tige de métal solidifié du moule,
caractérisé par des moyens d'alimentation pour intro duire un liquide thermiquement conducteur dans la sépa ration formée entre la forme métallique et les parois intérieures du moule par la contraction du métal, com- prenant au moins un tube d'alimentation de liquide ther- miquement conducteur menant à l'extrémité de sortie du moule et une source de liquide thermiquement con ducteur à laquelle le tube d'alimentation est relié,
ladite extrémité de sortie dudit tube d'alimentation et l'extré mité de sortie dudit moule étant disposées de manière à permettre d'introduire le liquide dans la séparation entre le moule et la forme métallique et de le forcer dans la séparation substantiellement jusqu'au point de contact entre la forme métallique et le moule pour rem plir substantiellement la séparation.
Une forme d'exécution donnée à titre d'exemple de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé est repré sentée au dessin, dans lequel La fig. 1 est une vue en élévation partie en coupe de l'appareil de coulée en continu, et la fig. 2 est une coupe à plus grande échelle du moule et des moyens d'alimentation en liquide thermiquement conducteur.
L'appareil de coulée en continu représenté au dessin comprend un creuset 10 qui est montré substantielle ment rempli de métal fondu 11. Le creuset est monté à l'intérieur d'un four de support 12 qui est construit avec une tôle métallique extérieure 13 et est revêtu d'un maté riau isolant de -la chaleur 14.
Une pluralité de brûleurs 15 s'étendent à travers les parois latérales du four 12 à intervalles espacés pour fournir au creuset la chaleur nécessaire pour maintenir le métal en fusion.
Au fond du creuset 10 est disposée une sortie de drainage 16. La sortie de drainage est revêtue de ciment réfractaire 17 et s'étend à travers le fond du creuset ainsi qu'à .travers le fond du four de support 12 jusque dans une zone de refroidissement 18.
La zone de refroidissement 18 est définie par un bloc de refroidissement en cuivre 19 qui est supporté sur une plaque 20, et la plaque à. son tour est supportée par une paire de boulons filetés 21 suspendus du fond du four de support 12. Le bloc de refroidissement pré sente une pluralité de passages pour de l'eau 22 formés à son intérieur de manière que l'on puisse faire circuler de l'eau froide à travers le bloc afin de le maintenir froid pendant tout le fonctionnement.
S'étendant du creuset et à travers la zone de refroi dissement se trouve un moule en graphite 23. Le moule est maintenu en place dans la sortie de drainage 16 par le ciment réfractaire 17 et la paroi extérieure 24 du moule qui est en position dans le bloc de refroidissement en relation d'échange de chaleur face contre face. La paroi intérieure 25 du moule est conformée pour donner la forme désirée au métal fondu, laquelle, dans l'exemple représenté, est une forme de tige cylindrique. La paroi intérieure est continue et lisse sur toute la longueur du moule le long de laquelle ont lieu la formation et la soli dification.
Une partie d'extrémité marginale 26 du moule en graphite s'étend vers le bas au-delà du bloc de refroi dissement 19 à l'extrémité de sortie de ce dernier. S'étendant radialement à travers les parois du moule en graphite à cette partie d'extrémité marginale de posi tions diamétralement opposées se trouvent une paire de tubes d'admission 27 et 28 à travers lesquels un liquide thermiquement conducteur tel que de l'huile de lard, de l'huile végétale, de l'huile minérale, un sel en fusion, un métal en fusion ou analogue est amené de réservoirs à liquide tels que le récipient 29.
Il y a lieu de noter qu'à l'endroit de la paroi inté rieure 25 du moule où les tubes 27 et 28 débouchent dans le moule, un épaulement annulaire 30 est formé en taillant une creusure radiale dans la paroi interne du moule.
En formant l'épaulement 30 en cet endroit, le liquide, à mesure qu'il est introduit dans le moule par les tubes d'admission peut être retenu au moins partielle ment et temporairement dans l'épaulement annulaire, et on a constaté que cette obstruction à l'écoulement du liquide hors du moule dans la direction de déplacement de la forme métallique fournit un excédent de liquide qui favorise l'effet de capillarité entre le liquide et la paroi interne 25 du moule.
Enfin, espacés de l'extrémité de sortie du moule en graphite se trouvent une série de rouleaux 31 entraînés de manière conventionnelle pour retirer la forme métal lique du moule.
