EP0511465B1 - Dispositif de brassage électromagnétique en lingotière - Google Patents

Dispositif de brassage électromagnétique en lingotière Download PDF

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EP0511465B1
EP0511465B1 EP92102888A EP92102888A EP0511465B1 EP 0511465 B1 EP0511465 B1 EP 0511465B1 EP 92102888 A EP92102888 A EP 92102888A EP 92102888 A EP92102888 A EP 92102888A EP 0511465 B1 EP0511465 B1 EP 0511465B1
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EP
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tube
ingot mould
inductor
radiation
induction coil
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EP0511465A2 (fr
EP0511465B2 (fr
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Norbert Kaell
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SMS Siemag AG
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Paul Wurth SA
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Publication of EP0511465A3 publication Critical patent/EP0511465A3/fr
Publication of EP0511465B1 publication Critical patent/EP0511465B1/fr
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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
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
    • 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
    • B22D11/114—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 an ingot mold with an electromagnetic stirring device for a continuous casting installation comprising a vertical ingot mold tube receiving molten metal, as well as an electromagnetic inductor for generating a gyratory movement of the molten metal in the tube. ingot mold around the axis thereof.
  • a device of this kind is known from document EP-A-0093068.
  • the open or free jet casting process simply consists in letting the liquid metal flow into the ingot mold tube through a calibrated nozzle at a more or less constant flow rate.
  • the level of the steel meniscus in the ingot mold is controlled by adapting the extraction speed as a function of the extraction and according to the indication of a level measurement installation based on a radioactive principle. This process is mainly used for the casting of medium quality steel billets, since the casting is carried out in contact with air.
  • an air-protected casting process is used, which is casting with submerged nozzles and powders.
  • the liquid steel is introduced into the ingot mold tube through a nozzle which plunges into the liquid metal which is in the ingot mold tube. Contact with air and oxygen is prevented by a layer of powder covering the surface of the metal at the pouring meniscus.
  • the casting takes place at a constant extraction speed.
  • the level of the ingot mold steel is controlled by a buffer or a distributor drawer.
  • the major goal sought by the application of electromagnetic stirring in an ingot mold consists in improving the surface condition of the billets by eliminating the pitting and the slag inlays.
  • the rotation speed of the ingot mold steel at the meniscus must be very high, hence the importance of the location of the inductor relative to the meniscus on the surface condition of the billets.
  • the inductor is located in the upper region of the ingot mold tube, while for casting with submerged nozzle, it is preferable that the inductor be placed at a lower level. This is the reason why, to take full advantage of the advantages offered by electromagnetic stirring in an ingot mold, it is preferable to have two different installations for implementing each of the two casting methods.
  • Document DE-A-3819493 describes an ingot mold with an electromagnetic stirring device which would allow the implementation of the two continuous casting methods.
  • This ingot mold includes an inductor which is adjusted like a piston in a compartment separate from the cooling box of the ingot mold, so as to be essentially displaceable in height by the coolant under pressure.
  • the mold described does not include means for detecting the level of molten metal in the mold tube.
  • Document GB-A-2021459 describes an ingot mold with an external inductor which is essentially horizontally displaceable relative to a vertical ingot mold tube.
  • Document EP-A-0063072 describes an ingot mold with a fixed inductor mounted in a cooling box surrounding the ingot mold tube.
  • a system for detecting the level of molten metal in the ingot mold tube comprises a radiation source arranged outside the inductor.
  • a notch in the inductor lets the radiation through, preventing the inductor from forming a screen for the radiation.
  • Document EP-A-0157255 describes an ingot mold with a fixed inductor.
  • This inductor comprises coils having housings for receiving a radiation source or a detector forming a level detection system.
  • the problem underlying the present invention is to develop a simple ingot mold comprising an inductor displaceable in height and a means for detecting the level of molten metal in the ingot mold tube.
  • the mold tube is surrounded by a first coaxial steel tube which, in turn, is disposed inside a second coaxial tube around which the inductor is mounted, while the annular spaces between the two tubes and between the mold tube and the first tube are crossed by a coolant.
  • the ingot mold is fitted with a steel level detector in the ingot mold tube, which consists of a cylindrical radiation source mounted inside the second tube and associated with a scintillometer mounted on the opposite side of said second tube.
  • the radiation source is preferably located inside a cylindrical lead protective jacket provided with a radial slot and movable around the axis of said source between an angular position in which the slot is directed on the ingot mold tube and an angular garage position in which the slot is directed on a cylindrical lead block extending along said liner.
