FR2529117A1 - Procede de brassage electromagnetique des metaux, notamment des aciers, coules en continu et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

Procédé selon lequel on soumet le métal coulé à une action de brassage à l'aide d'un champ magnétique mobile, notamment tournant autour de l'axe 2 du produit coulé, et agissant en aval de la lingotière 12, et qui se caractérise en ce qu'on applique le chant magnétique au moins sur une portion delta h de la hauteur métallurgique Delta H comprise entre le niveau où le coeur 4 encore liquide atteint la température de liquidus et le niveau Ti où la proportion de solide dans la phase liquide atteint environ 40 % en poids. Préférentiellement, on inverse périodiquement le sens de rotation du champ magnétique, ce qui peut avantageusement erre réalisé à l'aide d'une batterie d'inducteurs électromagnétiques 20, 20', 20" délivrant des champs magnétiques tournant dans des sens opposés deux à deux. L'invention permet d'améliorer la qualité interne des produits coulés, notamment sur le plan de la ségrégation centrale. Elle s'applique en particulier à la coulée continue des aciers, ou autres alliages métalliques, présentant un large intervalle de solidification.

Description

PROCEDE DE BRASSAGE ELECTROMAGNETIQUE DES METAUX, NOTAMMENT DES ACIERS,

COULES EN CONTINU ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE

La présente invention concerne le brassage électromagnétique des métaux, notamment des aciers, coulés en continu Elle s'applique particulièrement aux métaux, ou aciers, présentant un large intervalle de solidification.

On sait que l'opération de coulée continue consiste schématique-

ment à déverser en continu le métal en fusion dans une lingotière sans fond, énergiquement refroidie, généralement en cuivre ou alliage de cuivre, de laquelle on extrait, également en continu, une barre présentant une croûte extérieure solidifiée et dont le coeur encore liquide achève de se solidifier progressivement au cours de son extraction, en aval de la lingotière, dans la zone dite "du refroidissement secondaire" de la machine de coulée La distance sur laquelle le produit coulé passe d'un état totalement liquide (surface du métal liquide en lingotière, ou

"ménisque") à un état complètement solidifié (fond du puits de solidifi-

cation) est habituellement dénommée "hauteur métallurgique" et ceci quel-

que soit la trajectoire de la barre coulée, verticale ou courbe.

On sait également que l'on améliore la qualité métallurgique des produits obtenus, tant sur le plan de la propreté inclusionnaire que sur celui de la structure de solidification, grâce à un brassage contrôlé du métal en fusion en cours de coulée Par exemple, pour les produits longs en particulier (billettes, blooms), il est connu que ce brassage s'effectue avantageusement par mise en rotation du métal liquide au moyen d'un champ magnétique mobile, tournant autour de l'axe de coulée et agissant dans la zone du refroidissement secondaire (brevet français n 2 236 584 de l'IRSID), ou au niveau de la lingotière (brevets français no 2.279 500 d'USINOR, N O 2 315 344 de l'IRSID, N O 2 340 789 de 1 'IRSID), cette dernière disposition présentant l'avantage de pouvoir interrompre rapidement, dès la sortie de la lingotière, la solidification à croissance dendritique (solidification de type "basaltique") commencée en lingotière, au profit d'une solidification "équiaxe", par germination cristalline au

sein de la phase liquide.

D'un autre côté, certaines nuances d'acier à haute teneur en carbone et faiblement alliées sont très peu coulables en continu à l'heure 39 actuelle, essentiellement en raison des ségrégations axiales qui sont particulièrement importantes pour les produits longs Les techniques connues en coulée continue pour atténuer ces défauts (surchauffe faible du métal avant coulée, brassage électromagnétique en lingotière ou dans la zone de refroidissement secondaire, tel qu'évoqué précédement, etc) semblent, en effet, trouver leur limitation pour ce type d'acier Ces techniques, valables pour les aciers au carbone (jusqu'à 0,5 % de C environ) faiblement alliés ou inoxydables, ne donnent pas des résultats pleinement satisfaisants pour les aciers o la teneur en carbone va au delà de 0,5 % environ (aciers hyper-péritectiques) L'acier de nuance 10 OC 6, par exemple, destiné à la fabrication de pièces sollicitées en fatigue de contact, concrétise bien les difficultés rencontrées à la

coulée continue pour les aciers de ce type.