Lors du fonctionnement. du métal en fusion est pério diquement versé dans le creuset 10 afin de maintenir une -réserve de métal de manière que l'appareil puisse fonctionner de façon continue. Le métal fondu s'écoule du creuset à travers la sortie de drainage au fond de celui-ci et s'écoule ensuite le long du moule en graphite 'dans- la zone de refroidissement.
Une fois dans la zone 'de refroidissement, la température de la plupart des métaux, tels que les alliages de laiton, est amenée à une température de 1000 à 13001, C, température à laquelle -a lieu la solidification. Une circulation à travers le bloc de refroidissement d'eau à une température d'environ 4 "à- 90r,
C a été trouvé suffisante pour provoquer cette soli- dification. Du moment que le refroidissement est provo qué- par la relation d'échange de chaleur entre le bloc de refroidissement et le -moule, c'est le métal en contact avec la paroi interne du moule qui se solidifie d'abord, et en se solidifiant il commence à se contracter en s'écar- lant de la paroi interne du moule en laissant une sépara tion 32 entre la paroi interne.
du moule<B>-</B>et la forme métallique semi-solidifiée, qui est--ici une tige 33. Lors que la forme métallique commence à se séparer de la paroi interne du moule, la forme métallique s'est solidi fiée le long de sa surface extérieure, mais intér4eÏre- ment la forme métallique peut encore être en fusion. Il est par conséquent essentiel de continuer le refroidisse ment au-delà de l'endroit où la séparation 32 s'est d'abord formée.
Un liquide thermiquement conducteur est introduit dans l'extrémité de sortie du moule en graphite à la tem pérature ambiante et se répartit par un effet de capilla rité entre les parois internes du moule et la paroi solidi fiée de la tige de métal en remplissant substantiellement la séparation jusqu'au point de contact 34 entre la forme métallique et la paroi interne du moule.
Une fois la sépa ration remplie, du liquide peut, le cas échéant, suivre la forme métallique hors du moule et là, suivant le liquide, il peut se vaporiser ou se décomposer, mais on a cons taté qu'aucune de ces contingences n'a d'effet sur la bonne conduction thermique qui s'effectue en travers de la séparation, et on réalise des augmentations substan tielles de la vitesse de coulée.
On a constaté qu'il suffi sait de continuer à introduire le liquide thermiquement conducteur à une très petite pression hydrostatique pour maintenir l'effet de capillarité du liquide à mesure de son introduction dans le moule et ainsi de maintenir la sépa ration substantiellement remplie de liquide pendant le fonctionnement continu.
Method and Apparatus for Continuous Casting of Metal Rods This invention relates to a method for the continuous casting of metal rods.
In known methods of continuous casting of metal rods, as the molten metal solidifies into the metal form given by the mold, a contraction of the metal which moves it away from the walls of the mold.
This separation is sub-sequently filled with air and thus creates an air-insulated space between the solidifying metal form and the cooled walls of the mold, which appreciably retards the cooling and solidification of the metal form.
The process for the continuous casting of metal rods which is the object of the invention, in which molten metal is sent through a mold, solidified inside the mold, contracts away from the walls. from the mold, and is removed in its solidified form,
is charac terized in that a thermally conductive liquid is introduced between the mold and the rod at the outlet end of the mold and forces it to enter the partition between them in a direction opposite to the direction of travel of the mold. the rod to the point of contact between the metal and the mold so as to increase the heat exchange through the thermally conductive liquid and also accelerate the solidification of the rod.
The invention also comprises a continuous casting apparatus for carrying out the above process, comprising a crucible of molten metal, a mold in which the molten metal flows from the crucible, cooling means to the interior of the mold to cool the molten metal and solidify it, and means for removing the solidified metal rod from the mold,
characterized by feed means for introducing a thermally conductive liquid into the separation formed between the metallic form and the interior walls of the mold by the contraction of the metal, comprising at least one thermally liquid feed tube conductor leading to the outlet end of the mold and a source of thermally conductive liquid to which the supply tube is connected,
said outlet end of said feed tube and outlet end of said mold being so arranged as to allow liquid to be introduced into the separation between the mold and the metal form and to force it into the separation substantially up to point of contact between the metal form and the mold to substantially fill the separation.
An embodiment given by way of example of the apparatus for carrying out the method is shown in the drawing, in which FIG. 1 is a partly sectional elevational view of the continuous casting apparatus, and FIG. 2 is a section on a larger scale of the mold and of the means for supplying thermally conductive liquid.
