FR2825040A1 - ELECTROMAGNETIC EQUIPMENT FOR CONTINUOUS CASTING LINGOTIERE HEAD OF METALS IN LONG QUADRANGULAR FORMATS - Google Patents
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- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
Abstract
Description
parois latérales.side walls.
EQUIPEMENT ELECTROMAGNETIQUE POUR TETE DE LINGOTIERE DE COULEE ELECTROMAGNETIC EQUIPMENT FOR CASTING LINGOTIERE HEAD
CONTINUE DES METAUX EN FORMATS QUADRANGULAIRES ALLONGES CONTINUES METALS IN LONG QUADRANGULAR FORMATS
La présente invention a trait à la coulée continue des métaux, de l'acier en particulier, en demi-produits de format quadrangulaire allongé, tels que des brames. Plus particulièrement, l'invention concerne l'application de forces électromagnétiques dans la The present invention relates to the continuous casting of metals, steel in particular, into semi-finished products of elongated quadrangular format, such as slabs. More particularly, the invention relates to the application of electromagnetic forces in the
région haute de la lingotière, là o s'établit le ménisque du métal liquide coulé. upper region of the mold, where the meniscus of the poured liquid metal is established.
Par format "quadrangulaire allongé", on entend qualifier les demisproduits (et, de manière équivalente, les lingotières correspondantes) dont la section droite, de forme rectangulaire allongée, présente des grands cotés (ou grandes faces) au moins trois fois plus longs que les deux autres côtés (ou petites faces d'extrémité). Par commodité pour la suite, on désignera ces formats allongés sous le vocable unique de "brarnes". Par "ménisque", on désigne classiquement la zone de bordure de la surface supérieure du métal coulé en contact avec la paroi métallique refroidie de la lingotière, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, cette surface supérieure étant soit laissée libre, soit plus By "elongated quadrangular" format is meant to qualify semi-products (and, correspondingly, the corresponding ingot molds) whose cross-section, of elongated rectangular shape, has large sides (or large faces) at least three times longer than the two other sides (or small end faces). For convenience later, these elongated formats will be designated under the single term "brarnes". The term "meniscus" conventionally denotes the border area of the upper surface of the cast metal in contact with the cooled metal wall of the mold, generally made of copper or a copper alloy, this upper surface being either left free or more
généralement recouverte d'un laitier de coulée. generally covered with a pouring slag.
On considére désormais que pour accroitre la productivité des machines de coulée continue de brames, il est devenu nocessaire d'agir simultanément suivant les deux directions que sont l'augmentation de la vitesse de coulée du produit, ainsi que 1'amélioration de la qualité de peau et de la propreté inclusionnaire interne du produit coulé. Les forces électromagnétiques sont utilisées depuis de nombreuses années en coulée continue de l'acier pour tenter d'augmenter la productivité des machines en It is now considered that in order to increase the productivity of continuous slab casting machines, it has become necessary to act simultaneously in the two directions of increasing the speed of casting of the product, as well as improving the quality of skin and internal inclusiveness of the cast product. Electromagnetic forces have been used for many years in continuous casting of steel in an attempt to increase the productivity of machines by
améliorant la qualité du produit et en augmentant la vitesse de coulée. improving product quality and increasing the speed of casting.
On évoquera à cet égard l'abondante littérature parue ces dernières vingt années au sujet du brassage électromagnétique du métal coulé au sein méme de la lingotière à l 'aide d' inducteurs pl acés derri ère l es p aroi s de cuivre refroidi de l a lingotière. Un effet recherché du brassage est une plus rapide évacuation de la surchanffe du métal coulé, rendant possible une augmentation de la vitesse de coulée, de même qu'une amélioration de la propreté inclusionnaire grâce à un lavage du front de solidification par du métal We will mention in this regard the abundant literature published over the past twenty years on the subject of electromagnetic stirring of the metal cast within the same mold using inductors placed behind the cooled copper arcs of the mold. . A desired effect of the stirring is a faster evacuation of the overhang of the cast metal, making possible an increase in the casting speed, as well as an improvement in the cleanliness of the inclusions by washing the solidification front with metal.
liquide mis en mouvement.liquid set in motion.
On connaît encore une technique, dite du "frein électromagnétique", qui se développe depuis quelques années et qui consiste à soumettre le produit coulé à un champ magnétique continu traversant dirigé perpendiculairement aux -grandes faces de la lingotière, donc orthogonal à l'axe de coulée, et placé à distance sous le ménisque. Ce champ, qui "sépare" ainsi l'espace de coulée de la lingotière en deux compartiments superposés, permet de réduire dans l'un des compartiments les perturbations hydrodynamiques du métal liquide présents dans l'autre, notamment celles venant du jet A technique is also known, known as the "electromagnetic brake", which has been developing for a few years and which consists in subjecting the cast product to a continuous through magnetic field directed perpendicular to the large faces of the ingot mold, therefore orthogonal to the axis of casting, and placed at a distance under the meniscus. This field, which thus "separates" the casting space of the ingot mold into two superimposed compartments, makes it possible to reduce in one of the compartments the hydrodynamic disturbances of the liquid metal present in the other, in particular those coming from the jet.
de coulée.of casting.
