EP3405301B1

EP3405301B1 - Procédé de brassage électromagnétique rotatif d'un métal en fusion au cours de la coulée d'un produit a large section et équipement pour sa mise en uvre.

Info

Publication number: EP3405301B1
Application number: EP16705807.2A
Authority: EP
Inventors: Siebo Kunstreich
Original assignee: Rotelec SA
Current assignee: Rotelec SA
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2021-05-05
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: WO2017125649A1; EP3405301A1; TW201731606A

Description

La présente invention concerne la coulée des métaux, de l'acier en particulier. Elle vise particulièrement la coulée de produits métalliques à large section droite carrée, rectangulaire ou ronde comme les rames épaisses et les gros blooms carrés ou ronds. Plus précisément, elle a trait au brassage électromagnétique qui génère un mouvement de rotation axiale du métal en fusion en cours de coulé.
On rappelle que le brassage électromagnétique du métal en fusion au cours de la coulée continue de l'acier est utilisé depuis longtemps pour améliorer la productivité des machines de coulée continue et la qualité des produits coulés obtenus.
L'une des principales utilisations du brassage électromagnétique, et dans laquelle s'inscrit la présente invention, consiste à créer des mouvements rotatifs du métal en fusion, soit sous forme d'une boucle de circulation tournant autour de l'axe de coulée, donc dans le plan de la section droite du produit coulé (BF 7520225), soit dans un plan vertical parallèle aux grandes faces du produit coulé, sous forme alors de boucles multiples à axes de rotation perpendiculaires à l'axe de coulée ( EP 0550785 , EP 0151648 ).
Comme on le sait, ces mouvements sont générés par des champs magnétiques mobiles produits par des inducteurs électromagnétiques statiques polyphasés montés sur la machine de coulée autour et à proximité immédiate du produit coulé, déjà au niveau de la lingotière, ou en dessous, dans les étages du refroidissement secondaire, ou final de la machine.
On rappelle qu'un inducteur de ce type est essentiellement constitué par une succession de bobinages électriques enroulés sur un corps ferromagnétique, bobinages qui produisent des pôles magnétiques lorsqu'elles sont parcourues par un courant électrique fourni par une alimentation biphasée ou triphasée. A l'instar du stator d'un moteur asynchrone, les bobinages de l'inducteur sont connectés électriquement aux phases de l'alimentation pour former un système à une paire de pôles magnétiques de signes opposés par phase (moteur bipolaire biphasé ou triphasé). Un champ magnétique mobile est ainsi généré, qui se déplace le long de l'inducteur. S'il pénètre dans un milieu électro-conducteur, comme l'est le métal en fusion coulé, ce champ mobile génère alors une force volumique (Lorentz force) qui met en mouvement (on dit "qui brasse") le métal en fusion selon les principes bien connus du moteur à induction asynchrone rotatif ou linéaire.
Dans le cas de la coulée continue des produits longs, i.e. de format rond ou carré (blooms ou billettes), comme le montrent les figures 1 jointes, l'équipement de brassage électromagnétique utilisé est classiquement constitué par un inducteur de forme annulaire (circulaire fig. la ou carré fig. 1b) qui entoure le produit coulé. Cet inducteur produit un champ magnétique qui traverse le produit coulé de part en part perpendiculairement à l'axe de coulée et qui tourne autour de cet axe. Se crée ainsi un mouvement de rotation axial du métal en fusion à la manière d'un moteur électrique asynchrone dont le rotor serait le métal en fusion.
Dans le cas de la coulée continue d'un format rectangulaire allongé, une brame donc, la pratique habituelle consiste cette fois à utiliser un équipement de brassage formé par des inducteurs de forme rectiligne (on dit "linéaire" par opposition à circulaire) qui produisent un champ magnétique glissant (travelling magnetic field), tel un moteur électrique linéaire bipolaire biphasé ou triphasé. Ces inducteurs, utilisés seuls ou par paire, sont montés parallèlement à une grande face de la brame coulée.
On précise qu'il faut entendre par "paire d'inducteurs" un couple d'inducteurs linéaires électriquement appariés, c'est-à-dire alimentés par des courants électriques polyphasés synchrones.
Utilisé seul (voir figures 2a et 2b), un inducteur linéaire à champ glissant fonctionne toujours en flux magnétique tangentiel (on dit aussi "longitudinal"). C'est dire qu'il génère dans le métal en fusion une poussée qui décroit exponentiellement quand on s'éloigne de lui. Comme le montre le document BF 8210844, si cette poussée a lieu dans l'étage du refroidissement secondaire de la machine de coulée et qu'elle est orientée perpendiculairement à l'axe de coulée, donc selon la largeur de la brame, le métal en fusion brassé forme une double boucle de circulation dite « boucle en ailes de papillon »
Utilisés par paire (ou par double paires), ils sont alors montés l'un en face de l'autre, définissant ainsi entre eux un entrefer rectangulaire que vient occuper la brame coulée.
Dans ce cas, comme le montre la figure 3a illustrant l'enseignement du document EP 0151648 (KSC), un équipement à une paire d'inducteurs linéaires est monté au niveau de la lingotière à raison d'un inducteur par face. Chaque inducteur fonctionne en flux magnétique tangentiel avec des sens de glissement opposés des deux champs magnétiques. II en résulte des poussées individuelles en sens inverse sur le métal en fusion au voisinage immédiat des grandes parois de la lingotière, donc une poussée nulle dans la zone médiane de la brame, ce qui conduit à créer un mouvement rotatif axial du métal en fusion dans toute sa section droite.
Par "axial", on entend "rotation autour de l'axe de coulée ou parallèle à lui. Cette signification sera valable pour toute la suite de l'exposé.
Un autre document connu, illustré par la figure 3b, montre une paire d'inducteurs linéaires utilisés en flux traversant à même sens de glissement des champs magnétiques, ce qui génère une poussée sensiblement constante dans toute l'épaisseur de la brame coulée.
Dans la catégorie des équipements de brassage électromagnétique agissant, cette fois, au niveau de l'étage du refroidissement secondaire, se situent notamment des dispositifs bien connus et largement répandus dans le monde de la sidérurgie que sont les rouleaux- brasseurs (stirring rolls or in-roll EMS). Il s'agit de rouleaux de soutien et de guidage de la brame dans le refroidissement secondaire rendus creux pour y recevoir un inducteur linéaire (USP 3.882.923 ), voire deux inducteurs alignés et couplés dans le cas de brames très larges ( WO 2011/117479 A1 ). Ces rouleaux-brasseurs, généralement utilisés par paire, sont installés, soit en parallèle l'un au dessus de l'autre, et fonctionnent en flux magnétiques tangentiels, soit face à face de part et d'autre de la brame, et fonctionnent alors en flux magnétique traversant. Mais, à chaque fois, ils ont pour effet de pousser le métal en fusion horizontalement selon la largeur de la brame pour créer les doubles boucles de circulation en « ailes de papillon » évoquées précédemment. Ils peuvent également être utilisés par double paires pour créer des boucles quadruples de circulation, par inversion du sens de glissement des champs sur les deux inducteurs montés alignés sur chaque grande-face de la brame coulée ( WO 2011/117479 ).
En revanche, en lingotière, comme le montre par exemple le document EP 0550785 (NKK), on utilise plus couramment un équipement de brassage formé par une batterie de deux paires d'inducteurs linéaires polyphasés, soit quatre inducteurs identiques. Les inducteurs sont montés sur les deux grandes parois de la lingotière, à raison de deux inducteurs alignés par paroi et placés de part et d'autre de la busette de coulée. Ils sont connectés électriquement en flux magnétique traversant pour générer une poussée sensiblement constante à travers l'épaisseur de la brame, car on veut agir sur les jets de métal "frais" sortant des ouïes de la busette, soit pour les accélérer (glissement des champs magnétiques dans le sens des jets vers l'extérieur de la lingotière), soit pour les freiner (glissement des champs à contresens des jets vers l'intérieur de la lingotière).
De tels processus opératoires permettent d'installer ou de stabiliser des modes de circulation choisis du métal en fusion dite en "double boucle" (double roll) ou en "simple boucle" (single roll) dans le plan vertical au sein de la lingotière (cf. les documents EP 0550785 et EP 0151648 déjà cités).
Il est désormais acquis, et les travaux du demandeur y ont largement contribués, que, non seulement la productivité d'une machine de coulée continue, mais encore la qualité métallurgique du produit coulé fini, tant en termes de microstructure qu'en termes de propreté inclusionnaire, de porosité ou de ségrégation axiales, sont étroitement liées aux mouvements de circulation du métal en fusion au cours même de sa coulée. La maîtrise de ces mouvements s'avère être la clé de la réussite de la qualité et de la productivité de la coulée continue et c'est précisément la pratique du brassage électromagnétique de l'acier qui permet une telle maîtrise.
Par exemple, FR2893868 divulgue une méthode de réglage du mode de brassage électromagnétique du métal liquide sur la hauteur d'une lingotière de coulée continue, et un équipement correspondant, dans laquelle méthode les inducteurs sont montés coulissant verticalement et passent, par translation, d'une position fonctionnelle basse agissant au niveau des ouïes de sortie d'une busette, à une position d'action fonctionnelle haute agissant au niveau du ménisque du métal liquide en lingotière. Lors du passage d'une position fonctionnelle à l'autre, la connexion des inducteurs à l'alimentation électrique est modifiée afin d'inverser le sens de glissement du champ magnétique de l'un seulement des deux inducteurs d'une même paire ainsi que celui, parmi les deux inducteurs d'une autre paire, qui est son symétrique par rapport à l'axe de coulée. Ce document ne divulgue cependant pas que les pôles opposés de l'inducteur sont connectés à la même phase électrique et sont maintenus à la même polarité.
Toutefois, si la bonne pratique actuelle du brassage électromagnétique, telle qu'elle vient d'être rapidement évoquée, est tout à fait apte à maîtriser les mouvement de l'acier en fusion lors de la coulée, elle ne l'est en fait que pour les produits coulés de formats courants, et non pas pour les très gros formats, c'est à dire ceux, pour fixer les idées, dont l'épaisseur (ou le diamètre pour les ronds) est de l'ordre du mètre, voire davantage.
Or, il se trouve qu'une demande émerge désormais d'une certaine sidérurgie mondiale pour couler, non seulement en lingot, mais également en coulée continue ou semi-continue de tels formats, aussi bien en ronds que carrés, ou rectangulaires, et que l'on désignera par la suite de formats XXL par commodité de langage.
Il s'avère en effet que de tels formats ne sont pas appréhendables par extrapolation, vers des dimensions aussi grandes, des méthodes de calcul actuelles et des connaissances existantes. Lors de l'étude de ces projets avec des simulations CFD (computer fluid dynamics), les problèmes suivants sont effectivement apparus:

Plus le format coulé augmente, plus la distribution de la température au sein du métal liquide devient inhomogène, et cette hétérogénéité thermique devient alors le problème principal pour couler des formats XXI.
Un brassage en boucles multiples dans le plan vertical parallèle à l'axe de coulé semble a priori approprié. Mais, les modes de brassage conventionnels connus à flux magnétique traversant ne sont plus applicables aux formats XXL du fait de la grande dimension de la section droite du produit coulé. La raison est que le champ magnétique, qui doit traverser la grande distance entre les deux inducteurs, décroit alors fortement au centre du produit et que la poussée (force de Lorentz) au milieu de la brame devient alors trop faible pour générer un mouvement de brassage efficient sur toute l'épaisseur de la brame.
Le même phénomène se produit dans les inducteurs annulaires pour produits ronds et carrés. La distance entre les pôles appariés devenant alors si grande pour les sections XXL, que le couple de rotation (forces de Lorentz) devient alors trop faible vers le centre du produit coulé. Le mouvement rotationnel du métal liquide reste alors concentré à la périphérie et ne se développe plus vers le centre du produit.
Enfin, et même surtout, le mouvement rotationnel du métal en fusion autour de l'axe de coulée, qui reste pour l'essentiel limité à la région périphérique du produit XXL, ne parvient plus à uniformiser suffisamment la température au sein du métal en fusion, ni au niveau du front de solidification, ni au niveau du gradient de température entre l'intérieur et l'extérieur du produit coulé.

Le Demandeur a découvert que ces difficultés inhérentes aux formats XXL pouvaient être néanmoins surmontées en instaurant un brassage rotationnel axial en "multi-boucles adjacentes", à savoir une pluralité organisée de boucles de recirculation rotatives axiales distribuées cote à cote sur l'entour de l'axe de coulée pour parvenir, avant tout, à bien homogénéiser la température dans des plans perpendiculaires à l'axe de coulée.
Ainsi, et avec cet objectif principal d'homogénéisation thermique en vue, l'invention a pour objet premier un procédé de brassage électromagnétique rotatif du métal en fusion, au cours de la coulée de produits métalliques à format XXL, de section ronde, carrée ou rectangulaire, dans lequel on utilise un équipement de brassage comprenant des inducteurs polyphasés linéaires à champ magnétique glissant, et l'on brasse le métal en fusion sous la forme d'une pluralité de boucles de circulation en rotation axiale adjacentes, distribuées sur l'entour de l'axe de coulée et occupant au mieux toute la section droite du produit coulé.
Le procédé est caractérisé en ce que l'on réalise ledit brassage en disposant lesdits inducteurs linéaires polyphasés à champ magnétique glissant sur l'entour de l'axe de coulée pour former un entrefer, en ce que l'on règle les champs magnétiques glissant dans cet entrefer afin qu'ils glissent en sens opposés sur deux inducteurs voisins quelconques, et en ce que l'on règle à la même polarité magnétique les couples de pôles connectés à une même phase électrique et situés l'un en regard de l'autre sur deux inducteurs distincts appariés..
L'invention a également pour objet un équipement de brassage électromagnétique de produits métalliques à format XXL. de section ronde, carrée ou rectangulaire, équipement pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2 et comprenant au moins une paire d'inducteurs linéaires à champ magnétique glissant montés symétriquement, en regard l'un de l'autre par rapport à un plan de symétrie (P) du produit coulé, sur l'entour de l'axe de coulée de manière à définir un entrefer dans lequel passe le produit coulé, au moins une alimentation électrique de puissance polyphasée pourvue de moyens de connexion électriques avec lesdits inducteurs, et des moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sur chaque inducteur, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion imposent la même polarité à chaque couple de pôles magnétiques appartenant à la même phase et placés symétriquement par rapport au dit plan (P) en regard l'un de l'autre sur deux inducteurs appariés.
Dans une variante de réalisation, l'équipement de brassage comprend au moins deux paires d'inducteurs linéaires à champ magnétique glissant, formant un ensemble d'au moins quatre inducteurs disposés sur l'entour de l'axe de coulée de manière à définir un entrefer dans lequel passe le produit coulé, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sont configurés pour que les champs magnétiques de deux inducteurs voisins quelconques glissent en des sens opposés.
Avant d'aller plus avant, il importe d'apporter des précisions et éclaircissements sur certains termes et expressions employés ci avant: (a) que faut il entendre par "inducteurs voisins" (b) comment définir commodément "le sens de glissement" d'un champ magnétique de l'inducteur, et (c) comment comprendre sans ambiguïté ce que signifie en pratique un glissement "dans le même sens" ou "dans des sens opposés" sur deux inducteurs voisins.