Le but de la présente invention est précisément de permettre, par coulée continue d'acier, ou autres alliages métalliques à large intervalle de solidification, l'obtention de demi-produits présentant une faible ségrégation axiale, ou tout au moins, une ségrégation axiale sensiblement moindre que celle qui serait obtenue par les techniques connues de coulée continue. A cet effet, l'invention a pour objet *un procédé de brassage électromagnétique, au cours -de la coulée continue des métaux, notamment des aciers présentant un large intervalle de solidification, selon lequel on met le métal liquide coulé en rotation autour de l'axe de coulée à l'aide d'un champ magnétique mobile qui agit en aval de la lingotière dans la zone de refroidissement secondaire de la machine de coulée, procédé caractérisé en ce que l'on applique le champ magnétique sur une portion de la hauteur métallurgique comprise, au moins, entre le niveau o le coeur encore liquide du produit coulé atteint la température de liquidus du métal coulé et le niveau o ledit coeur présente une proportion de solide

de la phase liquide de l'ordre de 40 A en poids environ.

Selon une variante, on met en oeuvre un champ magnétique constitué par une pluralité de champs magnétiques élémentaires tournants, successifs, disposés de façon étagée sur ladite portion de la hauteur

métallurgique et dont les sens de rotation sont opposés deux à deux.

De préférence, on fait déjà agir le champ magnétique tournant légèrement en amont de ladite portion de la hauteur métallurgique, afin de pallier le retard à la rotation qu'oppose le métal liquide en raison de

son inertie.

En variante encore, on inverse périodiquement dans le temps le

39 sens de rotation du champ magnétique.

L'invention a également pour objet une installation de coulée continue pour la mise en oeuvre du procédé, qui se caractérise en ce qu'elle comporte, dans la zone de refroidissement secondaire, une batterie d'inducteurs à champ magnétique mobile pour le brassage du métal liquide, disposés de façon étagée, successivement les uns à la suite des autres le long de la hauteur métallurgique, sur une portion de cette dernière s'étendant, au moins, depuis le niveau auquel le coeur liquide du produit coulé atteint la température de liquidus du métal coulé, jusqu'au niveau auquel la proportion de solide dans la phase encore liquide est d'environ

40 % en poids.

Comme on le comprend, l'invention consiste dans ses caractéris-

tiques essentielles, à brasser le métal lorsque l'état d'avancement de la solidification de ce dernier lui confère une consistance qui n'est pas encore complètement solide, ni plus tout à fait liquide et que l'on

qualifiera, pour fixer les idée, de "pâteuse".

Selon une définition plus précise, on entend caractériser par consistance, zone ou solidification "pâteuse", l'état de solidification d'un métal coulé en continu dont l'enthalpie se situe entre l'enthalpie du métal totalement solide et l'enthalpie du métal complètement liquide On détermine la position et l'étendue de la zone "pâteuse" à partir de la détermination de la température du métal sur l'axe de coulée et on considère que la zone" pâteuse" est la portion de la hauteur métallurgique

comprise entre les niveaux de température supérieure et inférieure corres-

pondant respectivement à la température de liquidus et à la température de

solidus du métal coulé.

Pour bien comprendre ce qui précède, il faut garder à l'esprit que la solidification d'un acier coulé en continu progresse de la périphérie vers l'axe du produit, non pas selon un front bien plan séparant la phase liquide de la phase solide, mais selon une surface, très accidenté à l'échelle microscopique, formée de pics (dendrites) et de creux Ces pics et creux définissent deux fronts successifs progressant ensemble respectivement un front dit "solidification commençante" et représentant l'enveloppe passant par les sommets des pics et un front dit "de solidification finissante" représentant l'enveloppe passant par la base des creux Les intersections de ces deux fronts avec l'axe de coulée (lequel se confond d'ailleurs avec l'axe du produit) déterminent entre elles, en grandeur et en position, la portion de la hauteur métallurgique o s'opère la solidification de type "pâteuse", et dans laquelle 39 conformément à l'invention, on fait agir le ou les champs magnétiques de brassage. Il doit être souligné que cette zone de solidification pâteuse se caractérise par la naissance d'une phase solide au sein même de la phase liquide et par la progression de la proportion de cette phase solide au fur et à mesure du refroidissement du produit coulé, jusqu'à la solidifi- cation totale correspondant à la fermeture du puits de solidification

