EP0010041B1

EP0010041B1 - Procédé de coulée continue des métaux avec brassage dans la zone du refroidissement secondaire

Info

Publication number: EP0010041B1
Application number: EP79400695A
Authority: EP
Inventors: Robert Alberny; Jacques Ruer; Jean-Pierre Birat; Roger Ventavoli
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1979-10-01
Publication date: 1982-12-01
Also published as: EP0010041A1; DE2964155D1; ATE1884T1; FR2437900B1; FR2437900A1

Description

La présente invention a trait à la coulée continue des métaux en fusion, notamment de l'acier. Elle se rapporte plus précisément aux opérations de brassage du métal liquide, en cours de solidification dans l'étage du refroidissement secondaire de la machine de coulée, afin d'améliorer la qualité métallurgique du produit obtenu. L'invention concerne en particulier la coulée de produits de section allongée, par exemple les brames.
On sait que la coulée continue des métaux consiste essentiellement. à verser de façon régulière et ininterrompue le métal en fusion dans un récipient sans fond énergiquement refroidi, appelé lingotière, à la base duquel on retire, de façon également continue, une barre à l'aide de moyens de guidage et d'extraction appropriés. La solidification progressive du produit depuis sa périphérie, s'effectue initialement en lingotière et se poursuit en-dessous de celle-ci, généralement sous l'effet de jets d'eau de refroidissement, jusqu'à solidification complète. La zone de refroidissement située en aval de la lingotière est habituellement dénommée: "étage de refroidissement secondaire".
Au cours de la coulée, la partie intérieure liquide du produit se présente donc sensiblement sous la forme d'un cône dont la base correspond à la surface libre du métal en lingotière et dont le sommet se situe à la sortie de l'étage de refroidissement secondaire. On a coutume de désigner ce cône par l'expression "puits liquide" ou "puits de solidification", et la distance séparant la base du sommet par "hauteur métallurgique".
On sait que la coulée continue avec brassage du métal liquide en cours de solidification présente, par rapport à la coulée continue classique, l'avantage d'améliorer la qualité métallurgique des produits obtenus, puisqu'elle influe favorablement sur la propreté inclusion- naire et/ou sur la structure de solidification. A cet égard, il a été constaté que la mise en mouvement du métal liquide favorise la formation et la développement de la zone centrale de solidification de type "équiaxe" au détriment de la zone périphérique de solidification dendritique, dite de type "basaltique". Les résultats métallurgiques obtenus se caractérisent notamment par une réduction de la porosité centrale du produit et une diminution des macro- ségrégations en éléments d'alliage.
Il est connu de mener les opérations de brassage en entraînant le métal liquide soit en rotation autour de l'axe de coulée, soit en translation, le choix du type d'entraînement dépendant de l'endroit sur la hauteur métallurgique où l'on souhaite brasser (lingotière ou étage de refroidissement secondaire) ainsi que du format du produit coulé.
Ainsi, le brassage dans l'étage de refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue de produits à format allongé, tels que les brames, peut-il s'effecteur en entraînant le métal liquide dans un mouvement de translation horizontal, c'est-à-dire dirigé perpendiculairement à l'axe de coulée et se propageant d'une petite face du produit à l'autre. (Brevet français n° 2.068.803, brevet anglais n° 1.405.312, brevet allemand n° 2.401.145). Ce brassage peut également consister en un entraînement vertical du métal en fusion étendu sur toute la largeur du produit coulé (Brevet allemand n° 2.720.391) ou sur son périmètre (Brevets français n° 2.085.261 et n° 2.104.863).
