LU88034A1 - Procédé de brassage électromagnétique en coulée continue - Google Patents

Description

REVENDICATION DE LA PRIORITE de la demande de brevet / du modèle d'utilité Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de

BREVET D'INVENTION au

Luxembourg au nom de: CENTREM S.A. 18, rue J.P.Brasseur L-1258 Luxembourg pour: "Procédé de brassage électromagnétique en coulée continue"

PROCEDE DE BRASSAGE ELECTROMAGNETIQUE EN COULEE CONTINUE

Il est bien connu d'effectuer un brassage électromagnétique en coulée continue afin d'obtenir une plus grande régularité du métal coulé tant en ce qui concerne son état de surface que ses propriétés internes telles que ségrégations et retassures. C'est ainsi qu'il a déjà été proposé de brasser le métal soit dans la lingotière elle-même soit dans différents endroits en-dessous de la lingotière. Le point d'emplacement exact des différents inducteurs réalisant le brassage dépend de la vitesse de coulée, de la section de coulée ainsi que de la qualité du métal à traiter.

On connaît jusqu'à présent deux principaux types de brasseurs : a. le brasseur rotatif qui entoure d'une manière aussi symétrique que possible le métal coulé ou à couler, comme décrit dans la demande de brevet française No. 2 279 500. b. le brasseur linéaire directionnel qui agit en principe parallèlement au flux de métal, comme décrit dans Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung Vol. 25, No. 7, 1987, p. 676-681 "Electromagnetic Stirring using Voest-Alpine Pulsators on the Donawitz Continuous Bloom Caster".

Ce dernier type peut agir sur une seule face du métal coulé, soit sur deux faces diamétralement opposées, soit même sur les quatre faces du métal.

Il a également déjà été proposé d'utiliser ce dernier type d'inducteur linéaire en lui imposant des pulsations destinées à imposer un brassage supplémentaire au métal à traiter.

Il a été également proposé de soumettre le métal à traiter à des inducteurs ayant une composante hélicoïdale destinée à entraîner vers le haut des inclusions contenues dans le métal liquide (voir le document français 2 426 516).

Il a été enfin prévu de combiner les différents types de brasseurs et de brassage de manière à cumuler ou atténuer leur effet. S'il est vrai que les diverses techniques employées jusqu'à présent ont contribué notablement à améliorer la qualité interne et externe des produits coulés en continu il n'en reste pas moins vrai que les différents types de brasseurs utilisés entraînent souvent des inconvénients non négligeables en ce qui concerne la qualité interne et externe des métaux coulés.

Il a en effet été constaté que les brasseurs tant rotatifs que linéaires utilisés aussi bien dans la lingotière elle-même qu'en-dessous de la lingotière créaient dans le métal à traiter des mouvements favorisant, à un certain moment, la création de défauts tels que des lignes blanches ou détériorant la structure interne au niveau de la ségrégation centrale.

La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des procédés de brassage actuellement utilisés grâce à un nouveau type de procédés particulièrement simple et efficace.

Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un procédé de brassage du métal liquide en cours de coulée continue, selon lequel on établit dans le métal un champ d'induction électromagnétique tournant dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de coulée au moyen d'un ou de plusieurs inducteurs disposés autour du courant de métal, caractérisé en ce que les bobines des inducteurs sont alimentées en courant alternatif de manière à créer dans le métal une ou plusieurs zones de rotation dont les centres de rotation sont désaxés par rapport à l'axe du courant. Ce brassage désaxé permet de réaliser un mélange plus uniforme dans le centre de la coulée en comparaison aux brassages connus qui font tourner le métal autour du centre sans y effectuer un brassage suffisant ou concentrent même des ségrégations, des inclusions et des retassures dans le centre.

Selon un premier mode d'exécution, on crée une zone de rotation qui s'étend du bord du courant de métal jusqu'au-delà de son centre.

Selon un autre mode d'exécution, on crée deux zones de rotation juxtaposées à sens opposés de rotation, chacune s'étendant du bord du courant jusqu'au centre.

