LU87914A1 - ELECTROMAGNETIC LINGOTINE BREWING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE BRASSAGE ELECTROMAGNETIQUE EN LINGOTIEREELECTROMAGNETIC LINGOTINE BREWING DEVICE
La présente invention concerne un dispositif de brassage électromagnétique en lingotière d'une installation de coulée continue comprenant une coquille verticale recevant du métal en fusion, ainsi qu'un inducteur électromagnétique pour engendrer un mouvement giratoire du métal en fusion dans la coquille autour de l'axe de celle-ci.The present invention relates to an electromagnetic stirring device in an ingot mold for a continuous casting installation comprising a vertical shell receiving molten metal, as well as an electromagnetic inductor for generating a gyratory movement of the molten metal in the shell around the axis of it.
Un dispositif de ce genre est connu du document EP-A-0093068. Suivant la qualité et la nature des produits coulés, on pratique essentiellement deux procédés différents de coulée. Le procédé de coulée ouverte ou en jet libre consiste simplement à laisser s'écouler le métal liquide dans la coquille à travers une busette calibrée à débit plus ou moins constant. Le niveau du ménisque d'acier en lingotière est contrôlé par une adaptation de la vitesse d'extraction en fonction de l'extraction et suivant l'indication d'une installation de mesure du niveau basé sur un principe radioactif. Ce procédé est essentiellement utilisé pour la coulée de billettes en acier de qualité moyenne, car la coulée est effectuée au contact de l'air.A device of this kind is known from document EP-A-0093068. Depending on the quality and nature of the cast products, two different casting methods are practiced. The open or free-jet casting process simply consists in letting the liquid metal flow into the shell through a calibrated nozzle at a more or less constant flow rate. The level of the steel meniscus in the ingot mold is controlled by adapting the extraction speed according to the extraction and according to the indication of a level measurement installation based on a radioactive principle. This process is mainly used for the casting of medium quality steel billets, since the casting is carried out in contact with air.
Pour améliorer la qualité de l'acier, on utilise un procédé de coulée à l'abri de l'air, qui est la coulée avec busettes immergées et poudres. Selon ce procédé, l'acier liquide est introduit dans la coquille à travers une busette qui plonge dans le métal liquide qui se trouve dans la coquille. Le contact avec l'air et l'oxygène est empêché par une couche de poudre qui recouvre la surface du métal au ménisque de coulée.To improve the quality of the steel, an air-protected casting process is used, which is casting with submerged nozzles and powders. According to this process, the liquid steel is introduced into the shell through a nozzle which plunges into the liquid metal which is in the shell. Contact with air and oxygen is prevented by a layer of powder covering the surface of the metal at the pouring meniscus.
Dans ce cas la coulée se fait à vitesse d'extraction constante. Le niveau de l'acier en lingotière est contrôlé par un tampon ou un tiroir de répartiteur.In this case, the casting takes place at a constant extraction speed. The level of the ingot mold steel is controlled by a buffer or a distributor drawer.
Pour les deux procédés de coulée il est également connu d'améliorer la qualité de l'acier par un brassage électromagnétique qui doit toutefois être adapté au procédé de coulée choisi et aux qualités visées de l'acier. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas de la coulée de billettes en jet libre, le but majeur recherché par l'application du brassage électromagnétique en lingotière consiste à améliorer l'état de surface des billettes en éliminant les piqûres et les incrustations de scories. Pour y arriver, la vitesse de rotation de l'acier en lingotière au niveau du ménisque doit être très élevée, d'où l'importance de l'emplacement de l'inducteur par rapport au ménisque sur l'état de surface des billettes.For the two casting methods it is also known to improve the quality of the steel by electromagnetic stirring which must however be adapted to the casting method chosen and to the targeted qualities of the steel. Thus, for example, in the case of free-flow billet casting, the major aim sought by the application of electromagnetic stirring in an ingot mold consists in improving the surface condition of the billets by eliminating the pitting and the slag inlays. To achieve this, the speed of rotation of the ingot mold steel at the meniscus must be very high, hence the importance of the location of the inductor relative to the meniscus on the surface condition of the billets.