(intersection de l'axe de coulée avec le front de solidification finis-

sante). A mesure que progresse la proportion de solide dans la phase liquide, il se forme dans le puits de solidification un agrégat de cristaux de plus en plus dense jusqu'à réaliser une sorte de squelette

quasi-rigide, conférant à la masse hétérogène liquide-solide une pseudo-

viscosité très élevée, voisine de celle d'un solide Il est aisé de comprendre que ce squelette" finit par atteindre un degré de rigidité tel qu'il devient alors inutile, voire irréalisable, avec les moyens

électromagnétiques disponibles actuellement, de brasser le métal.

Les inventeurs ont trouvé que l'on pouvait considérer qu'une telle immobilité est atteinte lorsque la proportion de la fraction solide dans la matrice liquide atteint environ 40 % en poids et qu'il était par conséquent suffisant de limiter le brassage à cette valeur et généralement

superflu de prolonger au delà de 60 %.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres aspects et avantages

apparaîtront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée en

référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: la figure 1 représente très schématiquement, en demi-coupe longitudinale, la progression de la solidification d'un acier coulé en continu, la figure 2 représente une vue schématique en coupe axiale d'une installation de coulée continue équipée des moyens de l'invention, -30 les figures 3 a, 3 b et 3 c sont des reproductions de clichés d'analyse métallogr-aphique (empreintes Baumann) d'un acier coulé en continu vu en coupe longitudinale partielle, et correspondant respectivement à un produit de référence non brassé (figure 3 a), un produit brassé à l'aide d'un champ magnétique tournant permanent (figure 3 b), et un produit brassé à l'aide d'un champ magnétique tournant avec

inversion alternative du sens de rotation (figure 3 c).

La figure 1 illustre bien ce qui a été dit précédemment à propos de

la progression de la solidification à la coulée continue Sur cette coupe-

39 longitudinale axiale de la barre coulée, la flèche verticale orientée vers le bas indique le sens d'extraction du produit On voit en 1 la surface latérale du produit -qui est énergiquement refroidie-, en 2 l'axe du produit (confondu avec l'axe de coulée), en 3 la surface libre du métal en lingotière, en 4 la phase métallique complètement liquide, en 5 le métal complètement solidifié et, en 6 et 7, respectivement les fronts de solidi- fication commençante et finissante délimitant entre-eux une zone 8 mi-solide, mi-liquide (dont la phase liquide est d'ailleurs fortement ségrégée en éléments d'alliage) C'est précisément cette zone 8, dont la consistance rappelle à certains égards celle d'une éponge, que l'on qualifie de "pâteuse" En outre, le front de solidification commençante 6 définit, avec une très bonne approximation, la surface isotherme de liquidus TL du métal coulé Il en est de même du front de solidification finissante 7 pour ce qui

concerne la température de solidus T Comme on l'a déjà dit, les inter-

sections de l'axe de coulée 2 respectivement avec le front de solidification commençante 6 et le front de solidification finissante 7, intersections repérées sur la figure par les deux points TL et Ts, définissent entre-elles la portion, notée Ah de la hauteur métallurgique (notée AH) et qui, conformément à l'invention, constitue le domaine dans lequel on fait agir le

ou les champs magnétiques de brassage.

Le graphe de la-figure 1, outre son rôle purement illustratif des phénomènes explicités ci-avant, reflète également les résultats quantitatifs obtenus lors de coulées d'essais d'aciers de nuance 100 C 6 dont les données physico-chimiques et les conditions opératoires sont consignées

respectivement dans les tableaux de valeurs 1 et 2 ci-après.