(a) Ainsi, sont voisins, au sens de l'invention, deux inducteurs qui se suivent l'un l'autre directement, c'est à dire sans inducteur analogue intermédiaire ou intercalaire, sur l'entour de l'axe de coulée, quelque soit le sens de rotation choisi autour de cet axe pour passer d'un inducteur à l'autre.
(b) Pour répondre à cette seconde interrogation, il faut d'abord prendre en considération la convention selon laquelle les phases électriques sont nommées dans un ordre immuable et déterminé dans le temps, car données ainsi par le réseau de distribution de l'énergie électrique: U puis V (en retard de 90°) pour une alimentation biphasée ou U puis V (en retard de 120°) puis W (en retard de 240°) pour une alimentation triphasée. Dès lors, le sens de glissement du champ magnétique le long de l'inducteur qui le produit dépendra du séquençage choisi pour l'ordre de connexion des phases sur les bobinages de l'inducteur.

Ainsi, par exemple pour le cas d'un inducteur rotatif, le champ magnétique tournera suivant le séquençage U. V pour un inducteur biphasé (fig. 1b) et U, V, W pour un inducteur triphasé (fig. 1a), c'est-à-dire dans le sens horaire. Pour le cas d'un inducteur linéaire triphasé de la figure 2a. le champ magnétique glissera également suivant le séquençage U, V. W, c'est-à-dire de gauche vers la droite sur la figure. Et, il glissera de droite à gauche, comme montré sur la figure 2b, si le séquençage a été changé par permutation de deux phases entre elles (V et W dans l'exemple considéré) sans changer la polarité magnétique Nord ou Sud de chaque pôle.
Aussi, est-il convenu, dans le cadre de l'invention, de toujours placer la phase U sur le pôle de l'inducteur situé à l'une de ses deux extrémités. Dès lors, si la succession des phases dans le temps se fait dans un ordre séquentiel U, V, W, le sens du glissement du champ magnétique est toujours donné par le séquençage des pôles magnétiques U, V, W, ce séquençage étant donné par les connexions électriques entre les bobinages de l'inducteur et l'alimentation électrique.
(c) Pour comparer les sens de glissement des champs magnétiques entre plusieurs inducteurs installés sur une machine de coulée, il suffit de considérer le sens de glissement du champ de chacun en les parcourant les uns après les autres autour de l'axe de coulée. Il en résulte que les champs des deux inducteurs montrés sur la fig. 3a glissent dans le même sens, selon la définition de l'invention, alors que, vu d'en haut sur la figure, on dirait qu'ils glissent en sens inverse. Il en résulte également que les champs des deux inducteurs montrés sur la fig. 3b glissent en sens inverse selon la définition de l'invention, alors que, vu d'un haut sur la figure, on dirait qu'ils glissent dans le même sens.
On va présenter maintenant, dans un langage plus géométrique, une autre définition comparative des sens de glissement des champs magnétiques, plus générale que la précédente, c'est à dire indépendamment de la machine de coulée à laquelle l'équipement de " brassage est destiné. Le lecteur choisira celle qui lui convient le mieux.

1) S'ils sont disposés en parallèle, l'un en regard de l'autre, deux inducteurs linéaires (i.e. dont les pôles magnétiques sont alignés entre eux), produisent des champs magnétiques glissant en sens opposés si l'un peut se transformer en l'autre par une opération de symétrie par rapport à un plan parallèle à la ligne des pôles de l'inducteur. Sinon, ils produisent des champs qui glissent dans le même sens.
2) S'ils sont disposés alignés l'un à la suite de l'autre, deux inducteurs linéaires produisent des champs magnétiques glissant dans le même sens, si l'un peut se transformer en l'autre par une opération de translation parallèle à sa ligne des pôles. Sinon, ils produisent des champs qui glissent en sens contraire.

Dans la description de l'art antérieur du brassage électromagnétique en coulée continue de produits acier de format standard qui a été faite au début du présent mémoire, on a vu que, excepté le cas montré sur la figure 3a, les inducteurs sont utilisés en couplage magnétique à flux traversant, et ce, aussi bien en configuration circulaire (champ tournant appliqué aux blooms de section ronde Ou carrée) qu'en configuration linéaire par paire d'inducteurs (champs glissants appliqués aux produits rectangulaires comme les brames). Ceci signifie que les pôles de même phase qui se font face sur deux inducteurs en regard l'un de l'autre sont de polarités opposées.
Il en va tout autrement dans le cas de l'invention où c'est la même polarité qui est imposée aux pôles de la même phase qui se font face sur deux inducteurs appariés. Voilà, exprimée simplement, à quoi doit répondre une caractéristique déterminante d'un équipement qui produit un flux magnétique tangentiel, ce quelque soit la taille de son entrefer.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description suivante donnée en référence aux planches de figures annexées.
Sur ces figures, les lettres U, V et W représentent les trois phases électriques de l'alimentation triphasée déphasées de 120°. Elles désignent aussi, par voie de conséquence, les enroulements de phases sur les inducteurs connectés à cette alimentation, et les lettres complémentaires U*, V*, W* désignent, elles, les enroulements de phases sur les inducteurs bobinés en sens inverse des enroulements U, V, W afin que le courant électrique y circule dans un sens opposé.
Les lettres N et S désignent la polarité nord ou sud des pôles lorsque la phase électrique qui les alimente est au maximum de l'intensité de courant. Comme ce sont les enroulements de phase qui engendrent les pôles magnétiques sur un inducteur, on verra sur les figures que, par convention, un enroulement de phase U, V, ou W est toujours associé à un pôle de polarité N, alors qu'enroulement U*, V* ou W* sera lui toujours associé à un pôle de polarité S.

les figures 1, 2 et 3 sont des schémas de principe électromagnétique qui se rapportent à l'art antérieur cité dans l'introduction du présent mémoire. Pour cette raison, elles ont toutes été regroupées sur une planche unique;
les figures 4a et 4b sont deux variantes d'un même schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage élémentaire selon l'invention, i.e. à une paire d'inducteurs linéaires à flux tangentiel, de forme rectiligne, en situation de travail sur une coulée de brames XXL;
la figure 5 est un schéma de principe analogue à ceux des figures 4, mais dans le cas d'inducteurs linéaires de forme arquée pour la coulée d'un bloom XXL de forme circulaire;
les figures 6a et 6b montrent deux variantes d'un même schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage standard selon l'invention, i.e. à deux paires d'inducteurs linéaires à flux tangentiel (soit un ensemble de quatre inducteurs), de forme rectiligne, en situation de travail sur une coulée de brames XXL
la figure 7 est un schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage standard selon l'invention, i.e. à deux paires d'inducteurs linéaires à flux tangentiel de forme arquée, en situation de travail sur une coulée de blooms XXL ronds;
la figure 8 est un schéma analogue à celui de la figure 1 mais avec des inducteurs linéaires rectilignes utilisés pour la coulée de blooms XXL carrés;
et la figure 9 montre schématiquement un équipement de brassage complet tel qu'utilisé au niveau d'une lingotière de coulée continue de brames XXL dotée d'une busette immergée à quatre ouïes latérales.

