EP0868952B1 - Continuous casting mould for metals - Google Patents
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- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/055—Cooling the moulds
Definitions
- the object of the invention is to provide a casting mold configuration continuous metal products, especially steel, which has in its part superior solidification and cooling capacity of liquid metal significantly increased compared to conventionally used molds.
- This ingot mold configuration would be particularly suitable to constitute the part metallic steel from a continuous casting installation in charge of steel slabs.
- the subject of the invention is a mold for the continuous casting of metals, of the type constituted by an assembly of four metal plates comprising channels arranged in their interior, oriented vertically and intended to make there circulate a coolant, characterized in that at least two of said plates have one or more channels in the interior of their upper part horizontal coolant circulation independent of said channels vertically oriented, said vertically oriented channels ending below said upper part.
- the ingot mold is a casting ingot mold continuous steel slab with two large plates and two small plates, and at least the large plates have in the interior of their upper part a or independent horizontal coolant circulation channels said vertically oriented channels, said vertically oriented channels stopping below said upper part.
- said vertically oriented channels stop below of said upper part the plate 1.
- This comprises in its upper part means, independent of the previous ones, to circulate cooling water there in a direction no longer vertical but horizontal, and ensuring a distribution of this water from the center to the edges of the plate 1.
- the plate 1 has in its upper part a bulge 5 turned towards its external face 3, and inside which two channels 6a, 6b are formed horizontal parallel to the internal face 2 of the plate 1. These channels 6a, 6b are juxtaposed and separated by a partition 7 of small thickness. Each of them is supplied with water through an inlet orifice 8a, 8b opening onto the external face of the bulge 5 and placed in the immediate vicinity of the median plane of the plate 1.
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Abstract
Description
L'invention concerne la coulée continue des métaux. Plus précisément, elle concerne les lingotières sans fond à parois énergiquement refroidies dans lesquelles s'amorce la solidification du métal liquide coulé sur les machines de coulée continue.The invention relates to the continuous casting of metals. More specifically, it concerns bottomless ingot molds with energetically cooled walls in which the solidification of the liquid metal poured on continuous casting machines begins.
Les lingotières de coulée continue de brames d'acier (produits de section rectangulaire et d'épaisseur faible par rapport à leur largeur) sont constituées par un assemblage de quatre plaques en un métal bon conducteur de la chaleur, tel que le cuivre ou un alliage de cuivre. Elles sont énergiquement refroidies par une circulation de fluide de refroidissement (en général de l'eau), et définissent un espace de coulée dans lequel le métal liquide est introduit et initie sa solidification contre les parois desdites plaques tournées vers l'espace de coulée. L'eau de refroidissement des plaques circule dans des canaux verticaux ménagés à l'intérieur des plaques, et cette circulation est orientée du bas vers le haut de la lingotière.Ingot molds for continuous casting of steel slabs (section products rectangular and of small thickness compared to their width) are constituted by a assembly of four plates of a metal that is a good conductor of heat, such as copper or a copper alloy. They are energetically cooled by a circulation coolant (usually water), and define a pour space in which the liquid metal is introduced and initiates its solidification against the walls said plates facing the casting space. Water cooling plates flows through vertical channels inside the plates, and this circulation is oriented from the bottom to the top of the mold.
Cette configuration présente cependant l'inconvénient que l'eau ne parvient pas au niveau des zones extrêmes supérieures des plaques. En conséquence, les extrémités supérieures des plaques sont insuffisamment refroidies pour accepter d'être en contact avec le métal liquide à solidifier. Il faut donc veiller à maintenir la surface (dite "ménisque") du métal liquide présent dans la lingotière à un niveau suffisamment bas pour que la solidification du produit puisse encore s'amorcer dans des conditions satisfaisantes et sans dégradation de la lingotière. On ne peut donc profiter de l'ensemble de la hauteur de la plaque pour exécuter la solidification du métal avec toute l'efficacité qui serait souhaitable.However, this configuration has the disadvantage that the water does not reach not at the level of the upper extreme zones of the plates. Consequently, upper ends of the plates are insufficiently cooled to accept being in contact with the liquid metal to solidify. Care must therefore be taken to maintain the surface (so-called "meniscus") of the liquid metal present in the mold at a level sufficient low so that solidification of the product can still start under conditions satisfactory and without degradation of the mold. We cannot therefore take advantage of the entire height of the plate to perform the solidification of the metal with any the efficiency that would be desirable.
