WO1981002990A1 - Dispositif de coulee continue de barres et d'ebauches de tubes metalliques et procede pour la mise en oeuvre de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de coulee continue de barres et d'ebauches de tubes metalliques et procede pour la mise en oeuvre de ce dispositif Download PDF

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WO1981002990A1
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axis
blank
liquid metal
inductor
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M Mola
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Creusot Loirevallourec
M Mola
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    • B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/146—Plants for continuous casting for inclined casting

Definitions

  • Ge process although it allows to obtain hollow blanks, having a very good surface condition in the raw state of casting, however, has the disadvantage of requiring to bend at 180 ° the trajectory of the blank to out of the mold, then straighten this path, then extend it vertically.
  • the device and the method which are the subject of the invention relate to the production by continuous casting of bars and tube blanks. They relate in the most general way to solid bars and blanks of metal tubes of all types, but apply more particularly to the manufacture of blanks of steel tubes of very different shades.
  • French patent n ° 78 01761 describes a process which makes it possible to obtain, by continuous casting, hollow metallic blanks having an excellent internal and external surface condition.
  • This process consists in introducing the liquid metal into a continuous casting mold of circular section, with a substantially vertical axis, the side wall of which is cooled, then in extracting the blank being solidified at the bottom of the mold along a curved path. so that, after passing through a low point, this blank progressively rises to a level at least equal to that of the surface of the liquid metal in the mold, and is cut off above this level.
  • the quality of the tube blank obtained results from the combined action of two sets of electromagnetic inductors.
  • a first set is distributed annularly around the axis of the mold in the area where the metal is poured and when it begins to solidify in contact with the wall of this mold.
  • This assembly is supplied with low frequency alternating current, so as to cause a rotation of the liquid metal in the flow in a manner known to those skilled in the art.
  • a second assembly is arranged around the blank in the zone where the latter, after having passed through a low point, is reached by raising a level close to that of the liquid metal in the mold.
  • This second set of electromagnetic inductors is distributed annularly around the blank whose periphery is solidified, but which
  • the device for the continuous casting of bars or blanks of tubes according to the invention comprises:
  • this mold comprising an opening for introducing liquid metal at the upper end, and a partially solidified metal extraction opening at the lower end,
  • - means for cooling the mold - electromagnetic means for driving the molten metal in rotation in the mold, comprising inductor poles whose windings are supplied with polyphase current at low frequency, and arranged around the axis of the mold, so as to create a rotating field capable of rotating the liquid metal, at least one inductor pole having an individual magnetomotor force different from the individual magnetomotive force of one or more other inductor poles, thus creating an asymmetry with respect to the axis of the mold, of the forces to which the liquid metal is subjected,
  • the means for extracting and guiding the blank are arranged along a curved trajectory with a concavity turned upwards, which has a low point, then rises so as to reach a level corresponding substantially to the average level of the surface of the liquid metal in the mold, the trajectory then being made substantially rectilinear and forming an angle with respect to the horizontal of between 5 and 25 °; in the vicinity of this level, around the trajectory of the blank, there is a second set of electromagnetic means for driving in rotation of the liquid metal, comprising inductor poles whose windings are supplied with polyphase current at a frequency significantly higher than that of the current which feeds the inductor poles of the assembly arranged around the axis of the mold, so as to create a rotating field capable of rotating a liquid metal, at least one inductor pole having an individual magnetomotor force different from the individual magnetomotor force of one or more other inducing poles, thus creating an asymmetry,
  • the invention also relates to a process for the continuous casting of bars or blanks of tubes in which the device which is the subject of the invention is used, and the magnetomotive forces of the inductive poles arranged around the tube are adjusted asymmetrically.
  • axis of the mold so that the surface of the molten metal inside the mold takes on an equilibrium profile of substantially parabolic section whose axis of symmetry is close to the axis of the mold.
  • the extraction, guiding and cooling means are adjusted in a manner known to those skilled in the art, so as to make the blank traverse a trajectory during which it gradually solidifies, then is cut in a known manner. Preferably, this trajectory generally joins the horizontal.
  • this blank comprises a liquid axial zone whose diameter is at least equal to the diameter inside of the blank of the tube which it is proposed to produce.
