FR2601270A1 - Dispositif electromagnetique, a champ tournant, de brassage du metal liquide en coulee continue. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LE BRASSAGE D'UN COEUR3 DE METAL LIQUIDE. DEUX DEMI-INDUCTEURS DIPHASES14, 15 COMPORTENT CHACUN DEUX BOBINES26, 27, 28, 29 AFFECTEES CHACUNE A UNE PHASE. LES DEUX BOBINES D'UNE MEME PHASE SONT SYMETRIQUES PAR RAPPORT A UN AXE CENTRALA ET SONT CONNECTEES DE MANIERE A PRESENTER EN REGARD DE CET AXE DES POLES MAGNETIQUES DE POLARITES OPPOSEES QUI CREENT UN CHAMP TRAVERSANT LE COEUR LIQUIDE. LE DECALAGE D'UN QUART DE PERIODE ENTRE LES DEUX PHASES FAIT TOURNER CE CHAMP ET ENTRAINE AINSI LE LIQUIDE EN ROTATION AUTOUR DE CET AXE.

Description

Dispositif électromagnétique, à champ tournant,de brassage du métal liquide en coulée continue
La présente invention se rapporte à un dispositif électromagnétique pour la mise en mouvement d'un métal liquide spécialement dans une machine de coulée continue, au cours du refroidissement du produit coulé.

On sait qu'une mise en mouvement d'un métal liquide en coulée continue permet d'améliorer la qualité métallurgique des produits coulés. Ce procédé est connu sous le nom de brassage électromagnétique ou brassage tout court. I1 est utilisé industriellement à un ou plusieurs niveaux de la coulée continue, au niveau de la lingotière (appelé niveau M par les spécialistes), en dessous de la lingotière dans la zone dite de refroidissement secondaire (niveau S), et au niveau du fond du puits de solidification (niveau F).

Le métal liquide étant enfermé soit entre les parois de la lingotière au niveau M, soit par la peau déjà solidifiée du produit coulé aux niveaux S et F, une mise en mouvement contrôlée du métal liquide crée des boucles de circulation, ces boucles pouvant s'établir dans un plan parallèle ou perpendiculaire à l'axe de coulée. On choisit les boucles de brassage, voire même des combinaisons de boucles et le niveau de brassage selon le type d'améliorations métallurgiques recherchées,
On sait que le brassage peut ête obtenu au moyen d'un champ magnétique mobile, soit tournant, soit glissant, qui pénètre le produit coulé.

On sait également que ces champs magnétiques sont produits par des inducteurs statiques, polyphasés, placés aussi près que possible du produit coulé. Les champs tournants sont produits par des inducteurs dits "rotatifs". Les champs glissants sont produits par ies inducteurs dits "linéaires".

Les inducteurs rotatifs connus sont toujours construits de façon à créer une induction magnétique B traversant le produit coulé perpendiculairement à l'axe de coulée, la rotation de l'induction autour de l'axe de coulée étant obtenue en alimentant l'inducteur avec des courants polyphasés (généralement diphasés dans le cas d'un inducteur carré et triphasés dans le cas d'un inducteur rond). Afin d'assurer une rotation uniforme du champ magnétique, l'inducteur entoure complètement le produit coulé. Plus précisément il n'existe pas d'inducteur de champ tournant connu qui n'entoure pas complètement le-produit coulé, et il apparaissait impossible d'utiliser un champ tournant dès lors que la configuration de la machine de coulée continue, au niveau où'on entend effectuer le brassage, ne permettait pas à l'inducteur d'entourer complètement le métal coulé.

Le brassage rotatif convient bien pour des produits ronds, carrés ou faiblement rectangulaires (cas des billettes et des blooms) lorsque l'on veut brasser dans un plan perpendiculaire à l'axe de coulée. Pour de telles applications, l'inducteur rotatif est celui qui permet de réaliser la meilleure pénétration de l'induction magnétique au coeur du produit coulé et d'agir ainsi sur toute la masse du liquide à brasser.

Cependant, il existe des applications multiples de brassage, où l'on ne peut pas utiliser un inducteur rotatif connu, soit parce que produit coulé ne peut pas être entouré complètement par un inducteur rotatif pour des raisons géométriques ou d'encombrement, soit parce que l'on veut brasser dans un plan parallèle à l'axe de coulée. Dans ces cas, on utilise un ou plusieurs inducteurs linéaires à champ glissant.

Les inducteurs linéaires connus sont toujours construits de façon à créer une induction magnétique B pénétrant dans le produit coulé perpendiculairement à la face du produit à laquelle l'inducteur est appliqué et glissant dans une direction parallèle à cette face du produit. Cette direction de glissement peut être appelée "tangentielle".