Par contre, dans le cas de la coulée de blooms avec busette immergée et poudre de coulée, on a intérêt à réduire la vitesse de rotation au niveau du ménisque pour éviter le plus possible l'entraînement de la poudre de coulée et réduire l'usure de la busette, tout en gardant une intensité de brassage aussi élevée que possible en-dessous du ménisque. Autrement dit, pour la coulée en jet libre il est préférable que l'inducteur se trouve dans la région supérieure de la coquille, alors que pour la coulée avec busette immergée, il est préférable que l'inducteur soit disposé à un niveau inférieur. C'est la raison pour laquelle, pour profiter pleinement des avantages offerts par le brassage électromagnétique en lingotière, il est préférable de disposer de deux installations différentes pour mettre en oeuvre chacun des deux procédés de coulée.On the other hand, in the case of pouring blooms with submerged nozzle and pouring powder, it is advantageous to reduce the speed of rotation at the meniscus to avoid as much as possible the entrainment of the pouring powder and reduce wear of the nozzle, while keeping a mixing intensity as high as possible below the meniscus. In other words, for free-jet casting it is preferable that the inductor is located in the upper region of the shell, while for casting with submerged nozzle, it is preferable that the inductor be placed at a lower level. This is the reason why, to take full advantage of the advantages offered by electromagnetic stirring in an ingot mold, it is preferable to have two different installations for implementing each of the two casting methods.
Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau dispositif de brassage électromagnétique en lingotière gui permet la mise en oeuvre des deux procédés de coulée dans la même installation.The object of the present invention is to provide a new electromagnetic stirring device in an ingot mold which allows the implementation of the two casting methods in the same installation.
Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un dispositif de brassage électromagnétique du genre décrit dans le préambule, qui est essentiellement caractérisé en ce que l'inducteur est disposé à l'extérieur de la coquille et est déplaçable verticalement par rapport à celle-ci.To achieve this objective, the present invention provides an electromagnetic stirring device of the type described in the preamble, which is essentially characterized in that the inductor is arranged outside the shell and is movable vertically relative to the latter .
Selon un mode de réalisation avantageux, la coquille est entourée d'un premier tube en acier coaxial qui, à son tour, est disposé à l'intérieur d'un second tube coaxial autour duquel est monté l'inducteur, tandis que les espaces annulaires entre les deux tubes et entre la coquille et le premier tube sont traversés par un liquide de refroidissement.According to an advantageous embodiment, the shell is surrounded by a first coaxial steel tube which, in turn, is disposed inside a second coaxial tube around which the inductor is mounted, while the annular spaces between the two tubes and between the shell and the first tube are crossed by a coolant.
Le dispositif peut être muni d'un détecteur du niveau de l'acier dans la coquille, qui est constitué d'une source de radiation cylindrique montée à l'intérieur du second tube et associée à un scintillomètre monté sur le côté opposé dudit second tube.The device can be provided with a detector of the level of the steel in the shell, which consists of a cylindrical radiation source mounted inside the second tube and associated with a scintillometer mounted on the opposite side of said second tube. .
La source de radiation se trouve, de préférence, à l'intérieur d'une chemise cylindrique de protection en plomb pourvue d'une fente radiale et mobile autour de l'axe de ladite source entre une position angulaire dans laquelle la fente est dirigée sur la coquille et une position angulaire de garage dans laquelle la fente est dirigée sur un bloc cylindrique en plomb s'étendant le long de ladite chemise.The radiation source is preferably located inside a cylindrical lead protective jacket provided with a radial slot and movable around the axis of said source between an angular position in which the slot is directed on the shell and an angular garage position in which the slot is directed on a cylindrical lead block extending along said jacket.
La lingotière qui est constituée de la coquille, de l'inducteur et des deux tubes peut être solidiare d'un jeu de rouleaux sous-jacents et démontables en bloc avec celui- ci . D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement une coupe verticale d'un dispositif selon la présente invention illustrant l'inducteur en position pour une coulée en jet libre; la figure 2 montre une vue analogue à celle de la figure 1, l'inducteur étant en position de coulée avec busette immergée et la figure 3 montre schématiquement une coupe horizontale à travers la coquille et la source de radiation.The ingot mold which consists of the shell, the inductor and the two tubes can be made up of a set of underlying rollers and can be dismantled as a unit. Other particularities and characteristics will emerge from the detailed description of an advantageous embodiment presented below, by way of illustration, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 schematically shows a vertical section of a device according to the present invention illustrating the inductor in position for free jet casting; Figure 2 shows a view similar to that of Figure 1, the inductor being in the casting position with submerged nozzle and Figure 3 shows schematically a horizontal section through the shell and the radiation source.