On citera de même que, dans le cas d'une lingotière de coulée continue en charge (c'est à dire surmontée d'une masselotte réfractaire contenant du métal maintenu à l'état It will also be mentioned that, in the case of a mold for continuous casting under load (that is to say surmounted by a refractory counterweight containing metal maintained in the state
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liquide) des tentatives de confinement électromagnétique ont été proposées Un champ magnétique alternatif axial est généré par une bobine à induction entourant le produit coulé à une vingtaine de centimètres sous le ménisque là o se trouve la jonction réPractaire-cuivre refroidi de la lingotière. On vise ainsi à créer un ménisque artificiel vertical en provoquant une striction électromagnétique à cet endroit qui éloigne la peau du métal coulé de la paroi de cuivre de la lingotière et à améliorer ainsi notamment la qualité de peau par réduction, voire suppression des rides d'oscillations. Mais, l'une des difficultés majeures liées à ce type de technique réside dans l'instabilité géométrique d'un tel ménisque de confinement, instabilité bien trop aléatoire pour être compatible avec les liquid) attempts at electromagnetic confinement have been proposed. An axial alternating magnetic field is generated by an induction coil surrounding the product poured about twenty centimeters below the meniscus where the Reactor-cooled copper junction of the ingot mold is located. The aim is thus to create a vertical artificial meniscus by causing an electromagnetic constriction at this location which moves the skin away from the metal poured from the copper wall of the ingot mold and thus in particular improving the skin quality by reducing, or even eliminating wrinkles. oscillations. However, one of the major difficulties linked to this type of technique lies in the geometric instability of such a confinement meniscus, an instability that is far too random to be compatible with
exigences de la pratique industrielle. requirements of industrial practice.
Une avancée vers une solution à un tel probléme est décrite dans la Demande de Brevet français au nom du Demandeur publiée sous le n 9914816. Schématiquement, il s'agit, dans une lingotière de coulée continue classique (sans masselotte), de superposer au champ magnétique alternatif axial un champ magnétique continu transversal traversant de part en part le produit coulé perpendiculairement à l'axe de coulée au niveau du ménisque de la lingotière de coulée continue. Le champ alternatif axial conserve sa fonction de confinement du ménisque par striction en repoussant le métal liquide des parois de la lingotière, alors que le champ continu orthogonal rajouté a, lui, pour fonction d'amortir les perturbations du mènisque dues à ce champ alternatif, ainsi que de stabiliser ce que l'on a coutume d'appeler la ligne de première solidification que le An advance towards a solution to such a problem is described in the French Patent Application in the name of the Applicant published under the number 9914816. Schematically, it is, in a conventional continuous casting mold (without counterweight), superimposing on the field axial magnetic alternating a transverse continuous magnetic field passing right through the cast product perpendicular to the casting axis at the meniscus of the mold for continuous casting. The axial alternating field retains its function of confining the meniscus by necking by pushing the liquid metal from the walls of the mold, while the added orthogonal continuous field has the function of damping the disturbances of the meniscus due to this alternating field, as well as stabilize what we usually call the line of first solidification that the
métal coulé dessine par son ménisque sur le pourtour intérieur de la lingotière. cast metal draws by its meniscus on the inside periphery of the mold.
Les effets de la superposition d'un champ magnétique alternatif axial et d'un champ magnétique continu transversal sur la déformation du ménisque en lingotière (formation d'un dôme) et sur l'amortissement des fluctuations de niveau de ce ménisque The effects of the superposition of an axial alternating magnetic field and a transverse continuous magnetic field on the deformation of the meniscus in the mold (formation of a dome) and on the damping of the level fluctuations of this meniscus
ont été testés et mesurés sur une maquette, à l'échelle 1/3, fonctionnant avec du mercure. have been tested and measured on a scale model, 1/3 scale, operating with mercury.
Les résultats obtenus ont montré que la hauteur de dôme pouvait atteindre 20 à 30 mm suivant les valeurs de fréquence (250, 1500 et 20000 Hz) et la puissance du champ continu utilisés, et que le taux d'amortissement des fluctuations de niveau du ménisque The results obtained showed that the dome height could reach 20 to 30 mm depending on the frequency values (250, 1500 and 20000 Hz) and the strength of the continuous field used, and that the rate of damping of the meniscus level fluctuations
était compris en 50 et 100% suivant la location du point de mesure sur le ménisque. was included in 50 and 100% depending on the location of the measuring point on the meniscus.
On a ainsi pu observer que le champ magnétique continu transversal appliqué au niveau du ménisque réduit fortement les mouvements suivants: 1- le brassage électromagnétique résultant de la présence du champ magnétique alternatif axial utilisé pour former et stabiliser localement le ménisque. Ce brassage forme des tourbillons d'axes horizontaux localisés près des faces de la lingotière dans la partie convexe du ménisque, présentent des composantes de vitesse perpendiculaires au champ magnétique continu qui subissent un freinage efficace. Au niveau du ménisque la principale composante de vitesse du métal, due à la l'alimentation de la lingotière par la busette immergée, est perpendiculaire au champ magnétique appliqué et subit de ce fait, elle aussi, un effet de freinage, 2- les mouvements associés aux déformations de l'interface acier liquide-laitier, telles les ondes progressives ou stationnaires qui affectent la stabilité du ménisque et de la It has thus been observed that the transverse continuous magnetic field applied to the level of the meniscus greatly reduces the following movements: 1- the electromagnetic stirring resulting from the presence of the axial alternating magnetic field used to form and locally stabilize the meniscus. This mixing forms swirls of horizontal axes located near the faces of the mold in the convex part of the meniscus, have velocity components perpendicular to the continuous magnetic field which undergo effective braking. At the meniscus, the main speed component of the metal, due to the ingot mold being fed by the submerged nozzle, is perpendicular to the magnetic field applied and therefore also undergoes a braking effect, 2- movements associated with deformations of the liquid-dairy steel interface, such as progressive or stationary waves which affect the stability of the meniscus and the
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ligne de première solidification.first solidification line.
