EP0745314B1 - Moyen et bati pour le prechauffage d'un conduit de coulee de metal - Google Patents

Moyen et bati pour le prechauffage d'un conduit de coulee de metal Download PDF

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EP0745314B1 EP95907725A EP95907725A EP0745314B1 EP 0745314 B1 EP0745314 B1 EP 0745314B1 EP 95907725 A EP95907725 A EP 95907725A EP 95907725 A EP95907725 A EP 95907725A EP 0745314 B1 EP0745314 B1 EP 0745314B1
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refractory
preheating
conduit
frame
refractory material
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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
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • B22D35/06—Heating or cooling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/22—Furnaces without an endless core

Definitions

  • the present invention relates to preheating of a metal casting duct. It concerns first place a means of preheating a duct, of the type comprising a hollow refractory piece along its length opening with closed cross section surrounded by a insulating coating, itself surrounded by an inductor surrounded of refractory concrete contained in a carcass.
  • French patent application N ° 93 01 497 in the name of the Applicant describes a conduit of the aforementioned type.
  • the metal transfer heating pipes are particularly advantageous for the transmission of a metal at high casting temperature, especially for casting ascending under low pressure.
  • liquid metal may not be present for a longer or shorter duration in the drove. It is then interesting to keep this one constantly preheated during this time.
  • Heating and maintaining the liquid metal contained in the refractory duct are provided by the inductor traversed by alternating current at medium or high frequency. This heating mode transfers directly to the liquid metal the electrical energy under form of thermal energy. Since it doesn't use any element intermediate such as graphite, energy transfer is direct and the yield is better. Frequency traversing the inductor is typically in the range 1000-15000 Hertz.
  • Document FR-A-2 670 697 also describes a runner, without additional preheating device.
  • the preheating means according to the invention comprises the inductor of the casting conduit and a element made of a refractory and conductive material electric to radiate energy evenly across the internal surface of the duct.
  • the invention also relates to a frame for the quickly removable positioning, in a casting, of an element of refractory material conforms to that described above. This in the goal of minimizing heat loss in the duct between the end of preheating and its filling with metal.
  • the frame includes a part fixed and a movable part on which the element is fixed made of refractory material.
  • the fixed part has a system guiding the movable part so as to maintain centered the refractory element in the room during the whole displacement.
  • the conduit 3 is fixed to an oven 4 which can contain liquid metal.
  • the preheating means 2 is a metal tube made of nickel alloy containing 15% chromium. He is bent to the radius of curvature R of the axis of the shaped part 5.
  • the frame 1 comprises a fixed parallelepiped part mechanically welded 12. Mechanically welded elements are assembled vertically and horizontally to form a cage squirrel.
  • a guide system 13 is integral with the fixed part 12 of the frame.
  • the guidance system consists diabolo rollers 14 arranged in three (14a, 14b, 14c) in the same vertical plane. Two rollers 14a, 14c are located inside the trajectory circle C of the element 2. The third roller 14b is located at outside the trajectory circle C. These rollers are fixed on a plate 15, itself fixed on the element bottom horizontal mechanically welded 16 of the fixed part 12.
  • the fixed part 12 of the frame can be lifted and moved by means of a lifting pin 17 fixed on its the top part.
  • a positioning device 18 on the carcass On the horizontal lower element 16 is fixed a positioning device 18 on the carcass.
  • This device 18 comprises two vertical plates 19 and 20 extending downward and arranged on either side of the carcass.
  • Horizontal pads 21 and 22 are welded respectively under the plates 19 and 20.
  • the shoe 22 is secured to frustoconical studs 23. Skates 21 and 22 come to rest respectively on growths horizontal 24 and 25 of the metal carcass 11 located at the top of the casting duct 3.
  • On the plate 25 On the plate 25 are formed through holes through the axis vertical and allowing the centering of the frame 1 by through the studs 23.
  • the frame 1 also includes a movable part 26 on which is fixed a sleeve 27 allowing the preheating means 2 to be embedded. preheating means 2 is maintained in the sleeve 27 at by means of a screw 28.
  • the moving part has two guide rails 29 and 30 each positioned in a vertical plane and bent at the radius of curvature R.
  • the guide rails 29 and 30 are arranged on either side and on the other side of the preheating element 2 at a distance sufficient of the casting line 3.
  • Each end bottom of rails 29 and 30 includes a stopper 31 and 32.
  • Each rail 29, 30 is guided by a set of three rollers 14a, 14b, 14c.
  • the plan of each rail 29, 30 coincides with the plan of the set of three rollers 14a, 14b, 14c.
  • Rail 29 shown in cross section at Fig. 3 is guided between the two diabolo rollers 14a and 14b, which have a V-shaped groove 33a allowing guiding by centering the edge 34 of the rail 29.
  • the rail is held by a second roller 14b arranged on the opposite side of the cross section of the rail 29.
  • the preheating element 2 can be formed of a chain consisting of balls linked together and which can be installed and removed in complex shaped conduits.
  • the element of preheating 2 can be hollow or full. It is indeed better to use a preheating element 2 hollow when the frequency is high (10,000 Hz) and a preheating element 2 full when frequency F is low (1000 Hz).
  • This preheating means allows a regular and homogeneous rise in temperature in any point inside the duct 3, which avoids apart, the cracks in the hollow refractory piece 5 during preheating and on the other hand, to freeze the metal liquid during its transfer through the conduit 3.

