WO2017198500A1 - Vertical semi-continuous casting mould comprising a cooling device - Google Patents
Vertical semi-continuous casting mould comprising a cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017198500A1 WO2017198500A1 PCT/EP2017/061077 EP2017061077W WO2017198500A1 WO 2017198500 A1 WO2017198500 A1 WO 2017198500A1 EP 2017061077 W EP2017061077 W EP 2017061077W WO 2017198500 A1 WO2017198500 A1 WO 2017198500A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- water
- deflector
- flow
- stream
- 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.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/049—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for direct chill casting, e.g. electromagnetic casting
Definitions
- the invention relates to the field of the manufacture of foundry products, in particular aluminum, such as rolling plates and spinning billets of aluminum alloys by vertical semi-continuous casting.
- the invention relates to an improved casting mold, or casting mold, comprising a device for direct cooling by continuous flow of an aqueous film in contact with the metal casting, the cooling device being arranged to control the impact distance. to metal casting, whether in conventional or electromagnetic casting.
- Such cooling advantageously makes it possible to control and minimize the phenomenon of cambering of the solidified metal, permitting hot rolling, or spinning, subsequent without prior sawing of the casting foot, and this by reducing the structural alterations of the solidified metal and its embrittlement. which facilitates subsequent shaping, especially by spinning.
- the mold or mold has conventionally an annular shape of rectangular or circular horizontal section according to the type of cast product, respectively plates or billets for example.
- the mold is held on an open table or frame and the metal or molten metal alloy is poured into said mold through successively two open ends, respectively upper and lower, thereof.
- the lower end is closed off by a movable bottom mounted traditionally on a cylinder and which moves downwards at a constant speed determined during casting, the molten metal being discharged continuously through the upper end. of the mold.
- the metal is poured through the upper end of the mold it is cooled in contact with an external element consisting of the inner walls of the mold and / or a film of water flowing under the lower end. of the mold.
- the solidified metal is then extracted by the lower part of the mold and the plate or billet is thus formed.
- the difficulty lies in the success of the transition from the zero speed of the beginning of formation of the product to the speed of steady state.
- This passage is translated by a deformation of the plate foot, known to those skilled in the art under the name of camber. If it is too pronounced, which occurs when the foot is cooled too violently, the camber can cause what the skilled person calls “pissures”, which can sometimes degenerate into “hanging”, that is, say a jamming of the plate in its mold.
- the camber associated with an unsuitable cooling regime can lead, less catastrophically, to the breakage of the foot or cracks in the foot.
- the most important parameters are, in a known manner, the filling speed and the casting temperature, a small heat extraction at the beginning of the start-up phase, using a sufficiently small quantity of water and of a suitable thermal efficiency in relation to its quality, the appropriate choice of the starting speed with regard to the initial water flow, finally the choice, at the end of the start-up phase, of the ramp for increasing the casting speed and increasing the flow rate of cooling water which enable to reach the parameters of speed and cooling adapted to the steady state of casting by guaranteeing the good health of the foot and the minimization of its camber.
- the only cooling vectors are the surrounding air and the water projected on the flow casting on an inclined plane arranged on a deflector.
- the only solution to control quenching is in this case to control very precisely the location of the point of impact of water on the liquid metal flowing at through the mold, especially after the initial casting phase when the moving bottom moves away from the mold.
- the known molds do not allow to control satisfactorily the positioning of the point of impact of the cooling water. Indeed, the only parameters for adjusting the position of the point of impact are the length of the deflector and the flow of water on the deflector. The length of the deflector being quasi-constrained by the positioning of the magnetic inductors of the molds only the flow of water remains a real parameter of adjustment of the point of impact to the casting.
- the main object of the invention is to provide an improved semi-continuous casting mold, which at least partially solves the aforementioned drawbacks of known molds or molds of the prior art.
- An object of the invention is in particular to provide a semi-continuous casting mold that allows control of the point of impact of the cooling water flow on a casting of liquid metal alloy in semi-continuous casting, in particular for electromagnetic flows.
- the present invention provides a semi-continuous casting mold as defined in claim 1 and a cooling method as defined in claim 14.
- the proposed casting mold comprises:
- a frame delimiting an upper opening and a lower opening respectively extending in two parallel planes, said openings being separated from each other by an internal wall of the frame, a device for cooling a flow of liquid metal poured through said openings in a pouring direction from the upper opening to the lower opening, the cooling circuit comprising a water reservoir and a dispensing nozzle in communication fluidic with said reservoir and configured to diffuse a trickle of water in contact with the flow of liquid metal downstream of the lower opening in the casting direction.
- the cooling device comprises a distribution chamber arranged between the water tank and the dispensing nozzle, said chamber having a volume less than the volume of the water tank and communicating by an inlet with the water tank and by an outlet with the dispensing nozzle, said outlet being dimensioned such that the flow rate of water at said outlet is between 0.3 L / cm / min and 1.5 L / cm / min.
- the mold of the present invention advantageously allows a significant reduction of the flow of cooling water in contact with the liquid metal casting through the distribution chamber which allows to create a buffer tank of reduced volume from which is diffused a stream of low-flow cooling water is continuously controlled to control the point of contact of the water during casting in order to carry out a non-impact continuous quenching which can generate harmful mechanical stresses in the structure of the metal during the tempering. It is thus possible to overcome any pulsatile diffusion of the cooling water as well as multiple jets as in the known techniques of the prior art.
- the frame includes a baffle having a first planar surface forming the inner wall of the frame and a second surface forming a flow wall of the stream of water diffused by the dispensing nozzle to the flow of liquid metal. downstream of the lower opening, the second surface extending in a plane intersecting the plane of the first surface and facing the dispensing nozzle.
- the use of a deflector makes it possible to improve and guide the flow of the cooling water from the distribution chamber to a point of impact determined at the casting located substantially downstream of the lower end of the mold.
- the deflector also makes it possible to control and guide the flow of cooling water to prevent any contact between it and the magnetic inductors positioned at the lower end of the mold.
- a portion of the second surface of the deflector against which the trickle of water is diffused by the dispensing nozzle has a wettability lower than the rest of said second surface in order to provide a localized acceleration of the flow of the trickling water over this portion
- the frame comprises a box inside which is arranged the cooling device.
- a lower end of the baffle is formed at an intersection of the first and second surfaces of the baffle, said first and second surfaces delimiting at their lower end an angle ⁇ , said angle a being preferably between ° and 45 °, more preferably between 10 ° and 20 °.
- the deflector is fixed integrally on the trunk so that the first surface of the deflector is vertical and the second surface of the deflector is inclined relative to the first and has a spacing (d) increasing with the trunk from the dispensing nozzle to the lower end of the baffle.
- the length of the lower wettability portion of the deflector is at most 30 mm.
- the portion of the second upper wettability surface extends to the lower end of the baffle and its length and preferably not more than 6 mm.
- said upper wettability portion comprises a material distinct from the remainder of the second surface.
- said upper wettability portion includes a polytetrafluoroethylene (PTFE) insert.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- it comprises a spacer housed between the baffle and the trunk and fixed thereto, said spacer being arranged to form said distribution chamber between the trunk and the deflector.
- the outlet of the dispensing chamber forms the dispensing nozzle.
- the dispensing nozzle is formed by a gap formed between the spacer and the second surface of the deflector, said gap preferably having a length of at most 6 mm, and preferably a length of between 1 mm and 2 mm.
- the dispensing nozzle may be formed by a through orifice formed in the spacer or is housed in such an orifice.
- FIG. 1 shows schematically a method of semi-continuous casting of an aluminum alloy ingot
- FIG. 2 shows a sectional view of a mold according to the present invention
- FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a deflector of the mold of FIG. 2 and the relative positioning, during a casting of the EMC type, with respect to the casting of said deflector and the point of impact of a flow. cooling water distributed along the baffle on the casting;
- FIG. 4 represents a detail of the tip of the mold deflector of FIG. 2 showing the particular geometry of the lower end of said deflector comprising a polytetrafluoroethylene insert.
- the invention relates to a semi-continuous casting mold of metal alloy bars, and more particularly of aluminum alloys. Although not exclusively reserved for this type of casting, the mold of the present invention will be described hereinafter with reference to the appended figures for an application in the context of electromagnetic type casting processes, commonly known as castings. EMC "for" Electro Magnetic Casting "in English.
- the aluminum alloy in the liquid state is poured into the mold is cooled without contact on the inner wall of the mold unlike conventional castings, but only by heating metal in contact with a stream coolant dispensed by the substantially constant flow rate mold, the liquid metal being repelled and guided by induction by means of inductors integrated in the lower part of the mold and protected by a deflector shield.
- Figure 1 schematically shows the generic principle of a conventional semi-continuous casting or EMC of a bar of an aluminum alloy.
- the alloy in the liquid state is discharged, according to the arrow F1, directly into a mold 1, also commonly called ingot mold.