Le champ magnétique alternatif est généré par un inducteur à conducteur entourant complètement la lingotière et placé en hauteur dans la région du ménisque. Le champ continu orthogonal est quant à lui généré par un électroaimant dont les poles, ,placés le long des grandes faces de la lingotière se font face de part et d'autre du produit coulé à la hauteur du ménisque également. La figure 1 donnée à la fin de ce mémoire montre schématiquement un tel équipement monté dans la partie haute d'une lingotière The alternating magnetic field is generated by a conductor inductor completely surrounding the ingot mold and placed high in the meniscus region. The orthogonal continuous field is itself generated by an electromagnet, the poles of which, placed along the large faces of the ingot mold face each other on either side of the product cast at the level of the meniscus also. Figure 1 given at the end of this thesis schematically shows such equipment mounted in the upper part of an ingot mold
de coulée continue de brames au sein méme du circuit de refroidissement de celle-ci. continuous casting of slabs within the same cooling circuit thereof.
Un équipement de ce tvpe est cependant relativement complexe au plan technologique et peu aisé à implanter sur la partie haute d'une lingotière de coulée continue en principe non prévue pour le recevoir. En outre, il est figé dans sa réalisation une fois pour toute et ne peut donc servir que pour une lingotière donnce de format unique en section droite, alors que des demi-produits à formats allongés de dimensions Equipment of this type is however relatively complex from a technological point of view and not very easy to install on the upper part of a continuous casting ingot mold, in principle not intended to receive it. In addition, it is frozen in its realization once and for all and can therefore only be used for a given mold of single format in cross section, while semi-finished products with elongated dimensions
variées et multiples sont habituellement coulés en continu. Varied and multiple are usually continuously cast.
La présente invention a pour but premier de proposer une réponse permettant de résoudre de tels handicaps et vise en particulier à proposer un équipement modulable en The main object of the present invention is to propose an answer making it possible to solve such handicaps and aims in particular to propose a modular equipment in
fonction de la taille des produits coulés. depending on the size of the cast products.
A cet effet, l'invention a pour objet un équipement électromagnétique pour tête de lingotière de coulée continue des métaux en formats quadrangulaires allongés, tels que des brames, comprenant un inducteur entourant la lingotière et placé au niveau du ménisque pour générer un champ magnétique alternatif axial, ledit champ étant associé à un champ magnétique continu transversal crcé lui par un électroaimant dont les pôles, placés derrière les deux grandes faces de la lingotière, se font face de part et d'autre du produit coulé à la hauteur du ménisque également, équipement caractérisé en ce que l'inducteur générant le champ magnétique alternatif axial est constitué par deux conducteurs linéaires, mécaniquement indépendants l'un de l'autre, et logés chacun sur l'une des grandes faces de la lingotière selon la largeur de celles-ci, entre le produit coulé To this end, the subject of the invention is an electromagnetic equipment for the mold ingot head for continuously casting metals in elongated quadrangular formats, such as slabs, comprising an inductor surrounding the ingot mold and placed at the meniscus to generate an alternating magnetic field. axial, said field being associated with a transverse continuous magnetic field created by an electromagnet, the poles of which, placed behind the two large faces of the mold, face each other on either side of the product cast at the level of the meniscus also, equipment characterized in that the inductor generating the axial alternating magnetic field consists of two linear conductors, mechanically independent of each other, and each housed on one of the large faces of the mold according to the width of these here, between the poured product
et un pôle dudit électroaimant.and a pole of said electromagnet.
Conformément à une variante de réalisation, ces deux conducteurs sont reliés électriquement en série entre eux par leur extrémité située au voisinage de la méme petite face de la lingotière, leur autre extrémité étant connectée chacune à l'une des bornes In accordance with an alternative embodiment, these two conductors are electrically connected in series with one another by their end situated in the vicinity of the same small face of the mold, their other end being each connected to one of the terminals.
opposées d'une alimentation électrique à courant alternatif. opposite of an AC power supply.
