EP0771600A1 - Immersion discharge nozzle with bottom orifices for the introduction of molten metal in a mould for continuous casting of metallic products - Google Patents

Immersion discharge nozzle with bottom orifices for the introduction of molten metal in a mould for continuous casting of metallic products Download PDF

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EP0771600A1
EP0771600A1 EP96402025A EP96402025A EP0771600A1 EP 0771600 A1 EP0771600 A1 EP 0771600A1 EP 96402025 A EP96402025 A EP 96402025A EP 96402025 A EP96402025 A EP 96402025A EP 0771600 A1 EP0771600 A1 EP 0771600A1
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nozzle
orifices
liquid metal
metal
mold
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EP96402025A
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Laurent Gacher
Jean-Michel Damasse
Gérard Raisson
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Thyssen Stahl AG
USINOR SA
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Thyssen Stahl AG
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal
    • B22D11/0642—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
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Abstract

The nozzle (15) for the introduction of liquid metal (5) into a continuous casting mould for flat metal products comprises two larger sides (2, 2') and two smaller sides (3, 3'), of the type that incorporates at its lower end two holes (10, 10') cut in its lateral wall opposite each other and designed to feed the liquid metal (5) each in the direction of a smaller side (3, 3') of the mould and at least two orifices (16, 16') cut in the bottom of this lower end. A first group (16) of these orifices is arranged at one side of a plane of longitudinal symmetry of the nozzle including the axes of the holes (10, 10') and a second group (16') of these orifices is arranged on the other side of this plane of longitudinal symmetry. The configuration of the nozzle and its various outlets provokes a number of currents of circulation (12, 14, 15, 16, etc.) for the liquid metal in the casting space of the mould. The lower end of the nozzle may consist of a hollow element in the form of an inverted "T" and may incorporate a number of obstacles in its interior placed in the course of the flow of liquid metal.

Description

L'invention concerne la coulée continue des métaux, notamment de l'acier. Plus précisément, elle concerne les tubes en matériau réfractaire dits "busettes" qui, habituellement, sont connectés par leur extrémité supérieure au récipient servant de réservoir de métal liquide, et dont l'extrémité inférieure plonge dans le bain de métal liquide contenu dans la lingotière où doit s'amorcer la solidification du produit métallique. Le premier rôle de ces busettes est de protéger de l'oxydation atmosphérique le jet de métal liquide sur son parcours entre le récipient et la lingotière. Elles permettent également, grâce à des configurations appropriées de leur extrémité inférieure, d'orienter favorablement les écoulements du métal liquide dans la lingotière pour que la solidification du produit s'effectue dans les meilleures conditions possibles.The invention relates to the continuous casting of metals, in particular steel. More specifically, it relates to the tubes of refractory material called "nozzles" which, usually, are connected by their upper end to the container serving as a reservoir of liquid metal, and whose lower end plunges into the bath of liquid metal contained in the mold. where the solidification of the metal product should begin. The primary role of these nozzles is to protect the jet of liquid metal on its path between the container and the ingot mold from atmospheric oxidation. They also make it possible, thanks to appropriate configurations of their lower end, to favorably orient the flows of liquid metal in the ingot mold so that the solidification of the product takes place under the best possible conditions.

La coulée peut avoir lieu dans une lingotière devant conférer au produit une section de forme rectangulaire très allongée, qui le fait désigner habituellement par l'expression "produit plat". C'est le cas lorsque, en sidérurgie, on coule l'acier sous forme de brames, c'est à dire de produits ayant environ 1 à 2 m de large et une épaisseur généralement de l'ordre de 20 cm, mais pouvant descendre jusqu'à quelques cm sur certaines installations récentes dites "machines de coulée de brames minces". Dans ces exemples, la lingotière est composée de parois fixes énergiquement refroidies sur leur face qui n'est pas au contact du métal. On expérimente également des installations permettant d'obtenir, directement par solidification du métal liquide, des bandes d'acier de quelques mm d'épaisseur. Pour ce faire, on utilise des lingotières dont l'espace de coulée est délimité sur ses grands côtés par une paire de cylindres refroidis intérieurement à axes horizontaux parallèles et tournant autour de ces axes en sens inverses, et sur ses petits côtés par des plaques de fermeture (appelées faces latérales) en matériau réfractaire appliquées contre les extrémités des cylindres. Les cylindres peuvent également être remplacés par des bandes sans fin refroidies.The casting can take place in an ingot mold which must give the product a very elongated rectangular section, which usually designates it by the expression "flat product". This is the case when, in the steel industry, steel is poured in the form of slabs, that is to say products having approximately 1 to 2 m in width and a thickness generally of the order of 20 cm, but which can descend up to a few cm on some recent installations called "thin slab casting machines". In these examples, the ingot mold is composed of fixed walls which are energetically cooled on their face which is not in contact with the metal. We are also experimenting with installations making it possible to obtain, directly by solidification of the liquid metal, steel strips a few mm thick. To do this, molds are used, the casting space of which is delimited on its long sides by a pair of internally cooled cylinders with parallel horizontal axes and rotating around these axes in opposite directions, and on its short sides by plates of closure (called side faces) of refractory material applied against the ends of the cylinders. The cylinders can also be replaced by cooled endless belts.

