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EP0743114B2 - Procédé de lubrification des parois d'une lingotière de coulée continue des métaux et lingotière pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procédé de lubrification des parois d'une lingotière de coulée continue des métaux et lingotière pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Publication number
EP0743114B2
EP0743114B2 EP96400896A EP96400896A EP0743114B2 EP 0743114 B2 EP0743114 B2 EP 0743114B2 EP 96400896 A EP96400896 A EP 96400896A EP 96400896 A EP96400896 A EP 96400896A EP 0743114 B2 EP0743114 B2 EP 0743114B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
lubricant
tubular
mould
metal element
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96400896A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0743114A1 (fr
EP0743114B1 (fr
Inventor
Eric Perrin
Pierre Courbe
Jacques Spiquel
Paul Naveau
Jean-Marc Jolivet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Forges et Acieries de Dilling SA
Sollac SA
Ugitech SA
Sogepass
Ascometal France Holding SAS
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Forges et Acieries de Dilling SA
Ascometal SA
Sollac SA
Ugine Savoie Imphy SA
Sogepass
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=9479031&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0743114(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL, Forges et Acieries de Dilling SA, Ascometal SA, Sollac SA, Ugine Savoie Imphy SA, Sogepass, Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC filed Critical Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Publication of EP0743114A1 publication Critical patent/EP0743114A1/fr
Publication of EP0743114B1 publication Critical patent/EP0743114B1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0743114B2 publication Critical patent/EP0743114B2/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B22D11/07—Lubricating the moulds

Definitions

  • the invention relates to the field of continuous casting of metals, and more specifically, it relates to the method of lubricating the molds of so-called "continuous casting under load” installations, in which it is sought to move the surface of the liquid metal in the mold. of the zone where the solidification of the cast product begins.
  • the document FR-A-2,704,786 describes the state of the art according to the preambles of claims 1 and 3.
  • the conventional continuous casting operation of the steel schematically consists in continuously pouring the molten metal into a bottomless vertical tubular oscillating mold, the metal walls (copper or copper alloy) vigorously cooled by internal circulation of water, and to extract, also continuously, a product (slab, bloom or billet according to the dimensions of the mold) already solidified externally on a few centimeters thick.
  • the solidification of this product is completed in the lower stages of the machine, where the product is initially, at the outlet of the mold, forcibly cooled by spraying water, then naturally cooled. It is then cut to the desired length.
  • the oscillation of the mold has the function of preventing the solidified skin of the product from sticking locally on the wall of the mold, which would tear the skin causing a "breakthrough", that is to say the flow of liquid metal by this tear.
  • the consequence of such an incident would be the need to immediately stop the casting, and the risk of causing serious damage to the machine.
  • a known remedy for this problem consists in moving the surface of the liquid metal in the mold to the level where the solidification of the product begins.
  • a uncooled tubular element called “riser”
  • the latter is made of a heat-insulating material such as an aluminous refractory
  • the solidification of the skin of the product does not normally start on its walls, and starts only at the level of the metal element. Fluctuations in the level of the liquid metal surface thus no longer affect the area where the solidification begins. This is done very regularly and leads to a quality of surface and subcutaneous products significantly improved compared to conventional continuous casting facilities. Such facilities are usually referred to as "continuous casting".
  • the immersed nozzle which brings the liquid metal into the ingot mold, has its open end held inside the riser.
  • the metal that it contains is therefore a buffer volume that dampens the turbulence due to the flow of metal inlet, before it reaches the level of the metal element. This also contributes to a greater regularity in the solidification of the first metal layers than in the case of conventional continuous flows, where these turbulences affect the entire upper part of the cooled metal element and can slow the solidification in the vicinity of the zones of strong recirculations.
  • this powder ensures the capture of non-metallic inclusions that have risen to the surface of the metal, a protection of the liquid metal against atmospheric reoxidation and a stop of the radiation emitted by the metal.
  • the requirements on the composition of the powder, which governs in particular its fluidity at the powder / metal interface, are not identical for all these functions. The choice of the composition is therefore necessarily a compromise that does not ensure optimally any of them.
  • the other method of lubrication is to deposit on the surface of the metal in the mold a layer of oil, such as rapeseed oil, so that it infiltrates between the wall and the solidified skin.
  • the first is not transposable to the case of casting under load.
  • the powder that must be deposited on the surface of the metal in the riser to protect the metal and to capture the inclusions can not reach the upper edge of the metallic element, where initiates the solidification of the skin, and therefore has no role in lubrication.
  • it is not thinkable to inject powder at the junction between the riser and the metal element, because it would cause a pollution of the metal by the fraction of the powder which, inevitably, would be driven within it. It is therefore chosen to ensure the lubrication of the mold by an oil injection made on the inner periphery of the metal element, in the vicinity of its junction with the riser as for example in FR-A-2,704,786 .