Le glissement de l'induction est obtenu en alimentant l'inducteur avec des courants polyphasés.

On a vu qu'un inducteur linéaire considéré seul, produit dans le métal coulé une translation simple selon ladite direction tangentielle le long de la face à laquelle il s'applique. Par continuité hydrodynamique, le métal liquide revient en sens inverse le long de la face opposée. On peut dônc, avec un seul inducteur linéaire, créer une boucle de brassage dans un plan parallèle au glissement du champ et perpendiculaire à la face du produit sur laquelle est appliqué l'inducteur (face accessible). Cependant, un brassage efficace de ce type n'est obtenu que si cette face accessible et la face opposée sont suffisamment éloignées l'une de l'autre pour que la boucle constituée dans le métal liquide puisse former un "O" relativement rond.Ceci résulte d'une part du fait que, hydrodynamiquement parlant, une boucle de circulation ronde s'établit plus facilement qu'une boucle très plate. Mais d'autre part, et principalement, ceci résulte du fait que la poussée sur le métal liquide produit par l'inducteur linéaire, bien que diminuant lorsque la distance à l'inducteur augmente, va toujours dans le même sens dans tout le plan de la boucle. Ainsi, deux faces opposées très proches ne voiest qu'une faible différence de poussée allant dans le même sens quel que soit le dimensionnement de l'inducteur linéaire et la résultante ne sera pas assez forte pour créer un brassage efficace.Ce problème existe en coulée continue, si l'on veut brasser dans un plan parallèle-à l'axe de coulée des billettes (produits longs de faible section) ou des blooms au niveau F (faible section du puits liquide malgré une section importante du produit).

Une solution connue à ce problème consiste à utiliser une paire de deux inducteurs linéaires agissant sur les deux faces opposées du produit coulé, avec des champs magnétiques glissant en sens inverse. On obient ainsi dans les deux faces opposées deux poussées parallèles à ces faces mais en sens opposé, même dans le cas de faces très rapprochées.

Le brevet français FR-2 485 411 (Institut de Recherches de la
Sidérurgie Française IRSID) décrit un dispositif de brassage appliquable à une brame de grande largeur. Sur chaque face de cette brame de nombreux inducteurs linéaires se succèdent selon une direction tangentielle qui est celle de la largeur de cette brame, ceci pour créer des champs glissants, selon cette même direction. Dans cette succession d'inducteurs le sens de glissement de ces champs est alterné afin de créer, au sein de la masse de métal liquide de nombreuses boucles de circulation qui se succèdent aussi selon cette direction tangentielle.

Une paire d'inducteurs opposés est représentée sur la fig.2d ce brevet.

On verra plus loin que la face active d'un inducteur linéaire doit avoir une longueur minimale, c'est-à-dire une dimension minimale dans le sens du glissement du champ qui, en pratique, est nettement supérieure à 100 mm, car un brasseur linéaire est d'autant plus efficace que sa longueur augmente, tous autres paramètres restant égaux par ailleurs. Il en résulte que la boucle de brassage créée entre deux faces distances de l'ordre de 100 mm ou moins est très nettement ovale.

L'application de deux inducteurs linéaires sur des faces opposées d'un produit coulé et développant des poussées en sens inverse, est donc bien adaptée pour créer des boucles de brassage ovales. Une utilisation typique consiste à brasser les brames dans un plan perpendiculaire à l'axe de coulée une brame ayant typiquement une section de l'ordre de 150 à 300 mm sur 1 000 à 2 000 mm. On comprendra que le brassage de billettes et de blooms dans le même plan perpendiculaire à l'axe de coulée reste le domaine privilégié du brassage rotatif à inducteur rotatif, car il s'agit de sections essentiellement carrées ou rondes de l'ordre de 100 à 300 mm ou de sections rectangulaires de l'ordre de 200 à 300 mm X 200 à 600 mm.Si, pour des raisons mécaniques, on ne peut pas entourer ces produits d'un inducteur rotatif, la solution de deux inducteurs linéaires n'est efficace que si la longueur des inducteurs dépasse largement les faces auxquelles ils sont appliqués.

Quel que soit le type d'application d'un inducteur linéaire, en aucun cas un inducteur linéaire de type connu ne peut produire seul un champ tournant.

La présente invention se rapporte donc à tous les cas de brassage, où l'on veut créer une boucle de brassage ronde, carrée ou légèrement rectangulaire, où la solution la plus efficace d'entourer la boucle par un inducteur de champ rotatif n'est pas possible géométriquement et où la solution de deux inducteurs linéaires implique un encombrement d'inducteurs en longueur, supérieur à l'extension réelle ou souhaitée de la boucle de brassage.