- the mold 1 comprises a frame 2 delimiting an upper opening 2a and a lower opening 2b extending in two parallel planes P1, P2 respectively and a bottom 2m carried on a jack not shown to be movable through said openings 2a, 2b. and in a straight direction descending represented by the arrow F2 below the frame 2 as and when the casting and the formation of the aluminum bar B.
- the bottom 2m is positioned at the lower end 2b in the P2 plane.
- a flow of liquid metal is gently poured through the openings 2a, 2b and on the bottom 2m so as to form a solid casting foot.
- the bottom 2m of the mold 1 is lowered along the arrow F2 set back from the mold, at increasing speed in a first step and then at a constant speed so as to obtain an aluminum metal bar B of dimensions and properties homogeneous physical, said bar resulting from the cooling and solidification of the liquid metal continuously discharged through the openings 2a, 2b of the frame 2 of the mold.
- This cooling is provided on the one hand by contact on the inner wall 21 of the mold and on the other hand in contact with a stream of cooling liquid distributed at the lower opening 2b of the mold for a conventional casting or, in the frame of an electromagnetic casting EMC, only by contact with a continuous stream of coolant distributed at the lower opening 2b of the mold frame.
- the present invention provides a semi-continuous casting mold 1 for improved cooling by diffusion of a low-flow coolant flow in contact with the liquid metal during casting, whether in the context of a conventional casting or EMC electromagnetic casting.
- FIG. 2 represents a vertical section of a mold 1 according to the invention adapted for the implementation of electromagnetic casting EMC.
- This mold 1 comprises a frame 2 comprising a box 22 inside which is arranged a cooling device 3 comprising a cooling water tank 31 in fluid communication with a dispensing nozzle 32 via a conduit of distribution 33 pierced in an inner wall of the trunk 22.
- a magnetic inductor I is fixed on an inner wall of the trunk 22 substantially at the lower opening 2b of the frame 2 or slightly above it.
- the frame 2 also comprises a deflector 21 fixed firmly on the trunk 2 facing the distribution duct 33.
- the deflector 21 comprises a first flat surface 21 1 forming an inner vertical wall of the frame 2 and a second flat surface 212.
- the deflector 21 extends substantially to the center of the inductor. Sizing and positioning the deflector 21 facing the inductor I in a semi-continuous casting mold electromagnetic type EMC are well known to those skilled in this field and will not be specified in more detail here.
- the second surface 212 of the baffle 21 constitutes a flow wall of a stream 4 of cooling water diffused by the distribution nozzle 32 towards a stream F of liquid metal to be cooled by direct contact of the net 4 on the flux F of molten metal at a contact point C located downstream of the lower opening 2b of the frame 2 of the mold 1.
- the second surface 212 of the deflector 21 faces the dispensing nozzle 32 and extends in a plane intersecting the vertical plane of the first surface 21 1, the angle formed between the two surfaces 21 1, 212 being understood as shown in FIG. 4 between 5 ° and 45 °, and preferably between 10 ° and 20 °.
- the surface 212 of the deflector 21 advantageously comprises a portion s1, preferably an end portion of the surface 212 opposite the dispensing nozzle 32, having a lower wettability than the remainder s2 of the surface 212.
- the surface portion s1 is more hydrophobic than the remainder s2 of the surface 212.
- the portion s1 has a maximum length ⁇ of the order of 30 mm, and more preferably of the order of 5 to 10 mm.
- the localized acceleration of the cooling water in contact with the portion s1 at the end of the baffle 21 makes it possible to ensure that the latter flows well in the direction of the surface 212 towards the flow of liquid metal F to be cooled down. reducing the surface tension at the end of the deflector 21, without increasing the flow rate at the outlet of the distribution nozzle 32.
- the positioning of the point of impact of the stream of flow water in the axis of the flow surface 212 of the deflector 21 are particularly in the context of electromagnetic flows.
- the portion s1 of lower wettability may be formed in the surface 212 by surface treatment located in the mass of the deflector 21, by surface coating to make the portion s1 more hydrophobic than the remainder s2 of the surface 212, or as in example represented by integration of an insert 213 of suitable material, especially polytetrafluoroethylene (PFTE), also known under the trade name Teflon®.
- PFTE polytetrafluoroethylene
- Teflon® polytetrafluoroethylene
- said shrinkage can be machined so as to provide a final inclination of the surface 212 at the the surface s1 more pronounced than the inclination of the remainder s2 of the surface 212 of the deflector, in order to further increase the localized acceleration effect of the water passing over the portion s1.
- the insert 213 has an inclination substantially greater by a few degrees than the surface 212, still however in an angular range of between 10 and 20 °; thus if the surface 212 has for example an angle ⁇ of 18 ° with respect to the vertical plane surface 21 1, the insert 213 forming the portion s1 may have an angle ⁇ of the order of 16 ° with respect to the same surface 21 1.
- the cooling device 3 comprises a distribution chamber 5 formed between the water tank 31 and the distribution nozzle 32.
- This distribution chamber 5 has a volume v less than the volume V of the water tank 31 and it communicates through an inlet 5e, formed by the conduit 33, with the water tank 31.
- the particular values of the volumes v, V of the distribution chamber 5 and the tank 31 as well as their relative proportion does not play a decisive role and can be freely chosen by those skilled in the art.
- An outlet 5s of the distribution chamber 5 advantageously constitutes the distribution nozzle 32.
- the distribution chamber 5 is advantageously formed between the box 22 and the baffle 21 by means of a spacer 6 fixed on a shoulder 24 formed in an outer wall of the box 22 facing the wall 212 of the baffle 21.
- This spacer 6 has a shape similar to that of the deflector 21 and comprises an inclined plane 61 facing the wall 212 of the deflector 21.
- This inclined plane 61 is advantageously oriented at an angle ⁇ between 0 ° and 90 °, and preferably between 0 ° and 40 °.
- the respective inclinations of the inclined plane 61 of the spacer 6 and the wall 212 of the deflector 21 are thus advantageously different so that the distribution chamber has a decreasing section from its inlet 5e to the outlet 5s so as to generate an overpressure at the outlet 5s which forms the dispensing nozzle 32, which results from a gap of a length less than the diameter of the duct 33 constituting the inlet 5 e of the chamber 5.
- This gap forming the dispensing nozzle 32 is advantageously of a length of less than 6 mm, and preferably of a length of between 1 and 2 mm between a lower end of the inclined plane 61 and the wall 212.
- the distribution chamber 5 and its particular configuration described above and represented in FIG. 2 thus constitutes a self-pressurized buffer chamber enabling the diffusion in contact with the wall 212 of a net 4 of cooling water with a flow rate of water Qs at the outlet 5s of the distribution chamber 5 advantageously between 0.3 L / cm / min and 1 .5 L / cm / min.
- the diffusion of a stream 4 of low-flow cooling water has the advantage of allowing a flow of water essentially by gravity along the wall 212 in the direction of the metal casting F in the mold 2 to cool said casting and realize a controlled quenching without mechanical impact of the water in contact with the casting or thermal shock within the quenched metal.
- this flow controlled flow reduced water allows, in particular in cooperation with a portion of surface s1 of lower wettability located at the end of the surface 212, to control the positioning of the point of impact C ( Figure 3 ) water to the casting downstream of the end of the deflector 21 at a distance X from the plane P1 and the upper opening 2a of the frame 2 between 100 and 200 mm, preferably between 1 and 160 mm in according to the dimensioning of said frame 2, the distance Y of the casting F to the inner surface 21 1 of the deflector 21 is between 0 and 10 mm depending on whether one is in conventional casting or electromagnetic.
- the present invention has been described with reference to a particular embodiment of a mold 1 adapted for producing EMC-type electromagnetic flows.
- the principles and particular features of the invention and in particular the provision of a distribution chamber 5 between the tank 3 and the dispensing nozzle for reducing the flow rate of the cooling water net can similarly be used.
- the frame 2 of mold 1 shown in the accompanying figures comprises a deflector 21 and a spacer 6 reported and fixed on the frame 22 of the frame by any suitable means could also be considered to achieve these different elements of a single holding material by molding and machining
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Moule de coulée semi-continue verticale comportant un dispositif de refroidissement. Vertical semi-continuous casting mold having a cooling device.
Domaine de l'invention Field of the invention
L'invention concerne le domaine de la fabrication de produits de fonderie, notamment d'aluminium, tels que des plaques de laminage et des billettes de filage en alliages d'aluminium par coulée semi-continue verticale. The invention relates to the field of the manufacture of foundry products, in particular aluminum, such as rolling plates and spinning billets of aluminum alloys by vertical semi-continuous casting.
Plus précisément, l'invention concerne un moule, ou lingotière, de coulée perfectionné comportant un dispositif de refroidissement direct par écoulement continu d'un film aqueux au contact de la coulée métallique, le dispositif de refroidissement étant agencé pour contrôler la distance d'impact à la coulée métallique, que ce soit en coulée conventionnelle ou électromagnétique. More specifically, the invention relates to an improved casting mold, or casting mold, comprising a device for direct cooling by continuous flow of an aqueous film in contact with the metal casting, the cooling device being arranged to control the impact distance. to metal casting, whether in conventional or electromagnetic casting.