Conformément à une autre variante de réalisation, les deux conducteurs sont électriquement indépendants l'un de l'autre, chacun ayant ses deux extrémités connectées aux deux bornes opposées d'une alimentation électrique de manière que le courant électrique circule dans le méme sens au même moment dans chacun des deux conducteurs. Conformément à un mode de réalisation prétéré, chaque conducteur linéaire est une barre form ée p ar as s embl age, en fai sceau parallèl e, d 'une p luralité d' él éments métalliques tubulaires, en cuivre ou en aluminium, refroidis par circulation interne d'un fluide de refroidissement (de l'eau de préférence), ladite barre étant rigidement fixée dans According to another alternative embodiment, the two conductors are electrically independent of each other, each having its two ends connected to the two opposite terminals of an electrical supply so that the electric current flows in the same direction in the same direction moment in each of the two conductors. In accordance with a pretended embodiment, each linear conductor is a bar formed by emblem, in a parallel seal, of a plurality of tubular metallic elements, of copper or aluminum, cooled by circulation internal of a cooling fluid (preferably water), said bar being rigidly fixed in
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la boîte à eau des grandes faces de la lingotière au niveau du ménisque du produit coulé. the water box of the large faces of the mold at the level of the meniscus of the cast product.
Comme on l'aura compris, l'invention réside sur le fait que, en contre point à la technologie connue reposant sur le principe d'un inducteur rigide entourant complètement la lingotière, on génère le champ alternatif vertical que sur les grandes S faces de la lingotière. Si nécessaire, on pourra orienter et concentrer ce champ vers les petites faces à l'aide de culasses magnétiques rapportées prenant place sur chaque petite face de la lingotière au droit des conducteurs linéaires. Le champ alternatif est alors produit à l'aide de deux barres conductrices indépendantes logées chacune dans une As will be understood, the invention resides in the fact that, as a counterpoint to the known technology based on the principle of a rigid inductor completely surrounding the ingot mold, the vertical alternating field is generated only on the large S faces of the ingot mold. If necessary, this field can be oriented and concentrated towards the small faces using added magnetic yokes taking place on each small face of the ingot mold in line with the linear conductors. The alternating field is then produced using two independent conductive bars each housed in a
encoche ménagée à cet effet sur la paroi froide de chaque grande face de la lingotière. notch made for this purpose on the cold wall of each large face of the mold.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages appara^tront plus The invention will be well understood and other aspects and advantages will appear more
clairement au vu de la description qui suit donnée à titre d'exemple de réalisation, en clearly in view of the following description given as an example of embodiment, in
rétérence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: - la figure 1 est un schéma de principe basé sur une we en coupe verticale de la partie haute d'une lingotière à brames équipée d'un dispositif électromagnétique selon l'art antérieur venant du document FR-A-9914816 déjà évoqué dans la partie introductive du présent mémoire; - la figure 2 est une représentation 3D en élévation, vue en oblique du dessus et partiellement arrachée au premier plan, d'une lingotière analogue à celle de la figure 1, reference to the accompanying drawing plates in which: - Figure 1 is a block diagram based on a we in vertical section of the upper part of an ingot mold with slabs equipped with an electromagnetic device according to the prior art from the document FR -A-9914816 already mentioned in the introductory part of this memo; FIG. 2 is a 3D representation in elevation, viewed obliquely from above and partially cut away in the foreground, of an ingot mold similar to that of FIG. 1,
mais dans le cas d'un équipement selon l'invention. but in the case of equipment according to the invention.
- la figure 3 est une vue schématique montrant du dessus la disposition relative des deux barres conductrices reliées électriquement par l'une de leur extrémités selon une variante de réalisation de l'invention; - les figures 4a et 4b montre dans le détails, vue respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale, la constitution des inducteurs linéaires selon l'invention dans une forme de réalisation prétérée; - la figure 4 est une représentation 3D vue en oblique du dessus et partiellement arrachée d'une extrémité de la lingotière montrant la connections en bout des barres de courant. - Figure 3 is a schematic view showing from above the relative arrangement of the two conductive bars electrically connected by one of their ends according to an alternative embodiment of the invention; - Figures 4a and 4b shows in detail, seen respectively in cross section and in longitudinal section, the constitution of the linear inductors according to the invention in a claimed embodiment; - Figure 4 is a 3D representation viewed obliquely from above and partially cut away from one end of the mold showing the connection at the end of the current bars.
Sur ces figures, les mémes éléments sont désignés par des références identiques. In these figures, the same elements are designated by identical references.
En se reportant à nouveau à la figure 1 illustrant schématiquement l'état de la technique connu le plus proche de l'invention, on voit que la partie active l de la lingotière, à savoir sa partie centrale, seule représentée sur cette figure, est formoe de deux grandes faces planes opposées 3, 3' et de deux petites faces d'extrémité également planes dont seule la petite face 4 à l'arrière-plan est montrée sur la figure. Ces éléments, réunis en bout à angle droit de manière étanche, définissent entre eux un espace de coulée S de forme quadrangulaire allongé pour la coulée de brames d'acier. Dans cet espace de coulée, le métal en fusion sera introduit par le haut par une busette verticale immergée 8, montée dans le fond d'un répartiteur non représenté placé à distance au dessus. Le produit coulé, solidifié seulement en périphérie dans la lingotière, sera extrait en continu de la lingotière vers le bas selon la direction de coulée symbolisée par l'axe Referring again to FIG. 1 schematically illustrating the state of the known technique closest to the invention, it can be seen that the active part l of the ingot mold, namely its central part, the only one represented in this figure, is form of two large opposite flat faces 3, 3 'and of two small equally flat end faces of which only the small face 4 in the background is shown in the figure. These elements, joined at the end at a right angle in leaktight fashion, define between them a casting space S of elongated quadrangular shape for the casting of steel slabs. In this casting space, the molten metal will be introduced from above by a submerged vertical nozzle 8, mounted in the bottom of a not shown distributor placed at a distance above. The cast product, solidified only at the periphery in the mold, will be continuously extracted from the mold down in the direction of casting symbolized by the axis
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de coulée A. C'est d'ailleurs selon cette direction que la lingotière sera animoe durant toute l'opération de coulée d'un mouvement d'oscillation vertical 6 de faible amplitude nécessaire à la qualité du contact glissant entre la peau du produit coulé et la paroi intérieure de la lingotière. On a représenté en 7 le ménisque du métal en fusion maintenu casting A. It is moreover in this direction that the ingot mold will be animated during the entire casting operation with a vertical oscillation movement 6 of small amplitude necessary for the quality of the sliding contact between the skin of the cast product and the inner wall of the mold. 7 shows the meniscus of the molten metal maintained
S à niveau au sein de la lingotière tout au long de la coulée. S level within the mold throughout the casting.