Un inducteur linéaire développe sur sa surface active plusieurs pôles magnétiques alternés. Un paramètre de construction important d'un inducteur linéaire est le pas polaire P il est défini par la distance entre deux pôles consécutifs de signes contraires de la même phase.

Comme pour les brasseurs rotatifs, une alimentation polyphasée alternative permet d'obtenir une translation continue des pôles le long de l'inducteur. Cette translation s'effectue à une vitesse V telle que
V = 2P f
P étant le pas polaire,
f étant la fréquence des courants d'alimentation.

Donc, cette vitesse de translation est proportionnelle au pas polaire et à la fréquence du courant.

D'autre part, l'induction magnétique créée par un inducteur linéaire en un point quelconque du métal coulé diminue lorsque la fréquence augmente.

Or, la force volumique de brassage en un point quelconque du métal coulé est proportionnelle au carré de l'induction magnétique en ce point et à la vitesse de translation.

Pour une géométrie donnée, c'est-à-dire une longueur d'inducteur donnée et un entrefer donné (distance entre pôle d'inducteur et métal liquide et matières d'entrefer), il existe donc une fréquence optimale pour laquelle la force volumique exercée sur le métal liquide est maximale.

En pratique, on choisit une fréquence aussi proche que possible de cette fréquence optimale, compte tenu des différentes r- nsidérations électrotechniques et mécaniques d'installation.

Il est possible d'accroitre la force volumique de brassage en augmentant le pas polaire P lorsque l'on conçoit l'inducteur. Mais en pratique, on se trouve très limité dans cette voie, car le pas polaire d'un inducteur linéaire est lié à la longueur minimale de l'inducteur.

L'inducteur linéaire le plus court est un inducteur bipolaire diphasé.

Pour produire un champ magnétique glissant le long de l'inducteur, il faut au minimum deux pôles magnétiques de signe inverse produits par une phase et deux pôles magnétiques de signe inverse produits par la deuxième phase, les deux phases étant décalées d'un quart de période et le pôle de la phase gauche étant situé au milieu des pôles de la phase droite, le pôle gauche de la phase droite étant situé au milieu des pôles de la phase gauche. Il en résulte que, théoriquement, la longueur minimale L d'un inducteur bipolaire diphasé est donnée par L b 3 P. En pratique,
2 la longueur minimale est voisine de 2 P.

Si donc, on dispose d'une largeur de face du produit coulé (ou d'une hauteur de boucle pour un inducteur vertical) limitée à une certaine valeur L, le pas polaire P de l'inducteur ne pourra pas dépasser 2 L en théorie ou environ L2 en pratique.

3 environ 2
Or, il existe un très grand nombre de cas dans lesquels il serait souhaitable que le pas polaire puisse être choisi supérieur à 3 L ou 2
3
Aussi, un but de la présente invention est de pouvoir placer dans une longueur disponible limitée, l'équivalent d'un inducteur linéaire de pas polaire plus élevé que celui d'un inducteur linéaire connu utilisable dans cette longueur limitée et, simultanément, de créer dans le métal liquide un champ tournant au moyen d'un inducteur qui n' entoure pas complètement le produit coulé.

A cet effet elle a pour objet un dispositif de brassage qui présentent des dispositions nouvelles qui se combinent à des dispositions connues par la figure 2 du brevetFR 2 485 411 précédemment mentionné.

Selon des dispositions -connues le dispositif comporte un ensemble d'induction à plusieurs phases dont deux parties occupent respectivement deux faces opposées de cette masse, la direction joignant ces deux faces étant une direction de traversée, chacune de ces parties comportant au moins une bobine affectée à chacune desdites phases, la direction de succession des bobines d'une même dite partie de cet ensemble étant en direction tangentielle, ce dispositif comportant encore un générateur de plusieurs phases de courant alternatif décalées d'une fraction de période pour alimenter les bobines affectées à ces phases, respectivement, et leur faire engendrer un champ électromagnétique d'entrainement pénétrant dans cette masse et se déplaçant, afin que le déplacement de ce champ provoque une circulation de métal liquide au sein de cette masse, selon une boucle de circulation qui tourne autour d'un axe de rotation central perpendiculaire auxdites directions de traversée et tangentielle, cet axe passant sensiblement par un point central de ladite masse, les deux bobines affectées à une même phase sur les deux dites faces opposées étant disposées de manière symétrique par rapport audit axe central.Par rapport à ces dispositions connues le dispositif melon l'invention est caractérisé par le fait que les deux bobines affectées à une même phase sont connectées audit générateur de courant pour faire apparaitre des pôles de polarités toujours opposées en deux régions symétriques par rapport à cet axe, afin de créer par leur coopération un champ traversant ladite masse et tournant autour de cet axe, les deux dites parties de l'ensemble d'induction constituant alors deux demiinducteurs dont seul l'ensemble constitue un inducteur propre à créer ledit champ d'entraînement.