Dans ces types de lingotière, on considère qu'il faut orienter les écoulements du métal liquide de manière homogène en direction des cylindres, et aussi en direction des petits côtés de l'espace de coulée. On cherche ainsi, notamment, à obtenir une homogénéisation thermique du métal de manière à atténuer les variations de l'épaisseur solidifiée selon le périmètre de la lingotière. Cette homogénéisation thermique et l'agitation du bain liquide qu'elle nécessite sont particulièrement cruciales dans le cas de la coulée de bandes minces, du fait de l'utilisation des faces latérales en réfractaire. En effet, si on n'assurait pas un renouvellement forcé du métal avoisinant ces faces latérales, ce métal se refroidirait de manière anormalement intense. On verrait alors apparaître des solidifications de métal indésirables sur les faces latérales, en particulier au voisinage de leur zone de contact avec les cylindres. Cette orientation est classiquement obtenue en faisant sortir le métal de la busette par deux orifices appelés "ouïes", ménagés à l'opposé l'un de l'autre sur la paroi latérale de la partie inférieure de la busette, et non par un orifice unique placé dans le fond de la busette. Habituellement, après être sorti d'une ouïe et être allé percuter le petit côté de la lingotière, le métal liquide se partage en deux boucles de recirculation. Une boucle supérieure vient lécher la surface du métal présent dans l'espace de coulée avant de redescendre le long de la busette, alors qu'une boucle inférieure commence par descendre le long du petit côté de la lingotière avant de remonter en direction de l'ouïe.In these types of ingot mold, it is considered that the liquid metal flows must be directed homogeneously in the direction of the cylinders, and also in the direction of the short sides of the casting space. It is thus sought, in particular, to obtain a thermal homogenization of the metal so as to attenuate the variations in the solidified thickness along the perimeter of the mold. This thermal homogenization and the stirring of the liquid bath which it requires are particularly crucial in the case of the casting of thin strips, due to the use of the refractory side faces. Indeed, if we did not ensure a forced renewal of the metal surrounding these side faces, this metal would cool abnormally intense. We would then see unwanted metal solidifications appear on the lateral faces, in particular in the vicinity of their zone of contact with the cylinders. This orientation is conventionally obtained by removing the metal from the nozzle by two orifices called "gills", arranged opposite one another on the side wall of the lower part of the nozzle, and not by an orifice. single placed in the bottom of the nozzle. Usually, after coming out of a hearing and going to strike the small side of the mold, the liquid metal is divided into two recirculation loops. An upper loop comes to lick the surface of the metal present in the casting space before descending along the nozzle, while a lower loop begins by descending along the short side of the mold before going up towards the hearing.

Pour obtenir l'homogénéisation désirée, on utilise parfois, notamment en coulée entre cylindres, des busettes en deux parties (voir le document JP-A-60021171). La première partie est composée d'un tube cylindrique dont l'extrémité supérieure est connectée à un orifice pratiqué dans le fond du répartiteur qui constitue la réserve d'acier liquide alimentant la lingotière, orifice qui est obturable à volonté par l'opérateur, partiellement ou totalement, grâce à une quenouille ou un système à tiroir assurant la régulation du débit de métal. De la section de cet orifice dépend le débit maximal de métal qui peut s'écouler à l'intérieur de la busette. La deuxième partie, fixée à l'extrémité inférieure du tube précédent, par exemple par vissage, ou lui étant intégrée de construction, est destinée à être immergée dans le bain de métal liquide présent dans la lingotière. Elle est composée d'un élément creux à l'intérieur duquel débouche l'orifice inférieur du tube cylindrique précédent. L'espace intérieur de cet élément creux a une forme générale allongée, et est orienté sensiblement perpendiculairement au tube. Lorsque la busette est en service, l'élément creux est placé parallèlement aux grands côtés de la lingotière, et le métal liquide s'écoule dans la lingotière par deux ouïes pratiquées à chacune des extrémités de l'élément creux.To obtain the desired homogenization, two-part nozzles are sometimes used, in particular in casting between cylinders (see document JP-A-60021171). The first part is composed of a cylindrical tube, the upper end of which is connected to an orifice in the bottom of the distributor which constitutes the reserve of liquid steel supplying the ingot mold, an orifice which can be closed at will by the operator, partially or totally, thanks to a stopper or a drawer system ensuring the regulation of the metal flow. The cross-section of this orifice depends on the maximum metal flow which can flow inside the nozzle. The second part, fixed to the lower end of the preceding tube, for example by screwing, or being integrated therein by construction, is intended to be immersed in the bath of liquid metal present in the mold. It is composed of a hollow element inside which opens the lower orifice of the preceding cylindrical tube. The interior space of this hollow element has a generally elongated shape, and is oriented substantially perpendicular to the tube. When the nozzle is in service, the hollow element is placed parallel to the long sides of the ingot mold, and the liquid metal flows into the ingot mold by two holes made at each end of the hollow element.