Sur toutes ces figures, les mêmes éléments sont représentés par des références chiffrées identiques.
Comme on l'a déjà vu, la figure la est le schéma fonctionnel d'un inducteur annulaire triphasé connu à champ magnétique tournant. Ce type inducteur, à une paire de pôles par phase, de forme annulaire à base circulaire, est utilisé habituellement pour la coulée continue des produits longs à format rond (blooms, billettes), que ce soit au niveau de la lingotière ou, en dessous, dans la zone du refroidissement secondaire de la machine de coulée. Il présente ici un intérêt pédagogique supplémentaire, utile pour l'exposé de l'invention, qui est de servir de cercle des phases pour un système triphasé. Sur ce cercle, U, V et W désignent les trois phases d'une alimentation électrique triphasée équilibrée II en résulte que, dans le temps, l'intensité maximale de courant électrique passe, avec une vitesse régulière qui dépend de sa fréquence du courant, de la phase U à la phase V puis à la phase W, et ainsi de suite. Sur un inducteur à champ tournant, tel que schématisé ici, les couples de pôles magnétiques appariés de chaque phase sont excités par des enroulements bobinés en sens inverse de façon à présenter des polarités magnétiques de signes opposés (N ou S). Ainsi, le marquage U, V, W, U*, V* et W* pointe les positions physiques des pôles magnétiques sur l'inducteur au moment où ils sont chacun, à tour de rôle, en pleine phase (i.e. avec une intensité maximale du courant électrique dans le bobinage associé).
La suite, prise dans cet ordre, à savoir U, W*, V, U*, W, V* (et à nouveau U....), représente, dans l'espace, la succession physique ordonnée des pôles sur l'inducteur ainsi configuré. La même suite, mais prise dans le temps, montre donc que le déplacement du champ magnétique d'un pôle de l'inducteur au suivant se développe dans le sens horaire v. Il en résulte un champ tournant autour de l'axe longitudinal de l'inducteur, qui se confondra ici avec l'axe de la coulée. On voit que si l'on commute deux phases entre elles, par exemple V et W, sans rien changer aux polarités magnétiques, on réalise la suite U, V*, W, U*, V, W*, laquelle exprime alors le fait que le champ magnétique inverse son sens de déplacement sur l'inducteur pour tourner dans le sens antihoraire.
La figure 1b illustre le schéma fonctionnel d'un inducteur à deux paires de pôles par phase, mais biphasé cette fois et de forme annulaire à base carrée pour la coulée de produits longs de format carré. Au besoin, on saura s'en servir, de la même manière qu'avec la figure 1a, pour retrouver sur un tel cercle de phases les attributs propres à un système biphasé. On se rendra aisément compte que, dans ce cas, on pourra inverser le sens de rotation du champ magnétique indifféremment, en commutant les phases U et V (i.e. mettre V en avance de 90° sur U), ou en inversant le sens du courant dans les bobinages d'une phase.
En tous cas, les mêmes dispositions prévalent si l'inducteur à champ mobile est linéaire au lieu d'être annulaire. En effet, si par la pensée on déroule l'inducteur triphasé de la figure la après l'avoir coupé par exemple entre les pôles U et V*, on obtient le schéma fonctionnel d'un inducteur linéaire triphasé à champ glissant, tel que celui illustré sur les figures 2.
Au vu du cercle de phases du système triphasé, on comprend immédiatement que le champ magnétique produit par cet l'inducteur linéaire 1 glisse, sur la figure 2a, de son extrémité gauche vers son extrémité droite (flèche v). Ainsi, comme tout inducteur linéaire pris isolément dans l'espace, l'inducteur 1 génère naturellement dans le produit métallique coulé, ici une brame 2, un flux d'induction magnétique de type "tangentiel", i.e. un flux qui a pour principale propriété d'engendrer une poussée de Lorentz dont l'intensité décroît rapidement quand on s'éloigne de l'inducteur.
Toujours par la pensée, si, sans rien changer aux signes polaires des pôles, on permute simplement deux phases entre elles, par exemple V et W (U demeurant sur le pôle à l'extrémité gauche de l'inducteur), le sens de glissement du champ est inversé sur l'inducteur ainsi reconfiguré.
Ceci est vérifié pour une alimentation triphasée. Dans le cas d'une alimentation biphasée, on vérifiera aisément à l'aide du cercle des phases à quatre pôles U, V, U* et V*, que le champ magnétique change de sens de glissement en inversant simplement le signe polaire, i.e. la polarité, des deux pôles couplés sur une même phase.
Les figures 3 illustrent ce qui se passe lorsqu'on rapproche de l'inducteur 1 un inducteur identique 3 apparié pour les placer en parallèle, de part et d'autre d'un plan de symétrie P qui est le plan de symétrie principal de la brame rectangulaire coulée 2.
Le cas de la figure 3b est celui de la configuration classique habituelle : les pôles magnétiques en regard de chaque coté du plan de symétrie P sont à la même phase, mais de polarités inverses. Tout se passe alors comme si un tel couple d'inducteurs 1, 3 produisait un champ magnétique "piston" glissant depuis leur extrémité gauche vers leur extrémité droite (flèche v ou v'), en quelque sorte à la manière des barreaux d'une échelle mobile dont les glissières fixes seraient les inducteurs eux-mêmes. Ainsi, comme toute paire d'inducteurs appariés et configurés pour être utilisés sur une machine de coulée, l'équipement de brassage de la figure 3b génère un flux d'induction glissant de type "traversant". Il en résulte en particulier que la poussée de Lorenz produite sur le métal en fusion est, cette fois, d'intensité quasiment constante au travers de toute l'épaisseur de la brame coulée, comme le montre la vignette associée au bas de la figure.
Le cas de la figure 3a est également connu, encore que moins courant que celui vu ci dessus: les pôles magnétiques en regard de chaque coté du plan de symétrie principal P de la brame 2 sont là aussi de polarités magnétiques inverses, mais la correspondance de phases sur les deux inducteurs 1 et 3 en regard est aléatoire, donc elle n'est plus respectée. Malgré les apparences, les deux champs magnétiques glissent dans le même sens (voir plus haut la définition comparative selon l'invention). Les flux magnétiques produits sont de type "tangentiel" et les poussées de Lorentz, lesquelles s'exercent alors de manière sensible uniquement à la périphérie de la brame coulée 2, sont opposées et coopèrent donc pour réaliser un brassage rotatif axial global du métal en fusion, comme le montre la vignette associée, au bas de la figure.
Les figures qui suivent sont toutes relatives à l'invention.
Les figures 4 et 5 ont trait à un équipement de brassage que l'on pourra qualifier d'élémentaire en ce sens qu'il comprend une seule paire d'inducteurs linéaires, alors que les figures suivantes concernent un équipement de brassage à quatre inducteurs linéaires, que l'on pourra qualifier clé standard ou de majoritaire car cette configuration à -deux- paires d'inducteurs est largement la plus usitée.
L'équipement de brassage élémentaire illustré sur la figure 4a comporte ainsi une paire d'inducteurs triphasés linéaires rectilignes 1 et 3. Les deux inducteurs sont placés parallèlement entre eux, face à face et à distance de manière à définir entre eux un entrefer pour le passage d'un produit coulé 2 de format XXL rectangulaire, donc une brame (voire un bloom carré). Autrement dit, les deux inducteurs 1 et 3 sont le symétrique l'un de l'autre par rapport au plan de symétrie principal P du produit XXL coulé.