Cet inconvénient est surtout sensible dans le cas où la lingotière telle qu'on vient de la décrire est utilisée sur une installation du type dit de "coulée continue en charge". Sur ces installations, la partie métallique refroidie de la lingotière est, de plus, surmontée par une réhausse en matériau réfractaire qui prolonge vers le haut l'espace de coulée. La fonction de cette réhausse est de créer une réserve de métal liquide au-dessus de la partie métallique de la lingotière qui assume toujours seule la solidification du produit. Le ménisque est ainsi reporté à l'intérieur de la réhausse, et cela présente plusieurs avantages, qui sont notamment les suivants :
- le niveau où s'initie la solidification est fixé en permanence à l'extrémité supérieure des plaques métalliques de la lingotière, et n'est plus dépendant des fluctuations du niveau du ménisque, inévitables sur les machines classiques ;
- l'extrémité de la busette qui alimente la lingotière en acier liquide est, elle aussi, maintenue à l'intérieur de la réhausse, et les turbulences liées à l'arrivée de l'acier ont ainsi le temps de s'amortir avant que l'acier ne parvienne à l'extrémité supérieure des plaques.
- the level at which solidification begins is permanently fixed to the upper end of the metal plates of the mold, and is no longer dependent on fluctuations in the level of the meniscus, which are inevitable on conventional machines;
- the end of the nozzle which feeds the ingot mold in liquid steel is also maintained inside the riser, and the turbulence linked to the arrival of the steel thus has time to absorb before the steel does not reach the upper end of the plates.
Ces avantages conduisent tous deux à l'établissement d'écoulements relativement calmes du métal liquide au niveau où s'amorce sa solidification, ce qui contribue à une bonne qualité du produit solidifié, notamment à la régularité de sa surface. Cependant, pour en profiter pleinement, il faudrait que la capacité de refroidissement de la lingotière dans la partie supérieure des plaques métalliques soit optimale pour que la solidification s'initie de manière la plus franche possible. Or, comme on l'a dit, ce n'est pas le cas du fait que classiquement, l'eau de refroidissement ne parvient pas dans cette zone de la lingotière. Il y a donc risque d'une surchauffe et d'une dégradation rapide de la partie supérieure des plaques si une lingotière de ce type classique est utilisée avec une réhausse réfractaire.These advantages both lead to the establishment of flows relatively calm of the liquid metal at the level where its solidification begins, which contributes to good quality of the solidified product, in particular to the regularity of its area. However, to take full advantage of this, the ability to cooling of the mold in the upper part of the metal plates either optimal so that solidification begins as frankly as possible. Gold, as we said, this is not the case that conventionally, cooling water does not reach this area of the mold. There is therefore a risk of overheating and rapid degradation of the upper part of the plates if an ingot mold of this type classic is used with a refractory riser.
Le but de l'invention est de proposer une configuration de lingotière de coulée continue de produits métalliques, notamment en acier, qui présente dans sa partie supérieure une capacité de solidification et de refroidissement du métal liquide sensiblement accrue par rapport aux lingotières classiquement utilisées. Cette configuration de lingotière serait particulièrement adaptée pour constituer la partie métallique refroidie d'une installation de coulée continue en charge de brames d'acier.The object of the invention is to provide a casting mold configuration continuous metal products, especially steel, which has in its part superior solidification and cooling capacity of liquid metal significantly increased compared to conventionally used molds. This ingot mold configuration would be particularly suitable to constitute the part metallic steel from a continuous casting installation in charge of steel slabs.
A cet effet, l'invention a pour objet une lingotière de coulée continue des métaux, du type constitué par un assemblage de quatre plaques métalliques comportant des canaux ménagés dans leur intérieur, orientés verticalement et destinés à y faire circuler un fluide de refroidissement, caractérisée en ce qu'au moins deux desdites plaques comportent dans l'intérieur de leur partie supérieure un ou des canaux horizontaux de circulation de fluide de refroidissement indépendants desdits canaux orientés verticalement, lesdits canaux orientés verticalement s'arrêtant en-dessous de ladite partie supérieure.To this end, the subject of the invention is a mold for the continuous casting of metals, of the type constituted by an assembly of four metal plates comprising channels arranged in their interior, oriented vertically and intended to make there circulate a coolant, characterized in that at least two of said plates have one or more channels in the interior of their upper part horizontal coolant circulation independent of said channels vertically oriented, said vertically oriented channels ending below said upper part.