  • the object of the invention is to propose a method for optimizing the lubrication of the entire cooled metal part of the mold of any continuous casting installation under load in that it simplifies the design of continuous casting molds. in charge.
  • the subject of the invention is a method of lubricating a continuous casting mold in charge of a metallic product of the type comprising a vertically oscillating and vigorously cooled metallic tubular element, defining a passage for the cast metal, and intended to cause the solidification of the metallic product in contact with its wall in said passage, said tubular element being surmounted by a tubular riser made of a thermally insulating material disposed on the upper edge of said element and in its extension, according to which the surface is maintained molded metal molded into the interior of said extension, and characterized in that , in a manner known per se injection of a lubricant through said metal tubular element in the direction of said metal product being solidified, is carried out said injection with a lubricant in the liquid state injected into s points annularly distributed on a single level of said tubular element located at a distance greater than 20 cm from said upper edge of the latter, where initiating the solidification of said product, and with a lubricant flow sufficient to cause a
  • the subject of the invention is also an ingot mold for a continuous casting installation in charge of metal products of the type comprising an energetically cooled metal tubular element, defining a passage for the cast metal, and intended to cause in contact with its wall in said passage the solidification of the metallic product, a tubular riser, made of a thermally insulating material, disposed on the upper edge of said cooled metal tubular element and in its extension, means for vertically oscillating said mold, characterized in that it has known means in itself for injecting a lubricant through said metal tubular element in the direction of said metal product being solidified, said injection means, suitable for injecting a lubricant in the liquid state, being placed at a single level of said metallic tubular element located at a di upper stance. 20 cm from said upper edge of the latter, where initiates the solidification of said product.
  • the invention consists in locating the injection of liquid lubricant at a level of the continuous casting mold under load situated very substantially lower than the level at which the solidification of the cast product begins, and not at this point. level itself.
  • the inventors have indeed found that the vertical oscillation movements of the mold could be sufficient to cause a significant rise in a fraction of the lubricant along the walls of the cooled metal element.
  • By appropriately adjusting the location and the parameters of the injection of the lubricant it is therefore possible to send a significant amount to the level where the solidification begins, and thus ensure satisfactory lubrication of the mold on the entire height of its metal element cooled only with this injection. This amount must, on the other hand, be moderate enough not to cause unacceptable gas emissions in the mold.
  • On continuous casting under load it is no longer necessary to perform a liquid lubricant injection at several levels of the cooled element of the mold, which greatly simplifies its design.
  • the mold 1 represented on the figure 1 is, as is conventional in continuous casting in charge of steel or other metals, composed of two superimposed elements.
  • the main one is a metallic tubular element 2 of copper or copper alloy, whose inner surface 3 defines a passage 4 of identical dimensions to those of the product that is desired to flow, and of round cross section, square or rectangular.
  • This metal tubular element 2 may consist of a single piece (this is most often the case for the casting of rounds, billets and steel blooms), or be formed by an assembly of plates each corresponding to a face of the mold 1 (general case for the casting of steel slabs).
  • the metal tubular element 2 is cooled by a circulation of water 5, formed for example between its outer surface 6 and a jacket 7 which surrounds it.
  • the second element of the mold On the upper edge 8 of the metal tubular element 2 is fixed the second element of the mold, namely a raised 9 formed by a tubular element of a refractory material such as a 90-10% alumina-silica mixture.
  • the inner surface 10 of the extension 9 defines a passage 11 located in the extension of the passage 4 defined by the inner surface 3 of the metal tubular element 2.
  • these two passages 4 and 11 have the same dimensions, but it can be expected that one of them has a smaller size than the other, to make more frank the beginning of the solidification of the cast product.
  • a submerged nozzle 12 connected to a not shown distributor containing the liquid metal 13 to flow brings it into the passage 11 inside the extension 9.
  • Product 1 then completes its solidification and cooling by simple convection and radiation.
  • the mold 1 also comprises, in a conventional manner, an unrepresented device making it possible to print, as a whole, vertical oscillation movements along the arrow 17. These oscillations can be sinusoidal or obey a more complex law. They usually have a frequency of a few Hz, and an amplitude of a few mm.
  • the mold 1 also comprises a device ensuring lubrication of the inner surface 3 of the cooled metal tubular element 2, by injection on the periphery of this surface of a lubricating liquid, such as oil, intended to be interposed between this surface 3 and the solidified crust 14 of the product 16.
  • a lubricating liquid such as oil
  • the injection lubricant liquid is performed only at a single level, more than 20 cm away from the upper edge 8 of the cooled metal element 2.
  • This injection is performed by channels 18, 19 formed in the walls of the element 2, and driving the lubricant to orifices 20, 21 opening on the inner surface 3 of this element 2, so as to distribute it all around the solidified crust 14 of the product 16.
  • the lubricant is itself fed into the channels 18, 19 by means not shown connected to the lower orifices 22, 23 of the channels 18, 19, opening on the lower edge 24 of the cooled metal element 2.