  • the magnetomotive forces of the inductive poles of the second electromagnetic rotational drive assembly are adjusted asymmetrically, so that the molten metal begins to rotate rapidly inside the blank, creating in the axial zone a well of relatively large length, the liquid walls of this well reaching a substantially symmetrical equilibrium profile with respect to an axis close to that of the blank.
  • Figure 1 shows in section the device according to the invention applied to the production of tube blanks.
  • FIG. 2 is a more detailed view of the casting mold shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is a view of the mold entrance of Figure 2 along the XY axis.
  • a mold (1) of circular cross section has an interior wall (2), for example of copper, behind which extends an annular space (3) in which, by means known per se, creating a circulation of water intended to cool the wall (2).
  • Inside the mold (1) are arranged with a determined angular offset of the inductors (4) supplied by a low frequency current, for example between 4 and 12 Hz.
  • the inductors are arranged at l inside the mold in the space (3) and are thus themselves cooled by the water which circulates therein.
  • the mold is inclined so that its longitudinal axis forms with the horizontal an angle between about 30 ° and 60o; in the case of the figure, this angle is approximately 45 °.
  • This mold is supplied with liquid metal from a distributor (5).
  • This metal steel for example, cools against the wall (2) of the mold and a circular section blank emerges at the bottom of the mold.
  • This blank is extracted continuously by means of guide rollers (9) along a curved path.
  • the installation also comprises, in a conventional manner, secondary cooling means by spraying with water, not shown, in the casting path, as well as means for extracting the blank and discharging it.
  • the electromagnetic fields created by the inductors cause the liquid metal inside the mold to rotate about the longitudinal axis with the formation of a meniscus (10).
  • a meniscus 10
  • we introduced, according to the invention, an asymmetry in these magnetomotor forces by increasing the individual magnetomotor force created by at least one inductor pole in the upper zone with respect to the axis of the mold, by means of the individual magnetomotive force created by at least one inductor pole in the lower zone.
  • the asymmetry which it is necessary to establish in the magnetomotor forces depends on many factors: inclination of the axis of the mold, internal dimensions of the mold, physical properties of the metal or of the liquid alloy which is poured, characteristics of the electromagnetic circuits used, nature and frequency of the currents.
  • FIG. 2 shows in more detail, a casting mold similar to that of Figure 1.
  • This copper mold (14) has a double wall inside which a hollow space (15) is traversed by cooling water introduced in (16) and discharged in (17).
  • the longitudinal axis of this XY mold is inclined relative to the horizontal at an angle ⁇ equal to 45 °.
  • a nozzle (25) is crossed by a stream of liquid metal (26) coming from a distributor not shown.
  • This nozzle is substantially vertical as shown in Figure 2, and it is arranged so that the jet of liquid metal (27) strikes the surface (24) of the metal in rotation inside the mold at a point preferably offset by relative to the axis and chosen as a function of the direction of rotation imposed on the liquid metal by the rotating field, so as to give this metal an additional impulse.
  • the point of impact of the jet preferably strikes the liquid metal at a distance from the axis of the mold of between approximately half and three quarters of the radius.
  • the jet (27) of liquid metal strikes the surface of the metal in the area to the left of the axis and the rotating field is established so as to drive the liquid metal in the direction of the arrow.
  • the upper pole (19) provides the greatest magnetomotive force and, moreover, as shown in the figures, it comprises, in the vicinity of the entrance to the mold, an additional winding (20) which increases the magnetomotive force in this area.
  • the lower pole (21) provides the weakest magnetomotor force, while the two lateral poles (22) and (23) each provide an average magnetomotive force intermediate between the two extremes.
  • the ratio between the maximum and minimum values of the magnetomotive force is generally adjusted between 2 and 10, depending on the operating conditions.
  • the adjustment of these magnetomotive forces is obtained in a manner known to those skilled in the art by varying in one or more poles, either the intensity of the current, or the number of turns traversed by the current, or even the direction of the current in a part of the turns. In the case of FIGS. 2 and 3, for an internal diameter of the mold of approximately 140 mm, and a two-phase current supply at the frequency of 4 Hz, the ratio of the maximum and minimum magnetomotor forces is 8.
