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Procédé de coulée continue de barres métalliques sans fin.
L'invention concerne un procédé de coulée continue de barres métalliques sans fin, particulièrement en alliages sensibles à la ségrégation.
Parmi les propositions connues, relatives à la coulée continue de métaux, qui ont uonné des résultats, on peut re-connaître, pendant ces dernières années, deux tendances distinctes qui diffèrent l'une de l'autre essentiellementpar le mode d'évacuation de la chaleur de la matière coulée. Suivant la première tendance on utilise un moule refroidi relativement long, dans lequel la matière coulée se solidifie complètement avant de quitter le moule. L'évacuation de la chaleur s'opère dans ce cas essentiellement à travers la paroi intérieure du moule, donc dans une direction orientée perpendiculairement à l'axe de la barrede longueur illimitée.
La seconde tendance vise à effectuer l'évacuation de la chaleur dans une direction parallèle à l'axe de la barre sans fin.
A cet effet on a employé des moules relativement courts dans lesquels les zones périphériques seulesde la matière coulée se solidi-- fiaient, de sorte que la barre sans fin sortant du moule était constituée par une croûte périphérique solidifiée entourant un noyau encore liquide.
Les deux procédés qui utilisent donc, d'une part, un moule de grande longueur et, d'autre part, un moule de faible longueur, ont chacun leurs avantages et leurs défauts. Il est évident, sans plus, qu'avec l'évacuation de la chaleur, telle qu'elle se produit dans le moule de faible longueur, à savoir, dans le sens de l'avancement de la barre sans fin, il se produit une solidification qui s'établit, en quelque sorte, en couches superposées horizontales. Donc, si l'on coule de cette manière les alliages qui ont ordinairement une tendance à la ségrégation, on enlève à la matière coulée la possibilité de la ségrégation, et la barre sans fin solidi- fiée ne présente alors, sur toute sa section transversale, aucune différence de concentration,'ou seulement de faibles différences de concentration.
Par contre, dans le cas d'emploi de longues coquilles, dans lesquelles l'évacuation de la chaleur se produit perpendiculairement à la direction d'avancement de la barre sans fin, il peut se produire, dans le cas de coulée d'alliages ayant tendance à la ségrégation, les phénomènes que l'o,n rencontre aussi dans la coulée usuelle en coquilles fermées par le bas, à savoir, des différences de concentration notables entre les zones périphériques et le centre du lingot ou de la barre. (On peut natu- @
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rellement prévoir des mesures permettant ce diminuer la ségrégation, mais en principe la différenciation qui vient d'être etablie entre les deux procédés est exacte).
Or, la coquille de faible longueur présente, d'autre part, le défaut que, par suite du refroidissement brusque, des tensions peuvent naître dans la barre solidifiée, qui dépassent la rosistance du métal à la traction. Par suite de ces tensions la barre solidifiée présente des fissures et des crevasses ou fentes qui rendent son utilisation ultérieure impossible. Ces phénomènes se manifestent non seulement avec les métaux ou alliages sensibles aux fissures thermiques, mais aussi avec ceux qui ne présentent ordinairement pas cette sensibilité, à savoir, dans le cas de la coulée de barres de sections transversales relativement grandes.
Or, une augmentation de la section transversale de -la barre sans fin peut être désirable , rien que dans l'intérêt d'un accroissement du rendement de la coulée, par exemple.
La presente invention a pour but de réunir ou de combiner les avantages des deux procédés susmentionnés, sans devoir accepter leurs défauts. On y arrive en mettant la hauteur du moule, sa section transversale, la vitesse de coulée et le refroidissement dans une concordance telle que la matière coulée se solidifie, sur toute sa section transversale, encore à l'intérieur du moule mais directement avant sa sortie de ce dernier, c'est-à-dire autant que possible suivant une surface de transition plane et perpendiculaire à l'axe de la barre sans fin entre la phase solide et la.
phase liquide, et qu'immédiatement après sa'sortie du moule la matière coulée est refroidie, par sa mise en contact direct a.vec un milieu réfrigérant, à une température au-dessous de laquelle il ne peut pas se produire des phénomènes d'élimination ou de ségrégation ou de séparation, de transformation ou été revenu.
Donc, suivant l'invention une importance essentielle s'attache au réglage dirige ou coordonné de la solidification de manière qu'elle s'achève seulement peu avant la sortie de la barre sans fin de la coquille. Le procédé suivant l'invention n'exige donc, généralement, pas de moules de grande longueur, mais seulement des moules d'une longueur relativement faible.
Toutefois ce n'est pas la hauteur absolue du moule qui compte, mais seulement sa hauteur qui est effectivement utilisée au point de vue de la technique de la coulée, de sorte que le procédé suivant l'invention peut être exécuté aussi dans des moules d'une hauteur constructive relativement grande.