  • the figure 2 shows a more detailed view of a non-limiting embodiment of the metal element 2 of the mold 1, freed of the jacket 7 surrounding it when installed in the casting machine.
  • This example is suitable for casting steel products with a cross section of 155 mm square.
  • channels 18, 18', 19 each open at their upper end, in a distribution chamber 25, 25 'constituted by a machined recess transversely to the channel 18, 18 ', 19 corresponding on the outer surface 6 of the metal element 2, and which extends to near the edges 26, 27, 28 of said element 2.
  • each of these chambers 25, 25 ' is pierced with a plurality of small holes 20, 20', 21 which open on the inner face 3 of the metal element 2 and constitute the aforementioned orifices which bring the lubricant between the metal element 2 and the solidified crust 14 of the product
  • the channels 18, 18 ', 19 and the distribution chambers 25, 25', after their machining, are closed sealingly by covers (not shown) which are fixed on the outer face 6 of the element 2, for example by electron beam welding.
  • This method of attachment has the advantage of allowing the application of ultrasound to the mold 1 without deterioration of the tightness of the connections lid-metal element 2, which would not be possible if this fixation was carried out using quote. It is recalled that ultrasound can, in known manner, contribute to improving the lubrication of the mold 1 and increase the efficiency of its cooling system.
  • fine longitudinal grooves 29 are formed on the inner face 3 of the metal element 2, between its lower edge 24 and the distribution chambers 25, 25 'of the lubricant, in line with the orifices 20, 20', 21. grooves facilitate the evacuation of excess lubricating liquid and gases resulting from its cracking towards the lower part of the mold 2.
  • the parameters to be taken into account for the determination of the optimum injection location of the lubricant in a mold of a given format are essentially the casting speed of the product 16, the amplitude and the frequency of the oscillations of the mold 1 and the lubricant flow rate. injected. All other things being equal, the lubricant rises along the metal element 2 to a height that is all the greater as its flow rate is high and the casting speed is low.
  • the mold 1 must therefore be designed so that, by adjusting the lubricant flow, it is possible to obtain a correct lubrication of the entire mold 1 for all the operating conditions in which it is likely to to be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Lubricants (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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Description

  • L'invention concerne le domaine de la coulée continue des métaux, et plus précisément, elle concerne le mode de lubrification des lingotières d'installations dites de "coulée continue en charge", dans lesquelles on cherche à éloigner la surface du métal liquide en lingotière de la zone où débute la solidification du produit coulé. Le document FR-A-2 704 786 décrit l'état de la technique selon les préambules des revendications 1 et 3.
  • L'opération de coulée continue classique de l'acier consiste schématiquement à verser en continu le métal en fusion dans une lingotière oscillante tubulaire verticale sans fond, aux parois métalliques (en cuivre ou alliage de cuivre) énergiquement refroidies par circulation interne d'eau, et à en extraire, également continûment, un produit (brame, bloom ou billette selon les dimensions de la lingotière) déjà solidifié extérieurement sur quelques centimètres d'épaisseur. La solidification de ce produit s'achève dans les étages inférieurs de la machine, où le produit est d'abord, à sa sortie de la lingotière, refroidi de manière forcée par projection d'eau, puis se refroidit naturellement. Il est ensuite découpé à la longueur souhaitée. L'oscillation de la lingotière a pour fonction d'éviter que la peau solidifiée du produit ne se colle localement sur la paroi de la lingotière, ce qui déchirerait la peau en provoquant une "percée", c'est à dire l'écoulement de métal liquide par cette déchirure. La conséquence d'un tel incident serait la nécessité d'arrêter immédiatement la coulée, et le risque de causer de graves dommages à la machine.
  • Il est important pour la bonne qualité des produits laminés qui en seront issus que ces produits de coulée continue présentent des défauts de surface et sous-cutanés aussi réduits que possible. Or, l'oscillation et l'écoulement du liquide en lingotière provoquent d'incessantes variations du niveau de la surface du métal liquide dans la lingotière, surface au droit de laquelle débute la solidification de la peau du produit sur la paroi refroidie. Ces variations sont la principale cause d'apparitions périodiques d'irrégularités sur la surface du produit, tels que des rides d'oscillation et des cornes solidifiées, dont on cherche à minimiser l'importance.
  • Un remède connu à ce problème consiste à éloigner la surface du métal liquide en lingotière du niveau où s'initie la solidification du produit. Dans ce but, on dispose un élément tubulaire non refroidi, appelé "rehausse", sur le rebord supérieur de l'élément métallique refroidi de la lingotière dans le prolongement de celle-ci, et on règle le débit de métal introduit et la vitesse de coulée de façon à maintenir la surface du métal à l'intérieur de la rehausse. Celle-ci étant en un matériau isolant de la chaleur tel qu'un réfractaire alumineux, la solidification de la peau du produit ne s'amorce en principe pas sur ses parois, et ne débute qu'au niveau de l'élément métallique. Les fluctuations du niveau de la surface de métal liquide n'affectent ainsi plus la zone où s'initie la solidification. Celle-ci s'effectue de façon très régulière et conduit à une qualité de surface et sous-cutanée des produits en nette amélioration par rapport aux installations de coulée continue classique. De telles installations sont habituellement désignées par le terme "coulées continues en charge".