The continuous casting apparatus shown in the drawing comprises a crucible 10 which is shown substantially filled with molten metal 11. The crucible is mounted inside a support furnace 12 which is constructed with an outer sheet metal 13 and is covered with heat insulating material 14.
A plurality of burners 15 extend through the side walls of furnace 12 at spaced intervals to provide the crucible with the heat necessary to maintain the molten metal.
At the bottom of the crucible 10 is disposed a drainage outlet 16. The drainage outlet is lined with refractory cement 17 and extends through the bottom of the crucible as well as through the bottom of the support furnace 12 into an area. cooling 18.
The cooling zone 18 is defined by a copper cooling block 19 which is supported on a plate 20, and the plate. its tower is supported by a pair of threaded bolts 21 suspended from the bottom of the support furnace 12. The cooling block has a plurality of water passages 22 formed therein so that it can be circulated. cold water through the block to keep it cool throughout operation.
Extending from the crucible and through the cooling zone is a graphite mold 23. The mold is held in place in the drainage outlet 16 by the refractory cement 17 and the outer wall 24 of the mold which is in position. the cooling unit in a face-to-face heat exchange relationship. The inner wall 25 of the mold is shaped to give the desired shape to the molten metal, which in the example shown is a cylindrical rod shape. The inner wall is continuous and smooth over the entire length of the mold along which formation and solidification takes place.
A marginal end portion 26 of the graphite mold extends downward beyond the cooling block 19 at the outlet end of the latter. Extending radially through the walls of the graphite mold at this marginal end portion of diametrically opposed positions is a pair of inlet tubes 27 and 28 through which a thermally conductive liquid such as oil. bacon, vegetable oil, mineral oil, molten salt, molten metal or the like is supplied from liquid reservoirs such as vessel 29.
It should be noted that at the location of the interior wall 25 of the mold where the tubes 27 and 28 open into the mold, an annular shoulder 30 is formed by cutting a radial recess in the internal wall of the mold.
By forming the shoulder 30 at this location, the liquid, as it is introduced into the mold through the inlet tubes can be retained at least partially and temporarily in the annular shoulder, and it has been found that this obstructing the flow of liquid out of the mold in the direction of movement of the metal form provides excess liquid which promotes the capillary effect between the liquid and the inner wall of the mold.
Finally, spaced from the outlet end of the graphite mold are a series of rollers 31 driven in a conventional manner to remove the metal form from the mold.
During operation. molten metal is periodically poured into crucible 10 in order to maintain a reserve of metal so that the apparatus can operate continuously. The molten metal flows from the crucible through the drainage outlet at the bottom thereof and then flows along the graphite mold into the cooling zone.
Once in the cooling zone, the temperature of most metals, such as brass alloys, is brought to a temperature of 1000 to 13001 ° C, at which temperature solidification takes place. Circulation through the cooling block of water at a temperature of about 4 "to -90r,
C was found sufficient to cause this solidification. As long as the cooling is caused by the heat exchange relationship between the cooling block and the mold, it is the metal in contact with the inner wall of the mold that first solidifies, and then solidifies. solidifying, it begins to contract as it moves away from the internal wall of the mold leaving a separation 32 between the internal wall.
of the mold <B> - </B> and the semi-solidified metal form, which is - here a rod 33. As the metal form begins to separate from the inner wall of the mold, the metal form has solidified. bound along its outer surface, but internally the metallic form may still be molten. It is therefore essential to continue cooling beyond where the partition 32 first formed.
A thermally conductive liquid is introduced into the outlet end of the graphite mold at ambient temperature and is distributed by a capillary effect between the internal walls of the mold and the solidified wall of the metal rod, substantially filling the chamber. separation up to the point of contact 34 between the metal form and the internal wall of the mold.
Once the separation is filled, the liquid can, if necessary, follow the metallic form outside the mold and there, depending on the liquid, it can vaporize or decompose, but it has been noted that none of these contingencies is has an effect on the good thermal conduction which takes place across the separation, and substantial increases in the casting speed are achieved.
It has been found that it is sufficient to continue to introduce the thermally conductive liquid at a very small hydrostatic pressure to maintain the capillary effect of the liquid as it is introduced into the mold and thus to keep the separation substantially filled with liquid. during continuous operation.