Selon un troisième mode d'exécution, on prévoit une alimentation circulaire cyclique de l'inducteur pour imposer à chaque zone de rotation, dans son ensemble, un mouvement de gravitation autour de l'axe du courant de métal.

Tous ces modes d'exécution sont également applicables à un brassage électromagnétique dans une lingotière refroidie ronde, carrée ou rectangulaire en faisant tourner le métal à côté ou autour de la busette.

Selon un quatrième mode d'exécution, on effectue le brassage électromagnétique dans une lingotière à section carrée ou rectangulaire avec une busette centrale immergée qui est caractérisée en ce qu'on engendre quatre zones de rotation distinctes dans les quatre quadrants de la section de la lingotière. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description de quelques modes d'exécution avantageux, présentés ci-dessous, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un premier mode d'exécution d'un brassage électromagnétique selon la présente invention ; la figure 1a illustre schématiquement un second mode d'exécution du brassage électromagnétique ; la figure 1b représente un graphique symbolisant les séquences d'excitation des bobines de l'inducteur pour le mode d'exécution selon la figure 1a ; la figure 2 illustre schématiquement une variante du mode d'exécution selon la figure 1 ; la figure 2a illustre schématiquement une variante du mode d'exécution selon la figure 1a ; la figure 2b représente un graphique illustrant les séquences d'excitation des bobines de l'inducteur pour le mode d'exécution selon la figure 2a ; la figure 3 représente schématiquement l'alimentation électrique de l'inducteur à 6 bobines et la figure 4 illustre schématiquement un troisième mode d'exécution.

La référence 10 sur les figures représente schématiquement une section horizontale à travers, soit une lingotière, soit une billet te ou un bloom en cours de coulée continue à partir d'une lingotière non montrée. La référence 10 désigne donc, d'une façon générale, un courant vertical cylindrique, carré ou rectangulaire de métal en fusion et en cours de solidification à partir de sa périphérie. La référence 12 désigne un inducteur électromagnétique connu en soi. Cet inducteur peut être constitué par une cage annulaire en une ou plusieurs pièces entourant la coulée de métal 10 et contenant plusieurs, en l'occurrence 6 bobines, numérotées de 1 à 6 et pouvant être excitées sélectivement pour induire un champ électromagnétique dans le métal en fusion.

Alors que jusqu'à présent les 6 bobines ont été excitées de manière cyclique, l'une à la suite de l'autre, pour engendrer dans le métal 10 un mouvement de rotation coaxial à l'axe de coulée, la présente invention propose la création d'un mouvement de rotation désaxé par rapport à l'axe de coulée. Dans le mode d'exécution selon la figure 1, on crée une zone de rotation 14 qui se situe essentiellement dans une moitié de la section du courant de métal 10, ou s'étend légèrement au-delà de 1'axe central. Pour créer, par exemple, la zone de rotation 14 représentée sur la figure 1 et tournant dans le sens des flèches, on n'excite que les trois bobines se trouvant à droite et ceci de manière cyclique suivant la séquence 6-5-4-6-5-4 etc.

Dans le mode d'exécution représenté sur la figure 1a, on crée dans le courant de métal 10 deux zones de rotation juxtaposées 14 et 16 en engendrant la zone 14 comme dans le cas de la figure 1 par les bobines 4, 5, 6 et en y ajoutant l'action des bobines 1, 2, 3 pour créer la zone de rotation 16. Les bobines 1, 2, 3 sont excitées de manière à créer un champ magnétique ayant une direction contraire à celle du champ magnétique créé par les bobines 6, 5 et 4 de sorte que les deux champs magnétiques qui se rencontrent sensiblement dans l'axe principal du métal créent deux zones de rotation 14 et 16 tournant en sens opposé.

Les six bobines schématisées sur les figures peuvent faire partie d'un même inducteur annulaire ou être divisées en deux groupes de bobines appartenant à deux inducteurs différents. Il est également possible de prévoir un plus grand ou un plus petit nombre de bobines.

