FR2703609A3 - Continuous casting process in charge of metals and ingot mold for its implementation. - Google Patents
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Abstract
La lingotière selon l'invention est pourvue d'une rehausse thermoisolante (2) en matériau réfractaire rigide implantée sur l'élément tubulaire en cuivre refroidi (1) et des moyens (8, 18, 12, 12, 13, 10) sont prévus pour injecter au travers de la paroi un gaz sous pression qui débouche dans l'espace de coulée 3 sous forme de jets annulaires cisaillant l'éventuelle croûte de solidification déjà formée par le métal coulé (4) au contact de la rehausse réfractaire (2). L'invention permet d'éloigner le ménisque (7) du début de la solidification du métal coulé dans l'élément en cuivre, en supprimant les risques de solidification débutante entre les deux.The ingot mold according to the invention is provided with a heat-insulating extension (2) of rigid refractory material implanted on the cooled tubular copper element (1) and means (8, 18, 12, 12, 13, 10) are provided to inject a pressurized gas through the wall which opens into the casting space 3 in the form of annular jets shearing any solidification crust already formed by the cast metal (4) in contact with the refractory extension (2) . The invention makes it possible to move the meniscus (7) away from the start of solidification of the metal cast in the copper element, eliminating the risks of beginning solidification between the two.
Description
PROCEDE DE COULEE CONTINUE EN CHARGE DES METAUX ET LINGOTIERECONTINUOUS CASTING PROCESS IN METAL AND LINGOTIER LOAD
POUR SA MISE EN OEUVREFOR ITS IMPLEMENTATION
La présente invention a trait à la coulée continue des métaux, notamment de l'acier. L'opération de coulée continue consiste schématiquement comme on le sait, à verser un métal en fusion dans une lingotière, essentiellement constituée d'un élément tubulaire sans fond définissant un passage pour le métal coulé, mais dont les parois, en cuivre ou plus généralement en alliage de cuivre, sont énergiquement refroidies par circulation d'eau, et de laquelle on extrait également en continu un produit déjà solidifié extérieurement sur quelques centimètres d'épaisseur La solidification progresse ensuite vers l'axe du produit et s'achève au cours de la descente de celui-ci en aval de la lingotière dans la zone dite du "refroidissement secondaire" sous l'effet de rampes d'arrosage d'eau Le produit obtenu, bloom, billette ou brame, est ensuite découpé à longueur, puis laminé avant expédition à la clientèle ou transformation sur place, en barres, fils, profilés, plaques, tôles, etc Les défauts de surface ou sous-cutanés des produits issus de la coulée continue de l'acier sont souvent la cause de rebut, car l'opération de laminage les supporte mal, voire les amplifie jusqu'à dégrader de façon intolérable la qualité The present invention relates to the continuous casting of metals, in particular steel. As is known, the continuous casting operation consists schematically of pouring a molten metal into an ingot mold, essentially consisting of a tubular element without bottom defining a passage for the cast metal, but the walls of which, in copper or more generally made of copper alloy, are vigorously cooled by circulation of water, and from which a product already solidified externally over a few centimeters in thickness is also continuously extracted. The solidification then progresses towards the axis of the product and ends during the descent of the latter downstream of the mold in the so-called "secondary cooling" zone under the effect of water sprinkling ramps The product obtained, bloom, billet or slab, is then cut to length, then laminated before shipment to customers or processing on site, in bars, wires, profiles, plates, sheets, etc. Surface or subcutaneous defects of products from the neck The continuous age of steel is often the cause of scrap, because the rolling operation does not support them well, or even amplifies them until the quality is intolerably degraded.
métallurgique des produits laminés. metallurgy of rolled products.
