EP0030910A1 - Busettes plongeantes utilisées en coulée continue électrorotative de métaux - Google Patents

Busettes plongeantes utilisées en coulée continue électrorotative de métaux Download PDF

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EP0030910A1 EP80630055A EP80630055A EP0030910A1 EP 0030910 A1 EP0030910 A1 EP 0030910A1 EP 80630055 A EP80630055 A EP 80630055A EP 80630055 A EP80630055 A EP 80630055A EP 0030910 A1 EP0030910 A1 EP 0030910A1
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D41/50—Pouring-nozzles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to plunging nozzles used in electrorotative continuous casting of liquid metals, in particular steel.
  • the rotation of the liquid metal has certain advantages compared to static casting, in particular that of bringing a favorable modification to the solidification structure by eliminating the basaltic zone in favor of a finer solidification structure.
  • the most rational way to carry out the stirring or the rotation of the metal not yet solidified, as well at the level of the ingot mold as in the zone of the secondary cooling, consists in putting the metal in movement by mechanical, pneumatic way or with l using an electromagnetic field.
  • the latter can be created by one or more inductors that are positioned around the mold or even below it, to generate fields of specific configurations.
  • the inclusions tend to collect in the area of the axis of the bar and to be sucked into the liquid metal under the effect of the vortex. creates. Jn thereby obtains a product having an axial zone with too high a concentration of inclusions.
  • the object of the invention therefore consisted in imagining and developing a device allowing the conduct of a continuous electrorotative casting with protection of the metal surface by slag, while avoiding the risks described which are linked to the vortex effect due when the metal rotates in the mold.
  • plunging nozzles which consist in particular of a central tube comprising an upper part in which the casting jet ends and a lower part which plunges into the liquid metal and which are characterized in that they include blades, radial with respect to the axis of the ingot mold, which blades press against the central tube and at least partially plunge under the surface of the liquid metal.
  • the idea which is the basis of the present invention consists in using a device which does not significantly hamper the actual rotation of the liquid metal continuously cast, while opposing a mechanical brake to the area which includes the surface of the metal on which a slag or protective slag floats.
  • This mechanical brake therefore acts in particular on the area of the metal-slag interface in the sense that it immobilizes the latter, which prevents the formation of a vortex due to the rotation of the liquid metal, and thereby eliminates the entrainment within the metal of non-metallic particles.
  • a nozzle which has 4 blades extending either towards the middle of the 4 walls of the ingot mold, or towards the 4 corners thereof.
  • the dimensions of the blades are chosen according to the arrangement of the nozzle in the mold so that the ends of the blades are close to the walls or corners of the mold, but do not touch them. It has been found advantageous to size the blades so that the length of the blade together (-2 blades + diameter of the nozzle tube) corresponds to 50 - 95% of the length, resp. of the width or even to the diagonal of the mold. It is understood that the length of the blades will be limited depending on the flowability of the metal, to avoid solidification of the latter in the area of the surface of the bath.
  • a first embodiment of the nozzles according to the invention provides blades in the form of a parallelepiped, while according to a second embodiment the blades may have fins which touch the central tube of the nozzle and which are directed towards the bottom. These fins help to slow down the rotation of the metal in the critical zone i.e. at the metal-slag interface as well as below said zone.
  • a third embodiment provides fins which have a helical shape directed upside down in the direction of the rotary movement which is printed on the liquid metal.
  • the nozzles can also be provided, according to a particularly advantageous embodiment, with a mechanical drive system which imparts to them a rotational movement in the opposite direction to that which is caused to be carried out with liquid metal. .
  • the nozzles according to the invention can on the one hand be in one piece. On the other hand it is possible to mount the blades individually on a ring that surrounds the central tube of a conventional nozzle. This second possibility brings a certain flexibility and savings since it allows the use of ordinary known nozzles.
  • FIG. 1 shows a view from above on a nozzle according to the invention
  • FIG. 2 shows a side section through the same nozzle
  • FIGS. 3 and 4 show side sections of nozzles which have blades with straight fins resp. helical.
  • FIG. 1 In fig. 1 is shown the section of an ingot mold (1 a) resp. (1 b) in which there is a nozzle according to the invention, which comprises a central pipe (2) and 4 blades (3).
  • the distance from the end of a blade facing a wall of the mold (1 a) can be less than the distance between the end of a blade and a corner of the mold (1 b) , due to the fact that there can be less eddy in the areas of the corners of the molds than in the areas along the middle parts of the walls.
  • Fig. 4 shows a nozzle having blades (3) with fins (5) of helical shape. This helical shape is usefully directed upside down in the direction of rotation (R) of the metal, so that the slag particles are pushed up during the rotation.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