Les parois de la lingotière, classiquement en cuivre ou en alliage de cuivre, sont énergiquement retroidies par circulation vigoureuse d'un liquide de refroidissement, généralement de l'eau traitée, le long de leur surface extérieure (face froide). Cette eau de refroidissement circule contre les parois depuis une chambre d'introduction inférieure The walls of the ingot mold, conventionally made of copper or a copper alloy, are vigorously cooled by vigorous circulation of a coolant, generally treated water, along their outer surface (cold face). This cooling water circulates against the walls from a lower introduction chamber
jusqu'à une chambre d'évacuation supérieure. up to an upper evacuation chamber.
En se portant momentanément sur la représentation plus complète de la lingotière montrée par la figure 2, on voit que la chambre à eau supérieure 28 occupe l'essentiel de la hauteur de la lingotière, la chambre à eau inférieure 29 servant avant tout à répartir l'arrivée d'eau à la base de la lingotière uniformément selon la largeur des 1 S grandes faces. Un manteau extérieur 27, constitué par une contre-plaque épaisse en acier et doté latéralement des entrées et sorties 32 d'eau de refroidissement, double à distance les parois en cuivre de la lingotière pour définir ces chambres à eau. L'ensemble est complété par un couvercle supérieur 30 et par une plaque de fond inférieure 31 montés By focusing momentarily on the more complete representation of the mold shown in Figure 2, we see that the upper water chamber 28 occupies most of the height of the mold, the lower water chamber 29 serving primarily to distribute the 'water inlet at the base of the mold uniformly according to the width of the 1 S large faces. An outer jacket 27, constituted by a thick steel counter-plate and laterally provided with inlets and outlets 32 of cooling water, remotely doubles the copper walls of the ingot mold to define these water chambers. The assembly is completed by an upper cover 30 and by a lower bottom plate 31 mounted
étanches aux extrémités de la lingotière. watertight at the ends of the mold.
Ces généralités rappelées, on s'attachera à présent à décrire l'équipement électromagnétique monté au niveau de la chambre à eau supérieure dans la zone de These generalities recalled, we will now endeavor to describe the electromagnetic equipment mounted at the level of the upper water chamber in the area of
maintien du ménisque 7 sur lequel il doit agir. maintenance of the meniscus 7 on which it must act.
Dans un premier temps, on se référera à nouveau à la technologie connue At first, we will refer again to the known technology
illustrée par le schéma de la figure 1. illustrated by the diagram in Figure 1.
Le champ magnétique continu, dirigé orthogonalement à l'axe de coulée A et traversant les grandes faces 3 de la lingotière au niveau du ménisque, est généré par un électroaimant 20. Chacune de ses deux bobines constitutives 20a et 20b, à polarités opposées, est de forme oblongue de manière à s'étendre sur la totalité ou la quasi totalité de la largeur des grandes faces 3, 3' de la lingotière. Chaque bobine recoit un noyau magnétique rectiligne en fer doux 24 dont les extrémités libres sont, de préLérence, des embouts rapportés de structure feuilletée verticalement. Ce feuilletage permet d'éviter un échanffement ex ce ssif des pi èc es polaires par effet Joule des courants induits formé s par le champ magnétique alternatif axial dont on parlera par la suite. Ces extrémités libres forment des poles magnétiques 21 et 22 qui établissent entre eux le champ magnétique The continuous magnetic field, directed orthogonally to the casting axis A and passing through the large faces 3 of the mold at the meniscus, is generated by an electromagnet 20. Each of its two constituent coils 20a and 20b, with opposite polarities, is oblong so as to extend over all or almost all of the width of the large faces 3, 3 'of the mold. Each coil receives a rectilinear soft iron magnetic core 24, the free ends of which are, preferably, end caps of vertically laminated structure. This lamination makes it possible to avoid an ex ce ssive exchanging of the polar pieces by the Joule effect of the induced currents formed by the alternating axial magnetic field which will be discussed later. These free ends form magnetic poles 21 and 22 which establish between them the magnetic field
transversal (horizontal sur la figure) dans lequel est placé le ménisque 7 de l'acier coulé. transverse (horizontal in the figure) in which the meniscus 7 of the cast steel is placed.
