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EP3405301B1 - Method for rotary electromagnetic stirring of a molten metal during casting of a product having a wide cross-section and apparatus for implementing same - Google Patents

Method for rotary electromagnetic stirring of a molten metal during casting of a product having a wide cross-section and apparatus for implementing same Download PDF

Info

Publication number
EP3405301B1
EP3405301B1 EP16705807.2A EP16705807A EP3405301B1 EP 3405301 B1 EP3405301 B1 EP 3405301B1 EP 16705807 A EP16705807 A EP 16705807A EP 3405301 B1 EP3405301 B1 EP 3405301B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inductors
phase
sliding
magnetic
casting
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.)
Active
Application number
EP16705807.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3405301A1 (en
Inventor
Siebo Kunstreich
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.)
Rotelec SA
Original Assignee
Rotelec SA
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 Rotelec SA filed Critical Rotelec SA
Publication of EP3405301A1 publication Critical patent/EP3405301A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3405301B1 publication Critical patent/EP3405301B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11Treating the molten metal
    • B22D11/114Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to the casting of metals, steel in particular. It is particularly aimed at the casting of metal products with a large square, rectangular or round cross section such as thick oars and large square or round blooms. More precisely, it relates to the electromagnetic stirring which generates an axial rotational movement of the molten metal during casting.
  • One of the main uses of electromagnetic stirring, and in which the present invention is part, consists in creating rotary movements of the molten metal, either in the form of a circulation loop rotating around the casting axis, therefore in the plane of the cross section of the cast product (BF 7520225), or in a vertical plane parallel to the large faces of the cast product, in the form of multiple loops with axes of rotation perpendicular to the casting axis ( EP 0550785 , EP 0151648 ).
  • these movements are generated by moving magnetic fields produced by polyphase static electromagnetic inductors mounted on the casting machine around and in the immediate vicinity of the cast product, already at the level of the ingot mold, or below, in the stages. secondary or final cooling of the machine.
  • an inductor of this type is essentially constituted by a succession of electric coils wound on a ferromagnetic body, coils which produce magnetic poles when they are traversed by an electric current supplied by a two-phase or three-phase power supply.
  • the inductor windings are electrically connected to the phases of the power supply to form a system with a pair of magnetic poles of opposite signs per phase (two-phase or three-phase bipolar motor). A mobile magnetic field is thus generated, which moves along the inductor.
  • this mobile field then generates a volume force (Lorentz force) which sets in motion (we say “which stirs”) the molten metal according to the well-known principles of the rotary or linear asynchronous induction motor.
  • the electromagnetic stirring equipment used is conventionally constituted by an annular inductor (circular fig. la or square fig. 1b ) that surrounds the cast product.
  • This inductor produces a magnetic field which passes right through the cast product perpendicular to the casting axis and which rotates around this axis. An axial rotational movement of the molten metal is thus created in the manner of an asynchronous electric motor whose rotor is the molten metal.
  • the term “pair of inductors” should be understood to mean a pair of electrically matched linear inductors, that is to say supplied by synchronous polyphase electric currents.
  • a linear inductor with a sliding field always operates in tangential magnetic flux (we also say “longitudinal”). This means that it generates a thrust in the molten metal which decreases exponentially when we move away from it.
  • the metal in stirred fusion forms a double circulation loop known as the “butterfly wing loop”
  • an equipment with a pair of linear inductors is mounted at the level of the mold at the rate of one inductor per face.
  • Each inductor operates in tangential magnetic flux with opposite sliding directions of the two magnetic fields. This results in individual thrusts in the opposite direction on the molten metal in the immediate vicinity of the large walls of the mold, therefore a zero thrust in the middle zone of the slab, which leads to creating an axial rotary movement of the molten metal in its entire straight section.
  • axial is understood to mean “rotation around the casting axis or parallel to it. This meaning will be valid for the rest of the description.
  • FIG. 3b Another known document, illustrated by the figure 3b , shows a pair of linear inductors used in flux crossing in the same direction of sliding of the magnetic fields, which generates a substantially constant thrust throughout the thickness of the cast slab.
  • an ingot mold as shown for example in the document EP 0550785 (NKK), one more commonly uses a brewing equipment formed by a battery of two pairs of polyphase linear inductors, that is to say four identical inductors.
  • the inductors are mounted on the two large walls of the mold, with two inductors aligned per wall and placed on either side of the casting nozzle.
  • FR2893868 discloses a method of adjusting the electromagnetic stirring mode of the liquid metal to the height of a continuous casting mold, and corresponding equipment, in which method the inductors are mounted to slide vertically and pass, by translation, from a low functional position acting at the outlet openings of a nozzle, at a high functional action position acting at the level of the meniscus of the liquid metal in the ingot mold.
  • the connection of the inductors to the power supply is changed in order to reverse the direction of sliding of the magnetic field of only one of the two inductors of the same pair as well as that, among the two inductors of another pair, which is its symmetrical with respect to the casting axis.
  • This document does not however disclose that the opposite poles of the inductor are connected to the same electrical phase and are maintained at the same polarity.
  • the first object of the invention is a method of rotary electromagnetic stirring of the molten metal, during the casting of metal products in XXL format, of round, square or cross section. rectangular, in which a stirring equipment comprising linear polyphase inductors with a sliding magnetic field is used, and the molten metal is stirred in the form of a plurality of adjacent axially rotating circulation loops, distributed around the surrounding of the casting axis and occupying at best the entire cross section of the cast product.
  • the method is characterized in that said stirring is carried out by placing said polyphase linear inductors with a sliding magnetic field around the casting axis to form an air gap, in that the magnetic fields sliding in this air gap so that they slide in opposite directions on any two neighboring inductors, and in that the pairs of poles connected to the same electrical phase and located one opposite the other are adjusted to the same magnetic polarity on two separate paired inductors.
  • Another subject of the invention is equipment for electromagnetic stirring of metal products in XXL format. of round, square or rectangular section, equipment for carrying out the method according to claim 1 or 2 and comprising at least one pair of linear inductors with sliding magnetic field mounted symmetrically, facing each other with respect to a plane of symmetry (P) of the cast product, around the casting axis so as to define an air gap through which the product passes cast, at least one polyphase power supply provided with electrical connection means with said inductors, and means for adjusting the direction of sliding of the magnetic fields on each inductor, equipment characterized in that said connection means impose the same polarity on each pair of magnetic poles belonging to the same phase and placed symmetrically with respect to said plane (P) facing each other on two paired inductors.
  • the stirring equipment comprises at least two pairs of linear inductors with a sliding magnetic field, forming a set of at least four inductors arranged around the casting axis so as to define a air gap in which the cast product passes, equipment characterized in that said means for adjusting the direction of sliding of the magnetic fields are configured so that the magnetic fields of any two neighboring inductors slide in opposite directions.
  • the magnetic field will rotate according to the U. V sequencing for a two-phase inductor ( fig. 1b ) and U, V, W for a three-phase inductor ( fig. 1a ), i.e. clockwise.
  • U, V. W sequencing that is to say from left to right in the figure.
  • it will slide from right to left, as shown in the figure 2b , if the sequencing has been changed by permutation of two phases between them (V and W in the example considered) without changing the North or South magnetic polarity of each pole.
  • the inductors are used in magnetic coupling with through-flow, and this, both in circular configuration (rotating field applied to blooms of round or square section) as in linear configuration by pair of inductors (sliding fields applied to rectangular products such as slabs). This means that the poles of the same phase which face each other on two inductors facing each other are of opposite polarities.
  • the letters U, V and W represent the three electrical phases of the three-phase power supply phase-shifted by 120 °. They also designate, consequently, the phase windings on the inductors connected to this power supply, and the additional letters U *, V *, W * designate the phase windings on the inductors wound in the opposite direction of the windings. U, V, W so that the electric current flows in it in an opposite direction.
  • FIG. La is the functional diagram of a known three-phase annular inductor with a rotating magnetic field.
  • This type of inductor with a pair of poles per phase, annular in shape with a circular base, is usually used for the continuous casting of long products in round format (blooms, billets), whether at the level of the mold or, below. , in the area of secondary cooling of the casting machine.
  • U, V and W denote the three phases of a balanced three-phase power supply.
  • the maximum intensity of electric current passes, with a regular speed which depends on its frequency of the current, from phase U to phase V then to phase W, and so on.
  • the pairs of paired magnetic poles of each phase are excited by windings wound in opposite directions so as to present magnetic polarities of opposite signs (N or S).
  • N or S magnetic polarities of opposite signs
  • the figure 1b illustrates the functional diagram of an inductor with two pairs of poles per phase, but two-phase this time and of annular shape with square base for the casting of long products of square format. If necessary, we will know how to use it, in the same way as with the figure 1a , to find on such a circle of phases the attributes specific to a two-phase system. We will easily realize that, in this case, we will be able to reverse the direction of rotation of the magnetic field indifferently, by switching the phases U and V (ie putting V in advance of 90 ° on U), or by reversing the direction of the current in the windings of one phase.
  • the figures 3 illustrate what happens when a matched identical inductor 3 is brought closer to inductor 1 to place them in parallel, on either side of a plane of symmetry P which is the main plane of symmetry of the cast rectangular slab 2.
  • figure 3b is that of the usual classical configuration: the magnetic poles opposite each side of the plane of symmetry P are at the same phase, but of opposite polarities. Everything then takes place as if such a pair of inductors 1, 3 produced a "piston" magnetic field sliding from their left end to their right end (arrow v or v '), in a way like the bars of a mobile ladder whose fixed slides are the inductors themselves.
  • the brewing equipment of the figure 3b generates a sliding induction flux of the "through” type. It results in particular that the Lorenz thrust produced on the molten metal is, this time, of almost constant intensity through the entire thickness of the cast slab, as shown by the associated vignette at the bottom of the figure.
  • figure 3a is also known, although less common than that seen above: the magnetic poles opposite each side of the main plane of symmetry P of the slab 2 are again of reverse magnetic polarities, but the phase correspondence on the two inductors 1 and 3 opposite is random, so it is no longer respected. Despite appearances, the two magnetic fields slide in the same direction (see the comparative definition according to the invention above).
  • the magnetic fluxes produced are of the "tangential" type and the Lorentz thrusts, which are then exerted in a sensitive manner only at the periphery of the cast slab 2, are opposed and therefore cooperate to achieve an overall axial rotary stirring of the molten metal. , as shown in the associated thumbnail at the bottom of the figure.
  • the figures 4 and 5 relate to a brewing equipment that can be qualified as elementary in the sense that it comprises a single pair of linear inductors, while the following figures relate to a brewing equipment with four linear inductors, that we can qualify as standard or majority key because this configuration with two pairs of inductors is widely used.
  • the basic brewing equipment shown on the figure 4a thus comprises a pair of rectilinear linear three-phase inductors 1 and 3.
  • the two inductors are placed parallel to each other, face to face and at a distance so as to define between them an air gap for the passage of a cast product 2 of rectangular XXL format , therefore a slab (or even a square bloom).
  • the two inductors 1 and 3 are symmetrical to each other with respect to the main plane of symmetry P of the XXL cast product.
  • FIG. 5 A similar situation is found in the case of casting an XXL bloom of round format as shown on the figure 5 .
  • an XXL bloom 9 of round format being poured is surrounded by a stirring equipment 10 formed this time by two identical linear inductors 11 and 12, of arcuate shape in a semicircle which abut at their ends 15, each then being the symmetrical of the other with respect to the plane of symmetry P of the bloom 9 passing through the casting axis A.
  • Their salient magnetic poles 13, 14 are turned inward to define a closed air gap 16 of size adjusted to the template of the round bloom 9.
  • the sequencing of the phases on each inductor 11, 12 is of the type U, W *, V, U *, W, V *, This expresses that the sliding magnetic field that they each produce progresses from one pole to the next in that order.
  • the two magnetic fields slide in opposite directions, that of the inductor 11 progressing in the clockwise direction shown by the arrow V11, that of the paired inductor 12 progressing in the anti-clockwise direction shown by the arrow V12 .
  • the assembly results in the formation of two adjacent axial circulation loops in mutual counter-rotation 20 and 21 which are identical, well formed and stable, and the addition of which concerns the entire cross section occupied by the molten metal cast.
  • This figure relates to an ingot mold for the continuous casting of XXL steel slabs, equipped with a submerged casting nozzle with four lateral outlet openings to ensure a sufficient inflow of molten metal compatible with the requirements imposed by the production of products cast in such imposing sizes.
  • the electromagnetic mixing equipment comprises a polyphase power supply 22 followed by a phase switch 23 which manages the sliding directions of the magnetic fields on each of the four linear inductors 24a, 24b, 25a, 25b connected in downstream.
  • the four inductors are grouped into two pairs (24 and 25). Each pair of matched inductors 24a, 24b and 25a, 25b is connected to the phase switch 23 separately from the other, but they are both synchronously connected to the common polyphase supply 22.
  • Polyphase power supplies of this type are commercially available. They make it possible to transform the current, supplied by the electrical energy distribution network (50 or 60Hz), into a low-frequency current (say between 2 and 10hz) suitable for the electromagnetic mixing of molten metals.
  • the power supply 22 will incorporate current inverters to enable the N / S polarity of the magnetic poles generated by the coils of the inductors to be reversed.
  • the four linear inductors exemplified here are rectilinear in shape, because they are dedicated to the mixing of an XXL 2 slab. For this purpose, they are mounted, using suitable fasteners not shown, on the two large walls. 28 and 29 of a continuous casting mold 30 provided with an immersed nozzle 31 on the casting axis A.
  • each large wall 28 and 29 of the mold is thus equipped with two unpaired aligned inductors (eg 24a and 25a on the wall 28) and arranged symmetrically to each other on either side of the secondary plane of symmetry Q of the slab, orthogonal on the main plane P and secant on the casting axis A.
  • the fixing members can be adapted to mounting the inductors, no longer at the level of the mold, but below, in the secondary cooling of the casting machine, without what has just been said to be changed.
  • the fields slide in opposite directions on any two neighboring inductors.
  • the two unpaired inductors 24a and 25a or 24b and 25b mounted on the same large wall 28 (respectively 29) of the mold 30, on either side of the secondary plane of symmetry Q
  • the two neighboring inductors of the same pair 24a and 24b, or 25a and 25b mounted symmetrically facing each other, on either side of the main plane of symmetry P.
  • the inductors of pair 24 reproduce the electromagnetic configuration of the paired inductors shown on the diagram. figure 4a .
  • the magnetic fields produced both slide from left to right in the figure, ie in opposite directions on their respective inductors. It can be seen that the same is true for the two paired inductors forming the pair 25 and which, for their part, reproduce the configuration of the two paired inductors of the figure 4b . In this case, therefore, the magnetic fields slide opposite those of the first pair of inductors, i.e. from right to left on this figure 4b .
  • the magnetic fields slide in pairs in opposite directions with the two jets of "fresh" molten metal emerging from the nozzle 31 in the direction of the small faces 32 and 33 of the mold.
  • the “tangential” induction flows, which thus progress over the half-widths of each large wall 28 and 29 of the ingot mold, significantly modify the configuration of the movements of the molten cast metal therein.
  • the unstable natural agitation of the meniscus in the absence of mixing gives way to a configuration of circulatory movements in four adjacent loops 34, 35, 36 and 37, in axial rotation parallel to the casting axis A.
  • each large face of the slab 2 is provided with two aligned inductors, but not paired, namely the two inductors 24a, 25a for one of the large faces and the two inductors 24b, 25b for the other. It is recalled that these pairs of unpaired aligned inductors are therefore symmetrical to each other with respect to the secondary plane of symmetry Q of the slab, intersecting at right angles with the main plane P on the casting axis A .
  • the four adjacent oblong axial circulation loops 34, 35, 36 and 37, stirring the molten metal of the slab 2 are distributed evenly around the casting axis A (and in the cited order) in mutual counter-rotation between two neighboring loops and each time defining between them a common passive return branch of the molten metal.
  • the figure 6b illustrates a situation quite similar in substance to that of the figure 6a .
  • the phase switch 23 has been activated to swap phases V and W on each of the four inductors, all other things being equal.
  • the magnetic fields on two aligned inductors slide this time "away” from each other (we will say that they diverge), leaving the direction of axial rotation of each of the four loops of metal flow is reversed with respect to the electromagnetic configuration of the brewing equipment of the figure 6a previous.
  • the figure 7 shows a circular-shaped brewing equipment mounted around an XXL round bloom 71 in the secondary cooling stage of a continuous casting machine. It is composed of four identical three-phase bipolar linear inductors 72a, 72b, 73a, 73b of arcuate shape in a quarter of a circle, assembled contiguously one after the other, each covering an angular sector of 90 ° of the cast product.
  • the two pairs (72 and 73) are symmetrical with respect to the secondary plane of symmetry Q, which in this case, due to the high order of symmetry of the cast XXL bloom, is equivalent to the plane P.
  • the magnetic poles are not shown. But, the arched arrows on each inductor show the direction of slip of the magnetic fields produced by each of them. As we can see, the fields slide in opposite directions on any two neighboring inductors. If necessary, the reader will be able to reconstruct the sequencing of the electrical phases on each inductor for this purpose, using the phase circle. He will take care, however, to keep the same magnetic polarity on the poles connected to the same phase and placed opposite each other on two paired inductors, thus guaranteeing opposite sliding directions of the two magnetic fields.
  • a mixing configuration of the molten metal is then created in the form of four adjacent loops 74, 75, 76, 77 in axial rotation, stable and regularly distributed over the surrounded by the axis, of casting A, in mutual counter-rotation between two neighbors and occupying at best the entire cross section of the XXL cast product.
  • the linear inductors 82a, 82b, 83a and 83b are mounted around the square bloom 81 at the rate of one inductor per side.
  • the pairs of paired inductors (82a, 82b, and 83a, 83b) are symmetrical with respect to any diagonal plane P, of symmetry of the cast product.
  • the two pairs of inductors 82, 83 are they symmetrical to each other with respect to the other diagonal plane of symmetry Q.
  • the magnetic fields slide in opposite directions.
  • the stirring loops which are then formed, 84, 85, 86 and 87, are there of generally triangular shape, stable and well formed, regularly distributed around the Taxe this flow A, in mutual counter rotation and occupying at best the entire cross section of the XXL cast product.
  • the present invention consists in generating multiple loops of axial circulation of the molten metal in a plane perpendicular to the casting axis, is the homogenization of the temperature in this plane.
  • the long distances specific to the sections of XXL formats cause considerable temperature differences within the molten metal, both radially and in the tangential direction of the cast product. This is true for the liquid metal within the mold and at the meniscus, as it is for the metal below, under the mold, in the secondary cooling of the casting machine.
  • the loops in a way compete with each other, overlap, cancel each other out, are reversed and create fluctuations at the meniscus, which contribute to deteriorating the good lubrication at this location on the wall of the mold, and to drag towards the low in the molten metal the powder of cover which covers it in ingot mold.
  • the power supply to the inductors can be chosen as two-phase, instead of three-phase. It is easy to realize then, simply by constructing the circle of phases only for the U and V phases shifted at 90 °, that swapping these two phases between them, or inverting the magnetic polarities on two poles of the same phase, produces an inversion. of the direction of displacement of the magnetic field in an equivalent manner. Adding these two operations, whatever the order, would therefore allow the need to keep the direction of displacement of the magnetic field, while assigning a given phase to the pole of its choice on the inductor.