Il est également connu d'équiper des busettes de l'un des types qui viennent d'être décrits d'un ou plusieurs orifices, ménagés dans leur fond. Le métal s'écoulant par ce ou ces orifices alimente directement en métal chaud la partie de la lingotière située à l'aplomb de la busette, ce qui améliore l'homogénéité thermique de l'espace de coulée, notamment au voisinage des cylindres. Lorsqu'il y en a une pluralité, ces orifices sont alignés selon une direction parallèle à l'orientation générale des ouïes. Ces orifices sont parfois appelés "trous de frite" (voir, par exemple, le document FR 2 233 121) dans le cas où ils ont une aire totale faible par rapport à celle des ouïes. Leur fonction est alors également de dissiper une fraction de l'énergie du métal qui vient percuter le fond de la busette, en permettant à une partie de ce métal de s'écouler à travers le fond. On limite ainsi la quantité de métal liquide qui rebondit sur le fond et vient perturber la régularité de l'écoulement du métal par les ouïes. Dans tous les cas, on diminue la vitesse de sortie du métal au niveau des ouïes, car on améliore leur remplissage. Les écoulements ainsi obtenus sont plus calmes et plus réguliers dans le temps à l'intérieur de la lingotière, ce qui est favorable à la qualité du produit coulé. De même, l'encrassement des ouïes par les inclusions non-métalliques du métal est ralenti.It is also known to equip nozzles of one of the types which have just been described with one or more orifices, provided in their bottom. The metal flowing through this or these orifices directly feeds hot metal to the part of the ingot mold situated directly above the nozzle, which improves the thermal uniformity of the casting space, in particular in the vicinity of the cylinders. When there is a plurality, these orifices are aligned in a direction parallel to the general orientation of the gills. These holes are sometimes called "fried holes" (see, for example, document FR 2 233 121) in the case where they have a small total area compared to that of the gills. Their function is then also to dissipate a fraction of the energy of the metal which strikes the bottom of the nozzle, by allowing a part of this metal to flow through the bottom. This limits the amount of liquid metal that rebounds on the bottom and disturbs the regularity of the flow of metal through the gills. In all cases, the speed of exit of the metal at the gills, because it improves their filling. The flows thus obtained are quieter and more regular over time inside the mold, which is favorable to the quality of the cast product. Likewise, fouling of the gills by the non-metallic inclusions of the metal is slowed down.

Dans le cas des busettes pour la coulée entre cylindres du type évoqué plus haut, on peut ainsi prévoir d'utiliser une rangée de tels orifices en fond de busette, alignés selon une orientation parallèle à l'orientation générale de l'élément creux, dans le plan de symétrie longitudinal de la busette.In the case of nozzles for casting between cylinders of the type mentioned above, it is thus possible to provide for using a row of such orifices at the bottom of the nozzle, aligned in an orientation parallel to the general orientation of the hollow element, in the longitudinal plane of symmetry of the nozzle.

L'inconvénient du ou des orifices de fond de busette ainsi disposés est que le métal chaud s'écoulant par chacun d'eux tend à être entraîné dans la partie ascendante de la boucle de recirculation inférieure du métal s'écoulant par les ouïes. En conséquence, seule une petite fraction de ce métal chaud parvient profondément dans la partie centrale de l'espace de coulée, et la fonction d'homogénéisation thermique de cet espace que l'on assignait aux orifices n'est pas correctement remplie.The disadvantage of the nozzle bottom orifice (s) thus arranged is that the hot metal flowing through each of them tends to be entrained in the ascending part of the lower recirculation loop of the metal flowing through the louvers. Consequently, only a small fraction of this hot metal reaches deep into the central part of the casting space, and the function of thermal homogenization of this space which was assigned to the orifices is not correctly fulfilled.

Le but de l'invention est de proposer une configuration de la partie inférieure de la busette qui permette effectivement d'obtenir cette homogénéité thermique à l'aide de simples orifices de fond de busette.The object of the invention is to propose a configuration of the lower part of the nozzle which effectively allows this thermal uniformity to be obtained using simple nozzle bottom orifices.

L'invention a pour objet une busette pour l'introduction de métal liquide dans une lingotière de coulée continue de produits métalliques plats comportant deux grands côtés et deux petits côtés, du type comportant à son extrémité inférieure deux ouïes ménagées sur sa paroi latérale à l'opposé l'une de l'autre et destinées à envoyer le métal liquide chacune en direction d'un petit côté de ladite lingotière, et au moins deux orifices ménagés dans le fond de ladite extrémité inférieure, caractérisée en ce qu'un premier groupe desdits orifices est disposé d'un côté d'un plan de symétrie longitudinal de la busette incluant les axes des ouïes, et en ce qu'un deuxième groupe desdits orifices est disposé de l'autre côté dudit plan de symétrie.The subject of the invention is a nozzle for the introduction of liquid metal into a mold for the continuous casting of flat metal products comprising two long sides and two short sides, of the type comprising at its lower end two openings formed on its side wall at the 'opposite one another and intended to send the liquid metal each towards a small side of said mold, and at least two orifices provided in the bottom of said lower end, characterized in that a first group of said orifices is arranged on one side of a longitudinal plane of symmetry of the nozzle including the axes of the gills, and in that a second group of said orifices is arranged on the other side of said plane of symmetry.

Comme on l'aura compris, l'invention consiste à prévoir que les orifices soient répartis non plus dans le plan de symétrie longitudinal de la busette, mais répartis de part et d'autre de ce plan de symétrie.As will be understood, the invention consists in providing that the orifices are no longer distributed in the longitudinal plane of symmetry of the nozzle, but distributed on either side of this plane of symmetry.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes:

  • les figures 1a, et 1c, qui montrent schématiquement en coupe longitudinale selon Ia-Ia et en coupe transversale selon Ic-Ic l'espace de coulée d'une lingotière de coulée entre cylindres et les orientations générales des écoulements du métal liquide, dans le cas de l'utilistion d'une busette à un seul orifice de fond classique, vue elle-même sur la figure 1b en coupe transversale selon Ib-Ib;
  • les figures 2a et 2c, qui montrent schématiquement en coupe longitudinale selon IIa-IIa et en coupe transversale selon IIc-IIc l'espace de coulée d'une lingotière de coulée entre cylindres et les orientations générales des écoulements du métal liquide, dans le cas de l'utilistion d'un premier exemple de busette selon l'invention, vue elle-même sur la figure 2b en coupe transversale selon IIb-IIb;
  • la figure 3 qui montre en coupe transversale ces écoulements dans le cas de l'utilisation d'un deuxième exemple de busette selon l'invention.
The invention will be better understood on reading the description which follows, given with reference to the following appended figures:
  • Figures 1a, and 1c, which schematically show in longitudinal section along Ia-Ia and in cross section along Ic-Ic the casting space of a casting mold between cylinders and the general orientations of the flows of liquid metal, in the case of the use of a nozzle with a single conventional bottom orifice, itself seen in FIG. 1b in cross section according to Ib-Ib;
  • Figures 2a and 2c, which schematically show in longitudinal section along IIa-IIa and in cross section along IIc-IIc the casting space of an ingot mold casting between cylinders and the general orientations of the flows of liquid metal, in the case of the use of a first example of a nozzle according to the invention, itself seen in FIG. 2b in cross section along IIb-IIb;
  • Figure 3 which shows in cross section these flows in the case of the use of a second example of nozzle according to the invention.

