LU83414A1 - Agitateur magnetique - Google Patents

Description

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La présente invention concerne l'agitation de métaux fondus.

En coulant des métaux, par exemple de l'acier, selon un procédé de coulée continue, l'acier fondu est versé dans un moule de cuivre refroidi à l'eau et définissant la forme de la section droite du produit a couler qui sort ensuite du fond du moule comme une billette continue. Lorsque l'acier fondu entre en contact avec le moule, il se solidifie pour former une pellicule . y - ' qui s'épaissit graduellement à mesure que la billette passe à travers le moule, jusqu’à ce qu’à l’extrémité inférieure du moule, il se forme une paroi d'une épaisseur suffisante pour contenir le noyau de la billette qui est encore fondu. Après que la billette soit sortie du moule, elle est normalement refroidie davantage par des jets d'eau, si bien que le noyau se refroidit graduellement et se solidifie à partir de sa surface extérieure jusqu'à ce que la totalité de la billette soit solidifiée.

Si l'acier est autorisé à se solidifier dans des conditions normales, il se forme une structure non homogène dans laquelle les impuretés sont réparties d'une manière ordonnée dans la billette entière et la structure cristalline de la billette varie aussi entre les zones extérieures, qui sont soumises à des . gradients de température élevés durant le procédé de solidifica tion, et les zones intérieures qui sont soumises à des gradients y de température relativement bas.

Afin d'obtenir une structure homogène, il est souhaitable d'agiter le métal fondu pendant le procédé de coulée entier. Il est connu d'agiter le métal fondu dans le noyau de la billette au moyen de transducteurs électromagnétiques situés autour de la billett'· lorsqu'elle sort du moule. Toutefois, en général, ces procédés n'agitent pas adéquatement le métal dans la zone du moule et 'les produits obtenus de cette façon présentent - 3 - conséquent, il est souhaitable qu'une certaine forme d'agitation soit prévue dans la zone du moule lui-même. Des essais ont été effectués pour réaliser cette agitation en disposant des transducteurs électromagnétiques autour du moule. Toutefois, à ce jour, il s'est révélé difficile de réaliser une agitation adéquate à l'intérieur du moule. La raison principale de cette situation est la haute conductivité électrique du moule de cuivre, qui atténue > substantiellement le champ magnétique, mais des difficultés appa-raissent aussi au cours de la mise en place des transducteurs autour du moule car, pour assurer le plus grand effet, ils doivent être disposés à l'intérieur de la chemise de refroidissement à eau du moule.

Conformement à un aspect de la présente invention, un appareil pour l'agitation d'un métal fondu dans un moule à sommet ouvert comprend un organe mis en place au-dessus du moule pour produire un champ magnétique, mobile et linéaire qui pénètre dans le moule.

Le champ magnétique produit dans cet appareil induit les courants de Foucault dans le métal fondu contenu dans le moule et les champs produits par les courants de Foucault réagissent avec le champ magnétique mobile et contraignent le métal fondu dans la partie supérieure du moule à se mouvoir linéairement dans 'es plans parallèles ou en substance parallèles à la surface du m~tal fondu du moule. Le mouvement induit dans le métal fondu de la partie supérieure du moule est bien parallèle aux parois oppo-‘-es du moule. En atteignant l'extrémité du moule, le métal fondu se .·épi’ ace vers le bas, puis afflue dans la direction opposée au rnrnuvem···ίιt Induit dans la partie inférieure du moule et revient alors /ers l'autre paroi finale, en circulant ainsi à travers le moLfh . * e '-orme d'agitateur convient particulièrement aux mou les .r-ros allongés, tels que ceux utilisés pour la coulée 4

Conformément à un aspect préféré de la présente invention 1’organe pour produire les champs magnétiques variables est un transducteur électromagnétique. Ce transducteur électromagnétique peut être constitué sans inconvénient d'une série de conducteurs électriques qui sont capables de recevoir un courant élevé, ces conducteurs étant disposés parallèlement ou en substance parallèlement les uns aux autres et espacés au-dessus du sommet ouvert „ du moule, chacun des conducteurs étant raccordé à une phase dif-. ^ férente d'une alimentation en courant alternatif multiphasé, la série de conducteurs étant la même que la série de phases.