Les figures. 1 et 2 montrent une lingotière 10 contenue dans un boîtier métallique 12. La lingotière 10 comporte essentiellement une coquille tubulaire verticale 14 contenant du métal liquide 16 qui est déversé d'un tundish non représenté. Le métal en fusion 16 se solidifie progressivement dans cette coquille et l'ébauche métallique y est extraite en passant à travers un jeu 18 de rouleaux sous-jacents de guidage et de formation des ébauches métalliques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le jeu de rouleaux 18 est solidiare de la lingotière 10 et peut être démonté en bloc avec celle-ci.The figures. 1 and 2 show an ingot mold 10 contained in a metal casing 12. The ingot mold 10 essentially comprises a vertical tubular shell 14 containing liquid metal 16 which is poured from a not shown tundish. The molten metal 16 gradually solidifies in this shell and the metal blank is extracted there by passing through a set 18 of underlying guide rollers and for forming the metal blanks. According to a preferred embodiment of the invention, the set of rollers 18 is solid with the ingot mold 10 and can be dismantled in block with the latter.
La coquille 14, qui est généralement constituée d'un tube en cuivre, est entourée d'un tube en acier coaxial 20 qui forme avec la coquille un espace cylindrique annulaire 22 dans lequel circule un liquide de refroidissement de la coquille 14. Un autre espace cylindrique 24 est délimité autour du tube 20 par un second tube 26. Cet espace 24 est fermé vers le bas par une plaque annulaire 28 fixée aux deux tubes 20 et 26. L'eau de refroidissement pénètre dans le circuit en 30 et ensuite dans l'interstice annulaire 22 entre la coquille 14 et le tube 20. Cet espace est très mince pour assurer une circulation rapide et un refroidissement efficace dans la coquille 14. L'eau de refroidissement remonte ainsi le long de la coquille pour déborder par le sommet du tube 20 et remplir l'espace annulaire 24. L'eau de refroidissement quitte cet espace 24 par débordement dans une conduite verticale non représentée aménagée le long de la paroi intérieure du tube 26 et ensuite à travers une conduite de sortie.The shell 14, which generally consists of a copper tube, is surrounded by a coaxial steel tube 20 which forms with the shell an annular cylindrical space 22 in which circulates a coolant from the shell 14. Another space cylindrical 24 is delimited around the tube 20 by a second tube 26. This space 24 is closed downwards by an annular plate 28 fixed to the two tubes 20 and 26. The cooling water enters the circuit at 30 and then into the annular gap 22 between the shell 14 and the tube 20. This space is very thin to ensure rapid circulation and efficient cooling in the shell 14. The cooling water thus rises along the shell to overflow through the top of the tube 20 and fill the annular space 24. The cooling water leaves this space 24 by overflowing in a vertical pipe, not shown, arranged along the inner wall of the tube 26 and then through s an outlet pipe.
Autour du tube extérieur 26 se trouve un inducteur électromagnétique 32, connu en soi, pour réaliser le brassage électromagnétique du métal 16 dans la coquille 14. Le dispositif électromagnétique 32 peut être constitué par un seul ou plusieurs inducteurs.Around the outer tube 26 is an electromagnetic inductor 32, known per se, for carrying out the electromagnetic stirring of the metal 16 in the shell 14. The electromagnetic device 32 can consist of one or more inductors.
Conformément à la présente invention, l'inducteur 32 n'est pas fixe, mais peut être déplacé verticalement entre une position élevée selon la figure 1 pour la coulée en jet libre et une position inférieure selon la figure 2 pour la coulée avec busette immergée. Les moyens de déplacement de l'inducteur 32 peuvent être constitués par tout moyen approprié connu en soi, par exemple trois tiges filetées verticales gui supportent l'inducteur 32 et qui peuvent être tournées en synchronisme par un moteur approprié.In accordance with the present invention, the inductor 32 is not fixed, but can be moved vertically between an elevated position according to FIG. 1 for free jet casting and a lower position according to FIG. 2 for casting with submerged nozzle. The means for moving the inductor 32 can be constituted by any suitable means known per se, for example three vertical threaded rods which support the inductor 32 and which can be rotated synchronously by a suitable motor.