Selon une variante de l'invention, la lingotière est une lingotière de coulée continue de brames d'acier comportant deux grandes plaques et deux petites plaques, et au moins les grandes plaques comportent dans l'intérieur de leur partie supérieure un ou des canaux horizontaux de circulation de fluide de refroidissement indépendants desdits canaux orientés verticalement, lesdits canaux orientés verticalement s'arrêtant en-dessous de ladite partie supérieure.According to a variant of the invention, the ingot mold is a casting ingot mold continuous steel slab with two large plates and two small plates, and at least the large plates have in the interior of their upper part a or independent horizontal coolant circulation channels said vertically oriented channels, said vertically oriented channels stopping below said upper part.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à prévoir pour la partie supérieure d'au moins deux plaques de la lingotière (les grandes plaques pour une lingotière de coulée continue de brames) un circuit de refroidissement indépendant, à l'intérieur duquel l'eau de refroidissement circule horizontalement. Cette circulation s'effectue généralement du centre vers les bords de la plaque.As will be understood, the invention consists in providing for the part top of at least two mold plates (large plates for one continuous slab casting mold) an independent cooling circuit, the interior of which the cooling water flows horizontally. This circulation generally takes place from the center to the edges of the plate.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui montre, vu en perspective, un exemple de plaque destinée à une lingotière selon l'invention ;
- la figure 2 qui représente, vue en perspective, une lingotière de coulée continue en charge de brames selon l'invention.
- Figure 1 which shows, seen in perspective, an example of a plate for an ingot mold according to the invention;
- FIG. 2 which represents, in perspective view, an ingot mold for continuous casting charged with slabs according to the invention.
La figure 1 représente la partie supérieure d'une plaque métallique 1 en cuivre
ou alliage de cuivre pouvant constituer une face d'une lingotière de coulée continue de
brames d'acier selon l'invention. Sa face interne 2 (orientée vers l'arrière du plan de la
figure 1) est destinée à être tournée vers l'espace de coulée, et donc à entrer en contact
avec le métal liquide pour le solidifier et le refroidir. Sa face externe 3 est pourvue de
rainures verticales (non représentées) à l'intérieur desquelles circule de bas en haut l'eau
de refroidissement selon les directions indiquées par les flèches 4. Un chemisage (non
représenté), pourvu d'orifices d'arrivée et de sortie de l'eau, complète le circuit de
canalisation de l'eau de refroidissement, à moins que les rainures et les orifices d'entrée
et de sortie de l'eau ne soient ménagés dans la plaque 1 elle-même.Figure 1 shows the upper part of a
Selon l'invention, lesdits canaux orientés verticalement s'arrêtent en-dessous
de ladite partie supérieure la plaque 1. Celle-ci comporte dans sa partie supérieure des
moyens, indépendants des précédents, pour y faire circuler de l'eau de refroidissement
selon une direction non plus verticale mais horizontale, et assurant une distribution de
cette eau du centre vers les bords de la plaque 1. A cet effet, dans l'exemple représenté
sur la figure 1, la plaque 1 présente dans sa partie supérieure un renflement 5 tourné
vers sa face externe 3, et à l'intérieur duquel sont ménagés deux canaux 6a, 6b
horizontaux parallèles à la face interne 2 de la plaque 1. Ces canaux 6a, 6b sont
juxtaposés et séparés par une cloison 7 de faible épaisseur. Chacun d'entre eux est
alimenté en eau par un orifice d'entrée 8a, 8b débouchant sur la face externe du
renflement 5 et placé au voisinage immédiat du plan médian de la plaque 1. De même,
ils comportent chacun un orifice de sortie de l'eau 8'a, 8'b débouchant chacun sur une
face latérale 9, 9' de la plaque 1. L'eau de refroidissement circule donc horizontalement
du centre vers les bords de la plaque 1 à l'intérieur des canaux 6a, 6b. Prévoir des
circuits de refroidissement indépendants pour chaque moitié de la plaque 1 en partant
du centre vers ses bords permet d'assurer la symétrie de l'intensité du refroidissement
sur les deux moitiés de la partie supérieure de la plaque 1.According to the invention, said vertically oriented channels stop below
of said upper part the
En variante, il est possible de supprimer la cloison 7 et de ne prévoir qu'un
seul orifice d'arrivée d'eau pour l'ensemble de la plaque 1, placé sur son plan médian.