TABLEAU 1

Eléments d'alliage C Si Mn P S Cr teneur( 10-3 %) 1010 230 330 21 26 1550 pondérale Liquidus 14500 C Solidus 13000 C Intervalle de solidi 1500 C fication Eutectique 1350-13000 C à 14 % Cr et 5 % P

TABLEAU 2

Surchauffe initiale du métal coulé 300 C

Vitesse de coulée 0,7 m/mn -

Profil coulé Section carrée de 235 mm de cote Trajectoire de la barre coulée droite Vitesse de refroidissement moyenne 0,50 C/s Dans ces conditions, la hauteur métallurgique AH est de 15,5 m environ et le niveau de TL a été déterminé à la cote 4,5 m On calcule donc une zone Ah, correspondant à la zone pâteuse, de longueur

15,5 4,5 = 11 m, s'initiant à 4,5 m sous le ménisque 3.

En outre, à l'aide d'un modèle thermique de solidification résol-

vant l'équation de diffusion de la chaleur en régime transitoire, on peut

calculer le champ des températures à tout niveau de la hauteur métallur-

gique A partir, par-exemple, d'un simple diagramme "enthalpie tempéra-

ture" de la nuance coulée, il est alors aisé de construire la courbe,

référencée 9 sur la figure 1, intermédiaire entre les fronts de solidifi-

cation finissante et commençante, et représentant le lieu des points dans

la phase liquide o la proportion de phase liquide est de 40 % en poids.

Plus simplement, on peut se contenter de déterminer le point d'intersec-

tion Ti de cette courbe avec l'axe de coulée 2, ce point T définissant i alors, avec le point TL placé en amont, la portion notée Ch, de la zone pâteuse Ah, le long de laquelle, conformément à l'invention, le métal doit

être brassé.

Comme on le voit sur la figure, dans le cas d'un acier de nuance 10 OC 6 coulé dans les conditions précisées auparavant, le point Ti, définit le point de température à 14300 C sur l'axe de coulée, et se situe à 9 m sous le ménisque Il délimite ainsi avec le point TL, une portion 5 h à brasser de longueur 9-4,5 = 4,5 m environ, depuis la cote à 4,5 m sous

39 le ménisque 3.

Bien entendu, les informations précédentes sur le mode de détermination du point Ti sur l'axe de coulée ne sont données qu'à titre purement indicatif et illustratif, D'autres méthodes existent, qui sont connues de l'homme de métier métallurgiste et qui entrent tout-à-fait dans son domaine de compétence Ainsi par exemple, si l'on souhaite une détermination plus précise de la cote de Ti, on peut, au lieu d'utiliser la courbe enthalpique, faire appel au diagramme de phases de la nuance coulée, associé à la relation de SCHEIL-GULLIVER reliant, pour chaque valeur de la température, la fraction solide à sa concentration au sein de la phase liquide Cette méthode pourra d'ailleurs être avantageusement

utilisée dans le cas de nuances à très larges intervalles de solidifi-

cation pour lesquelles, on le sait, le diagramme enthalpique, construit par interpolation linéaire entre TL et T s, ne fournit pas toujours la

précision souhaitée.

Ceci étant, on va maintenant apporter quelques commentaires supplé-

mentaires sur les considérations à l'origine de l'invention.

Le liquide ségrégé en éléments d'alliage qui se forme au front de solidification (on considère ici un front moyen unique) a tendance, par densité, à descendre vers le fond du puits de solidification Il s'établit par ce phénomène une convection naturelle du liquide dans la zone pâteuse et dont l'ampleur dépend notamment de L 3, o L est le nombre de GRASTHOF pour le métal liquide coulé Or, on sait que L est d'autant plus grand que l'intervalle de solidification du métal est large On est donc en droit d'admettre que, dans le cas de nuances à large intervalle de solidification, des mouvements de convection importants de la phase liquide s'établissent au sein du puits de solidification Comme ce puits s'enrichit en cristaux équiaxes au fur-et-à-mesure qu'on s'approche du fond, les liquides ségrégés, qui percolent entre ces cristaux en circulant à fort débit, ont tendance à fondre les cristaux à leur contact Il se

forme ainsi des zones de passages priviligiés, que l'on dénomme générale-

ment "canaux" Etant donné que les liquides ségrégés circulent du haut

vers le bas et de la périphérie vers le centre du produit coulé en s'enri-

chissant en éléments agrégés, ces canaux apparaissent en forme de "V" successifs avec un collecteur central dans l'axe du produit et sont

directement à l'origine des problèmes de qualité interne évoqués au début.