L'installation de coulée continue d'un métal liquide, tel que l'acier, sous forme de bandes minces représentée sur les figures 1a et 1c comporte, comme connu, deux cylindres 1, 1' à axes horizontaux, mis en rotation en sens contraires autour de leurs axes et énergiquement refroidis intérieurement. Leurs surfaces latérales cylindriques 2, 2' définissent entre elles un espace de coulée qui est obturé latéralement par deux parois latérales 3, 3' en matériau réfractaire appliquées contre les extrémités 4, 4' des cylindres 1, 1'. Le métal liquide 5 est introduit dans cet espace de coulée par l'intermédiaire d'une busette 6 connectée à un répartiteur non représenté renfermant une réserve dudit métal 5. Le métal 5 se solidifie contre les parois refroidies 2, 2' des cylindres 1, 1' pour former des peaux 7, 7' d'épaisseur croissante qui se rejoignent au col 8, c'est à dire au niveau où la distance entre les surfaces 2, 2' des cylindres 1, 1' est la plus faible, égale à l'épaisseur des bandes que l'on désire couler. En-dessous du col 8, on est donc en présence d'une bande 9 solidifiée qui se décolle des cylindres 1, 1' et est extraite de l'installation par un dispositif connu non représenté.The installation for continuous casting of a liquid metal, such as steel, in the form of thin strips shown in FIGS. 1a and 1c comprises, as known, two cylinders 1, 1 ′ with horizontal axes, rotated in direction opposites around their axes and energetically cooled internally. Their cylindrical lateral surfaces 2, 2 'define between them a casting space which is closed laterally by two lateral walls 3, 3' of refractory material applied against the ends 4, 4 'of the cylinders 1, 1'. The liquid metal 5 is introduced into this pouring space via a nozzle 6 connected to a distributor (not shown) containing a reserve of said metal 5. The metal 5 solidifies against the cooled walls 2, 2 ′ of the cylinders 1, 1 'to form skins 7, 7' of increasing thickness which meet at the neck 8, that is to say at the level where the distance between the surfaces 2, 2 'of the cylinders 1, 1' is the smallest, equal to the thickness of the strips that you want to pour. Below the neck 8, we are therefore in the presence of a solidified strip 9 which peels off from the cylinders 1, 1 ′ and is extracted from the installation by a known device not shown.

Selon un art antérieur connu, la busette 6 se présente sous la forme d'un tube en réfractaire dont l'extrémité est immergée sur une profondeur h dans le métal liquide 5 présent dans l'espace de coulée. Le métal liquide 5 s'écoule dans l'espace de coulée par deux ouïes cylindriques 10, 10' ménagées sur la paroi latérale de la busette 6. Ces ouïes 10, 10' sont diamétralement opposées selon la section transversale de la busette 6 (voir la figure 1b), chacune étant orientée sensiblement horizontalement en direction d'une des faces latérales 3, 3'. Comme il est également connu, la busette 6 comporte, dans le cas représenté, un orifice de fond unique 11 vertical ménagé dans son fond. A titre d'exemple, le métal coulé est de l'acier, et les principales dimensions des différentes parties de l'installation sont:

  • longueur et diamètre des cylindres 1, 1': 860 et 1500 mm;
  • largeur de l'espace de coulée au niveau du col: 3 mm;
  • profondeur du bain de métal liquide 5 dans l'espace de coulée: 400 mm;
  • profondeur d'immersion h de la busette 6: 40 mm;
  • diamètres intérieur et extérieur de la busette 6: 60 et 100 mm;
  • diamètre des ouïes 10, 10': 40 mm;
  • diamètre de l'orifice de fond 11: 15 mm.
According to a known prior art, the nozzle 6 is in the form of a refractory tube whose end is immersed to a depth h in the liquid metal 5 present in the casting space. The liquid metal 5 flows into the casting space through two cylindrical openings 10, 10 'formed on the side wall of the nozzle 6. These openings 10, 10' are diametrically opposite according to the cross section of the nozzle 6 (see Figure 1b), each being oriented substantially horizontally towards one of the side faces 3, 3 '. As is also known, the nozzle 6 has, in the case shown, a single vertical bottom hole 11 formed in its bottom. For example, the cast metal is steel, and the main dimensions of the different parts of the installation are:
  • length and diameter of cylinders 1, 1 ': 860 and 1500 mm;
  • width of the casting space at the neck: 3 mm;
  • depth of the liquid metal bath 5 in the casting space: 400 mm;
  • immersion depth h of nozzle 6: 40 mm;
  • inside and outside diameters of nozzle 6: 60 and 100 mm;
  • diameter of the openings 10, 10 ': 40 mm;
  • diameter of the bottom hole 11: 15 mm.