Cette solution est acceptable surtout pour les "petites plaques" constituant les petits
côtés de la lingotière, dont la largeur est de l'ordre de 20 cm (contre 1 à 2 m pour les
"grandes plaques" constituant les grands côtés de la lingotière), et pour lesquelles il ne
risque guère de se poser de problèmes de symétrie de la répartition de l'eau et de ses
écoulements par rapport au plan médian de la plaque. D'autre part, vu la faible
longueur des petites plaques, il est aussi acceptable que le fluide de refroidissement y
entre à une de leurs extrémités et en ressorte à l'autre extrémité au lieu d'y être
introduit de manière centrale. En effet, dans certains cas le réchauffement du fluide
entre l'entrée et la sortie de la petite plaque ne sera pas suffisant pour poser de sérieux
problèmes de symétrie dans la solidification et le refroidissement du produit sur la
largeur de la petite plaque.As a variant, it is possible to remove the
Les canaux 6a, 6b ont, par exemple, une hauteur "h" de 40 à 60 mm, et une
largeur "e" qui, de préférence, ne dépasse pas 10 mm pour que le régime d'écoulement
de l'eau ne soit pas trop turbulent. Des turbulences trop importantes détérioreraient la
qualité des échanges thermiques entre l'eau et la face interne 2 de la plaque 1.The
L'invention permet, comme on l'a dit, d'assurer au niveau du ménisque du
métal liquide présent dans la lingotière un refroidissement intense, même si ce ménisque
est maintenu à un niveau proche des bords supérieurs des plaques métalliques refroidies
1 de la lingotière. La solidification du produit peut ainsi s'amorcer plus franchement
qu'avec les lingotières habituelles. De plus, en agissant sur le débit d'eau de
refroidissement, on peut si nécessaire moduler de manière sensible l'extraction de
chaleur entre le centre et les extrémités de la plaque 1 et agir ainsi sur le gradient de
vitesse de solidification et de refroidissement entre le centre et les bords de la plaque 1.
On viserait ainsi, si nécessaire, à régulariser l'épaisseur de métal solidifié sur la largeur
de la plaque 1.The invention makes it possible, as has been said, to provide at the level of the meniscus
liquid metal present in the mold an intense cooling, even if this meniscus
is kept close to the top edges of the cooled
L'invention peut, en particulier, trouver une application privilégiée au cas des lingotières de coulée continue en charge de brames, comme représenté schématiquement sur la figure 2. La lingotière est ici composée de deux parties superposées définissant en leur intérieur un espace de coulée 10 de section transversale rectangulaire :
- une partie métallique 11 en cuivre ou alliage de cuivre, composée de l'assemblage de quatre plaques selon l'invention, similaires à celles qui ont été précédemment décrites et représentées sur la figure 1 ;
- une partie en matériau réfractaire 12, dite "réhausse", qui prolonge la partie métallique 11, dont les fonctions ont été exposées dans le préambule de la description.
- a
metal part 11 of copper or copper alloy, composed of the assembly of four plates according to the invention, similar to those which have been previously described and shown in FIG. 1; - a part made of
refractory material 12, known as a "raising", which extends themetal part 11, the functions of which have been explained in the preamble to the description.
