EP0447336A1 - Procédé de coulée continue rotative et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents
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- EP0447336A1 EP0447336A1 EP91420087A EP91420087A EP0447336A1 EP 0447336 A1 EP0447336 A1 EP 0447336A1 EP 91420087 A EP91420087 A EP 91420087A EP 91420087 A EP91420087 A EP 91420087A EP 0447336 A1 EP0447336 A1 EP 0447336A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/14—Plants for continuous casting
- B22D11/144—Plants for continuous casting with a rotating mould
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- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
Definitions
- the method and the device which are the subject of the invention relate to the continuous casting of metal round bars in a rotary mold.
- This sufficient distance from the upper end of the round also called metallurgical height depends mainly on the nature of the metal or alloy, the diameter of the round, the profile and the height of the mold, the speed of extraction and therefore of casting and thermal and cooling conditions.
- this process makes it possible, in particular in the case of steels, to obtain rounds having at the periphery a thin layer cooled at very high speed, of very homogeneous structure comprising at heart an equiaxed structure.
- the extension of the equiaxed structure is due, at least in part, to the very regular cooling of the wall of revolution of the circle which receives the jets of cooling water projected against it while rotating. Thanks to this casting process, the circles obtained have metallurgical characteristics which are particularly favorable for their subsequent transformation, in particular in the form of tubes, by rolling processes.
- Ingots can be grouped by dimensions and made into a single unit length. For example 5 to 6 times 4 m make a bar of 20 to 25 meters.
- the method and the device which are the subject of the invention make it possible to solve the problems posed and to achieve the desired results.
- a rotary continuous casting of a round is carried out by pouring into a bottomless mold, of circular inner section with vertical axis, rotatably mounted on a mold holder, a metal or a liquid alloy.
- Means for driving and supporting the round in formation make it possible to move it up and down along the vertical casting axis, in order to maintain inside the mold the liquid surface of the upper end of this round.
- the circle and the mold are rotated around the casting axis at a determined speed.
- the casting of the metal or liquid alloy is carried out by means of a nozzle which directs a jet on the liquid surface of the round in formation in the direction of rotation thereof.
- Primary means for cooling the mold wall are used which make it possible to control the temperature of this wall to ensure very rapid solidification of the peripheral layer of the metal or liquid alloy in contact with it.
- secondary cooling means are used by spraying at least one cooling fluid onto the side wall of the round in order to lower its temperature and continue the solidification of the liquid phase.
- This liquid phase is contained in the crust of the already solidified circle up to a certain distance from its upper end corresponding to what is called the "metallurgical height" which is a function of its section, the feeding speed and therefore extraction, the nature of the metal or alloy and the thermal and cooling conditions.
- the forming circle when the forming circle has reached the target length, its supply of metal or liquid alloy is interrupted, then it is gripped by means of gripping a primary transfer means, then it is moved laterally, in maintaining its axis substantially vertical, to a cooling support on which it is deposited.
- This cooling support comprises means for holding and driving in rotation which make it possible to rotate the circle around its vertical axis.
- At least one cooling fluid is sprayed onto its side wall, at least until complete solidification of the liquid phase which it still contains.
- this cooling by a fluid projected onto the wall of the circle can be a programmed cooling moving vertically along said circle, the cooling zone moving on the circle.
- the mold is subjected to a relative oscillatory movement along the casting axis relative to the round.
- This movement of small amplitude, which is superimposed on the movement of descent of the circle, makes it possible to take off from the wall of the mold the layer of metal or alloy in the course of solidification.
- this wall is wetted with a small amount of a fluid capable of preventing this sticking.
- an oil such as a vegetable oil, for example an oil based on rapeseed.
- means for gripping a secondary transfer means grip this circle and direct it to a storage location before use.
- this upper end of this circle is covered with an insulating cap in order to slow down the solidification of the metal or liquid alloy contained in the upper part of this circle, to allow the supply of liquid metal to the more remote areas during solidification and thus reduce the extent of shrinkage.
- the drive and support means are returned to the position of start of casting, after having provided them with a new starting piece whose dimensions correspond to those of the next round to be poured, the start of casting position being such that the upper end of the starting piece is engaged in a mold of corresponding section. We are then able to immediately start casting the next round.
- a mold and a mold holder are prepared on the stand, then as soon as the casting of the round is completed, the mold holder-mold assembly is replaced by substitution means. which has just been used by the other set which has just been prepared.
- the cooling support is part of a unit cooling device comprising at least two cooling supports, one of which is suitable for receiving a round whose casting is being completed, the other being used to continue cooling the previously cast round until its secondary transfer can be done.
- the invention also relates to a device for continuous rotary casting of metal or alloy rounds.
- This device comprises a mold of circular section with vertical axis, mounted in rotation on a mold holder, a means of supplying metal or liquid alloy such as for example a nozzle being arranged so as to supply this mold.
- Means for driving and supporting the round in formation are arranged to allow this round to be displaced along the casting axis as a function of the supply of liquid metal to the mold.
- Rotational drive means make it possible to rotate the circle and the mold around the common vertical axis; primary cooling means make it possible to cool the mold and secondary cooling means make it possible to directly cool the wall of the circle.
- this device comprises:
- a primary transfer means comprising a mobile vertical column provided with several clamps capable of gripping the circle;
- Maneuvering means capable of bringing the column closer to the casting axis until the clamps are engaged around the circle which is to be transferred;
- Clamping means allowing the clamps to grip the circle with a weaker clamping force in the upper part of the circle where the solidified crust is thin.
- the same maneuvering means make it possible to move the supporting column of the circle laterally while maintaining the axis of the vertical circle until this axis coincides with the vertical axis of a cooling support, the action of the clamping means being interrupted. to allow the installation of the circle on the support.
- Driving means make it possible to rotate this support and the round around the vertical axis, guide means being able to prevent the round from deviating from this vertical axis.
- cooling means make it possible to project at least one cooling fluid onto the wall of the circle.
- These cooling means can be programmed cooling means making it possible to move the cooling zone along the circle.
- the mobile column is mounted on articulated arms connected to a fixed support structure.
- the device comprises a secondary transfer means provided with clamps capable of gripping the circle on its cooling support, clamping means making it possible to ensure sufficient clamping of these clamps, this secondary transfer means then making it possible to direct the round to a storage location before use.
- the secondary transfer means comprises a tilting means which makes it possible to bring the circle substantially horizontally before depositing it on a conveying means in the direction of a storage location before use.
- the cooling support is part of a cooling unit, comprising several supports distributed around a vertical axis and rotatably mounted around this axis, so that the axis of each support can be brought into coincidence with the axis of the circle carried by the clamps which is provided with the movable column of the primary transfer means, when this movable column is brought by the operating means to its position for unloading the circle with a view to its further cooling on a support of this cooling unit.
- Figure 1 is a schematic view, in elevation and in perspective, of a rotary continuous casting device which comprises the essential steps of the method according to the invention.
- Figure 2 is a schematic view, from above along a section plane located below the mold, of a device for carrying out the method according to the invention.
- Figure 3 is a schematic view, in elevation and in perspective, of an embodiment of the drive and support means, along the casting axis, of a metal or alloy circle produced by the process according to the invention.
- Figure 4 is a schematic view, in elevation and in perspective, of the primary transfer means of the round, from the casting line to a cooling support according to the invention.
- Figure 5 is a schematic view, in elevation and in perspective, of a cooling unit according to the invention.
- Figure 6 is a schematic view, in elevation and in section, of the lower end of a cast round resting, by its starting part, on a cooling support according to the invention.
- FIG. 1 presents a general diagram which makes it possible to understand the successive stages of the process for producing metallic circles by continuous casting according to the invention.
- This figure shows a rotary continuous casting line 1 with a vertical axis X1-X1 which comprises at the upper end a casting location 2 on which is placed a mold of which only the upper orifice 3 is visible.
- This mold is rotatably mounted in a known manner and not shown on a mold holder 4 of which only the outer contour is indicated.
- This mold holder 4 is mounted on slides 5 which allow it to be removed from the casting line in the direction of arrow F1 to replace it with a second mold assembly, mold holder 6, only the orifice 7 of the second mold being visible.
- Such a substitution is carried out when, the casting of the round 8 having been completed, it is proposed to carry out the casting of a new round of different diameter.
- the mold holder 4 comprises known means and not shown making it possible to rotate the corresponding mold around the casting axis X1-X1. It may also include known means and not shown making it possible to carry out alternative displacements of a few millimeters in amplitude, along the axis X1-X1, called oscillations which prevent the bonding of the layer of metal or alloy during solidification. , on the mold wall. Means, not shown, provide cooling of the mold by internal circulation of at least one fluid and other means, also known and not shown, provide lubrication of the upper zone of the wall of the mold on which solidification occurs.
- the circle 8 being formed is driven downwards by means of the support carriage 9 (see FIG. 3) which comprises two guide bars 10, 11 whose ends are engaged in vertical slides 12, 13 integral with the columns 14, 15 These columns are connected to each other by at least one C-shaped connecting piece 16 (see FIG. 2).
- the support carriage 9 comprises a plate 17 mounted in rotation about the axis X1-X1 and is driven in rotation by a motor means not shown at a speed equal to that of the mold.
- a starting part 18 which was initially engaged in the mold from its lower end by raising the carriage 9 to allow its welding with the liquid metal introduced into the mold at the start of casting.
- the ends of the guide bars 10, 11 are connected inside the vertical slides 12, 13 to chains 19, 20 the displacement of which is controlled in a known manner by hydraulic geared motors not shown, provided with chain sprockets which control the movement of these chains in a manner not shown but known.
- the means for regulating the descent of the carriage 9 make it possible to control it so that the average level of the metal or liquid alloy inside the mold varies only weakly.
- These means advantageously comprise a regulation of the flow rate of metal or liquid alloy.
- Cooling means also known and not shown, are arranged around the circle 8 during formation, below the mold over a determined height, most often at least equal to the height which separates the upper end of the round during casting from the level at which the solidification thereof becomes complete throughout the section. This height commonly reaches 10 to 15 meters depending on the operating conditions.
- the method according to the invention consists in interrupting the introduction of the metal or liquid alloy into the mold from the moment when the metal circle 8 reaches the total length. requested, taking into account falls from the upper and lower ends.
- the circle is lowered by a sufficient length to release its upper end from the mold, then the circle is gripped by gripping means in order to transfer it laterally, as shown by arrow F2 in FIG. 1 , keeping its axis substantially vertical up to a cooling support such as 21 forming part of a cooling unit 22, in the form of a barrel, comprising several supports such as 21.
- the upper end of the round 8 is provided with an insulating cap 23 to reduce heat loss and allow the nourishment of the shrinkage which tends to form during solidification.
- the cooling support 21 is a part of revolution with a vertical axis X2-X2, mounted in rotation on which the ring 8 rests, centered on the axis, by l intermediate of the starting part 18.
- a rotation drive means not shown rotates the support 21 and the circle 8, guide means 44, 45 and 46 ensuring the stability of the circle 8.
- the circle 8 can be rotated always in the same direction or alternately in one direction and the other.
- At least one cooling fluid generally water, is projected over the entire length or over part of its length, preferably in a programmed fashion, against the wall of the circle 8.
- the mold carrier mold assembly 3-4 is replaced by the mold assembly mold holder 7-6 by placing them on the slides 5 in the direction of arrow F1.
- a new starting head is also placed on the rotary plate 17 of the carriage 9. This is then raised until the upper end of the carriage engages. this starting head in the new mold.
- the ring 8 is fully solidified, its secondary transfer is carried out, as shown by arrow F3 in FIG. 1 in the direction of an intermediate storage means.
- tilting means are used which allow the circle to be laid down and, for example, a rolling track to be used for its routing.
- the primary transfer means 30 comprises an arm support structure 31 provided with two other arms 32, 33 articulated around vertical axes carried by the 'end of the arms 31. These arms 32, 33 support a vertical movable column 34 provided for example with four clamps 35, 36, 37, 38, themselves articulated, distributed so as to be able to grasp the circle 8 at several points.
- FIG. 2 represents the instant when the round 8 is gripped by the pliers such as 35 after completion of the casting, the upper end of the round 8 being released from the mold.
- the means for guiding the round 8 along of the casting axis X1-X1 such as 40, 41 respectively provided with rollers such as 42, 43 which are articulated on the support columns 14, 15 are separated laterally by means of jacks not shown.
- each cooling support such as 21 has a means for driving in rotation about its axis such as X2-X2 see FIG. 6.
- guide means see FIG.
- cooling means project at least one cooling fluid onto the wall of the ring 8, at least until the liquid phase which it contains solidifies completely.
- it is transferred to another cooling support of the unit 22 by rotating the latter by the desired angle, around its axis X3-X3 so that the primary transfer means 30 can deposit this new round there.
- secondary transfer means seize it and, after tilting horizontally, deposit it on a raceway, not also shown, by means of which it is directed to an intermediate storage where it completes its cooling before further processing.
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Abstract
Le Procédé et le Dispositif suivant l'invention concernent la coulée continue rotative de métaux ou alliages.
Selon ce procédé on interrompt la coulée d'un rond métallique (8) dès que la longueur nécessaire a été atteinte ; on transfère alors ce rond par un moyen de transfert (30) approprié en maintenant son axe vertical sur un support de refroidissement (21) qui entraîne à nouveau en rotation le rond tout en poursuivant éventuellement son refroidissement par projection de fluide de façon à permettre la solidification de la phase liquide dans des conditions permettant un nourrissage correct et l'obtention d'une structure équiaxe.
Description
- Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention concernent la coulée continue de barres rondes métalliques en moule rotatif.
- Ce procédé et ce dispositif qui concernent principalement la coulée de barres rondes en acier non allié ou allié ou inoxydable, ont fait l'objet de plusieurs brevets tels que le brevet US 35 83469 du 8 juin 1971. Plus récemment, un article de G. Gueussier et al. publié dans la revue "Industrial Heating" de septembre 1982 n° 148-2 sous le titre : "Rotary continuous casting enhances control of cristalization in producing tube rounds" a fait le point sur les conditions d'exploitation de ce procédé et les résultats qu'il permet d'atteindre.
- Dans cet article il est précisé que le procédé de coulée continue rotative est mis en oeuvre en suivant un axe vertical, la coupe des lingots obtenus étant effectuée au défilé, au moyen d'une scie circulaire, à une distance suffisante de l'extrémité supérieure du rond, là où la solidification est achevée.
- Cette distance suffisante de l'extrémité supérieure du rond appelée aussi hauteur métallurgique dépend principalement de la nature du métal ou alliage, du diamètre du rond, du profil et de la hauteur du moule, de la vitesse d'extraction et donc de coulée et des conditions thermiques et de refroidissement.
- Selon l'article de G. Gueussier et al., dans le cas de ronds en acier d'environ 200 à 300 mm de diamètre, cette hauteur métallurgique atteint 12 à 18 m suivant les conditions opératoires et s'ajoute donc à la longueur du rond qu'on se propose d'obtenir avec en plus la surlongueur correspondant au temps nécessaire pour effectuer la coupe.
- Comme cela est expliqué dans le même article, ce procédé permet, en particulier dans le cas des aciers, l'obtention de ronds présentant à la périphérie une couche mince refroidie à très grande vitesse, de structure très homogène comportant à coeur une structure équiaxe. L'extension de la structure équiaxe est due, au moins en partie, au refroidissement très régulier de la paroi de révolution du rond qui reçoit les jets d'eau de refroidissement projetés contre elle tout en tournant. Grâce à ce procédé de coulée, les ronds obtenus présentent des caractéristiques métallurgiques particulièrement favorables à leur transformation ultérieure, en particulier sous forme de tubes, par des procédés de laminage.
- Comme pour toutes installations de coulée continue en général la production et le rendement sont bons lorsqu'elles fonctionnent pendant des heures en continu sur une fabrication donnée (même acier même diamètre).
- Comme c'est le cas pour toute coulée continue ces installations ne conviennent pas pour fabriquer de petites commandes de barres de quelques tonnes, de dimensions variées. On en est alors réduit à couler de façon classique des lingots unitaires avec tous les inconvénients de qualité inférieure et de présence de retassure qu'ils entraînent. Il arrive fréquemment que l'on ait à faire par exemple 3 ou 4 lingots de 4 m de longueur d'un certain diamètre suivis de 5 à 6 autres de la même nuance mais d'un diamètre différent etc...
- On a recherché une installation permettant de conserver la qualité obtenue par le procédé de coulée continue rotative et qui soit capable de réaliser de faibles tonnages par dimension. On peut regrouper les lingots par dimensions et en faire une seule longueur unitaire. Par exemple 5 à 6 fois 4 m font une barre de 20 à 25 mètres.
- On a en même temps recherché la possibilité de ne pas modifier sensiblement les conditions de solidification du rond afin d'obtenir une structure métallurgique pratiquement semblable à celle obtenue par le procédé de coulée continue rotative. On a recherché aussi la possibilité de couler des quantités limitées de ronds, de même nuance ou de même diamètre, sans entraîner pour chaque série réalisée de perte de métal et sans réduire de façon importante les cadences de production.
- Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention permettent de résoudre les problèmes posés et d'atteindre les résultats recherchés.
- Selon ce procédé on effectue la coulée continue rotative d'un rond en coulant dans un moule sans fond, de section intérieure circulaire à axe vertical, monté en rotation sur un porte-moule, un métal ou alliage liquide. Des moyens d'entraînement et de soutien du rond en formation permettent de déplacer celui-ci de haut en bas le long de l'axe vertical de coulée, afin de maintenir à l'intérieur du moule la surface liquide de l'extrémité supérieure de ce rond. On entraîne en rotation le rond ainsi que le moule autour de l'axe de coulée à une vitesse déterminée. De préférence la coulée du métal ou alliage liquide est effectuée au moyen d'une buse qui dirige un jet sur la surface liquide du rond en formation dans le sens de rotation de celle-ci. On met en oeuvre des moyens primaires de refroidissement de la paroi du moule qui permettent de contrôler la température de cette paroi pour assurer une solidification très rapide de la couche périphérique du métal ou alliage liquide à son contact. Au-dessous du moule, on met en oeuvre des moyens secondaires de refroidissement par projection d'au moins un fluide de refroidissement sur la paroi latérale du rond afin d'abaisser sa température et de continuer la solidification de la phase liquide. Cette phase liquide est contenue dans la croûte du rond déjà solidifiée jusqu'à une certaine distance de son extrémité supérieure correspondant à ce que l'on appelle la "hauteur métallurgique" qui est fonction de sa section, de la vitesse d'alimentation et donc d'extraction, de la nature du métal ou alliage et des conditions thermiques et de refroidissement.
- Suivant l'invention, lorsque le rond en formation a atteint la longueur visée, on interrompt son alimentation en métal ou alliage liquide, puis on le saisit par des moyens de préhension d'un moyen de transfert primaire, puis on le déplace latéralement, en maintenant son axe sensiblement vertical, jusqu'à un support de refroidissement sur lequel on le dépose. Ce support de refroidissement comprend des moyens de maintien et d'entraînement en rotation qui permettent de faire tourner le rond autour de son axe vertical.
- De façon avantageuse mais non obligatoire on projette au moins un fluide de refroidissement sur sa paroi latérale, au moins jusqu'à solidification complète de la phase liquide qu'il contient encore.
- En variante ce refroidissement par un fluide projeté sur la paroi du rond peut être un refroidissement programmé se déplaçant verticalement le long dudit rond, la zone de refroidissement se déplaçant sur le rond.
- De préférence, pendant la coulée, le moule est soumis à un mouvement relatif oscillatoire le long de l'axe de coulée par rapport au rond. Ce mouvement, de faible amplitude, qui se superpose au mouvement de descente du rond, permet de décoller de la paroi du moule la couche de métal ou alliage en cours de solidification. De préférence également, pour éviter le collage de ce métal ou alliage en cours de solidification sur la paroi du moule, on mouille cette paroi par une petite quantité d'un fluide apte à empêcher ce collage. On fait appel par exemple à une huile telle qu'une huile végétale, par exemple une huile à base de colza.
- De préférence, après solidification complète, des moyens de préhension d'un moyen de transfert secondaire saisissent ce rond et le dirigent vers un emplacement de stockage avant utilisation.
- De préférence également, après interruption de l'alimentation du rond en métal ou alliage liquide et après écartement de l'extrémité supérieure de ce rond d'avec le fond du moule, on recouvre cette extrémité supérieure de ce rond d'un chapeau isolant afin de ralentir la solidification du métal ou alliage liquide contenu dans la partie supérieure de ce rond, pour permettre l'alimention en métal liquide des zones plus éloignées en cours de solidification et réduire ainsi l'importance de la retassure.
- De préférence également, dès qu'on a extrait le rond de la ligne de coulée, grâce au moyen de transfert primaire , on remet en position de début de coulée les moyens d'entraînement et de soutien, après les avoir munis d'une nouvelle pièce de départ dont les dimensions correspondent à celles du prochain rond qu'il s'agit de couler, la position de début de coulée étant telle que l'extrémité supérieure de la pièce de départ est engagée dans un moule de section correspondante. On est alors en mesure d'entreprendre sans délai la coulée du rond suivant.
- De façon avantageuse, pendant la coulée d'un rond, on prépare sur poste d'attente un moule et un porte-moule puis dès que la coulée du rond est achevée, on remplace par des moyens de substitution l'ensemble moule porte-moule qui vient d'être utilisé par l'autre ensemble qui vient d'être préparé.
- De préférence, le support de refroidissement fait partie d'une unité de refroidissement comportant au moins deux supports de refroidissement dont l'un est apte à recevoir un rond dont la coulée est en cours d'achèvement, l'autre étant utilisé pour poursuivre le refroidissement du rond coulé précédemment jusqu'à ce que son transfert secondaire puisse être effectué.
- L'invention concerne aussi un dispositif permettant la coulée continue rotative de ronds en métaux ou alliages. Ce dispositif comprend un moule de section circulaire à axe vertical, monté en rotation sur un porte-moule, un moyen d'alimentation en métal ou alliage liquide tel que par exemple une buse étant disposée de façon à alimenter ce moule. Des moyens d'entraînement et de soutien du rond en formation sont disposés pour permettre de déplacer ce rond le long de l'axe de coulée en fonction de l'alimentation en métal liquide du moule. Des moyens d'entraînement en rotation permettent de faire tourner le rond et le moule autour de l'axe vertical commun ; des moyens de refroidissement primaire permettent de refroidir le moule et des moyens de refroidissement secondaire permettent de refroidir directement la paroi du rond.
- Suivant l'invention ce dispositif comprend:
- Un moyen de transfert primaire comportant une colonne verticale mobile munie de plusieurs pinces aptes à saisir le rond ;
- Des moyens de manoeuvre aptes à rapprocher la colonne de l'axe de coulée jusqu'à engagement des pinces autour du rond qu'il s'agit de transférer ;
- Des moyens de serrage permettant aux pinces de saisir le rond avec une force de serrage plus faible dans la partie supérieure du rond où la croûte solidifiée est mince.
- Les mêmes moyens de manoeuvre permettent de déplacer latéralement la colonne porteuse du rond en maintenant l'axe du rond vertical jusqu'à faire coïncider cet axe avec l'axe vertical d'un support de refroidissement, l'action des moyens de serrage étant interrompue pour permettre la pose du rond sur le support.
- Des moyens d'entraînement permettent de faire tourner ce support et le rond autour de l'axe vertical, des moyens de guidage étant aptes à empêcher le rond de s'écarter de cet axe vertical.
- Avantageusement mais non obligatoirement des moyens de refroidissement permettent de projeter au moins un fluide de refroidissement sur la paroi du rond. Ces moyens de refroidissement peuvent être des moyens de refroidissement programmés permettant de déplacer la zone de refroidissement le long du rond.
- De préférence, la colonne mobile est montée sur des bras articulés reliés à une structure support fixe.
- De préférence, le dispositif comporte un moyen de transfert secondaire muni de pinces aptes à saisir le rond sur son support de refroidissement, des moyens de serrage permettant d'assurer un serrage suffisant de ces pinces, ce moyen de transfert secondaire permettant alors de diriger le rond vers un emplacement de stockage avant utilisation. De préférence, le moyen de transfert secondaire comporte un moyen de basculement qui permet d'amener le rond sensiblement à l'horizontale avant de le déposer sur un moyen d'acheminement en direction d'un emplacement de stockage avant utilisation.
- De préférence également, le support de refroidissement fait partie d'une unité de refroidissement, comportant plusieurs supports répartis autour d'un axe vertical et montés en rotation autour de cet axe, de façon que l'axe de chaque support puisse être mis en coïncidence avec l'axe du rond porté par les pinces dont est munie la colonne mobile du moyen de transfert primaire, lorsque cette colonne mobile est amenée par les moyens de manoeuvre jusqu'à sa position de déchargement du rond en vue de la poursuite de son refroidissement sur un support de cette unité de refroidissement.
- De très nombreuses variantes ou modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif qui font l'objet de l'invention sans sortir du domaine de celle-ci.
- L'exemple et les figures ci-après décrivent, de façon non limitative, un mode particulier de réalisation du procédé et du dispositif suivant l'invention.
- La figure 1 est une vue schématique, en élévation et en perspective, d'un dispositif de coulée continue rotative qui comprend les étapes essentielles du procédé suivant l'invention.
- La figure 2 est une vue schématique, de dessus suivant un plan de coupe situé au-dessous du moule, d'un dispositif permettant de réaliser le procédé suivant l'invention.
- La figure 3 est une vue schématique, en élévation et en perspective, d'un mode de réalisation des moyens d'entraînement et de soutien, le long de l'axe de coulée, d'un rond en métal ou alliage réalisé par le procédé suivant l'invention.
- La figure 4 est une vue schématique, en élévation et en perspective, du moyen de transfert primaire du rond, depuis la ligne de coulée jusqu'à un support de refroidissement suivant l'invention.
- La figure 5 est une vue schématique, en élévation et en perspective, d'une unité de refroidissement suivant l'invention.
- La figure 6 est une vue schématique, en élévation et en coupe, de l'extrémité inférieure d'un rond coulé reposant, par sa pièce de départ, sur un support de refroidissement suivant l'invention.
- La figure 1 présente un schéma général qui permet de comprendre les étapes successives du procédé de réalisation de ronds métalliques par coulée continue suivant l'invention.
- On voit sur cette figure une ligne de coulée continue rotative 1 d'axe vertical X1-X1 qui comporte à l'extrémité supérieure un emplacement de coulée 2 sur lequel est disposé un moule dont seul l'orifice supérieur 3 est visible. Ce moule est monté en rotation de façon connue et non représentée sur un porte-moule 4 dont seul le contour extérieur est indiqué. Ce porte-moule 4 est monté sur des glissières 5 qui permettent de le dégager de la ligne de coulée dans le sens de la flèche F1 pour lui substituer un deuxième ensemble moule, porte-moule 6, seul l'orifice 7 du deuxième moule étant visible. On effectue une telle substitution lorsque, la coulée du rond 8 étant achevée, on se propose d'effectuer la coulée d'un nouveau rond de diamètre différent. L'alimentation du moule par son orifice supérieur 3 par un métal ou alliage liquide est effectuée de façon connue et non représentée. Le porte-moule 4 comporte des moyens connus et non représentés permettant d'entraîner en rotation le moule correspondant autour de l'axe de coulée X1-X1. Il peut comporter aussi des moyens connus et non représentés permettant de réaliser des déplacements alternatifs de quelques millimètres d'amplitude, le long de l'axe X1-X1, appellés oscillations qui empêchent le collage de la couche de métal ou alliage en cours de solidification, sur la paroi du moule. Des moyens, non représentés, assurent le refroidissement du moule par circulation interne d'au moins un fluide et d'autres moyens, également connus et non représentés, assurent la lubrification de la zone supérieure de la paroi du moule sur laquelle se produit la solidification commençante du métal ou alliage liquide par écoulement goutte à goutte d'un fluide convenable tel que de l'huile de colza. Le rond 8 en cours de formation est entraîné vers le bas au moyen du chariot support 9 (voir figure 3) qui comporte deux barres de guidage 10, 11 dont les extrémités sont engagées dans des glissières verticales 12, 13 solidaires des colonnes 14, 15. Ces colonnes sont reliées l'une à l'autre par au moins une pièce de liaison 16 en forme de C (voir figure 2). Le chariot support 9 comporte un plateau 17 monté en rotation autour de l'axe X1-X1 et est entraîné en rotation par un moyen moteur non représenté à une vitesse égale à celle du moule.
- Entre ce plateau 17 et le rond 8 est disposée une pièce de départ 18 qui a été engagée initialement dans le moule à partir de son extrémité inférieure en relevant le chariot 9 pour permettre son soudage avec le métal liquide introduit dans le moule en début de coulée. Les extrémités des barres de guidage 10, 11 sont reliées à l'intérieur des glissières verticales 12, 13 à des chaînes 19, 20 dont le déplacement est contrôlé de façon connue par des moteurs moto-réducteurs hydrauliques non représentés pourvus de pignons à chaînes qui contrôlent le déplacement de ces chaînes de façon non représentée mais connue.
- Au cours de la coulée du rond 8, les moyens régulateurs de la descente du chariot 9 qui viennent d'être décrits permettent de contrôler celle-ci de façon que le niveau moyen du métal ou alliage liquide à l'intérieur du moule ne varie que faiblement. Ces moyens comprennent avantageusement une régulation du débit de métal ou alliage liquide. Des moyens de refroidissement également connus et non représentés, sont disposés autour du rond 8 en cours de formation, au-dessous du moule sur une hauteur déterminée, le plus souvent au moins égale à la hauteur qui sépare l'extrémité supérieure du rond en cours de coulée du niveau auquel la solidification de celui-ci devient complète dans toute la section. Cette hauteur atteint couramment 10 à 15 mètres suivant les conditions opératoires. Dans le but de réduire considérablement le coût de l'installation de coulée continue rotative, le procédé suivant l'invention consiste à interrompre l'introduction du métal ou alliage liquide dans le moule à partir du moment où le rond métallique 8 atteint la longueur totale demandée, compte tenu des chutes d'extrémités supérieure et inférieure. Après avoir interrompu la coulée, on fait descendre le rond d'une longueur suffisante pour dégager du moule son extrémité supérieure, puis on saisit ce rond par des moyens de préhension afin de le transférer latéralement, comme le montre la flèche F2 de la figure 1, en maintenant son axe sensiblement vertical jusqu'à un support de refroidissement tel que 21 faisant partie d'une unité de refroidissement 22, en forme de barrillet, comportant plusieurs supports tels que 21. On munit l'extrémité supérieure du rond 8 d'un chapeau isolant 23 pour réduire les pertes thermiques et permettre le nourrissage de la retassure qui tend à se former au cours de la solidification. De plus, comme le montre la figure 6, le support de refroidissement 21 est une pièce de révolution d'axe vertical X2-X2, montée en rotation sur laquelle repose le rond 8, de façon centrée par rapport à l'axe, par l'intermédiaire de la pièce de départ 18. Un moyen d'entraînement en rotation non représenté fait tourner le support 21 et le rond 8, des moyens de guidage 44, 45 et 46 assurant la stabilité du rond 8. Le rond 8 peut être tourné toujours dans le même sens ou alternativement dans un sens et dans l'autre. On projette sur la totalité de la longueur ou sur une partie de sa longueur de préférence de façon programmée au moins un fluide de refroidissement, en général de l'eau, contre la paroi du rond 8. On peut en variante faire un refroidissement de la paroi du rond 8 par projection de fluide de refroidissement sur des zones successives se déplaçant le long dudit rond. La combinaison de cette rotation et de ce refroidissement permettent d'obtenir une structure, après solidification, comportant une zone interne équiaxe dont l'extension est pratiquement la même que si la coulée avait été effectuée sur la ligne de coulée classique.