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Abstract

Le moyen de préchauffage du conduit (3) de coulée de métal est positionné rapidement démontable par l'intermédiaire du bâti (1). Ce dernier se compose d'une partie fixe (12) et d'une partie mobile (26). Le conduit (3) est du type comportant une pièce (5) réfractaire, entourée d'un revêtement isolant (7), d'un inducteur (8) et d'un béton réfractaire (10) contenu dans une carcasse (11). Le moyen de préchauffage comprend l'inducteur (8) et un élément (2) constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique. Application au préchauffage régulier et homogène d'un conduit (3) de coulée de métal.

Description

La présente invention est relative au préchauffage d'un conduit de coulée de métal. Elle concerne en premier lieu un moyen de préchauffage d'un conduit, du type comportant sur sa longueur une pièce réfractaire creuse débouchante à section transversale fermée entourée d'un revêtement isolant, lui-même entouré d'un inducteur entouré d'un béton réfractaire contenu dans une carcasse.
La demande de brevet français N° 93 01 497 au nom de la Demanderesse décrit un conduit du type précité. Les conduits chauffants de transfert de métal sont particulièrement avantageux pour la transmission d'un métal à température de coulée élevée, notamment pour la coulée ascendante sous basse pression.
Lorsque les opérations de coulée présentent un caractère discontinu, le métal liquide peut ne pas être présent pendant une durée plus ou moins longue dans le conduit. Il est alors intéressant de garder celui-ci constamment préchauffé pendant cette durée.
Dans la technique classique, le préchauffage est obtenu au moyen d'un manchon suscepteur en graphite comportant une partie droite et une partie coudée qui présente quelques inconvénients d'exploitation liés à la complexité de la fabrication du chenal : difficultés de façonnage, difficultés de découpe, difficultés de centrage. Ces inconvénients augmentent le coût de fabrication du conduit.
Pour pallier ces inconvénients, il a été utilisé un organe chauffant de transmission de métal liquide. Cet organe du type à section transversale fermée remonte vers le haut et débouche sur sa face supérieure par un orifice de coulée pour l'alimentation d'au moins un moule et est du type comportant sur toute sa longueur au moins un moyen de chauffage constitué par un inducteur en forme de bobine dont les spires refroidies sont parcourues par un courant électrique alternatif.
Le chauffage et le maintien du métal liquide contenu dans le conduit réfractaire sont assurés par l'inducteur parcouru par un courant alternatif à moyenne ou haute fréquence. Ce mode de chauffage permet de transférer directement au métal liquide l'énergie électrique sous forme d'énergie thermique. Comme il n'utilise pas d'élément intermédiaire tel que le graphite, le transfert énergétique est direct et le rendement est meilleur. La fréquence parcourant l'inducteur est typiquement dans la gamme 1000-15000 Hertz.
Un tel organe n'assure plus lui-même son préchauffage interne, aussi bien avant une campagne de coulée, qu'entre deux opérations de coulée successives.
Dans la demande de brevet précitée n° 93 01 497, il a été envisagé de réaliser le préchauffage par un moyen secondaire comme celui utilisant le gaz. Cependant ce moyen de préchauffage ne peut pas être utilisé pour des conduits longs et de faible diamètre, comme par exemple un conduit d'une longueur d'un mètre et de diamètre inférieur à dix centimètres. De plus le chauffage au gaz n'est en général pas très précis.
On connaít par le document FR-A-2 342 619 un dispositif de chauffage constitué par un tube disposé à l'intérieur d'un four. Toutefois, ce dispositif est droit, et ne saurait s'adapter sans difficulté à un chenal de coulée courbe, long et de faible diamètre, à l'intérieur duquel le positionnement du tube doit être particulièrement précis, afin d'éviter tout contact avec la pièce réfractaire enveloppante.
Le document FR-A-2 670 697 décrit également un chenal de coulée, sans dispositif annexe de préchauffage.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le moyen de préchauffage selon l'invention comprend l'inducteur du conduit de coulée et un élément constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit.
Suivant d'autres caractéristiques :
  • l'élément constitué en matériau réfractaire et conducteur électrique est en métal austénitique, ce qui permet d'obtenir un bon rendement énergétique du début jusqu'à la fin du préchauffage ;
  • l'élément en matériau réfractaire est en alliage de nickel contenant du chrome ;
  • l'élément en matériau réfractaire est en graphite ;
  • la section transversale de l'élément en matériau réfractaire est inférieure et centrée par rapport' au creux de la pièce réfractaire ;
  • l'élément en matériau réfractaire est un tube droit à rayon de courbure constant.
L'invention a également pour objet un bâti pour le positionnement rapidement démontable, dans un conduit de coulée, d'un élément en matériau réfractaire conforme à celui décrit ci-dessus. Ceci dans le but de minimiser la perte thermique dans le conduit entre la fin du préchauffage et son remplissage par du métal.
Pour atteindre ce but, le bâti comprend une partie fixe et une partie mobile sur laquelle est fixé l'élément en matériau réfractaire. La partie fixe comporte un système de guidage de la partie mobile de manière à maintenir centré l'élément réfractaire dans la pièce pendant tout le déplacement.