Le résultat premier recherché par l'invention est précisément, comme on l'aura déjà compris, de supprimer les velléités des liquides fortement ségrégés à circuler dans les canaux qu'ils forment dans le puits 39 de solidification Pour y parvenir, la solution proposée consiste à brasser électromagnétiquement le métal liquide dans la zone pâteuse ah, plus précisement le long de la portion 6 h (fig l) de cette zone, afin de contrecarrer la tendance du métal à former ces canaux ségrégés De préférence, on initie le brassage légèrement en amont de la portion 6 h afin, comme on l'a déjà souligné, de compenser le retard qu'oppose l'inertie du métal liquide au mouvement de brassage, notamment lorsque le brassage consiste à faire tourner le métal liquide autour de l'axe de coulée Par ailleurs, les inventeurs ont pu montrer qu'on a avantage à rechercher un effet de cisaillement du métal liquide contre le front de solidification, cet effet pouvant être obtenu, conformément à l'invention, au moyen d'inversions répétitives du sens de déplacement du champ

magnétique de brassage.

Selon deux variantes de mise en oeuvre de l'invention, ces inversions peuvent être réalisées, soit dans le temps, soit dans l'espace: dans le temps, notamment à l'aide d'un inducteur de brassage à champ magnétique alterné, cet inducteur pouvant être du type monobloc couvrant toute la portion 8 h voulue, ou constitué d'une succession d'inducteurs autonomes synchronisés, dans l'espace (i e le long de l'axe de coulée) à l'aide d'une batterie d'inducteurs successifs, couvrant la portion 5 h et délivrant des champs magnétiques mobiles dans des sens opposés

deux à deux.

La figure 2 montre, en correspondance d'échelle et de cotes avec le diagramme de la figure 1, l'implantation des inducteurs de brassage pour la mise en oeuvre de l'invention selon une variante à champs magnétiques tournants successifs et alternés le long de l'axe de coulée Sur cette figure 2, on a schématiquement représenté une installation de coulée continue dite "verticale" (i e trajectoire entièrement droite de la barre coulée) comprenant, depuis le sommet de l'installation, un répartiteur 10 alimentant en métal en fusion et en continu, par un-jet de coulée 11, une lingotière sans fond 12 De cette dernière est extraite, également en continu, une barre 13 présentant une croûte extérieure solidifiée 5 et dont le coeur 4 encore liquide achève de se solidifier progressivement au cours de son extraction (dans le sens indiqué par la flèche) sur la distance totale AH appellée "hauteur métallurgique" En aval du point

marquant-la fin de solidification (fermeture du puits de solidification) -

point Ts sur la figure 1 une cisaille symbolisée en 14 tronçonne la barre en l'accompagnant dans sa descente Le tronçon une fois découpé est 39 basculé puis évacué immédiatement pour permettre la continuité du

processus de coulée.

La lindotière 12 est une lingotière caissonnée de type connu, comprenant essentiellement un élément tubulaire interne 14, en cuivre, définissant un passage pour le produit coulé et énergiquement refroidi sur sa face extérieure par une enveloppe d'eau 15 en circulation ascendante depuis une chambre d'alimentation 16 vers une chambre d'évacuation

supérieure 17.

Comme on le voit, la chambre d'évacuation supérieure 17 a été suffisamment di'M An 9 lon Ae pour pouvoir y IMÈege 1 l nieel le magnétique de brassage 18 Le rôle de cet inducteur, dont la présence est souhaitable mais nullement indispensable pour la mise en oeuvre de l'invention, sera précisé ultérieurement La même remarque vaut également pour l'inducteur 19 placé en aval de la lingotière et agissant, comme on le voit, déjà en amont la zone de solidification pâteuse Ah Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention une batterie d'inducteurs étagés (ici au nombre de trois) 20, 20 ', 20 " entoure la barre-coulée sur

la portion 5 h de la hauteur métallurgique AH.

Ces inducteurs à champ magnétique tournant, de forme annulaire et

de type statique polyphasé, sont des dispositifs de brassage électromag-

nétique connus et utilisés dans le domaine de la coulée continue On

pourra, au besoin, en trouver une description détaillée en se reportant,

par exemple, au brevet français nu 2 211 305 (CEM).

Dans une variante de mise en oeuvre du procédé de brassage selon l'invention, chaque inducteur délivre un champ magnétique tournant dont le sens de rotation est opposé à celui du, ou des inducteurs qui lui sont immédiatement voisins Cette disposition, comme on l'a déjà expliqué, permet d'améliorer les résultats obtenus par rapport à un champ tournant

uniforme sur toute la portion de brassage sh.

Dans une autre variante, les inducteurs 20, 20 ', 20 " délivrent des champs magnétiques tournant dans le même sens au même moment, auquel cas on a avantage, pour les raisons déjà évoquées, d'inverser périodiquement le sens de rotation du champ A cet égard, la règle à respecter est que tout volume élémentaire de métal liquide qui, au cours de l'extraction du produit coulé, pénètre dans la portion 6 h soit, avant d'en sortir, soumis à un champ magnétique dont le sens de rotation s'inverse au moins une fois. L'application de cette règle depend bien entendu des conditions

locales d'exploitation et, notamment, de la vitesse d'extraction du pro-

39 duit coulé, en liaison avec la longueur de la portion brassée 6 h Ainsi dans l'exemple considéré o la vitesse d'extraction est de 0,7 m/mn et 6 h de 4,5 m, le temps de séjour minimal de tout volume élémentaire de métal dans la portion brassée 6 h est donc d'environ 6 minutes et demie Dans ces conditions, la règle précitée est respectée si l'on brasse dans chaque sens par exemple durant 3 mn environ, un temps de pose de quelques dizaines de sec entre les deux séquences de brassage étant alors prévu pour l'atténuation naturelle du mouvement avant de rebrousser de sens de circulation Bien entendu, on peut diminuer la durée de chaque séquence, ce qui a pour effet de multiplier le nombre d'inversions du champ pendant le temps de séjour du métal dans la portion 5 h et, par conséquent, d'augmenter l'effet de cisaillement recherché On comprend, cependant, qu'il n'est pas souhaitable de réduire la durée des séquences de brassage

en-dessous d'un certain seuil, (généralement de l'ordre de 20 à 40 sec.

selon les conditions d'exploitation), à partir duquel l'action du champ n'est plus suffisamment entretenue pour vaincre l'inertie de la masse

liquide à brasser.

A ce titre, il est tout-à-fait avantageux, ainsi que le montre la figure 2, de prévoir, juste en amont de la portion 5 h, l'inducteur de brassage supplémentaire 19, dont le champ magnétique produit tourne en synchronisme avec celui délivré par l'inducteur 20 afin précisément de pallier la résistance au mouvement qu'oppose le métal liquide et assurer de cette manière une mise en rotation de celui-ci déjà à l'entrée de la zone à brasser 5 h. On souligne que, sur la figure 2, la taille de l'inducteur 19 a été volontairement réduite comparativement à celle des inducteurs 20, ',20 " 1, dans le seul but de bien le différencier pour ne pas nuire à la compréhension de l'invention Il est clair que sa taille, de même d'ailleurs que sa réalisation, peuvent être tout-à-fait semblables à

celles des inducteurs 20.

Il va de soi que ce qui vient d'être dit au sujet des inversions périodiques du champ magnétique peut être réalisé, non seulement avec la batterie d'inducteurs structurellement indépendants, 20, 20 ', 20 ", mais également avec un inducteur unique suffisamment dimensionné pour que sa longueur utile d'entrefer (hauteur d'action du champ) puisse couvrir la

portion 5 h On comprend cependant qu'une batterie d'inducteurs indépen-

dants sera souvent préférée, pour de simples raisons de commodité, lorsque

la portion 5 h à brasser présente une trajectoire courbe.