- Pendant la durée de la solidification de ce rond 8, on effectue la substitution de l'ensemble moule porte-moule 3-4 par l'ensemble moule porte-moule 7-6 en les dépaçant sur les glissières 5 dans le sens de la flèche F1. On effectue aussi la mise en place d'une nouvelle tête de départ dont la section est adaptée à celle du nouveau moule, sur le plateau rotatif 17 du chariot 9. On élève alors celui-ci jusqu'à engagement de l'extrémité supérieure de cette tête de départ dans le nouveau moule. On peut alors amorcer la coulée d'un nouveau rond pendant que s'achève la solidification du précédent. Lorsque le rond 8 est entièrement solidifié, on effectue son transfert secondaire, comme le montre la flèche F3 de la figure 1 en direction d'un moyen de stockage intermédiaire.
- Pour ce transfert on utilise des moyens de basculement qui permettent de coucher le rond et d'utiliser par exemple pour son acheminement un chemin de roulement.
- Des moyens particuliers peuvent être réalisés pour effectuer le transfert primaire des ronds tels que 8, à partir de la ligne de coulée, jusqu'à leur support de refroidissement. Comme le montrent les figures 2 (de façon purement schématique) et 4 (de façon plus détaillée) le moyen de transfert primaire 30 comprend une structure support à bras 31 munie de deux autres bras 32, 33 articulés autour d'axes verticaux portés par l'extrémité des bras 31. Ces bras 32, 33 supportent une colonne mobile verticale 34 munie par exemple de quatre pinces 35, 36, 37, 38, elles-mêmes articulées, réparties de façon à pouvoir saisir le rond 8 en plusieurs points. La figure 2 représente l'instant où le rond 8 est saisi par les pinces telles que 35 après achèvement de la coulée, l'extrémité supérieure du rond 8 étant dégagée du moule. Pour permettre aux pinces telles que 35 de saisir le rond 8, des moyens non représentés assurent l'ouverture du coffrage 39 du côté où intervient le moyen de transfert et aussi l'écartement des moyens de refroidissement par projection de fluides, moyens de projection non représentés. Des vérins également non représentés assurent le serrage des pinces telles que 35 autour du rond 8. La force de ces vérins est déterminée de façon que les pinces supérieures telles que 35, 36 qui agissent dans la zone supérieure du rond 8 exercent une faible pression sur la paroi du rond. Par contre les pinces situées au niveau de la zone inférieure telles qu'en particulier la pince 38 peuvent exercer une forte pression permettant de supporter de façon sûre le poids du rond 8. Après serrage des pinces, les moyens de guidage du rond 8 le long de l'axe de coulée X1-X1 tels que 40, 41 munis respectivement de galets tels que 42, 43 qui sont articulés sur les colonnes support 14, 15 sont écartés latéralement au moyen de vérins non représentés.
- On effectue ensuite au moyen d'autres vérins également non représentés un faible déplacement vertical de bas en haut des supports des bras 32, 33 le long de la structure 31 pour séparer le rond 8 du plateau support 17 du chariot 9. On fait ensuite tourner les bras 31, 32 afin de transférer le rond 8 de l'axe de coulée X1-X1 à l'axe X2-X2 du support de refroidissement 21. Un faible déplacement de haut en bas des bras 32, 33 permet alors de poser le rond 8 sur le support de refroidissement 21. Un chapeau isolant 23 est alors placé sur l'extrémité supérieure du rond. Comme cela a été dit plus haut, chaque support de refroidissement tel que 21 comporte un moyen d'entraînement en rotation autour de son axe tel que X2-X2 voir figure 6. De même, des moyens de guidage (voir figure 5), tels que les pinces 44 équipées de galets 45, 46, assurent le maintien du rond 8 en position verticale pendant sa rotation. Pendant cette rotation, des moyens de refroidissement non représentés projettent au moins un fluide de refroidissement sur la paroi du rond 8, au moins jusqu'à solidification complète de la phase liquide qu'il contient. Dès que la coulée du rond suivant sur la ligne de coulée est achevée on le transfère sur un autre support de refroidissement de l'unité 22 en faisant tourner celle-ci de l'angle voulu, autour de son axe X3-X3 pour que le moyen de transfert primaire 30 puisse y déposer ce nouveau rond.
- Lorsque le premier rond a été suffisamment refroidi, des moyens de transfert secondaires, de type connu et non représentés, le saisissent et, après basculement à l'horizontale, le déposent sur un chemin de roulement, non représenté également, au moyen duquel il est dirigé vers un stockage intermédiaire où il achève son refroidissement avant transformation ultérieure.
Claims (16)
1) Procédé de coulée continue rotative dans lequel on coule dans un moule sans fond de section circulaire, monté en rotation dans un porte-moule, un métal ou alliage, des moyens d'entraînement et de soutien du rond en formation permettant de déplacer celui-ci de haut en bas le long de l'axe vertical de coulée en maintenant la surface liquide de l'extrémité supérieure de ce rond à l'intérieur du moule, des moyens d'entraînement en rotation permettant de faire tourner le moule et le rond autour de l'axe de coulée à une vitesse déterminée, des moyens primaires de refroidissement assurant le refroidissement de la paroi du moule et des moyens secondaires celui de la paroi du rond par projection d'au moins un fluide de refroidissement afin de poursuivre la solidification de la phase liquide contenue dans ce rond caractérisé en ce que, lorsque le rond (8) a atteint la longueur visée, on interrompt la coulée puis, après avoir dégagé l'extrémité supérieure du rond du moule, on le saisit et on le transfère latéralement, en le maintenant sensiblement vertical, jusqu'à un support de refroidissement (21) sur lequel on le dépose, puis on entraîne en rotation ce support afin de faire tourner le rond sur lui-même en position verticale jusqu'à solidification complète de la phase liquide qu'il contient.