Sur les figures 1a et 1c, les directions préférentielles des écoulements du métal liquide 5 sont représentées par des flèches. La figure 1a représente les écoulements dans le plan médian longitudinal Ia-Ia de la lingotière. Comme c'est classiquement le cas en coulée continue, et pas seulement en coulée continue de produits minces, le métal sortant de l'ouïe 10 se dirige vers la face latérale 3 et, dans son voisinage, se divise en deux boucles de recirculation. Une première boucle 12, initialement ascendante, revient en direction de la busette 6 en léchant la surface 13 du bain de métal liquide 5 contenu dans l'espace de coulée, et redescend ensuite le long de la busette 6. Une deuxième boucle 14, initialement descendante, se dirige tangentiellement à la face latérale 3, puis au col 8, avant de remonter le long du plan transversal médian Ic-Ic de l'espace de coulée en direction de la busette 6. Des écoulements symétriques aux précédents par rapport à ce plan transversal médian Ic-Ic sont observés pour le métal sortant de l'autre ouïe 10'. Le métal sortant de l'orifice de fond 11 s'écoule d'abord verticalement, puis est pris dans la deuxième boucle 14. Jusqu'à environ la moitié de la hauteur de l'espace de coulée, ce métal tend à être entraîné dans la deuxième boucle 14 de recirculation (ou sa symétrique). En fait, pratiquement aucune fraction de ce métal ne parvient directement jusqu'au col 8. Si on observe sur la figure 1c les écoulements préférentiels dans le plan médian transversal Ic-Ic de la lingotière, on voit également que le métal sortant de l'orifice de fond 11 tend à être entraîné vers les régions supérieures de la lingotière peu après sa sortie de la busette 6. Il résulte de ces écoulements que les régions de l'espace de coulée situées à l'aplomb de la busette 6 ne sont majoritairement alimentées que par du métal qui a déjà à son actif un temps de séjour dans l'espace de coulée relativement élevé, et qui, de plus, a circulé au voisinage des cylindres 1, 1' et des faces latérales 3, 3'. Pour ces raisons, ce métal est plus froid qu'il ne serait souhaitable pour assurer une homogénéité thermique satisfaisante de l'espace de coulée. On constate, en particulier, que les conditions de solidification de la région centrale de la bande 9 peuvent, pour cette raison, différer sensiblement de celles qui ont prévalu dans ses régions latérales qui ont été alimentées majoritairement par du métal liquide plus chaud. En conséquence, la structure de solidification de la bande 9 n'est pas uniforme sur toute la largeur de son coeur, ce qui peut conduire à des inégalités significatives dans les propriétés mécaniques du produit final.In FIGS. 1a and 1c, the preferred directions of the flows of the liquid metal 5 are represented by arrows. Figure 1a shows the flows in the longitudinal median plane Ia-Ia of the mold. As is conventionally the case in continuous casting, and not only in continuous casting of thin products, the metal leaving the hearing 10 goes towards the lateral face 3 and, in its vicinity, is divided into two recirculation loops. A first loop 12, initially ascending, returns towards the nozzle 6 by licking the surface 13 of the bath of liquid metal 5 contained in the casting space, and then descends along the nozzle 6. A second loop 14, initially descending, goes tangentially to the lateral face 3, then to the neck 8, before ascending along the median transverse plane Ic-Ic of the pouring space in the direction of the nozzle 6. Flows symmetrical to the previous ones with respect to this transverse median plane Ic-Ic are observed for the metal coming out of the other hole 10 '. The metal leaving the bottom orifice 11 first flows vertically, then is taken in the second loop 14. Up to about half the height of the casting space, this metal tends to be entrained in the second recirculation loop 14 (or its symmetrical). In fact, practically no fraction of this metal reaches the neck 8 directly. If we observe in FIG. 1c the preferential flows in the transverse median plane Ic-Ic of the mold, we also see that the metal leaving the bottom orifice 11 tends to be drawn towards the upper regions of the ingot mold shortly after it leaves the nozzle 6. It follows from these flows that the regions of the casting space situated directly above the nozzle 6 are not mainly supplied only by metal which already has a relatively high residence time in the casting space to its credit, and which, moreover, has circulated in the vicinity of the cylinders 1, 1 ′ and the lateral faces 3, 3 ′. For these reasons, this metal is cooler than it would be desirable to ensure satisfactory thermal uniformity of the casting space. It is noted, in particular, that the solidification conditions of the central region of the strip 9 can, for this reason, differ significantly from those which prevailed in its lateral regions which were mainly supplied by hotter liquid metal. Consequently, the solidification structure of the strip 9 is not uniform over the entire width of its core, which can lead to significant inequalities in the mechanical properties of the final product.