On sait qu'en coulée continue en lingotière verticale ou courbe (désignée ainsi par opposition aux lingotières de coulée continue horizontale, qui elles sont directement connectées au récipient contenant le métal en fusion à couler), certains de ces défauts parmi les plus préjudiciables, tels que les rides d'oscillation ou les cornes solidifiées On sait que l'apparition de tels défauts est principalement liée aux variations du niveau de la surface libre de l'acier liquide (appelée ménisque) dans la partie haute de la lingotière et à la première solidification It is known that in continuous casting in a vertical or curved ingot mold (so designated in contrast to the horizontal continuous casting ingot molds, which are directly connected to the container containing the molten metal to be cast), some of these defects are among the most harmful, such as oscillation wrinkles or solidified horns We know that the appearance of such defects is mainly linked to variations in the level of the free surface of the liquid steel (called meniscus) in the upper part of the mold and to the first solidification
du métal liquide qui s'initie juste sous le ménisque, au contact de la paroi en cuivre. liquid metal which begins just below the meniscus, in contact with the copper wall.
Il est connu de lutter contre l'apparition de ces défauts en implantant directement sur le dessus de l'élément en cuivre de la lingotière un corps rigide en matériau réfractaire isolant de la chaleur prolongeant vers le haut le passage intérieur de la lingotière dans lequel est coulé le It is known to fight against the appearance of these defects by implanting directly on top of the copper element of the mold a rigid body of heat insulating refractory material extending upward the internal passage of the mold in which is sunk on
métal en fusion.molten metal.
Cette technique, désormais connue sous le nom de "coulée continue en charge" permet de reporter le ménisque en amont du début de la solidification, au niveau de la rehausse réfractaire avec la paroi de laquelle il vient au contact De la sorte, si ce report est suffisant en distance (classiquement de 15 cm environ), les variations en hauteur du ménisque n'ont plus d'effets sensibles sur la qualité de This technique, now known under the name of "continuous casting under load" makes it possible to postpone the meniscus upstream of the start of solidification, at the level of the refractory riser with the wall of which it comes into contact. is sufficient in distance (typically about 15 cm), the variations in height of the meniscus no longer have significant effects on the quality of
surface et sous cutanée des produits coulés. surface and subcutaneous of the cast products.
En outre, le volume de métal coulé contenu dans la rehausse sert de volume-tampon au sein duquel les turbulences d'écoulement qui se développent inévitablement sous l'effet du flux d'arrivée de métal sont amorties et n'ont donc plus d'effet au niveau de l'élément en cuivre o débute la In addition, the volume of cast metal contained in the riser serves as a buffer volume within which the flow turbulences which inevitably develop under the effect of the incoming metal flow are absorbed and therefore have no more effect at the level of the copper element where the
solidification.solidification.
On peut ainsi chercher à couler des produits de bonne We can thus seek to pour good products
qualité à vitesse d'extraction élevée. quality at high extraction speed.
Cependant, pour obtenir une qualité de surface et sous cutanée correcte, il est nécessaire de bien contrôler le début de solidification pour s'assurer vraiment que la solidification du produit coulé ne débute pas sur la paroi However, to obtain a correct surface and subcutaneous quality, it is necessary to carefully control the start of solidification to really ensure that the solidification of the cast product does not start on the wall.
réfractaire de la rehausse.riser refractory.
Dans ce but, la présente invention a pour objet en premier lieu un procédé de coulée continue en charge des métaux en fusion, notamment de l'acier, dans une lingotière comprenant un élément tubulaire métallique, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal en fusion et destiné à initier à son contact la solidification du métal coulé, procédé selon lequel on dispose sur ledit corps une rehausse en matériau réfractaire rigide thermiquement isolant qui prolonge vers le haut ledit passage, et en ce que, au niveau de cette rehausse, ou au moins à sa base, on injecte un gaz sous pression qui s'échappe dans le passage pour le métal coulé sous forme d'un jet distribué annulairement, selon le To this end, the subject of the present invention is firstly a process for continuous casting under charge of molten metals, in particular steel, in an ingot mold comprising a metallic tubular element, generally made of copper or a copper alloy, energetically cooled, defining a passage for molten metal and intended to initiate the solidification of the cast metal on contact with it, process according to which an extension is placed on said body in rigid thermally insulating refractory material which extends said passage upwards, and in this that, at the level of this riser, or at least at its base, a pressurized gas is injected which escapes in the passage for the cast metal in the form of a jet distributed annularly, according to the
pourtour de la lingotière.around the mold.