En coulée continue rotative on risque que des inclusions soient entraînées dans le métal sous l'effet du vortex créé, surtout lorsqu'on essaie de protéger la surface de l'acier par des laitiers. Pour éviter ce risque, il est proposé des busettes plongeantes qui consistent en un tube central (2) comportant une partie supérieure dans laquelle aboutit le jet de coulée et une partie inférieure qui plonge dans le métal. Ces busettes comprennent des pales (3,4,5) radiales, par rapport à l'axe de la lingotière. Les pales s'appuient contre le tube central et plongent du moins partiellement sous la surface du métal. Les pales peuvent avoir la forme d'un parallélépipède ou d'ailettes hélicoïdales. Elles peuvent comporter un système d'entraînement de sens opposé à celui que l'on imprime au métal.

Description

  • La présente invention concerne des busettes plongeantes utilisées en coulée continue électrorotative de métaux liquides, en particulier de l'acier.
  • En coulée continue la mise en rotation du métal liquide présente des avantages certains par rapport à la coulée statique, notamment celui d'apporter une modification favorable à la structure de solidification en supprimant la zone basaltique au bénéfice d'une structure de solidification plus fine.
  • La manière la plus rationnelle pour exécuter le brassage ou la mise en rotation du métal non encore solidifié, tant au niveau de la lingotière que dans la zone du refroidissement secondaire, consiste à mettre le métal en mouvement par voie mécanique, pneumatique ou encore a l'aide d'un champ électromagnétique. Ce dernier peut être cree par un ou plusieurs inducteurs que l'on positionne autour de la lingotière ou encore en-dessous de celle-ci, pour engendrer des champs de configurations spécifiques.
  • Toutefois, surtout dans le cas de la mise en rotation autour de l'axe de coulée, les inclusions ont tendance à se rassembler dans la zone de l'axe de la barre et à être aspirées dans le métal liquide sous l'effet du vortex crée. Jn obtient de ce fait un produit présentant une zone axiele à concentration trop élevée en inclusions.
  • Le risque d'une telle pollution de l'acier coulé en continu et mis en rotation est d'autant plus élevé que l'on prévoit de protéger la surface de l'acier liquide par des laitiers de compositions choisies,p.ex. dans le cadre d'un traitement du métal par ajoutes de calmants et/ou d'éléments d'alliage.
  • Suivant la nuance du métal à couler et le traitement en lingotière éventuellement choisi il est connu d'introduire le métal en fusion en-dessous du niveau du bain dans la lingotière au moyen d'une busette dont l'orifice est immergé de sorte à réduire le risque d'entraînement de laitier par effet vortex au sein du métal qui existe lors du déversement du jet de coulée dans le centre de rotation. Or, l'effet vortex ne saurait être éliminé à l'aide des busettes connues qui consistent généralement en une espèce d'entonnoir:dont la partie inférieure plonge sous la surface de l'acier liquide. Etant donné que le métal tourne autour des parois immergées de la busette, l'effet vortex subsiste et l'on peut observer qu'il y a entraînement de particules de laitier au sein du métal.
  • Le but de l'invention consistait donc à imaginer et à développer un dispositif permettant la conduite d'une coulée continue électrorotative avec protection de la surface du métal par des laitiers, tout en évitant les risques décrits qui sont liés à l'effet vortex dû à la mise en rotation du métal dans la lingotière.
  • Ce but est pleinement atteint par des busettes plongeantes qui consistent notamment en un tube central comportant une partie supérieure dans laquelle aboutit le jet de coulée et une partie inférieure qui plonge dans le métal liquide et qui sont caractérisées en ce qu'elles comprennent des pales, radiales par rapport à l'axe de la lingotière, lesquelles pales s'appuient contre le tube central et plongent du moins partiellement sous la surface du métal liquide.
  • L'idée qui est à la base de la présente invention consiste à utiliser un dispositif qui ne gêne pas notablement la mise en rotation proprement dite du métal liquide coulé en continu, tout en opposant un frein mécanique à la zone qui comprend la surface du métal sur laquelle surnage une scorie ou des laitiers protecteurs. Ce frein mécanique agit donc en particulier sur la zone de l'interface métal-laitier dans ce sens qu'il immobilise ce dernier, ce qui empêche la formation d'un vortex dû à la rotation du métal liquide, et par là supprime l'entraînement au sein du métal de particules non-métalliques.
