EP0277889B1 - Procédé de réglage au niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale de produits de section quelconque - Google Patents

Procédé de réglage au niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale de produits de section quelconque Download PDF

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EP0277889B1
EP0277889B1 EP88420009A EP88420009A EP0277889B1 EP 0277889 B1 EP0277889 B1 EP 0277889B1 EP 88420009 A EP88420009 A EP 88420009A EP 88420009 A EP88420009 A EP 88420009A EP 0277889 B1 EP0277889 B1 EP 0277889B1
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metal
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Cegedur Pechiney Rhenalu SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • 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 invention relates to a method for adjusting the level of the line of contact of the free surface of the metal with the ingot mold in a vertical flow of products of any cross-section.
  • French Patent No. 2,570,340 which the Applicant holds, teaches a process for adjusting the level of the contact line of the free surface of the metal with the ingot mold, characterized by application to the liquid in solidification of a periodic magnetic field of variable intensity and direction substantially parallel to the axis of the mold, the intensity of which is adjusted according to the desired level.
  • This process makes it possible to obtain a cortical layer of practically zero thickness, a smooth skin and a fine grain without prior addition of a refining agent such as AT58 for example, and is very well suited in particular to products based on aluminum of circular section such as billets.
  • the value of the field applied to the metal is not, at a given instant, the same over the entire periphery of the metal but presents differences on one or more fractions of said periphery.
  • the invention also comprises an electrical circuit modular allowing to carry out the modifications of distance, the changes of position in height and the variations of shape of the profile.
  • This circuit is characterized in that it is formed by a modular set of elongated, removable elements, adaptable to the format of the cast product, electrically connected to each other, except at a place in the circuit where there is a discontinuity between and 'other of which are placed pads for connection to a current source.
  • these elements can be rectilinear or curved, of rectangular or square section, be placed in the same horizontal plane and their connections between them are such as they allow by placing them in different directions to form a contour similar to that of the poured product and by moving their ends relative to each other to obtain the proper distance.
  • these elements can have the configuration described above with the difference that they are placed in at least two horizontal planes.
  • the latter can be formed of elements of suitable profile and associated as above.
  • a cooling system can be provided, for example by giving the elements a hollow shape so as to be able to circulate within them a coolant. .
  • connection of the elements to each other can be obtained by any means known to those skilled in the art which makes it possible to make the circuit modular and extensible at will while maintaining a suitable electrical contact resistance between elements. It can be for example any connection system by screws and nuts placed at the ends of the elements which are provided with elongated openings and inside which the bodies of the screws can slide, or even any system of clamps, jacks, assemblies via shoulders, or open mortise and tenon.
  • FIG 1 there is a mold (1) of rectangular section and a circuit (2) consisting of two elongated elements (3) which rest on the ends of the elements (4) provided with shoulders.
  • the elements (4) can be moved along the arrows (5) so as to increase the circuit-mold distance on the short sides of the mold by means of bolt-nut systems (6) arranged in openings (7) of elongated shape. placed at the ends of the elements (3).
  • FIG. 3 it can be seen that the shoulder (10) produced on the element (4) is higher than in FIG. 2 so that the element (3) is located in a plane different from the element ( 4) to which it is connected by the bolt-nut system (6).
  • the element (4) has on the side of its profile facing the ingot mold a vertical part (11) upwards and an oblique part (12) downwards.
  • the short elements were equipped at their ends with shoulders and connected to the large bars as indicated in FIG. 2 so as to have a mold-long element distance equal to 20 mm and a mold-short element distance equal to 35 mm.
  • the ends of the elements placed at one of the vertices of the rectangle thus formed were equipped with electrical supply areas and isolated from each other.
  • the invention finds its application in obtaining cast products having a thin cortical layer, a fine grain and a regular skin.