Dans le cadre de la présente demande, on utilisera indifféremment les termes « moule » ou « lingotière » qui sont bien connus comme équivalents par l'homme du métier dans le domaine technique de l'invention. In the context of the present application, the terms "mold" or "ingot mold", which are well known to the skilled person in the technical field of the invention, will be used interchangeably.
Etat de la technique State of the art
Dans le domaine de la fabrication de produits de fonderie tels que des plaques de laminage et des billettes de filage obtenus par coulée dans un moule, ou lingotière, on connaît depuis longtemps, comme présenté par exemple dans le brevet français FR 1 424 793 le refroidissement par diffusion d'un filet ou film d'eau à débit sensiblement constant en sortie de moule de la coulée métallique de manière à obtenir une trempe progressive et continue de l'alliage métallique en cours de solidification. In the field of the manufacture of foundry products such as rolling plates and spinning billets obtained by casting in a mold, or mold, it has been known for a long time, as shown for example in French patent FR 1 424 793 cooling by diffusion of a substantially constant flow or film of water at the outlet of the mold of the metal casting so as to obtain a gradual and continuous quenching of the metal alloy during solidification.
Un tel refroidissement permet avantageusement de maîtriser et minimiser le phénomène de cambrure du métal solidifié, autorisant un laminage à chaud, ou filage, ultérieur sans sciage préalable du pied de coulée, et ce en réduisant les altérations structurelles du métal solidifié et sa fragilisation, ce qui en facilite la mise en forme ultérieure, notamment par filage. Such cooling advantageously makes it possible to control and minimize the phenomenon of cambering of the solidified metal, permitting hot rolling, or spinning, subsequent without prior sawing of the casting foot, and this by reducing the structural alterations of the solidified metal and its embrittlement. which facilitates subsequent shaping, especially by spinning.
Le moule ou lingotière présente classiquement une forme annulaire de section horizontale rectangulaire ou circulaire selon le type de produit coulé, respectivement des plaques ou des billettes par exemple. The mold or mold has conventionally an annular shape of rectangular or circular horizontal section according to the type of cast product, respectively plates or billets for example.
Lors des opérations de coulée, le moule est maintenu sur une table ouverte ou châssis et le métal ou alliage métallique en fusion est coulé dans ledit moule aux travers successivement de deux extrémités ouvertes, respectivement supérieure et inférieure, de celui-ci. En début de coulée l'extrémité inférieure est obturée par un fond mobile monté traditionnellement sur vérin et qui se déplace en descendant à vitesse constante déterminée au cours de la coulée, le métal en fusion étant déversé de manière continue au travers de l'extrémité supérieure du moule. During casting operations, the mold is held on an open table or frame and the metal or molten metal alloy is poured into said mold through successively two open ends, respectively upper and lower, thereof. At the start of casting, the lower end is closed off by a movable bottom mounted traditionally on a cylinder and which moves downwards at a constant speed determined during casting, the molten metal being discharged continuously through the upper end. of the mold.
Dès que le métal est versé au travers de l'extrémité supérieure du moule celui-ci est refroidi au contact d'un élément externe constitué par les parois internes du moule et/ou un film d'eau s'écoulant sous l'extrémité inférieure du moule. Le métal solidifié s'extrait alors par la partie inférieure du moule et la plaque ou billette est ainsi formée. As soon as the metal is poured through the upper end of the mold it is cooled in contact with an external element consisting of the inner walls of the mold and / or a film of water flowing under the lower end. of the mold. The solidified metal is then extracted by the lower part of the mold and the plate or billet is thus formed.
En coulée semi-continue, la difficulté réside dans la réussite du passage de la vitesse nulle du début de formation du produit à la vitesse de régime permanent. Ce passage se traduit par une déformation du pied de plaque, connue de l'homme du métier sous le nom de cambrure. Si elle est trop prononcée, ce qui se produit lorsque le pied est refroidi trop violemment, la cambrure peut engendrer ce que l'homme du métier appelle des « pissures », qui peuvent parfois dégénérer en « pendaison », c'est-à-dire un coincement de la plaque dans son moule. La cambrure associée à un régime de refroidissement inadapté peut aboutir, de façon moins catastrophique, à la cassure du pied ou à des fentes dans le pied. Ces cassures ou fentes sont tout à fait nuisibles car elles peuvent se propager en régime permanent conduisant de ce fait au rebut du produit, sinon et pour le moins, elles empêchent le laminage à chaud de la plaque sans sciage du pied pour restaurer l'intégrité du produit. Enfin une cambrure qui n'entraîne aucun rebut de coulée se traduit toutefois par des variations de section du produit qui peuvent empêcher le laminage des produits sans sciage du pied. In semi-continuous casting, the difficulty lies in the success of the transition from the zero speed of the beginning of formation of the product to the speed of steady state. This passage is translated by a deformation of the plate foot, known to those skilled in the art under the name of camber. If it is too pronounced, which occurs when the foot is cooled too violently, the camber can cause what the skilled person calls "pissures", which can sometimes degenerate into "hanging", that is, say a jamming of the plate in its mold. The camber associated with an unsuitable cooling regime can lead, less catastrophically, to the breakage of the foot or cracks in the foot. These breaks or slits are quite harmful because they can propagate in steady state thus leading to scrapping of the product, otherwise, and at the very least, they prevent the hot rolling of the plate without sawing the foot to restore the integrity of the product. Finally, a camber that does not cause any casting scrap however results in product section variations that can prevent the rolling of products without sawing the foot.
Pour limiter la cambrure il est connu de l'homme du métier qu'il faut extraire moins de chaleur du produit pendant la phase de démarrage de la coulée qu'en régime permanent. To limit camber, it is known to those skilled in the art that it is necessary to extract less heat from the product during the starting phase of the casting than under steady state conditions.
II est en particulier nécessaire de réduire suffisamment le débit de refroidissement au démarrage pour obtenir un régime de caléfaction stable, qui extrait beaucoup moins de chaleur que le régime d'ebullition nucléée ou le régime de ruissellement. Par ailleurs il est connu que la vitesse de cambrure est une fonction croissante de la vitesse de démarrage, ce qui conduit à démarrer la coulée à une vitesse qui est généralement inférieure à la vitesse de coulée de régime permanent. In particular, it is necessary to sufficiently reduce the cooling rate at startup to obtain a stable heating regime, which extracts much less heat than the nucleate boiling regime or the runoff regime. Furthermore it is known that the camber speed is an increasing function of the starting speed, which leads to starting the casting at a speed which is generally lower than the steady state casting speed.
Les paramètres les plus importants sont de façon connue la vitesse de remplissage et la température de coulée, une faible extraction de chaleur au début de la phase de démarrage en utilisant une quantité d'eau suffisamment faible et d'efficacité thermique adaptée en relation avec sa qualité, le choix approprié de la vitesse de démarrage en regard du débit d'eau initial, enfin le choix, en fin de phase de démarrage, de la rampe de montée en vitesse de coulée et d'accroissement du débit d'eau de refroidissement qui permettent d'atteindre les paramètres de vitesse et de refroidissement adaptés au régime permanent de coulée en garantissant la bonne santé du pied et la minimisation de sa cambrure. The most important parameters are, in a known manner, the filling speed and the casting temperature, a small heat extraction at the beginning of the start-up phase, using a sufficiently small quantity of water and of a suitable thermal efficiency in relation to its quality, the appropriate choice of the starting speed with regard to the initial water flow, finally the choice, at the end of the start-up phase, of the ramp for increasing the casting speed and increasing the flow rate of cooling water which enable to reach the parameters of speed and cooling adapted to the steady state of casting by guaranteeing the good health of the foot and the minimization of its camber.
Ceci peut être obtenu avec des lingotières connues sous l'appellation de «Waterhole» (moules à trous) dont l'architecture intérieure et les diamètres de trous permettent d'atteindre de très faibles débits tout en garantissant une très bonne uniformité du débit le long du moule. This can be achieved with molds known as the "Waterhole" (hole molds) whose interior architecture and hole diameters allow to achieve very low flow rates while ensuring a very good uniformity of flow along of the mold.
La demande WO 2005/092540A1 et les brevets US 7,007,739 B2, US 5,518,063, US 5,582,230, et US 5,685,359, de « Wagstaff Inc. » divulguent des lingotières équipées d'un système d'arrosage séquentiel permettant d'obtenir le régime de caléfaction au démarrage, puis d'assurer dans un second un refroidissement suffisant en régime permanent par la procuration de différents jeux de trous d'arrosage. Application WO 2005 / 092540A1 and patents US Pat. No. 7,007,739 B2, US Pat. No. 5,518,063, US Pat. No. 5,582,230 and US Pat. No. 5,685,359 disclose molds equipped with a sequential watering system making it possible to obtain the heating regime at room temperature. start, then ensure in a second sufficient cooling in steady state by the proxy of different sets of watering holes.
