FR2773729A1 - Method for the fabrication of a metal envelope on a shaft - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte au domaine de l'électrométallurgie et a notamment pour objet un procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre sous laitier électroconducteur. The present invention relates to the field of electrometallurgy and in particular relates to a process for preparing a metal casing on a shaft under an electroconductive slag.
L'invention peut être utilisée pour la fabrication de cylindres de laminoir, ceux-ci étant soumis à des contraintes mécaniques et thermiques élevées, il est primordial que la liaison entre l'enveloppe métallique et l'arbre soit parfaite sur toute sa longueur. The invention can be used for the manufacture of rolling mill rolls, these being subjected to high mechanical and thermal stresses, it is essential that the connection between the metal casing and the shaft is perfect over its entire length.
Dans les procédés connus d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre de composition métallique différente, on déplace premièrement l'arbre dans une lingotière en lui communiquant une oscillation verticale continue associée à un mouvement vertical de descente. La lingotière est constituée d'une partie supérieure chauffée au moyen d'une source de courant et d'une partie inférieure refroidie au moyen d'un circuit de circulation d'eau. On coule un métal d'apport en fusion dans un espace ménagé par la paroi interne de la lingotière et la paroi externe dudit arbre, cette première coulée en se solidifiant au contact de la partie inférieure de ladite lingotière forme un fond déplacable pour ladite lingotière. On recouvre ensuite cette première coulée de métal d'apport par un laitier électroconducteur qui est animé d'un mouvement de rotation au moyen d'un courant basse fréquence appliqué à la partie supérieure de la lingotière. In the known methods of developing a metal casing on a shaft of different metallic composition, the shaft is first moved in an ingot mold by communicating to it a continuous vertical oscillation associated with a vertical downward movement. The mold consists of an upper part heated by means of a current source and a lower part cooled by means of a water circulation circuit. A molten filler metal is poured into a space provided by the internal wall of the ingot mold and the external wall of said shaft, this first casting solidifying in contact with the lower part of said ingot mold forms a movable base for said ingot mold. This first casting of filler metal is then covered by an electroconductive slag which is driven in a rotational movement by means of a low frequency current applied to the upper part of the mold.
Dans toute la suite du procédé, le métal d'apport en fusion est déversé par gorgées successives dans ledit espace délimité par la lingotière et l'arbre.Throughout the rest of the process, the molten filler metal is poured in successive sips into said space delimited by the ingot mold and the shaft.
Les procédés ci-dessus mentionnés présentent un inconvénient majeur du fait que la première coulée de métal d'apport liquide se refroidie et se solidifie sans avoir été épurée préalablement par l'action du laitier électroconducteur. Pour cette raison, la qualité de la partie inférieure de l'enveloppe métallique est insuffisante. Elle ne s'améliore qu'une fois le laitier électroconducteur versé dans la lingotière et au fur et à mesure de l'amenée du métal d'apport en fusion. The above-mentioned methods have a major drawback in that the first flow of liquid filler metal cools and solidifies without having been purified beforehand by the action of the electroconductive slag. For this reason, the quality of the lower part of the metal casing is insufficient. It only improves once the electroconductive slag is poured into the ingot mold and gradually as the molten filler metal is supplied.
En outre, étant donné que le décapage de la paroi externe de l'arbre en l'absence de laitier n'a pas pu être effectué correctement, la qualité de la liaison entre i'enveloppe et l'arbre est médiocre. In addition, since the stripping of the external wall of the tree in the absence of slag could not be carried out correctly, the quality of the connection between the envelope and the tree is poor.
Les cylindres de laminoir ainsi obtenus doivent donc subir une opération d'usinage importante afin d'éiiminer ladite partie inférieure de l'enveloppe métallique constituée par le métal d'apport non purifié. The rolling mill rolls thus obtained must therefore undergo a significant machining operation in order to eliminate said lower part of the metallic envelope constituted by the unpurified filler metal.