De préférence, les conducteurs électriques se composent de matières électriquement conductrices non ferromagnétiques, par exemple, du cuivre, sous la forme de boucles fermées. Des courants élevés sont induits dans ces boucles au moyen de bobines d'excitation qui peuvent être bobinées directement sur le conducteur ou qui peuvent être couplées à celui-ci par des noyaux ferromagnétiques. Selon un exemple de réalisation préféré, une série de boucles fermées est conçue de façon à ce qu'elles soient parallèles les unes aux autres, ces boucles étant disposées de façon que chaque boucle se situe dans un plan parallèle ou en substance parallèle à la surface du métal fondu du moule. Ces boucles peuvent être raccordées individuellement ou réciproquement sous la forme d'une échelle.

Lorsque le champ magnétique produit par le transducteur pénètre dans le métal fondu du moule par le sommet ouvert de celui-ci et non par les parois du moule, il se produit une atténuation relativement petite du champ magnétique et des fréquences de secteur normales de 50 à 60 Hz peuvent par conséquent être utilisées plutôt que des fréquences plus basses, qui se sont révélées nécessaires avec des’ agitateurs mis en place autour du moule.

T’p·. : ·:· i , le transducteur électromagnétique est conçu de façon - 5 - phase différente d'une alimentation de secteur en courant alternatif triphasé, un courant excédant 10,000 ampères pour une chute de tension de 1 ou 2 volts et d'une fréquence de 50 à 60 Hz est induit dans les conducteurs.

L'intensité du champ magnétique induit par les conducteurs électriques et pénétrant dans le moule peut être accentuée en utilisant des pièces polaires ferromagnétiques. Ces pièces polaires sont disposées de façon à établir un parcours de basse • réluctance pour le champ magnétique au-dessus du sommet des con ducteurs, tout en maintenant un parcours de réluctance relativement élevée au-dessus des conducteurs, si bien que la fuite du champ magnétique au-dessus du moule est réduite et que le champ est concentré i\u-dessous des conducteurs, où il pénètre dans le moule.

Différents exemples de réalisation de la présente invention sont à présent décrits à titre d'exemple uniquement en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un appareil de coulée continue équipé d'un agitateur électromagnétique conforme à la présente invention; et la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une variante de l'agitateur de la figure 1.

Comme représenté à la figure 1, l’appareil pour la cou-lée continue d'aluminium comprend un moule de cuivre rectangulaire 10 défini par une paire de parois longitudinales 11 et une paire de parois finales 12, L'aluminium fondu 13 est versé dans le haut du moule 10 où il se solidifie en entrant en contact avec J es parois 11, 12 du moule 10 pour former une pellicule dont l'é-oaissei.r augmente graduelleneità mesure qu'elle passe à travers le moule 10 jusqu'à ce qu'elle sorte comme une billette continue 14 i i 'oetf.-'-'.r.' inférieure du moule. Lorsqu'elle sort du fond du - 6 - la pellicule a une épaisseur suffisante pour retenir le noyau fondu qui se solidifie rapidement pour former éventuellement une bil-lette solide.

Un transducteur électromagnétique 15 est disposé au-dessus du sommet ouvert du moule de cuivre 10. Ce transducteur 15 est formé de grosses barres de cuivre 18, 19 et est sous la forme d'une paire de boucles fermées 16 et 17 définies par une paire de ’ barres 18 qui sont parallèles aux parois longitudinales 11 du moule 10 et par trois barres transversales 19 qui sont parallèles aux parois finales 12 du moule 10. Le transducteur 15 est disposé parallèlement au sommet du moule 10, si bien que le plan des boucles 16 et 17 est en substance parallèle à la surface de l'aluminium fondu 13 du moule 10.

Des bobines d'excitation 20, 21 et 22 sont enroulées autour des trois barres transversales 19 et sont connectées chacune à une phase différente d'une alimentation en courant alternatif triphasé, la série de bobines 20, 21 et 22 étant la même que la série de phases. De cette façon, les courants passant par les bobines 20 et 21 induisent un courant dans la boucle fermée 16 et les courants passant par les bobines 21 et 22 induisent un courant dans la boucle fermée 17. Les bobines d'excitation 20, 21 et 22 sont telles que l'alimentation de secteur en courant alternatif induit un courant de l'ordre de 12.000 ampères pour une *" chute de tension de l'ordre d'un volt dans les boucles 16 et 17.

En considérant un point spécifique du cycle du secteur triphasé, le courant induit dans la boucle 16 crée un champ magnétique qui est dirigé vers le bas par la boucle 16 et le courant induit ians la boucle 17, qui est dans une direction opposée à celle du courant induit dans la boucle 16, crée un champ magnétique qui est dirigé dans le sens ascendant par la boucle 17.

T5 -v» λ,-μλγ· f. *,- . 1 ' ΚλπλΙ λ Ί ίιμ nnl û vionrl ran rlûoenne /Ίa Ί o - 7 - A mesure que le cycle de secteur progresse, les courants des boucles 16 et 17 s'inversent et ainsi, le pôle au-dessous de la boucle 16 passe du nord au sud et celui au-dessous de la boucle 17 passe du sud au nord et ainsi de suite. Le transducteur 15 produit donc ce qui est effectivement un champ magnétique, mobile et linéaire.

Les champs magnétiques variables produits par les boucles 16 et 17 induisent des courants de Foucault dans la couche super-. ^ ficielle de l’aluminium fondu 13 du moule 10 et ces courants de

Foucault créent à leur tour des champs magnétiques. L’action mutuelle des champs magnétiques créés par les courants de Foucault et du champ magnétique formé par le transducteur 15 contraint l’aluminium fondu 13 à se mouvoir le long du champ magnétique formé par le transducteur 15, dans la direction des flèches X, ce qui entraîne une circulation de l’aluminium fondu 13 dans le moule 10.

Le transducteur électromagnétique 15 décrit ci-dessus produit des champs magnétiques égaux et opposés au-dessus et au-dessous de chacune des boucles 16 et 17. Comme seuls les champs au-dessous des boucles 16 et 17 induisent le mouvement de l'aluminium fondu 13, l’efficacité totale de cet agitateur est limitée. L’efficacité de l’agitateur peut être substantiellement augmentée en incorporant des pièces polaires ferromagnétiques, comme le mon-tre la figure 2.

A la figure 2, les barres de cuivre 18 et 19 sont entourées de pièces polaires ferromagnétiques 25; ces pièces polaires 25 ont une section droite en U renversé qui recouvre les bords supérieur et latéraux des barres 18, 19. Ces pièces polaires 25 forment un parcours de basse réluctance pour les champs magnétiques créés par les courants circulant dans les boucles 16 et 17 et réduisent ainsi, substantiellement l’importance de la fuite du - 8 - concentrent ce champ au-dessous du transducteur 15, comme le montre la figure 2. Avantageusement, les pièces polaires ferromagnétiques 25 peuvent être d'une construction à plis multiples. Lorsque les pièces polaires à plis multiples sont utilisées, les extrémités dénudées des plis sont recouvertes convenablement d'une feuille de matière non magnétique, telle que de l'acier inoxydable afin d'éviter des détériorations dues aux éclaboussures du métal » fondu 13 du moule.

- * Pareillement, dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, on utilise une alimentation en courant alternatif biphasé , chaque boucle 16 et 17 ne présentant qu'une bobine d'excitation 26, 27 qui. est enroulée autour d'une des barres longitudinales 18.

Manifestement, il est commode d'utiliser une alimentation de secteur en courant alternatif triphasé. Toutefois, comme représenté à la figure 2, toute alimentation multiphasée peut être utilisée pour répondre au nombre de boucles fermées du transducteur. Le nombre de boucles fermées utilisées dépend des dimensions du moule et il est nécessaire, dans la plupart des applications, de laisser un accès relativement non entravé au sommet du moule. Une double disposition de boucles comme représenté à la figure 1 ou une disposition comprenant un multiple de trois boucles, avec une seule bobine d'excitation par boucle, est la plus > appropriée à une utilisation avec une alimentation de secteur en courant alternatif triphasé.

Dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, les bobines d'excitation 20, 21, 22, 26 et 27 sont enroulées directement sur les barres de cuivre 18, 19. Ces barres sont cependant chauffées mar la chaleur rayonnante du métal fondu et également par les courants élevés circulant dans les barres 18, 19 et un ri S'iuo e car- conséouent présent, en ce sens que les bobines 7 une chaleur excessive. Ce risque peut être éliminé en couplant les bobines d’excitation 20, 21, 22, 26 et 27 aux barres de cuivre 18, 19 au moyen de noyaux ferromagnétiques. Ces noyaux peuvent avantageusement être d’un type de construction appelé multiple. Une autre façon ou façon supplémentaire d'éviter la détérioration des bobines d'excitation 20, 21, 22, 26 et 27 est de refroidir les barres de cuivre 18, 19 ou les bobines d'excitation < 20, 21, 22, 26 et 27. Un procédé pour ce refroidissement est de prévoir des conduits dans les barres de cuivre 18, 19 par lesquels un réfrigérant, par exemple, de l'eau, peut être mis en circulation.

Bien que les agitateurs du type décrit conviennent en particulier à une utilisation avec des moules rectangulaires allongés, tels que ceux ordinairement utilisés pour la coulée continue d'aluminium, ils peuvent être employés avec des moules de différentes formes et pour l'agitation d'autres métaux fondus.

Les agitateurs peuvent aussi être utilisés dans d'autres formes de moule à sommet ouvert, par exemple des lingotières. En outre, bien que les transducteurs décrits ci-dessus soient particulièrement utiles pour l'agitation de métaux fondus dans des récipients ouverts dont les parois se composent de matières d'une haute conductivité électrique, ce qui atténue notablement la pénétration d'un champ magnétique dans le récipient, ils peuvent aussi être Millises pour agiter des métaux fondus dans des récipients ouverts ou fermés se composant de matériaux d'une conductivité faible ou non électrique.

Diverses modifications peuvent être apportées aux exemples de r· '.isation décrits ci-dessus sans s'écarter de l'esprit de 1 ’inventi.or.. Par exemple, dans l'un quelconque des exemples de réalisatiun où 1 On mentionne que les bobines d'excitation sont enroulées .i γ-όlernent sur les conducteurs de cuivre, il est néces-sai.ro d«- r---voir une isolation appropriée, et les bobines sont aus

Claims (18)

1. Appareil pour agiter un métal fondu (13) dans un moule (10) à sommet ouvert, caractérisé par un organe (15) mis en place au-dessus du moule pour produire un champ magnétique mobile et linéaire (M) qui pénètre dans le moule.

* 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe pour produire un champ magnétique se compose d'un transducteur électromagnétique fixe.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transducteur électromagnétique est constitué d'une série de conducteurs électriques (18, 19) qui sont capables de recevoir un courant élevé, ces conducteurs étant disposés parallèlement ou en substance parallèlement les uns aux autres et étant espacés au-dessus du sommet ouvert du moule, chacun des conducteurs étant connecté a une phase différente d'une alimentation en courant alternatif, la série de conducteurs étant la même que la série de phases.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conducteurs électriques sont sous la forme de boucles fermées (16, 17) se composant de barres d'une matière électriquement conductrice non ferromagnétique, des bobines d'excitation (20, 21, 22, 26, 27) étant prévues pour induire des courants alternatifs dans ces boucles.

* 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs boucles fermées sont disposées parallèlement ou en substance parallèlement les unes aux autres, les boucles étant mise- en ni ace de telle sorte que chaque boucle se situe dans un plan tarai.,ôJ.e ou en substance parallèle à la surface du métal fondu du mou,e.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce nue les bou»-les fermées sont connectées mutuellement sous la for— - 11 -

7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les conducteurs électriques se composent de cuivre.

8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les conducteurs sont munis de pièces polaires ferromagnétiques (25) qui réduisent la fuite du champ magnétique au-dessus du transducteur et qui concentrent le champ au-dessous du transducteur.

* - 9. Appareil selon la revendication 8f en considérant l'une quelconque des revendications 4 à 7» caractérisé en ce que les pièces polaires ferromagnétiques ont une section droite en U renversé, de sorte qu'elles recouvrent les bords supérieur et latéraux des barres électriquement conductrices, non ferromagnétiques.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les pièces polaires ferromagnétiques sont du type de construction à plis multiples.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les extrémités dénudées des plis sont recouvertes d'une feuille de matière non ferromagnétique.

12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que les conducteurs électriques sont refroi dis.

* 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les conducteurs électriques sont munis de conduits par lesquels un réfrigérant peut être mis en circulation.

14. Appareil selon l'une quelconque des revendications Λ à 13, caractérisé en ce que chaque bobine d'excitation (20, 21, 22, 26, 27) est enroulée autour de son conducteur électrique asso-ci ·'·.

15. Appareil selon l'une quelconque des revendications - 12 - plée à son conducteur associé au moyen d'un noyau ferromagnétique.

16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que le transducteur est excité par une alimentation en courant alternatif multiphasé d'une fréquence de l'ordre de 50 à 60 Hz.

17. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisé en ce que le courant dans les conducteurs est „ au moins de 10.000 ampères pour une chute de tension d'environ 1 ou 2 volts.

18. Appareil de coulée continue, caractérisé par un moule et un agitateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17» l'agitateur étant mis en place au-dessus du moule et étant conçu pour produire un champ magnétique, mobile et linéaire qui pénètre dans le moule. -ύ