  • the extraction and guiding means which comprise series of rollers such as (9) are arranged along a curved path with concavity turned upwards, and whose radius of curvature is generally 5 to 10 m so as to cancel the slope of descent of the blank, then to make it reach a constant slope of rise, near the mean level of the liquid metal surface in the mold, having an angle of about 5 to 25 ° with respect to the horizontal.
  • the speed of liquid metal feed, the extraction speed and the cooling conditions of the blank along its trajectory, are adjusted so that, when the preform reaches a level corresponding to that of the liquid metal in the mold, the section of the still liquid metal in the axial zone of the preform, has a diameter close to the diam inside of the hollow blank we want to get.
  • a second set of electromagnetic means (11) disposed around the trajectory of the blank creates a rotating field which causes the liquid metal to rotate rapidly inside the blank. with the formation of a kind of well (12).
  • a polyphase current with a frequency between 50 and 300 Hz.
  • the invention can be applied in particular not only to the production of round bars, but also to that of bars of very varied sections, solid or hollow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Il comporte un moule de coulee continue (1) incline par rapport a l'horizontale au niveau duquel des moyens electromagnetiques (4) dissymetriques, alimentes en courant polyphase, permettent de faire tourner le metal liquide autour de l'axe du moule. Dans le cas de la coulee d'ebauches de tubes, l'ebauche extraite du moule est courbee puis ramene au niveau du moule, suivant une trajectoire inclinee, d'autres moyens electromagnetiques (11) mettant alors en rotation le metal encore liquide dans la zone axiale de facon a former un puits dont l'axe de symetrie se confond avec celui de l'ebauche. Application a la fabrication d'ebauches de tubes d'acier.

Description

comporte encore une zone liquide importante au voisinage de l'axe. Il est alimenté en courant alternatif à une fréquence beaucoup plus élevée que le premier,de façon à provoquer une rotation rapide du métal liquide, qui forme, dans la zone axiale encore liquide de l'ébauche, un puits allongé de section sensiblement parabolique. L'ébauche étant extraite de façon continue, on obtient ainsi, grâce à la rotation rapide du métal encore liquide contre la paroi interne, une solidification de ce métal sur cette paroi interne de l'ébauche de façon extrêmement régulière qui confère à celle-ci un excellent état de surface et un grain très fin.
Ge procédé, bien qu'il permette d'obtenir ainsi des ébauches creuses, présentant un très bon état de surface à l'état brut de coulée, a cependant l'inconvénient de nécessiter de courber à 180° la trajectoire de l'ébauche à la sortie du moule, puis de redresser cette trajectoire, puis de la prolonger ensuite verticalement.
On conçoit que de telles déformations successives le long de la trajectoire d'une ébauche qui comporte une paroi mince solidifiée, mais dont le coeur est liquide, nécessite un rayon de courbure élevé, qui est fonction de la section de cette ébauche, et des moyens de guidage très précis pour éviter une fissuration de la paroi. De plus, les moyens de refroidissement doivent être réglés avec une grande précision pour éviter, soit les ruptures de paroi trop mince, soit au contraire les surêpaisseurs qui accroissent les contraintes auxquelles sont soumis les moyens de guidage. Par ailleurs, ce dispositif nécessite un espace vertical important au-dessous du moule. Cet espace est au moins égal à la distance verticale entre l'extrémité inférieure du moule et le point bas de la trajectoire de l'ébauche, et dépend donc de la section de celle-ci.
Dans le cas de l'exemple donné dans le FR 78 01761, pour une ébauche cylindrique de 223 mm de diamètre, le rayon de courbure est déjà de 4 m, et pour des produits de plus forte section on pourra atteindre des rayons de 10 m ou davantage.
On a donc recherché la possibilité de réaliser un dispositif de coulée continue d'ébauches de tubes ne nécessitant pas d'espace vertical important disponible au-dessous du moule de coulée et permettant de limiter considérablement la courbure imposée à l'ébauche à sa sortie de ce moule, et tout le long de sa trajectoire ultérieure. DISPOSITIF DE COULEE CONTINUE DE BARRES ET D'EBAUCHES DE TUBES METALLIQUES ET PROCEDE POUR LA MISE EN OEUVRE
DE CE DISPOSITIF
Le dispositif et le procédé qui font l'objet de l'invention concernent la fabrication par coulée continue de barres et d'ébauches de tubes. Ils concernent de la façon la plus générale les barres pleines et les ébauches de tubes métalliques de tous types, mais s'appliquent plus particulièrement à la fabrication d'ébauches de tubes en acier de nuances très diverses.
