EP0455619B1 - Dispositif pour la coulée d'un métal et procédé d'utilisation - Google Patents

Dispositif pour la coulée d'un métal et procédé d'utilisation Download PDF

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EP0455619B1
EP0455619B1 EP91870068A EP91870068A EP0455619B1 EP 0455619 B1 EP0455619 B1 EP 0455619B1 EP 91870068 A EP91870068 A EP 91870068A EP 91870068 A EP91870068 A EP 91870068A EP 0455619 B1 EP0455619 B1 EP 0455619B1
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EP
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distribution element
casting
vertical
metal
elastic systems
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Stéphan Wilmotte
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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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
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/112—Treating the molten metal by accelerated cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/60—Pouring-nozzles with heating or cooling means

Definitions

  • the present invention relates to a device for casting a metal, in particular steel in a continuous casting installation. It also relates to a method of using such a device.
  • the device of the invention finds a particularly advantageous application in the so-called "low overheating" casting technique. It may be recalled that, in the field of casting a metal, overheating is the difference existing between the effective temperature of the metal and its temperature at the start of solidification or liquidus temperature.
  • a casting device comprising an ingot mold preceded by a vertical duct cooled externally and provided, inside, with a metal distribution member.
  • This device makes it possible to completely or partially eliminate the overheating of the metal, and even to lead to a "negative overheating", that is to say to a beginning of solidification of the metal and to a casting in the pasty phase.
  • the vertical duct can be provided with a lower tubular extension, also vertical, which plunges into the mold itself. This device does not allow adjustment of the metal casting rate.
  • the main object of the present invention is a device of the aforementioned type, in which simple and effective means are provided for ensuring the adjustment of the metal flow rate and thus overcoming the drawback of the known device.
  • a device for pouring a metal into a mold which comprises a vertical duct disposed between the outlet of the casting container and the inlet of said mold and a distributor member disposed substantially at the inlet of said duct vertical, is characterized in that it is provided with means for vertically moving said distributor member between a high position in which said distributor member closes said outlet of the pouring vessel and a low position in which said distributor member opens a maximum passage section for said metal.
  • said distributor member is rigidly fixed to the vertical duct and means are provided for moving vertically between said high position and said low position, the assembly formed by said vertical duct, a lower extension optional, and said distributor member.
  • said means comprise elastic systems resting on a fixed base and elastically supporting said distributor member, respectively said assembly, as well as mechanisms for controlling the vertical position of said elastic systems.
  • said elastic systems are constituted by helical springs placed vertically, which take support by one end on said fixed base and which support at their other end sockets attached to said assembly.
  • piston-cylinder units such as hydraulic or pneumatic cylinders, the pistons of which can vertically move the sockets of the elastic systems which face them respectively, by deforming the corresponding springs to ensure the vertical displacement of said assembly.
  • Fig. 1 shows a vertical section through a casting device, along two radial half-planes corresponding to the line A-A of FIG. 2.
