EP1332812A1 - Device for continuous casting flat products in vertical charge of a melting metal - Google Patents

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Publication number
EP1332812A1
EP1332812A1 EP03447012A EP03447012A EP1332812A1 EP 1332812 A1 EP1332812 A1 EP 1332812A1 EP 03447012 A EP03447012 A EP 03447012A EP 03447012 A EP03447012 A EP 03447012A EP 1332812 A1 EP1332812 A1 EP 1332812A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bar
bars
mold
steel
refractory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03447012A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Courbe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL filed Critical Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Publication of EP1332812A1 publication Critical patent/EP1332812A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a device existing for the continuous casting of a molten metal, in particular in the context of continuous casting in vertical load of flat steel products.
  • Continuous casting is a widely used technique, which allows steel to be poured directly from a casting container, usually a basket distributor or a ladle, in a bottomless ingot mold, from which it is extracted in the form of a partially solidified continuous strand.
  • a refractory nozzle of casting Under the basket bottom distributor and coaxially to the tap hole is fixed a refractory nozzle of casting, which plunges freely into the upper part of the mold itself.
  • the mold is made of copper and is cooled with water. The nozzle is submerged or not below the level of liquid steel, also called meniscus.
  • the liquid metal flowing from the basket distributor in the mold via the refractory nozzle, creates turbulence at the level of the free steel surface in the form of recirculation loops or waves at the meniscus. These turbulences are due to the oscillation movement that is printed usually in the mold to prevent the steel from sticking to its walls.
  • the level of steel typically fluctuates within a range of 20 mm for an ingot mold whose height is conventionally between 700 and 1000 mm, the free surface (meniscus) being typically positioned within a range of 100 to 150 mm from the upper surface of the mold.
  • the fluctuation of the steel level is independent of the height of the mold.
  • This surface quality problem is particularly acute in continuous casting of flat products, because many products cast in this form are intended for applications with high quality requirements as in the automobile for example.
  • An alternative to the conventional continuous casting process described above is to dissociate the meniscus area from the first area solidification. It has been found that the majority of surface defects are remedied on the product obtained by continuous casting avoiding that the meniscus is established in the same region as that where the solidification of the skin of said product begins.
  • a joint material is used technical ceramic, preferably made of or containing SiAION (oxynitride aluminum and silicon). This material is known to be very efficient at level of its wear resistance properties and is particularly used in heads of certain car engines.
  • SiAION oxynitride aluminum and silicon
  • An ingot mold for billets or long products is generally characterized by a circular, square or rectangular section with a width to thickness ratio not exceeding 2.
  • a prestressing of a one-piece joint for example in the form of a 150 mm square from the side, by hot shrinking, to avoid cracking due mainly to impacts thermal at the start of casting.
  • the Applicant has already proposed a solution of this type in the context of continuous casting with vertical load of flat steel products, commonly called slabs.
  • slabs flat steel products
  • the element of junction between the mold and the extension consists of at least four elements elongated, essentially rectangular in shape, hereinafter referred to as "bars", arranged end to end to form a rectangle whose dimensions correspond to the corresponding ingot mold, of large dimensions.
  • the continuous casting tests carried out by the Applicant have allowed to refine the data relating to thermal shock cracking, with a view to develop a technique to avoid any cracks parallel to the face of refractory bars constituting the aforementioned joining element, which face is at contact of molten steel.
  • the increase in the ratio hl 3 / L 3 is obtained either by increasing the section of the bars, or by decreasing their length.
  • the first solution induces an additional material cost and the second solution induces an additional machining cost and complicates the assembly operations.
  • the present invention essentially aims to find a non-obvious solution for the skilled person to the technical problem posed in the case where the bars have a ratio h.1 3 / L 3 ⁇ 0.26.
  • the present invention aims to provide a solution which allows to overcome the problems inherent in the state of the art.
  • the invention aims to provide an element of refractory junction between the mold and the riser for a casting device continues in vertical charge of a molten metal in the form of flat products, where the junction element in the form of bars clamped longitudinally is free from cracks when the device is in service at different speeds usual thermal.
  • the material used to make a bar is a technical ceramic and preferably comprises aluminum oxynitride and silicon (SiAION).
  • the machining produced in the lateral face of the bar has a width of between 0.01 and 0.03 mm, preferably 0.02 mm and a depth between 5 and 15 mm, the groove corresponding formed by two contiguous bars having a width between 0.02 and 0.06 mm, preferably 0.04 mm.
  • each bar is supported on a rear stop, which has the function of positioning it in a perfect alignment, apart from mechanical assembly clearance, with the face of the mold of which it is an extension and to prevent the bar from being pushed back by the slab.
  • each bar is further machined to receive a holding clam, this ensuring the double function on the one hand, of pressing vertically the bar so that it remains in contact with the upper edge of the ingot mold during an oscillating movement of the latter, and on the other hand, to prevent the bar from deviating from the alignment of the face of the mold which it extends moving towards the center of the slab, eventually does not fall into steel during the start of the continuous casting operation.
  • one uses for the maintenance bars a positioning key, inserted at the same time in the upper face of the ingot mold and the underside of the bars. This key cooperates with a claim whose function is to ensure vertical pressure.
  • means are available so that the different bars remain in contact with each other independently of the working temperature at which they are, these means exerting pressure along the longitudinal axis of the various bars juxtaposed along one face of the ingot mold so as to keep the various bars in contact.
  • said means exerting a pressure according to the longitudinal axis of the various bars are compressed springs.
  • Figure 1 schematically shows the dimensions of a individual bar of the junction element for a continuous casting mold vertical load.
  • FIG. 2A schematically represents a sequence of refractory bars, preferably from SiAION, sheared longitudinally according to the condition of technique, before casting.
  • Figure 2B shows schematically the same sequence exhibiting characteristic differential expansion upon ramping up thermal of the mold.
  • Figure 3 shows a perspective view of the assembly of two bars of SiAION machined according to the present invention.
  • Figures 2A and 2B show the form that a sequence of bars claimed longitudinally, respectively before and during casting, during the rise in thermal regime.
  • the innovation brought by the present invention consists in machining 4 preferably 0.02 mm wide by about 10 mm depth, at the side faces 5 of the bars (see Figure 3).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Device for the vertical continuous casting of steel slabs from molten steel, is arranged between the copper mold and the refractory riser. The device incorporates an assembly of elongated bars having a specific configuration. A device for the vertical continuous casting of slabs from molten steel incorporates a refractory junction element, arranged between the copper mold and the refractory riser. The device is made of an assembly of a plurality of elongated elements, known as bars (1) presenting: (a) a ratio h.l cubed/L cubed of less than 0.5, and preferably of less than 0.35, where h, l and L are the dimensions of the bar; (b) a machining (4) on each of its two lateral faces (5), situated at the side in contact with the liquid steel (3). Two of these machinings are positioned in a contiguous manner in the assembly to form a groove (6) also situated on the side in contact with the liquid steel.