L'invention a également pour objet une lingotière pour la coulée continue en charge des métaux, notamment de l'acier, comprenant un élément tubulaire métallique, généralement en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal coulé et destiné à initier à son contact la solidification du métal coulé et une rehausse en matériau réfractaire rigide thermoisolant implantée directement sur l'élément tubulaire et le prolongeant vers le haut, lingotière caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour créer dans le passage pour le métal coulé au niveau de la rehausse, et de préférence au moins au niveau de l'interface rehausse-élément tubulaire, un jet gazeux réparti annulairement selon le pourtour de la lingotière Comme on l'aura compris, l'invention vise à obtenir, grâce à l'effet de cisaillage produit par le jet de gaz sur la solidification parasite éventuelle dans la rehausse réfractaire, un début de solidification franc au niveau de l'élément tubulaire en cuivre et seulement là, et donc de ne pas commencer le processus de solidification du produit coulé The invention also relates to an ingot mold for continuous casting under load of metals, in particular steel, comprising a metallic tubular element, generally made of copper or copper alloy, vigorously cooled, defining a passage for the cast metal and intended to initiate the solidification of the cast metal on contact with it and an extension in rigid heat-insulating refractory material located directly on the tubular element and extending it upwards, an ingot mold characterized in that means are provided for creating in the passage for the metal poured at the level of the riser, and preferably at least at the level of the riser-tubular element interface, a gas jet distributed annularly around the periphery of the ingot mold As will be understood, the invention aims to obtain, by the shearing effect produced by the gas jet on the possible parasitic solidification in the refractory riser, an onset of s frank solidification at the level of the tubular element in copper and only there, and therefore not to begin the process of solidification of the cast product
déjà au sein de la rehausse.already within the enhancement.
L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit, en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: la figure 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale partielle, la partie haute d'une lingotière de coulée continue, conforme à une forme de réalisation de l'invention; la figure 2 représente une autre forme de réalisation The invention will be described in more detail in what follows, with reference to the accompanying drawing plates in which: FIG. 1 schematically represents, in partial longitudinal section, the upper part of a continuous casting mold, conforming to a form of realization of the invention; Figure 2 shows another embodiment
de l'invention.of the invention.
Sur les figures, les mêmes éléments sont repérés par In the figures, the same elements are identified by
des références identiques.identical references.
Sur la figure 1 on a représenté en 1 l'élément tubulaire en cuivre refroidi par une circulation d'eau d'une lingotière de coulée continue de l'acier surmontée d'une rehausse 2 en matériau réfractaire rigide présentant des propriétés d'isolant thermique élevées, ici un mélange d'alumine et de silice à raison de 90 et 10 % en poids respectivement L'élément 1 de la lingotière définit intérieurement un passage 3 pour le métal en fusion 4 Ce métal est apporté, depuis un répartiteur non représenté situé au-dessus, par une busette immergée 5 à ouïes de sortie latérales 6 Le produit coulé est extrait de la lingotière par le bas à une vitesse V telle que la surface libre 7 du métal coulé en lingotière (ménisque) s'établit à un niveau moyen en hauteur situé dans la rehausse 2 à un peu plus d'une dizaine de cm environ au-dessus du corps en cuivre 1 Le ménisque 7 est classiquement recouvert d'un laitier de couverture 19 formé à partir d'un apport régulier de poudre ou de granulés fondant à la température du métal liquide et ayant des propriétés habituelles de protection contre les pertes thermiques par rayonnement et contre l'oxydation du In Figure 1 there is shown at 1 the tubular element of copper cooled by a circulation of water from a mold for continuous casting of steel surmounted by an extension 2 made of rigid refractory material having thermal insulating properties high, here a mixture of alumina and silica at 90 and 10% by weight respectively Element 1 of the ingot mold internally defines a passage 3 for the molten metal 4 This metal is brought in, from a not shown distributor located above, by a submerged nozzle 5 with lateral outlet openings 6 The cast product is extracted from the mold from below at a speed V such that the free surface 7 of the metal cast in the mold (meniscus) is established at a level medium in height located in the riser 2 at a little more than about ten cm above the copper body 1 The meniscus 7 is conventionally covered with a covering slag 19 formed from a regulated supply bind powder or granules melting at the temperature of the liquid metal and having usual properties of protection against thermal losses by radiation and against oxidation of the
métal en fusion.molten metal.