  • the casting device consists of a pouring nozzle (1), symbolizing a casting container, not shown, of a vertical pipe comprising a refractory section (2) followed by a copper section ( 3), a distribution dome 4 fixed in the refractory section (2), and a pouring tube (5), made of refractory material, which plunges into an ingot mold not shown.
  • the copper section (3) is provided with generally water cooling means, which are shown here by a box (6).
  • the nozzle (1) is placed in a distribution basket delimited at the bottom by a horizontal plate (7).
  • the vertical duct (2,3), the distribution dome (4) and the pouring tube (5) form an integral assembly, movable vertically relative to the nozzle (1); for simplicity, this set will henceforth be called “adjustment group”.
  • the adjustment group may also include conduits (8, 9) for distributing neutral gas, formed respectively in the refractory section (2) and in the distribution dome (4).
  • the adjustment group (2,3,4,5) rests on a frame (10) secured to the horizontal plate (7), by means of elastic supports, generally designated by the numerical references. (11).
  • the elastic supports (11) are preferably three in number, arranged at regular intervals around the periphery of the adjustment group.
  • Each elastic support (11) comprises a sleeve (12) fixed by welding to the box (6), the sleeve having its lower end open and its upper end closed by a horizontal bottom.
  • the sleeve (12) is engaged on a vertical column (13) fixed to the frame (10).
  • a support sleeve (14) In the annular space formed between the sleeve (12) and the column (13), a support sleeve (14), a cage (15) and a helical spring (16) are arranged.
  • the coil spring (16) surrounds the column (13); it rests on the one hand on the frame (10) and on the other hand in the cage (15).
  • a jack (17) preferably hydraulic, which is mounted on the plate (7).
  • This jack (17) comprises a piston (18) movable in the vertical direction between a completely withdrawn position, in which it is not in contact with the bottom of the sleeve (12), and a fully extended position in which it pushes the sleeve (12), compressing the helical spring (16).
  • the plate (7) carrying the jacks (17) supports the frame (10) by means of articulating a side of the frame, for example a hinge (19); it is also provided with a locking system (20), which makes it possible to immobilize the frame (10) in the horizontal position required during casting.
  • Fig. 2 is a plan view which shows the relative arrangement of the various elements constituting the device of the invention around the vertical axis of casting.
  • the nozzle (1) has been removed as well as the plate (7) and the jacks (17,18) which it carries.
  • This device operates in the following manner.
  • the adjustment group (2,3,4,5) is adjusted beforehand in alignment with the nozzle (1).
  • the adjustment group In the situation shown in FIG. 1, the adjustment group is in its highest position, under the effect of the upward thrust exerted by the springs (16). In this position, the distribution dome (4) closes the outlet orifice of the nozzle (1).
  • the pistons (18) are lowered until they touch the upper bottom of the sockets (12) and then push them down by compressing the springs ( 16). This operation has the effect of opening an annular passage section between the nozzle (1) and the distribution dome (4).
  • the metal leaving the nozzle (1) trickles over the distribution dome (4) and it then forms a hollow jet flowing against the inside of the vertical duct (2,3). After having undergone the desired cooling in the section (3), it arrives in the pouring tube (5) from where it flows into the mold not shown.
  • a neutral gas such as argon can be blown through the conduits (8,9), respectively to form a gas seal between the nozzle (1) and the refractory section (2) and to create an overpressure inside the jet metal hollow in the vertical duct (2,3).
  • the locking system (20) is opened and the frame (10) is tilted by pivoting it around the hinge (19). It is then possible to carry out all the work necessary for the adjustment group, including replacing it entirely.
  • the frame (10) is then raised and immobilized again in a horizontal position by means of the locking system (20).

