FR2628993A3

FR2628993A3 - Ceramic lateral sealing device - used for sealing mould gap between rollers of a continuous casting mould

Info

Publication number: FR2628993A3
Application number: FR8804471A
Authority: FR
Inventors: Philippe Blin; Michel Larrecq; Jacques Spiquel
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-29
Anticipated expiration: 1994-03-25
Also published as: FR2628993B3

Abstract

A lateral sealing device for the casting space of the mould on a continuous casting machine is claimed in which the sealing plates (5) of refractory material, to so called small faces, may be heated before and during the casting by means of a heating element (11) placed outside the mould. The small faces pref. each make up one of the walls of a furnace (6) enclosing the heating element and of which the other walls are formed from a highly insulating refractory material. The heating element of the furnace may be a gas burner, an electric resistance radiator or other suitable heat source. USE/ADVANTAGE - The lateral sealing device is used to seal the mould gap on a continuous casting mould used in a machine incorporating casting rolls as used for the casting of thin metal semi-products at elevated m.pts. such as steel and avoids problems associated with the untimely solidification of the metal on contact with the walls of the mould. The temp. of the small faces can be readily controlled to give stability and homogeneity at the contact zones. Reproducibility of operating conditions is greatly enhanced. (12pp Dwg.No.0/2)

Description

DISPOSITIF D'OBTURATION LATERALE DE L'ESPACE DE COULEZ
D'UNE LINGOTIèRE DE COULEZ CONTINUE ENTRE CYLINDRES
L'invention concerne la fermeture latérale d'une lingotière d'une machine de coulée continue de produits plats métalliques du type "coulée entre deux cylindres".SIDE SHUTTERING DEVICE FOR THE CASTING SPACE
OF A CONTINUOUS FLOW LINGOTIERE BETWEEN CYLINDERS
The invention relates to the lateral closure of an ingot mold of a machine for continuously casting flat metal products of the "casting between two cylinders" type.

Une telle lingotière comprend
- deux cylindres disposés côte à côte, tournant en sens opposés, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidis par circulation d'eau. Ces cylindres définissent entre eux un espace de coulée dans lequel le métal en fusion, qui est introduit continûment, se solidifie au contact des parois froides des cylindres afin de pouvoir être extrait sous forme d'un produit déjà complètement solidifié au niveau du col entre les cylindres ou au voisinage immédiat du col
- deux plaques thermo-isolantes fixes, en matériau réfractaire, assurant la fermeture étanche de l'espace de coulée aux extrémités des cylindres. Ces plaques, par commodité, seront désignées dans la suite du texte par l'expression habituelle "petites faces", par opposition à la surface bien plus impor-tante qu'offrent les cylindres au contact du métal coulé.Such an ingot mold includes
- two cylinders arranged side by side, rotating in opposite directions, preferably made of copper or a copper alloy, vigorously cooled by circulation of water. These cylinders define between them a casting space in which the molten metal, which is introduced continuously, solidifies on contact with the cold walls of the cylinders so that it can be extracted in the form of a product already completely solidified at the neck between the cylinders or in the immediate vicinity of the neck
- two fixed heat-insulating plates, made of refractory material, ensuring the tight closure of the casting space at the ends of the cylinders. These plates, for convenience, will be designated in the rest of the text by the usual expression "small faces", as opposed to the much larger surface offered by the cylinders in contact with the cast metal.

L'une des difficultés rencontrées lors de l'application de ce procédé à la coulée continue d'ébauches minces de métaux à point de fusion élevé, tels que l'acier, réside dans une solidification parasite du métal qui se produit au contact des petites faces dans la zone supérieure de la lingotière, c'est-àdire au-dessus du col (plan passant par les axes des cylindres). One of the difficulties encountered when applying this process to the continuous casting of thin blanks of metals with a high melting point, such as steel, lies in a parasitic solidification of the metal which occurs in contact with small faces in the upper zone of the ingot mold, that is to say above the neck (plane passing through the axes of the cylinders).

Si cette solidification est trop importante, il y a risque d'accrochage de la peau solidifiée sur les petites faces. Ceci peut conduire, lors de l'extraction du produit de la lingotière, à une déchirure de la peau à peine solidifiée et à un épanchement du métal liquide en dessous de la lingotière (phénomène appelé "percée"). Si la partie métallique solidifiée sur les petites faces ne s'y accroche pas, elle sera laminée par les cylindres, ce qui entrainera, le cas échéant, la formation de défauts sur le produit, voire le blocage de la machine ou la détérioration des cylindres si l'effort de serrage à fournir par ces derniers pour maintenir une épaisseur de produit déterminée est trop important.If this solidification is too great, there is a risk of the solidified skin catching on the small faces. This can lead, during the extraction of the product from the mold, to a tear of the barely solidified skin and to an effusion of the liquid metal below the mold (phenomenon called "breakthrough"). If the metal part solidified on the small faces does not catch on it, it will be laminated by the cylinders, which will cause, if necessary, the formation of defects on the product, even blocking of the machine or the deterioration of the cylinders. if the clamping force to be provided by the latter to maintain a determined thickness of product is too great.