La figure 2 représente un mode d'exécution avantageux, selon lequel on surimpose au brassage classique à mouvement rotatif coaxial le brassage désaxé selon la figure 1. Autrement dit, on impose à la zone de rotation 14 de la figure 1, dans son ensemble, un mouvement giratoire autour de l'axe de la coulée, ce qui est symbolisé par la flèche 18 sur la figure 2.

La zone de rotation 14 telle que représentée sur la figure 2 est engendrée par la séquence d'excitation des bobines 1-6-5. Autrement dit, pour faire tourner la zone 14 de la figure 1 autour de l'axe de la coulée, dans le sens de la flèche 18 en passant à la position de la figure 2 de la zone de rotation 14, il suffit d'actionner les bobines suivant la séquence suivante : (6-5-4)-(1-6-5)- (2-1-6) et ainsi de suite.

Au lieu de faire tourner la zone de rotation 14 dans le sens des aiguilles d'une montre, il est également possible de la faire tourner dans le sens contraire en excitant cycliquement les bobines suivant une séquence inverse à celle mentionnée ci-dessus.

Les trois graphiques de la figure 1b illustrent schématiquement les séquences d'excitation des bobines pour le mode d'exécution de la figure 1a tandis que ceux de la figure 2b illustrent l'excitation des bobines dans le mode d'exécution de la figure 2a.

En ordonnée, on a associé les bobines aux trois phases du système d'alimentation. Dans le cas représenté sur les figures 1a, 1b et 2a, 2b, l'alimentation se fait par des systèmes triphasés. Mais il est également possible d'utiliser des courants polyphasés, par exemple à six phases, alimentant 6 bobines. Dans ce cas, un brasseur comporte 12 bobines au total. Du côté du bobinage, il est possible de choisir le nombre de paires de pôles, de créer le champ magnétique par des bobines sur pôles saillants (comme représenté) ou par des bobines disposées dans des encoches. Le graphique (fig. 1b et 2b) montre des blocs noirs (sens positif) et des blocs blancs (sens négatif). Ces blocs représentent les valeurs instantanées des courants traversant les bobines associées à cette phase pour un moment choisi. Pour l'instant t = 0, par exemple, la phase reliée aux bobines 1 et 6 est à son maximum dans le sens positif tandis que les deux autres phases, avec les bobines 2 et 5, resp. 3 et 4, sont à moitié de la valeur maximale mais dans le sens négatif. Les valeurs instantanées varient suivant une sinusoïde, et après 120° la phase reliée aux bobines 2 et 5 est à son maximum positif tandis que 1, 6 et resp. 3, 4 sont à moitié négatif etc. C'est ainsi qu'on crée un champ magnétique glissant qui se déplace de 6 à 5, de 5 à 4 (1 à 2, de 2 à 3) puis recommence à 6.

Si l'on veut obtenir le mouvement de rotation 18 de la fig. 2a superposé aux champs glissants, on changera, après un temps X qui dépend de la vitesse de rotation 18 souhaitée, l'association des bobines avec les phases suivant les fig. 2b. Par cette mesure, les champs glissants tournent autour du centre du métal coulé. On a donc deux mouvements superposés.

La vitesse de rotation dépendra, notamment, de 1'emplacement de l'inducteur dans l'installation de coulée, ainsi que de la fréquence utilisée. Cette vitesse peut varier entre 20 et 500 tours/minute.

La fréquence dépendra également de l'emplacement du ou des inducteurs. C'est ainsi que le ou les inducteurs situés au niveau de la lingotière travailleront principalement dans le domaine des basses fréquences (2 à 10 herz) susceptibles de traverser les parois de la lingotière en cuivre, alors que les inducteurs situés en-dessous de la lingotière pourront travailler à des fréquences plus élevées comprises par exemple entre 10 et 70 herz.