2) Procédé suivant revendication 1 caractérisé en ce qu'on projette sur le rond (8) tournant sur son support de refroidissement (21) au moins un fluide de refroidissement sur sa paroi latérale, au moins jusqu'à solidification complète de la phase liquide qu'il contient.
3) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'après solidification du rond (8) on saisit à nouveau celui-ci et on le transfère en direction d'un stockage intermédiaire.
4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'après interruption de la coulée et dégagement de l'extrémité supérieure du rond (8) du moule et avant mise en rotation de ce rond sur un support de refroidissement (21), on recouvre l'extrémité supérieure de ce rond d'un chapeau isolant (23) permettant de ralentir la solidification de la phase liquide contenue dans ce rond au voisinage de cette extrémité supérieure, afin d'assurer l'alimentation du reste de ce rond au cours de la solidification de la phase liquide qu'elle contient.
5) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, dès que le rond (8) est extrait de la ligne de coulée, on remet en position de début de coulée les moyens d'entraînement et de soutien (9) munis d'une nouvelle pièce de départ partiellement engagée dans le moule.
6) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que, pendant la coulée d'un rond on prépare sur un poste d'attente un moule et un porte-moule (6) qu'on substitue, après l'achèvement de la coulée en cours, à l'ensemble moule porte-moule (4) qui vient d'être utilisé, en vue de la coulée suivante.
7) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le support de refroidissement (21) fait partie d'une unité de refroidissement (22) comportant au moins deux supports de refroidissement dont l'un est apte à recevoir un rond dont la coulée vient d'être achevée l'autre étant utilisé pour la poursuite du refroidissement du rond précédent avant transfert secondaire.
8) Dispositif, permettant la coulée continue rotative d'un métal sous forme de rond, comprenant un moule de section circulaire à axe vertical monté en rotation sur un porte-moule (4), un moyen d'alimentation en métal ou alliage liquide disposé pour alimenter ce moule,des moyens d'entraînement et de soutien (9) du rond en formation permettant de déplacer celui-ci le long de l'axe de coulée (X1-X1) en fonction de l'alimentation en métal liquide du moule, des moyens d'entraînement en rotation permettant de faire tourner le rond (8) et le moule autour de l'axe vertical commun (X1 - X1), des moyens de refroidissement primaire, permettant de refroidir le moule et des moyens de refroidissement secondaires permettant de refroidir le rond (8) au-dessous du moule caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de transfert primaire (30) comportant une colonne verticale mobile (34) munie de plusieurs pinces (35, 36, 37, 38) aptes à saisir le rond (8), des moyens de manoeuvre (31, 32, 33) aptes à rapprocher la colonne de l'axe de coulée (X1-X1) jusqu'à engagement des pinces autour du rond (8) qu'il s'agit de transférer, des moyens de serrage permettant aux pinces de saisir le rond, les mêmes moyens de manoeuvre permettant de déplacer latéralement la colonne mobile (34) porteuse du rond (8) en maintenant son axe vertical jusqu'à faire coïncider celui-ci avec l'axe vertical (X2-X2) d'un support de refroidissement (21), l'action des moyens de serrage étant interrompue pour permettre la pose du rond sur le support, des moyens d'entraînement étant aptes à faire tourner ce support et le rond autour de l'axe vertical (X2-X2).
9) Dispositif suivant revendication 8 caractérisé en ce que des moyens de refroidissement permettent de projeter un fluide de refroidissement sur la paroi du rond (8) tournant sur son support de refroidissement (21).
10) Dispositif suivant revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que les moyens de serrage des pinces (35, 36, 37, 38) permettent aux dites pinces de saisir le rond (8) avec une force de serrage plus faible dans la zone supérieure du rond et plus forte dans la zone inférieure.
11) Dispositif suivant l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que la colonne verticale mobile (34) est montée sur des bras articulés (32, 33) reliés à une structure support (31).
12) Dispositif suivant revendication 11 caractérisé en ce que des vérins sont disposés de façon à permettre un déplacement vertical de faible amplitude de la colonne mobile (34) pour éloigner le rond (8) verticalement de son plateau support (17) et pour le rapprocher d'un support de refroidissement (21).
13) Dispositif suivant l'une des revendications 8 à 12 caractérisé en ce que le maintien du rond (8) en position verticale sur le support de refroidissement est assuré par des moyens de guidage (44, 45, 46).
14) Dispositif suivant l'une des revendications 8 à 13 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de substitution d'un ensemble moule porte-moule venant d'être utilisé (4) par un autre ensemble moule porte-moule (6).
15) Dispositif suivant l'une des revendications 8 à 14 caractérisé en ce qu'un moyen de transfert secondaire est équipé de moyens permettant de saisir un rond (8) sur un support de refroidissement (21) et de le diriger vers un emplacement de stockage.
16) Dispositif suivant revendication 15 caractérisé en ce que le moyen de transfert secondaire comporte un moyen de basculement sensiblement à l'horizontale du rond (8) initialement vertical.
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