L'installation de coulée représentée sur les figures 2a et 2c diffère de la précédente en ce qu'elle est équipée d'une busette 15 selon l'invention, représentée également sur la figure 2b.Cette busette 15 diffère de la précédente en ce qu'elle est équipée non pas de un mais de deux orifices de fond 16, 16' verticaux alignés selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'orientation générale des ouïes 10, 10', comme on le voit sur la figure 2b. Ils sont donc disposés de part et d'autre du plan IIa-IIa qui constitue, pour la busette 15, un plan de symétrie longitudinal incluant les axes des ouïes 10, 10'. Ces orifices de fond ont par exemple un diamètre de 15 mm, les autres conditions d'utilisation étant identiques à celles de l'exemple précédent. Les écoulements dans l'espace de coulée s'en trouvent sensiblement modifiés, par rapport à la configuration de référence des figures 1a et 1c. En ce qui concerne les écoulements du métal sortant des ouïes 10, 10' tels qu'observés dans le plan longitudinal médian IIa-IIa de l'espace de coulée, on retrouve la première boucle de recirculation 12 initialement ascendante. On retrouve également la deuxième boucle de recirculation 14 initialement descendante, mais en ce qui la concerne, la remontée du principal courant de métal liquide 5 se produit sensiblement plus tôt que dans la configuration de référence. Cela est dû à la présence d'une troisième boucle de recirculation 17, qui renferme principalement du métal liquide 5 issu des orifices de fond 16, 16'. Comme les jets parallèles issus des orifices de fond 16, 16' ont un débit total plus élevé qu'un jet unique, ils résistent mieux à l'attraction exercée sur eux par la deuxième boucle 14 et sont en mesure de descendre aussi bas que possible dans l'espace de coulée, soit jusqu'au col 8 où ils rencontrent le front de solidification de la bande 9. Puis les courants circulent d'abord le long de ce front de solidification, et enfin remontent en direction de la busette 6. L'observation des écoulements dans le plan médian transversal IIc-IIc, représentés sur la figure 2c, montre également que les jets issus des orifices de fond 16, 16' envoient le métal liquide 5 plus profondément dans l'espace de coulée qu'un orifice de fond unique. De plus, ces jets ont tendance à attirer du métal liquide 5 issu des zones supérieures de l'espace de coulée, ce qui améliore encore l'agitation du bain et son homogénéité thermique. Enfin, comme ils sont plus proches des cylindres que ne le seraient des orifices placés dans le plan médian de la busette 15, ils apportent plus de chaleur au voisinage des cylindres.The casting installation shown in Figures 2a and 2c differs from the previous one in that it is equipped with a nozzle 15 according to the invention, also shown in Figure 2b. This nozzle 15 differs from the previous one in that 'It is equipped not with one but with two vertical bottom holes 16, 16' aligned in a direction substantially perpendicular to the general orientation of the louvers 10, 10 ', as seen in Figure 2b. They are therefore arranged on either side of the plane IIa-IIa which constitutes, for the nozzle 15, a longitudinal plane of symmetry including the axes of the gills 10, 10 '. These bottom holes have for example a diameter of 15 mm, the others conditions of use being identical to those of the previous example. The flows in the casting space are significantly modified, compared to the reference configuration of Figures 1a and 1c. With regard to the flows of metal leaving the vents 10, 10 ′ as observed in the median longitudinal plane IIa-IIa of the casting space, there is the first recirculation loop 12 initially ascending. We also find the second recirculation loop 14 initially descending, but as far as it is concerned, the ascent of the main stream of liquid metal 5 occurs substantially earlier than in the reference configuration. This is due to the presence of a third recirculation loop 17, which mainly contains liquid metal 5 from the bottom orifices 16, 16 '. As the parallel jets from the bottom orifices 16, 16 'have a higher total flow than a single jet, they resist better the attraction exerted on them by the second loop 14 and are able to descend as low as possible in the pouring space, ie up to the neck 8 where they meet the solidification front of the strip 9. Then the currents first flow along this solidification front, and finally go up towards the nozzle 6. Observation of the flows in the transverse median plane IIc-IIc, represented in FIG. 2c, also shows that the jets coming from the bottom orifices 16, 16 'send the liquid metal 5 deeper into the casting space than single bottom hole. In addition, these jets tend to attract liquid metal 5 from the upper zones of the casting space, which further improves the agitation of the bath and its thermal homogeneity. Finally, as they are closer to the cylinders than would be the orifices placed in the median plane of the nozzle 15, they provide more heat in the vicinity of the cylinders.

En variante, comme représenté sur les figures 3a, 3b, 3c, on peut conférer aux orifices de fond 18, 18' des orientations non plus verticales, mais obliques, en les faisant converger de telle manière que les jets qui en sont issus se rencontrent dans le plan médian longitudinal IIIa-IIIa de l'espace de coulée. Ainsi, on accentue encore l'effet recherché de pénétration profonde des jets issus des orifices de fond.As a variant, as shown in FIGS. 3a, 3b, 3c, it is possible to give the bottom orifices 18, 18 ′ orientations no longer vertical, but oblique, by making them converge in such a way that the jets which result therefrom meet in the longitudinal median plane IIIa-IIIa of the casting space. Thus, the desired effect of deep penetration of the jets from the bottom orifices is further accentuated.