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour la coulée d'un métal, en particulier de l'acier dans une installation de coulée continue. Elle porte également sur un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.
  • Le dispositif de l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans la technique de coulée dite "à surchauffe faible". On peut rappeler que, dans le domaine de la coulée d'un métal, la surchauffe est la différence existant entre la température effective du métal et sa température de début de solidification ou température de liquidus.
  • Pour fixer les idées, et à titre de simple illustration destinée à bien faire comprendre l'objet de l'invention, la description qui suit sera consacrée à la coulée continue de l'acier. Dans ce cas, la surchauffe généralement utilisée dans la pratique courante est de l'ordre de 30°C à 40°C. Il va de soi que l'invention est également applicable à la coulée d'autres métaux.
  • Un grand intérêt s'est manifesté récemment pour cette technique de coulée à surchauffe faible, qui permet d'obtenir dans le métal des structures de solidification plus fines et une ségrégation moindre que par la coulée classique.
  • On connaît déjà, notamment par le brevet LU-A-86688, un dispositif de coulée comportant une lingotière précédée par un conduit vertical refroidi extérieurement et muni, à l'intérieur, d'un organe de répartition du métal. Ce dispositif permet d'éliminer totalement ou partiellement la surchauffe du métal, et même de conduire à une "surchauffe négative", c'est-à-dire à un début de solidification du métal et à une coulée en phase pâteuse. Dans ce dispositif, le conduit vertical peut être doté d'un prolongement tubulaire inférieur, également vertical, qui plonge dans la lingotière proprement dite. Ce dispositif ne permet pas d'opérer le réglage du débit de coulée du métal.
  • La présente invention a pour objet principal un dispositif du type précité, dans lequel il est prévu des moyens simples et efficaces permettant d'assurer le réglage du débit de métal et ainsi de remédier à l'inconvénient du dispositif connu.
  • Conformément à la présente invention, un dispositif pour la coulée d'un métal dans un moule, qui comporte un conduit vertical disposé entre la sortie du récipient de coulée et l'entrée dudit moule et un organe répartiteur disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit vertical, est caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens pour déplacer verticalement ledit organe répartiteur entre une position haute dans laquelle ledit organe répartiteur ferme ladite sortie du récipient de coulée et une position basse dans laquelle ledit organe répartiteur ouvre une section de passage maximale pour ledit métal.
  • Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, ledit organe répartiteur est rigidement fixé au conduit vertical et il est prévu des moyens pour déplacer verticalement entre ladite position haute et ladite position basse, l'ensemble constitué par ledit conduit vertical, un prolongement inférieur éventuel, et ledit organe répartiteur.
  • Suivant une caractéristique supplémentaire du dispositif de l'invention, lesdits moyens comprennent des systèmes élastiques reposant sur une base fixe et supportant élastiquement ledit organe répartiteur, respectivement ledit ensemble, ainsi que des mécanismes de commande de la position verticale desdits systèmes élastiques.
  • De manière préférentielle, lesdits systèmes élastiques sont constitués par des ressorts hélicoïdaux placés verticalement, qui prennent appui par une extrémité sur ladite base fixe et qui supportent à leur autre extrémité des douilles attachées audit ensemble.
  • Dans le prolongement et au-dessus de ces systèmes élastiques sont disposées des unités de piston-cylindre, telles que des vérins hydrauliques ou pneumatiques, dont les pistons peuvent déplacer verticalement les douilles des systèmes élastiques qui leur font respectivement face, en déformant les ressorts correspondants pour assurer le déplacement vertical dudit ensemble.
  • La description détaillée qui va suivre fera apparaître les avantages du dispositif de l'invention. Cette description porte, à titre de simple exemple, sur une réalisation préférée du dispositif de l'invention, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels la
    • Fig. 1
    montre une coupe suivant la ligne A-A de la Fig.2, à travers un dispositif de coulée conforme à l'invention, représenté en position d'arrêt de la coulée; et la
    Fig. 2
    montre une vue en plan du dispositif de la Fig.1, dont on a enlevé la partie supérieure pour la clarté du dessin.
  • Ces figures constituent bien entendu des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. De plus, des éléments identiques ou analogues sont toujours désignés par les mêmes repères numériques.
  • La Fig. 1 montre une coupe verticale à travers un dispositif de coulée, suivant deux demi-plans radiaux correspondant à la ligne A-A de la Fig. 2.
  • De façon connue en soi, le dispositif de coulée se compose d'une busette de coulée (1), symbolisant un récipient de coulée non représenté, d'un conduit vertical comportant un tronçon réfractaire (2) suivi d'un tronçon en cuivre (3), d'un dôme de répartition 4 fixé dans le tronçon réfractaire (2), et d'un tube de coulée (5), en matériau réfractaire, qui plonge dans une lingotière non représentée. Le tronçon en cuivre (3) est pourvu de moyens de refroidissement généralement à l'eau, qui sont schématisés ici par un caisson (6). Ces divers éléments sont de préférence alignés suivant un axe vertical.