Suivant la seconde caractéristique ue l'invention, la barre métallique sans fin pleine ou creuse, solidifiée sur toute sa section transversale est amenée, après sa sortie du moule, par un refroidissement direct, donc, par exemple, par une mise en contact immédiat avec de l'eau, rapidement de la température de solidification à uhe température tellement basse qu'il ne puisse pas se produire de phénomènes d'élimination, de ségrégation, ou de séparation, de transformation ou de revenu, qui pourraient être désavantageux pour le traitement ulterieur du produit coule.
Il faut savoir que dans la coulée de barres sans fin usuellement pratiquée jusqu'à présent, maints alliages qui sont aussi bien sensibles à la formation de fissures thermiques qu'enclins à la ségrégation donnaient lieu a une difficulté considérable : eu egard à sa sensibilité à la formation de fissures thermiques, la barre sans fin ne devait être refroidie que d'une manière relativement lente. Avec un moule de grande longueur ceci a lieu dans une mesure suffisante, en soi, alors que dans le cas de moules de faible longueur on était astreint à ne pas appliquer
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le refroidissement direct à la barre sans fin immédiatement après sa sortie du moule, au contraire, on ne pouvait le faire qu'à une certaine distance du moule.
Dans les deux cas cela laissait le temps à la matière coulée d'être affectée par le phénomène dit ségrégation inverse des lingots : la surface de la barre présentait des particules ressuées ou exsudées d'un constituant à bas point de fusion de la matière coulée qui donnent à la dite surface un mauvais aspect et gênent en outre sensiblement le traitement ultérieur.
Ce phénomène est supprimé par le procédé suivant l'invention. Mais l'avantage essentiel de l'invention réside en ce que, désormais, tous les métaux et alliages, entrant pratiquement en question pour la coulée continue, peuvent être coulés dans le même moule, sans courir le danger de la formation de fissures thermiques.
Par exemple, un alliage d'aluminium du genre Al-Cu-Mg, comportant 4, 2% Cu, 1,4% Mg, 1% Mn, 0,5% Si et pour le reste de 1, Al, pouvait être coulé de manière continue au moyen de la coquille courte, connue, seulement jusqu'à une section transversale de la barre sans fin de 170 mm , sans montrer des fissures ou crevasses après le refroidissement ou pendant le traitement ultérieur. Par contre, coulait-on le même alliage à une section transversale de la barre de 300 mm suivant le même procédé continu, la barre sans fin se fendait en deux moitiés déjà après sa division en tronçons de longueur limitée. Suivant le procédé faisant l'objet de la présente invention on peut au contraire couler aussi des barres sans fin de 300 mm et plus, à partir du même alliage.
Un alliage du genre renfermant 3, 2% Cu, 1,7% Mg, 0,7% Mn, 0,3% Si et pour le reste del'Al, ne peut pas être coulé, même en petites dimensions, dans les coquilles courtes, connues, en barres sans fin pleines ou creuses, exemptes de fissures ou de crevasses. Par contre, suivant la procédé conforme à la présente invention il est possible d'obtenir, par coulée continue, aussi à partir de cet alliage, des barres de dimensions voulues quelconques.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de coulée continue de barres métalliques sans fin, en particulier en alliages sensibles à la ségrégation, caractérisé en ce que la hauteur du moule, sa section transversale, la vitesse de coulée ainsi que le refroidissement sont mis dans une. concordance telle entre eux que la matière coulée. se solidifie, sur toute sa section transversale, encore à l'intérieur du moule, mais directement avant sa sortie de ce dernier, et qu'immédiatement après sa sortie du moule la matière coulée est refroidie, par sa mise en contact direct avec un milieu réfrigérant, seulement à une température au-dessous de laquelle il ne peut pas se produire des phénomènes d'élimination, ou de ségrégation, ou de séparation, de transformation ou de revenu.
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Continuous casting process of endless metal bars.
The invention relates to a process for the continuous casting of endless metal bars, particularly of alloys sensitive to segregation.
Among the known proposals, relating to the continuous casting of metals, which have given results, one can recognize, during these last years, two distinct tendencies which differ from each other essentially by the mode of evacuation of the gas. heat of the cast material. According to the first trend, a relatively long cooled mold is used, in which the casting material solidifies completely before leaving the mold. The heat is removed in this case essentially through the interior wall of the mold, therefore in a direction oriented perpendicular to the axis of the bar of unlimited length.
The second tendency is to carry out heat dissipation in a direction parallel to the axis of the endless bar.
Relatively short molds were used for this purpose in which only the peripheral areas of the casting material solidified, so that the endless bar emerging from the mold was formed by a solidified peripheral crust surrounding a still liquid core.
The two processes which therefore use, on the one hand, a mold of great length and, on the other hand, a mold of short length, each have their advantages and their drawbacks. It is obvious, without more, that with the evacuation of the heat, such as it occurs in the mold of short length, namely, in the direction of the advance of the endless bar, there occurs a solidification which is established, as it were, in horizontal superimposed layers. Therefore, if alloys which ordinarily have a tendency to segregate are cast in this manner, the possibility of segregation is removed from the cast material, and the solidified endless bar does not then present over its entire cross section. , no difference in concentration, or only small differences in concentration.
