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Dispositif pour refroidir et agiter un metal pendant La couLee.
La présente invention concerne un dispositif pour simultanément re- froidir et agiter un metaL pendant la coulee, en particulier l'acier circulant entre une busette de coulée et une lingotière de coulée continue.
Pour fixer les idées, la description qui va suivre sera spécialement consacree ä la couLee continue de L'acier. IL faut cependant souligner que cette application particuliere n'a qu'une simple valeur d'exemple et que Le dispositif de L'invention peut être utilise dans Le cadre de tout procede de coulée, par exemple en moule ou en lingotière, et avec tout metaL depLaçabLe au moyen d'un champ eLectromagnetique.
IL est actueLLement bien connu qu'il est intéressant de couler L'acier avec une surchauffe proche de 0 0 C ou même en phase pâteuse. A cet ef-fet, L'acier quittant le recipient de coulée est refraidi soit jus-
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qu'à une--température 7proche de sa-température de -liiUi-düs"m-i"nean- moins supérieure ä celle-ci, soit jusqu'Åa une température comprisedans son intervalle de solidification. On assure ainsi au moins l'élimination de la surchauffe de L'acier, et eventuetlement l'apparition
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dans L'acier d'une fraction solidifiée dont l'importance dépend du refroidissemer. t appLique. Au moment où il pènètre dans la lingotière, l'acier presente ainsi un etat qui permet d'obtenir des structures fines et homogènes et de reduire Los segregations meso-et macroscopiques dans les produits conlés.
On connaît déjà, notamment par le brevet LU-A-86 688 un dispositif de coulee d'un métal tel que L'acier en phase päteuse. Ce dispositif connu comprend essentiellement un conduit vertical exterieurement pourvu de moyens de refroidissement, un organe repartiteur situe sensiblement ä L'entree du conduit vertical et éventueLlement un ou plusieurs inducteurs entourant un tronçon réfractaire precedant Le conduit vertical. Dans ce dispositif connu, Les moyens de refroidissement et Les inducteurs, ou plus généralement les moyens d'agitation du métal sont distincts, ce qui entraîne un encombrement important de L'appareil de couLee et ce qui ne permet pas de soumettre un meme volume de métal simultanément ä l'agitation et au refroidissement.
En outre, Les inducteurs sont éloignés du metaL coule, ce qui limite Le degre d'agitation que L'on peut atteindre avec ce dispositif.
La presente invention propose de remedier ä ces inconvénients en révélant un dispositif particuLier permettant de realiser simultanement un refroidissement contrôlé et une agitation efficace du-mEtal pendant la coulee.
Conformément ä La presente invention, un dispositif de couLee d'un metaL comportant un conduit vertical pourvu de moyens de refroidissement et de moyens d'agitation du métal pendant la ccul ée et un organe de repartition du metaL situé sensibLement Åa L'entree dudit conduit vertical, est caracterise en ce que Lesdits moyens de refroidissement sont situes entierement dans la paroi dudit conduit vertical et ä proximite immediate de La surface intérieure de ladite paroi, et en ce que la surface intèrieure de ladite paroi est revêtue d'une mince couche d'un matériau réfractaire résistant à l'érosion.
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cpmDrennent une piuraLite d$tubesOTAe ieTtAssuivant La-dicLec-ti-on comprennent une-o-1 --longitudinale dudit conduit vertical et repartissuivaht La périphérie interieure dudit conduit vertical, Lesdits tubes etant parcourus par
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un-Li-quide de refroidissement qui-es-t-de-per & nceL'eau.---
Suivant une caractéristique suppLémentaire du dispositif de l'invention, lesdits moyens de refroidissement comprennent en outre une pluralité de chambres menagees dans La paroi dudit conduit verticaL, paraLLeLement auxdits tubes Longitudinaux et communiquant chacune avec Le volume intérieur d'au moins un desdits tubes par des passages repartis suivant la longueur dudit conduit vertical.