Le câblage de cet équipement à une alimentation électrique de puissance triphasée n'est pas visible sur la figure, mais l'équipement est présenté dans sa configuration électrique fonctionnelle prête à effectuer une action de brassage à partir de champs magnétiques glissant en sens opposés (cf. les deux flèches v orientées de gauche vers la droite sur la figure). Cette configuration, de type "flux magnétique tangentiel" (ou longitudinal), se différencie de celles, de l'art antérieur, à flux traversant montré sur la figure 3b, ou même à flux longitudinal montré sur la figure 3a, par le fait que, cette fois, les pôles magnétiques qui se font face sur les deux inducteurs appariés sont constamment, non seulement connectés à la même phase de l'alimentation triphasée, mais maintenus à la même polarité magnétique S ou N. Autrement dit, un inverseur de polarité des pôles magnétiques (que l'on admettra intégré à l'alimentation non représentée) a été sollicité pour chacune des trois phases sur l'inducteur 3 par rapport à l'inducteur 1 dans sa configuration de la figure 3b.
On rappelle ici la convention de repérage, bien commode en pratique, qui consiste arbitrairement à appliquer toujours, en triphasé comme en biphasé, la phase U sur le pôle situé à l'une des extrémités sur un inducteur à champ glissant, plutôt que sur un pôle ayant deux voisins. Ainsi, pour la paire d'inducteurs linéaires exemplifiée sur la figure 4a, on voit que la phase U est appliquée au pôle à l'extrémité gauche de chacun des deux inducteurs. Il est ainsi aisé de constater que le champ glisse dès lors depuis cette extrémité vers l'autre extrémité, donc de gauche à droite sur la figure, dans le respect du séquençage des trois phases de l'alimentation rappelé par le sens horaire sur le cercle de phases triphasé de la figure 1a.
Il en est de même dans le cas de la figure 4b, où, après permutation des phases V et W, on constate que, à partir du pôle d'extrémité U, le séquençage des trois phases étant de U, V*, W, U*, V, W*, sur chaque inducteur 1 et 3, leur champ magnétique glisse donc de-.-, droite vers la gauche sur la figure (sens anti-horaire sur le cercle des phases), générant chacun dans le métal en fusion coulé un flux d'induction magnétique tangentiel.
Comme on le voit sur les vignettes associées, que ce soit dans un sens de glissement des champs magnétiques ou dans l'autre, l'action d'un tel mode de brassage se traduit par des poussées de Lorentz sur le métal en fusion situé en bord de brame et qui se propagent sur toute la largeur de celle-ci. Il en résulte une mise en mouvement du métal en fusion en ces endroits selon deux branches actives parallèles dans le même sens 4 et 5, complétées par une branche commune médiane 6, qui, elle, est passive car elle correspond au flux métallique d "retour dans une zone où les poussées de Lorentz -sont nulles (ou -quasi nulles). Le tout se traduit par la formation de deux boucles de circulation axiales adjacentes en contre-rotation mutuelle 7 et 8, identiques, bien formées et stables et qui concernent la totalité de la section droite de la brame XXL coulée occupée par le métal en fusion.
Une situation analogue se retrouve dans le cas de la coulée d'un bloom XXL de format rond tel que montré sur la figure 5. Sur cette figure, un bloom XXL 9 de format rond en cours de coulée est entouré par un équipement de brassage 10 formé cette fois par deux inducteurs linéaires identiques appariés 11 et 12, de forme arquée en demi-cercle qui s'aboutent à leurs extrémités 15, chacun étant alors le symétrique de l'autre par rapport au plan de symétrie P du bloom 9 passant par l'axe de coulée A. Leur pôles magnétiques saillants 13, 14 sont tournés vers l'intérieur pour définir un entrefer fermé 16 de taille ajustée au gabarit du bloom rond 9. Comme on le voit, depuis leur pôle d'extrémité U, le séquençage des phases sur chaque inducteur 11, 12 est du type U, W*, V, U*, W, V*, Ceci exprime que le champ magnétique glissant qu'ils produisent chacun progresse d'un pôle au suivant dans cet ordre. Autrement dit, les deux champs magnétiques, glissent en des sens opposés, celui de l'inducteur 11 progressant dans le sens horaire montré par la flèche V11, celui de l'inducteur apparié 12 progressant dans le sens anti-horaire montré par la flèche V12.
Il importe de noter, comme le montre clairement la figure 5, que la symétrie par le plan axial P est également respectée pour la polarité magnétique N ou S de chaque duo de pôles 13-14 situés en regard l'un de l'autre chacun sur des inducteurs distincts. C'est sous une telle caractéristique de câblage électrique des inducteurs appariés 11 et 12 que la production d'un flux magnétique tangentiel est garantie sur chaque inducteur.
C'est pour cette raison que l'action de brassage s'exprime alors par des poussées de Lorentz sur le métal en fusion situé à la périphérie du bloom XXL 9. Ces poussées se développent de manière identique en deux branches actives 17, 18 en demi cercle chacune selon le séquençage des phases sur les pôles de leur inducteur respectif et qui coopèrent entre elles pour former une branche commune médiane 19 de retour passif du flux métallique dans le plan P, là où les poussées de Lorentz sont nulles.
L'ensemble se traduit par la formation de deux boucles de circulation axiales adjacentes en contre-rotation mutuelle 20 et 21 identiques, bien formées et stables, et dont l'addition concerne la totalité de la section droite occupée par le métal en fusion coulé.
On va maintenant considérer le mode de brassage en multi-boucles axiales adjacentes selon l'invention pris à un rang supérieur à celui décrit jusqu'ici, à savoir un mode réalisant, non plus deux, mais quatre boucles, voire davantage. Auparavant, il est opportun de se reporter à la figure 9, car elle permet en premier lieu de préciser les moyens technologiques de l'invention.
Cette figure est relative à une lingotière pour la coulée continue de brames XXL en acier, dotée d'une busette de coulée immergée à quatre ouïes de sortie latérales pour assurer un débit entrant de métal en fusion suffisant compatible avec les exigences imposées par la production de produits coulé de tailles aussi imposantes.
Comme on le voit, l'équipement de brassage électromagnétique comprend une alimentation électrique de puissance polyphasée 22 suivie par un commutateur de phases 23 qui gère les sens de glissement des champs magnétiques sur chacun des quatre inducteurs linéaires 24a, 24b, 25a, 25b connectés en aval. Comme le montre les lignes de câblage 26 et 27, les quatre inducteurs sont groupés en deux paires (24 et 25). Chaque couple d'inducteurs appariés 24a, 24b et 25a,25b est relié au commutateur de phases 23 séparément de l'autre, mais ils sont tous deux connectés de manière synchrone à l'alimentation polyphasée commune 22.
Les alimentations électriques polyphasées de ce type existent dans le commerce. Elles permettent de transformer le courant, fourni par le réseau de distribution de l'énergie électrique (50 ou 60Hz), en un courant à basse fréquence (disons entre 2 et 10hz) adapté au brassage électromagnétique des métaux en fusion. Ici, en outre, l'alimentation 22 incorporera des inverseurs de courant pour permettre d'inverser la polarité N/S des pôles magnétiques générés par les bobinages des inducteurs.
Les quatre inducteurs linéaires exemplifiés ici sont de forme rectiligne, car ils sont dédiés au brassage d'une brame XXL 2. A cet effet, ils sont montés, à l'aide d'organes de fixation adéquats non représentés, sur les deux grandes parois 28 et 29 d'une lingotière de coulée continue 30 dotée d'une busette immergée 31 sur l'axe de coulée A. Le montage est effectué de manière que deux inducteurs appariés soient placés symétriquement l'un en regard de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal vertical P de la brame 2 II en résulte que chaque grande paroi 28 et 29 de la lingotière se trouve ainsi équipée de deux inducteurs alignés non appariés (par ex. 24a et 25a sur la paroi 28) et disposés symétriquement entre eux de part et d'autre du plan de symétrie secondaire Q de la brame, orthogonal au plan principal P et sécant sur l'axe de coulée A.