Ainsi, les pôles 21, 22 sont placés le long des grandes parois 3 et 3' de la lingotière et se font face de part et d'autre du produit coulé, à la hauteur du ménisque. Ces deux poles sont reliés au chassis en acier 23 de la lingotière pour former une culasse de fermeture du circuit magnétique, comme décrit dans la demande de brevet français précitée et à laquelle on pourra se reporter pour obtenir des informations complémentaires sur la Thus, the poles 21, 22 are placed along the large walls 3 and 3 'of the mold and face each other on either side of the cast product, at the height of the meniscus. These two poles are connected to the steel frame 23 of the ingot mold to form a cylinder head for closing the magnetic circuit, as described in the aforementioned French patent application and to which reference may be made for further information on the
réalisation de l'électroaimant, si on le souhaite. realization of the electromagnet, if desired.
Par ailleurs, selon cette technologie connue, également visible sur cette figure 1, le champ magnétique axial alternatif (fréquence comprise entre 0,1 et 100 kHz environ) est lui généré par un inducteur 10 formé par conducteur électrique filaire continu enroulé en spires entourant complètement la lingotière et placé au niveau du ménisque 7 du métal Furthermore, according to this known technology, also visible in this figure 1, the alternating axial magnetic field (frequency between about 0.1 and 100 kHz) is itself generated by an inductor 10 formed by continuous wired electric conductor wound in turns completely surrounding the ingot mold and placed at the meniscus 7 of the metal
liquide coulé, donc dans l'entrefer de l'électroaimant 20. liquid poured, therefore in the air gap of the electromagnet 20.
Conformément à la technologie selon l'invention en revanche, l'inducteur à champ magnétique axial alternatif, visible d'abord sur la vue d'ensemble de la figure 2 à laquelle on se porte à présent, est formé essentiellement, non plus par un bobinage de spires encerclantes, mais par deux barres rectilignes 11 et 11' équipant chacune une grande face de la lingotière. Chaque barre est orientée horizontalement de manière à pouvoir s'étendre sur la largeur de la grande face qui la reçoit. Sa mise en place s'effectue par engagement partiel dans un évidement 26 de forme correspondante spécialement usiné à cet effet dans l'habituelle contreplaque métallique 36. Celle-ci est fermement appliquce contre la grande face 3 (ou 3') associée afin de délimiter entre elles des canalisations étanches de circulation d'eau de refroidissement. Comme le montre la figure, le blocage en position de la barre l l (et 11') peut se faire avantageusement par venue en butée d'appui de la face polaire 25 du pôle 21 (ou 22) de l'électroaimant. Cette face polaire 25 est profilée en conséquence en forme de "L" pour venir épouser la barre 11 tout en venant par ailleurs s'appliquer contre la chemise 36, ce qui a pour effet de In accordance with the technology according to the invention on the other hand, the inductor with alternating axial magnetic field, visible first of all on the overall view of FIG. 2 to which we are now going, is formed essentially, no longer by a winding of encircling turns, but by two rectilinear bars 11 and 11 'each equipping a large face of the mold. Each bar is oriented horizontally so as to be able to extend over the width of the large face which receives it. Its installation is carried out by partial engagement in a recess 26 of corresponding shape specially machined for this purpose in the usual metal counterplate 36. This is firmly applied against the large face 3 (or 3 ') associated in order to delimit between them watertight pipes for cooling water circulation. As shown in the figure, the blocking in position of the bar 11 (and 11 ′) can advantageously be effected by coming into abutment bearing on the pole face 25 of the pole 21 (or 22) of the electromagnet. This pole face 25 is consequently shaped in the shape of an "L" to come to marry the bar 11 while also coming to apply against the jacket 36, which has the effect of
maximiser le rendement électromagnétique de l'électroaimant 20. maximize the electromagnetic efficiency of the electromagnet 20.
Comme on le remarquera, les bobines 20a et 20b de cet électroaimant sont déportées à distance derrière le manteau périphérique 27 à l'extérieur de la chambre à eau supérieure 28. Le noyau magnétique 24 canalisant les lignes de force du champ magnétique produit par ces bobines jusqu'aux pôles feuilletés rapportés 21, 22 (feuille d'acier au silicium) est ici une pièce polaire conformée en "S", dont l'autre extrémité se prolonge au delà de la bobine qui lui est associée jusque dans la culasse 23 du circuit magnétique entourant la lingotière et qui en l'espèce sert aussi de bâti de support de la lingotière. L'assemblage des différentes pièces constituant chaque pièce polaire permet d'assurer le montage et le démontage de l'électroaimant sur la lingotière ainsi que As will be noted, the coils 20a and 20b of this electromagnet are offset at a distance behind the peripheral mantle 27 outside the upper water chamber 28. The magnetic core 24 channeling the lines of force of the magnetic field produced by these coils up to the added laminated poles 21, 22 (silicon steel sheet) here is a pole piece shaped as an "S", the other end of which extends beyond the coil associated with it as far as the cylinder head 23 of the magnetic circuit surrounding the ingot mold and which in this case also serves as a support frame for the ingot mold. The assembly of the different parts constituting each pole piece ensures the assembly and disassembly of the electromagnet on the mold as well as
l'ajustement en position de coulée des grandes faces de la lingotière. adjusting the casting faces of the large faces of the mold.