Lesdits tubes Longitudinaux ont de preference une face avant, c'est- à-dire une face tournee vers l'intérieur dudit conduit vertical, in- curvée de façon ä constituer une surface cylindrique. Cette surface cylindrique peut etre discontinue si les tubes ne sont pas jointifs ; dans ce cas, Ladite surface cylindrique est avantageusement complétée par des eLements appropriés, qui maintiennent l'écartement desdits tubes. Ces eLements peuvent être réalisés par exemple en un beton refractaire, afin d'assurer en outre L'indépendance thermique desdits tubes.
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Suivant une autre reaLisation interessante du dispositif de l'invention, Lesdits tubes longitudinaux sont réalisés en un matériau bon conducteur de l'électricité et iLs sont raccordes Åa une source de courant électrique de facon à engendrer un champ électromagnétique tournant à l'intèrieur du conduit vertical.
Dans ce cas, les eLements d'ecartement disposes entre Lesdits tubes seront reaLises en un matériau électriquement isolant, afin de preserver en outre la séparation électrique de ces tubes.
EgaTement selon une caractéristique intéressante, la mince couche de matériauréfractairerecouvrantlasurfaceintérieureduditconduit vertical presente une epaisseur qui ne depasse pas 5 mm, afin de rap-
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procher autant que possible L'acier a refroidir de La surface des -- ---- -tubes de refroidissement.
D'autres particuLarités et avantages de l'invention apparaîtront a - ---- -- - La Lecture de la description detaiLLee qui est donnee ci-dessous ä titre d'exemple. Cette description porte sur une réalisation préférée du dispositif de l'invention, qui est illustrée par les dessins annexes, dans lesquels La figure 1 montre une vue generale, partieLLement en coupe, d'une instaLLation de coulee comportant un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 représente une coupe transversale ä travers un dispositif de refroidissement conforme ä L'invention, montrant La disposition circonférentielle des moyens de refroidissement ;
et La figure 3 iLLustre, en deux demi-coupes Longitudinales, la disposition radiale et LongitudinaLe des moyens de refroidissement dans
Le dispositif de L'invention.
Les figures 1 à 3 precitees constituent evidemment des representations schematiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments directement necessaires ä la comprehension de L'invention.
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Ces eLem & rrts-identiques-ou anaLogues sont -en outre designes par [es memes reperes numeriques dans toutes Les figures.
[) ans La figure'), a LaqueLLe iL est ä present fait reference, on a représenté, partiellement en coupe, une instaLLation de coulée d'un type connu en soi, utilisé notamment pour La couLee continue de L'acier en phase pateuse. Cette installation comprend une lingotière de couLee continue 1, une busette de coulée 2 équipant un recipient de
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couLee qui n'est pas autrement représenté, et un dispositif intermédiaire de refroidissement qui comporte notamment un conduit ver-tical 3, un organe r- & partiteur4et un eLement tubuLalre-5. L ;'orga & e=re-= partiteur 4 intercepte le jet d'acier s'écoulant de la busette ut il Le distribue sur La surface intérieure du conduit vertical 3.
Dans la figure 1, L'organe repartiteur 4 est represente à l'extérieur du
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conduit vertical 3, par souci de clarté dans Le dessin, parce que Le ondm'tverticaL"5 est vu en eTevtTon. Test cLair que cet organe 10 répartiteur est de preference situe Åa L'interieur dudit conduit vertical, sensiblement à L'entree de celui-ci, pour assurer au mieux la repartition desirée de L'acier coulé. L'élément tubutaire 5 prolonge Le conduit vertical 3 vers Le bas et son extremite inteneure
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peut être immergee dans l'acier qui se trouve dans La Lingotiere 1.
L'eLement tubulaire 5 est represente ici avec un profil LongitudinaL convergent ; iL va de soi que, comme cela est bien connu, cet eLement tubulaire pourrait etre cylindrique ou divergent ou encore presenter
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un profil LongitudinaL quelconque, sans aLterer La portee de La presente invention.