Comme on le voit, une fente étroite 8 est ménagée à As can be seen, a narrow slot 8 is made in
l'interface élément métallique rehausse grâce à une entre- the metal element interface enhances thanks to a
toise 9 formée par une feuille d'acier de quelques dixièmes d'épaisseur insérée entre le corps en cuivre 1 et la rehausse 2 Cette feuille d'acier est disposée à la périphérie de l'interface de manière à obturer la fente 8 vers l'extérieur de la lingotière et ainsi autoriser sa communication de height rod 9 formed by a steel sheet a few tenths thick inserted between the copper body 1 and the riser 2 This steel sheet is disposed at the periphery of the interface so as to close the slot 8 towards the outside of the mold and thus authorize its communication of
sortie uniquement l'espace de coulée 3. outlet only pouring space 3.
Un caisson étanche 10 enveloppe extérieurement la rehausse 2 et la partie supérieure de l'élément en cuivre 1 de manière que la surface extérieure 16 de la rehausse 2 constitue une paroi du caisson Ce caisson reçoit par sa conduite d'amenée il de l'argon sous pression depuis une source non représentée et alimente en ce gaz la fente 8, grâce à des canalisations 12 creusées dans la masse réfractaire et débouchant d'un côté à la surface extérieure 16 de la rehausse et dont l'autre extrémité est piquée sur une chambre annulaire de répartition de gaz 13 ménagée à la A waterproof box 10 externally envelops the riser 2 and the upper part of the copper element 1 so that the outer surface 16 of the riser 2 constitutes a wall of the box. This box receives argon by its supply pipe under pressure from a source not shown and supplies this gas to the slot 8, by means of pipes 12 hollowed out in the refractory mass and opening on one side to the external surface 16 of the riser and the other end of which is stitched on a annular gas distribution chamber 13 provided at the
base de la rehausse à l'extrémité de la fente d'injection 8. base of the riser at the end of the injection slot 8.
De cette manière, un jet gazeux réparti annulairement In this way, a gas jet distributed annularly
peut être projeté dans l'espace intérieur 3 de la lingotière. can be projected into the interior space 3 of the mold.
Ce jet, par son énergie, brise les velléités que peuvent présenter les amorces locales de solidification 14 du métal coulé à même la rehausse réfractaire 2 de constituer le démarrage de la solidification du produit 4 Ainsi, on oblige cette dernière à débuter sous le jet de gaz contre la paroi en cuivre de la lingotière pour former une croûte 15 régulière et continue qui va croissante en épaisseur à mesure qu'elle progresse vers le bas de la lingotière, conformément au processus habituel de solidification dans les lingotières This jet, by its energy, breaks the inclinations that local primers for solidification 14 of the cast metal can have, even from the refractory riser 2 to constitute the start of solidification of the product 4 Thus, the latter is forced to start under the jet of gas against the copper wall of the mold to form a regular and continuous crust which increases in thickness as it progresses down the mold, in accordance with the usual process of solidification in the molds
de coulée continue classiques.of conventional continuous casting.
La pression du gaz dans le caisson pour réaliser The pressure of the gas in the box to achieve
l'injection avec succès peut s'élever à 1,5 bar relatifs. the successful injection can amount to 1.5 bar relative.