Cette technologie n'est toutefois pas entièrement satisfaisante comme exposé dans la demande WO 20131004846 A1 , qui divulgue un dispositif de refroidissement pour lingotière de coulée semi continue à double-jets. This technology is however not entirely satisfactory as disclosed in the application WO 20131004846 A1, which discloses a cooling device for semi-continuous casting mold double-jets.
Un inconvénient additionnel des lingotières de type « waterhole » tel que précédemment présenté réside dans leur inadaptation à la coulée d'alliages dits durs, alors même que ceci constitue une demande forte de l'industrie actuellement. An additional disadvantage of "waterhole" molds as previously presented lies in their unsuitability for casting so-called hard alloys, even though this is a strong demand from the industry today.
En effet, les alliages dits durs présentent une forte sensibilité à la crique à chaud et des contraintes très élevées y apparaissent rapidement lors d'un refroidissement trop rapide qui risquent de fragiliser les pièces coulées. Il est impératif de limiter tous les gradients de température locaux qui peuvent se traduire par des contraintes internes localement très élevées. Il est de ce fait nécessaire de ne pas impacter trop tôt ou trop directement le métal liquide à sa sortie du moule pour ménager une phase initiale de refroidissement « naturel » de l'alliage nécessaire à la bonne caléfaction de celui-ci avant d'entamer la trempe par diffusion de jets ou film d'eau. Indeed, so-called hard alloys have a high sensitivity to hot crack and very high stresses appear quickly during too rapid cooling that may weaken the castings. It is imperative to limit all local temperature gradients that can result in locally high internal stresses. It is therefore necessary not to impact too early or too directly the liquid metal at its exit from the mold to provide an initial phase of "natural" cooling of the alloy necessary for the proper calefaction of it before starting the quenching by diffusion of jets or film of water.
Toutefois, la maîtrise d'une telle phase initiale de refroidissement s'avère particulièrement complexe dans le cadre de coulée dite « électromagnétique » ou « EMC » pour « electromagnetic casting » en anglais, dans lesquelles le métal liquide n'est pas initialement refroidi par contact sur la paroi interne du moule contrairement aux coulées conventionnelles. Des exemples de moules pour de telles coulées « EMC » sont présentés par exemple dans les documents US 4,351 ,384 et EP 0 227 596 A1 . However, the control of such an initial cooling phase proves particularly complex in the so-called "electromagnetic" or "EMC" casting for "electromagnetic casting" in which the liquid metal is not initially cooled by contact on the inner wall of the mold unlike conventional casting. Examples of molds for such "EMC" castings are shown for example in US 4,351, 384 and EP 0 227 596 A1.
Dans de telles coulées électromagnétiques les seuls vecteurs de refroidissement sont l'air environnant et l'eau projetée sur la coulée par écoulement sur un plan incliné agencé sur un déflecteur. L'unique solution pour maîtriser la trempe consiste dans ce cas à maîtriser de façon très précise la localisation du point d'impact de l'eau sur le métal liquide s'écoulant au travers du moule, notamment après la phase de coulée initiale lorsque le fond mobile s'éloigne du moule. In such electromagnetic flows the only cooling vectors are the surrounding air and the water projected on the flow casting on an inclined plane arranged on a deflector. The only solution to control quenching is in this case to control very precisely the location of the point of impact of water on the liquid metal flowing at through the mold, especially after the initial casting phase when the moving bottom moves away from the mold.
Les lingotières connues ne permettent pas de maîtriser de façon satisfaisante le positionnement du point d'impact de l'eau de refroidissement. En effet, les seuls paramètres permettant d'ajuster la position du point d'impact sont la longueur du déflecteur et le débit d'eau sur ce déflecteur. La longueur du déflecteur étant quasi-contrainte par le positionnement des inducteurs magnétiques des moules seul le débit d'eau reste un réel paramètre d'ajustement du point d'impact à la coulée. The known molds do not allow to control satisfactorily the positioning of the point of impact of the cooling water. Indeed, the only parameters for adjusting the position of the point of impact are the length of the deflector and the flow of water on the deflector. The length of the deflector being quasi-constrained by the positioning of the magnetic inductors of the molds only the flow of water remains a real parameter of adjustment of the point of impact to the casting.
Il est toutefois extrêmement délicat de jouer sur ce paramètre également dans la mesure où un débit trop faible d'eau engendre un phénomène de « perlage » de l'eau par effet de tension de surface à l'extrémité du déflecteur, donc une distribution d'eau non constante sur la coulée. De la même façon un débit trop fort implique un impact du flux d'eau sur la coulée avec non seulement un refroidissement trop rapide, mais également des projections et des déformations locales dans la croûte du lingot affectant l'état de surface de celui-ci. However, it is extremely difficult to play on this parameter also insofar as too low water flow causes a phenomenon of "beading" of the water by surface tension effect at the end of the baffle, so a distribution of water not constant on the casting. In the same way a too high flow rate implies an impact of the flow of water on the casting with not only a too rapid cooling, but also projections and local deformations in the crust of the ingot affecting the surface state of the latter. .
Pour pallier ce problème, des techniques de pulsation de l'eau et / ou de projection de C02 ont été proposées pour diminuer le refroidissement surtout dans la phase de démarrage de coulée. Ces techniques complexifient cependant sensiblement le procédé de coulée. To overcome this problem, techniques of water pulsation and / or CO2 projection have been proposed to reduce cooling especially in the casting start phase. These techniques, however, significantly complicate the casting process.
Objet de l'invention Object of the invention
L'invention a pour objet principal de procurer un moule de coulée semi-continue perfectionné, qui résolve au moins partiellement les inconvénients précités des moules ou lingotières connus de l'art antérieur. The main object of the invention is to provide an improved semi-continuous casting mold, which at least partially solves the aforementioned drawbacks of known molds or molds of the prior art.
Un but de l'invention est notamment de procurer un moule de coulée semi-continue qui permette une maîtrise du point d'impact du flux d'eau de refroidissement sur une coulée d'alliage métallique liquide en coulée semi-continue, notamment pour des coulées électromagnétiques. An object of the invention is in particular to provide a semi-continuous casting mold that allows control of the point of impact of the cooling water flow on a casting of liquid metal alloy in semi-continuous casting, in particular for electromagnetic flows.
A cet effet, la présente invention propose un moule de coulée semi-continue tel que défini à la revendication 1 et un procédé de refroidissement tel que défini à la revendication 14. For this purpose, the present invention provides a semi-continuous casting mold as defined in claim 1 and a cooling method as defined in claim 14.
Selon l'invention, le moule de coulée proposé comporte : According to the invention, the proposed casting mold comprises:
- un cadre délimitant une ouverture supérieure et une ouverture inférieure s'étendant respectivement dans deux plans parallèles, les dites ouvertures étant séparées l'une de l'autre par une paroi interne du cadre, - un dispositif de refroidissement d'un flux de métal liquide déversé au travers desdites ouvertures dans un sens de coulée depuis l'ouverture supérieure vers l'ouverture inférieure, le circuit de refroidissement comportant un réservoir d'eau et une buse de distribution en communication fluidique avec ledit réservoir et configurée pour diffuser un filet d'eau au contact du flux de métal liquide en aval de l'ouverture inférieure dans le sens de coulée. a frame delimiting an upper opening and a lower opening respectively extending in two parallel planes, said openings being separated from each other by an internal wall of the frame, a device for cooling a flow of liquid metal poured through said openings in a pouring direction from the upper opening to the lower opening, the cooling circuit comprising a water reservoir and a dispensing nozzle in communication fluidic with said reservoir and configured to diffuse a trickle of water in contact with the flow of liquid metal downstream of the lower opening in the casting direction.
Avantageusement, le dispositif de refroidissement comporte une chambre de distribution ménagée entre le réservoir d'eau et la buse de distribution, ladite chambre présentant un volume inférieur au volume du réservoir d'eau et communiquant par une entrée avec le réservoir d'eau et par une sortie avec la buse de distribution, ladite sortie étant dimensionnée de telle sorte que le débit d'eau au niveau de ladite sortie soit compris entre 0.3 L/cm/min et 1 .5 L/cm/min. Advantageously, the cooling device comprises a distribution chamber arranged between the water tank and the dispensing nozzle, said chamber having a volume less than the volume of the water tank and communicating by an inlet with the water tank and by an outlet with the dispensing nozzle, said outlet being dimensioned such that the flow rate of water at said outlet is between 0.3 L / cm / min and 1.5 L / cm / min.