Ces procédés ont donc pour principal inconvénient de conduire à une opération d'usinage très onéreuse étant donné que les cylindres de laminoir pèsent plusieurs tonnes, voire parfois plusieurs dizaines de tonnes. The main drawback of these methods therefore results in a very expensive machining operation since the rolling mill rolls weigh several tonnes, sometimes even several tens of tonnes.
Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients qui viennent d'être rappelés, et ce grâce à un procédé perfectionné de réalisation d'une enveloppe métallique sur un arbre qui, en comparaison des procédés usuels, permet d'améliorer la qualité de l'enveloppe métallique et ia liaison de cette dernière avec l'arbre sur toute sa longueur et d'élever la qualité du métal lui-même. The object of the invention is to avoid the drawbacks which have just been mentioned, thanks to an improved process for producing a metal casing on a shaft which, in comparison with the usual processes, makes it possible to improve the quality of the metal casing and ia connection of the latter with the shaft over its entire length and to raise the quality of the metal itself.
Ce but est atteint, conformément à l'invention au moyen d'un procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre sous laitier électroconducteur dans une lingotière, du type consistant à chauffer la partie supérieure de la lingotière dont la paroi interne délimite avec la paroi externe dudit arbre un espace dans lequel on coule un métal d'apport constitutif de l'enveloppe, ledit procédé étant caractérisé en ce que
- on descend l'arbre verticalement et coaxialement dans la lingotière avec une vitesse continue
- on fond puis on coule dans ledit espace de la lingotière le laitier électroconducteur en fusion destiné à former le bain laitier;
- on maintient ledit laitier électroconducteur à une température adaptée à la température de fusion de l'arbre et on lui communique un mouvement de rotation;
- on coule le métal d'apport en fusion qui est purifié en traversant le laitier; et
- on refroidit la partie inférieure de la lingotière.This object is achieved, in accordance with the invention by means of a process for producing a metal casing on a tree under electroconductive slag in a mold, of the type consisting in heating the upper part of the mold whose internal wall delimits with the outer wall of said shaft a space into which a filler metal constituting the envelope is poured, said method being characterized in that
- the shaft is lowered vertically and coaxially in the mold with a continuous speed
- Melting and then pouring into said space of the mold the molten electroconductive slag intended to form the dairy bath;
- Maintaining said electroconductive slag at a temperature adapted to the melting temperature of the shaft and communicating a rotational movement to it;
- pouring the molten filler metal which is purified through the slag; and
- the lower part of the mold is cooled.
Selon une caractéristique, I'alimentation de la lingotière en métal d'apport en fusion à partir d'un four de maintien se fait par quantités limitées ou gorgées successives séparées par des intervalles de non coulées. According to one characteristic, the supply of the ingot mold with molten filler metal from a holding furnace is done by limited quantities or successive sips separated by intervals of not poured.
Selon une autre caractéristique, le métal d'apport est préalablement fondu et mis à l'analyse dans un four à induction puis transféré dans un four de maintien avant d'être versé dans la lingotière. According to another characteristic, the filler metal is previously melted and analyzed in an induction furnace then transferred to a holding furnace before being poured into the ingot mold.
Selon encore une autre caractéristique, le laitier électroconducteur est fondu dans un four à électrode non consommable constitué par un creuset et une électrode en graphite avant d'être versé dans la lingotière. According to yet another characteristic, the electroconductive slag is melted in a non-consumable electrode oven constituted by a crucible and a graphite electrode before being poured into the ingot mold.
L'invention a aussi pour objet un cylindre de laminoir comportant un arbre et une enveloppe métallique de composition métallurgique différente caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé mentionné ci-dessus. The invention also relates to a rolling mill cylinder comprising a shaft and a metal casing of different metallurgical composition, characterized in that it is obtained by the method mentioned above.
Selon une caractéristique avantageuse, L'arbre dudit cylindre de laminoir est réalisé dans une matière telle que de l'acier coulé ou forgé ou de la fonte à graphite sphéroïdale ou lamellaire. According to an advantageous characteristic, the shaft of said rolling mill cylinder is made of a material such as cast or forged steel or spheroidal or lamellar graphite cast iron.
En comparaison des procédés connus, le procédé selon l'invention permet de résoudre de façon simple et efficace le problème de l'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre tout en assurant une parfaite qualité de la partie inférieure de l'enveloppe métallique. In comparison with known methods, the method according to the invention makes it possible to solve in a simple and effective manner the problem of the development of a metal casing on a tree while ensuring perfect quality of the lower part of the metal casing.
Les cylindres de laminoir, obtenus par ce procédé, présentent une meilleure microstructure aussi bien qu'une pureté élevée, c'est à dire qu'ils ont des teneurs en inclusions non métalliques, en soufre et en d'autres impuretés néfastes considérablement réduites sur toute la longueur de l'enveloppe métallique. The rolling mill rolls obtained by this process have a better microstructure as well as a high purity, that is to say that they have considerably reduced contents of non-metallic inclusions, sulfur and other harmful impurities on the entire length of the metal casing.
L'absence d'une opération d'usinage d'une portion de l'enveloppe métallique a pour effet de réduire notablement les dépenses de maind'oeuvre et le prix de revient de tout le processus de fabrication de la pièce obtenue en comparaison de la technologie connue. The absence of a machining operation of a portion of the metal casing has the effect of significantly reducing labor costs and the cost price of the entire manufacturing process of the part obtained in comparison with the known technology.
Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple de réalisation non limitatif est décrit dans ce qui suit, avec renvoi au dessin unique annexé montrant un dispositif pour ia mise en oeuvre du procédé de l'invention représenté en coupe longitudinale suivant un plan vertical. For a better understanding of the invention, a nonlimiting exemplary embodiment is described in the following, with reference to the single appended drawing showing a device for implementing the method of the invention shown in longitudinal section along a vertical plane .
Le dispositif servant à mettre en oeuvre le procédé est constitué d'une lingotière 3, qui se compose d'une partie supérieure 31 et d'une partie inférieure 32. La partie supérieure 31 est séparée de la partie inférieure 32 par un anneau 7 électriquement isolant. The device used to carry out the method consists of an ingot mold 3, which consists of an upper part 31 and a lower part 32. The upper part 31 is separated from the lower part 32 by an electrically ring 7 insulating.
Les deux parties 31 et 32 sont de formes tubulaires à sections rectangulaires creuses. The two parts 31 and 32 are tubular shapes with hollow rectangular sections.
La partie supérieure 31 est directement reliée à une source de courant continu superposée à un courant basse fréquence (non représenté). The upper part 31 is directly connected to a direct current source superimposed on a low frequency current (not shown).
Ainsi la partie supérieure 31 forme une première électrode de chauffage, une seconde électrode de chauffage étant formé par l'arbre 1. Cette partie supérieure 31 est également pourvue d'une fente 8 disposée verticalement afin de réaliser une self d'induction à une spire.Thus, the upper part 31 forms a first heating electrode, a second heating electrode being formed by the shaft 1. This upper part 31 is also provided with a slot 8 arranged vertically in order to produce an induction coil with a turn. .
D'autre part, la partie inférieure 32 est équipée d'un système de refroidissement (non représenté) afin de solidifier le métal d'apport 6 lorsque celui-ci est à son contact. On the other hand, the lower part 32 is equipped with a cooling system (not shown) in order to solidify the filler metal 6 when the latter is in contact.
La partie supérieure 31 et la partie inférieure 32, ont un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre extérieur recherché pour l'enveloppe métallique. The upper part 31 and the lower part 32 have an internal diameter slightly greater than the external diameter sought for the metal casing.
Le procédé de réalisation d'une enveloppe métallique consiste en ce qui suit. The process for producing a metal casing consists of the following.