Conformément à une mise en oeuvre préférée de l'invention, on sou-

39 met en outre le métal liquide à un brassage déjà au sein même de la

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lingotière 12 Comme le montre la figure 2, ceci peut-se faire à l'aide de

l'inducteur électromagnétique 18 logé dans la chambre d'eau supérieure 17.

L'inducteur 18, retenu dans cet exemple, est du type statique polyphasé entourant le produit coulé et délivrant un champ magnétique tournant On rappelle que la réalisation d'inducteurs de ce genre, de même que leur utilisation au sein d'une lingotière de coulée continue en tant que dispositif de brassage du métal, ainsi que les résultats favorables d'un tel brassage sur la qualité métallurgique des produits obtenus, font déjà partie de l'état connu de la technique (brevets précités) L'originalité de la variante de l'invention exposée ici réside dans la combinaison du brassage en lingotière et du brassage en zone pâteuse ah, conduisant à une conjugaison bénéfique de leurs effets, lesquels se manifestent notamment par l'obtention d'un puits de solidification moins profond et à fond aplati, de sorte que la portion 5 h à brasser se trouve, d'une part, raccourcie en hauteur et, d'autre part, élargie en section, ce qui va dans

le sens d'un brassage à la fois plus économique et plus efficace.

Par ailleurs, on est en droit d'admettre également une efficacité accrue du brassage dans la zone 5 h, à l'encontre de la formation des canaux ségrégés, par le fait que le métal liquide mis en circulation est chargé en particules solides qui, grâce à l'action de brassage en lingotière, ont pris naissance en amont de la zone 5 h par élagage des têtes de dendrites, ou par germination cristallique au sein de la phase

liquide 4.

La modification du profil du puits de solidification occasionnée par la mise en service de l'inducteur 18 au sein de la lingotière n'a pas

été représentée sur la figure 2 pour ne pas la surcharger inutilement.

Les figures 3 sont des reproductions photographiques d'empreintes "Baumann" effectuées en coupe axiale longitudinale du produit coulé (acier de nuance l OOC 6) Elles illustrent, par mise en relief de la ségrégation du soufre, les résultats métallurgiques comparatifs obtenus entre un produit non brassé (figure 3 a) et un produit brassé, d'une part, à l'aide d'un champ magnétique tournant permanent(figure 3 b), d'autre part, à

l'aide d'un champ magnétique tournant alterné (figure 3 c).

On se rend bien compte que les canaux ségrégés 21 (en noir) en forme de "V" ainsi que le collecteur central 22, très accusés sur la figure 3 a, sont nettement atténués lorsque le métal est brassé dans la

zone 5 h conformément à l'invention (figure 3 b) et pratiquement absents -

ou tout au moins sans conséquences sensibles sur la qualité du produit -

39 lorsque le sens de rotation du champ magnétique est alterné (figure 3 c).

On notera sur les figures 3 b et 3 c la présence de bandes latéralesclaires 23, donc très appauvries en éléments ségrégés, et qui, comme on le

sait, sont très caractéristiques des produits brassés coulés en continu.

On sait aussi que la localisation de ces bandes 23, habituellement dénommée "zones blanches", ainsi que leur épaisseur, peuvent être reliées d'une certaine manière à la localisation et à l'étendue de l'action de

brassage sur la hauteur métallurgique.

Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure o sont respectées les caractéristiques énoncées dans les

revendications jointes.

Ainsi, s'il importe que le métal liquide soit brassé au moins dans la portion 5 h de la zone pâteuse Ah précédemment définie, le moyen de

brassage électromagnétique mis en oeuvre à cet effet, n'est pas nécessai-

rement du type à champ magnétique tournant autour de l'axe du produit, mais peut fort bien, par exemple, être du type à champ magnétique glissant parallèlement, ou perpendiculairement à cet axe On connait des inducteurs capables de créer de tels champs glissants et qui sont formés, soit de bobines empilées entourant le produit (cas des produits longs, comme'les billettes, les blooms -brevet français N O 2 248 103-), soit de barres conductrices parallèles, à la manière des stators de moteurs linéaires à induction (cas des produits à section large comme les brames - brevet