  • La busette (1) est placée dans un panier répartiteur délimité dans le bas par une plaque horizontale (7). Le conduit vertical (2,3), le dôme de répartition (4) et le tube de coulée (5) forment un ensemble solidaire, déplaçable verticalement par rapport à la busette (1); pour simplifier, cet ensemble sera désormais appelé "groupe de réglage". Le groupe de réglage peut encore comporter des conduits (8,9) de distribution de gaz neutre, ménagés respectivement dans le tronçon réfractaire (2) et dans le dôme de répartition (4).
  • Dans la réalisation représentée ici, le groupe de réglage (2,3,4,5) repose sur un bâti (10) solidaire de la plaque horizontale (7), par l'intermédiaire d'appuis élastiques, globalement désignés par les repères numériques (11). Les appuis élastiques (11) sont de préférence au nombre de trois, disposés à intervalles réguliers à la périphérie du groupe de réglage.
  • Chaque appui élastique (11) comprend une douille (12) fixée par soudage au caisson (6), la douille ayant son extrémité inférieure ouverte et son extrémité supérieure fermée par un fond horizontal. La douille (12) est engagée sur une colonne verticale (13) fixée au bâti (10). Dans l'espace annulaire ménagé entre la douille (12) et la colonne (13), sont disposés un manchon d'appui (14), une cage (15) et un ressort hélicoïdal (16). Le ressort hélicoïdal (16) entoure la colonne (13); il s'appuie d'une part sur le bâti (10) et d'autre part dans la cage (15).
  • Au-dessus de la douille (12) et en alignement axial avec celle-ci, il est prévu un vérin (17), de préférence hydraulique, qui est monté sur la plaque (7). Ce vérin (17) comporte un piston (18) mobile en direction verticale entre une position complètement retirée, dans laquelle il n'est pas en contact avec le fond de la douille (12), et une position complètement sortie dans laquelle il repousse la douille (12), en comprimant le ressort hélicoïdal (16).
  • Par ailleurs, la plaque (7) portant les vérins (17) supporte le bâti (10) par l'intermédiaire de moyens pour articuler un côté du bâti, par exemple une charnière (19); elle est également pourvue d'un système de verrouillage (20), qui permet d'immobiliser le bâti (10) dans la position horizontale requise pendant la coulée.
  • La Fig. 2 est une vue en plan qui montre la disposition relative des divers éléments constituant le dispositif de l'invention autour de l'axe vertical de coulée. Pour la clarté du dessin, on a enlevé la busette (1) ainsi que la plaque (7) et les vérins (17,18) qu'elle porte.
  • Ce dispositif fonctionne de la manière suivante.
  • On ajuste au préalable le groupe de réglage (2,3,4,5) en alignement avec la busette (1).
  • Dans la situation représentée dans la Fig. 1, le groupe de réglage se trouve dans sa position la plus élevée, sous l'effet de la poussée vers le haut exercée par les ressorts (16). Dans cette position, le dôme de répartition (4) obture l'orifice de sortie de la busette (1).
  • Pour permettre la coulée de métal par la busette (1), on fait descendre les pistons (18) jusqu'à ce qu'ils touchent le fond supérieur des douilles (12) puis repoussent celles-ci vers le bas en comprimant les ressorts (16). Cette opération a pour effet d'ouvrir une section de passage annulaire entre la busette (1) et le dôme de répartition (4).
  • On peut de la sorte régler le débit de métal coulé en faisant varier la section de passage précitée par une adaptation appropriée de la course des pistons (18).
  • Le métal quittant la busette (1) ruisselle sur le dôme de répartition (4) et il forme ensuite un jet creux s'écoulant contre la face intérieure du conduit vertical (2,3). Après avoir subi le refroidissement désiré dans le tronçon (3), il arrive dans le tube de coulée (5) d'où il s'écoule dans la lingotière non représentée.
  • Un gaz neutre tel que l'argon peut être insufflé par les conduits (8,9), respectivement pour former un joint gazeux entre la busette (1) et le tronçon réfractaire (2) et pour créer une surpression à l'intérieur du jet creux de métal dans le conduit vertical (2,3).
  • Pour différentes raisons, par exemple lors d'un entretien ou d'une réparation, il peut s'avérer nécessaire d'avoir accès au groupe de réglage, en particulier au dôme de répartition (4).
  • A cet effet, on ouvre le système de verrouillage (20) et on bascule le bâti (10) en le faisant pivoter autour de la charnière (19). Il est alors possible d'effectuer tous les travaux nécessaires au groupe de réglage, y compris de le remplacer intégralement. On relève ensuite le bâti (10) et on l'immobilise à nouveau en position horizontale au moyen du système de verrouillage (20).
  • Bien qu'elle ait été exposée en faisant référence à la coulée continue de l'acier, l'invention n'est cependant pas limitée à la réalisation qui a été décrite et illustrée. En particulier, elle s'applique à la coulée d'un métal dans tout type de moule, dans la mesure où cette coulée fait appel à un conduit vertical refroidi équipé d'un dôme de répartition du métal. En fait, les seules limitations imposées à l'invention résultent des revendications qui suivent.