Le moule de la présente invention permet avantageusement une réduction significative du débit d'eau de refroidissement au contact de la coulée de métal liquide par l'intermédiaire de la chambre de distribution qui permet de créer un réservoir tampon de volume réduit à partir duquel est diffusé de manière constante un filet d'eau de refroidissement à faible débit pour contrôler le point de contact de l'eau à la coulée afin de procéder à une trempe continue sans impact susceptible de générer des contraintes mécaniques néfastes dans la structure du métal lors de la trempe. On peut ainsi s'affranchir de toute diffusion pulsatile de l'eau de refroidissement ainsi que de multiples jets comme dans les techniques connues de l'art antérieur. The mold of the present invention advantageously allows a significant reduction of the flow of cooling water in contact with the liquid metal casting through the distribution chamber which allows to create a buffer tank of reduced volume from which is diffused a stream of low-flow cooling water is continuously controlled to control the point of contact of the water during casting in order to carry out a non-impact continuous quenching which can generate harmful mechanical stresses in the structure of the metal during the tempering. It is thus possible to overcome any pulsatile diffusion of the cooling water as well as multiple jets as in the known techniques of the prior art.
Dans une forme préférée de réalisation, le cadre comporte un déflecteur dont une première surface plane forme la paroi interne du cadre et une seconde surface forme une paroi d'écoulement du filet d'eau diffusé par la buse de distribution vers le flux de métal liquide en aval de l'ouverture inférieure, la seconde surface s'étendant dans un plan sécant du plan de la première surface et faisant face à la buse de distribution. In a preferred embodiment, the frame includes a baffle having a first planar surface forming the inner wall of the frame and a second surface forming a flow wall of the stream of water diffused by the dispensing nozzle to the flow of liquid metal. downstream of the lower opening, the second surface extending in a plane intersecting the plane of the first surface and facing the dispensing nozzle.
Avantageusement l'utilisation d'un déflecteur permet d'améliorer et guider l'écoulement de l'eau de refroidissement depuis la chambre de distribution vers un point d'impact déterminé à la coulée situé sensiblement en aval de l'extrémité inférieur du moule. Dans le cadre de coulée électromagnétique le déflecteur permet également de contrôler et guider le flux d'eau de refroidissement pour prévenir tout contact de celui-ci aux inducteurs magnétiques positionnés au niveau de l'extrémité inférieure du moule. Advantageously, the use of a deflector makes it possible to improve and guide the flow of the cooling water from the distribution chamber to a point of impact determined at the casting located substantially downstream of the lower end of the mold. In the electromagnetic casting frame, the deflector also makes it possible to control and guide the flow of cooling water to prevent any contact between it and the magnetic inductors positioned at the lower end of the mold.
Afin d'optimiser le guidage du filet d'eau vers un point d'impact suffisamment bas par rapport à la point du déflecteur malgré le débit faible d'écoulement une portion de la deuxième surface du déflecteur contre laquelle le filet d'eau est diffusé par la buse de distribution présente une mouillabilité inférieure au reste de ladite deuxième surface afin de procurer une accélération localisée de l'écoulement du filet d'eau au passage sur cette portion In order to optimize the guidance of the water thread to a point of impact sufficiently low relative to the point of the deflector despite the low flow rate a portion of the second surface of the deflector against which the trickle of water is diffused by the dispensing nozzle has a wettability lower than the rest of said second surface in order to provide a localized acceleration of the flow of the trickling water over this portion
Dans une forme de réalisation, le cadre comporte un coffre à l'intérieur duquel est aménagé le dispositif de refroidissement. In one embodiment, the frame comprises a box inside which is arranged the cooling device.
Dans une forme de réalisation, une extrémité inférieure du déflecteur est formée à une intersection des première et deuxième surfaces du déflecteur, lesdites première et deuxième surfaces délimitant entre elles à l'extrémité inférieure un angle a, ledit angle a étant compris de préférence entre 5° et 45°, de préférence encore entre 10° et 20°. In one embodiment, a lower end of the baffle is formed at an intersection of the first and second surfaces of the baffle, said first and second surfaces delimiting at their lower end an angle α, said angle a being preferably between ° and 45 °, more preferably between 10 ° and 20 °.
Dans une forme de réalisation, le déflecteur est fixé solidairement sur le coffre de telle sorte que la première surface du déflecteur soit verticale et la deuxième surface du déflecteur soit inclinée par rapport à la 1 ère et présente un écartement (d) croissant avec le coffre depuis la buse de distribution vers l'extrémité inférieure du déflecteur. In one embodiment, the deflector is fixed integrally on the trunk so that the first surface of the deflector is vertical and the second surface of the deflector is inclined relative to the first and has a spacing (d) increasing with the trunk from the dispensing nozzle to the lower end of the baffle.
Avantageusement, la longueur de la portion de mouillabilité inférieure du déflecteur est d'au plus 30 mm. Advantageously, the length of the lower wettability portion of the deflector is at most 30 mm.
Dans une forme de réalisation, la portion de la deuxième surface de mouillabilité supérieure s'étend jusqu'à l'extrémité inférieure du déflecteur et sa longueur et de préférence d'au plus 6 mm. In one embodiment, the portion of the second upper wettability surface extends to the lower end of the baffle and its length and preferably not more than 6 mm.
Dans une forme de réalisation, ladite portion de mouillabilité supérieure comporte un matériau distinct du reste de la deuxième surface. In one embodiment, said upper wettability portion comprises a material distinct from the remainder of the second surface.
Dans une forme de réalisation, ladite portion de mouillabilité supérieure comporte un insert en polytétrafluoroéthylène (PTFE). In one embodiment, said upper wettability portion includes a polytetrafluoroethylene (PTFE) insert.
Dans une forme de réalisation, il comporte une entretoise logée entre le déflecteur et le coffre et fixée sur ce dernier, ladite entretoise étant agencée pour former ladite chambre de distribution entre le coffre et le déflecteur. In one embodiment, it comprises a spacer housed between the baffle and the trunk and fixed thereto, said spacer being arranged to form said distribution chamber between the trunk and the deflector.
Dans une forme de réalisation, la sortie de la chambre de distribution forme la buse de distribution. In one embodiment, the outlet of the dispensing chamber forms the dispensing nozzle.
Dans une forme de réalisation, la buse de distribution est formée par un interstice ménagé entre l'entretoise et la deuxième surface du déflecteur, ledit interstice présentant avantageusement une longueur d'au plus 6 mm, et de préférence une longueur comprise entre 1 mm et 2 mm. In one embodiment, the dispensing nozzle is formed by a gap formed between the spacer and the second surface of the deflector, said gap preferably having a length of at most 6 mm, and preferably a length of between 1 mm and 2 mm.
Dans une forme alternative de réalisation, notamment pour la réalisation d'un moule de coulée conventionnelle, la buse de distribution peut être formée par un orifice traversant formé dans l'entretoise ou est logée dans un tel orifice. Descriptifs des figures In an alternative form of embodiment, in particular for producing a conventional casting mold, the dispensing nozzle may be formed by a through orifice formed in the spacer or is housed in such an orifice. Description of the figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles : The invention will be better understood on reading the detailed description of an exemplary embodiment given with reference to the appended figures among which:
- la figure 1 représente schématiquement un procédé de coulée semi-continue d'un lingot d'alliage d'aluminium ; - Figure 1 shows schematically a method of semi-continuous casting of an aluminum alloy ingot;
- la figure 2 représente une vue en coupe d'un moule conforme à la présente invention ; - Figure 2 shows a sectional view of a mold according to the present invention;
- la figure 3 représentent vue en coupe longitudinale d'un déflecteur du moule de la figure 2 et le positionnement relatif, lors d'une coulée de type EMC, par rapport à la coulée dudit déflecteur et du point d'impact d'un flux d'eau de refroidissement distribué le long du déflecteur sur la coulée ; FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a deflector of the mold of FIG. 2 and the relative positioning, during a casting of the EMC type, with respect to the casting of said deflector and the point of impact of a flow. cooling water distributed along the baffle on the casting;
- la figure 4 représente un détail de la pointe du déflecteur du moule de la figure 2 représentant la géométrie particulière de l'extrémité inférieure dudit déflecteur comportant un insert de polytétrafluoroethylène. FIG. 4 represents a detail of the tip of the mold deflector of FIG. 2 showing the particular geometry of the lower end of said deflector comprising a polytetrafluoroethylene insert.
Description d'un mode de réalisation Description of an embodiment
L'invention se rapporte à un moule de coulée semi-continue de barres d'alliage métallique, et plus particulièrement d'alliages d'aluminium. Bien que non exclusivement réservé à ce type de coulées, le moule de la présente invention va être décrit ci-après en référence aux figures annexées pour une application dans le cadre de procédés de coulée de type électromagnétique, communément connue sous le nom de coulée « EMC » pour « Electro Magnetic Casting » en anglais. The invention relates to a semi-continuous casting mold of metal alloy bars, and more particularly of aluminum alloys. Although not exclusively reserved for this type of casting, the mold of the present invention will be described hereinafter with reference to the appended figures for an application in the context of electromagnetic type casting processes, commonly known as castings. EMC "for" Electro Magnetic Casting "in English.