Ces difficultés sont aggravées en début de coulée, lorsque le métal liquide entre en contact avec les petites faces froides. These difficulties are aggravated at the start of casting, when the liquid metal comes into contact with the small cold faces.

Cette solidification indésirable pourrait être limitée, voire supprimée, par l'adoption, pour constituer ces petites faces, d'un matériau réfractaire très isolant de la chaleur. This undesirable solidification could be limited, or even eliminated, by the adoption, to constitute these small faces, of a refractory material highly insulating from heat.

Mais la tenue mécanique insuffisante des matériaux de ce type limite les coulées à des temps très courts et parait donc s'opposer à l'emploi d'une telle solution en marche industrielle.However, the insufficient mechanical strength of materials of this type limits casting to very short times and therefore appears to oppose the use of such a solution in industrial operation.

Une autre voie serait de réaliser, préalablement à la coulée, un préchauffage des petites faces. Une manière d'opérer pourrait consister à placer, dans l'espace compris entre les cylindres, des chalumeaux orientés vers les petites faces. Un tel dispositif, de conception simple, présenterait toutefois des inconvénients
- la température obtenue n'est pas homogène sur toute la surface à préchauffer, car le manque de place conduit à limiter le nombre de chalumeaux, et l'impact de leurs flammes sur les petites faces crée des points chauds qui initient des fissurations du matériau réfractaire.Another way would be to preheat the small faces before casting. One way of operating could be to place, in the space between the cylinders, torches oriented towards the small faces. Such a device, of simple design, would however have drawbacks
- the temperature obtained is not uniform over the entire surface to be preheated, because the lack of space leads to limiting the number of torches, and the impact of their flames on the small faces creates hot spots which initiate cracks in the material refractory.

- les chalumeaux doivent être enlevés avant la coulée du métal, et, dans l'intervalle, les petites faces perdent une partie de la chaleur qui leur a été apportée. Si la coulée débute avec retard, leur température risque de descendre à un niveau insuffisant. De même, il ne serait pas possible de réchauffer les petites faces pendant la coulée elle-même si cela s'avérait nécessaire. - the torches must be removed before the metal is poured, and in the meantime the small faces lose part of the heat which has been brought to them. If casting starts late, their temperature may drop to an insufficient level. Likewise, it would not be possible to reheat the small faces during the casting itself if this proved necessary.

Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage qui puisse, avant la coulée du métal, porter les petites faces à une température déterminée, suffisamment élevée pour que la coulée ne soit pas perturbée par un incident du type décrit précédemment. Cette température doit être stable et homogène dans la zone des petites faces qui est en contact avec le métal liquide. Ce dispositif doit autoriser également une bonne reproductibilité des conditions opératoires d'une coulée à l'autre, et enfin permettre le chauffage des petites faces, le cas échéant, pendant la coulée elle-même. The object of the present invention is to provide a heating device which can, before casting the metal, bring the small faces to a determined temperature, high enough so that the casting is not disturbed by an incident of the type described above. This temperature must be stable and homogeneous in the area of the small faces which is in contact with the liquid metal. This device must also allow good reproducibility of the operating conditions from one casting to another, and finally allow the heating of the small faces, if necessary, during the casting itself.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'obturation latérale de l'espace de coulée d'une lingotière de coulée continue entre deux cylindres comportant des plaques de fermeture en matériau réfractaire (petites faces), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage desdites plaques placés en regard de celles-ci à l'extérieur de l'espace de coulée. To this end, the subject of the invention is a device for closing off the casting space of a mold for continuous casting between two cylinders comprising closure plates of refractory material (small faces), characterized in that it comprises means for heating said plates placed opposite them outside the casting space.

Dans une forme de réalisation, chacune des petites faces constitue l'une des parois d'un caisson formant un four dans lequel sont inclus lesdits moyens de chauffage. In one embodiment, each of the small faces constitutes one of the walls of a box forming an oven in which said heating means are included.