  • En outre, dans ces installations, la busette immergée, qui amène le métal liquide dans la lingotière, a son extrémité ouverte maintenue à l'intérieur de la rehausse. Le métal que celle-ci renferme constitue donc un volume-tampon qui amortit les turbulences dues au flux d'arrivée de métal, avant que celui-ci ne parvienne au niveau de l'élément métallique. Cela contribue également à procurer une plus grande régularité à la solidification des premières couches de métal que dans le cas des coulées continues classiques, où ces turbulences affectent toute la partie supérieure de l'élément métallique refroidi et peuvent ralentir la solidification au voisinage des zones de fortes recirculations.
  • Pour garantir que la solidification débute bien au niveau de l'élément métallique, on peut, comme préconisé dans le document EP0620062 , réaliser une injection de gaz neutre sous pression au niveau de la jonction entre l'élément réfractaire et l'élément métallique. On vise ainsi à obtenir un cisaillage de la pellicule solide qui a pu, de manière indésirable, commencer à se former déjà sur les parois de la rehausse au cas où, par exemple, celle-ci n'aurait pas encore atteint sa complète mise en régime thermique.
  • Il est indispensable, sur une coulée continue classique ou en charge, de lubrifier la paroi interne de l'élément métallique refroidi de la lingotière, afin d'assurer un bon glissement de la peau solidifiée du produit en cours d'extraction et éviter ainsi les percées. En coulée continue classique, deux méthodes peuvent être utilisées. L'une consiste à déposer sur la surface du métal liquide une poudre de couverture à base d'oxydes et de fondants. Elle forme une couche liquide à son interface avec le métal, et, à la périphérie de la lingotière, ce liquide auquel la composition de la poudre confère des propriétés lubrifiantes s'infiltre entre la paroi et la peau solidifiée. Par ailleurs, cette poudre assure la captation des inclusions non-métalliques qui ont remonté à la surface du métal, une protection du métal liquide contre les réoxydations atmosphériques et un arrêt des rayonnements émis par le métal. Les exigences sur la composition de la poudre, qui gouverne notamment sa fluidité à l'interface poudre/métal, ne sont pas identiques pour toutes ces fonctions. Le choix de la composition est donc obligatoirement un compromis qui ne permet d'assurer optimalement aucune d'entre elles. L'autre méthode de lubrification consiste à déposer sur la surface du métal en lingotière une couche d'huile, telle que de l'huile de colza, afin qu'elle s'infiltre entre la paroi et la peau solidifiée. On obtient ainsi une lubrification de très bonne qualité, mais les fonctions de piégeage des inclusions, de protection du métal contre les réoxydations et d'arrêt des rayonnements ne sont plus assurées. Cette méthode n'est donc guère utilisée que sur les installations de coulée de produits de très petit format coulés en jet libre (sans busette immergée). Sur de telles installations, si on utilisait une poudre de couverture, l'impact du jet de coulée sur la surface du métal provoquerait un entraînement de la poudre à l'intérieur de la lingotière, et donc une grave pollution du métal.
  • Parmi ces deux méthodes, la première n'est pas transposable au cas de la coulée en charge. La poudre que l'on doit déposer sur la surface du métal dans la rehausse pour protéger le métal et capter les inclusions ne peut parvenir jusqu'au bord supérieur de l'élément métallique, là où s'initie la solidification de la peau, et n'a donc aucun rôle dans la lubrification. D'autre part, il n'est pas pensable d'injecter de la poudre au niveau de la jonction entre la rehausse et l'élément métallique, car on provoquerait une pollution du métal par la fraction de la poudre qui, inévitablement, serait entraînée en son sein. On choisit donc d'assurer la lubrification de la lingotière par une injection d'huile réalisée sur la périphérie interne de l'élément métallique, au voisinage de sa jonction avec la rehausse comme par exemple dans FR-A-2 704 786 . Elle est réalisée grâce, par exemple, à un insert métallique refroidi muni d'une fente, intercalé entre eux. L'obtention d'une lubrification satisfaisante sur toute la hauteur de l'élément métallique (celui-ci a habituellement une longueur de l'ordre de 700 mm) est cependant problématique. En effet, la température très élevée au lieu d'injection entraîne un craquage partiel de l'huile, et le dégagement de gaz (CO et méthane essentiellement) qui en résulte doit rester limité pour ne pas provoquer de bouillonnement du métal dans la lingotière. On ne peut donc injecter qu'un débit d'huile relativement modéré, car une augmentation de ce débit jusqu'à une valeur qui serait suffisante pour lubrifier correctement la lingotière de haut en bas conduirait à un dégagement gazeux d'une intensité intolérable. On est donc conduit à compléter cette injection d'huile au niveau de la jonction rehausse-élément métallique par une injection supplémentaire effectuée dans la partie inférieure de l'élément métallique. Il est ainsi assuré que la lubrification des dernières dizaines de centimètres de la lingotière sera correcte, mais cela complique encore un peu plus la construction de la lingotière.