Le conduit vertical 3 presente une structure particulière qui constitue L'objet de La presente invention. Cette structure particu- Lisere est iLLustreepar Les figures 2 et 3. ELLe permet de procéder soit uniquement au refroidissement soit simultanément au refroidissement et à L'agitation de l'acier.
En se référant à la figure 2, qui représente une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de La figure 3, on voit que Le conduit vertical 3 comprend un corps cylindrique 6 dont La surface intérieure est pourvue
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d'e, nc-oehe-s-UongitudinaLes 7 separees-pr-des-dHs-8. Les encoehes-7- sont de preference equidistantes, de même Largeur circonferentieLLe et de même profondeur radiaLe La tete des dents 8 presente une surface courbe qui est une portion de La surface cylindrique intérieure initiale du conduit vertical 3. En face de chacune de ces encoches 7 est dispose un tube longitudinal 9, ayant une section transversale généralement trapezoidale délimitée par deux parois LateraLes radiales et deux parois courbes, respectivement avant et arriere.
Chaque tube 9 prend appui par les bords Longitudinaux de sa face arrière, sur la tête des dents 8 délimitant l'encothe 7 correspondante. Ladite face aLmere de chaque tube 9 est percée de trous 10, répartis sur la Longueur du tube 9, qui font communiquer L'interieur du tube 9 avec L'encoche 7.
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Les faces courbes, avant et arrière, des tubes 9 sont des portions de cylindres coaxiaux au conduit vertical 3, Les faces arri-e're-ayaTTt-
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---- -- --en outre une courbure egale Åa La courbure de La surface cylindrique formee par La tête des dents 8.
Les faces avant des tubes 9 forment ainsi une surface cylindrique discontinue. Des blocs d'ecartement 11 sont Loges entre Les tubes 9, ä hauteur de leurs faces avant, afin de maintenir L'ecartement desire entre ces tubes, de completer La surface cylindrique 12 formee par Lesdites faces avant et éventuellement d'assurer L'independance ther-
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mique des tubes 9.
Enfin, une gaine 13, en materiau réfractaire, de faible epaisseur, est appLiquee sur La surface cylindrique 12. Le matériau réfractaire constituant la gaine 13 doit presenter une resistance mecanique élevée, car L'épaisseur de La gaine n'est de préférence pas supérieure ä 5 mm, afin de ne pas reduire sensiblement L'efficacite du refroidissement. A cet effet, Le materiau refractaire de la gaine 13 presente avantageusement une bonne conductibilité thermique ainsi qu'une résistance élevée au choc thermique. On peut notamment utiliser un matériau refractaire constitue d'alumine (Al2O3), de magnésie (MgO), de nitrure de bore (SN) et/ou de zircone (Zr 02).
La gaine 13 peut être constituee par un tube mince, que L'on pose par frettage sur Ladite surface cylindrique. IL ne sortirait cependant pas du cadre de L'invention que cette gaine soit realisee par tout autre moyen connu en soi, par exemple par projection ou mouLage en place.
A l'interieur des tubes 9, sont disposés des barreaux allongés 14 appLiques a La face arriere des tubes et perces de passages 15 qui prolongent Les trous 10. Ces barreaux 14, dont deux seulement sont representes, occupent une partie de La section intérieure des tubes 9, en Laissant Libre, dans chaque tube, un canal 16 Longeant intérieurement la face avant et eventueLLement les faces LateraLes. Le Liquide de refroidissement est ainsi oblige de circuler Le Long de ces faces et donc de les refroidr efficacement. Ces barreaux 14 peuvent
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evidemment avoir une section quelconque, Leur role etant, comme on vient de L'indiquer, de rendre Le refroidissement de La face avant des tubes 9 aussi efficace que possible.
Les barreaux 14 sont avantageusement en matiere plastique, tant pour faciliter leur collage que pour éviter les risques de corrosion La figure 3 montre une coupe Longitudinale du conduit vertical 3, prise suivant la ligne brisee 3-0-3'de La figure 2.