Ces moyens de chauffage peuvent être constitués par un brûleur à gaz ou à combustible liquide, une résistance électrique rayonnante ou une bobine à induction. Dans ce dernier cas, le réfractaire constituant les petites faces doit être conducteur de l'électricité, ou inclure des conducteurs métalliques formant des boucles fermées dans des plans non parallèles à la direction du champ magnétique produit par la bobine, afin de pouvoir devenir le siège de courants électriques induits. These heating means can be constituted by a gas or liquid fuel burner, a radiant electrical resistance or an induction coil. In the latter case, the refractory constituting the small faces must be electrically conductive, or include metallic conductors forming closed loops in planes not parallel to the direction of the magnetic field produced by the coil, in order to become the seat induced electrical currents.

Comme on l'aura compris, le chauffage de la petite face, et en particulier l'intégration de cette dernière à un four, permet de la porter à une température suffisamment élevée préalablement à la coulée. Les choix du matériau, qui peut être à base d'alumine, et de l'épaisseur de la petite face sont déterminés par les critères d'ordre thermique et mécanique habituels pour cette pièce et connus de l'homme du métier. As will be understood, the heating of the small face, and in particular the integration of the latter in an oven, makes it possible to bring it to a sufficiently high temperature before casting. The choices of material, which may be based on alumina, and of the thickness of the small face are determined by the thermal and mechanical criteria usual for this part and known to those skilled in the art.

De préférence, les autres parois du four sont en matériau réfractaire hautement isolant, de sorte que le flux de chaleur global sortant du four y sorte essentiellement par passage au travers de la petite face.Preferably, the other walls of the furnace are made of highly insulating refractory material, so that the overall heat flow leaving the furnace essentially leaves there by passing through the small face.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles
- la figure 1 est une vue partielle schématique en perspective d'une installation de coulée continue entre cylindres équipée d'un obturateur latéral selon l'invention, dans le cas où la petite face constitue une paroi d'un four
- la figure 2 est une coupe verticale longitudinale d'un tel obturateur selon le plan II-II de la figure 1
- la figure 3 est une coupe verticale transversale de l'obturateur selon le plan III-III de la figure 2 ;
- la figure 4 représente une vue de face en élévation d'une autre configuration possible de l'obturateur selon l'invention.Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the following description given with reference to the accompanying drawing boards on which
- Figure 1 is a partial schematic perspective view of a continuous casting installation between cylinders equipped with a lateral shutter according to the invention, in the case where the small face constitutes a wall of an oven
- Figure 2 is a vertical longitudinal section of such a shutter according to the plane II-II of Figure 1
- Figure 3 is a vertical cross section of the shutter according to the plane III-III of Figure 2;
- Figure 4 shows a front elevation view of another possible configuration of the shutter according to the invention.

On voit sur la figure 1 les extrémités des deux cylindres 1 et 2 dont les surfaces latérales forment les parois mobiles de la lingotière de coulée continue. Pendant la coulée, ces cyl-indres sont entraînés en rotation en sens contraire, selon les flèches indiquées sur la figure, par des moyens d'entraînement non représentés. Le métal en fusion est déversé dans l'espace de coulée 3 situé entre les cylindres 1 et 2, au-dessus du plan passant par les axes desdits cylindres, c'està-dire au-dessus du "col" 4 entre les cylindres. Les cylindres sont refroidis intérieurement par une circulation d'eau et le métal en fusion se solidifie à leur contact, de sorte que le produit 14 peut être extrait vers le bas en dessous des cylindres lors de leur rotation. Le rôle de la petite face 5, dont une symétrique se trouve à l'autre extrémité (non représentée) des cylindres, est de contenir latéralement le métal liquide. We see in Figure 1 the ends of the two cylinders 1 and 2 whose side surfaces form the movable walls of the mold for continuous casting. During casting, these cyl-indres are rotated in opposite directions, according to the arrows indicated in the figure, by drive means not shown. The molten metal is poured into the casting space 3 located between the cylinders 1 and 2, above the plane passing through the axes of said cylinders, that is to say above the "neck" 4 between the cylinders. The cylinders are internally cooled by a circulation of water and the molten metal solidifies on contact, so that the product 14 can be extracted down below the cylinders during their rotation. The role of the small face 5, a symmetrical of which is at the other end (not shown) of the cylinders, is to laterally contain the liquid metal.

Conformément à l'invention, la petite face 5 constitue l'une des parois d'un four 6 en forme de caisson. L'élément chauffant de ce four est constitué dans l'exemple considéré par un brûleur à gaz logé dans un conduit 7 placé à l'opposé de la petite face à chauffer. La distance entre l'extrémité du bru leur et la petite face peut être réglée par l'utilisateur en faisant coulisser le brûleur à l'intérieur du conduit. Les fumées chaudes de combustion s'échappent du four par une cheminée 8 disposée sur la face supérieure, à proximité, de préférence, de la petite face. According to the invention, the small face 5 constitutes one of the walls of an oven 6 in the form of a box. The heating element of this oven is constituted in the example considered by a gas burner housed in a duct 7 placed opposite the small face to be heated. The distance between the end of the burner and the small face can be adjusted by the user by sliding the burner inside the duct. The hot combustion fumes escape from the oven through a chimney 8 disposed on the upper face, preferably near the small face.

La figure 2 permet de distinguer plus en détail les différents constituants du four, à savoir une carcasse métallique 9 préférentiellement en inox réfractaire, revêtue intérieurement d'un matériau réfractaire très isolant 10, par exemple de l'amiante, et un brûleur à gaz il pénétrant dans le four par le conduit 7. Selon une forme avantageuse de réalisation de l'invention, la petite face 5 comporte sur sa paroi tournée vers l'intérieur du four, des évidements 12 dont la fonction est de réduire localement l'épaisseur de la petite face dans la zone où le flux de chaleur qui la traverse doit être maximal, tout en augmentant en ces endroits la surface d'échange thermique dans le four. Ces évidements sont avantageusement réalisés par perçage, ce qui permet de réaliser un compromis entre un bon transfert thermique, qui impose une épaisseur de petite face faible, et une résistance mécanique satisfaisante de la petite face. FIG. 2 makes it possible to distinguish in more detail the various constituents of the furnace, namely a metal carcass 9 preferably made of refractory stainless steel, coated internally with a highly insulating refractory material 10, for example asbestos, and a gas burner il entering the furnace through the duct 7. According to an advantageous embodiment of the invention, the small face 5 has on its wall facing the interior of the furnace, recesses 12 whose function is to locally reduce the thickness of the small face in the area where the heat flow through it must be maximum, while increasing in these places the heat exchange surface in the oven. These recesses are advantageously made by drilling, which makes it possible to achieve a compromise between good heat transfer, which imposes a thickness of small small face, and satisfactory mechanical strength of the small face.

Un exemple de répartition de ces perçages borgnes est représenté sur la figure 3, qui montre également les contours des cylindres 1 et 2, le "col" 4 dont la largeur détermine l'épaisseur du produit coulé, ainsi que le niveau 13 atteint par le métal liquide lorsque la lingotière est remplie. Les cylindres 1 et 2, le niveau 13 et le "col" 4 délimitent la zone de contact entre le métal liquide et la petite face, zone qu'il est "a priori" avantageux de préchauffer avant la coulée et/ou de chauffer pendant la coulée. C'est donc dans la partie de la petite face située en regard de cette zone que l'on a choisi, dans le cas de la figure 3, de réaliser les perçages 12. An example of the distribution of these blind holes is shown in FIG. 3, which also shows the contours of the cylinders 1 and 2, the "neck" 4 whose width determines the thickness of the cast product, as well as the level 13 reached by the liquid metal when the mold is filled. The cylinders 1 and 2, the level 13 and the "neck" 4 delimit the contact zone between the molten metal and the small face, an area which it is "a priori" advantageous to preheat before casting and / or to heat during casting. It is therefore in the part of the small face situated opposite this zone that we have chosen, in the case of FIG. 3, to make the holes 12.

I1 va de soi que sans sortir de l'objet de l'invention, des modifications peuvent être apportées au dispositif tel que décrit et représenté. Ainsi, la figure 4 montre une vue de face en élévation du four, dans un cas où la section du four est de forme quasi-triangulaire. Par rapport à un four de section rectangulaire ou carrée, la portion de la petite face qui est chauffée peut encadrer de façon plus étroite la zone que l'on désire chauffer préférentiellement si celle-ci est telle que représentée sur la figure 3. A puissance de chauffe égale, l'efficacité du chauffage s'en trouve donc accrue. It goes without saying that without departing from the object of the invention, modifications can be made to the device as described and shown. Thus, FIG. 4 shows a front elevation view of the oven, in a case where the section of the oven is of quasi-triangular shape. Compared to an oven of rectangular or square section, the portion of the small face which is heated can more narrowly frame the area that one wishes to heat preferentially if it is as shown in FIG. 3. equal heating, the heating efficiency is therefore increased.

De la même façon, il est possible d'augmenter ou de diminuer l'importance de la zone couverte par les évidements 12 en fonction des souhaits ou nécessités de l'utilisateur. In the same way, it is possible to increase or decrease the size of the area covered by the recesses 12 according to the wishes or needs of the user.