On the other hand, in the case of using long shells, in which the heat dissipation occurs perpendicular to the direction of advance of the endless bar, it can occur, in the case of casting of alloys having tendency to segregation, the phenomena which the o, n also meets in the usual casting in shells closed from the bottom, namely, noticeable differences in concentration between the peripheral zones and the center of the ingot or of the bar. (We can natu- @
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Really plan for measures to reduce segregation, but in principle the differentiation that has just been established between the two processes is correct).
Now, the shell of short length has, on the other hand, the defect that, as a result of the sudden cooling, tensions can arise in the solidified bar, which exceed the resistance of the metal to traction. As a result of these tensions the solidified bar exhibits cracks and crevices or slits which make its subsequent use impossible. These phenomena are manifested not only with metals or alloys sensitive to thermal cracking, but also with those which do not ordinarily exhibit this sensitivity, namely, in the case of the casting of bars of relatively large cross sections.
However, an increase in the cross section of the endless bar may be desirable, just in the interest of increasing the efficiency of the casting, for example.
The present invention aims to combine or combine the advantages of the two aforementioned methods, without having to accept their shortcomings. This is achieved by putting the height of the mold, its cross section, the casting speed and the cooling in a concordance such that the casting material solidifies, over its entire cross section, still inside the mold but directly before its exit. of the latter, that is to say as much as possible along a plane transition surface perpendicular to the axis of the endless bar between the solid phase and the.
liquid phase, and that immediately after leaving the mold the casting material is cooled, by bringing it into direct contact with a refrigerant medium, to a temperature below which it is not possible to produce phenomena of elimination or segregation or separation, transformation or been income.
According to the invention, therefore, essential importance attaches to the directed or coordinated adjustment of the solidification so that it is completed only shortly before the endless bar leaves the shell. The process according to the invention therefore does not generally require molds of great length, but only molds of relatively short length.
However, it is not the absolute height of the mold that matters, but only its height which is actually used from the point of view of the casting technique, so that the process according to the invention can be carried out also in molds of the mold. 'a relatively large constructive height.
According to the second characteristic of the invention, the endless solid or hollow metal bar, solidified over its entire cross section, is brought, after it leaves the mold, by direct cooling, therefore, for example, by immediate contact with of water, rapidly from the solidification temperature to a temperature so low that no phenomena of elimination, segregation, or separation, transformation or tempering can occur, which could be disadvantageous for the treatment product is leaking.
It should be noted that in the casting of endless bars usually practiced until now, many alloys which are both sensitive to the formation of thermal cracks and inclined to segregation gave rise to a considerable difficulty: with regard to their sensitivity to the formation of thermal cracks, the endless bar only had to be cooled relatively slowly. With a mold of great length this takes place to a sufficient extent, in itself, whereas in the case of molds of short length one was obliged not to apply.
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direct cooling with the endless bar immediately after leaving the mold, on the contrary, it could only be done at a certain distance from the mold.
In both cases, this allowed time for the cast material to be affected by the phenomenon known as reverse ingot segregation: the surface of the bar exhibited sweating or exuding particles of a low-melting point constituent of the cast material which give said surface a poor appearance and furthermore significantly hamper further processing.
This phenomenon is eliminated by the process according to the invention. But the essential advantage of the invention lies in that, henceforth, all the metals and alloys, practically coming into question for continuous casting, can be cast in the same mold, without running the danger of the formation of thermal cracks.
For example, an aluminum alloy of the Al-Cu-Mg type, comprising 4.2% Cu, 1.4% Mg, 1% Mn, 0.5% Si and for the remainder of 1, Al, could be cast. continuously by means of the known short shell, only up to a cross section of the endless bar of 170 mm, without showing any cracks or crevices after cooling or during subsequent processing. On the other hand, if the same alloy was cast to a cross section of the bar of 300 mm using the same continuous process, the endless bar split into two halves already after its division into sections of limited length. According to the process forming the subject of the present invention, on the contrary, it is also possible to cast endless bars of 300 mm and more, from the same alloy.
An alloy of the kind containing 3.2% Cu, 1.7% Mg, 0.7% Mn, 0.3% Si and the rest of Al, cannot be cast, even in small dimensions, in the shells short, known, in solid or hollow endless bars, free of cracks or crevices. On the other hand, according to the process according to the present invention, it is possible to obtain, by continuous casting, also from this alloy, bars of any desired dimensions.
CLAIMS ---------------------------
1.- Process for the continuous casting of endless metal bars, in particular of alloys sensitive to segregation, characterized in that the height of the mold, its cross section, the casting speed as well as the cooling are put into one. such concordance between them as the material cast. solidifies, over its entire cross section, still inside the mold, but directly before it leaves the latter, and that immediately after it leaves the mold the casting material is cooled, by placing it in direct contact with a medium refrigerant, only at a temperature below which phenomena of elimination, or segregation, or separation, transformation or tempering cannot occur.