Description

Objet de l'inventionSubject of the invention

La présente invention concerne une amélioration d'un dispositif existant pour la coulée continue d'un métal en fusion, en particulier dans le contexte de la coulée continue en charge verticale de produits plats en acier.The present invention relates to an improvement of a device existing for the continuous casting of a molten metal, in particular in the context of continuous casting in vertical load of flat steel products.

Etat de la techniqueState of the art

La coulée continue est une technique largement répandue, qui permet de couler l'acier directement d'un récipient de coulée, généralement un panier répartiteur ou une poche de coulée, dans une lingotière sans fond, de laquelle il est extrait sous forme d'un brin continu partiellement solidifié. Sous le fond du panier répartiteur et coaxialement au trou de coulée est fixée une busette réfractaire de coulée, qui plonge librement dans la partie supérieure de la lingotière proprement dite. Généralement, la lingotière est en cuivre et est refroidie à l'eau. La busette est immergée ou non sous le niveau d'acier liquide, encore appelé ménisque.Continuous casting is a widely used technique, which allows steel to be poured directly from a casting container, usually a basket distributor or a ladle, in a bottomless ingot mold, from which it is extracted in the form of a partially solidified continuous strand. Under the basket bottom distributor and coaxially to the tap hole is fixed a refractory nozzle of casting, which plunges freely into the upper part of the mold itself. Generally, the mold is made of copper and is cooled with water. The nozzle is submerged or not below the level of liquid steel, also called meniscus.

En fonctionnement, le métal liquide qui s'écoule du panier répartiteur dans la lingotière, via la busette réfractaire, crée des turbulences au niveau de la surface libre d'acier sous forme de boucles de recirculation ou de vagues au ménisque. Ces turbulences sont dues au mouvement d'oscillation que l'on imprime généralement à la lingotière pour empêcher le collage de l'acier à ses parois.In operation, the liquid metal flowing from the basket distributor in the mold, via the refractory nozzle, creates turbulence at the level of the free steel surface in the form of recirculation loops or waves at the meniscus. These turbulences are due to the oscillation movement that is printed usually in the mold to prevent the steel from sticking to its walls.

Elles peuvent encore être dues au fait que le débit n'est pas constant suite à des modifications accidentelles de la vitesse de coulée ou à des irrégularités de débit entrant provenant, par exemple, de la détérioration progressive de la busette.They may also be due to the fact that the flow is not constant due to accidental changes in casting speed or incoming flow irregularities resulting, for example, from the progressive deterioration of the nozzle.

Ces phénomènes aléatoires qui créent principalement des fluctuations de niveau et des vagues irrégulières se superposent ainsi aux phénomènes "constants" cités ci-dessus, en l'occurrence les boucles de recirculation et les vagues régulières au ménisque résultant de l'écoulement de l'acier liquide ou de l'oscillation de la lingotière.These random phenomena which mainly create level fluctuations and irregular waves thus overlap the "constant" phenomena mentioned above, in this case the recirculation loops and regular meniscus waves resulting from the flow of liquid steel or the oscillation of the mold.