L'arbre 1 est descendu au moyen d'un système de commande (non représenté) vers la lingotière 3 suivant le sens F. La descente se fait à une vitesse constante de l'ordre de 10 à 15 mm par minute pour des cylindres d'un diamètre de l'ordre de 300 à 400 mm et à une vitesse de 7 à 8 mm par minute pour des cylindres dont le diamètre est de l'ordre de 700 à 800 mm. The shaft 1 is lowered by means of a control system (not shown) to the mold 3 in the direction F. The descent is done at a constant speed of the order of 10 to 15 mm per minute for cylinders d '' a diameter of the order of 300 to 400 mm and at a speed of 7 to 8 mm per minute for cylinders whose diameter is of the order of 700 to 800 mm.
Lors de la descente, L'arbre 1 doit être disposé verticalement et coaxialement à la lingotière 3.During the descent, the shaft 1 must be arranged vertically and coaxially with the mold 3.
Un anneau 4 est disposé sur l'arbre 1 de façon à former un fond pour la lingotière 3. Une fois l'anneau 4 situé au niveau de la partie inférieure 32, on verse le laitier liquide électroconducteur 5, qui a été préalablement fondu dans un four à électrode non consommable constitué par un creuset et une électrode en graphite, dans l'espace formé par la paroi interne 30 de la lingotière et la paroi externe de l'arbre 1. A ring 4 is arranged on the shaft 1 so as to form a bottom for the ingot mold 3. Once the ring 4 located at the lower part 32, the electroconductive liquid slag 5, which has been previously melted, is poured into a non-consumable electrode oven constituted by a crucible and a graphite electrode, in the space formed by the internal wall 30 of the mold and the external wall of the shaft 1.
Le laitier électroconducteur 5 est ensuite mis en rotation grâce au courant basse fréquence appliqué à la partie supérieure 31 pourvue d'une fente 8 verticale. Le laitier est également maintenu à température, ce qui assure à la fois un préchauffage et un décapage de l'arbre. Afin d'obtenir un décapage satisfaisant de l'arbre 1, la vitesse de rotation du laitier 5 qui dépend de l'intensité du courant, des propriétés physiques et chimiques du laitier et de la taille de la lingotière 3 doit se situer entre 40 et 60 tours par minute. The electroconductive slag 5 is then rotated by means of the low frequency current applied to the upper part 31 provided with a vertical slot 8. The slag is also kept at temperature, which ensures both preheating and pickling of the tree. In order to obtain a satisfactory stripping of the shaft 1, the speed of rotation of the slag 5 which depends on the intensity of the current, the physical and chemical properties of the slag and the size of the ingot mold 3 must be between 40 and 60 revolutions per minute.
II est important de préciser que la température du laitier électroconducteur 5 est adaptée à la température de fusion de l'arbre 1 et sa composition à celle dudit arbre. It is important to specify that the temperature of the electroconductive slag 5 is adapted to the melting temperature of the shaft 1 and its composition to that of said shaft.
Le métal d'apport 6, ayant une composition chimique différente de la composition chimique du métal constituant l'arbre 1, est préparé et mis à l'analyse dans un appareil à fusion tel qu'un four à induction, puis est transféré dans un four de maintien. The filler metal 6, having a chemical composition different from the chemical composition of the metal constituting the shaft 1, is prepared and analyzed in a melting apparatus such as an induction furnace, then is transferred to a holding oven.
Une fois l'opération de décapage de l'arbre 1 par le laitier électroconducteur 5 effectuée, on verse par petites quantités ou gorgées successives le métal d'apport 6 en fusion contenu dans le four de maintien dans la lingotière 3. Plus précisément, le métal d'apport 6 est coulé dans l'espace défini par la paroi interne 30 de la lingotière 3 et la paroi externe de l'arbre 1. L'alimentation du métal d'apport 6 dans la lingotière 3 à partir du four de maintien peut se faire par l'intermédiaire de moyens connus, par exemple un entonnoir. Once the pickling operation of the shaft 1 by the electroconductive slag 5 has been carried out, the molten filler metal 6 contained in the holding furnace in the ingot mold 3 is poured in small quantities or successive sips. filler metal 6 is poured into the space defined by the internal wall 30 of the mold 3 and the external wall of the shaft 1. The supply of the filler metal 6 in the mold 3 from the holding furnace can be done by known means, for example a funnel.