Dans le cas des ébauches de tubes, le dispositif et le procédé s'appliquent le plus souvent à la réalisation d'ébauches de section circulaire. Dans le cas des barres, ce dispositif et ce procédé s'appliquent à la réalisation de sectionsdroites non nécessairement circulaires.
Le brevet français n°78 01761 décrit un procédé qui permet d'obtenir, par coulée continue, des ébauches métalliques creuses présentant un excellent état de surface interne et externe. Ce procédé consiste à introduire le métal liquide dans un moule de coulée continue de section circulaire, à axe sensiblement vertical, dont la paroi latérale est refroidie, puis à extraire l'ébauche en cours de solidification à la partie inférieure du moule selon une trajectoire courbe de façon que, après être passée par un point bas, cette ébauche remonte progressivement jusqu'à un niveau au moins égal à celui de la surface du métal liquide dans le moule, et soit tronçonnée au-dessus de ce niveau. Dans ce procédé, la qualité de l'ébauche de tube obtenue résulte de l'action combinée de deux ensembles d'inducteurs électromagnétiques. Un premier ensemble est réparti de façon annulaire autour de l'axe du moule dans la zone de coulée du métal et de début de solidification de celui-ci au contact de la paroi de ce moule. Cet ensemble est alimenté en courant alternatif à basse fréquence, de façon à provoquer une rotation du métal liquide dans le coule de façon connue de l'homme de l'art.
Un deuxième ensemble est disposé autour de l'ébauche dans la zone où celle-ci, après être passée par un point bas, atteint en remontant un niveau voisin de celui du métal liquide dans le moule. Ce deuxième ensemble d'inducteurs électromagnétiques est réparti de façon annulaire autour de l'ébauche dont la périphérie est solidifiée, mais qui Le dispositif de coulée continue de barres ou d'ébauches de tubes suivant l'invention comprend :
- un moule de coulée continue dont l'axe longitudinal est incliné par rapport à l'horizontale suivant un angle compris entre environ 30° et 60°, ce moule comportant une ouverture d'introduction du métal liquide à l'extrémité supérieure, et une ouverture d'extraction du métal partiellement solidifié à l'extrémité inférieure,
- des moyens d'introduction du métal liquide,
- des moyens de refroidissement du moule, - des moyens électromagnétiques d'entraînement en rotation du métal liquide dans le moule, comprenant des pôles inducteurs dont les enroulements sont alimentés en courant polyphasé à basse fréquence, et disposés autour de l'axe du moule, de façon a créer un champ tournant capable d'entraîner en rotation le métal liquide, au moins un pôle inducteur ayant une force magnétomotrice individuelle différente de la force magnétomotrice individuelle d'un ou plusieurs autres pôles inducteurs, créant ainsi une dissymëtrie par rapport à l'axe du moule, des forces auxquelles est soumis le métal liquide,
- des moyens d'extraction et de guidage du métal coulé partiellement solidifié à partir de l'ouverture d'extraction du moule,
- des moyens de refroidissement permettant d'obtenir la solidification progressive du métal coulé.
Dans le cas où le dispositif suivant l'invention est appliqué à la coulée d'ébauches de tubes, les moyens d'extraction et de guidage de l'ébauche, sont disposés le long d'une trajectoire courbe à concavité tournée vers le haut, qui comporte un point bas, puis remonte de façon à rejoindre un niveau correspondant sensiblement au niveau moyen de la surface du métal liquide dans le moule, la trajectoire étant alors rendue sensiblement rectiligne et formant un angle par rapport à l'horizontale compris entre 5 et 25° ; on dispose au voisinage de ce niveau, autour de la trajectoire de l'ébauche, un deuxième ensemble de moyens électromagnétiques d'entraînement en rotation du métal liquide, comprenant des pôles inducteurs dont les enroulements sont alimentés en courant polyphasé à fréquence nettement supérieure à celle du courant qui alimente les pôles inducteurs de l'ensemble disposé autour de l'axe du moule, de façon à créer un champ tournant capable d'entraîner en rotation un métal liquide, au moins un pôle inducteur ayant une force magnétomotrice individuelle différente de la force magnétomotrice individuelle d'un ou plusieurs autres pôles inducteurs, créant ainsi une dissymêtrie, par rapport à la trajectoire de l'ébauche, des forces auxquelles est soumis le métal liquide.