  • Suivant l'invention on peut prévoir une busette qui comporte 4 pales s'étendant soit vers les milieux des 4 parois de la lingotière, soit vers les 4 coins de celle-ci". Les dimensions des pales sont choisies selon la disposition de la busette dans la lingotière de manière à ce que les extrémités des pales se rapprochent sensiblement des parois resp. des coins de la lingotière, sans toutefois les toucher. Il s'est avéré avantageux de dimensionner les pales de manière à ce que la longueur de l'ensemble (-2 pales + diamètre du tube de la busette) corresponde à 50 - 95% de la longueur, resp. de la largeur ou encore à la diagonale de la lingotière. Il est bien entendu que l'on limitera la longueur des pales selon la coulabilité du métal, pour éviter une solidification de ce dernier en zône de la surface du bain.
  • Une première forme d'exécution des busettes suivant l'invention prévoit des pales en forme d'un parallélépipède, tandis que selon une deuxième forme d'exécution les pales peuvent présenter des ailettes qui attouchent le tube central de la busette et qui sont dirigées vers le bas. Ces ailettes contribuent à freiner la rotation du métal en zone critique c.à.d. à l'interface métal-laitier ainsi qu'en dessous de ladite zone. Une troisième forme d'exécution prévoit des ailettes qui présentent une forme hélicoïdale dirigée à l'envers du sens du mouvement rotatoire que l'on imprime au métal liquide.
  • Dans cet ordre d'idées on peut également doter les busettes suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse, d'un système mécanique d'entraînement qui leur imprime un mouvement de rotation de sens opposé à celui que l'on fait exécuter au métal liquide.
  • Les busettes suivant l'invention peuvent d'une part être d'une seule pièce. D'un autre côté il est possible de monter les pales individuellement sur un anneau qui entoure le tube central d'une busette conventionnelle. Cette deuxième possibilité apporte une certaine flexibilité et des économies étant donné qu'elle permet l'utilisation de busettes ordinaires connues.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront de la description des dessins où la fig. 1 montre une vue d'en haut sur une busette suivant l'invention, la fig. 2 représente une coupe latérale à travers la même busette, tandis que les fig. 3 et 4 montrent des coupes latérales de busettes qui comportent des pales présentant des ailettes droites resp. hélicoïdales.
  • En fig. 1 il est représenté la section d'une lingotière (1 a) resp. (1 b) dans laquelle se trouve une busette suivant l'invention, qui comporte un tuyau central (2) et 4 pales (3). On remarque que la distance de l'extrémité d'une pale faisant face à une paroi de la lingotière (1 a) peut être plus petite que la distance entre l'extrémité d'une pale et un coin de la lingotière (1 b), en raison du fait que l'on peut prévoir moins de remous dans les zones des coins des lingotières que dans les zones longeant les parties médianes des parois. On est donc libre de prévoir les mêmes busettes disposées soit en croix, suivant (1 a), soit en diagonale suivant (1 b), à l'intérieur d'une lingotière de coulée continue.
  • En fig. 2 on reconnaît les pales (3) en coupe latérale et la fig. 3 montre des pales (3) comportant des ailettes (4). On se rend facilement compte du rôle que jouent ces ailettes (4) dans le freinage de la rotation du métal situé immédiatement en dessous de l'interface métal-laitier (I). Ce freinage réduit donc la propension à l'entraînement de particules de laitier au sein du métal.
  • La fig. 4 montre une busette présentant des pales (3) à ailettes (5) de forme hélicoïdale. Cette forme hélicoïdale est utilement dirigée a l'envers du sens de la rotation (R) du métal, si bien que les particules de laitier sont refoulées vers le haut au cours de la rotation.
  • Il est évident que rien n'empêche dans le présent contexte de prévoir des busettes dont la partie terminale du tube, submergée, présente une courbure dans le sens de la rotation, afin d'accentuer celle-ci, grâce à la force dynamique du jet de coulée. Bien qu'une telle courbure augmente la propension à la formation d'un vortex à la surface du métal mis en rotation, les busettes dotées suivant l'invention de pales droites, à ailettes droites ou hélicoïdales et le cas échéant d'un système mécanique d'entraînement rotatif, sont parfaitement capables d'agir de manière effective à l'encontre de cette perturbation.