Landscapes

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

Description

La présente invention concerne la coulée des métaux, de l'acier en particulier. Elle vise particulièrement la coulée de produits métalliques à large section droite carrée, rectangulaire ou ronde comme les rames épaisses et les gros blooms carrés ou ronds. Plus précisément, elle a trait au brassage électromagnétique qui génère un mouvement de rotation axiale du métal en fusion en cours de coulé.The present invention relates to the casting of metals, steel in particular. It is particularly aimed at the casting of metal products with a large square, rectangular or round cross section such as thick oars and large square or round blooms. More precisely, it relates to the electromagnetic stirring which generates an axial rotational movement of the molten metal during casting.

On rappelle que le brassage électromagnétique du métal en fusion au cours de la coulée continue de l'acier est utilisé depuis longtemps pour améliorer la productivité des machines de coulée continue et la qualité des produits coulés obtenus.It is recalled that the electromagnetic stirring of the molten metal during the continuous casting of steel has been used for a long time to improve the productivity of continuous casting machines and the quality of the cast products obtained.

L'une des principales utilisations du brassage électromagnétique, et dans laquelle s'inscrit la présente invention, consiste à créer des mouvements rotatifs du métal en fusion, soit sous forme d'une boucle de circulation tournant autour de l'axe de coulée, donc dans le plan de la section droite du produit coulé (BF 7520225), soit dans un plan vertical parallèle aux grandes faces du produit coulé, sous forme alors de boucles multiples à axes de rotation perpendiculaires à l'axe de coulée ( EP 0550785 , EP 0151648 ).One of the main uses of electromagnetic stirring, and in which the present invention is part, consists in creating rotary movements of the molten metal, either in the form of a circulation loop rotating around the casting axis, therefore in the plane of the cross section of the cast product (BF 7520225), or in a vertical plane parallel to the large faces of the cast product, in the form of multiple loops with axes of rotation perpendicular to the casting axis ( EP 0550785 , EP 0151648 ).

Comme on le sait, ces mouvements sont générés par des champs magnétiques mobiles produits par des inducteurs électromagnétiques statiques polyphasés montés sur la machine de coulée autour et à proximité immédiate du produit coulé, déjà au niveau de la lingotière, ou en dessous, dans les étages du refroidissement secondaire, ou final de la machine.As is known, these movements are generated by moving magnetic fields produced by polyphase static electromagnetic inductors mounted on the casting machine around and in the immediate vicinity of the cast product, already at the level of the ingot mold, or below, in the stages. secondary or final cooling of the machine.

On rappelle qu'un inducteur de ce type est essentiellement constitué par une succession de bobinages électriques enroulés sur un corps ferromagnétique, bobinages qui produisent des pôles magnétiques lorsqu'elles sont parcourues par un courant électrique fourni par une alimentation biphasée ou triphasée. A l'instar du stator d'un moteur asynchrone, les bobinages de l'inducteur sont connectés électriquement aux phases de l'alimentation pour former un système à une paire de pôles magnétiques de signes opposés par phase (moteur bipolaire biphasé ou triphasé). Un champ magnétique mobile est ainsi généré, qui se déplace le long de l'inducteur. S'il pénètre dans un milieu électro-conducteur, comme l'est le métal en fusion coulé, ce champ mobile génère alors une force volumique (Lorentz force) qui met en mouvement (on dit "qui brasse") le métal en fusion selon les principes bien connus du moteur à induction asynchrone rotatif ou linéaire.It will be recalled that an inductor of this type is essentially constituted by a succession of electric coils wound on a ferromagnetic body, coils which produce magnetic poles when they are traversed by an electric current supplied by a two-phase or three-phase power supply. Like the stator of an asynchronous motor, the inductor windings are electrically connected to the phases of the power supply to form a system with a pair of magnetic poles of opposite signs per phase (two-phase or three-phase bipolar motor). A mobile magnetic field is thus generated, which moves along the inductor. If it penetrates into an electrically conductive medium, as is the molten metal cast, this mobile field then generates a volume force (Lorentz force) which sets in motion (we say "which stirs") the molten metal according to the well-known principles of the rotary or linear asynchronous induction motor.

Dans le cas de la coulée continue des produits longs, i.e. de format rond ou carré (blooms ou billettes), comme le montrent les figures 1 jointes, l'équipement de brassage électromagnétique utilisé est classiquement constitué par un inducteur de forme annulaire (circulaire fig. la ou carré fig. 1b) qui entoure le produit coulé. Cet inducteur produit un champ magnétique qui traverse le produit coulé de part en part perpendiculairement à l'axe de coulée et qui tourne autour de cet axe. Se crée ainsi un mouvement de rotation axial du métal en fusion à la manière d'un moteur électrique asynchrone dont le rotor serait le métal en fusion.In the case of continuous casting of long products, i.e. round or square format (blooms or billets), as shown in the figures 1 joined, the electromagnetic stirring equipment used is conventionally constituted by an annular inductor (circular fig. la or square fig. 1b ) that surrounds the cast product. This inductor produces a magnetic field which passes right through the cast product perpendicular to the casting axis and which rotates around this axis. An axial rotational movement of the molten metal is thus created in the manner of an asynchronous electric motor whose rotor is the molten metal.

Dans le cas de la coulée continue d'un format rectangulaire allongé, une brame donc, la pratique habituelle consiste cette fois à utiliser un équipement de brassage formé par des inducteurs de forme rectiligne (on dit "linéaire" par opposition à circulaire) qui produisent un champ magnétique glissant (travelling magnetic field), tel un moteur électrique linéaire bipolaire biphasé ou triphasé. Ces inducteurs, utilisés seuls ou par paire, sont montés parallèlement à une grande face de la brame coulée.In the case of the continuous casting of an elongated rectangular format, therefore a slab, the usual practice this time consists in using a stirring equipment formed by inductors of rectilinear shape (we say "linear" as opposed to circular) which produce a sliding magnetic field, such as a two-phase or three-phase bipolar linear electric motor. These inductors, used singly or in pairs, are mounted parallel to a large face of the cast slab.

On précise qu'il faut entendre par "paire d'inducteurs" un couple d'inducteurs linéaires électriquement appariés, c'est-à-dire alimentés par des courants électriques polyphasés synchrones.It should be noted that the term “pair of inductors” should be understood to mean a pair of electrically matched linear inductors, that is to say supplied by synchronous polyphase electric currents.

Utilisé seul (voir figures 2a et 2b), un inducteur linéaire à champ glissant fonctionne toujours en flux magnétique tangentiel (on dit aussi "longitudinal"). C'est dire qu'il génère dans le métal en fusion une poussée qui décroit exponentiellement quand on s'éloigne de lui. Comme le montre le document BF 8210844, si cette poussée a lieu dans l'étage du refroidissement secondaire de la machine de coulée et qu'elle est orientée perpendiculairement à l'axe de coulée, donc selon la largeur de la brame, le métal en fusion brassé forme une double boucle de circulation dite « boucle en ailes de papillon »Used alone (see figures 2a and 2b ), a linear inductor with a sliding field always operates in tangential magnetic flux (we also say "longitudinal"). This means that it generates a thrust in the molten metal which decreases exponentially when we move away from it. As document BF 8210844 shows, if this thrust takes place in the secondary cooling stage of the casting machine and it is oriented perpendicular to the casting axis, therefore according to the width of the slab, the metal in stirred fusion forms a double circulation loop known as the “butterfly wing loop”

Utilisés par paire (ou par double paires), ils sont alors montés l'un en face de l'autre, définissant ainsi entre eux un entrefer rectangulaire que vient occuper la brame coulée.Used in pairs (or in double pairs), they are then mounted one opposite on the other, thus defining between them a rectangular air gap which the cast slab occupies.

Dans ce cas, comme le montre la figure 3a illustrant l'enseignement du document EP 0151648 (KSC), un équipement à une paire d'inducteurs linéaires est monté au niveau de la lingotière à raison d'un inducteur par face. Chaque inducteur fonctionne en flux magnétique tangentiel avec des sens de glissement opposés des deux champs magnétiques. II en résulte des poussées individuelles en sens inverse sur le métal en fusion au voisinage immédiat des grandes parois de la lingotière, donc une poussée nulle dans la zone médiane de la brame, ce qui conduit à créer un mouvement rotatif axial du métal en fusion dans toute sa section droite.In this case, as shown in the figure 3a illustrating the teaching of the document EP 0151648 (KSC), an equipment with a pair of linear inductors is mounted at the level of the mold at the rate of one inductor per face. Each inductor operates in tangential magnetic flux with opposite sliding directions of the two magnetic fields. This results in individual thrusts in the opposite direction on the molten metal in the immediate vicinity of the large walls of the mold, therefore a zero thrust in the middle zone of the slab, which leads to creating an axial rotary movement of the molten metal in its entire straight section.

Par "axial", on entend "rotation autour de l'axe de coulée ou parallèle à lui. Cette signification sera valable pour toute la suite de l'exposé.The term “axial” is understood to mean “rotation around the casting axis or parallel to it. This meaning will be valid for the rest of the description.

Un autre document connu, illustré par la figure 3b, montre une paire d'inducteurs linéaires utilisés en flux traversant à même sens de glissement des champs magnétiques, ce qui génère une poussée sensiblement constante dans toute l'épaisseur de la brame coulée.Another known document, illustrated by the figure 3b , shows a pair of linear inductors used in flux crossing in the same direction of sliding of the magnetic fields, which generates a substantially constant thrust throughout the thickness of the cast slab.

Dans la catégorie des équipements de brassage électromagnétique agissant, cette fois, au niveau de l'étage du refroidissement secondaire, se situent notamment des dispositifs bien connus et largement répandus dans le monde de la sidérurgie que sont les rouleaux- brasseurs (stirring rolls or in-roll EMS). Il s'agit de rouleaux de soutien et de guidage de la brame dans le refroidissement secondaire rendus creux pour y recevoir un inducteur linéaire (USP 3.882.923 ), voire deux inducteurs alignés et couplés dans le cas de brames très larges ( WO 2011/117479 A1 ). Ces rouleaux-brasseurs, généralement utilisés par paire, sont installés, soit en parallèle l'un au dessus de l'autre, et fonctionnent en flux magnétiques tangentiels, soit face à face de part et d'autre de la brame, et fonctionnent alors en flux magnétique traversant. Mais, à chaque fois, ils ont pour effet de pousser le métal en fusion horizontalement selon la largeur de la brame pour créer les doubles boucles de circulation en « ailes de papillon » évoquées précédemment. Ils peuvent également être utilisés par double paires pour créer des boucles quadruples de circulation, par inversion du sens de glissement des champs sur les deux inducteurs montés alignés sur chaque grande-face de la brame coulée ( WO 2011/117479 ).In the category of electromagnetic stirring equipment acting, this time at the level of the secondary cooling stage, there are notably well-known devices widely used in the steel industry, such as stirring rolls or in -roll EMS). These are support rollers and guide the slab in the secondary cooling made hollow to receive a linear inductor (USP 3,882,923 ), or even two inductors aligned and coupled in the case of very wide slabs ( WO 2011/117479 A1 ). These stirring rollers, generally used in pairs, are installed either in parallel one above the other, and operate in tangential magnetic flows, or face to face on either side of the slab, and then operate in magnetic flux through. But, each time, they have the effect of pushing the molten metal horizontally along the width of the slab to create the double circulation loops in "butterfly wings" mentioned above. They can also be used in double pairs to create quadruple circulation loops, by reversing the direction of sliding of the fields on the two mounted inductors aligned on each large face of the cast slab ( WO 2011/117479 ).

En revanche, en lingotière, comme le montre par exemple le document EP 0550785 (NKK), on utilise plus couramment un équipement de brassage formé par une batterie de deux paires d'inducteurs linéaires polyphasés, soit quatre inducteurs identiques. Les inducteurs sont montés sur les deux grandes parois de la lingotière, à raison de deux inducteurs alignés par paroi et placés de part et d'autre de la busette de coulée. Ils sont connectés électriquement en flux magnétique traversant pour générer une poussée sensiblement constante à travers l'épaisseur de la brame, car on veut agir sur les jets de métal "frais" sortant des ouïes de la busette, soit pour les accélérer (glissement des champs magnétiques dans le sens des jets vers l'extérieur de la lingotière), soit pour les freiner (glissement des champs à contresens des jets vers l'intérieur de la lingotière).On the other hand, in an ingot mold, as shown for example in the document EP 0550785 (NKK), one more commonly uses a brewing equipment formed by a battery of two pairs of polyphase linear inductors, that is to say four identical inductors. The inductors are mounted on the two large walls of the mold, with two inductors aligned per wall and placed on either side of the casting nozzle. They are electrically connected in magnetic flux crossing to generate a substantially constant thrust through the thickness of the slab, because we want to act on the jets of "fresh" metal coming out of the gills of the nozzle, or to accelerate them (sliding of the fields magnetic in the direction of the jets towards the outside of the mold), or to slow them down (sliding of the fields against the direction of the jets towards the inside of the mold).

De tels processus opératoires permettent d'installer ou de stabiliser des modes de circulation choisis du métal en fusion dite en "double boucle" (double roll) ou en "simple boucle" (single roll) dans le plan vertical au sein de la lingotière (cf. les documents EP 0550785 et EP 0151648 déjà cités).Such operating processes make it possible to install or stabilize selected modes of circulation of the molten metal known as "double loop" (double roll) or "single loop" (single roll) in the vertical plane within the mold ( see documents EP 0550785 and EP 0151648 already cited).

Il est désormais acquis, et les travaux du demandeur y ont largement contribués, que, non seulement la productivité d'une machine de coulée continue, mais encore la qualité métallurgique du produit coulé fini, tant en termes de microstructure qu'en termes de propreté inclusionnaire, de porosité ou de ségrégation axiales, sont étroitement liées aux mouvements de circulation du métal en fusion au cours même de sa coulée. La maîtrise de ces mouvements s'avère être la clé de la réussite de la qualité et de la productivité de la coulée continue et c'est précisément la pratique du brassage électromagnétique de l'acier qui permet une telle maîtrise.It is now accepted, and the work of the applicant has largely contributed to it, that not only the productivity of a continuous casting machine, but also the metallurgical quality of the finished cast product, both in terms of microstructure and in terms of cleanliness. inclusion, of axial porosity or segregation, are closely linked to the circulating movements of the molten metal during its casting. The control of these movements turns out to be the key to the success of the quality and the productivity of continuous casting and it is precisely the practice of electromagnetic stirring of steel that allows such control.

Par exemple, FR2893868 divulgue une méthode de réglage du mode de brassage électromagnétique du métal liquide sur la hauteur d'une lingotière de coulée continue, et un équipement correspondant, dans laquelle méthode les inducteurs sont montés coulissant verticalement et passent, par translation, d'une position fonctionnelle basse agissant au niveau des ouïes de sortie d'une busette, à une position d'action fonctionnelle haute agissant au niveau du ménisque du métal liquide en lingotière. Lors du passage d'une position fonctionnelle à l'autre, la connexion des inducteurs à l'alimentation électrique est modifiée afin d'inverser le sens de glissement du champ magnétique de l'un seulement des deux inducteurs d'une même paire ainsi que celui, parmi les deux inducteurs d'une autre paire, qui est son symétrique par rapport à l'axe de coulée. Ce document ne divulgue cependant pas que les pôles opposés de l'inducteur sont connectés à la même phase électrique et sont maintenus à la même polarité.For example, FR2893868 discloses a method of adjusting the electromagnetic stirring mode of the liquid metal to the height of a continuous casting mold, and corresponding equipment, in which method the inductors are mounted to slide vertically and pass, by translation, from a low functional position acting at the outlet openings of a nozzle, at a high functional action position acting at the level of the meniscus of the liquid metal in the ingot mold. When switching from one functional position to another, the connection of the inductors to the power supply is changed in order to reverse the direction of sliding of the magnetic field of only one of the two inductors of the same pair as well as that, among the two inductors of another pair, which is its symmetrical with respect to the casting axis. This document does not however disclose that the opposite poles of the inductor are connected to the same electrical phase and are maintained at the same polarity.

Toutefois, si la bonne pratique actuelle du brassage électromagnétique, telle qu'elle vient d'être rapidement évoquée, est tout à fait apte à maîtriser les mouvement de l'acier en fusion lors de la coulée, elle ne l'est en fait que pour les produits coulés de formats courants, et non pas pour les très gros formats, c'est à dire ceux, pour fixer les idées, dont l'épaisseur (ou le diamètre pour les ronds) est de l'ordre du mètre, voire davantage.However, if the current good practice of electromagnetic mixing, as it has just been briefly mentioned, is quite suitable for controlling the movements of molten steel during casting, it is in fact only so. for cast products of common formats, and not for very large formats, i.e. those, to fix ideas, whose thickness (or diameter for the rounds) is of the order of a meter, or even more.

Or, il se trouve qu'une demande émerge désormais d'une certaine sidérurgie mondiale pour couler, non seulement en lingot, mais également en coulée continue ou semi-continue de tels formats, aussi bien en ronds que carrés, ou rectangulaires, et que l'on désignera par la suite de formats XXL par commodité de langage.However, it turns out that a demand is now emerging from a certain global steel industry to cast, not only in ingots, but also in continuous or semi-continuous casting of such formats, both in rounds, squares, or rectangles, and that XXL formats will be designated hereinafter for convenience of language.

Il s'avère en effet que de tels formats ne sont pas appréhendables par extrapolation, vers des dimensions aussi grandes, des méthodes de calcul actuelles et des connaissances existantes. Lors de l'étude de ces projets avec des simulations CFD (computer fluid dynamics), les problèmes suivants sont effectivement apparus:

  • Plus le format coulé augmente, plus la distribution de la température au sein du métal liquide devient inhomogène, et cette hétérogénéité thermique devient alors le problème principal pour couler des formats XXI.
  • Un brassage en boucles multiples dans le plan vertical parallèle à l'axe de coulé semble a priori approprié. Mais, les modes de brassage conventionnels connus à flux magnétique traversant ne sont plus applicables aux formats XXL du fait de la grande dimension de la section droite du produit coulé. La raison est que le champ magnétique, qui doit traverser la grande distance entre les deux inducteurs, décroit alors fortement au centre du produit et que la poussée (force de Lorentz) au milieu de la brame devient alors trop faible pour générer un mouvement de brassage efficient sur toute l'épaisseur de la brame.
  • Le même phénomène se produit dans les inducteurs annulaires pour produits ronds et carrés. La distance entre les pôles appariés devenant alors si grande pour les sections XXL, que le couple de rotation (forces de Lorentz) devient alors trop faible vers le centre du produit coulé. Le mouvement rotationnel du métal liquide reste alors concentré à la périphérie et ne se développe plus vers le centre du produit.
  • Enfin, et même surtout, le mouvement rotationnel du métal en fusion autour de l'axe de coulée, qui reste pour l'essentiel limité à la région périphérique du produit XXL, ne parvient plus à uniformiser suffisamment la température au sein du métal en fusion, ni au niveau du front de solidification, ni au niveau du gradient de température entre l'intérieur et l'extérieur du produit coulé.
It turns out that such formats cannot be understood by extrapolation, to such large dimensions, from current calculation methods and existing knowledge. When studying these projects with CFD (computer fluid dynamics) simulations, the following problems actually arose:
  • The more the cast format increases, the more the temperature distribution within the liquid metal becomes inhomogeneous, and this thermal heterogeneity then becomes the main problem for casting XXI formats.
  • A mixing in multiple loops in the vertical plane parallel to the casting axis seems a priori appropriate. However, the known conventional stirring methods with a through magnetic flux are no longer applicable to XXL formats because of the large dimension of the cross section of the cast product. The reason is that the magnetic field, which must cross the great distance between the two inductors, then decreases sharply in the center of the product and that the thrust (Lorentz force) in the middle of the slab then becomes too weak to generate a stirring movement. efficient over the entire thickness of the slab.
  • The same phenomenon occurs in annular inductors for round and square products. The distance between the paired poles then becomes so great for XXL sections, that the torque (Lorentz forces) then becomes too weak towards the center of the cast product. The rotational movement of the liquid metal then remains concentrated at the periphery and no longer develops towards the center of the product.
  • Finally, and even above all, the rotational movement of the molten metal around the casting axis, which remains essentially limited to the peripheral region of the XXL product, no longer manages to sufficiently uniform the temperature within the molten metal. , neither at the level of the solidification front, nor at the level of the temperature gradient between the inside and the outside of the cast product.

Le Demandeur a découvert que ces difficultés inhérentes aux formats XXL pouvaient être néanmoins surmontées en instaurant un brassage rotationnel axial en "multi-boucles adjacentes", à savoir une pluralité organisée de boucles de recirculation rotatives axiales distribuées cote à cote sur l'entour de l'axe de coulée pour parvenir, avant tout, à bien homogénéiser la température dans des plans perpendiculaires à l'axe de coulée.The Applicant has discovered that these difficulties inherent in XXL formats could nevertheless be overcome by establishing an axial rotational stirring in "adjacent multi-loops", namely an organized plurality of axial rotary recirculation loops distributed side by side around the surrounding area. 'casting axis to achieve, above all, to homogenize the temperature well in planes perpendicular to the casting axis.

Ainsi, et avec cet objectif principal d'homogénéisation thermique en vue, l'invention a pour objet premier un procédé de brassage électromagnétique rotatif du métal en fusion, au cours de la coulée de produits métalliques à format XXL, de section ronde, carrée ou rectangulaire, dans lequel on utilise un équipement de brassage comprenant des inducteurs polyphasés linéaires à champ magnétique glissant, et l'on brasse le métal en fusion sous la forme d'une pluralité de boucles de circulation en rotation axiale adjacentes, distribuées sur l'entour de l'axe de coulée et occupant au mieux toute la section droite du produit coulé.Thus, and with this main objective of thermal homogenization in view, the first object of the invention is a method of rotary electromagnetic stirring of the molten metal, during the casting of metal products in XXL format, of round, square or cross section. rectangular, in which a stirring equipment comprising linear polyphase inductors with a sliding magnetic field is used, and the molten metal is stirred in the form of a plurality of adjacent axially rotating circulation loops, distributed around the surrounding of the casting axis and occupying at best the entire cross section of the cast product.

Le procédé est caractérisé en ce que l'on réalise ledit brassage en disposant lesdits inducteurs linéaires polyphasés à champ magnétique glissant sur l'entour de l'axe de coulée pour former un entrefer, en ce que l'on règle les champs magnétiques glissant dans cet entrefer afin qu'ils glissent en sens opposés sur deux inducteurs voisins quelconques, et en ce que l'on règle à la même polarité magnétique les couples de pôles connectés à une même phase électrique et situés l'un en regard de l'autre sur deux inducteurs distincts appariés..The method is characterized in that said stirring is carried out by placing said polyphase linear inductors with a sliding magnetic field around the casting axis to form an air gap, in that the magnetic fields sliding in this air gap so that they slide in opposite directions on any two neighboring inductors, and in that the pairs of poles connected to the same electrical phase and located one opposite the other are adjusted to the same magnetic polarity on two separate paired inductors.

L'invention a également pour objet un équipement de brassage électromagnétique de produits métalliques à format XXL. de section ronde, carrée ou rectangulaire, équipement pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2 et comprenant au moins une paire d'inducteurs linéaires à champ magnétique glissant montés symétriquement, en regard l'un de l'autre par rapport à un plan de symétrie (P) du produit coulé, sur l'entour de l'axe de coulée de manière à définir un entrefer dans lequel passe le produit coulé, au moins une alimentation électrique de puissance polyphasée pourvue de moyens de connexion électriques avec lesdits inducteurs, et des moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sur chaque inducteur, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion imposent la même polarité à chaque couple de pôles magnétiques appartenant à la même phase et placés symétriquement par rapport au dit plan (P) en regard l'un de l'autre sur deux inducteurs appariés.Another subject of the invention is equipment for electromagnetic stirring of metal products in XXL format. of round, square or rectangular section, equipment for carrying out the method according to claim 1 or 2 and comprising at least one pair of linear inductors with sliding magnetic field mounted symmetrically, facing each other with respect to a plane of symmetry (P) of the cast product, around the casting axis so as to define an air gap through which the product passes cast, at least one polyphase power supply provided with electrical connection means with said inductors, and means for adjusting the direction of sliding of the magnetic fields on each inductor, equipment characterized in that said connection means impose the same polarity on each pair of magnetic poles belonging to the same phase and placed symmetrically with respect to said plane (P) facing each other on two paired inductors.

Dans une variante de réalisation, l'équipement de brassage comprend au moins deux paires d'inducteurs linéaires à champ magnétique glissant, formant un ensemble d'au moins quatre inducteurs disposés sur l'entour de l'axe de coulée de manière à définir un entrefer dans lequel passe le produit coulé, équipement caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage du sens de glissement des champs magnétiques sont configurés pour que les champs magnétiques de deux inducteurs voisins quelconques glissent en des sens opposés.In an alternative embodiment, the stirring equipment comprises at least two pairs of linear inductors with a sliding magnetic field, forming a set of at least four inductors arranged around the casting axis so as to define a air gap in which the cast product passes, equipment characterized in that said means for adjusting the direction of sliding of the magnetic fields are configured so that the magnetic fields of any two neighboring inductors slide in opposite directions.

Avant d'aller plus avant, il importe d'apporter des précisions et éclaircissements sur certains termes et expressions employés ci avant: (a) que faut il entendre par "inducteurs voisins" (b) comment définir commodément "le sens de glissement" d'un champ magnétique de l'inducteur, et (c) comment comprendre sans ambiguïté ce que signifie en pratique un glissement "dans le même sens" ou "dans des sens opposés" sur deux inducteurs voisins.

  1. (a) Ainsi, sont voisins, au sens de l'invention, deux inducteurs qui se suivent l'un l'autre directement, c'est à dire sans inducteur analogue intermédiaire ou intercalaire, sur l'entour de l'axe de coulée, quelque soit le sens de rotation choisi autour de cet axe pour passer d'un inducteur à l'autre.
  2. (b) Pour répondre à cette seconde interrogation, il faut d'abord prendre en considération la convention selon laquelle les phases électriques sont nommées dans un ordre immuable et déterminé dans le temps, car données ainsi par le réseau de distribution de l'énergie électrique: U puis V (en retard de 90°) pour une alimentation biphasée ou U puis V (en retard de 120°) puis W (en retard de 240°) pour une alimentation triphasée. Dès lors, le sens de glissement du champ magnétique le long de l'inducteur qui le produit dépendra du séquençage choisi pour l'ordre de connexion des phases sur les bobinages de l'inducteur.
Before going any further, it is important to provide more details and clarifications on certain terms and expressions used above: (a) what should be understood by "neighboring inductors" (b) how to conveniently define "the direction of sliding" d 'a magnetic field of the inductor, and (c) how to unambiguously understand what it means in practice to slip "in the same direction" or "in opposite directions" on two neighboring inductors.
  1. (a) Thus, are neighbors, within the meaning of the invention, two inductors which follow each other directly, that is to say without a similar intermediate or intermediate inductor, around the casting axis , whatever the direction of rotation chosen around this axis to switch from one inductor to another.
  2. (b) To answer this second question, it is first necessary to take into consideration the convention according to which the electrical phases are named in an immutable order and determined in time, because thus given by the electrical energy distribution network : U then V (delayed by 90 °) for a two-phase supply or U then V (delayed by 120 °) then W (delayed by 240 °) for a three-phase supply. Therefore, the direction of sliding of the magnetic field along the inductor which produces it will depend on the chosen sequencing. for the phase connection order on the inductor windings.

Ainsi, par exemple pour le cas d'un inducteur rotatif, le champ magnétique tournera suivant le séquençage U. V pour un inducteur biphasé (fig. 1b) et U, V, W pour un inducteur triphasé (fig. 1a), c'est-à-dire dans le sens horaire. Pour le cas d'un inducteur linéaire triphasé de la figure 2a. le champ magnétique glissera également suivant le séquençage U, V. W, c'est-à-dire de gauche vers la droite sur la figure. Et, il glissera de droite à gauche, comme montré sur la figure 2b, si le séquençage a été changé par permutation de deux phases entre elles (V et W dans l'exemple considéré) sans changer la polarité magnétique Nord ou Sud de chaque pôle.Thus, for example for the case of a rotary inductor, the magnetic field will rotate according to the U. V sequencing for a two-phase inductor ( fig. 1b ) and U, V, W for a three-phase inductor ( fig. 1a ), i.e. clockwise. For the case of a three-phase linear inductor of the figure 2a . the magnetic field will also slide according to the U, V. W sequencing, that is to say from left to right in the figure. And, it will slide from right to left, as shown in the figure 2b , if the sequencing has been changed by permutation of two phases between them (V and W in the example considered) without changing the North or South magnetic polarity of each pole.

Aussi, est-il convenu, dans le cadre de l'invention, de toujours placer la phase U sur le pôle de l'inducteur situé à l'une de ses deux extrémités. Dès lors, si la succession des phases dans le temps se fait dans un ordre séquentiel U, V, W, le sens du glissement du champ magnétique est toujours donné par le séquençage des pôles magnétiques U, V, W, ce séquençage étant donné par les connexions électriques entre les bobinages de l'inducteur et l'alimentation électrique.
(c) Pour comparer les sens de glissement des champs magnétiques entre plusieurs inducteurs installés sur une machine de coulée, il suffit de considérer le sens de glissement du champ de chacun en les parcourant les uns après les autres autour de l'axe de coulée. Il en résulte que les champs des deux inducteurs montrés sur la fig. 3a glissent dans le même sens, selon la définition de l'invention, alors que, vu d'en haut sur la figure, on dirait qu'ils glissent en sens inverse. Il en résulte également que les champs des deux inducteurs montrés sur la fig. 3b glissent en sens inverse selon la définition de l'invention, alors que, vu d'un haut sur la figure, on dirait qu'ils glissent dans le même sens.
Also, it is agreed, within the framework of the invention, to always place the phase U on the pole of the inductor located at one of its two ends. Therefore, if the succession of phases in time is in a sequential order U, V, W, the direction of the sliding of the magnetic field is always given by the sequencing of the magnetic poles U, V, W, this sequencing being given by the electrical connections between the inductor windings and the power supply.
(c) To compare the direction of sliding of the magnetic fields between several inductors installed on a casting machine, it suffices to consider the direction of sliding of the field of each one by traversing them one after the other around the axis of casting. As a result, the fields of the two inductors shown on the fig. 3a slide in the same direction, according to the definition of the invention, whereas, seen from above in the figure, it looks like they slide in the opposite direction. It also follows that the fields of the two inductors shown on the fig. 3b slide in the opposite direction according to the definition of the invention, whereas, seen from above in the figure, it looks like they slide in the same direction.

On va présenter maintenant, dans un langage plus géométrique, une autre définition comparative des sens de glissement des champs magnétiques, plus générale que la précédente, c'est à dire indépendamment de la machine de coulée à laquelle l'équipement de " brassage est destiné. Le lecteur choisira celle qui lui convient le mieux.

  1. 1) S'ils sont disposés en parallèle, l'un en regard de l'autre, deux inducteurs linéaires (i.e. dont les pôles magnétiques sont alignés entre eux), produisent des champs magnétiques glissant en sens opposés si l'un peut se transformer en l'autre par une opération de symétrie par rapport à un plan parallèle à la ligne des pôles de l'inducteur. Sinon, ils produisent des champs qui glissent dans le même sens.
  2. 2) S'ils sont disposés alignés l'un à la suite de l'autre, deux inducteurs linéaires produisent des champs magnétiques glissant dans le même sens, si l'un peut se transformer en l'autre par une opération de translation parallèle à sa ligne des pôles. Sinon, ils produisent des champs qui glissent en sens contraire.
We will now present, in a more geometric language, another comparative definition of the sliding directions of magnetic fields, more general than the previous one, ie independently of the casting machine for which the "stirring equipment" is intended. The reader will choose the one that suits him best.
  1. 1) If they are arranged in parallel, one opposite the other, two linear inductors (ie whose magnetic poles are aligned with each other), produce magnetic fields sliding in opposite directions if one can transform in the other by an operation of symmetry with respect to a plane parallel to the line of the poles of the inductor. Otherwise, they produce fields that slide in the same direction.
  2. 2) If they are arranged aligned one after the other, two linear inductors produce magnetic fields sliding in the same direction, if one can be transformed into the other by a translation operation parallel to its pole line. Otherwise, they produce fields that slide in the opposite direction.

Dans la description de l'art antérieur du brassage électromagnétique en coulée continue de produits acier de format standard qui a été faite au début du présent mémoire, on a vu que, excepté le cas montré sur la figure 3a, les inducteurs sont utilisés en couplage magnétique à flux traversant, et ce, aussi bien en configuration circulaire (champ tournant appliqué aux blooms de section ronde Ou carrée) qu'en configuration linéaire par paire d'inducteurs (champs glissants appliqués aux produits rectangulaires comme les brames). Ceci signifie que les pôles de même phase qui se font face sur deux inducteurs en regard l'un de l'autre sont de polarités opposées.In the description of the prior art of the electromagnetic stirring in continuous casting of standard format steel products which was made at the beginning of this specification, it has been seen that, except for the case shown in the figure 3a , the inductors are used in magnetic coupling with through-flow, and this, both in circular configuration (rotating field applied to blooms of round or square section) as in linear configuration by pair of inductors (sliding fields applied to rectangular products such as slabs). This means that the poles of the same phase which face each other on two inductors facing each other are of opposite polarities.

Il en va tout autrement dans le cas de l'invention où c'est la même polarité qui est imposée aux pôles de la même phase qui se font face sur deux inducteurs appariés. Voilà, exprimée simplement, à quoi doit répondre une caractéristique déterminante d'un équipement qui produit un flux magnétique tangentiel, ce quelque soit la taille de son entrefer.It is quite different in the case of the invention where it is the same polarity which is imposed on the poles of the same phase which face each other on two paired inductors. Here, expressed simply, to which must answer a determining characteristic of an equipment which produces a tangential magnetic flux, whatever the size of its air gap.

L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description suivante donnée en référence aux planches de figures annexées.The invention will be well understood and other aspects and advantages will emerge more clearly in view of the following description given with reference to the sheets of the appended figures.

Sur ces figures, les lettres U, V et W représentent les trois phases électriques de l'alimentation triphasée déphasées de 120°. Elles désignent aussi, par voie de conséquence, les enroulements de phases sur les inducteurs connectés à cette alimentation, et les lettres complémentaires U*, V*, W* désignent, elles, les enroulements de phases sur les inducteurs bobinés en sens inverse des enroulements U, V, W afin que le courant électrique y circule dans un sens opposé.In these figures, the letters U, V and W represent the three electrical phases of the three-phase power supply phase-shifted by 120 °. They also designate, consequently, the phase windings on the inductors connected to this power supply, and the additional letters U *, V *, W * designate the phase windings on the inductors wound in the opposite direction of the windings. U, V, W so that the electric current flows in it in an opposite direction.

Les lettres N et S désignent la polarité nord ou sud des pôles lorsque la phase électrique qui les alimente est au maximum de l'intensité de courant. Comme ce sont les enroulements de phase qui engendrent les pôles magnétiques sur un inducteur, on verra sur les figures que, par convention, un enroulement de phase U, V, ou W est toujours associé à un pôle de polarité N, alors qu'enroulement U*, V* ou W* sera lui toujours associé à un pôle de polarité S.

  • les figures 1, 2 et 3 sont des schémas de principe électromagnétique qui se rapportent à l'art antérieur cité dans l'introduction du présent mémoire. Pour cette raison, elles ont toutes été regroupées sur une planche unique;
  • les figures 4a et 4b sont deux variantes d'un même schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage élémentaire selon l'invention, i.e. à une paire d'inducteurs linéaires à flux tangentiel, de forme rectiligne, en situation de travail sur une coulée de brames XXL;
  • la figure 5 est un schéma de principe analogue à ceux des figures 4, mais dans le cas d'inducteurs linéaires de forme arquée pour la coulée d'un bloom XXL de forme circulaire;
  • les figures 6a et 6b montrent deux variantes d'un même schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage standard selon l'invention, i.e. à deux paires d'inducteurs linéaires à flux tangentiel (soit un ensemble de quatre inducteurs), de forme rectiligne, en situation de travail sur une coulée de brames XXL
  • la figure 7 est un schéma de principe de fonctionnement d'un équipement de brassage standard selon l'invention, i.e. à deux paires d'inducteurs linéaires à flux tangentiel de forme arquée, en situation de travail sur une coulée de blooms XXL ronds;
  • la figure 8 est un schéma analogue à celui de la figure 1 mais avec des inducteurs linéaires rectilignes utilisés pour la coulée de blooms XXL carrés;
  • et la figure 9 montre schématiquement un équipement de brassage complet tel qu'utilisé au niveau d'une lingotière de coulée continue de brames XXL dotée d'une busette immergée à quatre ouïes latérales.
The letters N and S denote the north or south polarity of the poles when the electrical phase which supplies them is at the maximum current intensity. As it is the phase windings which generate the magnetic poles on an inductor, it will be seen in the figures that, by convention, a phase winding U, V, or W is always associated with a pole of polarity N, while winding U *, V * or W * will always be associated with a pole of polarity S.
  • the figures 1, 2 and 3 are electromagnetic block diagrams which relate to the prior art cited in the introduction to this specification. For this reason, they have all been grouped together on a single board;
  • the figures 4a and 4b are two variants of the same operating principle diagram of an elementary stirring equipment according to the invention, ie to a pair of linear inductors with tangential flow, of rectilinear shape, in a working situation on a casting of XXL slabs ;
  • the figure 5 is a block diagram similar to those of figures 4 , but in the case of linear inductors of arcuate shape for the casting of an XXL bloom of circular shape;
  • the figures 6a and 6b show two variants of the same operating principle diagram of a standard brewing equipment according to the invention, ie with two pairs of linear inductors with tangential flow (i.e. a set of four inductors), of rectilinear shape, in situation working on an XXL slab casting
  • the figure 7 is a block diagram of the operation of a standard brewing equipment according to the invention, ie with two pairs of linear inductors with tangential flow of arcuate shape, in a working situation on a casting of round XXL blooms;
  • the figure 8 is a diagram similar to that of the figure 1 but with rectilinear linear inductors used for casting XXL square blooms;
  • and the figure 9 schematically shows a complete brewing equipment as used in an XXL continuous casting ingot mold with a submerged nozzle with four side openings.

Sur toutes ces figures, les mêmes éléments sont représentés par des références chiffrées identiques.In all of these figures, the same elements are represented by identical numerical references.

Comme on l'a déjà vu, la figure la est le schéma fonctionnel d'un inducteur annulaire triphasé connu à champ magnétique tournant. Ce type inducteur, à une paire de pôles par phase, de forme annulaire à base circulaire, est utilisé habituellement pour la coulée continue des produits longs à format rond (blooms, billettes), que ce soit au niveau de la lingotière ou, en dessous, dans la zone du refroidissement secondaire de la machine de coulée. Il présente ici un intérêt pédagogique supplémentaire, utile pour l'exposé de l'invention, qui est de servir de cercle des phases pour un système triphasé. Sur ce cercle, U, V et W désignent les trois phases d'une alimentation électrique triphasée équilibrée II en résulte que, dans le temps, l'intensité maximale de courant électrique passe, avec une vitesse régulière qui dépend de sa fréquence du courant, de la phase U à la phase V puis à la phase W, et ainsi de suite. Sur un inducteur à champ tournant, tel que schématisé ici, les couples de pôles magnétiques appariés de chaque phase sont excités par des enroulements bobinés en sens inverse de façon à présenter des polarités magnétiques de signes opposés (N ou S). Ainsi, le marquage U, V, W, U*, V* et W* pointe les positions physiques des pôles magnétiques sur l'inducteur au moment où ils sont chacun, à tour de rôle, en pleine phase (i.e. avec une intensité maximale du courant électrique dans le bobinage associé).As has already been seen, FIG. La is the functional diagram of a known three-phase annular inductor with a rotating magnetic field. This type of inductor, with a pair of poles per phase, annular in shape with a circular base, is usually used for the continuous casting of long products in round format (blooms, billets), whether at the level of the mold or, below. , in the area of secondary cooling of the casting machine. It presents here an additional educational interest, useful for the presentation of the invention, which is to serve as a phase circle for a three-phase system. On this circle, U, V and W denote the three phases of a balanced three-phase power supply. It follows that, in time, the maximum intensity of electric current passes, with a regular speed which depends on its frequency of the current, from phase U to phase V then to phase W, and so on. On an inductor with a rotating field, as shown diagrammatically here, the pairs of paired magnetic poles of each phase are excited by windings wound in opposite directions so as to present magnetic polarities of opposite signs (N or S). Thus, the marking U, V, W, U *, V * and W * points to the physical positions of the magnetic poles on the inductor at the moment when they are each, in turn, in full phase (ie with a maximum intensity of the electric current in the associated winding).

La suite, prise dans cet ordre, à savoir U, W*, V, U*, W, V* (et à nouveau U....), représente, dans l'espace, la succession physique ordonnée des pôles sur l'inducteur ainsi configuré. La même suite, mais prise dans le temps, montre donc que le déplacement du champ magnétique d'un pôle de l'inducteur au suivant se développe dans le sens horaire v. Il en résulte un champ tournant autour de l'axe longitudinal de l'inducteur, qui se confondra ici avec l'axe de la coulée. On voit que si l'on commute deux phases entre elles, par exemple V et W, sans rien changer aux polarités magnétiques, on réalise la suite U, V*, W, U*, V, W*, laquelle exprime alors le fait que le champ magnétique inverse son sens de déplacement sur l'inducteur pour tourner dans le sens antihoraire.The sequence, taken in this order, namely U, W *, V, U *, W, V * (and again U ....), represents, in space, the ordered physical succession of the poles on l 'inductor thus configured. The same sequence, but taken over time, therefore shows that the displacement of the magnetic field from one pole of the inductor to the next develops clockwise v. This results in a field rotating around the longitudinal axis of the inductor, which here merges with the axis of the casting. We see that if we switch two phases between them, for example V and W, without changing anything in the magnetic polarities, we realize the sequence U, V *, W, U *, V, W *, which then expresses the fact that the magnetic field reverses its direction of displacement on the inductor to rotate counterclockwise.

La figure 1b illustre le schéma fonctionnel d'un inducteur à deux paires de pôles par phase, mais biphasé cette fois et de forme annulaire à base carrée pour la coulée de produits longs de format carré. Au besoin, on saura s'en servir, de la même manière qu'avec la figure 1a, pour retrouver sur un tel cercle de phases les attributs propres à un système biphasé. On se rendra aisément compte que, dans ce cas, on pourra inverser le sens de rotation du champ magnétique indifféremment, en commutant les phases U et V (i.e. mettre V en avance de 90° sur U), ou en inversant le sens du courant dans les bobinages d'une phase.The figure 1b illustrates the functional diagram of an inductor with two pairs of poles per phase, but two-phase this time and of annular shape with square base for the casting of long products of square format. If necessary, we will know how to use it, in the same way as with the figure 1a , to find on such a circle of phases the attributes specific to a two-phase system. We will easily realize that, in this case, we will be able to reverse the direction of rotation of the magnetic field indifferently, by switching the phases U and V (ie putting V in advance of 90 ° on U), or by reversing the direction of the current in the windings of one phase.

En tous cas, les mêmes dispositions prévalent si l'inducteur à champ mobile est linéaire au lieu d'être annulaire. En effet, si par la pensée on déroule l'inducteur triphasé de la figure la après l'avoir coupé par exemple entre les pôles U et V*, on obtient le schéma fonctionnel d'un inducteur linéaire triphasé à champ glissant, tel que celui illustré sur les figures 2.In any case, the same arrangements prevail if the moving field inductor is linear instead of being annular. Indeed, if by thought we unroll the three-phase inductor of figure la after having cut it for example between the poles U and V *, one obtains the functional diagram of a three-phase linear inductor with sliding field, such as that illustrated on the figures 2 .

Au vu du cercle de phases du système triphasé, on comprend immédiatement que le champ magnétique produit par cet l'inducteur linéaire 1 glisse, sur la figure 2a, de son extrémité gauche vers son extrémité droite (flèche v). Ainsi, comme tout inducteur linéaire pris isolément dans l'espace, l'inducteur 1 génère naturellement dans le produit métallique coulé, ici une brame 2, un flux d'induction magnétique de type "tangentiel", i.e. un flux qui a pour principale propriété d'engendrer une poussée de Lorentz dont l'intensité décroît rapidement quand on s'éloigne de l'inducteur.In view of the phase circle of the three-phase system, it is immediately understood that the magnetic field produced by this linear inductor 1 slides, on the figure 2a , from its left end to its right end (arrow v). Thus, like any linear inductor taken in isolation in space, inductor 1 naturally generates in the cast metal product, here a slab 2, a magnetic induction flux of the "tangential" type, ie a flux whose main property is to generate a Lorentz thrust, the intensity of which decreases rapidly as one moves away from the inductor.

Toujours par la pensée, si, sans rien changer aux signes polaires des pôles, on permute simplement deux phases entre elles, par exemple V et W (U demeurant sur le pôle à l'extrémité gauche de l'inducteur), le sens de glissement du champ est inversé sur l'inducteur ainsi reconfiguré.Always by thought, if, without changing anything in the polar signs of the poles, one simply permutes two phases between them, for example V and W (U remaining on the pole at the left end of the inductor), the direction of sliding of the field is reversed on the inductor thus reconfigured.

Ceci est vérifié pour une alimentation triphasée. Dans le cas d'une alimentation biphasée, on vérifiera aisément à l'aide du cercle des phases à quatre pôles U, V, U* et V*, que le champ magnétique change de sens de glissement en inversant simplement le signe polaire, i.e. la polarité, des deux pôles couplés sur une même phase.This is verified for a three phase supply. In the case of a two-phase power supply, we can easily verify using the circle of the four-pole phases U, V, U * and V *, that the magnetic field changes direction of sliding by simply reversing the polar sign, ie the polarity, of the two poles coupled on the same phase.

Les figures 3 illustrent ce qui se passe lorsqu'on rapproche de l'inducteur 1 un inducteur identique 3 apparié pour les placer en parallèle, de part et d'autre d'un plan de symétrie P qui est le plan de symétrie principal de la brame rectangulaire coulée 2.The figures 3 illustrate what happens when a matched identical inductor 3 is brought closer to inductor 1 to place them in parallel, on either side of a plane of symmetry P which is the main plane of symmetry of the cast rectangular slab 2.

Le cas de la figure 3b est celui de la configuration classique habituelle : les pôles magnétiques en regard de chaque coté du plan de symétrie P sont à la même phase, mais de polarités inverses. Tout se passe alors comme si un tel couple d'inducteurs 1, 3 produisait un champ magnétique "piston" glissant depuis leur extrémité gauche vers leur extrémité droite (flèche v ou v'), en quelque sorte à la manière des barreaux d'une échelle mobile dont les glissières fixes seraient les inducteurs eux-mêmes. Ainsi, comme toute paire d'inducteurs appariés et configurés pour être utilisés sur une machine de coulée, l'équipement de brassage de la figure 3b génère un flux d'induction glissant de type "traversant". Il en résulte en particulier que la poussée de Lorenz produite sur le métal en fusion est, cette fois, d'intensité quasiment constante au travers de toute l'épaisseur de la brame coulée, comme le montre la vignette associée au bas de la figure.The case of figure 3b is that of the usual classical configuration: the magnetic poles opposite each side of the plane of symmetry P are at the same phase, but of opposite polarities. Everything then takes place as if such a pair of inductors 1, 3 produced a "piston" magnetic field sliding from their left end to their right end (arrow v or v '), in a way like the bars of a mobile ladder whose fixed slides are the inductors themselves. Thus, like any pair of inductors matched and configured for use on a casting machine, the brewing equipment of the figure 3b generates a sliding induction flux of the "through" type. It results in particular that the Lorenz thrust produced on the molten metal is, this time, of almost constant intensity through the entire thickness of the cast slab, as shown by the associated vignette at the bottom of the figure.

Le cas de la figure 3a est également connu, encore que moins courant que celui vu ci dessus: les pôles magnétiques en regard de chaque coté du plan de symétrie principal P de la brame 2 sont là aussi de polarités magnétiques inverses, mais la correspondance de phases sur les deux inducteurs 1 et 3 en regard est aléatoire, donc elle n'est plus respectée. Malgré les apparences, les deux champs magnétiques glissent dans le même sens (voir plus haut la définition comparative selon l'invention). Les flux magnétiques produits sont de type "tangentiel" et les poussées de Lorentz, lesquelles s'exercent alors de manière sensible uniquement à la périphérie de la brame coulée 2, sont opposées et coopèrent donc pour réaliser un brassage rotatif axial global du métal en fusion, comme le montre la vignette associée, au bas de la figure.The case of figure 3a is also known, although less common than that seen above: the magnetic poles opposite each side of the main plane of symmetry P of the slab 2 are again of reverse magnetic polarities, but the phase correspondence on the two inductors 1 and 3 opposite is random, so it is no longer respected. Despite appearances, the two magnetic fields slide in the same direction (see the comparative definition according to the invention above). The magnetic fluxes produced are of the "tangential" type and the Lorentz thrusts, which are then exerted in a sensitive manner only at the periphery of the cast slab 2, are opposed and therefore cooperate to achieve an overall axial rotary stirring of the molten metal. , as shown in the associated thumbnail at the bottom of the figure.

Les figures qui suivent sont toutes relatives à l'invention.The figures which follow all relate to the invention.

Les figures 4 et 5 ont trait à un équipement de brassage que l'on pourra qualifier d'élémentaire en ce sens qu'il comprend une seule paire d'inducteurs linéaires, alors que les figures suivantes concernent un équipement de brassage à quatre inducteurs linéaires, que l'on pourra qualifier clé standard ou de majoritaire car cette configuration à -deux- paires d'inducteurs est largement la plus usitée.The figures 4 and 5 relate to a brewing equipment that can be qualified as elementary in the sense that it comprises a single pair of linear inductors, while the following figures relate to a brewing equipment with four linear inductors, that we can qualify as standard or majority key because this configuration with two pairs of inductors is widely used.

L'équipement de brassage élémentaire illustré sur la figure 4a comporte ainsi une paire d'inducteurs triphasés linéaires rectilignes 1 et 3. Les deux inducteurs sont placés parallèlement entre eux, face à face et à distance de manière à définir entre eux un entrefer pour le passage d'un produit coulé 2 de format XXL rectangulaire, donc une brame (voire un bloom carré). Autrement dit, les deux inducteurs 1 et 3 sont le symétrique l'un de l'autre par rapport au plan de symétrie principal P du produit XXL coulé.The basic brewing equipment shown on the figure 4a thus comprises a pair of rectilinear linear three-phase inductors 1 and 3. The two inductors are placed parallel to each other, face to face and at a distance so as to define between them an air gap for the passage of a cast product 2 of rectangular XXL format , therefore a slab (or even a square bloom). In other words, the two inductors 1 and 3 are symmetrical to each other with respect to the main plane of symmetry P of the XXL cast product.

Le câblage de cet équipement à une alimentation électrique de puissance triphasée n'est pas visible sur la figure, mais l'équipement est présenté dans sa configuration électrique fonctionnelle prête à effectuer une action de brassage à partir de champs magnétiques glissant en sens opposés (cf. les deux flèches v orientées de gauche vers la droite sur la figure). Cette configuration, de type "flux magnétique tangentiel" (ou longitudinal), se différencie de celles, de l'art antérieur, à flux traversant montré sur la figure 3b, ou même à flux longitudinal montré sur la figure 3a, par le fait que, cette fois, les pôles magnétiques qui se font face sur les deux inducteurs appariés sont constamment, non seulement connectés à la même phase de l'alimentation triphasée, mais maintenus à la même polarité magnétique S ou N. Autrement dit, un inverseur de polarité des pôles magnétiques (que l'on admettra intégré à l'alimentation non représentée) a été sollicité pour chacune des trois phases sur l'inducteur 3 par rapport à l'inducteur 1 dans sa configuration de la figure 3b.The wiring of this equipment to a three-phase power supply is not visible in the figure, but the equipment is presented in its functional electrical configuration ready to perform a stirring action from magnetic fields sliding in opposite directions (cf. . the two arrows v oriented from left to right in the figure). This configuration, of the "tangential magnetic flux" (or longitudinal) type, differs from those of the prior art. through flow shown on figure 3b , or even with longitudinal flow shown on the figure 3a , by the fact that, this time, the magnetic poles which face each other on the two paired inductors are constantly, not only connected to the same phase of the three-phase power supply, but kept at the same magnetic polarity S or N. In other words , a polarity reverser of the magnetic poles (which will be admitted to be integrated into the power supply not shown) was requested for each of the three phases on the inductor 3 with respect to the inductor 1 in its configuration of the figure 3b .

On rappelle ici la convention de repérage, bien commode en pratique, qui consiste arbitrairement à appliquer toujours, en triphasé comme en biphasé, la phase U sur le pôle situé à l'une des extrémités sur un inducteur à champ glissant, plutôt que sur un pôle ayant deux voisins. Ainsi, pour la paire d'inducteurs linéaires exemplifiée sur la figure 4a, on voit que la phase U est appliquée au pôle à l'extrémité gauche de chacun des deux inducteurs. Il est ainsi aisé de constater que le champ glisse dès lors depuis cette extrémité vers l'autre extrémité, donc de gauche à droite sur la figure, dans le respect du séquençage des trois phases de l'alimentation rappelé par le sens horaire sur le cercle de phases triphasé de la figure 1a.We recall here the locating convention, very convenient in practice, which arbitrarily consists in always applying, in three-phase as in two-phase, the phase U on the pole located at one of the ends on a sliding field inductor, rather than on a pole having two neighbors. Thus, for the pair of linear inductors exemplified on figure 4a , we see that the phase U is applied to the pole at the left end of each of the two inductors. It is thus easy to see that the field therefore slides from this end to the other end, therefore from left to right in the figure, while respecting the sequencing of the three phases of the power supply recalled clockwise on the circle. of three-phase phases of the figure 1a .

Il en est de même dans le cas de la figure 4b, où, après permutation des phases V et W, on constate que, à partir du pôle d'extrémité U, le séquençage des trois phases étant de U, V*, W, U*, V, W*, sur chaque inducteur 1 et 3, leur champ magnétique glisse donc de-.-, droite vers la gauche sur la figure (sens anti-horaire sur le cercle des phases), générant chacun dans le métal en fusion coulé un flux d'induction magnétique tangentiel.It is the same in the case of the figure 4b , where, after permutation of phases V and W, we see that, from the end pole U, the sequencing of the three phases being U, V *, W, U *, V, W *, on each inductor 1 and 3, their magnetic field therefore slides from -.-, right to left in the figure (anti-clockwise on the phase circle), each generating in the molten metal cast a tangential magnetic induction flux.

Comme on le voit sur les vignettes associées, que ce soit dans un sens de glissement des champs magnétiques ou dans l'autre, l'action d'un tel mode de brassage se traduit par des poussées de Lorentz sur le métal en fusion situé en bord de brame et qui se propagent sur toute la largeur de celle-ci. Il en résulte une mise en mouvement du métal en fusion en ces endroits selon deux branches actives parallèles dans le même sens 4 et 5, complétées par une branche commune médiane 6, qui, elle, est passive car elle correspond au flux métallique d "retour dans une zone où les poussées de Lorentz -sont nulles (ou -quasi nulles). Le tout se traduit par la formation de deux boucles de circulation axiales adjacentes en contre-rotation mutuelle 7 et 8, identiques, bien formées et stables et qui concernent la totalité de la section droite de la brame XXL coulée occupée par le métal en fusion.As can be seen on the associated thumbnails, whether in one direction of sliding of the magnetic fields or in the other, the action of such a stirring mode results in Lorentz thrusts on the molten metal located in edge of the slab and which propagate over the entire width thereof. This results in a setting in motion of the molten metal in these places according to two parallel active branches in the same direction 4 and 5, completed by a common median branch 6, which, for its part, is passive because it corresponds to the return metal flow. in an area where the Lorentz thrusts - are zero (or - almost zero). The whole results in the formation of two adjacent axial circulation loops in counter-rotation mutual 7 and 8, identical, well formed and stable and which concern the entire cross section of the XXL cast slab occupied by the molten metal.

Une situation analogue se retrouve dans le cas de la coulée d'un bloom XXL de format rond tel que montré sur la figure 5. Sur cette figure, un bloom XXL 9 de format rond en cours de coulée est entouré par un équipement de brassage 10 formé cette fois par deux inducteurs linéaires identiques appariés 11 et 12, de forme arquée en demi-cercle qui s'aboutent à leurs extrémités 15, chacun étant alors le symétrique de l'autre par rapport au plan de symétrie P du bloom 9 passant par l'axe de coulée A. Leur pôles magnétiques saillants 13, 14 sont tournés vers l'intérieur pour définir un entrefer fermé 16 de taille ajustée au gabarit du bloom rond 9. Comme on le voit, depuis leur pôle d'extrémité U, le séquençage des phases sur chaque inducteur 11, 12 est du type U, W*, V, U*, W, V*, Ceci exprime que le champ magnétique glissant qu'ils produisent chacun progresse d'un pôle au suivant dans cet ordre. Autrement dit, les deux champs magnétiques, glissent en des sens opposés, celui de l'inducteur 11 progressant dans le sens horaire montré par la flèche V11, celui de l'inducteur apparié 12 progressant dans le sens anti-horaire montré par la flèche V12.A similar situation is found in the case of casting an XXL bloom of round format as shown on the figure 5 . In this figure, an XXL bloom 9 of round format being poured is surrounded by a stirring equipment 10 formed this time by two identical linear inductors 11 and 12, of arcuate shape in a semicircle which abut at their ends 15, each then being the symmetrical of the other with respect to the plane of symmetry P of the bloom 9 passing through the casting axis A. Their salient magnetic poles 13, 14 are turned inward to define a closed air gap 16 of size adjusted to the template of the round bloom 9. As can be seen, from their end pole U, the sequencing of the phases on each inductor 11, 12 is of the type U, W *, V, U *, W, V *, This expresses that the sliding magnetic field that they each produce progresses from one pole to the next in that order. In other words, the two magnetic fields, slide in opposite directions, that of the inductor 11 progressing in the clockwise direction shown by the arrow V11, that of the paired inductor 12 progressing in the anti-clockwise direction shown by the arrow V12 .

Il importe de noter, comme le montre clairement la figure 5, que la symétrie par le plan axial P est également respectée pour la polarité magnétique N ou S de chaque duo de pôles 13-14 situés en regard l'un de l'autre chacun sur des inducteurs distincts. C'est sous une telle caractéristique de câblage électrique des inducteurs appariés 11 et 12 que la production d'un flux magnétique tangentiel est garantie sur chaque inducteur.It is important to note, as the figure 5 , that the symmetry by the axial plane P is also respected for the magnetic polarity N or S of each pair of poles 13-14 located opposite one another each on separate inductors. It is under such a characteristic of electrical wiring of the paired inductors 11 and 12 that the production of a tangential magnetic flux is guaranteed on each inductor.

C'est pour cette raison que l'action de brassage s'exprime alors par des poussées de Lorentz sur le métal en fusion situé à la périphérie du bloom XXL 9. Ces poussées se développent de manière identique en deux branches actives 17, 18 en demi cercle chacune selon le séquençage des phases sur les pôles de leur inducteur respectif et qui coopèrent entre elles pour former une branche commune médiane 19 de retour passif du flux métallique dans le plan P, là où les poussées de Lorentz sont nulles.It is for this reason that the stirring action is then expressed by Lorentz thrusts on the molten metal located at the periphery of the XXL bloom 9. These thrusts develop identically in two active branches 17, 18 in semicircle each according to the sequencing of the phases on the poles of their respective inductor and which cooperate with each other to form a common median branch 19 of passive return of the metal flux in the plane P, where the Lorentz thrusts are zero.

L'ensemble se traduit par la formation de deux boucles de circulation axiales adjacentes en contre-rotation mutuelle 20 et 21 identiques, bien formées et stables, et dont l'addition concerne la totalité de la section droite occupée par le métal en fusion coulé.The assembly results in the formation of two adjacent axial circulation loops in mutual counter-rotation 20 and 21 which are identical, well formed and stable, and the addition of which concerns the entire cross section occupied by the molten metal cast.

On va maintenant considérer le mode de brassage en multi-boucles axiales adjacentes selon l'invention pris à un rang supérieur à celui décrit jusqu'ici, à savoir un mode réalisant, non plus deux, mais quatre boucles, voire davantage. Auparavant, il est opportun de se reporter à la figure 9, car elle permet en premier lieu de préciser les moyens technologiques de l'invention.We will now consider the mixing mode in adjacent axial multi-loops according to the invention taken at a higher rank than that described hitherto, namely a mode implementing, no longer two, but four loops, or even more. Beforehand, it is advisable to refer to the figure 9 , because it allows first of all to specify the technological means of the invention.

Cette figure est relative à une lingotière pour la coulée continue de brames XXL en acier, dotée d'une busette de coulée immergée à quatre ouïes de sortie latérales pour assurer un débit entrant de métal en fusion suffisant compatible avec les exigences imposées par la production de produits coulé de tailles aussi imposantes.This figure relates to an ingot mold for the continuous casting of XXL steel slabs, equipped with a submerged casting nozzle with four lateral outlet openings to ensure a sufficient inflow of molten metal compatible with the requirements imposed by the production of products cast in such imposing sizes.

Comme on le voit, l'équipement de brassage électromagnétique comprend une alimentation électrique de puissance polyphasée 22 suivie par un commutateur de phases 23 qui gère les sens de glissement des champs magnétiques sur chacun des quatre inducteurs linéaires 24a, 24b, 25a, 25b connectés en aval. Comme le montre les lignes de câblage 26 et 27, les quatre inducteurs sont groupés en deux paires (24 et 25). Chaque couple d'inducteurs appariés 24a, 24b et 25a,25b est relié au commutateur de phases 23 séparément de l'autre, mais ils sont tous deux connectés de manière synchrone à l'alimentation polyphasée commune 22.As can be seen, the electromagnetic mixing equipment comprises a polyphase power supply 22 followed by a phase switch 23 which manages the sliding directions of the magnetic fields on each of the four linear inductors 24a, 24b, 25a, 25b connected in downstream. As shown in wiring lines 26 and 27, the four inductors are grouped into two pairs (24 and 25). Each pair of matched inductors 24a, 24b and 25a, 25b is connected to the phase switch 23 separately from the other, but they are both synchronously connected to the common polyphase supply 22.

Les alimentations électriques polyphasées de ce type existent dans le commerce. Elles permettent de transformer le courant, fourni par le réseau de distribution de l'énergie électrique (50 ou 60Hz), en un courant à basse fréquence (disons entre 2 et 10hz) adapté au brassage électromagnétique des métaux en fusion. Ici, en outre, l'alimentation 22 incorporera des inverseurs de courant pour permettre d'inverser la polarité N/S des pôles magnétiques générés par les bobinages des inducteurs.Polyphase power supplies of this type are commercially available. They make it possible to transform the current, supplied by the electrical energy distribution network (50 or 60Hz), into a low-frequency current (say between 2 and 10hz) suitable for the electromagnetic mixing of molten metals. Here, moreover, the power supply 22 will incorporate current inverters to enable the N / S polarity of the magnetic poles generated by the coils of the inductors to be reversed.

Les quatre inducteurs linéaires exemplifiés ici sont de forme rectiligne, car ils sont dédiés au brassage d'une brame XXL 2. A cet effet, ils sont montés, à l'aide d'organes de fixation adéquats non représentés, sur les deux grandes parois 28 et 29 d'une lingotière de coulée continue 30 dotée d'une busette immergée 31 sur l'axe de coulée A. Le montage est effectué de manière que deux inducteurs appariés soient placés symétriquement l'un en regard de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal vertical P de la brame 2 II en résulte que chaque grande paroi 28 et 29 de la lingotière se trouve ainsi équipée de deux inducteurs alignés non appariés (par ex. 24a et 25a sur la paroi 28) et disposés symétriquement entre eux de part et d'autre du plan de symétrie secondaire Q de la brame, orthogonal au plan principal P et sécant sur l'axe de coulée A.The four linear inductors exemplified here are rectilinear in shape, because they are dedicated to the mixing of an XXL 2 slab. For this purpose, they are mounted, using suitable fasteners not shown, on the two large walls. 28 and 29 of a continuous casting mold 30 provided with an immersed nozzle 31 on the casting axis A. The assembly is carried out so that two paired inductors are placed symmetrically one opposite the other, of on either side of the vertical main plane of symmetry P of the slab 2 It follows that each large wall 28 and 29 of the mold is thus equipped with two unpaired aligned inductors (eg 24a and 25a on the wall 28) and arranged symmetrically to each other on either side of the secondary plane of symmetry Q of the slab, orthogonal on the main plane P and secant on the casting axis A.

A noter que selon une variante de réalisation de l'équipement de brassage, les organes de fixation peuvent être adaptés à un montage des inducteurs, non plus au niveau de la lingotière, mais en dessous, dans le refroidissement secondaire de la machine de coulée, sans que ce qui vient d'être dit doit être modifié.Note that according to an alternative embodiment of the brewing equipment, the fixing members can be adapted to mounting the inductors, no longer at the level of the mold, but below, in the secondary cooling of the casting machine, without what has just been said to be changed.

Pour simplifier, comme on l'a déjà fait pour les figurines en vignettes on ne montre plus la position physique des pôles magnétiques, mais uniquement, à l'aide de flèches, le sens de glissement des champs magnétiques produits par les inducteurs. On rappelle qu'il importe que les pôles magnétiques de la même phase se fassent face sur deux inducteurs de la même paire et qu'ils aient constamment la même polarité N ou S. C'est à cette condition que les flux d'induction magnétiques, qui agissent sur le métal en fusion, seront des flux tangentiels, respectant ainsi une caractéristique fonctionnelle essentielle de l'équipement de brassage de l'invention.To simplify, as we have already done for the miniature figures, we no longer show the physical position of the magnetic poles, but only, using arrows, the direction of sliding of the magnetic fields produced by the inductors. Remember that it is important that the magnetic poles of the same phase face each other on two inductors of the same pair and that they constantly have the same N or S polarity. It is on this condition that the magnetic induction fluxes , which act on the molten metal, will be tangential flows, thus respecting an essential functional characteristic of the brewing equipment of the invention.

Bien entendu, aussi longtemps que les inducteurs ne sont pas alimentés en courant électrique, la configuration naturelle de l'hydrodynamique du métal en fusion reste prévalent, à savoir un ménisque instable, faiblement agité de vaguelettes disparates et aléatoires, sauf au voisinage des ouïes de la busette 31 par lesquelles sortent les jets de métal chaud alimentant la lingotière. Il en va autrement dès que l'invention est mise en œuvre. C'est ce que l'on voit maintenant sur cette même figure 9, en considérant les quatre inducteurs activés pour produire chacun un champ magnétique glissant.Of course, as long as the inductors are not supplied with electric current, the natural configuration of the hydrodynamics of the molten metal remains prevalent, namely an unstable meniscus, weakly agitated with disparate and random wavelets, except in the vicinity of the gills of the metal. the nozzle 31 through which exit the jets of hot metal feeding the mold. It is different as soon as the invention is implemented. This is what we now see on this same figure 9 , considering the four inductors activated to each produce a sliding magnetic field.

Conformément à l'invention, et à la convention retenue pour définir les sens de glissement des champs magnétiques entre eux, les champs glissent dans des sens opposés sur deux inducteurs quelconques voisins. C'est le cas, visiblement, des deux inducteurs non appariés 24a et 25a (ou 24b et 25b) montés sur la même grande paroi 28 (respectivement 29) de la lingotière 30, de part et d'autre du plan de symétrie secondaire Q. C'est aussi le cas des deux inducteurs voisins de la même paire (24a et 24b, ou 25a et 25b) montés symétriquement en regard l'un de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal P.In accordance with the invention, and with the convention adopted to define the directions of sliding of the magnetic fields between them, the fields slide in opposite directions on any two neighboring inductors. This is obviously the case with the two unpaired inductors 24a and 25a (or 24b and 25b) mounted on the same large wall 28 (respectively 29) of the mold 30, on either side of the secondary plane of symmetry Q This is also the case for the two neighboring inductors of the same pair (24a and 24b, or 25a and 25b) mounted symmetrically facing each other, on either side of the main plane of symmetry P.

Les inducteurs de la paire 24 reproduisent la configuration électromagnétique des inducteurs appariés montrée sur la figure 4a. Les champs magnétiques produits glissent tous deux de la gauche vers la droite sur la figure, à savoir donc en sens opposés sur leurs inducteurs respectifs. On voit qu'il en est de même pour les deux inducteurs appariés formant la paire 25 et qui, eux, reproduisent la configuration des deux inducteurs appariés de la figure 4b. En l'espèce donc, les champs magnétiques glissent à l'opposé de ceux de la première paire d'inducteurs, c'est à dire de la droite vers la gauche sur cette figure 4b.The inductors of pair 24 reproduce the electromagnetic configuration of the paired inductors shown on the diagram. figure 4a . The magnetic fields produced both slide from left to right in the figure, ie in opposite directions on their respective inductors. It can be seen that the same is true for the two paired inductors forming the pair 25 and which, for their part, reproduce the configuration of the two paired inductors of the figure 4b . In this case, therefore, the magnetic fields slide opposite those of the first pair of inductors, i.e. from right to left on this figure 4b .

Ainsi, les champs magnétiques glissent deux à deux en opposition de sens avec les deux jets de métal en fusion "frais" sortant de la busette 31 en direction des petites faces 32 et 33 de la lingotière. Les flux d'induction "tangentiels", qui progressent ainsi sur les demi-largeurs de chaque grande paroi 28 et 29 de la lingotière, y modifient significativement la configuration des mouvements du métal en fusion coulé. En substance, l'agitation naturelle instable du ménisque en l'absence de brassage laisse place à une configuration de mouvements circulatoires en quatre boucles adjacentes 34, 35, 36 et 37, en rotation axiale parallèlement à l'axe de coulée A. Ces boucles s'organisent cote à cote, en contre-rotation mutuelle, sur l'entour de l'axe de coulée A pour occuper chacune un quart de la section droite du produit coulé de sorte que l'ensemble des mouvements de brassage occupe au mieux la surface du ménisque du métal coulé dans sa totalité, ou sa quasi totalité.Thus, the magnetic fields slide in pairs in opposite directions with the two jets of "fresh" molten metal emerging from the nozzle 31 in the direction of the small faces 32 and 33 of the mold. The “tangential” induction flows, which thus progress over the half-widths of each large wall 28 and 29 of the ingot mold, significantly modify the configuration of the movements of the molten cast metal therein. In essence, the unstable natural agitation of the meniscus in the absence of mixing gives way to a configuration of circulatory movements in four adjacent loops 34, 35, 36 and 37, in axial rotation parallel to the casting axis A. These loops are organized side by side, in mutual counter-rotation, around the casting axis A to each occupy a quarter of the cross section of the cast product so that all the stirring movements occupy the best possible way. surface of the meniscus of the cast metal in its entirety, or almost all of it.

En fait, tout se passe comme si les deux jets de la busette parallèles aux grandes parois 28 et 29 de la lingotière se trouvent renforcés par une action de poussée des flux magnétiques, alors que les deux autres jets, perpendiculaires au plan de ces grandes parois, se trouvent, eux, contrariés, voire s'estompent quasi complètement, par une action de freinage de ces flux magnétiques. On comprend que si les sens de glissement des quatre champs magnétiques sont inversés, la figure hydrodynamique du brassage en quatre boucles circulatoires adjacentes 34 à 37 est conservée. Simplement, le sens de rotation axial de chaque boucle serait inversé de sorte que, cette fois, se sont les jets de la busette dirigés vers les petites parois 32 et 33 de la lingotière qui seront contrariés, et les deux autres dirigés vers les grandes parois 28 et 29 qui seront renforcés.In fact, everything happens as if the two jets of the nozzle parallel to the large walls 28 and 29 of the mold are reinforced by a pushing action of the magnetic fluxes, while the other two jets, perpendicular to the plane of these large walls , they are thwarted, or even disappear almost completely, by a braking action of these magnetic fluxes. It is understood that if the sliding directions of the four magnetic fields are reversed, the hydrodynamic figure of the mixing in four adjacent circulatory loops 34 to 37 is preserved. Simply, the direction of axial rotation of each loop would be reversed so that, this time, it is the jets of the nozzle directed towards the small walls 32 and 33 of the mold which will be thwarted, and the two others directed towards the large walls. 28 and 29 which will be reinforced.

On va maintenant pouvoir poursuivre l'exposé de l'invention en se rapprochant des figure 6 qui montrent, dans le détails les configurations électromagnétiques des quatre inducteurs linéaires polyphasés à champ magnétique glissant pour brames XXL de la figure 9, hypothèse faite qu'il s'agit encore ici d'inducteurs triphasés.We will now be able to continue the description of the invention by approaching the figure 6 which show in detail the configurations electromagnetic elements of the four polyphase linear inductors with sliding magnetic field for XXL slabs of the figure 9 , assumption made that it is still a question here of three-phase inductors.

On retrouve sur la figure 6a les quatre inducteurs linéaires rectilignes identiques regroupés en deux paires électriquement synchrones. Une première paire est formée par les deux inducteurs appariés 24a et 24b montés l'un en regard de l'autre, de part et d'autre du plan de symétrie principal P de la brame 2, sur une demi largeur de celle-ci (la gauche sur la figure). La seconde paire est formée par le couple d'inducteurs appariés 25a et 25b montés de façon analogue à ceux de la paire précédente, mais sur l'autre demi largeur de la brame (la partie droite sur la figure). Ainsi, chaque grande face de la brame 2 est dotée de deux inducteurs alignés, mais non appariés, à savoir les deux inducteurs 24a, 25a pour l'une des grandes faces et les deux inducteurs 24b, 25b pour l'autre. On rappelle que ces couples d'inducteurs alignés non appariés sont dès lors symétriques l'un de l'autre par rapport au plan de symétrie secondaire Q de la brame, sécant à angle droit avec le plan principal P sur l'axe de coulée A.We find on the figure 6a the four identical rectilinear linear inductors grouped together in two electrically synchronous pairs. A first pair is formed by the two paired inductors 24a and 24b mounted one opposite the other, on either side of the main plane of symmetry P of the slab 2, over a half width thereof ( the left in the figure). The second pair is formed by the pair of matched inductors 25a and 25b mounted in a similar fashion to those of the previous pair, but on the other half width of the slab (the straight part in the figure). Thus, each large face of the slab 2 is provided with two aligned inductors, but not paired, namely the two inductors 24a, 25a for one of the large faces and the two inductors 24b, 25b for the other. It is recalled that these pairs of unpaired aligned inductors are therefore symmetrical to each other with respect to the secondary plane of symmetry Q of the slab, intersecting at right angles with the main plane P on the casting axis A .

Comme on le voit, les quatre boucles oblongues adjacentes de circulation axiale 34, 35, 36 et 37, brassant le métal en fusion de la brame 2, se distribuent régulièrement sur l'entour de l'axe de coulée A (et dans l'ordre cité) en contre-rotation mutuelle entre deux boucles voisines et définissant à chaque fois entre elles une branche commune de retour passif du métal en fusion.As can be seen, the four adjacent oblong axial circulation loops 34, 35, 36 and 37, stirring the molten metal of the slab 2, are distributed evenly around the casting axis A (and in the cited order) in mutual counter-rotation between two neighboring loops and each time defining between them a common passive return branch of the molten metal.

Ces quatre boucles circulatoires, stables et bien formées, sont réalisées à l'aide de la configuration électromagnétique à flux tangentiel montrée sur la figure 6a et selon laquelle les champs magnétiques sur deux inducteurs voisins, alignés 24a et 25a, ou appariés 24a et 24b, glissent en des sens opposés. En l'occurrence, les champs magnétiques sur deux inducteurs alignés glissent en "se rapprochant" l'un vers l'autre (on dira, qu'ils convergent), de sorte que les grandes branches passives de retour du métal des boucles oblongues du brassage transportent ce métal en fusion de l'axe A vers les petites laces, de, la brame, alors que les petites branches ramènent, elles, le métal des grandes faces vers l'axe de coulée.These four stable and well-formed circulatory loops are achieved using the tangential flow electromagnetic configuration shown on figure 6a and according to which the magnetic fields on two neighboring inductors, aligned 24a and 25a, or paired 24a and 24b, slide in opposite directions. In this case, the magnetic fields on two aligned inductors slide by "approaching" one another (we will say, that they converge), so that the large passive branches of the metal return from the oblong loops of the stirring transport this molten metal from the A axis towards the small laces, of the slab, while the small branches bring back the metal from the large faces towards the casting axis.

Cette configuration électromagnétique est obtenue par un câblage : des inducteurs à leur alimentation triphasée de manière que

  • sur l'inducteur 24a, la séquence des phases soit la suivante: U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle de phase U 38 (choisi par convention à l'extrémité de l'inducteur,) situé ici au bord de brame afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face;
  • sur son inducteur apparié 24b, la séquence des phases soit également U, W*, V, U*, W. V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 39 choisi en position terminale au même bord de brame afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc en sens opposé à celui de l'inducteur voisin apparié 24a;
  • sur l'inducteur 25a, aligné avec l'inducteur 24a sur la même grande face de la brame, mais non apparié à lui, la séquence des phases soit également la suivante: U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 40 choisi lui aussi en position terminale en bord de brame, mais à l'autre l'extrémité de celle afin que le champ magnétique produit glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc dans un sens opposé à celui de son voisin 24a;
  • et sur son inducteur apparié 25b, la séquence des phases soit là encore U, W*, V, U*, W, V* depuis le pôle d'extrémité de phase U 41 choisi en position terminale en même bord de brame afin que le champ magnétique mobile glisse depuis ce bord vers le centre de face, donc en sens opposé à celui de l'inducteur voisin apparié 25a;
This electromagnetic configuration is obtained by wiring: from the inductors to their three-phase power supply so that
  • on inductor 24a, the phase sequence is as follows: U, W *, V, U *, W, V * from the phase pole U 38 (chosen by convention at the end of the inductor,) located here at the edge of the slab so that the magnetic field produced slides from this edge towards the face center;
  • on its matched inductor 24b, the phase sequence is also U, W *, V, U *, W. V * from the phase end pole U 39 chosen in the terminal position at the same edge of the slab so that the magnetic field product slides from this edge towards the center of the face, therefore in the opposite direction to that of the neighboring paired inductor 24a;
  • on inductor 25a, aligned with inductor 24a on the same large face of the slab, but not matched to it, the phase sequence is also as follows: U, W *, V, U *, W, V * from the phase end pole U 40 also chosen in the terminal position at the edge of the slab, but at the other end of that so that the magnetic field produced slides from this edge towards the face center, therefore in a direction opposite to that of its neighbor 24a;
  • and on its matched inductor 25b, the phase sequence is again U, W *, V, U *, W, V * from the phase end pole U 41 chosen in the terminal position on the same edge of the slab so that the mobile magnetic field slides from this edge towards the center of the face, therefore in the opposite direction to that of the neighboring paired inductor 25a;

La figure 6b illustre une situation tout à fait analogue sur le fond à celle de la figure 6a. Simplement, le commutateur de phases 23 a été activé pour permuter les phases V et W sur chacun des quatre inducteurs, toutes choses égales par ailleurs. Il en résulte que les champs magnétiques sur deux inducteurs alignés glissent cette fois en "s'éloignant" l'un de l'autre (on dira qu'ils divergent), de sortent que le sens de rotation axial de chacune des quatre boucles de circulation du métal est inversé par rapport à la configuration électromagnétique de l'équipement de brassage de la figure 6a précédente.The figure 6b illustrates a situation quite similar in substance to that of the figure 6a . Simply, the phase switch 23 has been activated to swap phases V and W on each of the four inductors, all other things being equal. As a result, the magnetic fields on two aligned inductors slide this time "away" from each other (we will say that they diverge), leaving the direction of axial rotation of each of the four loops of metal flow is reversed with respect to the electromagnetic configuration of the brewing equipment of the figure 6a previous.

Quelle que soit la configuration électromagnétique retenue, il importe, comme le montrent les deux figures 6, que, non seulement les champs magnétiques glissent en des sens opposés sur deux inducteurs quelconques voisins (par exemple sur les inducteurs appariés en regard 24a, 24b, et sur les inducteurs alignés non appariés 24a, 25a), mais qu'en outre, afin de travailler en flux d'induction magnétique longitudinal, les pôles magnétiques à la même phase en regard sur deux inducteurs voisins, appariés ou non, présentent la même polarité N ou S.Whatever electromagnetic configuration is chosen, it is important, as shown by the two figures 6 , that, not only do the magnetic fields slide in opposite directions on any two neighboring inductors (for example on the opposite paired inductors 24a, 24b, and on the unpaired aligned inductors 24a, 25a), but that in addition, in order to to work in longitudinal magnetic induction flux, the magnetic poles at the same phase facing on two neighboring inductors, paired or not, have the same N or S polarity.

Cette caractéristique relative à la polarité magnétique des pôles apparaît immédiatement à la vue sur les figures 6 pour ce qui concerne les inducteurs appariés, par exemple 24a et 24b. Elle est moins immédiate pour ce qui concerne les inducteurs non appariés, par exemple 24a et 25a. Ceci est dû au fait que ces inducteurs rectilignes sont alignés, l'exemple considéré ayant trait à la coulée d'une brame, donc à un produit coulé de section droite rectangulaire. Mais elle apparaîtra, elle aussi, sur les figures 7 et 8 suivantes, lesquelles ayant trait à la coulée de produits longs XXL, les quatre inducteurs linéaires à champ glissant, constitutifs de l'équipement selon l'invention, montrent un entrefer, cette fois fermé, qui enveloppe entièrement le produit coulé su sa périphérie.This characteristic relating to the magnetic polarity of the poles appears immediately at the sight on the figures 6 as regards the paired inductors, for example 24a and 24b. It is less immediate with regard to unpaired inducers, for example 24a and 25a. This is due to the fact that these rectilinear inductors are aligned, the example considered relating to the casting of a slab, therefore to a cast product of rectangular cross section. But it will also appear on the figures 7 and 8 following, which relate to the casting of long XXL products, the four linear sliding field inductors, constituting the equipment according to the invention, show an air gap, this time closed, which entirely envelops the product cast on its periphery.

La figure 7 montre un équipement de brassage de forme circulaire monté autour d'un bloom rond XXL 71 dans l'étage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue. Il se compose de quatre inducteurs linéaires bipolaires triphasés identiques 72a, 72b, 73a, 73b de forme arquée en quart de cercle, assemblés de manière contigüe les uns à la suite des autres, chacun coiffant un secteur angulaire de 90° du produit coulé.The figure 7 shows a circular-shaped brewing equipment mounted around an XXL round bloom 71 in the secondary cooling stage of a continuous casting machine. It is composed of four identical three-phase bipolar linear inductors 72a, 72b, 73a, 73b of arcuate shape in a quarter of a circle, assembled contiguously one after the other, each covering an angular sector of 90 ° of the cast product.

Les couples d'inducteurs 72a, 72 b et 73a, 73b, disposés symétriquement par rapport au plan principal de symétrie P du bloom, forment chacun une paire. Les deux paires (72 et 73) sont symétriques par rapport au plan de symétrie secondaire Q, lequel en l'espèce, en raison de l'ordre de symétrie élevé du bloom XXL coulé, est équivalent au plan P.The pairs of inductors 72a, 72b and 73a, 73b, arranged symmetrically with respect to the principal plane of symmetry P of the bloom, each form a pair. The two pairs (72 and 73) are symmetrical with respect to the secondary plane of symmetry Q, which in this case, due to the high order of symmetry of the cast XXL bloom, is equivalent to the plane P.

Par souci de clarté, les pôles magnétiques ne sont pas représentés. Mais, les flèches arquées sur chaque inducteur montrent le sens de glissement des champs magnétiques produits par chacun d'eux. Comme on le voit, les champs glissent en sens opposés sur deux inducteurs voisins quelconques. Au besoin, le lecteur saura reconstituer le séquençage des phases électriques sur chaque inducteur à cet effet, à l'aide du cercle des phases. Il prendra soin, toutefois, de conserver une même polarité magnétique sur les pôles connectés à la même phase et placés en regard l'un de l'autre sur deux inducteurs appariés, garantissant ainsi des sens de glissement opposés des deux champs magnétiques. Il prendra soin également à ce que les couples de pôles à une même phase les plus proches sur deux inducteurs non appariés (donc entre les inducteurs 72a et 73b d'une part, et entre les inducteurs 72b et 73a d'autre part) soient de même polarité magnétique. C'est cette seconde caractéristique qui est la garante d'une configuration électromagnétique à flux tangentiel pour les champs magnétiques glissant.For clarity, the magnetic poles are not shown. But, the arched arrows on each inductor show the direction of slip of the magnetic fields produced by each of them. As we can see, the fields slide in opposite directions on any two neighboring inductors. If necessary, the reader will be able to reconstruct the sequencing of the electrical phases on each inductor for this purpose, using the phase circle. He will take care, however, to keep the same magnetic polarity on the poles connected to the same phase and placed opposite each other on two paired inductors, thus guaranteeing opposite sliding directions of the two magnetic fields. It will also take care that the pairs of poles at the same phase closest to two unpaired inductors (therefore between inductors 72a and 73b on the one hand, and between the inductors 72b and 73a on the other hand) are of the same magnetic polarity. It is this second characteristic which guarantees an electromagnetic configuration with tangential flow for sliding magnetic fields.

Par une telle configuration électromagnétique de l'équipement de l'invention, se crée alors une configuration de brassage du métal en fusion sous la forme de quatre boucles adjacentes 74, 75, 76, 77 en rotation axiale, stables et régulièrement distribuées sur l'entour de l'axe, de coulée A, en contre-rotation mutuelle entre deux voisines et occupant au mieux toute la section droite du produit XXL coulé.By such an electromagnetic configuration of the equipment of the invention, a mixing configuration of the molten metal is then created in the form of four adjacent loops 74, 75, 76, 77 in axial rotation, stable and regularly distributed over the surrounded by the axis, of casting A, in mutual counter-rotation between two neighbors and occupying at best the entire cross section of the XXL cast product.

Une situation tout à fait équivalente se retrouve dans le cas de la coulée d'un bloom XXL carré, comme on peut le voir sur la figure 8. Dans ce cas, les inducteurs linéaires 82a, 82b, 83a et 83b, de forme rectiligne, sont montés autour du bloom carré 81 à raison d'un seul inducteur par coté. Les couples d'inducteurs appariés (82a,82b, et 83a,83b) sont symétriques par rapport à un plan diagonal P quelconque, de symétrie du produit coulé. Les deux paires d'inducteurs 82, 83 sont elles symétriques entre elles par rapport, à l'autre plan de symétrie diagonal Q. Sur deux inducteurs voisins quelconques, les champs magnétiques glissent dans des sens opposés. Les boucles de brassage qui se forment alors, 84, 85, 86 et 87, sont là de forme générale triangulaire, stables et bien formée, régulièrement-distribuées sur l'entour de Taxe ce coulée A, en contre rotation mutuelle et occupant au mieux toute la section droite du produit XXL coulé.A completely equivalent situation is found in the case of the casting of a square XXL bloom, as can be seen on the figure 8 . In this case, the linear inductors 82a, 82b, 83a and 83b, of rectilinear shape, are mounted around the square bloom 81 at the rate of one inductor per side. The pairs of paired inductors (82a, 82b, and 83a, 83b) are symmetrical with respect to any diagonal plane P, of symmetry of the cast product. The two pairs of inductors 82, 83 are they symmetrical to each other with respect to the other diagonal plane of symmetry Q. On any two neighboring inductors, the magnetic fields slide in opposite directions. The stirring loops which are then formed, 84, 85, 86 and 87, are there of generally triangular shape, stable and well formed, regularly distributed around the Taxe this flow A, in mutual counter rotation and occupying at best the entire cross section of the XXL cast product.

Parvenu au terme de l'exposé, il n'est peut être pas inutile de souligner à nouveau l'ensemble des caractéristiques essentielles de l'invention, à savoir :

  1. 1) des sens de glissement opposés des champs magnétiques sur inducteurs voisins;
  2. 2) une même polarité N ou S des pôles, mis sous une même phase électrique et placés symétriquement sur deux inducteurs appariés en regard l'un de l'autre par rapport au plan principal de symétrie du produit coulé impliquant un flux magnétique tangentiel, c'est-à-dire une force de Lorentz élevée à la périphérie du produit coulé et nulle au centre, et
  3. 3) des dimensions XXL du produit coulé, qui fait que le métal en fusion est entraîné pour former un ensemble de boucles de circulation adjacentes multiples, en rotation axiale en sens opposé deux à deux dans un plan perpendiculaire à Taxe de coule (à savoir dans une section droite du produit coulé).
Having reached the end of the description, it may be useful to underline again all the essential characteristics of the invention, namely:
  1. 1) opposite sliding directions of the magnetic fields on neighboring inductors;
  2. 2) the same N or S polarity of the poles, placed under the same electrical phase and placed symmetrically on two inductors paired opposite each other with respect to the main plane of symmetry of the cast product involving a tangential magnetic flux, c 'i.e. a Lorentz force high at the periphery of the cast product and zero at the center, and
  3. 3) XXL dimensions of the cast product, which causes the molten metal to be driven to form a set of multiple adjacent circulation loops, axially rotated in opposite directions two by two in a plane perpendicular to the axis flow (i.e. in a straight section of the poured product).

La raison principale, pour laquelle la présente invention consiste à générer des boucles multiples de circulation axiale du métal en fusion dans un plan perpendiculaire à l'axe de coulée, est l'homogénéisation de la température dans ce plan. En effet, contrairement aux formats coulés de taille traditionnelle, les longues distances propres aux sections des formats XXL provoquent au sein du métal en fusion des différences de température considérables, aussi bien dans le sens radial que dans le sens tangentiel du produit coulé. Ceci est vrai pour le métal liquide au sein de la lingotière et au ménisque, comme pour le métal plus bas, sous la lingotière, dans le refroidissement secondaire de la machine de coulée.The main reason why the present invention consists in generating multiple loops of axial circulation of the molten metal in a plane perpendicular to the casting axis, is the homogenization of the temperature in this plane. In fact, unlike traditional sized cast formats, the long distances specific to the sections of XXL formats cause considerable temperature differences within the molten metal, both radially and in the tangential direction of the cast product. This is true for the liquid metal within the mold and at the meniscus, as it is for the metal below, under the mold, in the secondary cooling of the casting machine.

Mais, il y a une autre raison qui milite en faveur d'un brassage en boucles de rotation axiales adjacentes multiples, à savoir la stabilisation des mouvements de convection du métal en fusion au niveau du ménisque en lingotière. En effet, ces grands formats XXL sont coulés habituellement en lingotière avec une busette immergée à quatre ouïes de sortie orientées, non vers le bas comme pour les formats traditionnels, mais horizontalement, voire même vers le haut, pour apporter davantage d'enthalpie au ménisque. Les quatre jets de métal liquide entrant dans la lingotière pourraient idéalement créer un écoulement naturel en huit boucles de recirculation au ménisque. Cependant, en réalité, l'écoulement du métal liquide n'est jamais symétrique, ni stable. Les boucles se font en quelque sorte concurrence entre elles, se superposent, s'annulent, s'inversent et créent des fluctuations au ménisque, qui contribuent à détériorer la bonne lubrification à cet endroit de la paroi de la lingotière, et à entraîner vers le bas dans le métal en fusion la poudre de couverture qui le recouvre en lingotière.But, there is another reason which militates in favor of a mixing in multiple adjacent axial rotational loops, namely the stabilization of the convection movements of the molten metal at the level of the ingot mold meniscus. Indeed, these large XXL formats are usually cast in an ingot mold with an immersed nozzle with four outlet openings oriented, not downwards as for traditional formats, but horizontally, or even upwards, to bring more enthalpy to the meniscus. . The four jets of liquid metal entering the mold could ideally create a natural flow in eight recirculating loops at the meniscus. However, in reality, the flow of liquid metal is never symmetrical, nor stable. The loops in a way compete with each other, overlap, cancel each other out, are reversed and create fluctuations at the meniscus, which contribute to deteriorating the good lubrication at this location on the wall of the mold, and to drag towards the low in the molten metal the powder of cover which covers it in ingot mold.

L'utilisation de deux paires d'inducteurs comme illustré ci avant, pour la coulée d'un format XXL, qu'il soit de section rectangulaire, carrée ou ronde, va transformer le mouvement naturellement instable en quatre boucles contrôlées et stables.The use of two pairs of inductors as illustrated above, for the casting of an XXL format, whether of rectangular, square or round section, will transform the naturally unstable movement into four controlled and stable loops.

En outre, en coulée de brames XXL selon le choix du sens du glissement des champs magnétiques, on pourra:

  • soit augmenter ("aspirer") le débit des jets de la busette qui se dirigent vers les petites faces de la lingotière et donc freiner les jets qui se dirigent vers les grandes faces,
  • soit augmenter le débit vers les grandes faces et freiner le débit vers les petites faces.
In addition, in casting XXL slabs depending on the choice of the direction of the sliding of the magnetic fields, we can:
  • either increase ("suck") the flow rate of the jets of the nozzle which move towards the small faces of the mold and therefore slow down the jets which move towards the large faces,
  • either increase the flow towards the large faces and slow down the flow towards the small faces.

Cette possibilité offerte par la mise en œuvre de l'invention de pouvoir en quelque sorte "régler" le débit de métal "frais" entrant dans la lingotière, donc la vitesse des jets de la busette, est encore applicable, bien entendu, avec un équipement à trois paires d'inducteurs. Lorsqu'il s'agit par exemple de la coulée d'un bloom XXL rond, sont générées alors six boucles de recirculation axiales, dans une lingotière pourvue d'une busette immergée à six ouïes de sortie décalées de 60° lorsque ces six ouïes sont situées dans le plan de symétrie principal P et les deux plans de symétrie secondaires Q.This possibility offered by the implementation of the invention of being able to somehow "regulate" the flow of "fresh" metal entering the mold, and therefore the speed of the jets of the nozzle, is still applicable, of course, with a equipment with three pairs of inductors. When it is for example the casting of a round XXL bloom, six axial recirculation loops are then generated in an ingot mold provided with a submerged nozzle with six outlet openings offset by 60 ° when these six openings are located in the principal plane of symmetry P and the two secondary planes of symmetry Q.

Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits, mais qu'elle s'étend à de multiples ou équivalents dans la mesure où est respectée sa définition donnée par les revendications jointes ci après.It goes without saying that the invention cannot be limited to the examples described, but that it extends to multiples or equivalents in so far as its definition given by the appended claims is respected.

En particulièr, l'alimentation électrique des inducteurs peut être choisie de type biphasé, au lieu de triphasé. On se rend aisément compte alors, simplement en construisant le cercle de phases uniquement pour les phases U et V décalées à 90°, que permuter ces deux phases entre elles, ou inverser les polarités magnétiques sur deux pôles de la même phase, produit une inversion du sens de déplacement du champ magnétique de façon équivalente. Additionner ces deux opérations, quelque soit l'ordre, permettrait donc au besoin de conserver le sens de déplacement du champ magnétique, tout en attribuant une phase donnée au pôle de son choix sur l'inducteur.In particular, the power supply to the inductors can be chosen as two-phase, instead of three-phase. It is easy to realize then, simply by constructing the circle of phases only for the U and V phases shifted at 90 °, that swapping these two phases between them, or inverting the magnetic polarities on two poles of the same phase, produces an inversion. of the direction of displacement of the magnetic field in an equivalent manner. Adding these two operations, whatever the order, would therefore allow the need to keep the direction of displacement of the magnetic field, while assigning a given phase to the pole of its choice on the inductor.

De même encore, on pourra avoir avantage à réaliser l'équipement de brassage de l'invention avec un noyau magnétique commun à plusieurs inducteurs.Likewise again, it may be advantageous to produce the mixing equipment of the invention with a magnetic core common to several inductors.

Claims (3)

  1. A method for the rotary electromagnetic stirring of molten metal during the casting of XXL-format metallic products of round, square or rectangular cross-section, wherein a stirring equipment (10) comprising sliding magnetic field linear polyphase inductors (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b), and the molten metal is stirred in the form of a plurality of adjacent axial rotary circulation loops (34, 35, 36, 37), distributed around the casting axis (A) and occupying at the best the entire cross-section of the cast product, a process characterized in that the said stirring is carried out by arranging the said sliding linear polyphase magnetic field inductors (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a), 25b) around the casting axis (A) to form an air gap (16), in that the sliding magnetic fields in this air gap (16) are adjusted so icthat they slide in opposite directions on any two adjacent inductors (24a, 24b ; 25a, 25b), and in that the pairs of poles connected to the same electrical phase and located opposite each other on two separate paired inductors (24a, 24b; 25a, 25b) are set to the same magnetic polarity.
  2. Equipment for the electromagnetic stirring of XXL-format metallic products, of round, square or rectangular cross-section, equipment for carrying out the process according to claim 1 and comprising at least one pair of sliding magnetic field linear inductors (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b), mounted symmetrically opposite each other, with respect to a plane of symmetry (P) of the cast product, on the circumference of the casting axis (A) so as to define an air gap (16) through which the cast product passes, at least one polyphase power supply (22) provided with electrical connection means (26, 27) with said inductors (1, 3, 11, 12, 24a, 24b, 25a, 25b), and means for adjusting the sliding direction of the magnetic fields on each inductor, equipment characterized in that said connection means (26, 27) impose the same polarity to each pair of magnetic poles belonging to the same phase and placed symmetrically with respect to said plane (P) facing each other on two paired inductors (24a, 24b ; 25a, 25b).
  3. Electromagnetic stirring equipment according to claim 2, comprising at least two pairs of sliding magnetic field linear inductors (24a, 24b; 25a, 25b), forming an assembly of at least four inductors arranged on the periphery of the casting axis (A) so as to define an air gap (16) through which the cast product passes, equipment characterized in that said means for adjusting the direction of sliding of the magnetic fields are configured so that the magnetic fields of any two neighbouring inductors (24a, 24b; 25a, 25b) slide in opposite directions.
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