La moitie gauche de la figure 3 correspondant Åa La demi-coupe 3-0,
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montre La disposition des bLocs d'ecartement 11 par rapport Åa La gaine refractaire 13 et au corps 6 du conduit verticaL.
La moitie droite de La figure 3, qui correspond Åa La demi-coupe 0-3', montre La gaine refractaire 13 de faible épaisseur, appliquee sur la face avant 12 d'un tube 9. Immédiatement derrière cette face avant 12 et La Longeant sur toute la hauteur du conduit vertical 3, se trouve un canal 16 qui communique par des passages 15 menages dans un barreau 14 et par des trous 10 perces dans la face arriere du tube 9, avec une encoche 7 taillée dans Le corps 6 du conduit vertical 3.
Les encoches 7 communiquent avec une chambre annulaire 17, situee au bas du conduit vertical 3, qui est elle-même raccordée à un système.
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- --- d'alimentation 18 en liquide de refroidissement. A La partie superieure du conduit vertical 3, les canaux 16 debouchent dans une seconde chambre annulaire 19, qui est raccordée un systeme d'evacuation 20 du liquide de refroidissement.
Sans sortir du cadre de L'invention, Le dispositif iLLustre dans les figures 2 et 3 peut etre modifie de facon à pouvoir assurer egaLement L'agitation de l'acier coule.
A cet effet, Le corps 6 est realise-en un empilement de tôles d'un
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matenau ferromagnétique, par exmpLen acfer,"et"Le-tübes 9 sont fabriqués en ure matériau bon conducteur de l'électricité, en particulier en cuivre. Aux plages d'appui des tubes 9 sur les dents 8,
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on interpose un isolant electrique 21 approprié, et Les bLocs d'ecartetnent Jja-insi que La aij-) erefractaire 13 sont constitues d'un matériau éLectr1uement- isoLant. Les tubes 9 sont raccordes-aux-poTes'd'une source de courant électrique de facon ä produire un champ eLectromagne-tique-tournant-dan-s-Le passage central du conduit-ver-tical 3.
Le dispositif de l'invention fonctionne de La façon suivante.
L'acier s'ecoulant de La busette 2 est devie par L'organe repartiteur 4 de façon à former une mince couche ruisselant Le long de La gaine réfractaire 13, à L'interieur du conduit vertical 3.
Un Liquide de refroidissement sous pression, habituellement L'eau, est introduit dans La chambre annulaire inferieure 17, d'où il gagne Les encoches 7 puis Les canaux 16, par Les trous 10 et Les passages 15.
Ces canaux 16 de refroidissement sont tres proches de L'acier qui ruisselle Le long de La gaine 13. Le refroidissement de l'acier est efficace et peut etre aisément controLe.
Dans Les cas oü Les tubes 9 sont raccordes a une source de courant électrique, la face avant 12 des tubes de L'inducteur est tres proche de L'acier ruisseLant Le Long de La gaine 13, de sorte que cet acier peut être mis en mouvement au moyen d'une faible quantite d'energie électrique.
Dans Les deux cas, L'eau quittant Les canaux de refroidissement 16 est recueiLLie dans La chambre annulaire superieure 19 d'où elle est evacuee par le systeme 20. Apres refroidissement approprié, cette eau peut d'ailleurs être recycLee dans Le système d'alimentation 17, 18.
La faible distance separant La face avant des tubes refroidisseurs et L'acier permet d'atteindre üne plus grande efficacite de refroidissement. =--
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De plus, La faibLe distance entre Les tubes de L'inducteur et L'acier, - -- ---- - --- ---------- -ainsi que La présence d'une culasse magnetique-feuilletée, autour des conducteurs 9 permet d'atteindre un niveau d'induction plus élevé dans L'acier. Il en résulte un couple transmis plus important, et par consequent des taux de cisaillement plus élevés et ainsiune meilleure fluidité de l'acier coulé, même à l'état partiellement solidifiè.