On constate donc en pratique qu'il est très difficile de maintenir un niveau rigoureusement constant de l'acier dans la lingotière, principalement lorsque le débit d'acier est élevé et lorsque la lingotière est de petite section. Le niveau de l'acier y fluctue typiquement dans une fourchette de 20 mm pour une lingotière dont la hauteur est classiquement comprise entre 700 et 1000 mm, la surface libre (ménisque) étant positionnée typiquement dans une fourchette de 100 à 150 mm par rapport à la surface supérieure de la lingotière. Toutefois, la fluctuation du niveau de l'acier est indépendante de la hauteur de la lingotière. L'association du phénomène précédent avec le fait que la solidification de l'acier est amorcée au niveau du ménisque, c'est-à-dire au contact du métal liquide avec la paroi de la lingotière en cuivre, a pour conséquence l'apparition de défauts de surface sur les produits coulés.We therefore see in practice that it is very difficult to maintain a rigorously constant level of steel in the mold, mainly when the steel flow is high and when the mold is of small section. The level of steel typically fluctuates within a range of 20 mm for an ingot mold whose height is conventionally between 700 and 1000 mm, the free surface (meniscus) being typically positioned within a range of 100 to 150 mm from the upper surface of the mold. However, the fluctuation of the steel level is independent of the height of the mold. The association of the previous phenomenon with the fact that the solidification of steel is initiated at the meniscus, that is to say in contact with the liquid metal with the wall of the copper ingot mold, has for consequence of the appearance of surface defects on the cast products.

Ce problème de qualité de surface est particulièrement aigu en coulée continue de produits plats, car bon nombre de produits coulés sous cette forme sont destinés à des applications à hautes exigences de qualité comme dans l'automobile par exemple.This surface quality problem is particularly acute in continuous casting of flat products, because many products cast in this form are intended for applications with high quality requirements as in the automobile for example.

Une alternative au procédé conventionnel de coulée continue décrit ci-dessus consiste à dissocier la zone du ménisque de la zone de première solidification. On a constaté qu'on remédie à la majorité des défauts de surface sur le produit obtenu en coulée continue en évitant que le ménisque ne s'établisse dans la même région que celle où commence la solidification de la peau dudit produit.An alternative to the conventional continuous casting process described above is to dissociate the meniscus area from the first area solidification. It has been found that the majority of surface defects are remedied on the product obtained by continuous casting avoiding that the meniscus is established in the same region as that where the solidification of the skin of said product begins.

Une solution a été proposée qui utilise des rehausses en matériau réfractaire dont les parois internes sont disposées en alignement parfait, aux jeux d'assemblage mécanique près, avec les parois internes de la lingotière de coulée continue verticale. Cette solution permet de découpler les fluctuations de niveau de la surface libre de l'acier, qui est désormais situé dans la rehausse en réfractaire et l'amorce de solidification sur la paroi latérale de la lingotière. Cette méthode de coulée continue d'acier avec rehausse en réfractaire disposée au-dessus de la lingotière en cuivre est appelée coulée continue en charge.A solution has been proposed which uses material extensions refractory whose internal walls are arranged in perfect alignment, to games close to mechanical assembly, with the internal walls of the casting mold continuous vertical. This solution makes it possible to decouple the level fluctuations of the free surface of the steel, which is now located in the refractory riser and the initiation of solidification on the side wall of the mold. This casting method continuous steel with refractory riser placed above the mold in copper is called continuous laden casting.

Les contraintes de tenue à l'acier liquide, de résistance au choc thermique et d'isolation thermique de cette rehausse en réfractaire nécessitent l'utilisation d'un élément dit de "jonction", également réfractaire, entre cette rehausse et la lingotière en cuivre. L'élément de jonction doit également être en alignement avec ces deux derniers éléments. Il doit en outre satisfaire à des critères de conductibilité et diffusibilité thermique, de résistance au choc thermique, de résistance à l'usure mécanique (contact avec l'acier solidifié) et chimique (contact avec l'acier liquide) et d'usinabilité pour sa mise en forme. La "rehausse" est en fait constituée de deux matières réfractaires différentes, l'une sur laquelle porte la présente demande de brevet et l'autre pour constituer un "réservoir d'acier liquide", prolongeant la première vers le haut. The constraints of resistance to liquid steel, impact resistance thermal and thermal insulation of this refractory riser require the use of a so-called "junction" element, also refractory, between this riser and the copper ingot mold. The joining element must also be in alignment with these last two elements. It must also meet conductivity criteria and thermal diffusibility, resistance to thermal shock, resistance to wear mechanical (contact with solidified steel) and chemical (contact with liquid steel) and machinability for its shaping. The "enhancement" actually consists of two different refractory materials, one to which this application relates patent and the other to constitute a "liquid steel tank", extending the first to the top.

On utilise généralement comme matériau de jonction une céramique technique, de préférence constituée de ou contenant du SiAION (oxynitrure d'aluminium et de silicium). Ce matériau est connu comme étant très performant au niveau de ses propriétés de résistance à l'usure et est notamment utilisé dans les têtes de soupape de certains moteurs de voiture.Generally, a joint material is used technical ceramic, preferably made of or containing SiAION (oxynitride aluminum and silicon). This material is known to be very efficient at level of its wear resistance properties and is particularly used in heads of certain car engines.