La partie métallique 11 résulte de l'assemblage de deux grandes plaques (dont
l'une 13 est seule visible sur la figure 2) et de deux petites plaques (dont l'une 14 est
seule visible sur la figure 2). Les grandes plaques sont similaires à celle représentée sur
la figure 1, à ceci près que les orifices de sortie 15, 15' de l'eau de refroidissement
débouchent sur la face externe de la grande plaque, au voisinage immédiat de ses côtés
et non sur ses côtés eux-mêmes. Par ailleurs, elles comportent chacune deux canaux de
circulation de l'eau, et donc deux orifices distincts 16, 16' d'entrée de l'eau. En
revanche, dans l'exemple représenté sur la figure 2 (qui, de ce point de vue, n'est pas
limitatif), les petites plaques 14, si elles comportent deux orifices 17, 17' de sortie de
l'eau, ne comportent chacune qu'un seul canal de refroidissement s'étendant sur toute sa
largeur, donc un seul orifice 18 d'entrée de l'eau situé dans le plan médian de la petite
plaque 14. Comme on l'a dit, du fait de la faible largeur des petites plaques (20 cm
environ), une hétérogénéité de la répartition droite/gauche de l'eau de refroidissement
n'est guère à craindre, et cette configuration donne ici un résultat tout à fait acceptable.The
En-dessous de leur partie supérieure qui comporte les organes de
refroidissement que l'on vient de décrire, les plaques 13, 14 de la partie métallique 11
de la lingotière sont refroidies de manière conventionnelle.Below their upper part which includes the organs of
cooling which we have just described, the
Sur la figure 2, on a aussi représenté la busette 19 en matériau réfractaire qui
alimente la lingotière en métal liquide à partir d'un récipient (non représenté) auquel
son extrémité supérieure est connectée. Comme c'est habituel en coulée continue en
charge, l'extrémité inférieure de la busette 19 est maintenue à l'intérieur de la partie en
réfractaire 12. Dans l'exemple représenté, le métal pénètre dans l'espace de coulée par
deux ouïes 20, 20' opposées qui traversent l'extrémité inférieure de la paroi de la
busette 19 et sont orientées chacune vers un petit côté de l'espace de coulée,.In Figure 2, there is also shown the
Grâce à l'invention, le métal liquide peut subir un refroidissement très intense
dès qu'il entre en contact avec la partie métallique 11 de la lingotière, et cela permet un
franc amorçage de la solidification dès ce niveau, qui contribue à une bonne qualité de
surface du produit coulé. De plus, on évite ainsi une surchauffe de la zone supérieure
de la partie métallique 11 de la lingotière.Thanks to the invention, the liquid metal can undergo very intense cooling
as soon as it comes into contact with the
En variante, on peut prévoir pour la coulée continue classique que seules les grandes plaques de la lingotière comportent des canaux de refroidissement horizontaux dans leur partie supérieure, les petites plaques ayant un circuit de refroidissement de conception classique par canaux verticaux uniquement. En coulée continue en charge, cette solution ne serait pas acceptable, car elle conduirait à des problèmes de dilatations différentielles entre les différentes parties de la lingotière et de la réhausse qui compromettraient la bonne tenue de l'ensemble, celui-ci devant être refroidi de manière homogène sur tout son périmètre.As a variant, it can be provided for conventional continuous casting that only the large mold plates have horizontal cooling channels in their upper part, the small plates having a cooling circuit of classic design by vertical channels only. In continuous casting under load, this solution would not be acceptable, because it would lead to expansion problems differentials between the different parts of the mold and the riser which would compromise the good performance of the assembly, it having to be cooled so homogeneous over its entire perimeter.
On peut également imaginer d'adapter le principe de la lingotière selon l'invention à la coulée continue de produits métalliques se distinguant des brames d'acier par leur format et/ou leur composition.We can also imagine adapting the principle of the mold according to the invention of continuous casting of metal products distinguished from slabs of steel by their format and / or their composition.
Claims (3)
- Mould for the continuous casting of metals in the form of slabs, of the type consisting of an assembly of four metal plates, comprising two large plates (13) and two small plates (14), each including channels made within them, the said channels being oriented vertically and intended to make a coolant flow therein, characterized in that at least the said large plates (13) each also include, in their upper part, two horizontal coolant flow channels (6a, 6b) separated from each other by a partition (7), the respective inlet orifices (8a, 8b) of which are both placed in the immediate vicinity of the mid-plane of the plate and the respective output orifices (8'a, 8'b) of which are each placed on one side (9) or in the immediate vicinity of one of the sides of the plate (1).
- Mould according to Claim 1, characterized in that its small plates (14) each include a horizontal channel provided with a feed orifice (18) lying on the mid-axis of the plate (14) and with two output orifices (17, 17') each placed on one side or in the immediate vicinity of one of the sides of the plate (14).
- Mould according to either of Claims 1 and 2, characterized in that it is topped by a feed head (12) made of refractory.
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