Face à une telle situation, le demandeur s'est posé la question de savoir si l'amélioration de qualité métallurgique, consécutive à une proportion accrue de structure de solidification équiaxe, était due au brassage en tant que tel, auquel cas on peut estimer que ce moyen est utilisé au mieux de ses capacités, ou si cette amélioration dépendait quantitativement du type d'entraînement du métal, c'est-à-dire des caractéristiques directionnelles des mouvements de convection forcée que l'on crée au sein de la masse en fusion, ou de son extension à la plus grande partie du produit.
L'étude et l'expérience ont permis au demandeur de répondre à ces questions et ainsi de réaliser la présente invention dont le but, par rapport aux procédés connus, est d'améliorer encore la qualité métallurgique des produits obtenus grâce à une action plus efficace du brassage sur leur structure de solidification.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée continue verticale ou courbe des métaux en fusion, notamment de l'acier, pour l'obtention de produits de section droite allongée, tels que des brames, procédé selon lequel, au moyen d'inducteurs, on soumet le métal en fusion en cours de solidification dans l'étage du refroidissement secondaire de la machine de coulée à une action de brassage électromagnétique s'exerçant au moins au voisinage du fond du puits de solidification, et on effectue de brassage électromagnétique en entraînant le métal en fusion dans une direction ayant au moins une composante selon l'axe de coulée, procédé caractérisé en ce que on localise l'action d'entraînement électromagnétique du métal le long d'au moins une grande face du produit coulé, dans une zone dont la largeur ne représente qu'une portion de celle de ladite face.
Comme on le comprend, la présente invention consiste donc, dans ses caractéristiques essentielles, à favoriser les échanges verticaux de matière en fusion, donc de stimuler une remontée du métal liquide depuis le bas du puits de solidification, de façon plus efficace que par les procédés précédemment évoqués. Ces derniers, en réalisant un entraînement horizontal du métal liquide parallèle aux grandes faces, favorisant certes un échange de matière entre les régions localisées à un même niveau respectivement au voisinage de l'une et de l'autre des petites faces mais ne sont guère appropriés à permettre un échange entre des régions superposées. En effet, comme l'indique le brevet français n° 2.068.803 déjà cité, la carte des vitesses des mouvements dans un plan parallèle aux grandes faces du produit laisse apparaitre un couloir horizontal d'entraînement moteur, c'est-à-dire soumis directement à l'action du champ magnétique et qui, de ce fait, peut être qualifié de "zone motrice" ou "zone de circulation" par opposition aux deux régions plus diffuses de recirculation qui s'établissent nécéssairement pour assurer le retour du métal, de part et d'autre du couloir central, selon une forme rappelant celle d'ailes de papillon. Une telle configuration, si elle procure un brassage de la masse liquide localisée respectivement dans l'une et l'autre des régions précitées, n'est guère appropriée à assurer un brassage de ces deux régions entre elles, donc en particulier la remontée du métal de la région la plus basse à la région supérieure, puisqu'il faudrait pour cela imposer au métal un changement brutal de recirculation à la sortie de couloir central.
D'autre part, par rapport aux procédés utilisant un brassage vertical connu, l'invention permet de localiser exactement où on le désire, l'action des champs électromagnétiques et donc d'obtenir le résultat souhaité.
A première vue, il peut paraître suprenant que le simple fait de favoriser la remontée du métal depuis la région du fond du puit de solidification suffise a promouvoir la formation d'une large zone de structure de solidification équiaxe au sein du produit obtenu par coulée continue.
La longue expérience du demandeur ainsi que ses études récentes sur les mécanismes de solidification des produits de coulée continue lui ont permis de dégager les conclusions qui suivent:

Une première observation est que plus tôt commence la solidification équiaxe, plus importante est sa proportion dans le produit brut de coulée. Autrement dit, dans le cas de la coulée continue, cette proportion sera d'autant plus substantielle que la naissance "équiaxe" a lieu plus haut sur la hauteur métallurgique.

La seconde observation est que l'initiation et le développement d'une structure de solidification de type équiaxe est favorisée, d'une part par une faible surchauffe du bain métallique, d'autre part par la présence au sein de la masse en fusion de germes de solidification. Ces germes peuvent être notamment de petits cristaux qui se forment dans le bain ou qui proviennent plus généralement de têtes de dendrites cassées par les mouvements de convection de l'acier liquide contre le front de solidification. Or il est connu que le fond du puits de solidification est une région particulièrement riche en petits cristaux "équiaxes", soit qu'ils se forment en cet endroit car les conditions y sont plus favorables qu'ailleurs, soit qu'ils y descendent par gravité.
L'idée à la base de la présente invention consiste donc à aller chercher ces petits cristaux accumulés au fond du puits, et disponibles en grande quantité et à les transporter à des niveaux plus élevés de la hauteur métallurgique où l'on. souhaite voir s'interrompre une croissance basaltique au profit d'une structure équiaxe.
On comprend donc que l'invention est fondamentalement une opération d'ensemencement des régions du puits liquide les plus défavorisées, par des petits cristaux équiaxes en provenance de régions plus riches situées au fond du puits.
Il est apparu au demandeur que l'un des moyens les mieux adaptés pour effectuer le transport des cristaux était le métal liquide lui-même pour peu qu'on lui confère, comme l'enseigne la présente invention des mouvements de convection appropriés.
Il doit donc être bien compris que le métal liquide n'a pas tant ici un rôle par lui-même mais plutôt en_' tant que véhicule de ramassage et de transport des germes de solidification. Accessoirement, il est vrai, ce mouvement de masse liquide entre le bas du puits de solidification et des régions plus élevées permet de mélanger un métal chaud avec un métal plus froid donc d'homogénéiser la température, ce qui a notamment pour effet de réduire la surchauffe des régions supérieures, donc, de faciliter la croissance des germes de solidification qui y sont apportés.
Différents moyens pour entraîner le métal liquide dans le puits de solidification ont déjà été envisagés, au moins dans la littérature, parmi lesquels les moyens de nature électromagnétique semblent désormais devoir s'imposer dans la pratique.
On rappelle pour mémoire que le brassage électromagnétique dont il est question ici consiste à soumettre le produit coulé à l'action d'un champ magnétique mobile, qui donne naissance dans le métal liquide à des mouvements de convection dirigés et orientés dans le sens de propagation du champ.
Il apparait ainsi que, si le brassage du métal est un moyen efficace de contrôle de la structure de solidification du produit coulé, le champ magnétique mobile constitue pour ',a part un outil privilégié de mise en oeuvre puisqu'il permet le contrôle du brassage lui-même, en conférant à l'utilisateur la commande de l'entraînement du métal, donc la maîtrise des mouvements de convection qu'il souhaite y développer.
Dans la domaine de la coulée continue de produits à section droite de forme allongée, tels que des brames d'acier, des techniques assez récentes pour entraîner le métal liquide dans un mouvement de translation horizontal parallèle au plan des grandes faces consistent à soumettre le produit à l'action d'un champ magnétique glissant dont les caractéristiques directionnelles sont en tout point identiques à celles de l'entraînement direct du métal liquide que l'on veut provoquer. Un tel champ est généralement créé par un inducteur statique polyphasé, de conception similaire à celle d'un stator de moteur linéaire à induction et disposé soit derrière les rouleaux servant au guidage et à l'extraction de la brame, soit dans l'espace disponible entre deux rouleaux consécutifs (Brevet français n° 2.185.468) soit en substitution d'un ou plusieurs rouleaux (Brevet français n° 2.068.803 déjà cité) soit encore à l'intérieur même d'un ou plusieurs rouleaux, rendus tubulaires à cette fin (Brevet anglais n° 1.405.312 déjà cité).
Ce sont des dispositifs de ce type, dont on trouvera une description détaillée de leur structure dans les documents précités, qui peuvent être utilisés avec profit pour la mise en oeuvre de la présente invention.
Toutefois, leur application doit bien entendu être adaptée en fonction de l'entraînement du métal liquide que l'on cherche à réaliser, conformément aux caractéristiques de la présente invention.
Cette dernière sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:

- les figures 1, 4, 7 et 8 montrent, en coupe longitudinale parallèle aux grandes faces, respectivement quatre variantes possibles du mode de brassage conforme à l'invention dans la région du fond du puits de solidification d'une brame coulée en continu,
-les figures 2 et 3 montrent chacune, vue de face, une variante de réalisation d'un inducteur pour obtenir le mode de brassage illustré sur la figure 1,
- les figures 5 et 6 montrent, chacune, vu de face, une variante de réalisation d'un inducteur pour obtenir le mode de brassage illustré sur la figure 4,
- les figures 9 et 10 montrent, chacune, vu de face, une variante de réalisation d'un inducteur pour obtenir le mode de brassage illustré sur la figure 8,
- la figure 11 montre une réalisation de l'inducteur équivalente à celle de la figure 10,
- la figure 12 est une représentation graphique commode des trois phases, R, S, T d'une alimentation électrigue triphasée ainsi que de leurs inverses R, S, T.

