LU87443A1 - Dispositif de coulee d'un metal dans une lingotiere de coulee continue - Google Patents

Description

Λ *7 Λ jk IX GRAND-D UCHÉ DE LUXEMBOURG

Brevet Ν° .8BL 4210

Monsieur le Ministre du J..î . A? § ?... l’Économie et des Classes Moyennes

Titra délivra Service de la Propriété Intellectuelle

i r î e LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention ..........................................................................................................................................- ( 1) L Requête

Centre de Recherches Métallurgiques-Centrum vqor Research ^ 2) in de Metallurgie, Association sans But lûcrâtïf-Vërëhigihg zonder winstoogmerk 47, rue Montoyer B-IÖ4Ö- BRUXELLES

...Représenté......par.........;.........1.,...1.,.........FREYLINGER.......& E........MEYERS,........Ing.........cons. en ( 3) P. I...............46 f rue du Cimetière LUXEMBOURG Mandataires déposent) ce.......Trente......et.......un......janvier.......mil....n.eu f.......cent.....quatre vingt......neu f ( 4) à .....1.5..·.0.0.......heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg: 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant: .....,rDispositif......"de.......coulée.......dTün.....métal'.......dans......une.......rîhgô'ifî'ê'fë...................................... ^ ..............de......coulée......continue".......................................................................................

frârCâlS^ 2. la description en langue....................................i*.........................................................................de l’invention en trois exemplaires; 3. ......................2...........................................planches de dessin, en trois exemplaires; 4. la quittance des taxes versées au Bureau de l'Enregistrement à Luxembourg, le 51.......j anvier......1989..........

5. la délégation de pouvoir, datée de............Bruxelles.......................................... je 26.......janvier 1989..........

6. le document d’ayant cause (autorisation); déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont): ( 6) NAVEAUPaul47, chaussée du Roi Albert 4430 ALLEUR Belgique

...WJ.LMQTTE.............Stéphan.............5..4..,........rue de la Loignerie__________4930.......CHAUDFONTAINE

_____ Belgique__ revendique(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de ( 7) ........................................brevet......d1 invention___________déposée(s) en (8) Belgique ........................................................................

je(9) ................ 3 février 1988 ________ __ sous le N° (10) 0 8 8 0 0129..................................................................................................................................................................................................................

au nom de (11) ...........Centre.....de......Recherches......Métallurgiques...............................................................................

élit(élisent) domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg.............................................................................

__ _________________46, rue du Cimetière_______________________ ß2) sollicitefnt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, avec ajournement de cette délivrance à ....................................................................................................................................................................................................mois. (13)

Le déposant / mandataire:/........................... ........fi................................................................................................................................................................................. (14) / 1 Π. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l'Économie et des Classes Moyennes, Service de îa Propriété Intellecj^eflSTfts^mbourg, en date du; 32 "janvier 1989 / \ » \ Pr. le Ministre de l’Econohufe et des Classes Moyennes, à......15..,.0.0 heures | g·’ 1 iMl.

1¾ ij? J Le chef du service« ,a propriété intellectuelle, V* <*?/.*/ f / -A/ - TV , EXPLICATIONS RELATIVES AU FORMULAIRETWETOT 1/ , ***** ~ -me* (1) s'il y a lieu "Demande de certificat d’addition au brevet principal, à la demande de brevet principal No.........du........... .”-(2) inscrire les nom, prénom, profession, adresse du demandeur, lorsque celui-ci est un particulier ou les dénomination sociale, forme juridique, adresse du siègq^ocial, lorsque le demandeur est une personne morale - (3) inscrire les nom. prénom, adresse du mandataire agréé, conseil en propriété industrielle, muni d'un pouvoir spécial, s'il y a lieu: "représenté par............agissant en qualité de mandataire" - (4) date de dépôt en toutes lettres - (5) titre de l’invention- (6) inscrire les noms, prénoms, adresses des inventeurs ou l’indication "(voir) désignation séparée (suivra)", lorsque la désignation se fait ou se fera dans un document séparé, ou encore l'indication "ne pas mentionner”, lorsque l’inventeursigne ou signera un document de non-mention à joindre à une désignation * BL 4210

Revendication de la priorité de la demande de brevet déposée en Belgique le 3 février 1988 No 08800129 Mémoire descriptif déposé à l'appui d'une demande de brevet d1 invention pour : "Dispositif de coulée d'un métal dans une lingotière de coulée continue"

Centre de Recherches Métallurgiques Centrum voor Research in de Metallurgie

Association sans but lucratif Vereniging zonder winstoogmerk 47, rue Montoyer 1040 BRUXELLES Belgique - 1 -

Dispositif de coulée d'un métal dans une lingot1ère de coulée continue.