On consi dère à prés ent à nouveau l es moyens de l ' inventi on de production du We are now again considering the means of inventing the production of
champ magnétique variable axial.variable axial magnetic field.
Les inducteurs linéaires 11 et 11' peuvent être alimentés électriquement de manière indépendantes, chacun ayant ses deux extrémités connectées aux deux bornes opposées d'une alimentation électrique de manière que le courant électrique circule en sens opposé The linear inductors 11 and 11 'can be supplied electrically independently, each having its two ends connected to the two opposite terminals of a power supply so that the electric current flows in opposite directions
au même moment dans chacun des deux conducteurs. at the same time in each of the two conductors.
Comme le montre cependant le schéma de la figure 3, ils peuvent également être mis en circuit. Dans ce dernier cas, le raccordement électrique entre les deux inducteurs peut se faire très simplement par des liaisons souples 33 associées à des connocteurs 35 montés en bout des barres 11, 11', situés au voisinage de la méme petite face de la S lingotière, leur autre extrémité étant connectée chacune à l'une des bornes opposées d'une alimentation électrique à courant alternatif. De préférence, le raccordement entre les barres 11 et 11' se fera par un cTrcuit semirigide intégré dans le bâti de la machine de coulée continue, comme on le verra en référence aux figures S et 4a La finalité première de cette solution technologique est. comme déjà souligné, de permettre des changements de largeur de la lingotière en cours de coulée (ou à l'arrêt bien entendu), et ce tout en limitant les pertes d'énergie électrique par augmentation de la As shown in the diagram in Figure 3, however, they can also be switched on. In the latter case, the electrical connection between the two inductors can be made very simply by flexible connections 33 associated with connoctors 35 mounted at the end of the bars 11, 11 ′, located in the vicinity of the same small face of the ingot mold, their other end being each connected to one of the opposite terminals of an AC power supply. Preferably, the connection between the bars 11 and 11 ′ will be made by a semi-rigid cTrcuit integrated in the frame of the continuous casting machine, as will be seen with reference to FIGS. S and 4a The primary purpose of this technological solution is. as already pointed out, to allow changes in width of the ingot mold during casting (or of course stopped), and this while limiting the losses of electrical energy by increasing the
puissance réactive.reactive power.
L'intogration des barres inductrices 11, 11' dans la boîte à eau 28 des grandes faces de la lingotière permet en outre de les rapprocher de l'espace de coulée 5. Ceci a 1S pour effet d'augmenter l'intensité maximale du champ magnétique axial disponible dans The intogration of the inductor bars 11, 11 ′ in the water box 28 of the large faces of the ingot mold also makes it possible to bring them closer to the casting space 5. This has the effect of increasing the maximum intensity of the field. magnetic axial available in
la lingotière à puissance électrique constante. the ingot mold at constant electrical power.
Dans le cas de l'utilisation de culasses magnétiques complémentaires 34, 34', destinée à assurer un minimum de champ alternatif dans la zone des petites faces 4, 4' de la lingotière), celles-ci peuvent êhe intégrces ou non dans la boîte à eau desdites petites faces. En tous cas, elles se positionneront au droit des conducteurs linéaires 11 et 11', comme le montre la figure 3 et leur forme est définie de manière à obtenir la meilleure déviation possible du champ alternatif vers l'intérieur des petites faces. La forrne en "V" tronqué et élargi montré sur la figure 3 convient généralement bien à cet égard. Le refroidissement de ces culasses sera assuré soit par l'eau circulant dans la boîte à eau (si elles y sont intégrées) soit par un circuit d'eau spécifique.) de la lingotière au droit des In the case of the use of complementary magnetic yokes 34, 34 ', intended to ensure a minimum of alternating field in the area of the small faces 4, 4' of the mold), these can be integrated or not in the box with water from said small faces. In any case, they will be positioned in line with the linear conductors 11 and 11 ′, as shown in FIG. 3 and their shape is defined so as to obtain the best possible deviation of the alternating field towards the interior of the small faces. The truncated and widened "V" shape shown in Figure 3 is generally well suited in this regard. The cooling of these cylinder heads will be ensured either by the water circulating in the water box (if they are integrated therein) or by a specific water circuit.) From the mold to the right of the
conducteurs linéaires (11, 11').linear conductors (11, 11 ').
Comme le montrent les figures 4a et Ab, les barres de courant 11, 11' peuvent être avantageusement formées par un faisceau parallèle 40 de conducteurs tubulaires 41 retroidis intérieurement par circulation d'un fluide de refroidissement, de l'eau par exemple. Ce faisceau pourra être noyé dans une matrice en résine isolante 42 qui lui assurera la cohésion mécanique. A chaque extrémité, un bloc collecteur foré 43, d'entrée/sortie de l'eau est prévu assurant l'interface avec les tubulures 44 d'amenée et de As shown in FIGS. 4a and Ab, the current bars 11, 11 ′ can advantageously be formed by a parallel bundle 40 of tubular conductors 41 internally cooled by circulation of a cooling fluid, for example water. This beam can be embedded in an insulating resin matrix 42 which will ensure mechanical cohesion. At each end, a drilled manifold block 43, for entering / leaving the water, is provided ensuring the interface with the pipes 44 for supplying and
départ de l'eau.water departure.