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Description

  • L'invention est relative à un procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale de produits de section quelconque.
  • Lors de la fabrication de semi-produits métallurgiques par coulée de métaux ferreux ou légers comme l'aluminium et ses alliages, l'homme de l'art cherche à obtenir des lingots, des billettes, des plaques, etc... ayant la meilleure homogénéité physique et chimique possible, ceci afin d'éviter l'apparition de certains défauts lors de la transformation ultérieure de ces produits en feuilles, fils, etc...
  • Or, la plupart des procédé de coulée utilisés actuellement dans l'industrie donnent lieu, lors du passage du métal de l'état liquide à l'état solide, à la formation de défauts d'homogénéité plus ou moins importants, dus essentiellement à des conditions de refroidissement différentes d'un point à l'autre des produits coulés. C'est ainsi que dans la coulée en lingotière à passage vertical où le métal est successivement refroidi indirectement par l'intermédiare de la lingotière, puis directement par une lame d'eau, on constate la présence sur les semi-produits d'une couche externe dite "couche corticale primair". Cette couche dont la structure et la composition diffèrent de celles de la partie interne du semi-produit, résulte du refroidissement indirect du métal au contact de la lingotière.
  • Pour supprimer cette couche, on a donc cherché soit à éviter tout contact du métal avec la lingotière comme dans la coulée électromagnétique objet du brevet français 1 509 962, soit à limiter la hauteur de contact avec la lingotière.
  • Dans le cadre de cette limitation, le brevet français n° 2 570 340 dont la demanderesse est titulaire, enseigne un procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière caractérisé par l'application au liquide en cours de solidification d'un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière dont on adapte l'intensité en fonction du niveau souhaité.
  • Ce procédé permet d'obtenir une couche corti- cald d'épaisseur pratiquement nulle, une peau lisse et un grain fin sans ajout préalable d'un agent affinant tel que l'AT58 par exemple, et convient très bien notamment aux produits à base d'aluminium de section circulaire tels que les billettes.
  • Mais dans son application aux produits de section autre que circulaire et plus particulièrement aux plaques rectangulaires de grandes dimensions, on constate que le champ magnétique n'a pas le même effet sur toute la périphérie du produit et ce en se plaçant dans les mêmes conditions de coulée que les billettes, c'est-à-dire en donnant au circuit électrique créateur du champ un contour équidistant de celui de la lingotière, une forme identique et une même hauteur. Ainsi, cet effet est exacerbé sur les petits côtés du produit c'està-dire que ceux-ci ont tendance à se décoller de la paroi de la lingotière avant les grands côtés d'où un niveau de la ligne de contact plus bas en regard des petits côtés. Or, comme on l'a exposé dans le brevet français 2 570 304, l'épaisseur de la couche corticale des produits coulés est fonction de la position de ce niveau. Il en résulte donc que l'application de ce procédé à des produits de section quelconque conduit à une couche corticale d'épaisseur variable et par suite à un produit hétérogène.
  • C'est pour remédier à cette dissymétrie non seulement de l'épaisseur de la couche corticale mais aussi de la finesse de grain et de la régularité de la peau que la demanderesse a conçu un procédé qui, dans le cadre de son brevet cité plus haut, est caractérisé en ce que l'on module le champ appliqué sur au moins une fraction de la périphérie du métal.
  • Ainsi, à la différence du brevet précédent où à un instant donné le champ appliqué était le même sur toute la périphérie du métale et pouvait varier dans le temps dans son ensemble pour régler le niveau à la hauteur voulue, dans la présente invention, la valeur du champ appliqué au métal n'est pas, à un instant donnée, la même sur toute la périphérie du métal mais présente des différences sur une ou plusieurs fractions de ladite périphérie.
  • Cette modulation peut être obtenue, en particulier, de trois manières:
    • - par modification de la distance entre le circuit électrique et la lingotière sachant que cette distance doit être augmentée face à la fraction de périphérie dont on veut élever le niveau ou diminuée si l'on veut au contraire abaisser le niveau.
  • Dans le cas d'une lingotière de section rectangulaire, de préférence, on augmente la distance qui sépare le circuit des petits côtés de la lingotière et cette augmentation peut être de 1 à 2 fois la distance qui sépare le circuit des grands côtés, cette dernière distance étant celle qu'on s'est fixée comme base de fonctionnement durant la coulée.
    • - par changement de la position en hauteur du circuit par rapport à la lingotière, c'est-à-dire qu'une hauteur optimale ayant été déterminée, hauteur qui donne la ligne de contact avec la lingotière la plus basse, toutes choses égales par ailleurs, on déplace vers le haut ou vers le bas, la partie du circuit faisant face à la fraction de périphérie qu'on veut élever. ce déplacement est de préférence d'une hauteur au plus égale à la moitié de la hauteur propre du circuit. Dans le cas d'une lingotière de section rectangulaire, ce déplacement peut être limité à la partie du circuit faisant face aux petits côtés.
    • - par variation de la forme du profil du circuit et de préférence en se limitant au côté du profil placé en regard de la lingotière. Ce côté au lieu d'être rectiligne peut présenter une ou plusieurs courbes alter- natn ou non avec des parties droites ou uniquement des parties droites dont une partie est verticale et une autre inclinée. Cette inclinaison est de préférence inférieure ou égale à 45 degrés par rapport à la verticale et réalisée de manière à éloigner le côté de la lingotière.
  • Dans le cas d'une lingotière rectantulaire, on adopte, de préférence, la solution consistant à avoir un circuit dont le côté du profil faisant face à la lingotière est rectiligne et vertical en regard des grands côtés; en regard des petits côtés de la lingotière, le côté du profil est aussi rectiligne mais présente une partie verticale vers le haut et une partie inclinée vers le bas.