On voit que le dispositif de la présente invention s'applique sur les deux faces opposées du produit métallique coulé à brasser ou de sa lingotière. Il comporte un inducteur bipolaire. Il crée dans le métal liquide, un champ tournant circulaire ou elliptique. Il est constitué pour cela de deux demi-inducteurs de préférence diphasés séparés, appliqués chacun à l'une desdites faces opposées, et couplés électriquement et magnétiquement avec un symétrie d'ordre 2 par rapport à l'axe central qui passe entre lesdites faces opposées.

De cette manière, à un instant donné, à un pôle Nord de l'une des bobines d'un demi-inducteur correspond un pôle Sud d'une bobine de l'autre demi-inducteur, alimentée par la même phase, ce pôle Sud étant axialement symétrique d'ordre 2 du dit pôle Nord par rapport au centre des deux faces opposées auxquelles s'appliquent les deux demi-inducteurs.

Il faut comprendre ici par inducteur "diphasé", un inducteur alimenté par deux phases de même intensité maximale, de même période et décalées l'une par rapport à l'autre d'un quart de période.

Dans ce qui précède, il faut entendre par "demi-inducteur", soit un demi-inducteur rectiligne applicable à des faces planes, soit un demi-inducteur qui s'étend sur un arc de cercle inférieur à 180 ou un arc de courbe quelconque, applicable à des faces rondes ou bombées.

Dans un cas préféré, chaque demi-inducteur comporte deux bobines seulement, une pour chaque phase, et ces bobines sont disposées de part et d'autre d'un plan de symétrie passant par un axe central du dispositif et parallèle à une direction de traversée qui est perpendiculaire aux faces sur lesquelles le dispositif est appliqué. Cet axe est sensiblement celui autour duquel l'inducteur crée une boucle de circulation dans le métal liquide.

Dans ce cas aucune des deux phases ne peut créer dans la masse liquide un champ parallèle à la direction tangentielle qui est celle qui va de l'une à l'autre des deux bobines d'un même demi-inducteur et qui est parallèle à chacune desdites faces opposées. C'est pourquoi, dans ce cas, pour que l'ensemble des deux phases crée un champ tournant autour de l'axe central une condition doit être respectée, au moins au voisinage de cet axe, par le champ qui va du pôle Sud crée par une bobine d'une phase au pôle Nord crée par la bobine symétrique de cette même phase. Cette condition est que ce champ présente une composante appréciable selon ladite direction tangentielle.Il est préférable que cette composante ait une amplitude voisine de celle de la composante de ce même champ selon ladite direction de traversée de manière que le champ crée par une phase soit incliné à 45 degrés par rapport à la direction de traversée et soit donc perpendiculaire au champ crée par l'autre phase. Mais une inclinaison plus faible est acceptable. Cet inclinaison peut être dans un sens ou dans l'autre c'est-à-dire que, au voisinage de l'axe la composante tangentielle du champ peut aller de ce pôle Sud à ce pôle Nord ou au contraire de ce pôle Nord à ce pôle Sud, mais dans ce dernier cas au prix dezeourbure alternées importantes des lignes de champ.

La présente invention a donc plus particulièrement pour objet un dispositif tel que précédemment défini et dans lequel lesdites phases sont au nombre de deux, une seule bobine étant affectée à chacune de ces deux phases au sein de chacun des deux demi-inducteurs, les deux bobines d'une même phase étant symétriques l'une de l'autre par rapport audit axe central, et étant munies de circuits magnétiques également sensiblement symétriques par rapport à cet axe, ces bobines et ces circuits magnétiques étant réalisés de manière que, au sein de ladite masse de métal liquide, le champ créé par deux bobines d'une meme phase présente une composante appréciable parallélement à ladite direction tangentielle, afin que la succession des deux champs créés par les deux phases constitue ledit champ tournant autour dudit axe central.

Lorsque le produit coulé est de section ronde ou polygonale, les demi-inducteurs pourraient avantageusement être de forme curviligne.

Mais la grande majorité des produits coulés est de section carrée ou rectangulaire. C'est pourquoi, en pratique, l'invention consiste en deux demi-inducteurs rectilignes pour brasser des produits à faces planes.

Dans tout ce qui précède, on n'a envisagé pour l'invention que le cas d'un inducteur bipolaire diphasé. Mais le même concept de deux demi-inducteurs séparés mécaniquement et couplés électriquement et magnétiquement, placés face à face et produisant un champ tournant, est applicable pour un inducteur triphasé. En revanche, il n'est pas applicable à un inducteur multipolaire autre que dipolaire.

Dans le cas d'un inducteur bipolaire, diphasé, deux montages électriques sont possibles a) Deux bobines occupant chacune sensiblement la moitié de la longueur électrique disponible, et appartenant l'une à la première phase et l'autre à la deuxième phase (c'est le cas préféré précédemment mentionné).

b) Trois bobines de longueurs respectives 1, 2, 1 et dont les bobines extrêmes sont affectées à lapremière phase et la bobine médiane de longueur double à la deuxième phase.

Dans ces deux cas de bobinage, chacune des configurations étudiées possède électriquement et magnétiquement la symétrie d'ordre 2 par rapport au centre des faces opposées auxquelles s'appliquent les deux demi-inducteurs afin qu'à un pôle Nord de l'un des demi-inducteurs corresponde un pôle Sud diagonalement opposé c'est-à-dire symétrique du dit pôle Nord par rapport au centre desdites faces opposées (on entend ici le mot centre en projection parallèlement audit axe central, c'est-à-dire qu'il s'agit de ladite symétrie par rapport à cet axe).

Autrement dit, pour qu'à un pôle Nord de l'un des deux demiinducteurs corresponde un pôle Sud de l'autre demi-inducteur, diagonalement opposé, il faut et il suffit que les bobines d'induction alimentées par une même phase soient enroulées et connectées de telle manière que, à un instant donné elles créent des champs magnétiques de même sens si elles se trouvent diagonalement opposées sur deux demiinducteurs distincts. Ceci est valable pour le circuit complet de chacune des deux phases.

Le dispositif selon l'invention s'applique à tous les cas de brassage en coulée continue, mais il-ne présente pas d'intérêt par rapport au brasseur rotatif de type connu lorsque celui-ci est utilisable.

L'invention est donc essentiellement destinée à offrir d'intéressantes possibilités nouvelles toutes les fois qu'un brasseur rotatif de type connu n'est pas utilisable dans la configuration de la machine condidérée et au niveau voulu. En voici quelques exemples pratiques, non limitatifs
1er cas : Machine de coulée continue à plusieurs lignes très rapprochés les unes des autres, si bien que l'on ne dispose pas d'une place suffisante pour installer un brasseur rotatif entourant complètement la lingotière au niveau M ou le produit coulé au-dessous de la lingotière aux niveaux S et F.

L'invention donne une solution de brassage par champ tournant créé par un inducteur selon l'invention dont les deux demi-inducteurs sont disposés sur deux faces opposées de la lingotière ou du produit coulé non gênées par les lignes de coulée voisines.

2e cas : Machine de coulee continue dans laquelle le mannequin est enfilé entre les rouleaux et introduit à la base de la lingotière au moyen d'un bras mécanique qui se déplace dans un plan vertical. Au niveau (S) et au niveau (F) à cause du déplacement de ce bras, il est impossible de placer un inducteur entourant le produit coulé, et le dispositif selon l'invention constitue alors une bonne solution.

3e cas : Dans le cas de la coulée continue de gros blooms, les rouleaux de soutien, au niveau (S), sous la lingotière, sont très rapprochés les uns des autres, et ne permettent pas de loger entre eux un inducteur rotatif de type connu.

Une première solution, connue, consiste à placer un tel inducteur rotatif, soit rond, soit carré, autour des rouleaux, mais le rendement électromagnétique est alors mauvais, car le flux doit traverser les rouleaux, ce qui occasionne beaucoup de pertes, et en outre ce matériel est lourd et volumineux. Une deuxième solution consiste à faire appel aux inducteurs linéaires de type connu, et à les disposer verticalement le long des faces du produit coulé afin de produire un brassage selon une boucle verticale. On-peut soit ne placer qu'un seul brasseur linéaire, qui n'est efficace que sur une face, soit disposer deux brasseurs linéaires formant couple, mais ce matériel est onéreux, et d'ailleurs moins efficace que le dispositif selon l'invention (deux demi-inducteurs) pour obtenir un bon brassage.

4e cas : Machine de coulée continue de brames transformée en machine à couler des blooms jumeaux.

Il arrive de temps à autre que, à titre temporaire ou définitif, on soit conduit à transformer une machine existante à couler des brames en une machine à 2 lignes coulant des blooms "jumeaux".

Dans ce cas, on utilise forcément une double lingotière que l'on ne peut pas, comme dans le premier cas cité ci-dessus, entourer d'un inducteur rotatif de type connu.

De plus, au niveau S ou F du refroidissement secondaire se pose également un problème difficile. A cause des rouleaux de soutien et de leur commande, on est obligé d'utiliser là des inducteurs linéaires, la meilleure formule connue consistant à utiliser dés "rouleaux-brasseurs" selon le brevet français nO 2 494 607 (ou 80.24960), déposé le 25
Novembre 1980, c'est-à-dire des rouleaux creux qui contiennent un inducteur linéaire muni d'un noyau métallique composite très spécial, à flux magnétique orienté dans une direction privilégiée.

L'inducteur à champ tournant selon la présente invention, s'applique spécialement bien à ce cas, selon deux variantes.

Dans une première variante, on dispose les deux demi-inducteurs dans deux rouleaux creux opposés, au besoin en appliquant le brevet nO 2 494 607 précité, et l'on obtient aisément un champ tournant produisant un brassage plus efficace (ceci sera explicité plus loin) que deux inducteurs linéaires de type connu agissant soit en parallèle, soit en couple. Dans cette variante, on exécutera les bobines inductrices avec un axe parallèle à l'axe du rouleau.

Dans une deuxième variante, on dispose les deux demi-inducteurs selon l'invention sur les faces du produit coulé qui sont perpendiculaires aux faces guidées par les rouleaux et l'on obtient par rapport aux inducteurs linéaires connus les mêmes avantages que dans la première variante.

On pourrait trouver de nombreux autres exemples d'application avantageux de l'inducteur à champ tournant, selon l'invention.

On notera toutefois que les bobines inductrices disposées sur les demi-inducteurs peuvent être d'axe parallèle ou perpendiculaire à la face du produit coulé, lorsque les demi-inducteurs ont une forme de parallélépipèdes. On préfèrerait des bobines d'axe parallèle à la face du produit coulé, lorsque la côte de l'inducteur est limitée dans sa face perpendiculaire au champ tournant et parallèle à la face du produit coulé. On préfèrerait des bobines d'axe perpendiculaire à la face du produit coulé, lorsque la côte de l'inducteur est limitée dans sa face perpendiculaire au champ tournant et perpendiculaire à la face du produit coulé.

Par contre, les axes des bobines inductrices sont obligatoirement parallèles à la face du produit coulé lorsque les demi-inducteurs ont une forme cylindrique.

Afin de bien faire comprendre sa constitution et son fonctionnement, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un inducteur bipolaire et diphasé selon l'invention, comprenant deux demi-inducteurs disposés, de part et d'autre d'un bloom coulé en continu, dans deux rouleaux brasseurs de soutien au niveau S ou
F du refroidissement secondaire.

La figure 1 représente une coupe verticale, au niveau SS d'un bloom guidé par des paires de rouleaux de soutien, dont une paire de rouleaux brasseurs contenant l'inducteur selon l'invention.

Les figures 2A, 2B, 2C, 2D fournissent une représentation schématique de la rotation du champ magnétique créé par un inducteur bipolaire diphasé selon l'invention, ceci à quatre stades successifs du cycle périodique, séparés chacun par un quart de période, la partie supérieure de chacune de ces figures représentant des lignes de flux vues en projection selon la direction dudit axe central, les parties inférieures représentant un diagramme de phase.

La figure 3 représente une coupe suivant la ligne C-C de la figure 1, perpendiculaire à l'axe du bloom coulé, et contenant les axes des deux rouleaux brasseurs qui renferment les deux demi-inducteurs constituant l'inducteur selon l'invention.

La figure 4 est le schéma de bobinage de l'inducteur représenté sur le figure 3.

Sur ces figures l'axe central précédemment mentionna est représenté en A. La coulée du métal se fait dans la direction de cet axe quoique d'autres situations soient bien entendu possibles. Les directions tangentielles et de traversées précédemment mentionnées sont représentées en DL et DT.

Sur la figure 1, on voit une partie d'un bloom 1 en cours de coulée continue, au niveau secondaire S, avec sa croûte extérieure 2 de métal déjà solidifié et son coeur 3 de métal encore liquide constituant ladite masse. Ce bloom 1 est guidé et soutenu par un certain nombre de rouleaux tels que les rouleaux 4 à 13. Comme cela est connu, certains des rouleaux sont montés libres en rotation, tandis que d'autres peuvent être entratnés en rotation. Comme cela est également connu, certains rouleaux, par exemple les rouleaux 8 et 9, sont creux et logent un inducteur 14 et 15 de brassage du coeur 3 de métal liquide. Ces derniers rouleaux sont habituellement appelés "rouleaux brasseurs".

Chaque rouleau-brasseur 8 ou 9 comporte une enveloppe cylindrique creuse 16 ou 17 en acier inoxydable amagnétique, aux extrémités de laquelle sont fixés deux bouts d'arbres creux, respectivement 18, 19, 20 et 21 visibles sur la figure 3, par des vis telles que 22. Des paliers, non représentés, permettent la rotation des deux ensembles 16, 18, 19 et 17, 20, 21 autour de leurs axes respectifs.