Selon un mode de réalisation simple et efficace l'inducteur 32 coulisse verticalement dans plusieurs, par exemple trois tiges de guidage 50, la manoeuvre verticale se réalisant grâce à une grue non représentée. Dans l'exemple représenté les tiges 50 sont conçues pour positionner l'inducteur 32 dans trois positions verticales différentes définies par trois perforations radiales supérieures 52 et deux entailles inférieures 54.According to a simple and effective embodiment the inductor 32 slides vertically in several, for example three guide rods 50, the vertical maneuver being carried out by a crane not shown. In the example shown, the rods 50 are designed to position the inductor 32 in three different vertical positions defined by three upper radial perforations 52 and two lower notches 54.
Lorsque l'inducteur 32 est relevé dans la position selon la figure 1 il peut y être retenu en engageant manuellement une griffe non représentée dans l'entaille supérieure 54 et calé à l'aide d'une clavette non représentée engagée à travers la perforation supérieure.When the inductor 32 is raised to the position according to FIG. 1, it can be retained there by manually engaging a claw not shown in the upper notch 54 and wedged using a not shown key engaged through the upper perforation. .
Dans la position inférieure l'inducteur 32 repose sur le fond de la lingotière 10 et peut être claveté par la perforation inférieure 52. Si le mode de réalisation illustré permet une troisième position intermédiaire, non représentée, il est, bien entendu, possible de n'en prévoir que deux ou d'en prévoir davantage. L'inducteur 32 peut également comporter un circuit de refroidissement séparé, ce qui est symbolisé par les flèches 34 et 36 pour l'admission et la sortie d'eau de refroidissement.In the lower position the inductor 32 rests on the bottom of the mold 10 and can be keyed by the lower perforation 52. If the illustrated embodiment allows a third intermediate position, not shown, it is, of course, possible to n '' plan only two or plan more. The inductor 32 can also include a separate cooling circuit, which is symbolized by the arrows 34 and 36 for the inlet and outlet of cooling water.
Une autre particularité de la présente invention est la surveillance du niveau du ménisque du métal liquide dans la coquille 14. Cette surveillance est effectuée à l'aide d'une source de radiation 38, par exemple au cobalt, aménagée dans la région supérieure de l'espace annulaire 24 et qui est associée à un scintillomètre 40 disposé du côté opposé de la coquille 14. Pour réduire les risques d'irradiations du personnel, cette source de radiation 38 se trouve à l'intérieur d'une chemise cylindrique de protection 42, comme représenté plus en détail et en agrandi sur la figure 3. Cette chemise de protection 42 qui peut, par exemple, être en plomb, comporte une fente verticale 44 pour le passage des rayons. Cette chemise de protection 42 peut être tournée autour d'un axe vertical entre une position opérative représentée sur la figure 3, dans laquelle la fente 44 est dirigée sur la coquille 14 et une position de garage, non représentée dans laquelle la fente 44 est dirigée contre un bloc vertical d'absorption 46. Grâce à cette disposition, un opérateur peut effectuer des travaux à la coquille 16 sans être exposé aux radiations de la source 38, ces radiations étant absorbées par le bloc de protection 46.Another feature of the present invention is monitoring the level of the meniscus of the liquid metal in the shell 14. This monitoring is carried out using a radiation source 38, for example with cobalt, arranged in the upper region of the annular space 24 which is associated with a scintillometer 40 disposed on the opposite side of the shell 14. To reduce the risk of radiation from the personnel, this source of radiation 38 is located inside a cylindrical protective jacket 42 , as shown in more detail and enlarged in Figure 3. This protective jacket 42 which can, for example, be made of lead, has a vertical slot 44 for the passage of the rays. This protective jacket 42 can be rotated around a vertical axis between an operating position shown in FIG. 3, in which the slot 44 is directed on the shell 14 and a garage position, not shown, in which the slot 44 is directed against a vertical absorption block 46. Thanks to this arrangement, an operator can carry out work on the shell 16 without being exposed to radiation from the source 38, this radiation being absorbed by the protective block 46.
La mesure du niveau proprement dite ne sera pas expliquée plus en détail étant donné que l'utilisation d'une source de radiation pour la mesure d'un niveau est connue en soi.The actual level measurement will not be explained in more detail since the use of a radiation source for level measurement is known per se.
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