La présente invention porte sur un dispositif de coulée d'un métal dans une lingotière de coulée continue.

On connaît l'intérêt du procédé de coulée avec une surchauffe proche 5 de 0 0C ou en phase pâteuse pour La coulée continue des métaux, en particulier de l'acier. La description qui va suivre fera d'ailleurs spécialement référence à la coulée continue de l'acier; ce choix n'a d'autre but que celui d'illustrer l'invention de manière concrète et n'exclut nullement la possibilité d'utiliser le dispositif proposé pour 10 opérer la coulée continue d'autres métaux.

Dans un tel procédé, l'acier subit un refroidissement limité entre le récipient de coulée, creuset, poche ou panier répartiteur, et La lingotière de coulée continue; Le refroidissement est mené de telle 15 sorte que l'acier, ayant une surchauffe normale (15 à 50 °C) dans le récipient de coulée, se trouve à une température proche de sa température de Liquidus ou comprise dans son intervalle de solidification lorsqu'il pénètre dans la lingotière. Dans ce dernier cas, il contient une fraction solidifiée dont l'importance varie en fonction £ i - 2 - > , du refroidissement appliqué et il présente dès lors un état pâteux. Le procédé de coulée avec une surchauffe proche de 0 0 C ou en phase pâteuse permet d'obtenir des structures fines et homogènes qui réduisent les ségrégations méso- et macroscopiques dans les produits 5 coulés.

On connaît déjà, notamment par le brevet LU-A-86.688, un dispositif destiné à refroidir de manière contrôlée le métal au cours de son trajet entre le récipient de coulée et la lingotière de coulée Ί0 continue. Ce dispositif connu comprend un conduit vertical pourvu extérieurement de moyens de refroidissement et disposé en amont de la lingotière, ainsi qu'un organe répartiteur disposé sensiblement à l'entrée de ce conduit. Dans ce dispositif, le conduit vertical présente au moins un tronçon convergent dans le sens de circulation 15 du métal.

Au cours des essais effectués avec ce dispositif, il est cependant apparu que la présence d'un conduit convergent conduisait à la formation d'une couche de métal solidifié, d'une épaisseur relativement 20 importante, sur la surface intérieure de ce conduit convergent. Cette couche de métal solidifié freine la transmission du flux de chaleur, ce qui favorise l'augmentation de l'épaisseur de cette couche et peut conduire au bouchage des passages prévus entre l'organe répartiteur et le conduit vertical.

25

La présente invention a pour objet de proposer un dispositif du type précité qui, grâce à une modification simple mais inattendue, permet de remédier à l'inconvénient qui vient d'être évoqué.

30 Conformément à la présente invention, un dispositif de coulée d'un métal dans une lingotière de coulée continue, qui comprend un conduit vertical extérieurement pourvu de moyens de refroidissement et disposé en amont de ladite lingotière par rapport au sens de circulation du métal ainsi qu'un organe répartiteur disposé sensiblement à l'entrée 35 dudit conduit, est caractérisé en ce que ledit conduit vertical présente une section de sortie égale ou supérieure à sa section d'entrée.

- 3 - * , i

Suivant une réalisation particulière du dispositif de l'invention, ledit conduit vertical présente une section intérieure constante sur toute sa longueur.

5 Suivant une autre réalisation particulière du dispositif de l'invention, ledit conduit vertical présente un profil intérieur tronconique divergent dans le sens de circulation du métal. Dans ce cas, l'angle d'inclinaison de la paroi intérieure dudit conduit par rapport à l'axe longitudinal du conduit n'est pas supérieur à *45 degrés et est de 10 préférence compris entre 3 degrés et 20 degrés.

Le conduit vertical est de préférence réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur, en particulier en cuivre.

15 Selon une caractéristique supplémentaire du dispositif de l'invention, ledit conduit vertical se prolonge par un élément tubulaire, en matériau réfractaire, pénétrant dans la lingotière et présentant une section plus grande que la section occupée par le métal, de manière à éviter le bouchage.

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Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe répartiteur est constitué par un plateau sensiblement horizontal; l'épaisseur dudit plateau diminue du centre vers les bords; il présente un contour . extérieur tel qu'il ménage au moins un passage entre le bord du 25 plateau et la paroi intérieure du conduit.

Toujours selon l'invention,le dispositif de coulée continue comporte en outre une coiffe montée sur l'extrémité d'entrée dudit conduit et percée d'une ouverture destinée à livrer passage à une busette de 30 coulée. Cette coiffe délimite une chambre située essentiellement au-dessus dudit organe répartiteur et dans laquelle on peut introduire un gaz protecteur par des moyens appropriés.