français N O 2 324 395-) -

De même, il faut entendre par le vocable "au moins" utilisé ci-avant dans l'expression " il importe que le métal liquide soit brassé au moins dans la portion 5 h ", la possibilité, non seulement d'initier le brassage en amont de cette portion pour compenser l'inertie du métal, mais également de poursuivre l'action de brassage en aval du niveau Ti sur la hauteur métallurgique o la proportion pondérale de solide dans la phase liquide atteint 40 % On aura compris cependant, qu'il n'y a guère d'intérêt, dans le cadre des résultats visés par l'invention, de continuer à brasser jusqu'au proche voisinage -du fond Ts du puits de solidification. En fait, les essais ont montré qu'on ne décèle plus d'amélioration

significative de la qualité interne du produit lorsqu'on prolonge le bras-

sage au-delà du niveau o la proportion solide/liquide est d'environ 60 % en poids et que l'essentiel de cette amélioration est obtenue, comme le montre notamment la figure 3 c, lorsqu'on atteint une proportion de 40 %

39 environ.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1) Procédé de brassage électromagnétique des métaux, notamment des aciers, coulés en continu, procédé selon lequel on soumet le métal liquide coulé à une action de brassage à l'aide d'un champ magnétique mobile qui agit en aval de la lingotière, dans la zone du refroidissement secondaire de la machine de coulée, et caractérisé en ce que l'on applique le champ magnétique au moins sur une portion (eh) de la hauteur métallurgique (AH), comprise entre le niveau (TL) o le coeur ( 4) encore liquide du produit coulé atteint sur l'axe de coulée ( 2) la température de liquidus du métal coulé et le niveau (Ti) o ledit coeur présente une proportion de solide

dans la phase liquide de l'ordre de 40 % en poids environ.

2 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on met en oeuvre un champ magnétique mobile, entraînant le métal liquide en

rotation autour de l'axe de coulée ( 2).

3 ) Procédé, selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce

que, dans le but de compenser le retard au mouvement qu'oppose le métal liquide en raison de son inertie, l'on initie l'action du champ magnétique mobile déjà en amont du niveau (TL) auquel le coeur liquide ( 4) atteint

sur l'axe ( 2) la température de liquidus du métal coulé.

4 ) Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce

qu'on inverse périodiquement le sens de déplacement du champ magnétique.

) Procédé selon les revendications 2 ou 4 caractérisé en ce que

l'on met en oeuvre un champ magnétique mobile, constitué par une pluralité de champs magnétiques élémentaires s'étageant sur la hauteur métallurgique

et dont les sens de déplacement sont opposés deux à deux.

60) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que l'on brasse le métal liquide coulé déjà au sein même

de la lingotière.

) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on réalise ledit brassage en faisant agir un champ magnétique mobile au

niveau de la lingotière.

8 ) Installation de coulée continue des métaux pour la mise en

oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 5 caractérisée en ce

qu'elle comprend, dans la zone du refroidissement secondaire, une batterie d'inducteurs à champs magnétiques tournants ( 20, 20 ', 20 "), qui entourent le produit coulé et qui sont disposés de façon étagée le long de la hauteur métallurgique (AH) sur une portion ( 5 h) de celle-ci s'étendant, au moins, depuis le niveau auquel le coeur liquide ( 4) du produit coulé ( 13) atteint sur l'axe de coulée ( 2) la température de liquidus (T 1) du métal coulé, jusqu'au niveau:(Ti) auquel la proportion de solide dans la phase

encore liquide est d'environ 40 % en poids.

9 ) Installation de coulée *continue selon la revendication 8 caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un inducteur de brassage ( 19) disposé dans le prolongement supérieur de la batterie d'inducteurs ( 20,

', 20 ").

) Installation de coulée continue selon les revendications 8 ou

9 caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un inducteur de brassage ( 18)

disposé au niveau de la lingotière ( 12).

11 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7

caractérisé en ce qu'on l'applique à la coulée continue des métaux,

14 notamment des aciers, présentant un large intervalle de solidification.