  • the ingot mold which consists of the ingot mold tube, the inductor and the two tubes may be integral with a set of underlying rollers and removable as a unit with it.
  • Figures 1 and 2 show a mold 10 contained in a metal housing 12.
  • the mold 10 essentially comprises a vertical mold tube 14 containing liquid metal 16 which is poured from a not shown tundish.
  • the molten metal 16 gradually solidifies in this ingot mold tube and the metal blank is extracted there by passing through a set 18 of underlying guiding rollers and forming the metal blanks.
  • the set of rollers 18 is integral with the ingot mold 10 and can be disassembled as a whole with the latter.
  • the ingot mold tube 14 which generally consists of a copper tube, is surrounded by a coaxial steel tube 20 which forms with the ingot mold tube an annular cylindrical space 22 in which a coolant flows from the ingot mold tube 14.
  • Another cylindrical space 24 is delimited around the tube 20 by a second tube 26. This space 24 is closed downwards by an annular plate 28 fixed to the two tubes 20 and 26.
  • the cooling water enters the circuit at 30 and then into the annular gap 22 between the mold tube 14 and the tube 20.
  • This space is very thin to ensure rapid circulation and efficient cooling in the mold tube 14
  • the cooling water thus rises along the mold tube to overflow through the top of the tube 20 and fill the annular space 24.
  • the cooling water leaves this space 24 by overflowing in a vertical pipe, not shown, arranged on along the inner wall of the tube 26 and then through an outlet pipe.
  • the electromagnetic inductor 32 may consist of one or more inductors.
  • the inductor 32 is not fixed, but can be moved vertically between an elevated position according to FIG. 1 for free-jet casting and a lower position according to FIG. 2 for casting with submerged nozzle.
  • the means for moving the inductor 32 can be constituted by any suitable means known per se, for example three vertical threaded rods which support the inductor 32 and which can be rotated synchronously by a suitable motor.
  • the inductor 32 slides vertically in several, for example three guide rods 50, the vertical maneuver being carried out by a crane not shown.
  • the rods 50 are designed to position the inductor 32 in three different vertical positions defined by three upper radial perforations 52 and two lower notches 54.
  • the inductor 32 rests on the bottom of the mold 10 and can be keyed by the lower perforation 52. If the illustrated embodiment allows a third intermediate position, not shown, it is, of course, possible to n '' plan only two or plan more.
  • the inductor 32 can also include a separate cooling circuit, which is symbolized by the arrows 34 and 36 for the inlet and outlet of cooling water.
  • Another feature of the present invention is monitoring the level of the meniscus of the liquid metal in the ingot mold tube 14.
  • This monitoring is carried out using a radiation source 38, for example a cobalt source, arranged in the upper region of the annular space 24 and which is associated with a scintillometer 40 disposed on the opposite side of the ingot mold tube 14.
  • this source of radiation 38 is located inside a cylindrical protective jacket 42, as shown in more detail and enlarged in FIG. 3.
  • This protective jacket 42 which can, for example, be made of lead, has a vertical slot 44 for the passage of the spokes.
  • This protective jacket 42 can be rotated about a vertical axis between an operating position shown in FIG.

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Description

  • La présente invention concerne une lingotière avec dispositif de brassage électromagnétique d'une installation de coulée continue comprenant un tube de lingotière vertical recevant du métal en fusion, ainsi qu'un inducteur électro-magnétique pour engendrer un mouvement giratoire du métal en fusion dans la tube de lingotière autour de l'axe de celle-ci.
  • Un dispositif de ce genre est connu du document EP-A-0093068. Suivant la qualité et la nature des produits coulés, on pratique essentiellement deux procédés différents de coulée. Le procédé de coulée ouverte ou en jet libre consiste simplement à laisser s'écouler le métal liquide dans le tube de lingotière à travers une busette calibrée à débit plus ou moins constant. Le niveau du ménisque d'acier en lingotière est contrôlé par une adaptation de la vitesse d'extraction en fonction de l'extraction et suivant l'indication d'une installation de mesure du niveau basé sur un principe radioactif. Ce procédé est essentiellement utilisé pour la coulée de billettes en acier de qualité moyenne, car la coulée est effectuée au contact de l'air.
  • Pour améliorer la qualité de l'acier, on utilise un procédé de coulée à l'abri de l'air, qui est la coulée avec busettes immergées et poudres. Selon ce procédé, l'acier liquide est introduit dans le tube de lingotière à travers une busette qui plonge dans le métal liquide qui se trouve dans le tube de lingotière. Le contact avec l'air et l'oxygène est empêché par une couche de poudre qui recouvre la surface du métal au ménisque de coulée.
  • Dans ce cas la coulée se fait à vitesse d'extraction constante. Le niveau de l'acier en lingotière est contrôlé par un tampon ou un tiroir de répartiteur.
  • Pour les deux procédés de coulée il est également connu d'améliorer la qualité de l'acier par un brassage électromagnétique qui doit toutefois être adapté au procédé de coulée choisi et aux qualités visées de l'acier. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas de la coulée de billettes en jet libre, le but majeur recherché par l'application du brassage électromagnétique en lingotière consiste à améliorer l'état de surface des billettes en éliminant les piqûres et les incrustations de scories. Pour y arriver, la vitesse de rotation de l'acier en lingotière au niveau du ménisque doit être très élevée, d'où l'importance de l'emplacement de l'inducteur par rapport au ménisque sur l'état de surface des billettes.
  • Par contre, dans le cas de la coulée de blooms avec busette immergée et poudre de coulée, on a intérêt à réduire la vitesse de rotation au niveau du ménisque pour éviter le plus possible l'entraînement de la poudre de coulée et réduire l'usure de la busette, tout en gardant une intensité de brassage aussi élevée que possible en dessous du ménisque. Autrement dit, pour la coulée en jet libre il est préférable que l'inducteur se trouve dans la région supérieure du tube de lingotière, alors que pour la coulée avec busette immergée, il est préférable que l'inducteur soit disposé à un niveau inférieur. C'est la raison pour laquelle, pour profiter pleinement des avantages offerts par le brassage électromagnétique en lingotière, il est préférable de disposer de deux installations différentes pour mettre en oeuvre chacun des deux procédés de coulée.
  • Le document DE-A-3819493 décrit une lingotière avec dispositif de brassage électromagnétique qui permettrait la mise en oeuvre des deux procédés de coulée continue. Cette lingotière comprend un inducteur qui est ajusté comme un piston dans un compartiment séparé du caisson de refroidissement de la lingotière, de façon à être esentiellement déplaçable en hauteur par le fluide de refroidissement sous pression. La lingotière décrite ne comprend pas de moyens pour détecter le niveau du métal en fusion dans le tube de lingotière.
  • Le document GB-A-2021459 décrit une lingotière avec un inducteur extérieur essentiellement déplaçable horizontalement par rapport à un tube de lingotière vertical.
  • Le document EP-A-0063072 décrit une lingotière avec un inducteur fixe monté dans un caisson de refroidissement entourant le tube de lingotière. Un système de détection du niveau du métal en fusion dans le tube de lingotière comprend une source de rayonnement agencée à l'extérieur de l'inducteur. Une échancrure dans l'inducteur laisse passer le rayonnement évitant ainsi que l'inducteur ne constitue un écran pour le rayonnement.
  • Le document EP-A-0157255 décrit une lingotière avec un inducteur fixe. Cet inducteur comprend des bobines présentant des logements pour recevoir une source de rayonnement ou un détecteur formant un système de détection de niveau.
  • Le problème à la base de la présente invention est de développer une lingotière simple comprenant un inducteur déplaçable en hauteur et un moyen pour détecter le niveau du métal en fusion dans le tube de lingotière.
  • Ce problème est résolu par une lingotière selon la première revendication.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le tube de lingotière est entourée d'un premier tube en acier coaxial qui, à son tour, est disposé à l'intérieur d'un second tube coaxial autour duquel est monté l'inducteur, tandis que les espaces annulaires entre les deux tubes et entre le tube de lingotière et le premier tube sont traversés par un liquide de refroidissement.
  • La lingotière est munie d'un détecteur du niveau de l'acier dans le tube de lingotière, qui est constitué d'une source de radiation cylindrique montée à l'intérieur du second tube et associée à un scintillomètre monté sur le côté opposé dudit second tube.
  • La source de radiation se trouve, de préférence, à l'intérieur d'une chemise cylindrique de protection en plomb pourvue d'une fente radiale et mobile autour de l'axe de ladite source entre une position angulaire dans laquelle la fente est dirigée sur le tube de lingotière et une position angulaire de garage dans laquelle la fente est dirigée sur un bloc cylindrique en plomb s'étendant le long de ladite chemise.
  • La lingotière qui est constituée de la tube de lingotière, de l'inducteur et des deux tubes peut être solidaire d'un jeu de rouleaux sous-jacents et démontables en bloc avec celui-ci.
  • D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • la figure 1 montre schématiquement une coupe verticale d'un dispositif selon la présente invention illustrant l'inducteur en position pour une coulée en jet libre;
    • la figure 2 montre une vue analogue à celle de la figure 1, l'inducteur étant en position de coulée avec busette immergée, et
    • la figure 3 montre schématiquement une coupe horizontale à travers la tube de lingotière et la source de radiation.
  • Les figures 1 et 2 montrent une lingotière 10 contenue dans un boitier métallique 12. La lingotière 10 comporte essentiellement un tube de lingotière vertical 14 contenant du métal liquide 16 qui est déversé d'un tundish non représenté. Le métal en fusion 16 se solidifie progressivement dans ce tube de lingotière et l'ébauche métallique y est extraite en passant à travers un jeu 18 de rouleaux sous-jacents de guidage et de formation des ébauches métalliques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le jeu de rouleaux 18 est solidaire de la lingotière 10 et peut être démonté en bloc avec celle-ci.
  • Le tube de lingotière 14, qui est généralement constitué d'un tube en cuivre, est entouré d'un tube en acier coaxial 20 qui forme avec le tube de lingotière un espace cylindrique annulaire 22 dans lequel circule un liquide de refroidissement du tube de lingotière 14. Un autre espace cylindrique 24 est délimité autour du tube 20 par un second tube 26. Cet espace 24 est fermé vers le bas par une plaque annulaire 28 fixée aux deux tubes 20 et 26.
  • L'eau de refroidissement pénètre dans le circuit en 30 et ensuite dans l'interstice annulaire 22 entre le tube de lingotière 14 et le tube 20. Cet espace est très mince pour assurer une circulation rapide et un refroidissement efficace dans la tube de lingotière 14. L'eau de refroidissement remonte ainsi le long de la tube de lingotière pour déborder par le sommet du tube 20 et remplir l'espace annulaire 24. L'eau de refroidissement quitte cet espace 24 par débordement dans une conduite verticale non représentée aménagée le long de la paroi intérieure du tube 26 et ensuite à travers une conduite de sortie.
  • Autour du tube extérieur 26 se trouve un inducteur électromagnétique 32, connu en soi, pour réaliser le brassage électromagnétique du métal 16 dans le tube de lingotière 14. Le dispositif électromagnétique 32 peut être constitué par un seul ou plusieurs inducteurs.
  • Conformément à la présente invention, l'inducteur 32 n'est pas fixe, mais peut être déplacé verticalement entre une position élevée selon la figure 1 pour la coulée en jet libre et une position inférieure selon la figure 2 pour la coulée avec busette immergée. Les moyens de déplacement de l'inducteur 32 peuvent être constitués par tout moyen approprié connu en soi, par exemple trois tiges filetées verticales qui supportent l'inducteur 32 et qui peuvent être tournées en synchronisme par un moteur approprié.
  • Selon un mode de réalisation simple et efficace l'inducteur 32 coulisse verticalement dans plusieurs, par exemple trois tiges de guidage 50, la manoeuvre verticale se réalisant grâce à une grue non représentée. Dans l'exemple représenté les tiges 50 sont conçues pour positionner l'inducteur 32 dans trois positions verticales différentes définies par trois perforations radiales supérieures 52 et deux entailles inférieures 54.
  • Lorsque l'inducteur 32 est relevé dans la position selon la figure 1 il peut y être retenu en engageant manuellement une griffe non représentée dans l'entaille supérieure 54 et calé à l'aide d'une clavette non représentée engagée à travers la perforation supérieure.
  • Dans la position inférieure l'inducteur 32 repose sur le fond de la lingotière 10 et peut être claveté par la perforation inférieure 52. Si le mode de réalisation illustré permet une troisième position intermédiaire, non représentée, il est, bien entendu, possible de n'en prévoir que deux ou d'en prévoir davantage.
  • L'inducteur 32 peut également comporter un circuit de refroidissement séparé, ce qui est symbolisé par les flèches 34 et 36 pour l'admission et la sortie d'eau de refroidissement.
  • Une autre particularité de la présente invention est la surveillance du niveau du ménisque du métal liquide dans le tube de lingotière 14. Cette surveillance est effectuée à l'aide d'une source de radiation 38, par exemple une source au cobalt, aménagée dans la région supérieure de l'espace annulaire 24 et qui est associée à un scintillomètre 40 disposé du côté opposé du tube de lingotière 14. Pour réduire les risques d'irradiations du personnel, cette source de radiation 38 se trouve à l'intérieur d'une chemise cylindrique de protection 42, comme représenté plus en détail et en agrandi sur la figure 3. Cette chemise de protection 42 qui peut, par exemple, être en plomb, comporte une fente verticale 44 pour le passage des rayons. Cette chemise de protection 42 peut être tournée autour d'un axe vertical entre une position opérative représentée sur la figure 3, dans laquelle la fente 44 est dirigée sur le tube de lingotière 14 et une position de garage, non représentée dans laquelle la fente 44 est dirigée contre un bloc vertical d'absorption 46. Grâce à cette disposition, un opérateur peut effectuer des travaux au tube de lingotière 16 sans être exposé aux radiations de la source 38, ces radiations étant absorbées par le bloc de protection 46.
  • La mesure du niveau proprement dite ne sera pas expliquée plus en détail étant donné que l'utilisation d'une source de radiation pour la mesure d'un niveau est connue en soi.

Claims (9)

  1. Lingotière d'une installation de coulée continue comprenant
    un tube de lingotière (14) recevant un métal en fusion (16),
    un tube extérieur (26) entourant tube de lingotière (14),
    un circuit de refroidissement défini entre le tube tube extérieur (26) et le tube de lingotière (14);
    un inducteur électromagnétique (32) pour engendrer un mouvement giratoire du métal en fusion (16) dans le tube de lingotière (14) autour de l'axe de celui-ci, ledit inducteur électromagnétique (32) étant déplaçable verticalement par rapport au tube de lingotière (14),
    caractérisée par
    un détecteur de niveau pour détecter le niveau du métal dans le tube de lingotière (14);
    ledit détecteur de niveau comprenant une source de radiation (38) agencée entre ledit tube extérieur (26) et le tube de lingotière (14), et
    l'inducteur électromagnétique (32) étant agencé à l'extérieur dudit tube extérieur (26) de façon à être déplaçable verticalement le long dudit tube extérieur (26).
  2. Lingotière de coulée continue selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit détecteur de niveau comprend un scintillomètre (40), ladite source de radiation (38) étant agencée d'un côté du tube de lingotière (14), et ledit scintillomètre (40) étant agencé du côté opposé du tube de lingotière (14).
  3. Lingotière de coulée continue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée
    en ce que un tube intérieur (20) entoure le tube de lingotière (14) et forme avec ce dernier un premier espace annulaire (22) définissant une première section de passage pour un liquide de refroidissement,
    en ce que ledit tube extérieur (26) entoure ledit tube intérieur (20) et forme avec ce dernier un deuxième espace annulaire (24) définissant une deuxième section de passage pour un liquide de refroidissement,
    en ce que ladite première section de passage est de loin inférieure à ladite deuxième section de passage, et
    en ce que ladite source de radiation (38) est agencée dans ledit deuxième espace annulaire (24).
  4. Lingotière selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée
    en ce que la source de radiation (38) est munie d'une chemise cylindrique de protection (42) absorbant la radiation radioactive, et
    en ce que cette chemise de protection (42) comporte une fente longitudinale (44) pour le passage de l'énergie émise par la source de radiation (38).
  5. Lingotière selon la revendication 4, caractérisée
    en ce que ladite chemise cylindrique de protection (42) est montée dans ledit circuit de refroidissement de façon à pouvoir être tournée autour de l'axe longitudinal de la source de radiation entre une première position, dans laquelle ladite fente longitudinale (44) est dirigée vers le tube de lingotière (14), et une deuxième position, dans laquelle ladite fente longitudinale (44) est dirigée vers un bloc d'absorption (46).
  6. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'inducteur (32) comprend un circuit de refroidissement séparé (34, 36) et forme avec ce dernier une unité déplaçable en bloc verticalement le long dudit tube extérieur (26).
  7. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par des tiges filetées verticales supportant l'inducteur.
  8. Lingotière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par des tiges de guidages verticales (50) pour l'inducteur.
  9. Lingotière selon la revendication 8, caractérisée par des moyens pour supporter l'inducteur (32) dans différentes positions verticales prédéterminées sur lesdites tiges de guidage verticales (50).
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