  • Le but de l'invention est de proposer une méthode permettant de réaliser une lubrification optimale de l'ensemble de la partie métallique refroidie de la lingotière de toute installation de coulée continue en charge en ce qu'elle simplifierait la conception des lingotières de coulée continue en charge.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de lubrification d'une lingotière de coulée continue en charge d'un produit métallique du type comportant un élément tubulaire métallique oscillant verticalement et énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal coulé, et destiné à provoquer au contact de sa paroi dans ledit passage la solidification du produit métallique, ledit élément tubulaire étant surmonté par une rehausse tubulaire en un matériau thermiquement isolant disposée sur le bord supérieur dudit élément et dans son prolongement, procédé selon lequel on maintient la surface du métal coulé en lingotière à l'intérieur de ladite rehausse, et caractérisé en ce que, en effectuant de manière connue en soi une injection d'un lubrifiant au travers dudit élément tubulaire métallique en direction dudit produit métallique en cours de solidification, on procède à ladite injection avec un lubrifiant à l'état liquide injecté en des points répartis annulairement sur un niveau unique dudit élément tubulaire situé à une distance supérieure à 20 cm dudit bord supérieur de ce dernier, là où s'initie la solidification dudit produit, et ce avec un débit de lubrifiant suffisant pour provoquer une remontée d'une fraction dudit lubrifiant le long de la paroi jusqu'au niveau dudit bord supérieur de l'élément tubulaire métallique refroidi.
  • L'invention a également pour objet une lingotière pour une installation de coulée continue en charge de produits métalliques du type comportant un élément tubulaire métallique énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal coulé, et destiné à provoquer au contact de sa paroi dans ledit passage la solidification du produit métallique, une rehausse tubulaire, en un matériau thermiquement isolant, disposée sur le bord supérieur dudit élément tubulaire métallique refroidi et dans son prolongement, des moyens pour faire osciller verticalement ladite lingotière, caractérisée en ce qu'elle présente des moyens connus en soi pour effectuer une injection d'un lubrifiant à travers ledit élément tubulaire métallique en direction dudit produit métallique en cours de solidification, lesdits moyens d'injection, propres à l'injection d'un lubrifiant à l'état liquide, étant placés à un niveau unique dudit élément tubulaire métallique situé à une distance supérieure. à 20 cm dudit bord supérieur de ce dernier, là où s'initie la solidification dudit produit.
  • Comme on l'aura compris, l'invention consiste à localiser l'injection de lubrifiant liquide à un niveau de la lingotière de coulée continue en charge situé très sensiblement plus bas que le niveau où débute la solidification du produit coulé, et non à ce niveau lui-même. Les inventeurs ont, en effet, constaté que les mouvements verticaux d'oscillation de la lingotière pouvaient être suffisants pour provoquer une remontée importante d'une fraction du lubrifiant le long des parois de l'élément métallique refroidi. En ajustant de manière adéquate le lieu et les paramètres de l'injection du lubrifiant, il est donc possible d'en faire parvenir une quantité significative jusqu'au niveau où débute la solidification, et d'assurer ainsi une lubrification satisfaisante de la lingotière sur l'ensemble de la hauteur de son élément métallique refroidi rien qu'avec cette injection. Cette quantité doit, d'autre part, être assez modérée pour ne pas provoquer de dégagements gazeux rédhibitoires dans la lingotière. Sur une coulée continue en charge, il n'est plus nécessaire de pratiquer une injection de lubrifiant liquide à plusieurs niveaux de l'élément refroidi de la lingotière, ce qui simplifie notablement sa conception.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées:
    • la figure 1 qui représente schématiquement, vue en section longitudinale une installation de coulée continue en charge des métaux équipée d'une lingotière selon l'invention;
    • la figure 2 qui représente plus en détail un exemple d'élément tubulaire métallique d'une lingotière selon l'invention.