Aussi, des joints d'étanchéité 17 ont été prévus à la Also, seals 17 have been provided at the
jonction du caisson et du bloc réfractaire 2. junction of the caisson and the refractory block 2.
Une autre forme de réalisation de l'invention, visible sur la figure 2, consiste à remplacer le système à fente unique à l'interface rehausseélément en cuivre par un réseau de fentes parallèles 18 superposées en strates selon la Another embodiment of the invention, visible in FIG. 2, consists in replacing the single-slot system at the raised copper interface with a network of parallel slots 18 superimposed in layers according to the
hauteur de la rehausse 2 et la traversant de part en part. height of the riser 2 and crossing it right through.
Préférentiellement, les fentes sont plus rapprochées l'une de l'autre dans la partie basse du bloc 2, ce afin de compenser les pertes de charge dues à la pression ferrostatique plus élevée à cet endroit De la sorte, un débit de gaz soutenu sera injecté dans la partie basse de la rehausse 2, car c'est là qu'on peut intervenir une dernière fois avant le démarrage souhaité de la solidification 15 du métal coulé au contact de la paroi froide de l'élément en Preferably, the slots are closer to each other in the lower part of block 2, in order to compensate for the pressure losses due to the higher ferrostatic pressure at this location. In this way, a sustained gas flow will be injected into the lower part of the riser 2, because this is where we can intervene one last time before the desired start of solidification 15 of the metal cast in contact with the cold wall of the element in
cuivre 1.copper 1.
Quelle que soit la forme de réalisation utilisée, on aura avantage à conserver une épaisseur de fentes 8 ou 18 ne dépassant guère deux ou trois dixièmes de millimètres afin de permettre à la tension superficielle du métal liquide de contrecarrer les velléités de ce dernier à pénétrer dans ces Whatever the embodiment used, it will be advantageous to keep a thickness of slots 8 or 18 hardly exceeding two or three tenths of a millimeter in order to allow the surface tension of the liquid metal to counteract the inclinations of the latter to penetrate into these
fentes en l'absence d'un débit suffisant de gaz injecté. slots in the absence of a sufficient flow of injected gas.
A propos de ce dernier, on comprend qu'on a généralement avantage à opter pour un gaz inerte chimiquement à l'égard du métal en fusion, tel que l'argon dans le cas de Regarding the latter, it is understood that it is generally advantageous to opt for a chemically inert gas with respect to the molten metal, such as argon in the case of
la coulée d'acier.steel casting.
Concernant l'alimentation en gaz, l'expérience a montré qu'on obtenait un bon effet recherché de cisaillage de la croûte pouvant déjà se former dans la rehausse réfractaire lorsque la pression de sortie du gaz dans l'espace de coulée était supérieure à la pression ferrostatique à cet endroit With regard to the gas supply, experience has shown that a good desired shearing effect of the crust can be obtained which can already form in the refractory riser when the gas outlet pressure in the pouring space is greater than the ferrostatic pressure at this location
d'au moins 20 %.at least 20%.
On notera que la hauteur de la rehausse réfractaire 2 est de l'ordre de 20-25 cm, sa partie immergée dans le métal liquide étant d'une dizaine de cm au minimum, ce qui permet de tenir largement compte des fluctuations relatives en hauteur du ménisque 7 due à l'oscillation verticale It will be noted that the height of the refractory riser 2 is of the order of 20-25 cm, its part immersed in the liquid metal being at least ten cm, which makes it possible to largely take account of relative fluctuations in height meniscus 7 due to vertical oscillation
habituelle de la lingotière.usual of the mold.
L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais s'étend à toute variante ou modification entrant dans le champ de la définition de The invention is not limited to the exemplary embodiments described above, but extends to any variant or modification falling within the scope of the definition of
l'invention données dans les revendications jointes. the invention given in the appended claims.