Suivant un tel procédé de coulée, l'alliage d'aluminium à l'état liquide est déversé dans le moule est refroidi sans contact sur la paroi interne du moule contrairement aux coulées conventionnelles, mais uniquement par caléfaction de métal au contact d'un flux de liquide de refroidissement distribué par le moule à débit sensiblement constant, le métal liquide étant repoussé et guidé par induction au moyen d'inducteurs intégrés en partie basse du moule et protégés par un écran déflecteur. According to such a casting process, the aluminum alloy in the liquid state is poured into the mold is cooled without contact on the inner wall of the mold unlike conventional castings, but only by heating metal in contact with a stream coolant dispensed by the substantially constant flow rate mold, the liquid metal being repelled and guided by induction by means of inductors integrated in the lower part of the mold and protected by a deflector shield.
La figure 1 représente schématiquement le principe générique d'une coulée semi- continue conventionnelle ou EMC d'une barre d'un alliage d'aluminium. Figure 1 schematically shows the generic principle of a conventional semi-continuous casting or EMC of a bar of an aluminum alloy.
L'alliage à l'état liquide est déversé, conformément à la flèche F1 , directement dans un moule 1 , également communément appelé lingotière. Le moule 1 comporte un cadre 2 délimitant une ouverture supérieure 2a et une ouverture inférieure 2b s'étendant dans deux plans parallèles P1 , P2 respectivement et un fond 2m porté sur un vérin non représenté afin d'être mobile au travers desdites ouvertures 2a, 2b et suivant une direction rectiligne descendante représentée par la flèche F2 en deçà du cadre 2 au fur et à mesure de la coulée et de la formation de la barre d'aluminium B. The alloy in the liquid state is discharged, according to the arrow F1, directly into a mold 1, also commonly called ingot mold. The mold 1 comprises a frame 2 delimiting an upper opening 2a and a lower opening 2b extending in two parallel planes P1, P2 respectively and a bottom 2m carried on a jack not shown to be movable through said openings 2a, 2b. and in a straight direction descending represented by the arrow F2 below the frame 2 as and when the casting and the formation of the aluminum bar B.
Pour débuter la coulée, le fond 2m est positionné au niveau de l'extrémité inférieure 2b dans le plan P2. On déverse doucement un flux de métal liquide au travers des ouvertures 2a, 2b et sur le fond 2m de manière à former un pied de coulée solide. Les conditions particulières et paramètres de coulée pour réaliser ce pieds de coulée sont bien connues et maîtrisés par l'homme du métier est ne seront pas décrites ici car non pertinentes avec l'objet de l'invention. To start the casting, the bottom 2m is positioned at the lower end 2b in the P2 plane. A flow of liquid metal is gently poured through the openings 2a, 2b and on the bottom 2m so as to form a solid casting foot. The particular conditions and casting parameters to achieve this casting are well known and mastered by those skilled in the art will not be described here because irrelevant with the object of the invention.
Dès le pied de coulée formée, le fond 2m du moule 1 est descendu suivant la flèche F2 en retrait du moule, à vitesse croissante dans un premier temps puis à vitesse constante de manière à obtenir une barre métallique B d'aluminium de dimensions et propriétés physiques homogènes, ladite barre résultant du refroidissement et de la solidification du métal liquide déversé en continu au travers des ouvertures 2a, 2b du cadre 2 du moule. Ce refroidissement est procuré d'une part par contact sur la paroi interne 21 du moule et d'autre part au contact d'un filet de liquide de refroidissement distribué au niveau de l'ouverture inférieure 2b du moule pour une coulée conventionnelle ou, dans le cadre d'une coulée électromagnétique EMC, uniquement par contact avec un filet continu de liquide de refroidissement distribué au niveau de l'ouverture inférieure 2b du cadre du moule. From the casting foot formed, the bottom 2m of the mold 1 is lowered along the arrow F2 set back from the mold, at increasing speed in a first step and then at a constant speed so as to obtain an aluminum metal bar B of dimensions and properties homogeneous physical, said bar resulting from the cooling and solidification of the liquid metal continuously discharged through the openings 2a, 2b of the frame 2 of the mold. This cooling is provided on the one hand by contact on the inner wall 21 of the mold and on the other hand in contact with a stream of cooling liquid distributed at the lower opening 2b of the mold for a conventional casting or, in the frame of an electromagnetic casting EMC, only by contact with a continuous stream of coolant distributed at the lower opening 2b of the mold frame.
La présente invention propose un moule de coulée semi-continue 1 permettant un refroidissement amélioré par diffusion d'un flux de liquide de refroidissement à bas débit au contact du métal liquide lors de la coulée, que ce soit dans le cadre d'une coulée conventionnelle ou d'une coulée électromagnétique EMC. The present invention provides a semi-continuous casting mold 1 for improved cooling by diffusion of a low-flow coolant flow in contact with the liquid metal during casting, whether in the context of a conventional casting or EMC electromagnetic casting.
Un exemple particulier de réalisation du moule 1 de l'invention est représenté sur les figures 2 à 4. A particular embodiment of the mold 1 of the invention is shown in FIGS. 2 to 4.
La figure 2 représente une section verticale d'une moule 1 selon l'invention adapté pour la mise en œuvre d'une coulée électromagnétique EMC. Ce moule 1 comporte en cadre 2 comportant un coffre 22 à l'intérieur duquel est aménagé un dispositif de refroidissement 3 comportant un réservoir d'eau de refroidissement 31 en communication fluidique avec une buse de distribution 32 par l'intermédiaire d'un conduit de distribution 33 percé dans une paroi interne du coffre 22. Un inducteur magnétique I est fixé sur une paroi interne du coffre 22 sensiblement au niveau de l'ouverture inférieure 2b du cadre 2 ou légèrement au-dessus de celle-ci. FIG. 2 represents a vertical section of a mold 1 according to the invention adapted for the implementation of electromagnetic casting EMC. This mold 1 comprises a frame 2 comprising a box 22 inside which is arranged a cooling device 3 comprising a cooling water tank 31 in fluid communication with a dispensing nozzle 32 via a conduit of distribution 33 pierced in an inner wall of the trunk 22. A magnetic inductor I is fixed on an inner wall of the trunk 22 substantially at the lower opening 2b of the frame 2 or slightly above it.
Le cadre 2 comporte également un déflecteur 21 fixé solidement sur le coffre 2 en regard du conduit de distribution 33. Le déflecteur 21 comporte une première surface plane 21 1 formant une paroi verticale interne du cadre 2 et une seconde surface plane 212. Le déflecteur 21 s'étend sensiblement jusqu'au centre de l'inducteur. Le dimensionnement et positionnement du déflecteur 21 en regard de l'inducteur I dans un moule de coulée semi- continue de type électromagnétique EMC sont parfaitement connus de l'homme du métier dans ce domaine et ne seront pas précisés plus en détail ici. The frame 2 also comprises a deflector 21 fixed firmly on the trunk 2 facing the distribution duct 33. The deflector 21 comprises a first flat surface 21 1 forming an inner vertical wall of the frame 2 and a second flat surface 212. The deflector 21 extends substantially to the center of the inductor. Sizing and positioning the deflector 21 facing the inductor I in a semi-continuous casting mold electromagnetic type EMC are well known to those skilled in this field and will not be specified in more detail here.
Comme cela ressort plus particulièrement de la figure 3, la seconde surface 212 du déflecteur 21 constitue une paroi d'écoulement d'un filet 4 d'eau de refroidissement diffusé par la buse de distribution 32 vers un flux F de métal liquide à refroidir par contact direct du filet 4 sur le flux F de métal en fusion en un point de contact C situé en aval de l'ouverture inférieure 2b du cadre 2 du moule 1 . As is more particularly apparent from FIG. 3, the second surface 212 of the baffle 21 constitutes a flow wall of a stream 4 of cooling water diffused by the distribution nozzle 32 towards a stream F of liquid metal to be cooled by direct contact of the net 4 on the flux F of molten metal at a contact point C located downstream of the lower opening 2b of the frame 2 of the mold 1.
A cet effet, la seconde surface 212 du déflecteur 21 fait face à la buse de distribution 32 et s'étend dans un plan sécant du plan vertical de la première surface 21 1 , l'angle a formé entre les deux surfaces 21 1 , 212 étant compris, comme représenté sur la figure 4 entre 5° et 45°, et préférentiellement entre 10° et 20°. For this purpose, the second surface 212 of the deflector 21 faces the dispensing nozzle 32 and extends in a plane intersecting the vertical plane of the first surface 21 1, the angle formed between the two surfaces 21 1, 212 being understood as shown in FIG. 4 between 5 ° and 45 °, and preferably between 10 ° and 20 °.