  • Mais on peut également utiliser un circuit dans lequel le côté du profil est vertical en regard des petits côtés de la lingotière alors qu'en regard des grands côtés, il présente une partie inclinée vers le haut et une partie verticale vers le bas.
  • Ces trois manières peuvent être utilisées séparément mais également en combinaison entre elles, ou avec d'autres moyens tel que celui consistant à augmenter la hauteur de la lingotière sur les petits côtés.
  • Il est évident que les bobines constituées par un fil de cuivre émaillé telles que celles décrites dans le brevet français no 2 570 304 se prêtent difficilement à la réalisation du procédé selon l'invention C'est pourquoi l'invention comporte également un circuit électrique modulable permettant de réaliser les modifications de distance, les changements de position en hauteur et les variations de forme du profil.
  • Ce circuit est caractérisé en ce qu'il est formé par un ensemble modulable d'éléments allongés, amovibles, adaptables au format du produit coulé, reliés électriquement entre eux, sauf en un endroit du circuit où se trouve disposée une discontinuité de part et d'autre de laquelle sont placées des plages de raccordement à une source de courant.
  • Dans le cas où ou veut seulement modifier la distance circuit-lingotière, ces éléments peuvent être rectilignes ou courbes, de section rectangulaire ou carrée, être placées dans un même plan horizontal et leurs liaisons entre eux sont tells qu'elless permettent en les plaçant dans des directions différentes de former un contour semblable à celui du produit coulé et par déplacement de leurs extrémités les unes par rapport aux autres d'obtenir la distance convenable.
  • Dans le cas où on veut seulement changer la position en hauteur du circuit, ces éléments peuvent avoir la configuration décrite ci-dessus avec la différence qu'ils sont placés dans au moins deux plans horizontaux.
  • Dans le cas où on veut faire varier la forme du profil du circuit, celui-ci peut être formé d'éléments de profil convenable et associés comme précédemment.
  • Suivant l'intensité du courant électrique qui circule dans ces éléments et de l'effet JOULE qui en résulte, on peut prévoir un système de refroidissement en donnant par exemple aux éléments une forme creuse de manière à pouvoir faire circuler en leur sein un liquide réfrigérant.
  • Le raccordement des éléments entre eux peut être obtenu par tout moyen connu de l'homme de l'art qui permette de rendre le circuit modulable et extensible à volonté tout en maintenant une résistance électrique de contact entre éléments convenable. Ce peut être par exemple tout système de raccordement par vis et écrous placé aux extrémités des éléments qui sont munies d'ouvertures de forme allongée et à l'intérieur desquelles peuvent coulisser les corps de vis, ou encore tout système de pinces, de verins, d'assemblages par l'intermédiaire d'épaulements, ou de mortaise ouverte et de tenon.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins ci-joints qui représentent:
    • . Figure 1, une vue en coupe horizontale d'un circuit contenant une lingotière de section rectangulaire et dans lequel on veut faire varier la distance circuit-lingotière.
    • . Figure 2, une vue en perspective du détail de raccordement entre deux éléments suivant 1.
    • . Figure 3, une vue en perspective du détail du raccordement entre deux éléments dans le cas où on veut changer la position en hauteur de certains éléments du circuit.
    • . Figure 4, une vue en perspective du détail du raccordement entre deux éléments dont on fait varier le profil d'un des éléments.
  • Sur la figure 1, on distingue une lingotière (1) de section rectangulaire et un circuit (2) constitué par deux éléments allongés (3) qui reposent sur les extrémités des éléments (4) munis d'épaulements. Les éléments (4) peuvent être déplacés suivant les flèches (5) de manière à augmenter la distance circuit-lingotière sur les petits côtés de la lingotière au moyen de systèmes boulon-écrou (6) disposés dans des ouvertures (7) de forme allongée placées aux extrémités des éléments (3).
  • Les extrémités en regard d'un élément (3) et d'un élément (4) sont isolées éléctriquement et munies de plages (8) de liaison à la source de courant.
  • Sur la figure 2, on voit une portion d'élément (4) munie d'un épaulement (9) sur lequel repose l'éxtré- mité d'un élément (3), l'un et l'autre étant raccordées au moyen d'un système boulon-écrou (6). L'épaulement est réalisé de manière que les éléments (3) et (4) de même section soient situés dans un même plan horizontal.
  • Sur la figure 3, on voit que l'épaulement (10) réalisé sur l'élément (4) est plus haut que sur la figure 2 de manière que l'élément (3) soit situé dans un plan différent de l'élément (4) auquel il est raccordé par le système boulon-écrou (6).
  • Sur la figure 4, l'élément (4) présente sur le côté de son profil faisant face à la lingotière une partie verticale (11) vers le haut et une partie oblique (12) vers le bas.
  • L'invention peut être illustré à l'aide de l'exemple d'application suivant :
    • Une lingotière rectangulaire de dimensions 1050 mm x 460 mm a été équipée d'un circuit selon l'invention comprenant 4 éléments en cuivre de section 2000 mm2 dont deux de longueur 1177 mm et les deux autres de longueur 634 mm.
  • Les éléments courts étaient équipés à leurs extrémités d'épaulements et raccordés aux grandes barres comme il est indiqué sur la figure 2 de manière à avoir une distance lingotière-élément long égale à 20 mm et une distance lingotière-élément court égale à 35 mm.
  • Les extrémités des éléments placés à l'un des sommets du rectangle ainsi formé étaient équipées de plages d'alimentation électrique et isolées l'une de l'autre.
  • On a coulé au moyen de cette lingotière une plaque en alliage d'aluminium du type 1050 suivant les normes de l'Aluminium Association alors que la tension aux bornes du circuit était de 5,28 Volts. Le produit obtenu était parfaitement homogène.
  • L'invention trouve son application dans l'obtention de produits coulés ayant une couche corticale de faible épaisseur, un grain fin et une peau régulière.