Suivant d'autres caractéristiques :
  • la partie fixe comprend des galets diabolos auxquels sont associés des rails de guidage appartenant à la partie mobile ;
  • la partie fixe étant amovible, elle comporte au moins un moyen de fixation sur la carcasse et de centrage par rapport au conduit ;
  • le moyen de centrage comporte un plot coopérant avec un logement aménagé dans la carcasse.
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • La Fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale un bâti et un moyen de préchauffage adapté à un conduit de coulée ;
  • la Fig. 2 représente schématiquement en vue latérale le bâti et le moyen de préchauffage ;
  • la Fig. 3 représente le détail d'un rail de la Fig. 2 entre les galets diabolos.
Le bâti 1 et le moyen de préchauffage 2 adapté au conduit de coulée 3 présentés à la Fig. 1 sont adaptés à la coulée sous basse pression de métaux à points de fusion élevés (aciers, superalliages, fontes). Le moyen de préchauffage est représenté en traits forts dans la position de travail (préchauffage), il est représenté en traits pointillés dans sa position de dégagement.
Le conduit 3 est fixé à un four 4 pouvant contenir du métal liquide.
Le conduit 3 se compose :
  • d'une pièce de forme 5 en matériau céramique alumineux présentant un axe 6 de rayon de courbure R constant et une section transversale circulaire ;
  • d'un revêtement isolant 7 en tissu fibreux entourant la pièce de forme 5 ;
  • d'un inducteur hélicoïdal 8 constitué de plusieurs spires 9 noyées dans un béton réfractaire 10 contenu dans une carcasse métallique 11. L'inducteur est connecté à un générateur à courant alternatif, on applique à ses bornes a et b une tension U et une fréquence F.
Le moyen de préchauffage 2 est un tube métallique en alliage de nickel contenant 15 % de chrome. Il est cintré au rayon de courbure R de l'axe de la pièce de forme 5.
Le bâti 1 comprend une partie fixe parallélépipèdique mécanosoudée 12. Les éléments mécanosoudés sont assemblés verticalement et horizontalement pour former une cage d'écureuil. Un système de guidage 13 est solidaire de la partie fixe 12 du bâti. Le système de guidage est constitué de galets diabolos 14 disposés par trois (14a, 14b, 14c) dans un même plan vertical. Deux galets 14a, 14c sont situés à l'intérieur du cercle trajectoire C de l'élément de préchauffage 2. Le troisième galet 14b est situé à l'extérieur du cercle trajectoire C. Ces galets sont fixés sur une plaque 15, elle-même fixée sur l'élément mécanosoudé horizontal inférieur 16 de la partie fixe 12.
La partie fixe 12 du bâti peut être soulevée et déplacée au moyen d'un maneton de levage 17 fixé sur sa partie supérieure.
Sur l'élément inférieur horizontal 16 est fixé un dispositif de positionnement 18 sur la carcasse. Ce dispositif 18 comprend deux plaques verticales 19 et 20 s'étendant vers le bas et disposéesde part et d'autre de la carcasse. Des patins horizontaux 21 et 22 sont soudés respectivement sous les plaques 19 et 20. Le patin 22 est solidaire de plots 23 tronconiques. Les patins 21 et 22 viennent respectivement en appui sur des excroissances horizontales 24 et 25 de la carcasse métallique 11 situées à la partie supérieure du conduit de coulée 3. Sur la plaque 25 sont ménagés des perçages débouchants d'axe vertical et permettant le centrage du bâti 1 par l'intermédiaire des plots 23. Le bâti 1 comporte également une partie mobile 26 sur laquelle est fixé un manchon 27 permettant l'encastrement du moyen de préchauffage 2. Le moyen de préchauffage 2 est maintenu dans le manchon 27 au moyen d'une vis 28.
Comme représenté à la Fig. 2, la partie mobile comporte deux rails de guidage 29 et 30 positionnés chacun dans un plan vertical et cintrés au rayon de courbure R. Les rails de guidage 29 et 30 sont disposés de part et d'autre de l'élément de préchauffage 2 à une distance suffisante du conduit de coulée 3. Chaque extrémité inférieure des rails 29 et 30 comprend une butée d'arrêt 31 et 32. Chaque rail 29, 30 est guidé par un ensemble de trois galets 14a, 14b, 14c. Le plan de chaque rail 29, 30 coïncide avec le plan de l'ensemble des trois galets 14a, 14b, 14c.
Le rail 29 représenté en coupe transversale à la Fig. 3 est guidé entre les deux galets diabolos 14a et 14b, lesquels présentent une gorge 33a en forme de V permettant le guidage par centrage de l'arête 34 du rail 29.
Le rail est maintenu par un second galet 14b disposé du côté opposé de la coupe transversale du rail 29.
L'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit en regard des figures annexées. En variante l'élément de préchauffage 2 peut être formé d'une chaínette constituée de boulets reliés entre eux et pouvant être installés et retirés dans des conduits de formes complexes.
Suivant la valeur de la fréquence F, l'élément de préchauffage 2 peut être creux ou plein. Il est en effet plus judicieux d'utiliser un élément de préchauffage 2 creux lorsque la fréquence est élevée (10 000 Hz) et un élément de préchauffage 2 plein lorsque la fréquence F est basse (1000 Hz).
Ce moyen de préchauffage selon l'invention permet une élévation régulière et homogène de la température en tout point à l'intérieur du conduit 3, ce qui évite d'une part, les fissurations de la pièce réfractaire creuse 5 lors du préchauffage et d'autre part, de figer le métal liquide lors de son transfert au travers du conduit 3.

