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DISPOSITIF PERFECTIONNE. DESTINE A FACILITER LE FIGEMENT DE LA TETE DES
LINGOTS D'ACIER NON CALME. -
La présente invention est relative à la coulée en lingotière de l'acier non calmé (acier dit "effervescent") dans lequel ladite coulée est accompagnée d'un dégagement très abondant de gaz.
On connaît les difficultés que présente'la solidification des lingots de tels aciers effervescents,!) en particulier à la fin de cette so- lidification, au moment de la formation de la tête du lingot.
Normalement, la solidification d'un lingot effervescent s'ef- fectue progressivement en partant des parois de la lingotière et en pro- gressant vers le centre. L'acier en fusion continue à bouillonner dans la sorte de cuve formée par la, partie périphérique figée,, cuve dont les parois s'épaississent progressivement jusqu'à se rejoindre au centre et vers le haut en fin de solidificationo
Au moment où les bords de cette cuve vont se rejoindre en ménageant au sein du lingot un creux axiale de forme plus ou moins tronco- nique ou ogivale rempli de métal non encore figé, ces bords sont encore fragiles 1 aussi sous la poussée des gaz résiduelsla pince paroi encore mal formée livre .passage à des épanchements parfois très abondants de métal encore en fusion.
Ces épanchements, dus aux gaz résiduels qui s'échappent par les ouvertures qu'ils se sont frayés prennent les formes les plus capricieuses allant du tuyau au "chou-fleur" c'est-à-dire que, suivant la quantité des gaz et la viscosité du métal, il se forme des ex- croissances plus ou moins volumineuses qui, d'une part, gênent les opéra;- tions ultérieures et, notamment le démoulage du lingot, et qui, d'autre part, se traduisent par des creux au sein du lingot, les portions périphé- riques déjà figées n'étant plus en mesure de suppléa au métal entraîné par les gaz.
Il est donc nécessaire de colmater les'crevasses et fissures.
Dans ce buta il est d'usage soit de jeter plus ou moins à l'aveuglette sur
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la tête du lingot une terre quelconque, soit d'y appliquer un bout d'acier* ou autre tampon obturateur.
Dans tous les cas ou les gaz s'échappent et ils entraînent le métal résiduel en fusion, ou on les empêche de s'échapper et ils for- ment de grands creux non ressoudables au corroyage ce qui conduit à un re- but important de la tête du lingoto
La présente invention a pour objet un dispositif destiné à faciliter le figement de la tête des lingots d'acier non calmé, en suppri- mant tous les inconvénients ci-dessus, ce dispositif étant, en outre, très simple., d'une mise en oeuvre extrêmement facile et d'un prix de revient infime,
comparativement à l'amélioration qu'il permet d'obtenir dans la contexture du lingot dont la chute de tête peut être réduite dans des pro- portions considérables ('moins de 5% en moyenne du poids du lingot contre 10% ou moins dans les lingots se solidifiant sans soins spéciaux).
Ce dispositif qui permet de supprimer radicalement les épan- chements d'acier et par voie de conséquence la formation d'un creux dans le lingot et qui, en outre, facilite le démoulage du lingot, est remarqua- ble notamment en ce qu'il est constitué par une sorte de petit capuchon évasé vers le bas et dont la largeur de la base et la hauteur sont de l'or- dre de dix à trente centimètre,!) la longueur de la base du capuchon pouvant être de l'ordre de 2 à 3 fois sa largeur, dans le cas d'une lingotière mé- plate, dite à tôleso Ledit capuchon, qui est destiné à être posé sur tout cratère en voie de formation sur le dessus du lingot, en cours de figement, est perforé à son sommet et pouvur dans la région de sa base de moyens de fixation à demeure audit lingot.,
et étant exécuté en un matériau suffisam- ment résistant à la chaleur pour ne pas être détruit par con contact avec le lingot.
L'invention a également pour objet la combinaison du disposi- tif ci-dessus avec une plaque-cheminée de type connuo
Elle a encore pour objet les lingots obtenus avec ce disposi- tif.