Les essais de mise en pratique industrielle des développements techniques précités ont été principalement appliqués dans la coulée continue en charge verticale de produits longs s'apparentant au format billettes, à savoir de petites dimensions (200 x 200 mm2 maximum) et de sections symétriques (carrés, hexagones ou ronds). Une lingotière pour billettes ou produits longs est généralement caractérisée par une section circulaire, carrée ou rectangulaire avec un rapport largeur sur épaisseur n'excédant pas 2.The tests of industrial practice of the aforementioned technical developments were mainly applied in the continuous casting under vertical load of long products similar to the billet format, namely small dimensions (200 x 200 mm 2 maximum) and symmetrical sections ( square, hexagon or round). An ingot mold for billets or long products is generally characterized by a circular, square or rectangular section with a width to thickness ratio not exceeding 2.

Dans l'application pour produits longs, on procède à une précontrainte d'un joint monobloc, ayant par exemple la forme d'un carré de 150 mm de côté, par frettage à chaud, pour éviter la fissuration due principalement aux chocs thermiques en début de coulée.In the application for long products, a prestressing of a one-piece joint, for example in the form of a 150 mm square from the side, by hot shrinking, to avoid cracking due mainly to impacts thermal at the start of casting.

Par ailleurs, la Demanderesse a déjà proposé une solution de ce type dans le cadre d'une coulée continue en charge verticale de produits plats en acier, communément appelés brames. Les caractéristiques de grandes dimensions des lingotières de coulée continue de brames, par exemple une épaisseur de 200 à 240 mm sur une largeur de 1200 à 2000 mm, ne permettent plus d'utiliser, pour l'élaboration de l'élément de jonction, la technologie définie dans le cas de la coulée continue en charge verticale dans le format billettes. Vu la configuration des composants, on ne peut plus procéder à un frettage à chaud dans un cadre métallique pour solidariser des réfractaires monobloc.Furthermore, the Applicant has already proposed a solution of this type in the context of continuous casting with vertical load of flat steel products, commonly called slabs. The large characteristics of the ingot molds for continuous casting of slabs, for example a thickness of 200 to 240 mm over a width of 1200 to 2000 mm, no longer allow to use, for the development of the junction element, the technology defined in the case of casting continues in vertical load in billet format. Given the configuration of components, it is no longer possible to heat shrink in a metal frame to secure one-piece refractories.

Selon une forme d'exécution de cette invention, l'élément de jonction entre la lingotière et la rehausse est constitué d'au moins quatre éléments allongés, essentiellement de forme parallélipipédique, désignés ci-après par le terme "barreaux", disposés bout à bout pour former un rectangle dont les dimensions correspondent à la lingotière correspondante, de grandes dimensions.According to one embodiment of this invention, the element of junction between the mold and the extension consists of at least four elements elongated, essentially rectangular in shape, hereinafter referred to as "bars", arranged end to end to form a rectangle whose dimensions correspond to the corresponding ingot mold, of large dimensions.

Dans le cas du dispositif de coulée continue de produits plats, on utilise un système de maintien de l'élément de jonction basé sur des butées et des clames. Des barreaux parallélipipédiques de réfractaire non précontraints sont disposés côte à côte, par leurs faces latérales, et clamés, notamment longitudinalement. Le clamage longitudinal, de par son caractère "élastique" (ressorts de pression), permet de leur assurer une- certaine liberté de dilatation. En vue de favoriser la résistance à la fissuration de cet élément de joint au cours de la montée en régime thermique en début de coulée, on a revendiqué dans la demande antérieure un dimensionnement de ces barreaux tel que : h.l3/L3 ≥ 0,025 mm, où h, I et L représentent respectivement la hauteur, la largeur et la longueur du barreau.In the case of the continuous casting device for flat products, a system for holding the junction element based on stops and clamps is used. Parallelipipedic non-prestressed refractory bars are arranged side by side, by their lateral faces, and clamped, in particular longitudinally. Longitudinal clamping, due to its "elastic" character (pressure springs), allows them to be given a certain freedom of expansion. In order to promote the cracking resistance of this joint element during the rise in thermal regime at the start of casting, we have claimed in the previous application a design of these bars such that: hl 3 / L 3 ≥ 0.025 mm, where h, I and L respectively represent the height, width and length of the bar.

Approche problème-solutionProblem-solution approach

Les essais de coulée continue réalisés par la Demanderesse ont permis d'affiner les données relatives à la fissuration au choc thermique, en vue de mettre au point une technique permettant d'éviter toute fissure parallèle à la face des barreaux de réfractaire constituant l'élément de jonction précité, laquelle face est au contact de l'acier en fusion.The continuous casting tests carried out by the Applicant have allowed to refine the data relating to thermal shock cracking, with a view to develop a technique to avoid any cracks parallel to the face of refractory bars constituting the aforementioned joining element, which face is at contact of molten steel.

On a ainsi pu observer une certaine tendance à la fissuration parallèlement à la face qui est au contact de l'acier, prenant la forme de grandes "écailles" ou "strates", dans le cas où h.l3/L3 ≥ 0,025 mm.We could thus observe a certain tendency to cracking parallel to the face which is in contact with the steel, taking the form of large "scales" or "strata", in the case where hl 3 / L 3 ≥ 0.025 mm.