En service, le dispositif de l'invention fait partie d'une 35 installation comprenant également une poche ou un panier de coulée équipé d'une busette et d'une lingotière de coulée continue. Il est - 4 - monté entre d'une part la poche ou le panier de coulée et d'autre part La lingotière, de- telle façon que ladite busette débouche dans l'extrémité d'entrée du conduit vertical, au-dessus de l'organe répartiteur, et que l'extrémité de sortie du conduit vertical, respecti-5 vement de l'élément tubulaire qui le prolonge débouche dans ladite lingotière de coulée continue. Cet élément tubulaire peut être ou non immergé dans le métal présent dans la lingotière.

Suivant une modalité avantageuse de réalisation du dispositif de l'in-10 vention, ledit conduit vertical comporte un tronçon d'entrée dont au moins la surface intérieure est constituée d'un matériau réfractaire, et ledit organe répartiteur est disposé dans ce tronçon d'entrée.

Grâce à cette disposition perfectionnée, le métal s'écoulant de la 15 busette est dévié par l'organe répartiteur vers la paroi intérieure réfractaire dudit tronçon d'entrée. Cette paroi ne subit pas de dommage dû au flux de chaleur appliqué par le métal. Elle peut cependant subir une dégradation mécanique par érosion dans la zone d'impact du métal. ·* » 20

Dans le cadre de la présente invention, ce phénomène d'érosion peut être retardé en utilisant un matériau réfractaire qui présente une résistance élevée à l'érosion par le métal liquide.

25 Un autre moyen conforme à l'invention pour retarder l'érosion dudit tronçon réfractaire consiste à rendre l'organe répartiteur déplaçable verticalement en translation. Il est ainsi possible de modifier la position verticale de L'organe répartiteur par rapport au tronçon d'entrée réfractaire, soit entre deux opérations de coulée succes-30 sives, soit éventuellement au cours d'une opération de coulée. Cette caractéristique permet de répartir l'érosion sur au moins une partie de La longueur axiale dudit tronçon d'entrée réfractaire et d'en prolonger ainsi la durée de vie.

35 Dans tous les cas, le métal liquide dévié par l'organe répartiteur s'écoule, sans refroidissement sensible, le long de la partie infé-

, I

- 5 - rieure du tronçon d'entrée réfractaire, puis Le long du tronçon en cuivre où il subit Le refroidissement désiré.

SeLon une particuLarité intéressante, Le dispositif de L'invention 5 comprend des moyens pour insuffler un agent gazeux à L'intérieur dudit conduit vertical, en dessous de L'organe répartiteur.

Ces moyens sont avantageusement constitués par au moins un injecteur monté sur La face inférieure dudit organe répartiteur et raccordé à 10 une source appropriée d'un agent gazeux,celui-ci étant de préférence un gaz inerte tel que L'argon.

L'agent gazeux ainsi insufflé permet de rétablir La pression sous L'organe répartiteur et assure dès Lors une application correcte de La 15 couche mince de métaL contre La paroi intérieure du conduit vertical.

SeLon une autre particuLarité intéressante, un élément du conduit vertical, par exemple Le tronçon d'entrée en matériau réfractaire ou encore L'élément tronconique est pourvu de moyens destinés à imprimer un 20 mouvement de rotation au métal traversant Ledit tronçon.

Ces moyens sont avantageusement constitués par des inducteurs engendrant un champ électromagnétique tournant. Une mise en rotation par des moyens mécaniques est également possible.

25 L'objet de L'invention sera mieux compris à L'aide de La description qui suit d'une réalisation préférée du dispositif de L'invention, avec référence aux dessins annexés dans Lesquels La figure 1 représente une vue en élévation d'un dispositif de couLée en 30 coupe transversale; et La figure 2 illustre une variante dans Laquelle Le conduit verticaL se proLonge par un élément tubulaire pénétrant dans La Lingotière de coulée continue.

35 Dans ces figures, Les éLéments analogues sont désignés par Les mêmes repères numériques.

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La figure 1 montre, en élévation, un dispositif de coulée conforme à l'invention, monté entre une lingotière de coulée continue 1 et une poche ou un panier de coulée symbolisé par la busette 2. Un conduit tronconique divergent 3 en cuivre est monté sur la lingotière 1; ce 5 conduit est pourvu d'un refroidissement à l'eau schématisé par les flèches 4 et 5. A l'extrémité supérieure de ce conduit 3 est disposé un organe répartiteur sous la forme d'un plateau 6 dont l'épaisseur décroît du centre vers les bords. La forme de ce plateau est adaptée à celle de la section du conduit 3.