En particulier, quelle que soit la forme de réalisation retenue, la fente annulaire basse unique 8, ou les fentes étagées 18 ménagées dans la rehausse réfractaire, peuvent être remplacées chacune par une pluralité de canaux répartis radialement et disposés suffisamment proches les uns des autres pour assurer un jet de gaz homogène selon le pourtour intérieur de la lingotière Par commodité, on conservera pour In particular, whatever the embodiment chosen, the single lower annular slot 8, or the stepped slots 18 formed in the refractory riser, can each be replaced by a plurality of channels distributed radially and arranged close enough to one another to ensure a homogeneous gas jet around the inside periphery of the ingot mold For convenience, we will keep for
les désigner le terme général de "fente" également. refer to them as the general term "slot" as well.
De même, selon une autre variante du mode de réalisation préférée montrée sur la figure 1, la chambre de répartition peut être prévue usinée dans le cuivre de l'élément tubulaire 1 Auquel cas, les canaux d'arrivée 12 seront percés dans l'élément en cuivre au lieu de l'être dans Similarly, according to another variant of the preferred embodiment shown in Figure 1, the distribution chamber can be provided machined in the copper of the tubular element 1 In which case, the inlet channels 12 will be drilled in the element copper instead of being in
la masse réfractaire de la rehausse. the refractory mass of the riser.
De même encore, on pourra être amené dans certains cas à augmenter les possibilités de lubrification du produit coulé au contact des parois de la lingotière, en dotant cette dernière d'un équipement permettant l'introduction d'un lubrifiant, de l'huile minérale liquide par exemple, au niveau de l'élément en cuivre, comme cela se pratique déjà classiquement en coulée en jet libre, en l'absence donc de Likewise, in certain cases, it may be necessary to increase the possibilities of lubrication of the product poured in contact with the walls of the ingot mold, by providing the latter with equipment allowing the introduction of a lubricant, mineral oil. liquid for example, at the level of the copper element, as is already conventionally done in free jet casting, in the absence therefore of
laitier de couverture.cover slag.
L'invention s'applique à tout produit coulé ou coulable en continu, quelque soit son format (billettes, blooms, brames). En particulier, sa mise en oeuvre n'est pas limitée à la coulée avec busette immergée et laitier de couverture, mais peut fort bien être utilisée en coulée en jet libre, avec de préférence dans ce cas la présence d'un manchon souple étanche à l'air reliant le haut de la rehausse au fond du répartiteur placé au-dessus pour éviter la réoxydation du The invention applies to any continuously cast or pourable product, whatever its format (billets, blooms, slabs). In particular, its implementation is not limited to casting with submerged nozzle and cover slag, but may very well be used in free-jet casting, with preferably in this case the presence of a flexible sleeve the air connecting the top of the riser to the bottom of the distributor placed above to avoid reoxidation of the
métal en fusion.molten metal.
On comprendra cependant que, en raison de sa nature même, l'invention est d'application réservée aux installations de coulée continue par gravité, c'est-à-dire dotées de lingotières verticales ou courbes, à l'exclusion de toute autre, notamment les lingotières pour coulée continue horizontale. Toutefois, par élément tubulaire refroidi (référence 1 sur la figure), il faut entendre non seulement un tube monolithique pour la coulée de blooms ou de billettes rondes ou quadrangulaires, ou un conduit constitué par assemblage de plaques pour la coulée de formats allongés comme les brames, mais il faut également entendre par exemple deux cylindres25 tournant en sens opposés en regard l'un de l'autre pour couler directement des bandes minces, ou tout autre forme de It will however be understood that, by virtue of its very nature, the invention is of application reserved for gravity continuous casting installations, that is to say provided with vertical or curved ingot molds, to the exclusion of any other, especially the molds for horizontal continuous casting. However, by cooled tubular element (reference 1 in the figure), this means not only a monolithic tube for casting blooms or round or quadrangular billets, or a conduit formed by assembling plates for casting elongated formats such as slabs, but it is also necessary to hear for example two cylinders 25 rotating in opposite directions opposite one another to directly pour thin strips, or any other form of
lingotière à parois accompagnantes. ingot mold with accompanying walls.
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