Cette tendance touche, de manière aléatoire, environ 40% des barreaux de réfractaire dont le rapport h.l3/L3 est compris entre 0,08 et 0,16. Cette tendance disparaít complètement pour un rapport h.l3/L3 supérieur à 0,26. Pour h.l3/L3 compris entre 0,16 et 0,26, la tendance est de 25% de fissuration.This trend randomly affects around 40% of refractory bars whose hl 3 / L 3 ratio is between 0.08 and 0.16. This trend disappears completely for a hl 3 / L 3 ratio greater than 0.26. For hl 3 / L 3 between 0.16 and 0.26, the tendency is 25% cracking.

L'augmentation du rapport h.l3/L3 s'obtient soit en augmentant la section des barreaux, soit en diminuant leur longueur. La première solution induit un surcoût de matière et la deuxième solution induit un surcoût d'usinage et complique les opérations de montage.The increase in the ratio hl 3 / L 3 is obtained either by increasing the section of the bars, or by decreasing their length. The first solution induces an additional material cost and the second solution induces an additional machining cost and complicates the assembly operations.

Dès lors, la présente invention a essentiellement pour objet de trouver une solution non-évidente pour l'homme de métier au problème technique posé dans le cas où les barreaux présentent un rapport h.13/L3 < 0,26.Therefore, the present invention essentially aims to find a non-obvious solution for the skilled person to the technical problem posed in the case where the bars have a ratio h.1 3 / L 3 <0.26.

Buts de l'inventionAims of the invention

La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des problèmes inhérents à l'état de la technique.The present invention aims to provide a solution which allows to overcome the problems inherent in the state of the art.

En particulier, l'invention a pour but de proposer un élément de jonction en réfractaire entre la lingotière et la rehausse pour un dispositif de coulée continue en charge verticale d'un métal en fusion sous forme de produits plats, où l'élément de jonction se présentant sous forme de barreaux clamés longitudinalement est exempt de fissures lorsque le dispositif est en service aux différents régimes thermiques habituels.In particular, the invention aims to provide an element of refractory junction between the mold and the riser for a casting device continues in vertical charge of a molten metal in the form of flat products, where the junction element in the form of bars clamped longitudinally is free from cracks when the device is in service at different speeds usual thermal.

Principaux éléments caractéristiques de l'inventionMain characteristic features of the invention

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la coulée continue en charge verticale d'un acier en fusion sous forme de brames, mettant en oeuvre une lingotière en cuivre qui est prolongée par une rehausse constituée d'une matière réfractaire, ladite rehausse étant positionnée au-dessus de ladite lingotière de telle sorte que le niveau d'acier liquide, ou ménisque, soit situé lors de l'opération de coulée continue dans la rehausse précitée en réfractaire et non plus dans la lingotière en cuivre proprement dite, ledit dispositif comportant en outre un élément de jonction en réfractaire disposé entre ladite lingotière en cuivre et la rehausse en réfractaire précitée et constitué d'un assemblage d'une pluralité d'éléments allongés, appelés barreaux, ledit assemblage, maintenu de préférence par des butées et clames, ayant une forme intérieure identique, de préférence rectangulaire, à celle de la lingotière et dont les faces intérieures sont dans le prolongement des faces intérieures correspondantes de la lingotière, caractérisé en ce que chaque barreau est tel qu'il présente :

  • un rapport h.l3/L3 inférieur à 0,5, et de préférence inférieur à 0,35, où h, I et L sont les dimensions du barreau, à savoir respectivement la hauteur ou dimension de section du barreau sensiblement parallèle au sens de progression de la brame, la largeur ou dimension de section du barreau sensiblement perpendiculaire au sens de progression de la brame et la longueur du barreau, ces trois dimensions étant exprimées en mm ;
  • un usinage sur chacune de ses deux faces latérales, situé du côté au contact de l'acier liquide, deux de ces usinages situés sur des barreaux positionnés de façon contiguë dans ledit assemblage coopérant pour former une gorge également située du côté au contact de l'acier liquide.
The present invention relates to a device for the continuous casting under vertical load of molten steel in the form of slabs, using a copper ingot mold which is extended by an extension made of refractory material, said extension being positioned. above said ingot mold so that the level of liquid steel, or meniscus, is located during the continuous casting operation in the above-mentioned refractory riser and no longer in the copper ingot mold proper, said device comprising in addition a refractory junction element disposed between said copper ingot mold and the aforementioned refractory extension and consisting of an assembly of a plurality of elongated elements, called bars, said assembly, preferably held by stops and clamps, having an identical interior shape, preferably rectangular, to that of the mold and whose interior faces are t in the extension of the corresponding internal faces of the mold, characterized in that each bar is such that it has:
  • a ratio hl 3 / L 3 of less than 0.5, and preferably less than 0.35, where h, I and L are the dimensions of the bar, namely respectively the height or section dimension of the bar substantially parallel to the direction of progression of the slab, the width or dimension of section of the bar substantially perpendicular to the direction of progression of the slab and the length of the bar, these three dimensions being expressed in mm;
  • machining on each of its two lateral faces, located on the side in contact with the liquid steel, two of these machining operations located on bars positioned contiguously in said assembly cooperating to form a groove also located on the side in contact with the liquid steel.