Claims (9)

  1. Dispositif pour la coulée d'un métal dans un moule, qui comporte un conduit vertical (2,3) disposé entre la sortie (1) du récipient de coulée et l'entrée dudit moule et un organe répartiteur (4) disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit vertical (2,3), caractérisé en ce qu'il est pourvu de moyens (11,17,18) pour déplacer verticalement ledit organe répartiteur (4) entre une position haute dans laquelle ledit organe répartiteur (4) ferme ladite sortie (1) du récipient de coulée et une position basse dans laquelle ledit organe répartiteur (4) ouvre une section de passage maximale pour ledit métal.
  2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe répartiteur est rigidement fixé audit conduit vertical (2) et en ce qu'il est prévu des moyens pour déplacer verticalement, entre ladite position haute et ladite position basse, un ensemble comprenant ledit conduit vertical (2,3), un prolongement inférieur éventuel (5) de ce dernier, et ledit organe répartiteur (4).
  3. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement comprennent des systèmes élastiques (11) reposant sur une base fixe (10) et supportant élastiquement ledit organe répartiteur (4), respectivement ledit ensemble (2,3,4,5), ainsi que des mécanismes (17,18) de commande de la position verticale desdits systèmes élastiques (11).
  4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits systèmes élastiques (11) sont constitués par des ressorts hélicoïdaux (16), placés verticalement, qui prennent appui par une extrémité sur ladite base fixe (10) et qui supportent à leur autre extrémité des douilles (12) attachées audit ensemble (2,3,4,5).
  5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits mécanismes de commande sont constitués par des unités de piston-cylindre, telles que des vérins disposés respectivement au-dessus desdits systèmes élastiques (11), et en ce que les pistons (18) desdits mécanismes de commande peuvent déplacer verticalement les douilles (12) des systèmes élastiques (11) qui leur font respectivement face.
  6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19) pour articuler un côté du bâti (10) par rapport à une plaque horizontale (7) fixée à la partie basse d'un panier répartiteur, ainsi que des moyens (20) pour verrouiller un autre côté dudit bâti (10) à une autre partie de la plaque (7).
  7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite plaque (7) porte lesdits mécanismes (17,18) de commande de la position verticale des systèmes élastiques (11).
  8. Procédé pour la coulée d'un métal dans un moule, au moyen d'un dispositif qui comporte un conduit vertical (2,3) disposé entre la sortie (1) d'un récipient de coulée et l'entrée dudit moule et un organe répartiteur (4) disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit vertical (2,3), caractérisé en ce que l'on déplace ledit organe répartiteur (4) verticalement par rapport à la sortie (1) du récipient de coulée, entre une position haute dans laquelle ledit organe répartiteur (4) ferme ladite sortie (1) du récipient de coulée et une position basse dans laquelle ledit organe répartiteur (4) ouvre une section de passage maximale pour ledit métal.
  9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on provoque le déplacement vertical dudit organe répartiteur (4) en faisant varier la position verticale des systèmes élastiques (11) par l'intermédiaire desquels ledit organe répartiteur (4) prend appui sur une base fixe (10).
EP91870068A 1990-05-04 1991-04-24 Dispositif pour la coulée d'un métal et procédé d'utilisation Expired - Lifetime EP0455619B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
BE9000474 1990-05-04
BE9000474A BE1004121A6 (fr) 1990-05-04 1990-05-04 Dispositif pour la coulee d'un metal et procede d'utilisation de ce dispositif.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0455619A1 EP0455619A1 (fr) 1991-11-06
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EP91870068A Expired - Lifetime EP0455619B1 (fr) 1990-05-04 1991-04-24 Dispositif pour la coulée d'un métal et procédé d'utilisation

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AT (1) ATE116883T1 (fr)
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DE (1) DE69106574D1 (fr)

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