Toutes les figures sont des schémas dépouillés au maximum de manière à faire mieux ressortir l'essentiel utile à la bonne compréhension des moyens de l'invention.
Sur toutes les figures montrant la brame en cours de solidification, on a désigné par 1 le métal coulé déjà solidifié, 2 le puits liquide en cours de solidification, 3 le front de solidification sans distinguer celui relatif aux grandes faces de la brame de celui relatif aux petites faces, 4 le fond du puits de solidification, et en 5 l'axe de coulée qui se confond d'ailleurs avec l'axe de la brame.
Sur les figures illustrant un mode de brassage, les boucles de circulation du métal liquide sont représentées par des lignes fléchées en trait discontinu de faible épaisseur. On a distingué dans ces boucles, la zone motrice, référencée X6 de la ou des zones de recirculation, référencées X7, X8 ... selon leur nombre, où X désigne le numéro de la figure qui les représente.
Lorsque plusieurs figures représentent les mêmes boucles, X désigne le numéro de la figure qui les montre pour la première fois.
Le même principe de notation a été adopté pour les autres éléments représentés.
Les figures indiquent le sens du déplacement du champ magnétique glissant par des droites fléchées en traits continus de faible épaisseur, désignés par la notation V_B (vecteur Vitesse du champ d'induction magnétique B).
Il doit être compris que le puits de métal liquide se trouve représenté sur les figures à titre d'illustration sans qu'il puisse être présumé quantitativement des rapports réels existants entre la hauteur métallurgique et les dimensions transversales du produit coulé.
Il est à noter que, dans le cas des formats à section allongée tels que les brames, le fond du puits de solidification se présente sous la forme d'une vallée étroite et profonde orientée paral- lélément au plan des grandes faces et dont les versants sont constitués par les fronts de solidification relatifs à ces grandes faces. La fermeture du puits, c'est-à-dire la fin de la solidification intervient alors par rapprochement progressif des deux versants, sans contribution sensible des fronts de solidification des petites faces, contrairement aux formats moins dissymétriques, tels que les ronds ou les carrés, dans lesquels la solidification complète résulte d'une progression équivalente et simultanée de toute la périphérie.
Conformément à l'invention, les échanges de matières entre le fond du puits 2 et les régions plus élevées, sont favorisées par une configuration des mouvements du métal présentant une zone motrice sur une grande face du produit qui soit, non pas uniformement étendue sur la largeur du puits, mais limitée à une portion déterminée de celle-ci.
Une configuration de ce type est illustrée sur la figure 1. La carte des vitesses montre une zone motrice verticale 16 localisée au milieu d'une grande face, suivie de deux zones de recirculation 17 et 18 le long du front de solidification de chacune des petites faces, ces deux zones étant disposées symétriquement de part et d'autre de la zone centrale d'entraînement direct. Il se crée ainsi des mouvements circulatoires se bouclant dans des plans parallèles aux grandes faces.
L'organisation de mouvements plans étant d'autant plus aisée que la surface disponible est plus importante, on comprend que, compte tenu du format du produit coulé, ce mode de brassage, dont les boucles de circulation occupent la demi-largeur du puits, est plus avantageux que les modes de brassage antérieurement connus dont les boucles se referment selon l'épaisseur du puits liquide.
La zone motrice verticale 16, remontante dans le cas de la figure, peut être obtenue au moyen d'un champ magnétique glissant verticalement et dont l'action demeure localisée dans la région centrale du puits.
Un tel champ magnétique peut être créé par des inducteurs statiques polyphasés de type connu dont deux exemples sont donnés ici en référence aux deux figures suivantes:

un inducteur monobloc 21 (figure 2) placé derrière les rouleaux de soutien (non représentés pour ne pas surcharger le schéma) ou un ensemble inductif 31 (figure 3) constitué par l'association fonctionnelle de plusieurs inducteurs unitaires identiques 32 structurellement indépendants les uns des autres, et placés chacun à l'intérieur des rouleaux de soutien tubulaires 33.