Claims (10)

1) Busettes plongeantes utilisées en coulée continue électrorotative de métaux liquides, en particulier de l'acier, qui consistent notamment en un tube central comportant une partie inférieure dans laquelle aboutit le jet de coulée et une partie inférieure qui plonge dans le métal liquide et qui sont caractérisées en ce qu'elles comprennent des pales, radiales par rapport à l'axe de la lingotière, lesquelles pales s'appuient contre le tube central et plongent du moins partiellement sous la surface du métal liquide.
2) Busettes suivant la revendication 1, caractérisées en ce que quatre pales s'étendent vers les milieux des parois de la lingotière.
3) Busettes suivant la revendication 1, caractérisées en ce que quatre pales s'étendent vers les coins de la lingotière. ,
4) Busettes suivant les revendications 1-3, caractérisées en ce que la longueur de l'ensemble constitué par les longueurs de deux pales et le diamètre du tube central de la busette, correspond à 50-95% de la diagonale resp. du diamètre de la lingotière.
5) Busettes suivant les revendications 1-4, caractérisées en ce que les pales présentent la forme d'un parallélépipède.
6) Busettes suivant les revendications 1-5, caractérisées en ce que les pales présentent des ailettes qui s'appuient contre le tube central et qui sont dirigées vers le bas.
7) Busettes suivant les revendications 1-6, caractérisées en ce que les ailettes présentent une forme hélicoidale dirigée à l'envers du sens de la rotation du métal liquide.
8) Busettes suivant les revendications 1 - 7, caractérisées en ce qu'elles comportent un système mécanique d'entraînement qui leur imprime un mouvement de rotation de sens opposé à celui que l'on fait exécuter au métal liquide.
9) Busettes suivant les revendications 1 - 8, caractérisées en ce qu'elles sont constituées en une pièce uniforme.
10) Busettes suivant les revendications 1 - 8, caractérisées en ce que les pales sont montées individuellement sur un anneau qui entoure le tube central d'une busette conventionnelle.
EP80630055A 1979-12-17 1980-11-26 Busettes plongeantes utilisées en coulée continue électrorotative de métaux Expired EP0030910B1 (fr)

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