De plus, la surface 212 du déflecteur 21 comporte avantageusement une portion s1 , de préférence une portion d'extrémité de la surface 212 à l'opposé de la buse de distribution 32, présentant une mouillabilité inférieure au reste s2 de la surface 212. En d'autres termes, la portion de surface s1 est plus hydrophobe que le reste s2 de la surface 212. Ainsi, lorsque l'eau de refroidissement passant sur cette portion s1 tend à perler et glisser plus rapidement que sur le reste s2 de la surface 212 en amont de cette portion s1 depuis la buse de distribution 32. De préférence, la portion s1 présente une longueur λ maximale de l'ordre de 30 mm, et de préférence encore de l'ordre de 5 à 10 mm. In addition, the surface 212 of the deflector 21 advantageously comprises a portion s1, preferably an end portion of the surface 212 opposite the dispensing nozzle 32, having a lower wettability than the remainder s2 of the surface 212. In in other words, the surface portion s1 is more hydrophobic than the remainder s2 of the surface 212. Thus, when the cooling water passing over this portion s1 tends to bead and slide faster than on the remainder s2 of the surface 212 upstream of this portion s1 from the dispensing nozzle 32. Preferably, the portion s1 has a maximum length λ of the order of 30 mm, and more preferably of the order of 5 to 10 mm.
L'accélération localisée de l'eau de refroidissement au contact de la portion s1 en extrémité de déflecteur 21 permet d'assurer que celle-ci s'écoule bien suivant la direction de la surface 212 vers le flux de métal liquide F à refroidir en réduisant la tension superficielle à l'extrémité du déflecteur 21 , et ce sans augmenter le débit d'écoulement en sortie de buse de distribution 32. On maîtrise ainsi, en particulier dans le cadre de coulées électromagnétiques, le positionnement du point d'impact du filet d'eau d'écoulement dans l'axe de la surface d'écoulement 212 du déflecteur 21 . The localized acceleration of the cooling water in contact with the portion s1 at the end of the baffle 21 makes it possible to ensure that the latter flows well in the direction of the surface 212 towards the flow of liquid metal F to be cooled down. reducing the surface tension at the end of the deflector 21, without increasing the flow rate at the outlet of the distribution nozzle 32. Thus, particularly in the context of electromagnetic flows, the positioning of the point of impact of the stream of flow water in the axis of the flow surface 212 of the deflector 21.
La portion s1 de mouillabilité inférieure peut être ménagée dans la surface 212 par traitement de surface localisé dans la masse du déflecteur 21 , par revêtement de surface pour rendre la portion s1 plus hydrophobe que le reste s2 de la surface 212, ou encore comme dans l'exemple représenté par intégration d'un insert 213 de matière appropriée, notamment de polytétrafluoroéthylène (PFTE), également connu sous le nom commercial Teflon ®. L'insertion d'un insert 213 nécessite de préférence l'usinage d'un retrait ou épaulement adapté pour recevoir l'insert 213. De façon avantageuse, ledit retrait peut être usiné de sorte à procurer une inclinaison finale de la surface 212 au niveau de la surface s1 plus prononcée que l'inclinaison du reste s2 de la surface 212 du déflecteur, ce afin d'augmenter encore l'effet d'accélération localisée de l'eau au passage sur la portion s1 . En pratique on peut prévoir que l'insert 213 présente une inclinaison sensiblement supérieure de quelques degrés que la surface 212, toujours cependant dans une plage angulaire comprise entre 10 et 20°; ainsi si la surface 212 présente par exemple un angle a de 18° par rapport à la surface verticale plane 21 1 , l'insert 213 formant la portion s1 pourra présenter un angle Δ de l'ordre de 16° par rapport à la même surface 21 1 . The portion s1 of lower wettability may be formed in the surface 212 by surface treatment located in the mass of the deflector 21, by surface coating to make the portion s1 more hydrophobic than the remainder s2 of the surface 212, or as in example represented by integration of an insert 213 of suitable material, especially polytetrafluoroethylene (PFTE), also known under the trade name Teflon®. The insertion of an insert 213 preferably requires the machining of a shrinkage or shoulder adapted to receive the insert 213. Advantageously, said shrinkage can be machined so as to provide a final inclination of the surface 212 at the the surface s1 more pronounced than the inclination of the remainder s2 of the surface 212 of the deflector, in order to further increase the localized acceleration effect of the water passing over the portion s1. In practical it can be provided that the insert 213 has an inclination substantially greater by a few degrees than the surface 212, still however in an angular range of between 10 and 20 °; thus if the surface 212 has for example an angle α of 18 ° with respect to the vertical plane surface 21 1, the insert 213 forming the portion s1 may have an angle Δ of the order of 16 ° with respect to the same surface 21 1.
Conformément à l'invention, le dispositif de refroidissement 3 comporte une chambre de distribution 5 ménagée entre le réservoir d'eau 31 et la buse de distribution 32. Cette chambre de distribution 5 présente un volume v inférieur au volume V du réservoir d'eau 31 et elle communique par une entrée 5e, formée par le conduit 33, avec le réservoir d'eau 31 . Les valeurs particulières des volumes v, V de la chambre de distribution 5 et du réservoir 31 ainsi que leur proportion relative ne joue pas de rôle déterminant et peuvent être librement choisis par l'homme du métier. Une sortie 5s de la chambre de distribution 5 constitue avantageusement la buse de distribution 32. According to the invention, the cooling device 3 comprises a distribution chamber 5 formed between the water tank 31 and the distribution nozzle 32. This distribution chamber 5 has a volume v less than the volume V of the water tank 31 and it communicates through an inlet 5e, formed by the conduit 33, with the water tank 31. The particular values of the volumes v, V of the distribution chamber 5 and the tank 31 as well as their relative proportion does not play a decisive role and can be freely chosen by those skilled in the art. An outlet 5s of the distribution chamber 5 advantageously constitutes the distribution nozzle 32.
La chambre de distribution 5 est avantageusement ménagée entre le coffre 22 et le déflecteur 21 par l'intermédiaire d'une entretoise 6 fixée sur un épaulement 24 formé dans une paroi externe du coffre 22 située en regard de la paroi 212 du déflecteur 21 . Cette entretoise 6 présente une forme analogue à celle du déflecteur 21 et comporte un plan incliné 61 faisant face à la paroi 212 du déflecteur 21 . Ce plan incliné 61 est de façon avantageuse orienté suivant un angle γ compris entre 0° et 90°, et de préférence compris entre 0° et 40°. Les inclinaisons respectives du plan incliné 61 de l'entretoise 6 et de la paroi 212 du déflecteur 21 sont ainsi avantageusement différentes de telle sorte que la chambre de distribution présente une section décroissante depuis son entrée 5e vers la sortie 5s de manière à générer une surpression au niveau de la sortie 5s qui forme la buse de distribution 32, qui résulte d'un interstice d'une longueur inférieure au diamètre du conduit 33 constituant l'entrée 5e de la chambre 5. Cette interstice formant la buse de distribution 32 est avantageusement d'une longueur inférieure à 6 mm, et de préférence d'une longueur comprise entre 1 et 2 mm entre une extrémité inférieure du plan incliné 61 et la paroi 212. The distribution chamber 5 is advantageously formed between the box 22 and the baffle 21 by means of a spacer 6 fixed on a shoulder 24 formed in an outer wall of the box 22 facing the wall 212 of the baffle 21. This spacer 6 has a shape similar to that of the deflector 21 and comprises an inclined plane 61 facing the wall 212 of the deflector 21. This inclined plane 61 is advantageously oriented at an angle γ between 0 ° and 90 °, and preferably between 0 ° and 40 °. The respective inclinations of the inclined plane 61 of the spacer 6 and the wall 212 of the deflector 21 are thus advantageously different so that the distribution chamber has a decreasing section from its inlet 5e to the outlet 5s so as to generate an overpressure at the outlet 5s which forms the dispensing nozzle 32, which results from a gap of a length less than the diameter of the duct 33 constituting the inlet 5 e of the chamber 5. This gap forming the dispensing nozzle 32 is advantageously of a length of less than 6 mm, and preferably of a length of between 1 and 2 mm between a lower end of the inclined plane 61 and the wall 212.
La chambre de distribution 5 et sa configuration particulière décrite ci-dessus et représentée à la figure 2 constitue ainsi une chambre tampon auto-pressurisée permettant la diffusion au contact de la paroi 212 d'un filet 4 d'eau de refroidissement avec un débit d'eau Qs au niveau de la sortie 5s de la chambre de distribution 5 avantageusement compris entre 0.3 L/cm/min et 1 .5 L/cm/min. Dans la phase de démarrage de la coulée, on veillera à maintenir le débit de sortie Qs entre 0.3 L/cm/min et 0.6 L/cm/min de préférence. The distribution chamber 5 and its particular configuration described above and represented in FIG. 2 thus constitutes a self-pressurized buffer chamber enabling the diffusion in contact with the wall 212 of a net 4 of cooling water with a flow rate of water Qs at the outlet 5s of the distribution chamber 5 advantageously between 0.3 L / cm / min and 1 .5 L / cm / min. In the starting phase of the casting, care should be taken to maintain the output flow Qs between 0.3 L / cm / min and 0.6 L / cm / min preferably.