On rappelle que l'inducteur monobloc 21 (figure 2) présente une structure similaire à celle d'un stator de moteur linéaire à induction. Il est constitué par une culasse plane 22 en tôles feuilletées présentant, sur sa face tournée vers le produit coulé, des encoches parallèles entre elles et perpendiculaires au plan des tôles. Ces encoches sont occupées par des conducteurs électriques 23, généralement des barres de cuivre. L'inducteur est disposé, conformément à l'invention, en regard de l'une des grandes faces de la brame et de manière que les barres conductrices 23 soient perpendiculaires à l'axe de coulée 5. Comme le montre la figure, ces barres sont reliées entre elles par paires en série de sorte que la courant électrique y circule dans des sens opposés. Chaque barre est distante de sa partenaire d'un nombre d'encoches égal au nombre de phases de l'alimentation électrique de manière à constituer globalement un enroulement de type imbriqué bien connu.
Ces barres sont reliées, de façon également connue, par l'intermédiaire d'une boîte de connexion 20, à une alimentation électrique polyphasée, par exemple triphasée, représentée symboliquement, en 24, sur les figures, par les trois phases R, S, T et le neutre N, de mainère à générer un champ magnétique glissant verticalement le long de l'axe 5.
L'une des caractéristiques de cet inducteur est, comme le montre clairement la figure 2, que la longueur des barres 23 est réduite de mainère à limiter son action de brassage électromagnétique du métal fondu à la zone centrale du puits liquide 2.
De ce fait, le mode de brassage illustré sur la figure 1 est obtenu par une propagation Va du champ orientée de bas en haut. Ce sens de propagation est réalisé grâce au mode de connexion de l'inducteur 21 à l'alimentation électrique 24 tel qu'il est schematiquement montré sur la figure 2. De plus, on a porté sur chaque barre 23 la lettre R, S ou T représentative de la phase à laquelle elle est reliée, et éventuellement surmontée d'un trait R, S et T indiquant le sens relatif du courant électrique qui la traverse. Ainsi les barres marquées R et R constituent une paire montée en série, reliée, à la phase R de l'alimentation et sont respectivement parcourues par le même courant circulant en sens opposés, par exemple de gauche à droite pour la barre R et de droite à gauche pour la barre R.
Il est à noter que le mode de circulation du métal liquide illustré sur la figure 1 est réversible, ce qui peut être obtenu simplement en inversant le sens de glissement du champ magnétique, par inversion de deux phases de l'alimentation électrique.
A cet égard, la figure 12, représentant schématiquement sur un cercle les trois phases R, S, T de l'alimentation électrique décalées les unes des autres de 120°, ainsi que leurs "inverses". R, S, T, par des vecteurs tournants, constitue un moyen commode pour retrouver rapidement, à partir d'un mode de connexion donné de l'inducteur, le sens de glissement du champ magnétique qu'il créé. Il suffit pour cela de se souvenir que le champ progresse comme le maximum de tension sur chaque phase, à savoir dans le sens R→S→TR ... c'est-à-dire, comme le montre la fléche de la figure, dans le sens contraire du sens trigonométrique.
Il est clair que le mode de brassage du métal de la figure 1 peut être encore obtenu en plaçant l'inducteur 21 en regard de l'autre grande face de la brame. De même, on peut intensifier l'action d'entraînement du métal en plaçant un inducteur en regard de chacune des grandes faces.
En se reportant à présent à la figure 3, on voit que le dispositif à induction 31 est cette fois constitué par l'association de plusieurs unités inductrices identiques 32, par exemple au nombre de six et placées chacune à l'intérieur d'un rouleau de soutien tubulaire 33.
La technologie de chaque unité inductrice est connue et décrite en détail dans le brevet anglais n° 1.405.312 déjà cité. On rappelle qu'elle est constituée de bobines élémentaires 34 disposées côte à côte, le" unes à la suite des autres, autour d'un axe commun horizontal, de manière à couvrir la totalité de la largeur de la brame.
Dans la pratique habituelle, le montage des bobines ainsi que leur connexion à une alimentation électrique polyphasée sont réalisés de manière à créer un champ magnétique glissant horizontalement selon les génératrices du rouleau en se propageant d'une bobine à la suivante. Ici, il s'agit de créer un champ magnétique glissant, non plus horizontalement, mais verticalement d'une unité inductrice à la suivante, et dont l'action se manifeste sélectivement sur une portion seulement de la largeur du puits liquide 2.
Une première réalisation, illustrée sur la figure 3, consiste:

- à brancher chaque unité inductrice 32 à une phase déterminée de l'alimentation électrique 24,
- à réaliser les connexions internes des bobines 34 de manière que le courant électrique circule dans des sens opposés dans deux bobines immédiatement voisines appartenant à une même unité inductrice ainsi que dans deux bobines de même rang, appartenant chacune respectivement à des unités inductrices 32 distinctes et immédiatement voisines,
- et à n'activer, sur chaque unité 32, que les bobines localisées en regard de la région centrale du puits 2, c'est-à-dire ges grandes faces du produit coulé.

Il est à noter que les bobines appartenant à une même unité inductrice peuvent être montées en parallèle ou en série.
Par ailleurs, l'inversion du sens du courant électrique entre deux bobines peut être réalisée par inversion, soit du sens d'enroulement des bobinages, soit du sens de connexion.
Ainsi, si on respecte le montage des bobines et le mode de connexion de l'inducteur tels que le montre la figure 3, on crée un champ magnétique glissant verticalement de bas en haut, parallèlement à l'axe de coulée 5, et qui se propage d'une bobine donnée sur une unité inductrice à son homologue de même rang sur l'unité inductrice suivante, et ainsi de suite.
On construit ainsi un système analogue à une pluralité d'inducteurs à champ glissant (trois dans l'exemple considéré), constitués chacun par une succession verticale de bobines, et disposés côte à côte parallélement à l'axe de coulée 5 et couvrant une partie de la largeur de puits de solidification 2.
Il est rappelé que les unités inductrices 32 reliées à une même phase de l'alimentation électrique 24 peuvent indifféremment être montées en série, comme le montre la figure, ou en parallèle.
Une autre variante de réalisation de mouvements plans parallèles au plan des grandes faces consiste, comme le montre la figure 4, à créer cette fois deux zones motrices verticales localisées chacune en regard des fronts de solidification des petites faces du produit. Lorsque ces deux zones motrices sont orientées en sens inverses, il s'établit un régime circulatoire simple et relativement bien organisé autour d'un axe perperdiculaire aux grandes faces et passant par l'axe médian 5. Cependant, comme le montre la figure 7, les mouvements se compliquent si l'on rapproche les zones motrices (76 et 76') de l'axe 5, car il se crée alors des zones de recirculation 77 et 77' confinées dans les régions étroites situées entre une zone motrice et le front de solidification de la petite face la plus voisine.
Bien entendu, le sens de l'entraînement est reversible. En pratique, il est même conseillé de l'inverser périodiquement afin d'égaliser les possibilités d'ensemencement entre les fronts des petites faces.
Un tel mode d'entraînement peut être obtenu, ainsi qu'on le voit sur les deux figures suivantes 5 et 6, ou moyen de champs magnétiques glissant verticalement, produits par des inducteurs disposés en regard d'au moins une grande face de la brame et placés latéralement de part et d'autre de l'axe de coulée. Ces inducteurs peuvent être du type "monobloc" (figure 5 réf. 51 et 51') donc disposés derrière les rouleaux de soutien, et de conception tout à fait analogue à l'inducteur vu précédemment en référence à la figure 2, mais connectés à l'alimentation 24 de manière à créer deux champs magnétiques glissant verticalement dans des sens opposés.