L'invention concerne également un procédé de coulée continue de barres ou d'ébauches de tubes dans lequel on utilise le dispositif qui fait l'objet de l'invention, et on ajuste de façon dissymétrique les forces magnétomotrices des pôles inducteurs disposés autour de l'axe du moule, de façon que la surface du métal liquide en rotation à l'intérieur du moule prenne un profil d'équilibre de section sensiblement parabolique dont l'axe de symétrie est voisin de l'axe du moule. Dans le cas de la coulée de barres pleines, les moyens d'extraction, de guidage et de refroidissement, sont réglés de façon connue de l'homme de l'art, de manière à faire parcourir à l'ébauche une trajectoire au cours de laquelle elle se solidifie progressivement, puis est ensuite tronçonnée de façon connue. De façon préférentielle, cette trajectoire rejoint généralement l'horizontale.
Dans le cas où le procédé suivant l'invention est appliqué à la coulée d'ébauches de tubes, on règle la vitesse d'alimentation du moule en métal liquide, la vitesse d'extraction, et les conditions de refroidissement de l'ébauche le long de la trajectoire courbe qu'elle parcourt dé façon que, lorsque l'ébauche atteint un niveau voisin de celui de la surface du métal liquide dans le moule, cette ébauche com porte une zone axiale liquide dont le diamètre est au moins égal au diamètre intérieur de l'ébauche du tube qu'on se propose de réaliser. De plus, on ajuste de façon dissymétrique les forces magnétomotrices des pôles inducteurs du deuxième ensemble électromagnétique d'entraînement en rotation, de façon que le métal liquide se mette en rotation rapide à l'intérieur de l'ébauche, en créant dans la zone axiale un puits de longueur relativement importante, les parois liquides de ce puits atteignant un profil d'équilibre sensiblement symétrique par rapport a un axe voisin de celui de l'ébauche.
La description et les figures ci-après, permettent de mieux comprendre de façon non limitative, les caractéristiques du dispositif et du procédé qui font l'objet de l'invention. La figure 1 représente en coupe le dispositif suivant l'invention appliqué à la réalisation d'ébauches de tubes.
La figure 2 est une vue plus détaillée du moule de coulée représenté figure 1.
La figure 3 est une vue de l'entrée du moule de la figure 2 suivant l'axe XY.
Comme le montre la figure 1, un moule (1) de section circulaire, comporte une paroi intérieure (2), par exemple en cuivre, derrière laquelle s'étend un espace annulaire (3) dans lequel, par des moyens en soi connus, on crée une circulation d'eau destinée à refroidir la paroi (2). A l'intérieur du moule (1) sont disposés avec un décalage angulaire déterminé des inducteurs (4) alimentés par un courant à basse fréquence, par exemple comprise entre 4 et 12 Hz. Dans l'exemple représenté, les inducteurs sont disposés à l'intérieur du moule dans l'espace (3) et sont ainsi eux-mêmes refroidis par l'eau qui y circule. Le moule est incliné de telle manière que son axe longitudinal forme avec l'horizontale un angle compris entre environ 30° et 60º ; dans le cas de la figure, cet angle est d'environ 45°.
Ce moule est alimenté en métal liquide à partir d'un répartiteur (5). Ce-métal, de l'acier par exemple, se refroidit contre la paroi (2) du moule et une ébauche de section circulaire sort à la partie inférieure du moule. Cette ébauche est extraite de façon continue par l'intermédiaire de galets (9) de guidage selon un trajet courbe. L'installation comprend en outre de manière conventionnelle, des moyens de refroidissement secondaires par pulvérisation d'eau, non représentés, dans le trajet de coulée, ainsi que des moyens pour extraire l'ébauche et l'évacuer.