L'exemple de mise en oeuvre de l'invention qui vient d'être décrit et représenté n'est, bien entendu, pas limitatif. Si la géométrie de la busette s'y prête, on peut prévoir d'utiliser davantage d'orifices de fond, l'essentiel étant qu'ils soient répartis de part et d'autre du plan médian longitudinal de la busette, dans lequel se trouvent les axes des ouïes. Ainsi, par exemple, l'invention peut être appliquée au cas des busettes telles que représentées sur les figures 4a et 4b. Ces busettes 19 sont formées de deux parties principales en un matériau réfractaire qui sont ici assemblées l'une à l'autre par vissage de la première dans la seconde. La première partie comprend un tube 20 cylindrique ou sensiblement cylindrique, dont l'espace intérieur constitue le chemin de passage du métal liquide. Sa partie supérieure non représentée est destinée à être connectée à un répartiteur de coulée continue. L'extrémité inférieure 21 du tube 20 comporte un filetage 22 sur sa paroi externe, et ce filetage 22 permet de l'assembler à la deuxième partie de la busette 19. Cette deuxième partie est composée d'un élément creux 23 qui, dans l'exemple décrit et représenté, a extérieurement la forme d'un T inversé. L'espace intérieur de l'élément creux 23, lui aussi en forme de T inversé, comporte ainsi une portion cylindrique 24 prolongeant l'espace intérieur du tube 20. La zone supérieure de cette portion cylindrique 24 comporte un logement 25 à paroi filetée, de manière à pouvoir y visser l'extrémité inférieure 21 du tube 20. La portion cylindrique 24 débouche dans une portion tubulaire 26 qui lui est sensiblement perpendiculaire, de section approximativement carrée dans l'exemple représenté (étant entendu que cette section peut aussi être rectangulaire, circulaire, ovale, etc..). Chaque extrémité de cette portion tubulaire 26 comporte une ouïe 27, 27'. Selon l'invention, le fond 28 de l'élément tubulaire 26 est équipé d'orifices de fond 29-35, 29'-35'. Ils sont alignés selon deux rangées parallèles disposées de part et d'autre du plan de symétrie vertical IVa-IVa de l'élément tubulaire 26. Dans l'exemple représenté, les axes des orifices de fond 29-35, 29'-35' qui se font face sont convergents, de manière similaire à l'exemple représenté sur les figures 3a, 3b, 3c, mais on peut aussi imaginer de percer ces mêmes orifices de fond 29-35, 29'-35' de manière simplement verticale. Bien entendu, l'invention s'applique de la même manière si on confère à l'espace intérieur de l'élément creux 23 une forme différente de celle d'un simple T inversé, l'essentiel étant que cet espace intérieur se termine par une portion allongée pouvant être orientée parallèlement aux grands côtés de la lingotière, et aux extrémités de laquelle on a ménagé des ouïes.The example of implementation of the invention which has just been described and shown is, of course, not limiting. If the geometry of the nozzle is suitable, we can plan to use more bottom holes, the main thing being that they are distributed on either side of the longitudinal median plane of the nozzle, in which find the axes of the gills. Thus, for example, the invention can be applied to the case of nozzles as shown in FIGS. 4a and 4b. These nozzles 19 are formed of two main parts made of a refractory material which are here assembled to one another by screwing the first into the second. The first part comprises a cylindrical or substantially cylindrical tube, the interior space of which constitutes the path for the passage of the liquid metal. Its upper part, not shown, is intended to be connected to a continuous casting distributor. The lower end 21 of the tube 20 has a thread 22 on its outer wall, and this thread 22 makes it possible to assemble it to the second part of the nozzle 19. This second part is composed of a hollow element 23 which, in the 'example described and shown, externally has the shape of an inverted T. The interior space of the hollow element 23, also in the shape of an inverted T, thus comprises a cylindrical portion 24 extending the interior space of the tube 20. The upper region of this cylindrical portion 24 comprises a housing 25 with a threaded wall, so as to be able to screw into it the lower end 21 of the tube 20. The cylindrical portion 24 opens into a tubular portion 26 which is substantially perpendicular to it, of approximately square section in the example shown (it being understood that this section may also be rectangular , circular, oval, etc.). Each end of this tubular portion 26 has a hole 27, 27 '. According to the invention, the bottom 28 of the tubular element 26 is equipped with bottom holes 29-35, 29'-35 '. They are aligned in two parallel rows arranged on either side of the vertical plane of symmetry IVa-IVa of the tubular element 26. In the example shown, the axes of the bottom orifices 29-35, 29'-35 ' which face each other are convergent, similar to the example shown in FIGS. 3a, 3b, 3c, but one can also imagine drilling these same bottom orifices 29-35, 29'-35 'simply vertically. Of course, the invention applies in the same way if the interior space of the hollow element 23 is given a shape different from that of a simple inverted T, the main thing being that this interior space ends in an elongated portion which can be oriented parallel to the long sides of the mold, and at the ends of which gills have been provided.

Les orifices de fond selon l'invention sont d'autant plus efficaces que les écoulements à l'intérieur de la busette sont régulièrement répartis et stables dans le temps. A cet effet, on peut recommander de placer sur le parcours du métal liquide à l'intérieur de la busette des obstacles en matériau réfractaire qui, en freinant l'écoulement du métal, contribuent également à améliorer le remplissage de la busette, et donc à atténuer les fluctuations dans le temps des écoulements qui s'y établissent. De tels obstacles sont décrits dans la demande FR 95 11375. A titre d'exemple, la busette 19 de la figure 4a est représentée équipée d'un tel obstacle. Il est constitué par un empilement de trois pastilles perforées 36, 37, 38, disposées dans la partie inférieure du logement 25 dans lequel est insérée l'extrémité inférieure 21 du tube 20. La pastille supérieure 36 et la pastille inférieure 38 ont des perforations 39 de relativement faibles dimensions, et les perforations de chaque pastille sont disposées de manière décalée par rapport aux perforations de l'autre pastille. La pastille médiane 37 comporte une large perforation unique 40 de diamètre légèrement inférieur à celui du tube 20, et joue, en fait, un rôle d'entretoise séparant les deux autres pastilles. Cet exemple d'obstacle n'est, bien sur, pas limitatif, et d'autres configurations peuvent être envisagées, et être également appliquées à d'autres types de busettes par ailleurs conformes à l'invention.The bottom orifices according to the invention are all the more effective as the flows inside the nozzle are regularly distributed and stable over time. For this purpose, we can recommend placing on the path of the liquid metal inside the nozzle obstacles of refractory material which, by slowing the flow of the metal, also contribute to improving the filling of the nozzle, and therefore to attenuate the fluctuations in time of the flows which settle there. Such obstacles are described in application FR 95 11375. By way of example, the nozzle 19 of FIG. 4a is shown equipped with such an obstacle. It consists of a stack of three perforated pads 36, 37, 38, arranged in the lower part of the housing 25 in which is inserted the lower end 21 of the tube 20. The upper pad 36 and the lower pad 38 have perforations 39 of relatively small dimensions, and the perforations of each pellet are arranged offset from the perforations of the other pellet. The central patch 37 has a single large perforation 40 of diameter slightly smaller than that of the tube 20, and in fact plays a role of spacer separating the other two pellets. This example of obstacle is not, of course, not limiting, and other configurations can be envisaged, and also be applied to other types of nozzles otherwise in accordance with the invention.