  • La lingotière 1 représentée sur la figure 1 est, comme il est classique en coulée continue en charge de l'acier ou d'autres métaux, composée de deux éléments superposés. Le principal est un élément tubulaire métallique 2 en cuivre ou alliage de cuivre, dont la surface interne 3 définit un passage 4 de dimensions identiques à celles du produit que l'on désire couler, et de section transversale ronde, carrée ou rectangulaire. Cet élément tubulaire métallique 2 peut être constitué d'une pièce unique (c'est le plus souvent le cas pour la coulée de ronds, de billettes et de blooms d'acier), ou être formé par un assemblage de plaques dont chacune correspond à une face de la lingotière 1 (cas général pour la coulée de brames d'acier). De manière classique, l'élément tubulaire métallique 2 est refroidi par une circulation d'eau 5, ménagée par exemple entre sa surface externe 6 et une chemise 7 qui l'entoure. Sur le bord supérieur 8 de l'élément tubulaire métallique 2 est fixé le deuxième élément de la lingotière, à savoir une rehausse 9 formée par un élément tubulaire en un matériau réfractaire tel qu'un mélange alumine-silice à 90-10 %. La surface interne 10 de la rehausse 9 définit un passage 11 situé dans le prolongement du passage 4 défini par la surface interne 3 de l'élément tubulaire métallique 2. Dans l'exemple représenté, ces deux passages 4 et 11 ont les mêmes dimensions, mais on peut prévoir que l'un d'entre eux ait une taille plus réduite que l'autre, pour rendre plus franc le début de la solidification du produit coulé. De manière également bien connue, une busette immergée 12 connectée à un répartiteur non représenté renfermant le métal liquide 13 à couler amène ce dernier dans le passage 11 interne à la rehausse 9. Celle-ci étant en un matériau thermoisolant, la solidification du métal liquide 13 ne se produit pas significativement sur ses parois., et ne débute que lorsque le métal liquide 13 entre en contact avec la surface interne 3 de l'élément métallique refroidi 2, soit au niveau du bord supérieur 8 dudit élément 2. Cette solidification aboutit à la formation d'une croûte d'acier solidifié 14, d'épaisseur croissante au fur et à mesure que l'on descend dans la lingotière 1, entourant le coeur 15 encore liquide du produit coulé 16. Ce produit 16 est extrait en continu de la lingotière 1 par un dispositif connu non représenté, installé dans les étages inférieurs de la machine. Le refroidissement du produit 16, après sa sortie de la lingotière 1 à l'état partiellement solidifié, se poursuit classiquement grâce à un dispositif non représenté d'aspersion par des jets d'eau ou d'un mélange eau/air de sa surface extérieure, dont l'action débute immédiatement sous la lingotière 1 et se poursuit sur une longueur de quelques mètres. Le produit 1 achève ensuite sa solidification et son refroidissement par simple convection et rayonnement. La lingotière 1 comporte également, de manière classique, un dispositif non représenté permettant d'imprimer à son ensemble des mouvements d'oscillation verticaux selon la flèche 17. Ces oscillations peuvent être sinusoïdales ou obéir à une loi plus complexe. Elles ont habituellement une fréquence de quelques Hz, et une amplitude de quelques mm.
  • La lingotière 1 comporte également un dispositif assurant la lubrification de la surface interne 3 de l'élément tubulaire métallique refroidi 2, par injection sur le pourtour de cette surface d'un liquide lubrifiant, tel que de l'huile, destiné à s'intercaler entre cette surface 3 et la croûte solidifiée 14 du produit 16. Mais contrairement à la pratique habituelle où cette injection a lieu au sommet de l'élément métallique 2 et également dans la partie inférieure de ce même élément, selon l'invention l'injection de liquide lubrifiant n'est effectuée qu'à un niveau unique, éloigné de plus de 20 cm du bord supérieur 8 de l'élément métallique refroidi 2. Cette injection est effectuée par des canaux 18, 19 ménagés dans les parois de l'élément métallique 2, et conduisant le lubrifiant jusqu'à des orifices 20, 21 débouchant sur la surface interne 3 de cet élément 2, de manière à le répartir sur tout le pourtour de la croûte solidifiée 14 du produit 16. Le lubrifiant est lui-même amené dans les canaux 18, 19 par des moyens non représentés connectés aux orifices inférieurs 22, 23 des canaux 18, 19, débouchant sur le bord inférieur 24 de l'élément métallique refroidi 2.
  • Comme dans les autres installations de coulée continue en charge, il est souhaitable de recouvrir la surface du métal liquide 13 présent dans la lingotière 1 par une poudre de couverture 25 qui n'a pas à assurer un rôle de lubrification de la surface interne 3 de l'élément métallique refroidi 2. Il est donc plus aisé d'optimiser sa composition pour qu'elle joue au mieux ses rôles de protection du métal 13 contre les réoxydations et de piégeage des inclusions non-métalliques.