Ainsi, lors de la première coulée, le métal d'apport 6 en fusion traverse le bain de laitier par gravitation et est purifié par l'action dudit laitier électroconducteur 5 notamment par élimination des inclusions oxydées. Thus, during the first casting, the molten filler metal 6 crosses the slag bath by gravitation and is purified by the action of said electroconductive slag 5 in particular by elimination of the oxidized inclusions.
De plus, le métal d'apport 6 est également animé d'un mouvement de rotation lors de la traversée du laitier électroconducteur 5, ce qui permet d'obtenir une répartition homogène du métal d'apport 6. In addition, the filler metal 6 is also driven in a rotational movement during the crossing of the electroconductive slag 5, which allows a homogeneous distribution of the filler metal 6 to be obtained.
De ce fait, une masse de métal liquide se forme au-dessus de l'anneau 4 disposé sur l'arbre 1. Cette masse de métal liquide se solidifie au contact de la paroi interne de la partie inférieure 32 qui est refroidie. Le système de refroidissement peut par exemple être réalisé par une circulation d'eau au travers de la section transversale rectangulaire de ladite partie inférieure. Therefore, a mass of liquid metal is formed above the ring 4 disposed on the shaft 1. This mass of liquid metal solidifies on contact with the internal wall of the lower part 32 which is cooled. The cooling system can for example be produced by circulating water through the rectangular cross section of said lower part.
La première coulée de métal d'apport 6 liquide ainsi solidifiée et purifiée forme un nouveau fond déplaçable de la lingotière 3 pour les prochaines coulées de métal d'apport en fusion qui formeront également des tronçons successivement déplaçables. The first pouring of liquid filler metal 6 thus solidified and purified forms a new movable bottom of the mold 3 for the next flows of molten filler metal which will also form successively displaceable sections.
L'anneau 4 étant fixé par quelques points de soudure à l'arbre 1, il est nécessaire de l'éliminer par burinage ou par usinage à la fin du procédé d'élaboration de l'enveloppe métallique 2 sur ledit arbre 1. The ring 4 being fixed by a few welding points to the shaft 1, it is necessary to eliminate it by chiselling or by machining at the end of the process for producing the metal casing 2 on said shaft 1.
Par ailleurs, pour obtenir une enveloppe métallique 2 de qualité optimale, I'alimentation du métal d'apport 6 en fusion à partir du four de maintien se fait par quantité limitée de 5 à 10 kg par apport séparé par des intervalles de non coulées adaptés à la vitesse de descente dudit arbre 1 et du débit de métal d'apport 6. Le débit total de métal d'apport 6 en fusion est de l'ordre de 400 à 600 kg par heure. Furthermore, to obtain a metal casing 2 of optimum quality, the supply of molten filler metal 6 from the holding furnace is done in a limited quantity of 5 to 10 kg by separate supply by suitable non-pouring intervals. at the speed of descent of said shaft 1 and of the filler metal flow rate 6. The total flow rate of molten filler metal 6 is of the order of 400 to 600 kg per hour.
Le procédé selon l'invention peut être aussi appliqué aux cylindres de laminoir dont l'enveloppe métallique a atteint un diamètre limite de mise hors service. The method according to the invention can also be applied to rolling mill rolls whose metal casing has reached a limit diameter for decommissioning.
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| CN109604568B (en) * | 2019-01-18 | 2023-08-08 | 潍坊亚东冶金设备有限公司 | Follow-up, sectional and step-by-step forming device and forming method for electroslag casting blade |
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| Publication number | Publication date |
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