Claims (8)

  1. Moyen de préchauffage d'un conduit (3) de coulée de métal, du type comportant sur sa longueur une pièce (5) réfractaire creuse débouchante à section transversale fermée, successivement entourée d'un éventuel revêtement isolant (7), d'un inducteur (8), d'un béton réfractaire (10) contenu dans une carcasse (11), ledit moyen comprenant un élément (2) constitué d'un tube en matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit (3), la section transversale dudit élément (2) en matériau réfractaire étant inférieure et centrée par rapport au creux de la pièce réfractaire (5), caractérisé en ce que l'élément (2) en matériau réfractaire est un tube cintré, au même rayon de courbure R que l'axe de la pièce réfractaire creuse (5).
  2. Moyen de préchauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (2) constitué en matériau réfractaire et conducteur électrique est en métal austénitique.
  3. Moyen de préchauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément (2) en matériau réfractaire est en alliage de nickel contenant du chrome.
  4. Moyen de préchauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément (2) en matériau réfractaire est en graphite.
  5. Bâti pour le positionnement rapidement démontable, dans un conduit de coulée (3), d'un élément (2) en matériau réfractaire conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe (12) et une partie mobile (26) sur laquelle est fixé l'élément en matériau réfractaire (2), la partie fixe (12) comportant un système de guidage (13) de la partie mobile (26) de manière à maintenir centré l'élément réfractaire (2) dans la pièce (5) pendant tout le déplacement.
  6. Bâti selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie fixe (12) comprend des galets (14, 14a, 14b, 14c) auxquels sont associés des rails de guidage (29, 30) appartenant à la partie mobile (26).
  7. Bâti selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la partie fixe (12) étant amovible, elle comporte au moins un moyen de fixation sur la carcasse (11) et de centrage par rapport au conduit.
  8. Bâti selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de centrage comporte un plot (23) coopérant avec un logement aménagé dans la carcasse (11).
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