  • La figure 2 présente une vue plus détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation de l'élément métallique 2 de la lingotière 1, débarrassé de la chemise 7 qui l'entoure lorsqu'il est installé dans la machine de coulée. Cet exemple est adapté à la coulée de produits sidérurgiques de section transversale carrée de 155 mm de côté. Dans cet exemple, on voit que les canaux 18, 18' d'amenée du lubrifiant sont constitués par des rainures longitudinales usinées sur la surface externe 6 de l'élément métallique 2 dans le prolongement de perçages pratiqués dans son bord inférieur 24 qui constituent les orifices inférieurs 22, 22', 23, 23' des canaux 18, 18', 19. Ces canaux 18, 18', 19 débouchent chacun, à leur extrémité supérieure, dans une chambre de distribution 25, 25' constituée par un évidement usiné transversalement au canal 18, 18', 19 correspondant sur la surface externe 6 de l'élément métallique 2, et qui s'étend jusqu'à proximité des arêtes 26, 27, 28 dudit élément 2. Le fond de chacune de ces chambres de distribution 25, 25' est percé d'une multiplicité de petits trous 20, 20', 21 qui débouchent sur la face interne 3 de l'élément métallique 2 et constituent les orifices précités qui amènent le lubrifiant entre l'élément métallique 2 et la croûte solidifiée 14 du produit coulé 16. Les canaux 18, 18', 19 et les chambres de distribution 25, 25', après leur usinage, sont refermés de manière étanche par des couvercles (non représentés) qui so fixés sur la face externe 6 de l'élément métallique 2, par exemple grâce à un soudage par faisceau d'électrons. Cette méthode de fixation a l'avantage d'autoriser l'application d'ultrasons à la lingotière 1 sans détérioration de l'étanchéité des liaisons couvercle-élément métallique 2, ce qui ne serait pas possible si cette fixation était réalisée à l'aide de vis. On rappelle que les ultrasons peuvent, de manière connue, contribuer à améliorer la lubrification de la lingotière 1 et accroître l'efficacité de son système de refroidissement.
  • Préférentiellement, de fines rainures longitudinales 29 sont ménagées sur la face interne 3 de l'élément métallique 2, entre son bord inférieur 24 et les chambres de distribution 25, 25' du lubrifiant, au droit des orifices 20, 20', 21. Ces rainures facilitent l'évacuation des excès de liquide lubrifiant et des gaz résultant de son craquage vers la partie inférieure de la lingotière 2.
  • A titre d'exemple, les principales caractéristiques dimensionnelles des divers éléments que l'on vient de citer peuvent être:
    • longueur de l'élément métallique 2: 700 mm;
    • section intérieure de l'élement métallique 2: carré de 155 mm de côté;
    • épaisseur de la paroi de l'élément métallique 2: 11 mm;
    • largeur des canaux 18, 18', 19 et diamètre de leurs orifices inférieurs 22, 22', 23, 23': 3 mm;
    • distances entre les chambres de distribution 25, 25' et les arêtes de l'élément métallique 2: 10 mm;
    • diamètre des orifices 20, 20', 21 d'amenée du lubrifiant sur la face interne de l'élément métallique 2: 0,5 mm;
    • nombre de ces orifices 20, 20', 21: 28 pour chaque chambre de distribution 25, 25';
    • distance entre ces orifices 20, 20', 21 et le bord supérieur 8 de l'élément métallique 2: 350 mm;
    • dimensions des rainures longitudinales 29 d'évacuation du lubrifiant vers le bas de l'élément métallique 2: largeur 0,5 mm, profondeur 1 mm.
  • Comme on l'a dit, l'invention est fondée sur la constatation que sous l'effet des oscillations de la lingotière 1, une partie du liquide lubrifiant a la possibilité de remonter le long des parois de l'élément tubulaire métallique 2 sur une hauteur qui peut être relativement importante. Il est donc possible de réaliser la lubrification de l'ensemble de la hauteur de l'élément tubulaire refroidi 2 de la lingotière 1 à l'aide d'une injection de lubrifiant effectuée à un niveau unique, si son débit est suffisant compte tenu des autres conditions opératoires. Il faut, à cet effet, situer le niveau de l'injection de liquide lubrifiant en un lieu adapté, c'est à dire:
    • suffisamment éloigné de l'extrémité supérieure 8 de l'élément refroidi 2, où s'initie la solidification de la croûte 14, afin d'éliminer les risques d'un craquage important du lubrifiant, que l'invention vise précisément à éviter;
    • mais aussi suffisamment proche de cette même extrémité pour qu'une quantité adéquate de lubrifiant puisse y parvenir, compte tenu des autres conditions opératoires.
  • Les paramètres à prendre en compte pour la détermination du lieu optimal d'injection du lubrifiant dans une lingotière de format donné sont essentiellement la vitesse de coulée du produit 16, l'amplitude et la fréquence des oscillations de la lingotière 1 et le débit de lubrifiant injecté. Toutes choses étant égales par ailleurs, le lubrifiant remonte le long de l'élément métallique 2 sur une hauteur d'autant plus importante que son débit est élevé et que la vitesse de coulée est faible. La lingotière 1 doit donc être conçue pour que, rien qu'en jouant sur le débit de lubrifiant, il soit possible d'obtenir une lubrification correcte de l'ensemble de la lingotière 1 pour toutes les conditions opératoires dans lesquelles elle est susceptible d'être utilisée.