Les champs électromagnétiques créés par les inducteurs provoquent dans le métal liquide à 1'intérieur du moule une rotation autour de l'axe longitudinal avec formation d'un ménisque (10). L'expérience ayant montré qu'il n'est pas possible d'obtenir un ménisque stable et symétrique par rapport à l'axe en utilisant un ensemble d'inducteurs présentant des forces magnétomotrices équilibrées, à cause de l'inclinaison du moule, on a introduit, suivant l'invention, une dissymétrie dans ces forces magnétomotrices, en augmentant la force magnétomotrice individuelle créée par au moins un pôle inducteur dans la zone supérieure par rapport à l'axe du moule, par ranport à la force magnétomotrice individuelle créée par au moins un pôle inducteur dans la zone inférieure.
Pour compenser ainsi la composante transversale de la force de la pesanteur par rapport à l'axe du moule, la dissymétrie qu'il convient d'établir dans les forces magnétomotrices, dépend de nombreux facteurs : inclinaison de l'axe du moule, dimensions intérieures du moule, propriétés physiques du métal ou de l'alliage liquide qui est coulé, caractéristiques des circuits électromagnétiques utilisés, nature et fréquence des courants.
La figure 2 représente de façon plus détaillée, un moule de coulée analogue à celui de la figure 1. Ce moule en cuivre (14) comporte une double paroi à l'intérieur de laquelle un espace creux (15) est parcouru par de l'eau de refroidissement introduite en (16) et évacuée en (17). L'axe longitudinal de ce moule XY est incliné par rapport à l'horizontale suivant un angleαégal à 45°. Une busette (25) est traversée par un courant de métal liquide (26) issu d'un répartiteur non représenté . Cette busette est sensiblement verticale comme le montre la figure 2, et elle est disposés de façon que le jet de métal liquide (27) frappe la surface (24) du métal en rotation à l'intérieur du moule en un point de préférence décalé par rapport à l'axe et choisi en fonction du sens de rotation imposé au métal liquide par le champ tournant, de façon à donner à ce métal une impulsion supplémentaire. Une telle impulsion est d'autant plus efficace que le point d'impact du jet est proche de la paroi du moule. On doit cependant éviter que le métal liquide à haute température frappe le moule, ce qui risquerait de l'endommager. Dans la pratique, le point d'impact du jet frappe de préférence le métal liquide à une distance de l'axe du moule comprise entre environ la moitié et les trois quarts du rayon. Comme le montre la figure 3, le jet (27) de métal liquide frappe la surface du métal dans la zone située à gauche de l'axe et le champ tournant est établi de façon à entraîner le métal liquide dans le sens de la flèche.
On voit donc que l'impact du jet contribue effectivement à accélérer la rotation du liquide. L'extrémité (18) du moule dans la zone située au-dessous de l'axe, est prolongée pour éviter les déversements de métal liquide à l'extérieur en cas de coupure de l'entraînement magnétique.
Comme le montrent les figures 2 et 3, 4 pôles inducteurs alimentés en courant diphasé, sont disposés dans la double paroi du moule.
Le pôle supérieur (19) fournit la force magnétomotrice la plus grande et, de plus, comme le montrent les figures, il comporte au voisinage de l'entrée du moule, un enroulement supplémentaire (20) qui accroît la force magnétomotrice dans cette zone. Le pôle inférieur (21) fournit la force magnétomotrice la plus faible, tandis que les deux pôles latéraux (22) et (23) fournissent chacun une force magnétomotrice moyenne intermédiaire entre les deux extrêmes. Le rapport entre les valeurs maximale et minimale de la force magnétomotrice est généralement ajusté entre 2 et 10, suivant les conditions opératoires. L'ajustement de ces forces magnétomotrices est obtenu de façon connue de l'homme de l'art en faisant varier dans un ou plusieurs pôles, soit l'intensité du courant, soit le nombre de spires parcourues par le courant, soit encore le sens du courant dans une partie des spires. Dans le cas des figures 2 et 3, pour un diamètre intérieur du moule d'environ 140 mm, et une alimentation en courant diphasé à la fréquence de 4 Hz, le rapport des forces magnétomotrices maximale et minimale est de 8.