Ces inducteurs peuvent également être constitués par les unités inductrices 32 précédemment décrites, auquel cas, comme le montre la figure 6, ne seront activées que quelques bobines 34 par unité 32, décalées vers les extrémités de la grande face, en regard du front de solidification des petites faces de la brame.
Bien entendu, si l'on recherche la configuration du mouvement illustrée sur la figure 7, le décalage des bobines à activer sera limité par exemple aux deux zones intermédiaires suituées à mi-distance entre les fronts de solidification des petites faces et le milieu des grandes faces.
Conformément à l'invention, une autre configuration des mouvements de circulation du métal liquide, apte à assurer le transport des cristaux entre le fond du puits liquide et les régions plus élevées, consiste à créer comme le montre la figure 8, une zone motrice 86 parallèle aux grandes faces du produit, dirigée obliquement et orientée du bas vers le haut. Il se forme ainsi de part et d'autre de la zone motrice 86, une zone de recirculation inférieure 87 et une zone de recirculation supérieure 88. De cette façon, les cristaux en provenance de la région inférieure 87 pénétrent par l'extrémité basse de la zone d'entraînement direct 86 et en ressortent par l'extrémité haute, en empruntant le chemin le plus facile, c'est-à-dire en s'engageant dans la région supérieure 88. Ainsi les cristaux parcourent un trajet un forme de "S" en passant de la demi-boucle inférieure à la demi-boucle supérieure opposée sans avoir à opérer un changement brutal de direction.
Cette solution est inspirée par les considérations précédemment exposées relatives à l'importance de la surface offerte pour assurer la recirculation du métal.
Il est clair que plus la zone motrice 86 se rapproche de l'horizontale, plus la surface disponible à la recirculation du métal est grande puisqu'elle peut s'étendre verticalement sans être limitée par les fronts de solidification.
A cet égard, l'orientation souhaitable pour la zone motrice serait l'orientation horizontale, comme cela se pratique habituellement. Cependant, cette inclinaison croissante défavorise corrélativement les possibilités d'échanges de matières entre le fond du puits et les niveaux plus élevés et va donc à l'encontre du résultat recherché. Il existe ainsi un compromis entre la facilité avec laquelle s'organisent les mouvements du métal liquide et la facilité avec laquelle ces mouvements assurent la remontée des matières. Les travaux du demandeur ont révélé que ce compromis se caractérise par un entraînement du métal parallèlement aux grandes faces et dont la direction de propagation présente un angle non nul avec l'horizontale, et de préférence compris entre 30 et 60° environ. Par ailleurs, il est clair que, pour assurer l'efficacité des échanges, le sens d'entraînement du métal ne peut plus être reversible, comme dans les modes de brassage précédents, mais nécessairement orienté de bas en haut. Par contre, bien entendu, le système demeure symétrique par rapport à l'axe de coulée 5 en ce qui concerne la direction de l'entraînement.
Cet entraînement oblique du métal peut être obtenu par au moins deux manières distinctes d'opérer:

1 °) au moyen d'un champ magnétique glissant lui-même obliquement dans la direction souhaitée,
2°) au moyen de deux champs mobiles distincts se propageant dans deux directions différentes mais déterminées de manière que leur résultante soit oblique car le métal liquide, sous l'effet de leurs actions conjuguées, se comporte comme s'il était soumis à un champ unique glissant selon cette résultante.

La première variante est réalisée, conformément à la figure 9, au moyen de l'inducteur monobloc 21, déjà vu en référence à la figure 2, mais présentant cette fois une orientation inclinée par rapport à l'axe de coulée 5. L'avantage de cette variante réside essentiellement dans le fait que l'inducteur étant indépendant des organes constitutifs de la machine de coulée, on est libre de lui donner l'inclinaison souhaitée;
La seconde variante est réalisée, comme le montre la figure 10, au moyen d'unités inductrices 32 logées dans les rouleaux de soutien 33. Ici, chaque unité 32 présente un autonomie fonctionnelle et crée un champ magnétique glissant horizontalement (Àlt), le long des génératrices des rouleaux. Pour ce faire, chaque unité 32 n'est plus, comme dans les cas précédents, connectée à une phase unique de l'alimentation électrique 24, mais aux trois phases simultanément et la cablage interne des bobines élémentaires 34, ainsi que les sens d'enroulements, sont réalisés selon la schéma de la pratique habituelle.
Le système selon l'invention se caractérise cependant par le fait que les unités inductrices présentent entre elles un décalage de phase, de façon qu'une succession de bobines de même rang, prises à la suite l'une de l'autre sur des unités différentes, constitue, comme dans le cas des figures 3 et 6, un inducteur à champ magnétique glissant verticalement de bas en haut
L'effet combiné du champ à déplacement horizontal
avec le champ à déplacement vertical remontant
s'identifie avec l'effet d'un champ unique se ropageant obliquement selon leur résultante
Bien entendu, comme le montre la figure 11 suivante, le sens d'orientation du champ à déplacement horizontal est réversible. Cette réversibilité, opérée périodiquement en cours de coulée, est d'ailleurs conseillée car elle permet de remédier à la dissymétrie du mode de brassage en égalisant les apports de matières en provenance du fond du puits sur les fronts de solidification des petites faces de la brame.
C'est là un avantage appréciable de cette variante par rapport à celle représentée sur la figure 9.
La présente invention ne saurait bien entendu se limiter aux exemples décrits. Ainsi, ce qui a été dit à propos des inducteurs placés dans les rouleaux de maintien est également applicable au cas où l'on dispose les inducteurs entre les rouleaux ou à la place de certains rouleaux.
Par ailleurs, la position réelle de l'inducteur sur la hauteur métallurgique n'est pas limitée à celle visible sur les figures. L'utilisateur pourra agir sur cette position pour que les mouvements provoqués parviennent bien jusqu'au voisinage immédiat du fond du puits de solidification.
Pour un inducteur donné, la mise en mouvement du métal liquide au fond du puits dépend non seulement de la position en hauteur de l'inducteur mais également de sa puissance, autrement dit de l'intensité de son action électromagnétique sur le métal.
Il va de soi que plus cette action est faible, plus l'inducteur doit être placé bas sur la machine de coulée. Corrélativement, les régions supérieures, alimentées en métal liquide chargé en cristaux équiaxes en provenance de fond, se situeront à des niveaux plus bas et la proportion de structure de solidification équiaxe dans le produit coulé sera d'autant réduite.
Si l'on souhaite une proportion "équiaxe" accrue, il faut pouvoir ensemencer en cristaux des régions de niveaux plus élevés, donc remonter l'inducteur vers le haut de la machine de coulée et, par conséquent, augmenter sa puissance de brassage.

Claims

1) Procédé de coulée continue verticale ou courbe des métaux en fusion, notamment de l'acier, pour l'obtention de produits (1) à section droite allongée, tels que des brames, procédé selon lequel au moyen d'inducteurs, on soumet le métal en fusion en cours de solidification dans l'étage du refroidissement secondaire de la machine de coulée à une action de brassage électromagnétique s'exerçant au moins au voisinage du fond (4) du puits de solidification (2), et on effectue ce brassage électromagnétique en entraînant le métal en fusion dans une direction ayant au moins une composante selon l'axe de coulée (5), procédé caractérisé en ce que on localise l'action d'entraînement électromagnétique du métal le long d'au moins une grande face du produit coulé, dans une zone dont la largeur ne représente qu'une portion de celle de ladite face.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on localise l'action d'entraînement électromagnétique du métal dans la zone médiane (16) des grandes faces du produit coulé.

3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on localise l'action d'entraînement électromagnétique du métal dans des zones (46, 46') situées au voisinage des bords latéraux des grandes faces du produit coulé.

4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on localise l'action d'entraînement électromagnétique du métal dans des zones (76, 76') situées entre l'axe médian longitudinal et les boids latéraux des grandes faces du produit coulé.

5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action d'entraînement électromagnétique du métal s'effectue selon une direction parallèle aux grandes faces du produit coulé et faisant avec l'axe de coulée (5) un angle compris entre 30 et 60° environ.

6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'action d'entraînement électromagnétique du métal est obtenue au moyen d'un champ magnétique glissant créé par au moins un inducteur polyphasé monobloc (21 ou 51, 51').

7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'action d'entraînement électromagnétique du métal est obtenue au moyen d'un champ magnétique glissant créé par au moins un inducteur statique polyphasé (31) composé d'un succession selon l'axe de coulée, d'unités inductrices (32) de forme allongée s'étendant sur toute la largeur des grandes faces du produit coulé et constituées chacune par une juxtaposition de bobines élémentaires coaxiales (34), et en ce que l'on excite électriquement seulement les bobines situées en des endroits de la grande face du produit correspondant à la zone, ou aux zones, dans lesquelles l'on veut localiser l'action d'entraînement électromagnétique du métal.

8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on dispose les unités inductrices (32) à l'intérieur des rouleaux de soutien (33) de l'étage de refroidissement secondaire de la machine de coulée.