Claims (19)

1. Procédé de réglage du niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans un coulée verticale continue de produits de section quelconque dans lequel on applique au métal liquide en cours de solidification, au moyen d'un circuit électrique entourant la lingotière, un champ magnétique périodique d'intensité variable et de direction sensiblement parallèle à l'axe de la lingotière et on adapte l'intensité du champ en fonction du niveau souhaité, caractérisé en ce que l'on module le champ appliqué sur au moins une fraction de la périphérie du métal.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on modifie la distance circuit-lingotière sur au moins une fraction de la périphérie du métal.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on change la position en hauteur de circuit par rapport à la lingotière sur au moins une fraction de la périphérie du métal.
4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour moduler le champ, on fait varier la forme du profil du circuit sur au moins une fraction de la périphérie du métal.
5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on augmente la distance pour élever le niveau de la fraction considérée.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans une lingotière de section rectangulaire, l'augmentation s'effectue en regard des petits côtés.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'augmentation est comprise entre 1 et 2 fois la distance existant entre le circuit et les grands côtés.
8. Procédé selon la revendications 3 caractérisé en ce que le changement est d'une hauteur au plus égale à la moitié de la hauteur propre du circuit.
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que dans une lingotière de section rectangulaire, on change la position du circuit en regard des petits côtés.
10. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on fait varier la forme du profil sur le seul côté du profil en regard de la lingotière.
11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on fait varier l'inclinaison dudit côté sur au moins une partie de sa longueur
12. Procédé suivant la revendication 11 caractérisé en ce que l'inclinaison est inférieure ou égale à 45 degrés par rapport à la verticale.
13. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'inclinaison est faite de manière à éloigner le côté de la lingotière.
14. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que dans une lingotière rectangulaire, on limite l'inclinaison à la fraction de longueur située vers le bas du côté et en regard des petits côtés de la lingotière.
15. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que dans une lingotière rectangulaire, on limite l'inclinaison à la fraction de longueur située vers le haut du côté et en regard des grands côtés de la lingotière.
16. Circuit électrique applicable au procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est formé par un ensemble modulable d'éléments allongés, amovibles, adaptables au format du produit, reliés électriquement entre aux sauf en un endroit du circuit où se trouve disposée une discontinuité électrique de part et d'autre de laquelle sont placées des plages de raccordement à une source de courant.
17. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments ont des longueurs et/ou des sections de profils différents.
18. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments sont refroidis.
19. Circuit selon la revendication 16 caractérisé en ce que les éléments sont situés dans des plans différents.
EP88420009A 1987-01-15 1988-01-13 Procédé de réglage au niveau de la ligne de contact de la surface libre du métal avec la lingotière dans une coulée verticale de produits de section quelconque Expired - Lifetime EP0277889B1 (fr)

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FR8700815 1987-01-15

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AT (1) ATE55564T1 (fr)
AU (1) AU592247B2 (fr)
CA (1) CA1329978C (fr)
DE (1) DE3860451D1 (fr)
ES (1) ES2016678B3 (fr)
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