  • On pourrait penser à injecter le lubrifiant à une distance relativement proche du lieu où s'initie la solidification du produit 16 (inférieure à 20 cm), et à n'en injecter qu'une quantité réduite pour éviter que les phénomènes de craquage prennent une ampleur excessive. Mais cette quantité de lubrifiant ne serait plus suffisante pour assurer dans tous les cas d'utilisation une lubrification satisfaisante de l'ensemble de la partie basse de la lingotière 1. Il faudrait alors également injecter du lubrifiant à un deuxième niveau situé dans cette partie basse, ce qui enlèverait une grande partie de son intérêt à la solution préconisée.
  • Dans la pratique, pour la lingotière précédemment décrite de section carrée de 155 mm de côté utilisée sur une coulée continue en charge, on a constaté que, pour une vitesse de coulée du produit de 1,5 m/min, des oscillations de fréquence 3 Hz et d'amplitude 2,5 mm, si les orifices 20, 20', 21 d'injection du lubrifiant sont placés à 350 mm du bord supérieur 8 de l'élément métallique 2, il faut injecter environ 12,5 cm3 d'huile par minute sur chaque face de la lingotière pour que l'huile puisse remonter jusqu'au niveau souhaité. Un débit d'huile limité à 10 cm3 par minute et par face ne provoquerait, dans ces mêmes conditions, qu'une remontée de l'huile sur une distance de 250 mm, ce qui serait insuffisant pour lubrifier la partie haute de l'élément métallique 2. Mais si on abaisse la vitesse de coulée à 1 m/min, un débit d'huile de 7 cm3 par minute et par face est suffisant pour lubrifier l'ensemble de l'élément métallique 2.
  • Bien entendu; sans sortir de l'esprit de l'invention, il est possible d'imaginer des variantes d'exécution des lingotières qui viennent d'être décrites. En particulier il faut comprendre que les moyens d'amenée du lubrifiant peuvent prendre une forme différente de celle exemplifiée. D'autre part, il est clair que l'invention peut être appliquée à la coulée continue en charge de tous métaux, et pas seulement à celle de l'acier.

Claims (4)

  1. Procédé de lubrification d'une lingotière de coulée continue en charge d'un produit métallique du type comportant un élément tubulaire métallique oscillant verticalement et énergiquement refroidi, définissant un passage pour le métal coulé, et destiné à provoquer au contact de sa paroi dans ledit passage la solidification du produit métallique, ledit élément tubulaire étant surmonté par une rehausse tubulaire en un matériau thermiquement isolant disposée sur le bord supérieur dudit élément et dans son prolongement, procédé selon lequel on maintient la surface du métal coulé en lingotière à l'intérieur de ladite rehausse, et caractérisé en ce que, en effectuant de manière connue en soi une injection d'un lubrifiant au travers dudit élément tubulaire métallique en direction dudit produit métallique en cours de solidification, on procède à ladite injection avec un lubrifiant à l'état liquide injecté en des points répartis annulairement sur un niveau unique dudit élément tubulaire situé à une distance supérieure à 20 cm dudit bord supérieur de ce dernier, là où s'initie la solidification dudit produit, et ce avec un débit de lubrifiant suffisant pour provoquer une remontée d'une fraction dudit lubrifiant le long de la paroi jusqu'au niveau dudit bord supérieur de l'élément tubulaire métallique refroidi.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit lubrifiant est de l'huile.
  3. Lingotière (I) pour une installation de coulée, continue en charge de produits métalliques (16), du type comportant un élément tubulaire métallique (2) énergiquement refroidi, définissant un passage (4) pour le métal coulé, et destiné à provoquer au contact de sa paroi (3) dans ledit passage (4) la solidification du produit métallique (16), une rehausse tubulaire (9), en un matériau thermiquement isolant, disposée sur le bord supérieur (8) dudit élément tubulaire métallique refroidi (2) et dans son prolongement, des moyens pour faire, osciller verticalement ladite lingotière (1), caractérisée en ce qu'elle présente des moyens connus en soi pour effectuer une injection d'un lubrifiant à travers ledit élément tubulaire métallique (2) en direction dudit produit métallique (16) en cours de solidification, lesdits moyens d'injection, propres à l'injection d'un lubrifiant à l'état liquide, étant placés à un niveau unique dudit élément tubulaire métallique (2) situé à une distance supérieure à 20 cm dudit bord supérieur (8) de ce dernier, là où s'initie la solidification dudit produit (16).
  4. Lingotière selon la revendication 3 caractérisée en ce que lesdits moyens d'injection d'un lubrifiant à l'état liquide comprennent des canaux (18,18', 19) ménagés dans les parois de l'élément tubulaire métallique (2) et débouchant chacun dans une chambre de distribution (25, 25') percée d'une multiplicité de trous (20, 20') débouchant sur la face interne (3) de l'élément tubulaire métallique (2), et des moyens pour amener ledit lubrifiant dans lesdits canaux (18, 18', 19).
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