Il est également possible d'imposer aux deux mouvements giratoires et rotatifs décrits ci-dessus un mouvement hélicoïdal dans le métal à traiter, en donnant, par exemple, au bobinage une asymétrie induisant dans le métal un tel mouvement hélicoïdal ou en décalant, l'une par rapport à l'autre dans le sens vertical, les diverses pièces polaires du ou des inducteurs.

On constate donc de ce qui précède, que le procédé de brassage selon l'invention permet de réaliser d'une manière particulièrement simple et efficace tous les mouvements exigés par une coulée continue moderne aux exigences qualificatives les plus sévères.

Les bobines sont normalement alimentées en courant triphasé, mais il n'est pas exclu de les alimenter en courant biphasé, l'emploi de brasseurs polyphasés, donc supérieur à 3 phases, étant également possible.

Il existe de nombreuses possibilités d'alimentation et de commande des différents types de brasseurs et de bobines. La figure 3 représente, à titre d'exemple non limitatif, une alimentation particulièrement simple en triphasé, des 6 bobines d'un brasseur à mouvement rotatif et giratoire surimposé. La référence A représente l'alimentation triphasée, la référence C un changeur de fréquence, la référence R un système d'encodage pour la commande des séquences d'excitation des bobines, par exemple selon les graphiques des figures 1b et 2b et la référence B les 6 bobines 1 à 6.

La figure 4 illustre schématiquement un procédé de brassage électromagnétique selon la présente invention dans une lingotière 20 de section carrée, refroidie à l'eau et avec une busette immergée 22. La busette immergée 22 peut être protégée de la corrosion par les laitiers de couverture par la mise en oeuvre des moyens enseignés par le brevet luxembourgeois 82001. A chacun des quatre coins de la lingotière 20, sont prévues deux bobines B appartenant, toutes les huit, à un ou plusieurs inducteurs. L'alimentation des bobines B se fait dans ce cas en courant biphasé et permet d'obtenir quatre champs magnétiques tournants engendrant les quatre zones de rotation 24 dans les quatre quadrants de la section de la lingotière 20. Ces zones de rotation 24 dans le métal évitent l'entraînement du laitier de couverture par l'aspiration souvent néfaste obtenue en employant un inducteur circonférentiel qui engendre un puissant mouvement du bain de métal autour de la busette immergée 22. L'invention a été décrite à titre d'illustration en référence à une coulée verticale. Elle peut toutefois être appliquée, avec les mêmes avantages, à une coulée oblique, voire horizontale. L'invention peut s'appliquer à la coulée continue de tous les métaux connus tels que l'acier, l'aliminium, le cuivre, etc. L'un des avantages de l'invention résulte du fait qu'elle permet en général le maintien des inducteurs déjà installés dont il suffit de modifier ou de remplacer 1'alimentation électrique.

Claims (6)

1 . Procédé de brassage de métal liquide en cours de coulée continue, selon lequel on établit dans le métal un champ d'induction électromagnétique tournant dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de coulée au moyen d'un ou de plusieurs inducteurs disposés autour du courant de métal, caractérisé en ce que les bobines des inducteurs sont alimentées en courant alternatif de manière à créer dans le métal une ou plusieurs zones de rotation dont les centres de rotation sont désaxés par rapport à l'axe du courant de métal.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée une zone de rotation (14) qui s'étend du bord du courant de métal jusqu'au-delà de son centre.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée deux zones de rotation juxtaposées (14, 16) à sens de rotation opposés, chacune s'étendant du bord du courant jusqu'au centre. .

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit une alimentation cyclique des bobines de l'inducteur pour imposer à chaque zone de rotation (14 et/ou 16), dans son ensemble, un mouvement de gravitation autour de l'axe du courant de métal.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on crée les zones de rotation autour d'une busette immergée dans une lingotière refroidie.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le brassage électromagnétique dans une lingotière (20) à section carrée, avec une busette centrale immergée (22), caractérisée en ce que l'on engendre quatre zones de rotation distinctes (24) dans les quatre quadrants de la section de la lingotière (20).