Avantageusement, la matière utilisée pour réaliser un barreau est une céramique technique et comprend préférentiellement de l'oxynitrure d'aluminium et de silicium (SiAION).Advantageously, the material used to make a bar is a technical ceramic and preferably comprises aluminum oxynitride and silicon (SiAION).

Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, l'usinage réalisé dans la face latérale du barreau a une largeur comprise entre 0,01 et 0,03 mm, de préférence 0,02 mm et une profondeur comprise entre 5 et 15 mm, la gorge correspondante formée par deux barreaux contigus ayant une largeur comprise entre 0,02 et 0,06 mm, de préférence 0,04 mm. According to a preferred embodiment of the invention, the machining produced in the lateral face of the bar has a width of between 0.01 and 0.03 mm, preferably 0.02 mm and a depth between 5 and 15 mm, the groove corresponding formed by two contiguous bars having a width between 0.02 and 0.06 mm, preferably 0.04 mm.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, chaque barreau est appuyé sur une butée arrière, qui a pour fonction de le positionner dans un alignement parfait, aux jeux de montage mécanique près, avec la face de la lingotière dont il est le prolongement et d'éviter que le barreau ne soit repoussé vers l'arrière par la brame.According to a particular characteristic of the invention, each bar is supported on a rear stop, which has the function of positioning it in a perfect alignment, apart from mechanical assembly clearance, with the face of the mold of which it is an extension and to prevent the bar from being pushed back by the slab.

De préférence, chaque barreau est en outre usiné pour recevoir une clame de maintien, celle-ci assurant la double fonction d'une part, de presser verticalement le barreau pour qu'il reste en contact avec le bord supérieur de la lingotière au cours d'un mouvement d'oscillation de cette dernière, et d'autre part, d'éviter que le barreau ne s'écarte de l'alignement de la face de la lingotière qu'il prolonge en se déplaçant vers le centre de la brame, éventuellement ne tombe dans l'acier au cours du démarrage de l'opération de coulée continue.Preferably, each bar is further machined to receive a holding clam, this ensuring the double function on the one hand, of pressing vertically the bar so that it remains in contact with the upper edge of the ingot mold during an oscillating movement of the latter, and on the other hand, to prevent the bar from deviating from the alignment of the face of the mold which it extends moving towards the center of the slab, eventually does not fall into steel during the start of the continuous casting operation.

Selon une forme alternative d'exécution, on utilise pour le maintien des barreaux une clé de positionnement, insérée à la fois dans la face supérieure de la lingotière et la face inférieure des barreaux. Cette clé coopère avec une clame supérieure dont la fonction est d'assurer la pression verticale.According to an alternative embodiment, one uses for the maintenance bars a positioning key, inserted at the same time in the upper face of the ingot mold and the underside of the bars. This key cooperates with a claim whose function is to ensure vertical pressure.

Toujours selon l'invention, on dispose des moyens pour que les différents barreaux restent en contact les uns avec les autres et ce indépendamment de la température de travail à laquelle ils sont, ces moyens exerçant une pression suivant l'axe longitudinal des différents barreaux juxtaposés le long d'une face de la lingotière de manière à garder en contact les différents barreaux.Still according to the invention, means are available so that the different bars remain in contact with each other independently of the working temperature at which they are, these means exerting pressure along the longitudinal axis of the various bars juxtaposed along one face of the ingot mold so as to keep the various bars in contact.

Avantageusement, lesdits moyens exerçant une pression suivant l'axe longitudinal des différents barreaux sont des ressorts comprimés.Advantageously, said means exerting a pressure according to the longitudinal axis of the various bars are compressed springs.

Brève description des figuresBrief description of the figures

La figure 1 représente schématiquement les dimensions d'un barreau individuel de l'élément de jonction pour lingotière de coulée continue en charge verticale.Figure 1 schematically shows the dimensions of a individual bar of the junction element for a continuous casting mold vertical load.

La figure 2A représente schématiquement une séquence de barreaux de réfractaire, de préférence de SiAION, clamés longitudinalement selon l'état de la technique, avant coulée.FIG. 2A schematically represents a sequence of refractory bars, preferably from SiAION, sheared longitudinally according to the condition of technique, before casting.

La figure 2B représente schématiquement la même séquence présentant une dilatation différentielle caractéristique lors de la montée en régime thermique de la lingotière.Figure 2B shows schematically the same sequence exhibiting characteristic differential expansion upon ramping up thermal of the mold.

La figure 3 représente une vue en perspective de l'assemblage de deux barreaux de SiAION usinés selon la présente invention. Figure 3 shows a perspective view of the assembly of two bars of SiAION machined according to the present invention.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'inventionDescription of a preferred embodiment of the invention

Les dimensions d'un barreau 1 individuel de réfractaire, de préférence de type céramique technique tel que le SiAION, sont représentées sur la figure 1. Les figures 2A et 2B représentent la forme que prend une séquence de barreaux clamés longitudinalement, respectivement avant et pendant la coulée, lors de la montée en régime thermique.The dimensions of an individual refractory bar 1, of technical ceramic type such as SiAION, are shown on the Figure 1. Figures 2A and 2B show the form that a sequence of bars claimed longitudinally, respectively before and during casting, during the rise in thermal regime.