A l'intérieur de chaque enveloppe cylindrique 16 ou 17 se trouve un demi-inducteur, 14 ou 15, selon l'invention. Celui-ci comprend de manière connue un noyau magnétique, 23, 24, qui peut, ou non, être conforme au noyau composite à flux magnétique orienté, selon le brevet français 2 494 607 précité.

Chaque noyau magnétique 23 ou 24 est entaillé par une série de larges gorges annulaires 25 espacées sur la longueur du noyau et logeant des bobines inductrices 26 à 29, visibles sur les figures 2 et 3 et qui seront explicitées plus loin. Ces bobines sont par exemple constituées par des spires de conducteur plat en cuivre et sont convenablement isolées par rapport au noyau magnétique 23 ou 24 par des isolants placés dans le fond des gorges annulaires 25 et sur les côtés de celles-ci.

Dans le présent exemple, la configuration de bobinas choisie pour l'inducteur est la configuration mentionnée ci-dessus en (a), à savoir deux bobines par demi-inducteur, selon l'axe du noyau magnétique, et appartenant l'une à la première phase, et l'autre à la deuxième phase.

Les figures 2A, 2B, 2C, 2D schématisent la rotation du champ magnétique entre les deux demi-inducteurs par une représentation simplifiée des principales lignes de flux à quatre stades successifs du cycle, séparés chacun par un quart de période.

Sur la figure 2A, on voit que le premier demi-inducteur comporte deux bobines 26 et 27, et le second demi-inducteur deux bobines 28 et 29. Les deux bobines 26 et 28 sont affectées à la première phase Phl et alimentées par le demi-générateur 30 et les deux bobines 27 et 29 affectées à la deuxième phase Ph2 et alimentées par le demigénérateur 31 comme on peut le voir sur la figure 4.

Aux figures 2A et 2C, le courant de la première phase a son intensité maximale, et le courant de la deuxième phase est nul. En 2C, le courant est de sens contraire à celui du courant en 2A. De même aux figures 2B et 2D, le courant de la deuxième phase a son intensité maximale, tandis que celui de la première phase est-nul. En 2D, le courant est de sens contraire à celui du courant en 2B.

En outre, le montage électrique doit être tel que les deux bobines d'une même phase doivent créer au même instant un champ magnétique de même sens. Ceci est représenté sur les figures 2A, 2B, 2C, 2D par la notation des pôles (N) et Sud (S) et est explicité par la figure 4.

Par l'évolution de la principale ligne de flux transversale, les figures 2A à 2D montrent bien, sur un cycle complet, la rotation du champ dans l'entrefer des deux demi-inducteurs, donc dans le coeur 3 de métal liquide.

La figure 3 représente, au niveau S du refroidissement secondaire d'un bloom, selon la coupe C-C de la figure 1, l'ensemble du bloom 1 en cours de solidification, et les deux rouleaux-brasseurs 8 et 9 contenant les deux demi-inducteurs 14 et 15 selon l'invention.

Les deux bobines 26 et 27 sont logées dans des entailles 25 du noyau magnétique 23 du rouleau 8. Les deux bobines 28 et 29 sont logées dans des entailles 25 du noyau-magnétique 24 du rouleau 9.

Les deux bobines diagonalement opposées 26 et 28 sont ici montées en série sur la première phase 30, comme on peut le voir sur la figure 4.

Les deux autres bobines 27 et 29 sont ici montées en série sur la deuxième phase 31. Le sens des enroulements est tel quel les champs magnétiques produits par deux bobines diagonalement opposées, donc sur une même phase, sont de même sens.

Les avantages de l'invention sont multiples 1/ On produit un champ tournant à partir d'un inducteur, qui n'entoure pas le produit coulé.

2/ L'effet de brassage d'un inducteur selon l'invention est plus efficace que celui des inducteurs linéaires connus. L'expérience a montré que le champ des vecteurs des forces volumiques unitaires s'exerçant sur chaque volume élémentaire de métal liquide est beaucoup plus favorable avec les inducteurs selon l'invention qu'avec des paires d'inducteurs linéaires connus.

3/ Les deux demi-inducteurs selon l'invention peuvent etre montés mécaniquement de telle manière que, tout en produisant un champ tournant, on puisse
soit les écarter rapidement et facilement en cas d'incident de
coulée ou pour l'entretien,
soit régler leur écartement en fonction du format du produit
coulé.

Il est bien entendu que l'on peut, sans sortie du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents.

C'est ainsi que des inducteurs appliquant le concept de l'invention peuvent être conçus et alimentés en courant triphasé ou polyphasé. En cas d'alimentation en courant triphasé, à chaque demiinducteur correspondra un bobinage triphasé convenablement orienté.