La diffusion d'un filet 4 d'eau de refroidissement à faible débit procure l'avantage de permettre un écoulement de l'eau essentiellement par gravité le long de la paroi 212 en direction de la coulée métallique F dans le moule 2 pour refroidir ladite coulée et réaliser une trempe contrôlée sans impact mécanique de l'eau au contact de la coulée ni choc thermique au sein du métal trempé. The diffusion of a stream 4 of low-flow cooling water has the advantage of allowing a flow of water essentially by gravity along the wall 212 in the direction of the metal casting F in the mold 2 to cool said casting and realize a controlled quenching without mechanical impact of the water in contact with the casting or thermal shock within the quenched metal.
De plus, cet écoulement contrôlé à débit réduit de l'eau permet, notamment en coopération avec une portion de surface s1 de mouillabilité inférieure localisée à l'extrémité de la surface 212, de maîtriser le positionnement du point d'impact C (figure 3) de l'eau à la coulée en aval de l'extrémité du déflecteur 21 à une distance X du plan P1 et de l'ouverture supérieure 2a du cadre 2 comprise entre 100 et 200 mm, de préférence entre 1 10 et 160 mm en fonction du dimensionnement dudit cadre 2, la distance Y de la coulée F à la surface interne 21 1 du déflecteur 21 étant comprise entre 0 et 10 mm selon que l'on soit en coulée conventionnelle ou électromagnétique. In addition, this flow controlled flow reduced water allows, in particular in cooperation with a portion of surface s1 of lower wettability located at the end of the surface 212, to control the positioning of the point of impact C (Figure 3 ) water to the casting downstream of the end of the deflector 21 at a distance X from the plane P1 and the upper opening 2a of the frame 2 between 100 and 200 mm, preferably between 1 and 160 mm in according to the dimensioning of said frame 2, the distance Y of the casting F to the inner surface 21 1 of the deflector 21 is between 0 and 10 mm depending on whether one is in conventional casting or electromagnetic.
On obtient ainsi grâce au moule de la présente invention un meilleur refroidissement et une meilleure trempe du flux de métal liquide F procurant ainsi des barres B de meilleure qualité et nécessitant moins de traitements ou reprises en vue de leur mise en forme et exploitation ultérieures. Thus, thanks to the mold of the present invention, better cooling and quenching of the liquid metal stream F is obtained, thereby providing better quality B bars and requiring less processing or resumption for their subsequent shaping and operation.
La présente invention a été décrite en référence à un exemple de réalisation particulier d'un moule 1 adapté pour la réalisation de coulées électromagnétiques de type EMC. Toutefois les principes et caractéristiques particulières de l'invention et notamment la procuration d'une chambre de distribution 5 entre le réservoir 3 et la buse de distribution pour réduire le débit d'écoulement du filet d'eau de refroidissement peuvent de manière analogue s'appliquer à la réalisation de moules de coulée conventionnelle, par exemple un moule tel que le moule 1 de la figure 2 dépourvu d'inducteur 1 . The present invention has been described with reference to a particular embodiment of a mold 1 adapted for producing EMC-type electromagnetic flows. However, the principles and particular features of the invention and in particular the provision of a distribution chamber 5 between the tank 3 and the dispensing nozzle for reducing the flow rate of the cooling water net can similarly be used. apply to the production of conventional casting molds, for example a mold such as the mold 1 of Figure 2 without inductor 1.
Par ailleurs, bien que le cadre 2 de moule 1 représenté sur les figures annexées comporte un déflecteur 21 et une entretoise 6 rapportés et fixés sur le coffre 22 du cadre par tous moyens appropriés on pourrait également envisager de réaliser ces différents éléments d'un seul tenant de matière par moulage et usinage Furthermore, although the frame 2 of mold 1 shown in the accompanying figures comprises a deflector 21 and a spacer 6 reported and fixed on the frame 22 of the frame by any suitable means could also be considered to achieve these different elements of a single holding material by molding and machining
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16169884.0 | 2016-05-17 | ||
| EP16169884 | 2016-05-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017198500A1 true WO2017198500A1 (en) | 2017-11-23 |
Family
ID=56116204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2017/061077 Ceased WO2017198500A1 (en) | 2016-05-17 | 2017-05-09 | Vertical semi-continuous casting mould comprising a cooling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2017198500A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1424793A (en) | 1965-02-16 | 1966-01-14 | Aluminium Lab Ltd | Continuous casting of metal ingots |
| US4351384A (en) | 1979-09-24 | 1982-09-28 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Coolant control in EM casting |
| EP0227596A1 (en) | 1985-12-09 | 1987-07-01 | Alusuisse-Lonza Services Ag | Process and device for controlling the cooling rate of a continuous billet |
| US5518063A (en) | 1994-02-25 | 1996-05-21 | Wagstaff, Inc. | Direct cooled metal casting apparatus |
| WO2005092540A1 (en) | 2004-02-28 | 2005-10-06 | Wagstaff, Inc. | Direct chilled metal casting system |
| WO2013004846A1 (en) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Toyota Motor Europe Nv/Sa | Artificial memory system and method for use with a computational machine for interacting with dynamic behaviours |
-
2017
- 2017-05-09 WO PCT/EP2017/061077 patent/WO2017198500A1/en not_active Ceased
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1424793A (en) | 1965-02-16 | 1966-01-14 | Aluminium Lab Ltd | Continuous casting of metal ingots |
| US4351384A (en) | 1979-09-24 | 1982-09-28 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Coolant control in EM casting |
| EP0227596A1 (en) | 1985-12-09 | 1987-07-01 | Alusuisse-Lonza Services Ag | Process and device for controlling the cooling rate of a continuous billet |
| US5518063A (en) | 1994-02-25 | 1996-05-21 | Wagstaff, Inc. | Direct cooled metal casting apparatus |
| US5582230A (en) | 1994-02-25 | 1996-12-10 | Wagstaff, Inc. | Direct cooled metal casting process and apparatus |
| US5685359A (en) | 1994-02-25 | 1997-11-11 | Wagstaff, Inc. | Direct cooled annular mold |
| WO2005092540A1 (en) | 2004-02-28 | 2005-10-06 | Wagstaff, Inc. | Direct chilled metal casting system |
| US7007739B2 (en) | 2004-02-28 | 2006-03-07 | Wagstaff, Inc. | Direct chilled metal casting system |
| WO2013004846A1 (en) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Toyota Motor Europe Nv/Sa | Artificial memory system and method for use with a computational machine for interacting with dynamic behaviours |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0771600B1 (en) | Immersion discharge nozzle with bottom orifices for the introduction of molten metal in a mould for continuous casting of metallic products | |
| FR2537897A1 (en) | CONTINUOUS CASTING OF METAL | |
| WO1992013662A1 (en) | Method and machine for moulding an alloy ingot with fine dendritic structure | |
| CA2861064C (en) | Double-jet cooling device for semicontinuous vertical casting mould | |
| EP0092477B1 (en) | Process and apparatus for casting hollow steel ingots | |
| WO2017198500A1 (en) | Vertical semi-continuous casting mould comprising a cooling device | |
| EP0743114B1 (en) | Process for the lubrication of the walls of a continuous casting mould for metals and mould for carrying out the process | |
| EP0242347A2 (en) | Apparatus for metal slurry casting | |
| FR2607738A3 (en) | Device for supplying continuous-cast ingot moulds with molten metal | |
| EP1712314A1 (en) | Continuous casting process of metallic profiles | |
| JP2019532820A (en) | Method for multiple casting of metal strands | |
| FR2747061A1 (en) | BI-MATERIAL LINGOTIERE FOR CONTINUOUS CASTING IN VERTICAL METAL LOAD | |
| CA2251007C (en) | Facility and method for the continuous casting of metals and its installation | |
| EP1351786B1 (en) | Nozzle equipped with a bar for introducing molten metal into an ingot mould for continuous metal casting | |
| FR2704786A3 (en) | Method for continuous batch casting of metals, particularly steel, and ingot mould for implementing it | |
| EP0393005A2 (en) | A method and device for cooling a continuously cast metal product | |
| JP7421388B2 (en) | Casting equipment and casting method | |
| WO2024126841A1 (en) | Coreless molding manufacturing method for hollow metal parts | |
| BE1015358A3 (en) | Continuous pouring procedure for molten metal uses feeder of refractory material and double meniscus | |
| WO2025022055A1 (en) | Vertical semi-continuous casting device and method for manufacturing aluminium alloys | |
| JP6551161B2 (en) | Pouring nozzle for twin roll casting apparatus, twin roll casting apparatus, and cast piece casting method | |
| EP0527717B1 (en) | Method and device for continuous casting a molten metal | |
| FR2525131A1 (en) | Casting large hollow steel ingots - using gas cooled metal core | |
| LU87722A1 (en) | PROCESS AND PLANT FOR CONTINUOUS CASTING OF METAL | |
| BE518790A (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17721736 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17721736 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |