FR2704786A3 - Method for continuous batch casting of metals, particularly steel, and ingot mould for implementing it - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE COULEE CONTINUE EN CHARGE DES METAUX, NOTAIENT DE
L'ACIER, ET LINGOTIERE POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention a trait à la coulée continue en charge des métaux, notamment de l'acier.CONTINUOUS CASTING PROCESS IN CHARGE OF METALS, NOTE OF
STEEL, AND LINGOTIERE FOR ITS IMPLEMENTATION
The present invention relates to continuous casting in charge of metals, in particular steel.
L'opération de coulée continue consiste schématiquement comme on le sait, à verser un métal en fusion dans une lingotière essentiellement constituée d'un élément tubulaire sans fond définissant un passage pour le métal coulé, mais dont les parois, en cuivre ou plus généralement en alliage de cuivre, sont énergiquement refroidies par circulation d'eau, et de laquelle on extrait également en continu un produit déjà solidifié extérieurement sur plusieurs millimètres d'épaisseur. La solidification progresse ensuite vers l'axe du produit et s'achève au cours de la descente de celui-ci en aval de la lingotière dans la zone dite du "refroidissement secondaire" sous l'effet de rampes d'arrosage d'eau. Le produit obtenu(bloom, billette ou brame) est ensuite découpé à longueur, puis laminé avant expédition à la clientèle ou transformation sur place, en barres, fils, profilés, plaques, tôles, etc... As is known, the continuous casting operation consists schematically of pouring a molten metal into an ingot mold essentially consisting of a bottomless tubular element defining a passage for the cast metal, but the walls of which, in copper or more generally in copper alloy, are energetically cooled by circulation of water, and from which a product already solidified externally over several millimeters in thickness is also continuously extracted. Solidification then progresses towards the axis of the product and ends during the descent of the latter downstream of the mold in the so-called "secondary cooling" zone under the effect of water spray bars. The product obtained (bloom, billet or slab) is then cut to length, then laminated before shipment to the customer or on-site processing, into bars, wires, profiles, plates, sheets, etc.
Les défauts de surface ou sous-cutanés des produits issus de la coulée continue de l'acier peuvent être la cause de rebut, car l'opération de laminage les supporte mal, voire les amplifie jusqu'à dégrader de façon intolérable la qualité métallurgique des produits laminés. Surface or subcutaneous defects of the products resulting from the continuous casting of steel can be the cause of scrap, because the rolling operation does not support them well, or even amplifies them until intolerably degrading the metallurgical quality of the rolled products.
En coulée continue en lingotière verticale ou courbe (désignée ainsi par opposition aux lingotières de coulée continue horizontale qui elles sont directement connectées au récipient contenant le métal en fusion à couler), certains de ces défauts parmi les plus préjudiciables sont associés aux rides d'oscillation ou aux cornes solidifiées. On sait que l'apparition de tels défauts est principalement liée aux variations du niveau de la surface libre de l'acier liquide (appelée ménisque) dans la partie haute de la lingotière et à la première solidification du métal liquide qui s'initie juste sous le ménisque, au contact de la paroi froide en cuivre. In continuous casting in a vertical or curved ingot mold (so designated as opposed to horizontal continuous casting ingot molds which are directly connected to the container containing the molten metal to be cast), some of these most damaging defects are associated with oscillation wrinkles or with solidified horns. We know that the appearance of such defects is mainly related to variations in the level of the free surface of the liquid steel (called meniscus) in the upper part of the mold and to the first solidification of the liquid metal which is initiated just below the meniscus, in contact with the cold copper wall.
Il est connu de lutter contre l'apparition de ces défauts en implantant directement sur le dessus de l'élément en cuivre de la lingotière une rehausse rigide en matériau réfractaire isolant de la chaleur prolongeant vers le haut le passage intérieur de la lingotière dans lequel est coulé le métal en fusion. It is known to fight against the appearance of these defects by implanting directly on top of the copper element of the mold a rigid riser made of heat-insulating refractory material extending upward the interior passage of the mold in which is cast the molten metal.
Cette technique, désormais connue sous le nom de "coulée continue en charge" permet de reporter le ménisque en amont du début de la solidification, au niveau de la rehausse réfractaire avec la paroi de laquelle il vient au contact. De la sorte, si ce report est suffisant en distance (classiquement de 10, 15 cm), les variations en hauteur du ménisque n'ont plus d'effets sensibles sur la qualité de surface et sous cutanée des produits coulés. This technique, now known as "continuous load casting" allows the meniscus to be carried upstream of the start of solidification, at the refractory riser with the wall of which it comes into contact. In this way, if this transfer is sufficient in distance (conventionally 10, 15 cm), the variations in height of the meniscus no longer have significant effects on the surface and subcutaneous quality of the cast products.
En outre, le volume de métal coulé contenu dans la rehausse sert de volume-tampon au sein duquel les turbulences d'écoulement qui se développent inévitablement sous l'effet du flux d'arrivée de métal sont amorties et n'ont donc plus d'effet au niveau de l'élément en cuivre où débute la solidification. In addition, the volume of cast metal contained in the riser serves as a buffer volume within which the flow turbulences which inevitably develop under the effect of the incoming metal flow are absorbed and therefore have no more effect at the level of the copper element where solidification begins.
On peut ainsi chercher à couler des produits de bonne qualité à vitesse d'extraction élevée. One can thus seek to pour good quality products at high extraction speed.
Cependant, la lubrification de la lingotière, qui est nécessaire pour éviter des collages de la croute solidifiée contre la paroi refroidie en cuivre, ne peut plus être effectuée directement depuis le ménisque, contrairement à la coulée continue classique. However, the lubrication of the ingot mold, which is necessary to avoid bonding of the solidified crust against the cooled copper wall, can no longer be carried out directly from the meniscus, unlike conventional continuous casting.
L'invention a pour but précisément d'assurer une lubrification correcte d'une lingotière de coulée continue en charge. The object of the invention is precisely to ensure correct lubrication of a mold for continuous casting under load.
Dans ce but, la présente invention a pour objet en premier lieu un procédé de coulée continue en charge des métaux en fusion, notamment de l'acier, dans une lingotière comprenant un élément tubulaire métallique, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal en fusion et destiné à initier à son contact la solidification du métal coulé, procédé selon lequel on dispose sur ledit élément une rehausse en matériau réfractaire rigide thermiquement isolant qui prolonge vers le haut ledit passage, et en ce que, au niveau de la base de cette rehausse, on injecte un fluide lubrifiant dans le passage pour le métal en fusion selon le pourtour de la lingotière. To this end, the subject of the present invention is firstly a process for the continuous casting under load of molten metals, in particular steel, in an ingot mold comprising a metallic tubular element, generally made of copper or a copper alloy, energetically. cooled, defining a passage for molten metal and intended to initiate the solidification of the cast metal on contact with it, process according to which an extension is placed on said element in rigid thermally insulating refractory material which extends said passage upwards, and that, at the base of this enhancer, a lubricating fluid is injected into the passage for the molten metal around the periphery of the mold.
L'invention a également pour objet une lingotière pour la coulée continue en charge des métaux, notamment de l'acier, comprenant un élément tubulaire métallique, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal coulé, et destiné à initier à son contact la solidification du métal coulé et une rehausse en matériau réfractaire rigide thermoisolant disposée au-dessus de l'élément tubulaire et le prolongeant vers le haut, lingotière caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour injecter un fluide lubrifiant dans le passage pour le métal en fusion à la base de la rehausse réfractaire de façon homogène sur la périphérie de l'élément tubulaire. The invention also relates to an ingot mold for continuous casting under load of metals, in particular steel, comprising a metallic tubular element, generally made of copper or copper alloy, energetically cooled, defining a passage for the cast metal, and intended to initiate the solidification of the cast metal on contact with it and an extension in rigid heat-insulating refractory material placed above the tubular element and extending it upwards, mold characterized in that means are provided for injecting a lubricating fluid in the passage for the molten metal at the base of the refractory riser homogeneously on the periphery of the tubular element.
Ces moyens sont avantageusement constitués par une pièce métallique annulaire refroidie insérée entre la rehausse et l'élément tubulaire et pourvue d'un circuit d'injection d'un fluide de lubrification comportant un orifice de sortie dudit fluide (une fente continue de préférence), qui s'ouvre selon le pourtour de l'élément tubulaire. These means are advantageously constituted by a cooled annular metal part inserted between the riser and the tubular element and provided with a circuit for injecting a lubrication fluid comprising an outlet for said fluid (preferably a continuous slot), which opens around the circumference of the tubular element.
L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit, en référence la figure unique annexée représentant schématiquement, en coupe longitudinale partielle, la partie haute d'une lingotière de coulée continue, conforme à une forme de réalisation de l'invention. The invention will be described in more detail in the following, with reference to the single appended figure schematically showing, in partial longitudinal section, the upper part of a continuous casting ingot mold, in accordance with an embodiment of the invention.
Sur cette figure, on a représenté en 1 l'élément tubulaire en cuivre (refroidi par une lame d'eau 9) d'une lingotière de coulée continue en charge de l'acier. Cet élément est surmonté d'une rehausse 2 en matériau réfractaire rigide présentant des propriétés d'isolant thermique élevées, ici un mélange d'alumine et de silice à raison de 90 et 10 % en poids respectivement. In this figure, there is shown at 1 the tubular copper element (cooled by a water blade 9) of a continuous casting ingot mold in charge of steel. This element is surmounted by an extension 2 made of rigid refractory material having high thermal insulating properties, here a mixture of alumina and silica at the rate of 90 and 10% by weight respectively.
L'élément 1 de la lingotière définit intérieurement un passage 3 pour le métal en fusion 4. Ce métal est apporté, depuis un répartiteur non représenté situé au-dessus, par une busette immergée 5 à ouïes de sortie latérales 6. Le produit coulé est extrait de la lingotière par le bas à une vitesse V telle que la surface libre 7, ou ménisque, du métal coulé en lingotière s'établit à un niveau moyen en hauteur situé dans la rehausse 2 à une dizaine de cm environ au-dessus de l'élément en cuivre 1. Le ménisque 7 est classiquement recouvert d'un laitier de couverture 8 formé à partir d'un apport régulier de poudre ou de granulés fondant à la température du métal liquide et ayant des propriétés de protection contre les pertes thermiques par rayonnement thermique et contre l'oxydation du métal en fusion. The element 1 of the ingot mold internally defines a passage 3 for the molten metal 4. This metal is supplied, from a distributor not shown above, by a submerged nozzle 5 with lateral outlet openings 6. The cast product is extracted from the ingot mold from below at a speed V such that the free surface 7, or meniscus, of the metal cast in the ingot mold is established at a medium height level located in the riser 2 at about ten cm above the copper element 1. The meniscus 7 is conventionally covered with a covering slag 8 formed from a regular supply of powder or granules melting at the temperature of the liquid metal and having protective properties against thermal losses by thermal radiation and against oxidation of the molten metal.
La solidification du métal en fusion 4 s'initie au contact de l'élément refroidi en cuivre 1 sous la forme d'une croûte solide périphérique 10 qui va croissant vers l'axe (a) du produit à mesure de son extraction par le bas de la lingotière. The solidification of the molten metal 4 is initiated in contact with the cooled copper element 1 in the form of a solid peripheral crust 10 which increases towards the axis (a) of the product as it is extracted from below. of the mold.
Comme on le voit, une pièce métallique annulaire 11 est insérée entre la rehausse réfractaire 2 et l'élément en cuivre 1. Cet insert 11 constitue l'organe destiné à réaliser, à l'interface produit coulé-lingotière, une injection de lubrifiant liquide (huile minérale généralement) qui débouche de façon homogène sur le pourtour intérieur de la lingotière. Cette injection homogène de lubrifiant est obtenue grâce à une chambre de répartition 12 alimentée en lubrifiant depuis une source extérieure non représentée par un ou plusieurs canaux d'amenée 13 (par exemple quatre, à raison de un par face de la lingotière). Cette chambre 12 alimente un orifice de sortie constitué par une fente annulaire continue 14 de faible épaisseur (0,1 à 0,2 mm) qui débouche à la surface intérieure de la lingotière juste en amont de l'élément en cuivre 1 pour y répartir le débit de lubrifiant 22 nécessaire à la lubrification. As can be seen, an annular metal part 11 is inserted between the refractory riser 2 and the copper element 1. This insert 11 constitutes the member intended to carry out, at the interface between the cast and the ingot mold, an injection of liquid lubricant (generally mineral oil) which opens homogeneously around the inside periphery of the mold. This homogeneous injection of lubricant is obtained by virtue of a distribution chamber 12 supplied with lubricant from an external source not represented by one or more supply channels 13 (for example four, at the rate of one per face of the mold). This chamber 12 feeds an outlet orifice constituted by a continuous annular slot 14 of small thickness (0.1 to 0.2 mm) which opens to the internal surface of the ingot mold just upstream of the copper element 1 to distribute therein. the lubricant flow 22 necessary for lubrication.
Dans l'exemple décrit, la fente 14 est définie par une portée 16 ménagée à la base de la périphérie intérieure de l'insert 11 et qui coopère avec une portée correspondante 17 prévue à l'extrémité supérieure de l'élément en cuivre 1. Ces deux portées planes sont maintenues l'une en face de l'autre à faible distance (0,1 à 0,2 mm) grâce à des picots 15 répartis le long de l'une ou l'autre portée et servant d'entretoise d' écartement calibrée. In the example described, the slot 14 is defined by a bearing 16 formed at the base of the inner periphery of the insert 11 and which cooperates with a corresponding bearing 17 provided at the upper end of the copper element 1. These two flat bearings are kept opposite one another at a short distance (0.1 to 0.2 mm) by means of pins 15 distributed along one or the other bearing and serving as a spacer. of calibrated spacing.
Une faible épaisseur de cette fente est nécessaire pour permettre à la tension superficielle du métal en fusion de contrecarrer la tendance qu'à celui-ci à pénétrer dans la fente sous la poussée ferrostatique et à ltobstruer en s'y figeant. A small thickness of this slot is necessary to allow the surface tension of the molten metal to counteract the tendency for the latter to penetrate into the slot under the ferrostatic thrust and to obstruct it by freezing there.
On tiendra également compte de ce que la pression d'injection à la sortie de la fente 14 pour réaliser la lubrification doit être légèrement supérieure à la pression ferrostatique à l'endroit de la fente, et augmentée de la pression du dégagement gazeux, dans le cas d'huile, en raison du cracking thermique de celle-ci au contact du métal coulé. It will also be taken into account that the injection pressure at the outlet of the slot 14 to carry out the lubrication must be slightly higher than the ferrostatic pressure at the location of the slot, and increased by the gas release pressure, in the case of oil, due to thermal cracking of the latter in contact with the cast metal.
Par exemple, dans le cas d'une coulée d'une billette de format carré de 15 cm de côté, le débit d'huile à injecter pourra être de l'ordre 3 cm3/mn.For example, in the case of a casting of a square format billet 15 cm on a side, the flow of oil to be injected may be of the order of 3 cm3 / min.
Pour éviter des difficultés de tenue de l'insert 11 dues à l'agressivité thermique du métal en fusion 4 avec lequel il est mis au contact par sa surface intérieure 21, cet insert est de préférence en cuivre et refroidi. To avoid difficulties in holding the insert 11 due to the thermal aggressiveness of the molten metal 4 with which it is brought into contact by its internal surface 21, this insert is preferably made of copper and cooled.
Comme on le voit, ce refroidissement est assuré par un circuit interne de circulation d'eau constitué par un canal annulaire 18 faisant le tour de l'insert et pourvu d'une entrée d'eau 19 et d'une sortie voisine non représentée placées de part et d'autre d'une cloison de séparation 20. As can be seen, this cooling is ensured by an internal water circulation circuit constituted by an annular channel 18 going around the insert and provided with a water inlet 19 and a neighboring outlet, not shown, placed on either side of a partition 20.
A température d'entrée ambiante, un débit d'eau de l'ordre de 5m3/h est suffisant pour évacuer le flux de chaleur nécessaire au bon maintien de l'insert. At ambient inlet temperature, a water flow of the order of 5m3 / h is sufficient to remove the heat flow necessary for the proper maintenance of the insert.
Ce dernier, comme la rehausse 2, présentera de préférence un diamètre intérieur égal à celui de l'élément en cuivre 1, afin d'éviter de former dans le passage 3 du métal coulé des aspérités en relief ou en creux qui pourraient être nuisibles à la bonne exécution de l'opération de coulée. The latter, like the enhancer 2, will preferably have an internal diameter equal to that of the copper element 1, in order to avoid forming in the passage 3 of the cast metal rough or raised asperities which could be harmful to the correct execution of the casting operation.
Par contre, la surface intérieure 21 de l'insert 11 qui, bien que de hauteur réduite à 1 ou 2 cm de préférence, peut avantageusement être revêtue d'un matériau moins thermoconducteur que le cuivre, par exemple en acier inoxydable, en nickel ou en céramique, afin de réduire la tendance du métal en fusion à débuter la solidification 10 à son contact. Pour la même raison, on peut aussi prévoir une rugosité particulière pour la surface 21. On the other hand, the interior surface 21 of the insert 11 which, although of height reduced to 1 or 2 cm preferably, can advantageously be coated with a material less thermally conductive than copper, for example stainless steel, nickel or ceramic, in order to reduce the tendency of the molten metal to start solidification 10 on contact. For the same reason, a special roughness can also be provided for the surface 21.
Comme on l'aura compris, l'invention permet d'injecter un lubrifiant 22 de manière homogène au bon endroit sur toute la périphérie d'une lingotière de coulée continue en charge. As will be understood, the invention makes it possible to inject a lubricant 22 homogeneously in the right place over the entire periphery of a mold for continuous casting under load.
La solution conforme à l'invention présente en outre l'avantage de pouvoir considérer l'insert 11 comme une pièce d'usure qui peut être remplacée au besoin, sans interférer par conséquent sur la durée de vie de la lingotière. The solution according to the invention also has the advantage of being able to consider the insert 11 as a wearing part which can be replaced if necessary, without consequently interfering with the life of the ingot mold.
L'invention ne se limite pas à l'exemple décrit, mais peut présenter de nombreuses variantes de mise en oeuvre équivalentes dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. The invention is not limited to the example described, but may have many equivalent implementation variants as long as the characteristics set out in the appended claims are respected.
Ainsi, la fente 14 peut être remplacée par une pluralité de canaux radiaux disposés côte à côte et suffisamment proches les uns des autres pour assurer une arrivée de lubrifiant homogène selon le pourtour intérieur de la lingotière (par commodité, on conservera le terme de "fente" pour les désigner également). Thus, the slot 14 can be replaced by a plurality of radial channels arranged side by side and close enough to each other to ensure a uniform supply of lubricant around the inside periphery of the ingot mold (for convenience, we will keep the term "slot "to designate them also).
De même, le lubrifiant utilisé n'est pas nécessairement un liquide, mais peut être un fluide visqueux, voire pâteux, dans la mesure encore une fois où sa répartition autour de la lingotière à sa sortie de la fente 14 est suffisamment homogène pour assurer une lubrification régulière de toute la périphérie de la croûte solidifiée 10. Likewise, the lubricant used is not necessarily a liquid, but can be a viscous or even pasty fluid, insofar as once again its distribution around the ingot mold at its exit from the slot 14 is sufficiently homogeneous to ensure a regular lubrication of the entire periphery of the solidified crust 10.
De même encore, cette fente 14 continue, ou constituée d'une pluralité de canaux, peut être prévue à l'intérieur même du corps de l'insert 11, si des dispositions sont prises pour éviter qu'elle ne se pince ou se ferme par écrasement sous l'effet de la quantité de mouvement qutacquiert la masse de la rehausse lors des oscillations verticales habituelles de la lingotière. Similarly, this continuous slot 14, or made up of a plurality of channels, can be provided inside the body of the insert 11, if measures are taken to prevent it from pinching or closing. by crushing under the effect of the momentum that the mass of the enhancer acquires during the usual vertical oscillations of the mold.
De même, une injection de gaz, de préférence chimiquement inerte à l'égard du métal coulé, par exemple de l'argon dans le cas de la coulée d'acier, peut être effectuée juste sous l'insert 11 de façon répartie selon le pourtour de la lingotière pour assurer un début de solidification franc au contact de l'élément tubulaire 1 sans liaison continue avec un éventuel voile solidifié déjà formé en amont. Likewise, an injection of gas, preferably chemically inert with respect to the cast metal, for example argon in the case of steel casting, can be carried out just under the insert 11 in a manner distributed according to the periphery of the ingot mold to ensure a frank start to solidification in contact with the tubular element 1 without continuous connection with a possible solidified veil already formed upstream.
L'invention s'applique à tout produit coulé ou coulable en continu, quelque soit son format (billettes, blooms, brames). The invention applies to any continuously cast or pourable product, whatever its format (billets, blooms, slabs).
En particulier, sa mise en oeuvre n'est pas limitée à la coulée avec busette immergée et laitier de couverture, mais peut fort bien être utilisée en coulée en jet libre avec de préférence dans ce cas, la présence dans ce cas d'un manchon souple étanche à l'air reliant le haut de la rehausse au fond du répartiteur placé au-dessus pour éviter la réoxydation du métal en fusion. In particular, its implementation is not limited to casting with submerged nozzle and cover slag, but may very well be used in free jet casting, preferably in this case, the presence in this case of a sleeve. flexible airtight connecting the top of the riser to the bottom of the distributor placed above to avoid reoxidation of the molten metal.
On comprendra cependant quten raison de sa nature même, l'invention est d'application réservée aux installations de coulée continue par gravité, c'est-à-dire dotées de lingotières verticales ou courbes, à l'exclusion de toute autre, notamment les lingotières pour coulée continue horizontale. Toutefois, par élément tubulaire refroidi (référence 1 sur la figure), il faut entendre non seulement un tube monolithique pour la coulée de blooms ou de billettes rondes ou quadrangulaires, ou un conduit constitué par assemblage de plaques pour la coulée de formats allongés comme les brames, mais il faut également entendre par exemple deux cylindres tournant en sens opposés en regard l'un de l'autre pour couler directement des bandes minces, ou tout autre forme de lingotière à parois accompagnantes. It will be understood, however, that by reason of its very nature, the invention is applicable to applications for continuous gravity casting installations, that is to say provided with vertical or curved ingot molds, to the exclusion of any other, in particular the ingot molds for horizontal continuous casting. However, by cooled tubular element (reference 1 in the figure) is meant not only a monolithic tube for casting blooms or round or quadrangular billets, or a conduit formed by assembling plates for casting elongated formats such as slabs, but it should also be understood for example two cylinders rotating in opposite directions opposite one another to directly pour thin strips, or any other form of ingot mold with accompanying walls.
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Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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FR2704786A3 true FR2704786A3 (en) | 1994-11-10 |
FR2704786B3 FR2704786B3 (en) | 1995-03-10 |
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