La fissuration parallèle à la face 3 du barreau observée doit être impérativement évitée car la "strate" formée risque de se détacher, ce qui entraínerait un arrêt quasi immédiat de la séquence de coulée par accrochage de l'acier en cours de solidification sur l'arête supérieure de la lingotière en cuivre, mise à découvert précisément du fait de l'enlèvement du morceau de barreau (céramique, SiAION).The cracking parallel to the face 3 of the bar observed must be imperatively avoided because the "stratum" formed may come off, which would cause almost immediate stopping of the casting sequence by hanging the steel in progress solidification on the upper edge of the copper ingot mold, uncovered precisely due to the removal of the piece of bar (ceramic, SiAION).

Une éventuelle fissuration perpendiculaire à la face 3 au contact de l'acier est quant à elle beaucoup plus acceptable. En effet, les moyens de clamage et de pression longitudinale 2, décrits dans une demande de brevet antérieure, permettent de maintenir en place de façon acceptable un barreau présentant une telle fissure.Possible cracking perpendicular to face 3 on contact steel is much more acceptable. Indeed, the means of shouting and of longitudinal pressure 2, described in an earlier patent application, allow to maintain in an acceptable manner a bar having such a rift.

La génération de fissures parallèles peut s'expliquer par le fait que la face au contact de l'acier liquide s'échauffe en premier. Elle se dilate donc plus vite que la partie arrière du barreau. Celui-ci acquiert en conséquence une forme trapézoïdale (voir figure 2B).The generation of parallel cracks can be explained by the fact that the face in contact with the liquid steel heats up first. So it expands faster than the back of the bar. This consequently acquires a form trapezoidal (see Figure 2B).

L'innovation apportée par la présente invention consiste à pratiquer un usinage 4 de préférence de 0,02 mm de large sur environ 10 mm de profondeur, au niveau des faces latérales 5 des barreaux (voir figure 3). La valeur de 0,02 mm a été choisie pour éviter les pénétrations d'acier dans la gorge 6 ainsi créée par adjonction de deux barreaux contigus (gorge 6 dont l'épaisseur est de 2 x 0,02 = 0,04 mm). Une telle pénétration d'acier serait en effet fort dommageable à l'installation.The innovation brought by the present invention consists in machining 4 preferably 0.02 mm wide by about 10 mm depth, at the side faces 5 of the bars (see Figure 3). The value of 0.02 mm was chosen to avoid penetration of steel into the groove 6 thus created by adding two adjoining bars (groove 6 whose thickness is 2 x 0.02 = 0.04 mm). Such steel penetration would indeed be very damaging to the installation.

Selon les tests effectués, la solution proposée dans le cadre de la présente invention permet de :

  • s'affranchir de toute fissure, parallèle ou perpendiculaire, pour h.13/L3 supérieur à 0,16;
  • s'affranchir de toute fissure parallèle et induire un taux de seulement 20% de barreaux présentant une fissure perpendiculaire pour h.l3/L3 compris entre 0,08 et 0,16.
According to the tests carried out, the solution proposed in the context of the present invention makes it possible to:
  • free from any crack, parallel or perpendicular, for h.1 3 / L 3 greater than 0.16;
  • get rid of any parallel crack and induce a rate of only 20% of bars with a perpendicular crack for hl 3 / L 3 between 0.08 and 0.16.

Claims (10)

