Procédé et dispositif pour couler, avec un débit réglable, un métal fondu Le présent brevet a pour objet un procédé pour cou ler, avec un débit réglable, à travers un orifice, un métal fondu et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce pro cédé.
Le procédé actuellement utilisé pour couler, avec un débit réglable, à travers un orifice, un métal fondu con siste à laisser simplement écouler le métal fondu dans l'orifice et à régler le débit d'écoulement au moyen d'un dispositif d'obturation mécanique de l'orifice. Ce procédé présente l'avantage de sa simplicité mais il ne donne tou tefois par entière satisfaction du fait que les dispositifs employés pour sa mise en oeuvre présentent de nom breux inconvénients.
De tels dispositifs, par exemple les dispositifs qui sont employés dans les installations industrielles de coulée continue de l'acier pour faire couler l'acier des récipients intermédiaires dans les lingotières, comportent des buret tes de coulée en matériaux réfractaires, notamment en céramique à base de silicate de zirconium ou à base d'oxyde de zirconium, qui peuvent être obturées au moyen de bouchons constitués par le même matériau que la burette et manoeuvrés par des moyens mécani ques.<B>De</B> tels dispositifs présentent l'inconvénient de se corroder très rapidement, sous l'action du métal fondu, au cours de la coulée, et de devoir être échangés, prati quement après chaque coulée.
Cette corrosion progres sive et rapide complique, en outre, la régulation du débit d'écoulement de l'acier et elle provoque aussi la contami nation des lingots par des substances indésirables. Enfin, dans le cas où, pour une raison ou une autre, l'écoule ment doit être interrompu en cours de coulée, sa reprise est très difficile, tout au moins dans le cas où la poche ou le récipient intermédiaire contenant le métal n'est pas muni de moyens de chauffage, car elle nécessite généralement de refondre la partie du métal qui se trouve engagée dans l'orifice de coulée et qui se solidi- fie si l'interruption de l'écoulement est d'une certaine durée.
Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients. A cet effet, ce procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on refroidit les parois de l'orifice de façon à obtenir la solidification du métal à partir de la périphérie et que l'on chauffe la masse du métal traver sant l'orifice, de manière à obtenir le débit désiré.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient muni d'au moins un orifice de coulée, des moyens de refroidissement des parois de cet orifice et des moyens de chauffage de la masse du métal traversant l'orifice, au moins un de ces moyens de refroidissement et de chauffage étant réglable.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 représente, vue en coupe, l'ensemble du dis positif dans son application comme panier de coulée. La fig. 2 représente, en coupe et à plus grande échelle, la partie du panier de coulée où se trouve l'ori fice de coulée, conformément à une première forme d'exécution du dispositif.
La fig. 3 est une vue en coupe, selon le plan de coupe représenté par la ligne III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe, selon le même plan de coupe, que celui de la fig. 3, du. détail du dispositif représenté à la fig. 2, conformément à une variante.
La fig. 5 est une vue en coupe comparable à celle de la fig. 2, d'une seconde forme d'exécution du dispositif. Le panier de coulée représenté à la fig. 1 comporte une paroi 1 en un matériau réfractaire. Dans le fond du panier de coulée est ménagé l'orifice de coulée 2, repré senté à plus grande échelle à la fig. 2. L'orifice<B>repré-</B> senté aux fig. 1 et 2 a une section circulaire, sa partie supérieure est évasée en forme de tronc de cône.
Bien entendu, l'orifice de coulée peut avoir une section de toute autre forme. Les parois de cet orifice sont consti tuées, dans la partie circulaire représentée aux fig. 1 et 2, par une chemise de refroidissement 3 en un métal bon conducteur calorifique, par exemple le cuivre, dans lequel circule un fluide de refroidissement par exemple de l'eau. Cette chemise de refroidissement est entourée par un dispositif permettant de chauffer la masse du métal se trouvant engagée dans l'orifice de coulée sans que pour autant la partie au contact des parois de l'ori fice de coulée ne cessé d'être refroidie.
Dans la forme d'exécution du dispositif de coulée représentée à la fig. 2, le chauffage est effectué par induction, au moyen d'un tuyau 4 en un métal bon con ducteur, par exemple en cuivre, refroidi intérieurement par un courant d'eau froide, enroulé en plusieurs spires, concentriquement, autour de la chemise de refroidisse ment sans toucher celle-ci et relié aux bornes d'un géné rateur de courant à haute ou moyenne fréquence.
Comme on le voit aux fig. 3 et 4, la chemise de refroidissement 3 ne forme pas un anneau continu mais comporte une coupure dans toute sa longueur de ma nière à ne pas absorber une quantité notable d'énergie du dispositif de chauffage par induction. La chemise de refroidissement pourrait avantageusement être divisée en plusieurs sections isolées donc comporter plusieurs cou pures dans le sens de la génératrice ce qui diminuerait d'autant l'absorption d'énergie électrique.
Selon la variante représentée à la fig. -l, la chemise de refroidissement 3 forme des rainures sur sa paroi inté rieure qui accroissent la surface en contact avec le métal à l'intérieur de l'orifice. La paroi intérieure de la chemise de refroidissement sera avantageusement ru- gtïeuse etjou revëtué d'une couche favorisant l'adhé rence de la croûte de métal solidifiée ce qui permet, àussi bien de diminuer les risques de décollement de cette croûte que d'améliorer les échanges thermiques entre le métal à couler et la chemise de refroidissement.
' Dans la forme d'exécution du dispositif de coulée représentée à la fig. 5, le chauffage est effectué par effet Joule au moyen de deux anneaux conducteurs 6 se trou vant l'un à l'entrée et l'autre à la sortie de l'orifice de côulée,
'ces deux anneaux étant chacun relié à l'une des bornës d'une source de courant électrique continu ou alternatif et isolés de la chemise de refroidissement de sorte que le passage du courant entre les anneaux *ne se fait que par l'intermédiaire de la colonne de métal qui se trouve engagée dans l'orifice de coulée et qui est ainsi chauffée par effet Joule.
L'a capacité du rriôyen de refroidissement doit être telle-.que, pour une puissance de chauffage inférieure à une çértaine' limite, donc également en l'absence de chauffage;
tout le métal engagé dans l'orifice de coulée soit refroidi en dessous de sa température de solidifica. f'ron. La capacité du Moyen de chauffage doit être telle que, pour une puissance donnée, supérieure à la limite rïiëtitionnéé ci-dessus, au .moins une partie du métal soit mâintënûe à l'état fondu, dans la partie axiale de l'ori fice, en formant un conduit d'écoulement, la partie du métal au contact de la paroi de l'orifice étant solidifiée de manière à former une croûte 5 d'une certaine épais seur.
Le métal peut donc s'écouler sans qu'il en résulte une corrosion des parois de l'orifice de coulée. Quant à la valeur -maximale de la puissance de chauffage, elle peut être choisie de manière à correspondre atr diàm8- tie-maximutri que l'on désire conférer au conduit d'écou- leniént: dans le cas où l'on désire éliminer le risque de fondre accidentellement la paroi de l'orifice, donc la che mise de refroidissement. Toutefois, on peut aussi dispo ser d'une puissance de chauffage plus élevée afin d'aug menter la vitesse d'ouverture de l'orifice.
II convient, dans ce dernier cas, de disposer de moyens de contrôle du diamètre d'ouverture et de moyens pour diminuer rapidement la puissance de chauffage au moment où l'ouverture désirée est obtenue.
Le fonctionnement du dispositif décrit est le même dans les deux formes d'exécution représentées sur les fig. 2 et 5 : la partie de métal se trouvant au contact des parois de l'orifice, c'est-à-dire de la chemise de refroidis sement, est refroidie. On règle la capacité de refroidisse ment de manière que la partie du métal au contact de la paroi soit solidifiée et forme une croûte 5 d'une cer taine épaisseur entre la paroi et la partie centrale du métal 7 qui reste à l'état fondu.
En augmentant l'intensité du chauffage, ce que l'on peut obtenir en augmentant la puissance délivrée par le générateur de courant à haute fréquence ou l'intensité du courant passant dans la zone de métal envoyée dans l'orifice de coulée, on augmente le diamètre de la zone fondue et, par conséquent, le débit d'écoulement du métal.
Il est également possible d'opérer en maintenant constante l'intensité de chauffage et en faisant varier le refroidissement. Toutefois, étant donné que le chauffage est plus facile à régler que le refroidissement, on laissera de préférence le refroidissement constant et on fera varier le chauffage.
On peut effectuer, de cette dernière manière, un ré glage très rapide du début d'écoulement du métal à trà- vers l'orifice.
Par exemple, dans le cas où le métal en fusion à cou ler est l'acier et la chemise de refroidissement de l'ori fice de coulée est en cuivre, cet orifice ayant un diamè tre de 30 mm et une longueur refroidie de 10 mm, avec une capacité de refroidissement de 3,4 kW, ce qui cor respond à une évacuation de chaleur de 80 cal/cm s à travers la paroi de la chemise de refroidissement, on obtient en 0,6 sec, environ, une diminution de 3 à 2 cm' de la section fondue, cette diminution de section permet tant donc une réduction d'un tiers environ du débit d'écoulement du métal.
Dans les mêmes conditions, il faut 2,2 sec pour ré duire le débit de 75 % lorsque le diamètre de la partie fondue du métal passe de 2 à 1 cm.
Le dispositif et le procédé décrits peuvent être utili sés et mis en aeuvre pour couler d'autres métaux fondus que l'acier et ils peuvent être même adaptés à la coulée d'une substance fondue non conductrice en remplaçant les moyens de chauffages décrits plus haut par un dispo sitif de chauffage dit par effet capacitif , système bien connu en .soi. ..
Ainsi, le dispositif décrit. permet d'éviter le contact du métal fondu avec les parois de l'orifice de coulée et, par conséquent, de supprimer la corrosion de ces parois.
Le dispositif. de coulée décrit peut donc être utilisé pour un nombre pratiquement illimité d'opérations de coulée sans nécessiter de réparation ou d'échange: De ce fait, ce dispositif présente l'avantage de permettre de dis poser plusieurs orifices de coulée sur un seul et même récipient ce qui est particulièrement avantageux, par exemple dans le cas où l'on désire obtenir, par le pro= cédé de coulée continue, un lingot de grande section. Il est évident que la multiplication du nombre d'orifices dé coulée nécessite que le réglage de l'ouverture de chacun d'eux puisse se faire de façon absolument sûre.
Le dispositif de coulée présente aussi l'avantage de permettre l'obtention d'un jet de métal plein , c'est- à-dire de forme géométrique régulière et constante dans !e temps, correspondant à la forme de la section de l'ori fice de coulée ce qui est difficilement réalisable avec les dispositifs connus dans lesquels la présence d'une barre ou d'un obturateur au-dessus de l'orifice de coulée em pêche, surtout au voisinage de la position de fermeture de l'orifice, le remplissage complet de cet orifice par le liquide au cours de la coulée.
L'obtention d'un jet de métal plein est un gros avan tage notamment en ce qui concerne la sécurité des opé rateurs se trouvant au voisinage de la lingotière, dans le cas de la coulée continue de l'acier, car elle diminue les risques de projection de gouttes de métal en fusion.