A noter que selon une variante de réalisation de l'équipement de brassage, les organes de fixation peuvent être adaptés à un montage des inducteurs, non plus au niveau de la lingotière, mais en dessous, dans le refroidissement secondaire de la machine de coulée, sans que ce qui vient d'être dit doit être modifié.
Pour simplifier, comme on l'a déjà fait pour les figurines en vignettes on ne montre plus la position physique des pôles magnétiques, mais uniquement, à l'aide de flèches, le sens de glissement des champs magnétiques produits par les inducteurs. On rappelle qu'il importe que les pôles magnétiques de la même phase se fassent face sur deux inducteurs de la même paire et qu'ils aient constamment la même polarité N ou S. C'est à cette condition que les flux d'induction magnétiques, qui agissent sur le métal en fusion, seront des flux tangentiels, respectant ainsi une caractéristique fonctionnelle essentielle de l'équipement de brassage de l'invention.
Bien entendu, aussi longtemps que les inducteurs ne sont pas alimentés en courant électrique, la configuration naturelle de l'hydrodynamique du métal en fusion reste prévalent, à savoir un ménisque instable, faiblement agité de vaguelettes disparates et aléatoires, sauf au voisinage des ouïes de la busette 31 par lesquelles sortent les jets de métal chaud alimentant la lingotière. Il en va autrement dès que l'invention est mise en œuvre. C'est ce que l'on voit maintenant sur cette même figure 9, en considérant les quatre inducteurs activés pour produire chacun un champ magnétique glissant.
Conformément à l'invention, et à la convention retenue pour définir les sens de glissement des champs magnétiques entre eux, les champs glissent dans des sens opposés sur deux inducteurs quelconques voisins. C'est le cas, visiblement, des deux inducteurs non appariés 24a et 25a (ou 24b et 25b) montés sur la même grande paroi 28 (respectivement 29) de la lingotière 30, de part et d'autre du plan de symétrie secondaire Q. C'est aussi le cas des deux inducteurs voisins de la même paire (24a et 24b, ou 25a et 25b) montés symétriquement en regard l'un de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal P.
Les inducteurs de la paire 24 reproduisent la configuration électromagnétique des inducteurs appariés montrée sur la figure 4a. Les champs magnétiques produits glissent tous deux de la gauche vers la droite sur la figure, à savoir donc en sens opposés sur leurs inducteurs respectifs. On voit qu'il en est de même pour les deux inducteurs appariés formant la paire 25 et qui, eux, reproduisent la configuration des deux inducteurs appariés de la figure 4b. En l'espèce donc, les champs magnétiques glissent à l'opposé de ceux de la première paire d'inducteurs, c'est à dire de la droite vers la gauche sur cette figure 4b.
Ainsi, les champs magnétiques glissent deux à deux en opposition de sens avec les deux jets de métal en fusion "frais" sortant de la busette 31 en direction des petites faces 32 et 33 de la lingotière. Les flux d'induction "tangentiels", qui progressent ainsi sur les demi-largeurs de chaque grande paroi 28 et 29 de la lingotière, y modifient significativement la configuration des mouvements du métal en fusion coulé. En substance, l'agitation naturelle instable du ménisque en l'absence de brassage laisse place à une configuration de mouvements circulatoires en quatre boucles adjacentes 34, 35, 36 et 37, en rotation axiale parallèlement à l'axe de coulée A. Ces boucles s'organisent cote à cote, en contre-rotation mutuelle, sur l'entour de l'axe de coulée A pour occuper chacune un quart de la section droite du produit coulé de sorte que l'ensemble des mouvements de brassage occupe au mieux la surface du ménisque du métal coulé dans sa totalité, ou sa quasi totalité.
En fait, tout se passe comme si les deux jets de la busette parallèles aux grandes parois 28 et 29 de la lingotière se trouvent renforcés par une action de poussée des flux magnétiques, alors que les deux autres jets, perpendiculaires au plan de ces grandes parois, se trouvent, eux, contrariés, voire s'estompent quasi complètement, par une action de freinage de ces flux magnétiques. On comprend que si les sens de glissement des quatre champs magnétiques sont inversés, la figure hydrodynamique du brassage en quatre boucles circulatoires adjacentes 34 à 37 est conservée. Simplement, le sens de rotation axial de chaque boucle serait inversé de sorte que, cette fois, se sont les jets de la busette dirigés vers les petites parois 32 et 33 de la lingotière qui seront contrariés, et les deux autres dirigés vers les grandes parois 28 et 29 qui seront renforcés.
On va maintenant pouvoir poursuivre l'exposé de l'invention en se rapprochant des figure 6 qui montrent, dans le détails les configurations électromagnétiques des quatre inducteurs linéaires polyphasés à champ magnétique glissant pour brames XXL de la figure 9, hypothèse faite qu'il s'agit encore ici d'inducteurs triphasés.
On retrouve sur la figure 6a les quatre inducteurs linéaires rectilignes identiques regroupés en deux paires électriquement synchrones. Une première paire est formée par les deux inducteurs appariés 24a et 24b montés l'un en regard de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal P de la brame 2, sur une demi largeur de celle-ci (la gauche sur la figure). La seconde paire est formée par le couple d'inducteurs appariés 25a et 25b montés de façon analogue à ceux de la paire précédente, mais sur l'autre demi largeur de la brame (la partie droite sur la figure). Ainsi, chaque grande face de la brame 2 est dotée de deux inducteurs alignés, mais non appariés, à savoir les deux inducteurs 24a, 25a pour l'une des grandes faces et les deux inducteurs 24b, 25b pour l'autre. On rappelle que ces couples d'inducteurs alignés non appariés sont dès lors symétriques l'un de l'autre par rapport au plan de symétrie secondaire Q de la brame, sécant à angle droit avec le plan principal P sur l'axe de coulée A.
Comme on le voit, les quatre boucles oblongues adjacentes de circulation axiale 34, 35, 36 et 37, brassant le métal en fusion de la brame 2, se distribuent régulièrement sur l'entour de l'axe de coulée A (et dans l'ordre cité) en contre-rotation mutuelle entre deux boucles voisines et définissant à chaque fois entre elles une branche commune de retour passif du métal en fusion.
Ces quatre boucles circulatoires, stables et bien formées, sont réalisées à l'aide de la configuration électromagnétique à flux tangentiel montrée sur la figure 6a et selon laquelle les champs magnétiques sur deux inducteurs voisins, alignés 24a et 25a, ou appariés 24a et 24b, glissent en des sens opposés. En l'occurrence, les champs magnétiques sur deux inducteurs alignés glissent en "se rapprochant" l'un vers l'autre (on dira, qu'ils convergent), de sorte que les grandes branches passives de retour du métal des boucles oblongues du brassage transportent ce métal en fusion de l'axe A vers les petites laces, de, la brame, alors que les petites branches ramènent, elles, le métal des grandes faces vers l'axe de coulée.
Cette configuration électromagnétique est obtenue par un câblage : des inducteurs à leur alimentation triphasée de manière que