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Le conduit 3 est garni d'une coiffe 7, en matériau réfractaire, délimitant une chambre 8 au-dessus du plateau répartiteur 6. Cette coiffe est dotée, dans son couvercle, d'une ouverture dans laquelle s'engage la busette 2; la coiffe 7 est également pourvue d'un système 9 15 d'introduction d'un gaz sous pression dans la chambre 8. Un tel système d'introduction de gaz est bien connu en soi et n'est pas décrit en détail ici- *

La figure 2 illustre une variante du dispositif de l'invention, dans 20 laquelle le conduit vertical 3 se prolonge par un élément tubulaire 10 pénétrant à l'intérieur de la lingotière 1. Le cas échéant, l'extrémité inférieure de cet élément tubulaire 10 peut être immergée dans le métal qui se trouve dans la lingotière. Pour le reste, cette variante correspond entièrement à la représentation de la figure 1.

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Le mode de fonctionnement de ce dispositif est le suivant;

Le conduit 3 est monté sur la lingotière 1, puis le plateau répartiteur 6 et la coiffe 7 sont à leur tour mis en place. La poche ou le 30 panier de coulée, non représenté, est alors amené en position de façon à engager la busette 2 dans l'ouverture ménagée dans le couvercle de la coiffe 7. On ouvre la busette 2 et l'acier liquide surchauffé s'écoule à travers celle-ci sur le plateau répartiteur 6. En raison de l'inclinaison de la surface supérieure du plateau 6, l'acier s'écoule 35 vers La périphérie du plateau 6, puis à travers les passages ménagés entre les saillies de centrage du plateau.

* - 7 - L'acier Liquide ruisselle ainsi en une couche mince en s'étalant sur la paroi intérieure du conduit 3. Le refroidissement du conduit assure l'élimination de la surchauffe de l'acier et, si le refroidissement est très intense, provoque l'apparition d'une fraction solide qui rend 5 l'acier pâteux à son entrée dans la lingotière 1. L'introduction d'un gaz protecteur sous pression, par exempte de l'argon, dans la chambre 8 provoque une surpression dans cette chambre et empêche toute entrée d'air au contact de l'acier liquide..

10 Le dispositif de l'invention présente une grande surface d'échange thermique entre le conduit refroidi et l'acier liquide; la vitesse d'écoulement élevée de ce dernier le long de la paroi du conduit, permet d'atteindre une densité de flux de chaleur élevée. Il ne sortirait d'ailleurs pas du cadre de l'invention d'accroître cette 15 densité de flux en imprimant au conduit un mouvement de rotation autour de son axe.

Le dispositif de l'invention est simple, compact et robuste. Il présente une grande sécurité de fonctionnement, notamment en raison de 20 l'absence quasi totale de métal solidifié sur la paroi intérieure du conduit vertical divergent.

Claims (10)

1. Dispositif de coulée d'un métal dans une lingotière de coulée conti nue/ qui comprend un conduit vertical (3) extérieurement pourvu de moyens de refroidissement et disposé en amont de ladite lingotière (1) par rapport au sens de circulation du métal ainsi qu'un organe répar- 5 titeur (6) disposé sensiblement à l'entrée dudit conduit, caractérisé en ce que ledit conduit vertical présente une section de sortie égale ou supérieure à la section d'entrée.

2. Dispositif de coulée suivant la revendication 1, caractérisé en ce 10 que ledit conduit vertical (3) présente un profil- intérieur tron- conique divergent dans le sens de circulation du métal.

3. Dispositif de coulée suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de la paroi intérieure dudit conduit 15 vertical par rapport à l'axe longitudinal du conduit n'ést pas supérieur à 45 degrés et est de préférence compris entre 3 degrés et 20 degrés.

4. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 20 à 3, caractérisé en ce que ledit conduit vertical se prolonge par un élément tubulaire (10) pénétrant dans la lingotière.

5. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe répartiteur est constitué par un 25 plateau sensiblement horizontal, ledit plateau présentant une épaisseur diminuant du centre vers les bords et un contour tel qu'il ménage au moins un passage entre le bord du plateau et la paroi intérieure du conduit.

6. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une coiffe (7) montée sur l'extrémité d'entréedudit conduit et percée d'une ouverture destinée à livrer passage à une busette de coulée (2). /.. .. · » * s - 9 -

7. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit comporte un tronçon d'entrée dont au moins la surface intérieure est constituée d'un matériau réfractaire, et en ce que l'organe répartiteur est disposé dans ledit 5 tronçon d'entrée.

8. Dispositif de coulée suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe répartiteur est déplaçable verticalement en translation dans ledit tronçon d'entrée. 10

9. Dispositif de coulée suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour insuffler un agent gazeux à l'intérieur dudit conduit vertical, en dessous dudit organe répartiteur. 15

10. Dispositif de coulée suivant l’une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit conduit vertical est pourvu de moyens destinés à imprimer un mouvement de rotation au métal qui le traverse.