Dispositif pour la coulée continue en charge verticale d'un acier en fusion sous forme de brames, mettant en oeuvre une lingotière en cuivre qui est prolongée par une ·rehausse constituée d'une matière réfractaire, ladite rehausse étant positionnée au-dessus de ladite lingotière de telle sorte que le niveau d'acier liquide, ou ménisque, soit situé lors de l'opération de coulée continue dans la rehausse précitée en réfractaire et non plus dans la lingotière en cuivre proprement dite, ledit dispositif comportant en outre un élément de jonction en réfractaire disposé entre ladite lingotière en cuivre et la rehausse en réfractaire précitée et constitué d'un assemblage d'une pluralité d'éléments allongés, appelés barreaux (1), ledit assemblage, maintenu de préférence par des butées et clames (2), ayant une forme intérieure identique, de préférence rectangulaire, à celle de la lingotière et dont les faces intérieures sont dans le prolongement des faces intérieures correspondantes de la lingotière, caractérisé en ce que chaque barreau (1) est tel qu'il présente : un rapport h.l3/L3 inférieur à 0,5, et de préférence inférieur à 0,35, où h, I et L sont les dimensions du barreau, à savoir respectivement la hauteur ou dimension de section du barreau sensiblement parallèle au sens de progression de la brame, la largeur ou dimension de section du barreau sensiblement perpendiculaire au sens de progression de la brame et la longueur du barreau, ces trois dimensions étant exprimées en mm ; un usinage (4) sur chacune de ses deux faces latérales (5), situé du côté au contact de l'acier liquide (3), deux de ces usinages situés sur des barreaux (1) positionnés de façon contiguë dans ledit assemblage coopérant pour former une gorge (6) également située du côté au contact de l'acier liquide (3). Device for the continuous casting of molten steel in vertical form in the form of slabs, using a copper ingot mold which is extended by a riser made of refractory material, said riser being positioned above said ingot mold so that the level of liquid steel, or meniscus, is located during the continuous casting operation in the aforementioned riser in refractory and no longer in the copper ingot mold itself, said device further comprising a joining element in refractory disposed between said copper ingot mold and the aforementioned refractory extension and consisting of an assembly of a plurality of elongated elements, called bars (1), said assembly, preferably maintained by stops and clamps (2), having an identical internal shape, preferably rectangular, to that of the mold and whose internal faces are in the extension of the faces s corresponding interior of the mold, characterized in that each bar (1) is such that it has: a ratio hl 3 / L 3 of less than 0.5, and preferably less than 0.35, where h, I and L are the dimensions of the bar, namely respectively the height or section dimension of the bar substantially parallel to the direction of progression of the slab, the width or dimension of the section of the bar substantially perpendicular to the direction of progression of the slab and the length of the bar, these three dimensions being expressed in mm; a machining (4) on each of its two lateral faces (5), located on the side in contact with the liquid steel (3), two of these machining operations located on bars (1) positioned contiguously in said assembly cooperating for forming a groove (6) also located on the side in contact with the liquid steel (3). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière utilisée pour réaliser un barreau est une céramique technique.Device according to claim 1, characterized in that the material used to make a bar is a technical ceramic. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière utilisée pour réaliser un barreau comprend de l'oxynitrure d'aluminium et de silicium (SiAION).Device according to claim 1 or 2, characterized in that the material used to make a bar comprises aluminum and silicon oxynitride (SiAION). Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'usinage (4) réalisé dans la face latérale (5) du barreau a une largeur comprise entre 0,01 et 0,03 mm, de préférence 0,02 mm et une profondeur comprise entre 5 et 15 mm, la gorge correspondante formée par deux barreaux contigus ayant une largeur comprise entre 0,02 et 0,06 mm, de préférence 0,04 mm.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the machining (4) carried out in the lateral face (5) of the bar has a width of between 0.01 and 0.03 mm, preferably 0.02 mm and a depth of between 5 and 15 mm, the corresponding groove formed by two contiguous bars having a width of between 0.02 and 0.06 mm, preferably 0.04 mm. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque barreau (1) est appuyé sur une butée arrière, qui a pour fonction de le positionner dans un alignement parfait, aux jeux de montage mécanique près, avec la face de la lingotière dont il est le prolongement et d'éviter que le barreau ne soit repoussé vers l'arrière par la brame.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that each bar (1) is supported on a rear stop, which has the function of positioning it in perfect alignment, apart from the mechanical assembly clearances, with the face of the ingot mold of which it is an extension and to prevent the bar from being pushed back by the slab. Dispositif selon- l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque barreau est en outre usiné pour recevoir une clame de maintien, celle-ci assurant la double fonction d'une part, de presser verticalement le barreau pour qu'il reste en contact avec le bord supérieur de la lingotière au cours d'un mouvement d'oscillation de cette dernière, et d'autre part, d'éviter que le barreau ne s'écarte de l'alignement de la face de la lingotière qu'il prolonge en se déplaçant vers le centre de la brame, éventuellement ne tombe dans l'acier au cours du démarrage de l'opération de coulée continue.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that each bar is further machined to receive a retaining clamp, the latter ensuring the double function on the one hand, of pressing the bar vertically so that it remains in contact with the upper edge of the ingot mold during an oscillating movement of the latter, and on the other hand, to prevent the bar from deviating from the alignment of the face of the ingot mold only it extends by moving towards the center of the slab, possibly does not fall into the steel during the start of the continuous casting operation. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en vue d'assurer le maintien des barreaux, une clé de positionnement, insérée à la fois dans la face supérieure de la lingotière et dans la face inférieure de chaque barreau, ladite clé coopérant avec une clame supérieure dont la fonction est d'assurer la pression verticale.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that , in order to maintain the bars, a positioning key, inserted both in the upper face of the mold and in the lower face of each bar, said key cooperating with an upper clamp whose function is to ensure vertical pressure. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2) disposés pour que les différents barreaux restent en contact les uns avec les autres et ce indépendamment de la température de travail à laquelle ils sont.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means (2) arranged so that the different bars remain in contact with one another and this regardless of the working temperature at which they are. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens (2) exercent une pression suivant l'axe longitudinal des différents barreaux juxtaposés le long d'une face de la lingotière de manière à garder en contact les différents barreaux.Device according to claim 8, characterized in that said means (2) exert a pressure along the longitudinal axis of the different bars juxtaposed along one face of the mold so as to keep the different bars in contact. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits moyens (2) exerçant une pression suivant l'axe longitudinal des différents barreaux sont des ressorts comprimés.Device according to claim 8 or 9, characterized in that said means (2) exerting a pressure along the longitudinal axis of the various bars are compressed springs.
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