sur l'inducteur 24a, la séquence des phases soit la suivante: U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle de phase U 38 (choisi par convention à l'extrémité de l'inducteur,) situé ici au bord de brame afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face;
sur son inducteur apparié 24b, la séquence des phases soit également U, W*, V, U*, W. V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 39 choisi en position terminale au même bord de brame afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc en sens opposé à celui de l'inducteur voisin apparié 24a;
sur l'inducteur 25a, aligné avec l'inducteur 24a sur la même grande face de la brame, mais non apparié à lui, la séquence des phases soit également la suivante: U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 40 choisi lui aussi en position terminale en bord de brame, mais à l'autre l'extrémité de celle afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc dans un sens opposé à celui de son voisin 24a;
et sur son inducteur apparié 25b, la séquence des phases soit là encore U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 41 choisi en position terminale en même bord de brame afin que le champ magnétique mobile glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc en sens opposé à celui de l'inducteur voisin apparié 25a;

La figure 6b illustre une situation tout à fait analogue sur le fond à celle de la figure 6a. Simplement, le commutateur de phases 23 a été activé pour permuter les phases V et W sur chacun des quatre inducteurs, toutes choses égales par ailleurs. Il en résulte que les champs magnétiques sur deux inducteurs alignés glissent cette fois en "s'éloignant" l'un de l'autre (on dira qu'ils divergent), de sortent que le sens de rotation axial de chacune des quatre boucles de circulation du métal est inversé par rapport à la configuration électromagnétique de l'équipement de brassage de la figure 6a précédente.
Quelle que soit la configuration électromagnétique retenue, il importe, comme le montrent les deux figures 6, que, non seulement les champs magnétiques glissent en des sens opposés sur deux inducteurs quelconques voisins (par exemple sur les inducteurs appariés en regard 24a, 24b, et sur les inducteurs alignés non appariés 24a, 25a), mais qu'en outre, afin de travailler en flux d'induction magnétique longitudinal, les pôles magnétiques à la même phase en regard sur deux inducteurs voisins, appariés ou non, présentent la même polarité N ou S.
Cette caractéristique relative à la polarité magnétique des pôles apparaît immédiatement à la vue sur les figures 6 pour ce qui concerne les inducteurs appariés, par exemple 24a et 24b. Elle est moins immédiate pour ce qui concerne les inducteurs non appariés, par exemple 24a et 25a. Ceci est dû au fait que ces inducteurs rectilignes sont alignés, l'exemple considéré ayant trait à la coulée d'une brame, donc à un produit coulé de section droite rectangulaire. Mais elle apparaîtra, elle aussi, sur les figures 7 et 8 suivantes, lesquelles ayant trait à la coulée de produits longs XXL, les quatre inducteurs linéaires à champ glissant, constitutifs de l'équipement selon l'invention, montrent un entrefer, cette fois fermé, qui enveloppe entièrement le produit coulé su sa périphérie.
La figure 7 montre un équipement de brassage de forme circulaire monté autour d'un bloom rond XXL 71 dans l'étage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue. Il se compose de quatre inducteurs linéaires bipolaires triphasés identiques 72a, 72b, 73a, 73b de forme arquée en quart de cercle, assemblés de manière contigüe les uns à la suite des autres, chacun coiffant un secteur angulaire de 90° du produit coulé.
Les couples d'inducteurs 72a, 72 b et 73a, 73b, disposés symétriquement par rapport au plan principal de symétrie P du bloom, forment chacun une paire. Les deux paires (72 et 73) sont symétriques par rapport au plan de symétrie secondaire Q, lequel en l'espèce, en raison de l'ordre de symétrie élevé du bloom XXL coulé, est équivalent au plan P.
Par souci de clarté, les pôles magnétiques ne sont pas représentés. Mais, les flèches arquées sur chaque inducteur montrent le sens de glissement des champs magnétiques produits par chacun d'eux. Comme on le voit, les champs glissent en sens opposés sur deux inducteurs voisins quelconques. Au besoin, le lecteur saura reconstituer le séquençage des phases électriques sur chaque inducteur à cet effet, à l'aide du cercle des phases. Il prendra soin, toutefois, de conserver une même polarité magnétique sur les pôles connectés à la même phase et placés en regard l'un de l'autre sur deux inducteurs appariés, garantissant ainsi des sens de glissement opposés des deux champs magnétiques. Il prendra soin également à ce que les couples de pôles à une même phase les plus proches sur deux inducteurs non appariés (donc entre les inducteurs 72a et 73b d'une part, et entre les inducteurs 72b et 73a d'autre part) soient de même polarité magnétique. C'est cette seconde caractéristique qui est la garante d'une configuration électromagnétique à flux tangentiel pour les champs magnétiques glissant.
Par une telle configuration électromagnétique de l'équipement de l'invention, se crée alors une configuration de brassage du métal en fusion sous la forme de quatre boucles adjacentes 74, 75, 76, 77 en rotation axiale, stables et régulièrement distribuées sur l'entour de l'axe, de coulée A, en contre-rotation mutuelle entre deux voisines et occupant au mieux toute la section droite du produit XXL coulé.
Une situation tout à fait équivalente se retrouve dans le cas de la coulée d'un bloom XXL carré, comme on peut le voir sur la figure 8. Dans ce cas, les inducteurs linéaires 82a, 82b, 83a et 83b, de forme rectiligne, sont montés autour du bloom carré 81 à raison d'un seul inducteur par coté. Les couples d'inducteurs appariés (82a,82b, et 83a,83b) sont symétriques par rapport à un plan diagonal P quelconque, de symétrie du produit coulé. Les deux paires d'inducteurs 82, 83 sont elles symétriques entre elles par rapport, à l'autre plan de symétrie diagonal Q. Sur deux inducteurs voisins quelconques, les champs magnétiques glissent dans des sens opposés. Les boucles de brassage qui se forment alors, 84, 85, 86 et 87, sont là de forme générale triangulaire, stables et bien formée, régulièrement-distribuées sur l'entour de Taxe ce coulée A, en contre rotation mutuelle et occupant au mieux toute la section droite du produit XXL coulé.
Parvenu au terme de l'exposé, il n'est peut être pas inutile de souligner à nouveau l'ensemble des caractéristiques essentielles de l'invention, à savoir :