Dans le mode de réalisation présenté, la barre de courant 11 ainsi constituée est maintenue fixe dans son logement 26 usiné dans la contreplaque 36 grâce au pôle magnétique 21 de l'électroaimant que l'on vient visser sur la contreplaque à l'aide des goujons 37 et dont la face polaire 25 a été profilée en "L" pour venir coiffer la partie de la barre 11 dépassant du logement 26. La contreplaque 36 est elle rigidernent assemblée à la plaque de cuivre 3 constitutive de la grande face de la lingotière à l'aide de tirants en In the embodiment presented, the current bar 11 thus formed is kept fixed in its housing 26 machined in the plywood 36 by virtue of the magnetic pole 21 of the electromagnet which is just screwed onto the plywood using studs 37 and whose pole face 25 has been profiled in "L" to come to cap the part of the bar 11 projecting from the housing 26. The ply plate 36 is rigidly assembled to the copper plate 3 constituting the large face of the mold to using tie rods
prise dans des embouts d'arrimage 39 incorporés dans la plaque 3. taken in lashing tips 39 incorporated in the plate 3.
Comme le montre les figures 4a et S. le bloc en cuivre 43, 43' sert également d'embout de connexion électaque des barres 11 et 11'. A cet effet, il offre une face antérieure plane 45 sur laquelle viennent se souder les conducteurs tubulaires 41 à leur extrémité. La face 45 est ajourée en correspondance afin de présenter un orifice calibré en regard de chaque tube 41. Ainsi, le liquide de retroidissement est canalisé à l'intérieur du bloc foré vers les collecteurs coudés dont seule la branche horizontale 44, 44' est visible sur la figure 4a, la branche verticale sortant à la verticale de la base du bloc 43, 43' n'ayant pas été représentée. Le bloc foré 43, 43' présente à l'opposé de sa face antérieure 45 une excroissance en U légèrement coudée vers l'extérieur de la lingotière et formant un chevalet 46, 46'. Dans ce chevalet, vient se loger l'extrémité en méplat de barreaux en cuivre 48, 48', l'assemblage étant réalisé à l'aide de boulons de serrage traversiers 49, 49'. Ces barreaux 48, 48', ont une fonction de renvoi permettant de relier le bloc foré 43, 43' à un bus vertical 50, 50' également en cuivre. Une plaque de cuivre 51 réalise un pontage entre les deux bus 50 et 50', bouclant ainsi le circuit électrique rigide qui relie les deux barres de courant ll et ll' par leurs extrémités situées au voisinage de la petite face 4 de la lingotière. Des blocs chevalets analogues sont montés à l'autre extrémité des barres 11 et 11 ', au voisinage donc de l'autre petite face 4' (et de sa contreplaque 54), afin d'assurer la liaison électrique avec les arrivée et départ de courant depuis une alimentation en énergie électrique non représentée. On notera que les barreaux de renvoi 48, 48' et les bus verticaux associés 50, 50' sont refroidis eux aussi par une circulation intérieure d'eau dont les tubulures d'entrée/sortie 52, 53 sont montés sur le châssis 23 même de la lingotière. On notera aussi que les contreplaques en acier 54 As shown in FIGS. 4a and S. the copper block 43, 43 ′ also serves as an electrical connection end piece for the bars 11 and 11 ′. To this end, it offers a flat front face 45 on which the tubular conductors 41 are welded at their end. The face 45 is perforated in correspondence in order to present a calibrated orifice opposite each tube 41. Thus, the coolant is channeled inside the drilled block towards the bent manifolds of which only the horizontal branch 44, 44 'is visible in FIG. 4a, the vertical branch extending vertically from the base of the block 43, 43 ′ not having been shown. The drilled block 43, 43 ′ has, opposite its front face 45, a U-shaped projection slightly bent towards the outside of the ingot mold and forming an easel 46, 46 ′. In this easel, is housed the flat end of copper bars 48, 48 ', the assembly being carried out using transverse tightening bolts 49, 49'. These bars 48, 48 ′ have a return function making it possible to connect the drilled block 43, 43 ′ to a vertical bus 50, 50 ′ also made of copper. A copper plate 51 provides a bridge between the two buses 50 and 50 ', thus completing the rigid electrical circuit which connects the two current bars ll and ll' by their ends located in the vicinity of the small face 4 of the mold. Similar easel blocks are mounted at the other end of the bars 11 and 11 ′, therefore in the vicinity of the other small face 4 ′ (and of its plywood 54), in order to ensure the electrical connection with the arrival and departure of current from a power supply not shown. It will be noted that the return bars 48, 48 ′ and the associated vertical buses 50, 50 ′ are also cooled by an internal circulation of water, the inlet / outlet pipes 52, 53 of which are mounted on the chassis 23 itself. the ingot mold. It should also be noted that the steel plywoods 54
des petites faces 4, 4' peuvent faire office de culasses magnétiques complémentaires 34. small faces 4, 4 ′ can act as complementary magnetic yokes 34.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples de réalisation décrits ci-avant, mais qu'elle s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la It goes without saying that the invention cannot be limited to the embodiments described above, but that it extends to multiple variants or equivalents in the
mesure o est respectée sa définition telle que donnée par les revendications annexées. measure o is respected its definition as given by the appended claims.
9 28250409 2825040
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| Title |
|---|
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