Comme le montre la figure 1, lorsque le dispositif suivant l'invention est utilisé pour la production d'ébauches creuses, les moyens d'extraction et de guidage qui comportent des séries de galets tels que (9) sont disposés suivant une trajectoire courbe à concavité tournée vers le haut, et dont le rayon de courbure est généralement de 5 à 10 m de façon à annuler la pente de descente de l'ébauche, puis à lui faire atteindre une pente de montée constante, au voisinage du niveau moyen de la surface du métal liquide dans "le moulé, présentant un angle d'environ 5 à 25° par rapport à l'horizontale. La vitesse d'alimentation en métal liquide, la vitesse d'extraction et les conditions de refroidissement de l'ébauche le long de sa trajectoire, sont réglées de façon que, au moment où l'ébauche atteint un niveau correspondant à celui du métal liquide dans le moule, la section du métal encore liquide dans la zone axiale de l'ébauche, ait un diamètre voisin du diamètre intérieur de l'ébauche creuse qu'on veut obtenir. A ce niveau, comme le montre la figure 1, un deuxième ensemble de moyens électromagnétiques (11) disposé autour de la trajectoire de l'ébauche, crée un champ tournant qui provoque à l'intérieur de l'ébauche une rotation rapide du métal liquide avec formation d'une sorte de puits (12).
Pour obtenir de bons résultats, il est nécessaire d'établir à ce niveau un champ tournant beaucoup plus rapide que celui qui est établi autour du moule de coulée. Dans ce but, on utilise de préférence un courant polyphasé à fréquence comprise entre 50 et 300 Hz. Dans le cas de cet exemple, pour une pente de montée de 15°, et dans le cas d'une ébauche d'environ 140 mm de diamètre, on a utilisé un ensemble de 3 pôles inducteurs (11) disposés autour de l'ébauche, et alimentés en courant triphasé à une fréquence de 200 Hz. Il est également nécessaire à ce niveau, pour permettre l'obtention d'un puits de métal liquide stable et symétrique par rapport à l'axe de l'ébauche, d'introduire une dissymëtrie importante entre les forces magnétomotrices produites dans la zone inférieure située au-dessous de l'axe de l'ébauche, et dans la zone supérieure située audessus de cet axe. Pour y parvenir, on a disposé les 3 pôles inducteurs de façon que l'un d'eux soit dans la zone inférieure, son axe étant sensiblement à la verticale de l'axe de l'ébauche, et les 2 autres pôles étant dans la zone supérieure. De plus, la force magnétomotrice individuelle du pôle inférieur a été calculée de façon à être 3 fois plus faible que celle de chacun des 2 autres pôles. Dans ces conditions, on a constaté effectivement la formation d'un puits de métal liquide dont la profondeur, mesurée parallèlement à l'axe de l'ébauche, est nettement supérieure au diamètre. Les parois liquides de ce puits, ont une section suivant un plan passant par l'axe de l'ébauche sensiblement parabolique, l'axe de la parabole étant pratiquement confondu avec celui de l'ébauche.
Le mouvement de rotation rapide du métal liquide à ce niveau, et la dissymétrie des forces magnétomotrices qui permet de compenser les effets de la pesanteur, permettent d'égaliser la surface interne de la paroi solide de l'ébauche et d'obtenir ainsi une ébauche creuse dont les parois internes présentent une grande régularité d'épaisseur et un excellent état de surface. Au-delà de l'ensemble électromagnétique (11), et après solidification complète, des moyens connus de tronçonnage (13) permettent de couper l'ébauche en tronçons de la longueur désirée. De très nombreux modes de réalisation du dispositif suivant l'invention et du procédé de mise en oeuvre de celui-ci, peuvent être envisagés.
L'invention peut s'appliquer en particulier non seulement à la production de barres rondes, mais encore à celle de barres de sections très variées, pleines ou creuses.

Claims

REVENDICATIONS DE BREVET
1. Dispositif de coulée continue de barres ou d'ébauches de tubes caractérisé en ce qu'il comprend :
- un moule (1) de coulée continue dont l'axe longitudinal est incliné par rapport à l'horizontale suivant un angle compris entre environ 30° et 60°, une ouverture d'introduction du métal liquide à l'extrémité supérieure du moule, et une ouverture d'extraction du métal partiellement solidifié à l'extrémité inférieure.