1) des sens de glissement opposés des champs magnétiques sur inducteurs voisins;
2) une même polarité N ou S des pôles, mis sous une même phase électrique et placés symétriquement sur deux inducteurs appariés en regard l'un de l'autre par rapport au plan principal de symétrie du produit coulé impliquant un flux magnétique tangentiel, c'est-à-dire une force de Lorentz élevée à la périphérie du produit coulé et nulle au centre, et
3) des dimensions XXL du produit coulé, qui fait que le métal en fusion est entraîné pour former un ensemble de boucles de circulation adjacentes multiples, en rotation axiale en sens opposé deux à deux dans un plan perpendiculaire à Taxe de coule (à savoir dans une section droite du produit coulé).

La raison principale, pour laquelle la présente invention consiste à générer des boucles multiples de circulation axiale du métal en fusion dans un plan perpendiculaire à l'axe de coulée, est l'homogénéisation de la température dans ce plan. En effet, contrairement aux formats coulés de taille traditionnelle, les longues distances propres aux sections des formats XXL provoquent au sein du métal en fusion des différences de température considérables, aussi bien dans le sens radial que dans le sens tangentiel du produit coulé. Ceci est vrai pour le métal liquide au sein de la lingotière et au ménisque, comme pour le métal plus bas, sous la lingotière, dans le refroidissement secondaire de la machine de coulée.
Mais, il y a une autre raison qui milite en faveur d'un brassage en boucles de rotation axiales adjacentes multiples, à savoir la stabilisation des mouvements de convection du métal en fusion au niveau du ménisque en lingotière. En effet, ces grands formats XXL sont coulés habituellement en lingotière avec une busette immergée à quatre ouïes de sortie orientées, non vers le bas comme pour les formats traditionnels, mais horizontalement, voire même vers le haut, pour apporter davantage d'enthalpie au ménisque. Les quatre jets de métal liquide entrant dans la lingotière pourraient idéalement créer un écoulement naturel en huit boucles de recirculation au ménisque. Cependant, en réalité, l'écoulement du métal liquide n'est jamais symétrique, ni stable. Les boucles se font en quelque sorte concurrence entre elles, se superposent, s'annulent, s'inversent et créent des fluctuations au ménisque, qui contribuent à détériorer la bonne lubrification à cet endroit de la paroi de la lingotière, et à entraîner vers le bas dans le métal en fusion la poudre de couverture qui le recouvre en lingotière.
L'utilisation de deux paires d'inducteurs comme illustré ci avant, pour la coulée d'un format XXL, qu'il soit de section rectangulaire, carrée ou ronde, va transformer le mouvement naturellement instable en quatre boucles contrôlées et stables.
En outre, en coulée de brames XXL selon le choix du sens du glissement des champs magnétiques, on pourra:

soit augmenter ("aspirer") le débit des jets de la busette qui se dirigent vers les petites faces de la lingotière et donc freiner les jets qui se dirigent vers les grandes faces,
soit augmenter le débit vers les grandes faces et freiner le débit vers les petites faces.

Cette possibilité offerte par la mise en œuvre de l'invention de pouvoir en quelque sorte "régler" le débit de métal "frais" entrant dans la lingotière, donc la vitesse des jets de la busette, est encore applicable, bien entendu, avec un équipement à trois paires d'inducteurs. Lorsqu'il s'agit par exemple de la coulée d'un bloom XXL rond, sont générées alors six boucles de recirculation axiales, dans une lingotière pourvue d'une busette immergée à six ouïes de sortie décalées de 60° lorsque ces six ouïes sont situées dans le plan de symétrie principal P et les deux plans de symétrie secondaires Q.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits, mais qu'elle s'étend à de multiples ou équivalents dans la mesure où est respectée sa définition donnée par les revendications jointes ci après.
En particulièr, l'alimentation électrique des inducteurs peut être choisie de type biphasé, au lieu de triphasé. On se rend aisément compte alors, simplement en construisant le cercle de phases uniquement pour les phases U et V décalées à 90°, que permuter ces deux phases entre elles, ou inverser les polarités magnétiques sur deux pôles de la même phase, produit une inversion du sens de déplacement du champ magnétique de façon équivalente. Additionner ces deux opérations, quelque soit l'ordre, permettrait donc au besoin de conserver le sens de déplacement du champ magnétique, tout en attribuant une phase donnée au pôle de son choix sur l'inducteur.
De même encore, on pourra avoir avantage à réaliser l'équipement de brassage de l'invention avec un noyau magnétique commun à plusieurs inducteurs.

Claims

Procédé de brassage électromagnétique rotatif du métal en fusion, au cours de la coulée de produits métalliques à format XXL, de section ronde, carrée ou rectangulaire, dans lequel on utilise un équipement de brassage (10) comprenant des inducteurs (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b) polyphasés linéaires à champ magnétique glissant, et l'on brasse le métal en fusion sous la forme d'une pluralité de boucles (34, 35, 36, 37) de circulation en rotation axiale adjacentes, distribuées sur l'entour de l'axe de coulée (A) et occupant au mieux toute la section droite du produit coulé, procédé caractérisé en ce que l'on réalise ledit brassage en disposant lesdits inducteurs (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b) linéaires polyphasés à champ magnétique glissant sur l'entour de l'axe de coulée (A) pour former un entrefer (16), en ce que l'on règle les champs magnétiques glissant dans cet entrefer (16) afin qu'ils glissent en sens opposés sur deux inducteurs voisins quelconques (24a, 24b ; 25a, 25b), et en ce que l'on règle à la même polarité magnétique les couples de pôles connectés à une même phase électrique et situés l'un en regard de l'autre sur deux inducteurs distincts appariés (24a, 24b ; 25a, 25b).
Equipement de brassage électromagnétique de produits métalliques à format XXL, de section ronde, carrée ou rectangulaire, équipement pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 et comprenant au moins une paire d'inducteurs (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b) linéaires à champ magnétique glissant, montés symétriquement en regard l'un de l'autre, par rapport à un plan de symétrie (P) du produit coulé, sur l'entour de l'axe de coulée (A) de manière à définir un entrefer (16) dans lequel passe le produit coulé, au moins une alimentation électrique de puissance polyphasée (22) pourvue de moyens de connexion électriques (26, 27) avec lesdits inducteurs (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b), et des moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sur chaque inducteur, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion (26, 27) imposent la même polarité à chaque couple de pôles magnétiques appartenant à la même phase et placés symétriquement par rapport au dit plan (P) en regard l'un de l'autre sur deux inducteurs appariés (24a, 24b ; 25a, 25b).
Equipement de brassage électromagnétique selon la revendication 2, comprenant au moins deux paires d'inducteurs (24a, 24b ; 25a, 25b) linéaires à champ magnétique glissant, formant un ensemble d'au moins quatre inducteurs disposés sur l'entour de l'axe de coulée (A) de manière à définir un entrefer (16) dans lequel passe le produit coulé, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sont configurés pour que les champs magnétiques de deux inducteurs voisins (24a, 24b ; 25a, 25b) quelconques glissent en des sens opposés.