De même, la section transversale de chaque demi-inducteur peut être a volonté soit ronde, soit rectangulaire, soit d'une toute autre forme.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1/ Dispositif électromagnétique de brassage d'une masse de métal liquide ce dispositif comportant un ensemble d'induction à plusieurs phases dont deux parties occupent respectivement deux faces opposées (F1, F2) de cette masse (3), la direction (DT) joignant ces deux faces étant une direction de traversée, chacune de ces parties comportant au moins une bobine affectée à chacune desdites phases, la direction de succession des bobines d'une même dite partie de cet ensemble étant en direction tangentielle (DL), ce dispositif comportant encore un générateur (30, 31) de plusieurs phases de courant alternatif décalées d'une fraction de période pour alimenter les bobines affectées à ces phases, respectivement, et leur faire engendrer un champ électromagnétique d'entrainement pénétrant dans cette masse et se déplaçant, afin que le déplacement de ce champ provoque une circulation de métal liquide au sein de cette masse, selon une boucle de circulation qui tourne autour d'un axe de rotation central (A) perpendiculaire auxdites directions de traversée et tangentielle, cet axe passant sensiblement par un point central de ladite masse, les deux bobines (26, 28) affectées à une même phase (Phi) sur les deux dites faces opposées (F1, F2) étant disposées de manière symétrique par rapport audit axe central (A), ce dispositif étant caractérisé par le fait que lesdites deux bobines d'une même phase sont connectées audit générateur de courant (30, 31) pour faire apparaître des pôles de polarités toujours opposées en deux régions symétriques par rapport à cet axe, afin de créer par leur coopération un champ traversant ladite masse et tournant autour de cet axe, les deux dites parties de ensemble d'induction constituant alors deux demiinducteurs (14, 15) dont seul l'ensemble constitue un inducteur propre à créer ledit champ d'entrainement.

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites phases (Phi, Ph2) sont au nombre de deux, une seule bobine (26) étant affectée à chacune (Phi) de ces deux phases au sein de chacun (14) des deux demi-inducteurs, les deux bobines (26, 28) d'une même phase (Phi) étant symétriques l'une de l'autre par rapport audit axe central, (A) et étant munies de circuits magnétiques (23) également sensiblement symétriques par rapport à cet axe, ces bobines et ces circuits magnétiques étant réalisés de manière que, au sein de ladite masse de métal liquide, le champ créé par deux bobines d'une même phase présente une composante appréciable parallèlement à ladite direction tangentielle (DL), afin que la succession des deux champs créés par les deux phases (Ph1, Ph2) constitue ledit champ tournant autour dudit axe central.

3/ Dispositif selon la revendication 1 présentant deux phases, caractérisé en ce que chaque demi-inducteur possède trois bobines de longueurs respectives 1, 2, 1, les deux bobines extrêmes appartenant à la même phase, et la bobine médiane à la deuxième phase, et en ce que les bobines extrêmes diagonalement opposées sur les deux demi-inducteurs créent des champs magnétiques de même sens, tandis que les deux bobines extrêmes d'un même demi-inducteur créent des champs de sens opposés, les deux bobines médianes alimentées par la deuxième phase créant deux champs magnétiques de même sens.

4/ Dispositif électromagnétique selon l'une quelconque d renvendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites bobines inductrices (26, 27, 28, 29) sont d'axes parallèles à ladite direction tangentielle (DL).

5/ Dispositif électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque demi-inducteur (14, 15) est rectiligne.

6/ Dispositif électromagnétique sleon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque dit demi-inducteur (14, 15) est curviligne.

7/ Dispositif électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque dit demi-inducteur (14, 15) comporte un noyau magnétique (23, 24) du type métallique composite, à flux magnétique orienté dans une direction privilégiée ( 8/ Dispositif électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux demi-inducteurs (14, 15) sont disposés dans deux rouleaux creux (8, 9) de soutien du produit coulé (1), placés en vis-à-vis, sur deux faces opposées de ce produit.

9/ Dispositif électromagnétique de brassage d'un métal liquide dans une machine -de coulée continue s'appliquant sur deux faces opposées du produit métallique coulé ou de sa lingotière, caractérisé par un inducteur bipolaire, triphasé, créant dans le métal liquide (3) un champ tournant du fait qu'il est constitué de deux demi-inducteurs triphasés, mécaniquement séparés et appliqués chacun à l'une desdites faces opposées et couplés électriquement et magnétiquement de telle manière que, à un pôle Nord de l'une des bobines d'un demi-inducteur corresponde un pôle Sud d'une bobine de l'autre demi-inducteur alimentée par la même phase, et que lesdits pôles Nord et Sud soient localisés selon une symétrie axiale d'ordre 2 par rapport à un axe central (A) passant entre lesdites faces opposées.