D'autres caractéristiques et avantages résulteront de la des- cription qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple
Figo 1 est une coupe verticale longitudinale d'un dispositif suivant l'invention, en place sur un lingot, en acier effervescent, en cours de figement ;
Figo 2 est une coupe analogue de la partie supérieure du lin- got obtenu ;
Fige 3 est une vue analogue dans le cas d'utilisation de deux capuchons sur un lingot dont le figement s'est traduit par la formation de deux cratères ;
Figso 4 à 9 sont des coupes analogues de variantes de dispo- sitifs suivant l'invention
Figo 10 représente la combinaison du capuchon avec une plaque- cheminée de type connu ;
Figo 11 représente une autre variante de capuchon susceptible d'être utilisé avec la plaque-cheminée.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la Figo 1, le dis-
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positif selon l'invention est constitué par un capuchon 1 de forme tron- conique ou tronco-pyramidale, formé de deux troncs de cône ou de pyramide successifs de génératrices ¯ et bc,de manière que la basée ouverte soit aussi large que possibleo Le fond 2, qui est plat, comporte une série de trous 3, dont le diamètre est de préférence de 1'ordre de 0,5 à 1 cm.
Le diamètre de la base du capuchon et sa hauteur peuvent naturel- lement varier dans d'assez fortes proportions; une dimension moyenne est par exemple de l'ordre de 10 cmo à 30 cmo pour des sections transversales de lingots dérivés d'un polygone régulier de 10 à 30 décimètres carrés, la longueur pouvant être de 2 à 3 fois la largeur de la section transversale dans le cas dune lingotière méplateo
Les bords de la base sont pourvus de pattes ou pointes 4, de préférence taillées en biseau de manière à faciliter leur pénétration dans le métal en cours de figement du lingot.
Entérieurement, le capuchon 1 peut comporter une ou plusieurs anses, poignées ou crochets 5, destinés à faciliter sa manutention.
Ce capuchon peut être en un matériau quelconque, susceptible de ne pas être détruit au contact des projections ou du métal coulé à des températures allant jusquà celle du métal en fusion et de 1-'ordre par exemple de 800 à 1500 C.
Il peut être exécuté par exemple en acier, de préférence doux ou demi-doux dont les températures de fusion sont plus élevées et qui sont plus faciles à emboutir, en graphite comprimés, en ré- fracteire si le temps entre deux coulées successives est suffisant; d'une manière générale il y aura intérêt à utiliser un matériau aussi bon conduc- teur de la chaleur que possible,surtout au voisinage du fond supérieur 2 du capuchono
A noter au surplus, que le capuchon pourrait ne pas être mo- nobloc mais formé de parties réunies entre elles par soudure, agrafage sertissages etcooo
Il n'est pas indispensable que le capuchon présente une très grande résistance à des efforts qui tendraient à l'agrandir.
Dans le cas;. où il sera exécuté en acier doux dont la température de fusion est d'envi- ron 1350 C on pourra donner à sa paroi une épaisseur de l'ordre de 0,5mm à quelques millimètres.
Ce capuchon est utilisé de la manière suivante. L'acier ef- fervescent étant coulé dans la lingotière 7, dont on n'a représenté que la partie supérieure, on laisse le lingot commencer son figemento Celui-ci débute par la périphérie. Sur la Fige l, la partie 8 est déjà figée,, tan- dis que la partie centrale 9 est encore liquide. En surface, le figement progresse généralement de la périphérie vers le centre et est un peu plus rapide qu'en profondeur de telle sorte que la surface de séparation entre la partie solidifiée 8 et la partie liquide 9 s'infléchit comme représenté en def, tendant à donner à la portion encore liquide une forme plus ou moins tronconique ou ogivale.
Généralement ce sera un peu avant le figement complet du dessus du lingots c'est-à-dire un peu avant ou vers 1-'instant où les gaz qui prennent naissance dans la portion-9 restée liquide tendront à provo- quer entre d et d' un boursouflement ou cratère plus ou moins régulier, que le capuchon 1 sera posé sur la tête du lingot, son bord inférieur ve- nant prendre appui sur le bord plus ou moins figé limitant la zone super- ficielle de métal encore fondu.
Cette zone n'ayant pas encore acquis sa dureté, il suffira, d'une pression réduite sur le capuchon 1, ou d'un léger choc qu'on pourra exercer sur lui à l'aide d'une masse quelconque, pour provoquer une légère pénétration des pointes 4 du capuchon dans le métal déjà figés dans lequel le capuchon se trouvera, dès lors, comme plantée fiché.
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Dès le moment où le capuchon est fixé sur le lingot, tout épanchement du métal en fusion, hors du cratère en formation est devenu impossible. Le métal qui ne sort pas avec une force importante,, mais qui tend plutôt à déborder en quelque sorte poussé par les gaz occlusse trouve arrêté par le capuchon dans lequel il vient se mouler et se figer progressivement, au fur et à mesure que le niveau du métal tend à monter dans le capuchon. C'est suivant l'axe longitudinal du lingot que le métal reste liquide le plus longtemps., ce qui, jusqu'à la fin permet aux gaz oc- clus de s'échapper par les trous 3 du fond supérieur du capuchon,, sans y créer une pression trop forte qui pourrait arracher le capuchon de la tête du lingot.
Il convient de rappeler que le débordement de l'acier par le cratère formé est généralement accompagné de petites projections de métal sous forme de gouttelettes entraînées par les gaz. Ces projections viennent rencontrer la paroi du capuchon; s'y fixant plus ou moins forte- ment et, par leur juxtaposition et/ou superposition, tendent à accroître 1-'épaisseur et par suite la résistance de celle-ci ce qui permet d'utili- ser des matériaux peu réfractaires pour la fabrication du capuchon.
En bref, dans tous les cas, le résultat de l'utilisation du capuchon suivant l'invention est de donner naissance par le figement définitif du lingot et sans nuire en rien à l'évacuation des gaz occlus, à une sorte de téton 10 sur le dessus du lingot, comme représenté à la Figo 2; ce téton a exactement la forme de la surface interne du capuchon mais sa hauteur n'est parfois égale qu'à une portion de la hauteur totale du capuchon.
C'est dans ce téton qui fait partie intime du lingot,, dont il sera séparé ultérieurement au cours des opérations de laminage, que se rassemblent les oxydes divers et autres impuretés de l'acier coulé et dont on peut provoquer la montée par addition dans le métal fondu de toutes substances épurantes, suivant une technique bien connue, ou encore les derniers gaz résiduels qui n'auraient pu s'échappera
Il convient de signaler un autre avantage du capuchon sui- vant l'inventiono Celui de donner, sur le dessus du lingot, une surface d'appui.
de forme régulière et uniforme qui est la forme extérieure même de ce capuchon resté à demeure et qui peut servir d'appui au piston de la machine à démouler le lingot, alors que les lingots comportant un chou-fleur ou autres excroissances irrégulières sont d'un démoulage dif- ficile en raison de la difficulté de trouver sur eux une surface d'appui convenable.
Naturellement avec un même lingot, on pourra éventuellement utiliser plusieurs capuchons, comme représenté à la Figo 3 oùle lingot s'étant solidifié en surface avec une sorte d'îlot central 10 prématuré- ment solidifié, il s'est formé plusieurs cheminées telles que 11 devant se traduire par autant de cratères 12. Dans ce cas, chaque cratère rece- vra un capuchon 13 suivant 1-'invention.
A la Figo 4, on a représenté une variante, de capuchon en forme de calotte sphérique 14, percée de trous 3 pour le départ des gaz et prolongée par une partie évasée bitronconique 15.
Au voisinage de sa base, cette partie 15 comporte des trous 16, dans lesquels le métal du téton viendra se loger de bonne heure assurant une liaison solide entre le capuchon et le lingot et évitant ainsi tout risque de soulèvement de ce capuchon sous la poussée des gaz.
La Figo 5 représente une variante,, dans laquelle le capuchon est constitué par un simple grillageformé d'un certain nombre de fers 17, disposés suivant les génératrices du dispositif. Ces fers, dont les extré- mités inférieures 18 constituent autant de griffes d'accrochage au lingot,
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sont réunis par des cercles métalliques 19.
Ceux-ci n'ont pas besoin d'être jointifs (un intervalle de l'ordre d'un millimètre peut sans in- convénient être ménagé entre eux) car le métal en fusion, dès qu'il at- teint ces cercles (et en particulier les particules projetées) s'y soli- difie formant bientôt une carapace résistante, qui n'est peut être pas rigoureusement continue, ce qui est favorable au départ des gaz mais suffisante pour exclure tout épanchement de métal fondu, au dehors de la cage suivant 1 'invention
La Figo 6 représente une variante de la cage, formée d'un fond 20 constitué par un fer rond enroulé en spirale et d'une paroi tron- conique 21 constituée par le prolongement enroulé en hélice de ce fer rond mais pouvant être un fer plat ou un feuillardo A sa base,,
l'hélice est raccordée par un certain nombre de rayons 22 à un cercle 23 d'un dia- mètre un peu plus grand et pourvu de pointes'. 24. d'accrochage au lingot.
Le capuchon suivant l'invention peut être avantageusement combiné avec une substance calmantè de l'acier, par exemple avec de l'alu- minium. Cette substance peut être constituée comme représenté à la Figo7 sous la forme d'une hélice 25 en fil d'aluminium ou autre matière appro- priée,, coaxiale au capuchon 26 dont la base ,est supposée pourvue de dents 27 et de trous 28 d'accrochage.
L'hélice 25 est dé préférence, logée entre deux cylindres ou troncs de cône 29 et 30, susceptibles de résister à la chaleur (en métal ou encore en carton ignifugé) et destinés à proté- ger cette hélice des rayons calorifiques émanant du lingot et à éviter ainsi une fusion prématurée de ce fil d'aluminium.
L'ensemble de l'hélice 25 et'des parois protectrices 29 et 30 peut être fixé au capuchon 26 d'une manière quelconque appropriée, par exemple très simplement par l'extrémité supérieure même 31 du fil d'alumi- nium cette extrémité étant engagée dans l'un des trous.
3 du fond supérieur du capuchon et repliée contre la face supérieure dudit fondo Eventuellement, le capuchon 32 (Fig.8), muni de ses moyens inférieurs d'agrafage tels que les trous 33, peut être partiellement ou en totalité rempli d'une bourre 34, exécutée en un matériau ignifugée par exemple en fibres ou copeaux de bois ou en paille enduits de silicate de soude ou substance analogueo Cette bourre avec ou sans le fil calmant a plusieurs avantages elle isole thermiquement le centre du dessus du lingot et le maintient liquide plus longtemps, prolongeant ainsi la durée pendant la- quelle les gaz occlus peuvent s'échapper librement; elle soustrait l'hélice calmante 35, en fil d'aluminium aux rayons thermiques issus du lingot.
A noter qu'il est prévu une cheminée axiale destinée au li- bre cheminement des gaz vers les trous 3 du capuchon; cette cheminée est formée soit par le simple bourrage de la bourre 34 autour d'un mandrin cy- lindrique qui est ensuite enlevé, soit, plutôt, comme représentée par bour- rage de la bourre autour d'un tube 36, par exemple en cartono De préfé- rence, ce tube a, une forme tronconique,, 'à petite base tournée vers le bas,, de manière à n'offrir aux projections de petites particules de métal qu'un orifice inférieur de section réduiteo
La Figo 9 représente le capuchon 1, suivant l'invention, maintenu sur le lingot en formation par une sorte d'anneau ou cadre 37 pre- nant appui sur la partie 8,
déjà figée et suffisamment lourd pour mainte- nir le capuchon pendant qu'il fait prise avec la partie récemment figée ; des trous 40 sont prévus, comme déjà décrit pour renforcer la fixation du capuchon au lingot
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Des poignées, crochets ou anses 41 sont prévus pour poser et enlever le collieranneau ou cadre 37.
Le capuchon 1 peut être provisoirement verrouillé à l'anneau 37 ou simplement emmanché "un peu dur" dans cet anneau pour permet'tre la, pose de l'ensemble 1-37 sur le lingot. Lorsque le capuchon 1 sera solide- ment fixé au lingot, on pourra retirer le cadre par les poignées ou cro- chets 41 et le capuchon fonctionnera suivant l'invention, l'anneau ayant ainsi facilité sa pose et l'ayant maintenu en place pendant que le bord' inférieur 42 du capuchon se fixait définitivement au lingot.
Enfin, le capuchon suivant l'invention peut avantageusement être combiné avec une plaque-cheminée de type connu., comme représenté à la Figo 10. Cette plaque-cheminée a la forme d'une cloche tronconique 43 dont la base est prolongée par une partie périphérique 44, soit tronconique à grand angle au sommet c'est-à-dire presque plane soit plane et pourvue, dans ce case de canaux radiaux 45 de profondeur croissante de la périphé- rie vers le centre pour canaliser vers l'axe les gaz sortant du lingot vers la périphérie du dessous de ce lingot, avant le figeage de cette pé- riphérie.
A noter que la partie 44 de la plaque-cheminée qui est bonne conductrice de la chaleur favorise son figeage alors que sa cloche centra- le 43, percée dans son fond supérieur en 45 pour la sortie des gaz, forme un matelas de gaz chauds qui tendent à maintenir plus longtemps liquide la partie centrale de la tête du lingot.
Cette partie centrale formant cloche est tronconique à axe verticale à grande base en bas, de manière à permettre son'démoulage après la prise du lingot., car cette plaque-chemi- née doit., contrairement au capuchon selon l'invention, être parfaitement amovible en vue de permettre son réemploi. Or$ précisément, il arrive as- sez fréquemment que le métal qui s'élève dans la cloche centrale vienne plus ou moins s'engager dans les trous., prévus dans le fond supérieur de cette cloche pour la sortie des gaz et y forme une sorte de clavetage qui rend impossible la séparation de la cloche-cheminée, provoquant sa mise au rebut lors-du chutage de la tête du lingot.
Cet inconvénient est évité suivant la présente invention en doublant intérieurement la cloche 44 à l'aide d'un capuchon de l'un des types susdécrits ou de leurs variantes possibles.
Dans l'exemple représenté à la Figo 10, le capuchon est for- mé d'un fond supérieur constitué d'une rondelle 46, par exemple en acier:1 percée d'une série de trous 47.
Cette rondelle qui peut être relativement épaisse (5 à 10 mms par exemple) est fixée à une paroi tronconique ou analogue 48 qui peut être peu résistante, puisqu'elle est doublée par la cheminée 43; elle peut être exécutée par exemple en tôle mince. Des trous 49 sont prévus au voisinage de sa base de manière à assurer sa fixation au lingot par le métal fondu pénétrant dans lesdits trous.
Dans ces conditions, lors de l'enlèvement de la plaque che- minée (43-44). à l'aide d'une anse 50 par exemple, le capuchon (46-48) reste sur le téton qu'il a moulé sur le dessus du lingot. Au besoin, on pourra décoller le capuchon de la plaque-cheminée en tapant sur le fond supérieur 46 de ce capuchon, à travers le fond supérieur de la cheminée, fond qui peut,, grâce au capuchon interposé, être largement ouvert en 45.
Le capuchon peut être ou non pourvu de bourre 51 et ou d'un fil 52 en aluminium ou autre matière calmante, noyé par exemple dans la- dite bourre 51 et qui recourbé en 53 sur le dessus de la plaque-cheminée solidarisera provisoirement le capuchon et la plaque au cours des manuten- tions avant pose.
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A la Fig. 11 on a représenté une variante de capuchon plus particulièrement destiné à être utilisé avec une plaque-cheminée. Ce ca- puchon comporte,\) comme dans l'exemple précédente une rondelle 54 percée de trous 55;sur cette rondelle sont fixées plusieurs pattes 56 constituées par des fils de fer ou de petits fers plats. Ces pattes 56 qui s'appli- queront élastiquement contre la paroi interne de la cheminée tronconique de la plaque-cheminée assureront d'une part l'immobilisation de la rondel- le 54 dans ladite plaque-cheminée,: au cours des manutentions et, d'autre part, la fixation à demeure de cette rondelle au lingot par l'accrochage de la partie inférieure 57 desdites pattes à ce lingot.
Dans le cas notamment où le dispositif devra, être combiné avec une bourre,, les pattes 56 pourront être entourées sur tout ou partie de leur longueur, extérieurement ou intérieurement, d'une paroi 58 qui pourra, être en carton ou papier fort., de préférence ignifugée les pattes 56 assurant à elles seules le frettage du téton du lingot.
Dans les diverses réalisations du capuchons il a. été prévu,, aux figures 1 à 10, comme moyens d'accrochage, des trous, des pointes, une bordure dentelée à la partie inférieure du capuchon, pour faciliter la fixation du capuchon à la tête du lingot. Cependant, un simple bord, du fait qu'il n'est pas très épais, peut, sans artifice., se souder à la tête du lingot, notamment dans le cas des figures 5 et 6 où le métal,, encore en fusion, peut enrober rapidement le dernier cercle ou la dernière spire, sans qu'il soit nécessaire de prévoir les pointes 18 de la figure 5 et 24 de la figure 6.
Naturellement., l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exem- ple.