- des moyens d'introduction (5) du métal liquide dans le moule,
- des moyens de refroidissement (3) du moule, - des moyens électromagnétiques (4) d'entraînement en rotation du métal liquide dans le moule, comprenant des pôles inducteurs dont les enroulements sont alimentés en courant polyphasé à basse fréquence, et disposés autour de l'axe du moule, de façon à créer un champ tournant capable d'entraîner en rotation le métal liquide, au moins un pôle inducteur (21) ayant une force magnétomotrice individuelle différente de la force magnétomotrice individuelle d'un ou plusieurs autres pôles inducteurs (22) , créant ainsi une dissymétrie par rapport à l'axe du moule des forces auxquelles est soumis le métal liquide,
- des moyens d'extraction et de guidage du métal coulé, partiellement solidifié, à partir de l'ouverture d'extraction du moule, - des moyens de refroidissement permettant d'obtenir la solidification progressive du métal coulé.
2. Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que la dissymétrie des forces magnétomotrices est obtenue en augmentant la force magnétomotrice individuelle produite par au moins un pôle inducteur (19, 20), dans la zone supérieure par rapport à l'axe du moule, par rapport à la force magnétomotrice individuelle produite par au moins un pôle inducteur (21) dans la zone inférieure.
3. Dispositif suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence du courant polyphasé est comprise encre 4 et 12 Hz.
4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, appliqué à la production d'ébauches de tubes, caractérisé en ce que des mostens d'extraction et de guidage (9) de l'ébauche sont disposés à partir de l'ouverture d'extraction du moule le long d'une trajectoire courbe, à concavité tournée vers le haut, qui comporte un point bas puis remonte de façon à rejoindre un niveau correspondant sensiblement à celui du métal liquide dans le moule, la trajectoire étant alors rendue sensiblement rectiligne et formant un angle par rapport à l'horizontale compris entre 5 et 25°.
5. Dispositif suivant revendication 4, caractérisé en ce que, à un niveau voisin de celui du métal liquide dans le moule, on dispose autour de la trajectoire montante de l'ébauche, un deuxième ensemble de moyens électromagnétiques (11) d'entraînement en rotation du métal liquide, comprenant des pôles inducteurs dont les enroulements sont alimentés en courant polyphasé, à fréquence nettement supérieure à celle du courant qui alimente les pôles inducteurs de l'ensemble disposé autour de l'axe du moule, de façon à créer un champ tournant capable d'entraîner en rotation le métal liquide, au moins un pôle inducteur ayant une force magnétomotrice individuelle différente de la force magnétomotrice individuelle d'un ou plusieurs autres pôles inducteurs, créant ainsi une dissymêtrie, par rapport à la trajectoire de l'ébauche, des forces auxquelles est soumis le métal liquide.
6. Dispositif suivant revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence du courant polyphasé est comprise entre 50 et 300 Hz.
7. Dispositif suivant revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que au moins un pôle inducteur du deuxième ensemble de moyens électromagnétiques, disposé dans la zone supérieure par rapport à la trajectoire de l'ébauche, produit une force magnétomotrice individuelle plus grande que la force magnétomotrice individuelle produite par au moins un pôle inducteur dans la zone inférieure.
8. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la dissymêtrie des forces magnétomotrices des moyens électromagnétiques disposés autour de l'axe du moule de coulée continue, est ajustée de façon que la surface du métal liquide (10,24) en rotation à l'intérieur du moule prenne un profil d'équilibre, de section sensiblement parabolique,dont l'axe de symétrie est voisin de l ' axe du moule.
9. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la dissymétrie des forces magnétomotrices est ajustée de façon que la surface du métal liquide (12) en rotation à l'intérieur des parois solides de l'ébauche prenne un profil d'équilibre sensiblement symétrique par rapport à un axe voisin de celui de l'ébauche.
PCT/FR1981/000051 1980-04-15 1981-04-14 Dispositif de coulee continue de barres et d'ebauches de tubes metalliques et procede pour la mise en oeuvre de ce dispositif WO1981002990A1 (fr)

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