Les busettes du type selon l'invention peuvent, comme on l'a décrit et représenté, être utilisées sur des installation de coulée continue de bandes métalliques minces entre cylindres. Mais elles peuvent aussi être utilisées avec profit pour la coulée continue de produits plats métalliques de plus fortes sections, tels que des brames d'acier d'épaisseur classique (200 mm environ) ou de plus faible épaisseur. De manière générale, l'invention s'applique aux installations de coulée continue de produits plats, dont la lingotière a une section transversale rectangulaire ou sensiblement rectangulaire (dont les dimensions peuvent éventuellement varier sur la hauteur de la lingotière), et dont la busette comporte des ouïes envoyant le métal liquide en direction des petits côtés de la lingotière.The nozzles of the type according to the invention can, as described and shown, be used on installations for the continuous casting of thin metal strips between cylinders. However, they can also be used with profit for the continuous casting of metallic flat products with larger sections, such as steel slabs of conventional thickness (about 200 mm) or of thinner thickness. In general, the invention applies to installations for the continuous casting of flat products, the mold of which has a rectangular or substantially rectangular cross section (the dimensions of which can possibly vary over the height of the mold), and the nozzle of which comprises vents sending the liquid metal towards the short sides of the mold.

Claims (6)

Busette (15, 19) pour l'introduction de métal liquide (5) dans une lingotière de coulée continue de produits métalliques plats comportant deux grands côtés (2, 2') et deux petits côtés (3, 3'), du type comportant à son extrémité inférieure deux ouïes (10, 10') ménagées sur sa paroi latérale à l'opposé l'une de l'autre et destinées à envoyer le métal liquide (5) chacune en direction d'un petit côté (3, 3') de ladite lingotière, et au moins deux orifices (16, 16', 18, 18', 29-35, 29'-35') ménagés dans le fond de ladite extrémité inférieure, caractérisée en ce qu'un premier groupe (16, 18, 29-35) desdits orifices est disposé d'un côté d'un plan de symétrie longitudinal de la busette (IIa-IIa, IIIa, IIIa, IVa, IVa) incluant les axes des ouïes, et en ce qu'un deuxième groupe (16', 18', 29'-35') desdits orifices est disposé de l'autre côté dudit plan de symétrie (IIa-IIa, IIIa-IIIa, IVa-IVa).Nozzle (15, 19) for the introduction of liquid metal (5) into a mold for the continuous casting of flat metal products having two long sides (2, 2 ') and two short sides (3, 3'), of the type comprising at its lower end two vents (10, 10 ') formed on its side wall opposite one another and intended to send the liquid metal (5) each towards a short side (3, 3 ') of said mold, and at least two orifices (16, 16', 18, 18 ', 29-35, 29'-35') formed in the bottom of said lower end, characterized in that a first group ( 16, 18, 29-35) of said orifices is arranged on one side of a longitudinal plane of symmetry of the nozzle (IIa-IIa, IIIa, IIIa, IVa, IVa) including the axes of the gills, and in that a second group (16 ', 18', 29'-35 ') of said orifices is arranged on the other side of said plane of symmetry (IIa-IIa, IIIa-IIIa, IVa-IVa). Busette (15, 19) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices (18, 29-35) dudit premier groupe sont orientés de manière à donner au métal liquide qui doit en sortir des orientations convergentes avec les orientations données par les orifices (18', 29'-35') dudit deuxième groupe au métal liquide qui doit en sortir.Nozzle (15, 19) according to claim 1, characterized in that the orifices (18, 29-35) of said first group are oriented so as to give the molten metal which must come out of them convergent orientations with the orientations given by the orifices (18 ', 29'-35') of said second group to the liquid metal which must leave it. Busette (19) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite extrémité inférieure est un élément creux (23) dont l'espace intérieur est terminé par une portion allongée destinée à être orientée sensiblement parallèlement aux grands côtés (2, 2') de la lingotière, et aux extrémités de laquelle sont ménagées lesdites ouïes (27, 27').Nozzle (19) according to claim 1 or 2, characterized in that said lower end is a hollow element (23) whose interior space is terminated by an elongated portion intended to be oriented substantially parallel to the long sides (2, 2 ' ) of the mold, and at the ends of which are provided said gills (27, 27 '). Busette selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'espace intérieur dudit élément creux (23) est en forme de T inversé.Nozzle according to claim 3, characterized in that the interior space of said hollow element (23) is in the form of an inverted T. Busette selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en son intérieur des obstacles (36, 37, 38) placés sur le parcours du métal liquide.Nozzle according to one of claims 1 to 4, characterized in that it includes in its interior obstacles (36, 37, 38) placed on the path of the liquid metal. Busette (15, 19) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est destinée à être utilisée dans une installation de coulée continue directe de bandes (9) entre deux cylindres (1, 1').Nozzle (15, 19) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is intended to be used in an installation for direct continuous casting of strips (9) between two cylinders (1, 1 ').
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