D'autre part, un bon transfert thermique peut être obtenu par l'adoption de petites faces (comportant ou non des évidements 12) réalisées en un matériau réfractaire à conductibilité thermique anisotrope, plus élevées selon l'épaisseur, de façon à orienter le flux de chaleur préférentiellement vers la lingotière. Le graphite présente de telles propriétés, mais sa faible résistance à l'érosion et sa réactivité vis-à-vis de l'acier liquide peuvent constituer un frein à son emploi. On the other hand, a good thermal transfer can be obtained by the adoption of small faces (with or without recesses 12) made of a refractory material with anisotropic thermal conductivity, higher according to the thickness, so as to orient the flow preferably heat to the mold. Graphite has such properties, but its low resistance to erosion and its reactivity towards liquid steel can constitute a brake on its use.

Par ailleurs, les parois isolantes du four, dont le rôle est de canaliser le flux thermique sur la petite face, peuvent être supprimées si la sécurité du personnel ne s'en trouve pas menacée. Cela reviendrait à réaliser le réchauffage par un simple brûleur nu dont la flamme serait dirigée sur la paroi de la petite face tournée vers l'extérieur de la lin gotière. Furthermore, the insulating walls of the oven, whose role is to channel the heat flow on the small face, can be eliminated if the safety of personnel is not threatened. This would amount to reheating with a simple bare burner, the flame of which would be directed onto the wall of the small side facing the outside of the gutter flax.

Le brûleur à gaz peut également être remplacé par un élément de chauffage d'un type différent qui permettrait lui aussi d'atteindre les températures de l'ordre de 1000-12000C visées à l'intérieur du four. En particulier, l'utilisation d'une résistance électrique blindée haute température et haute densité de puissance, par exemple en bisiliciure de molybdène ou en carbure de silicium, est envisageable. Dans le cas d'un chauffage électrique radiant de ce genre, la cheminée d'évacuation des fumées 8 peut être bien entendu supprimée. The gas burner can also be replaced by a heating element of a different type which would also make it possible to reach the temperatures of the order of 1000-12000C aimed inside the oven. In particular, the use of a high temperature and high power density shielded electrical resistance, for example made of molybdenum bisilicide or silicon carbide, is conceivable. In the case of such radiant electric heating, the smoke evacuation chimney 8 can of course be omitted.

Enfin, le chauffage de la petite face peut être assuré, comne déjà dit, par une bobine d'induction placée derrière elle. Ceci impose que la petite face soit constituée d'un matériau réfractaire ayant des propriétés de conduction de l'é-ectri- cité (tel que de la magnésie-carbone, par exemple), ou qu'elle contienne des conducteurs métalliques formant des boucles fermées dans des plans non parallèles à la direction du champ magnétique induit par la bobine. Dans ce cas non plus, la petite face n'est pas nécessairement une paroi d'un four. Finally, the heating of the small face can be ensured, as already said, by an induction coil placed behind it. This requires that the small face be made of a refractory material having properties of conduction of the electricity (such as magnesia-carbon, for example), or that it contains metallic conductors forming loops closed in planes not parallel to the direction of the magnetic field induced by the coil. In this case either, the small face is not necessarily a wall of an oven.

Claims

1) device for lateral sealing of the casting space (3) of a mold for continuous casting of a metal product between cylinders, comprising at each end of said casting space, a closing plate (5) - or "small face" - made of refractory material, intended to contain the liquid metal laterally during casting, device characterized in that it comprises heating means (11) of said small faces (5) placed opposite them, outside the pouring space.

2) Device according to claim 1 characterized in that the small face (5) constitutes one of the walls of a box (6) forming an oven in which said heating means (11) are included.

3) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the small faces (5) have local thickness reductions in the area to be heated.

4) Device according to claim 3 characterized in that said reductions are formed by blind holes (12) made on the wall of the small face directed towards the inside of the oven (6).

5) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the small faces (5) consist of a refractory material having a higher thermal conductivity depending on the thickness.

6) Device according to claims 1 or 2, characterized in that the heating means of the small face (5) consist of a burner (11) whose distance to the small face is adjustable.

7) Device according to claims 2 to 6 characterized in that the oven (6) comprises a chimney (8) for evacuating combustion fumes placed near the small face (5).

8) Device according to claim 2 characterized in that the heating means of the small face (5) scnt a radiant element constituted by an electrical resistance high temperature and high power density.

9) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the heating means of the small face (5) consist of an induction coil and in that the small faces consist of a refractory material electro-con doctor

10) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the means for heating the small face (5) consist of an induction coil and in that the small faces incorporate metal conductors forming closed loops in planes not parallel to the direction of the magnetic field produced by the coil.