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L'invention concerne les procédés de coulée continue
des métaux en fusion, notamment de l'acier, qui comportent un
brassage du métal liquide en lingotière au moyen de champs ma-
gnetiques mobiles.
On sait que la coulée continue avec brassage du métal
en fusion en lingotière presente, par rapport à la coulée conti-
nue classique, l'avantage d'ameliorer la qualite des demi-pro-
duits obtenus, puisqu'elle influe ~avorablement à la fois sur la
proprete superficielle et inclusionnaire et sur la structure ~e
1o solidification.
Il est connu de provoquer ce brassage, par voie meca-
nique, en entrainant le produit coule en rotation au-tour de l'axe
de la lingotière par une mise en rotation de la lingotière elle-
meme et des moyens d'extraction, associee à une alimentation en
métal liquide decentree et inclinée sur la verticale (coulée con-
tinue centrifuge mecanique).
Il est connu egalement de mettre le metal en mouvement
par action electromagnetique au moyen dlun champ magnétique mobi-
le crée par un inducteur statique polyphase, de structure tubulai-
re, entourant la lingotière et generalement immerge dans la cham-
bre à eau superieure de ce-tte dernière. On sait que, selon le ty-
pe d'inducteur utilise, le metal liquide peut être soumis à un
mouvement de rotation ou à un mouvement toroidal, autour de l'axe
de la lingotière. Dans le premier cas, l'inducteur produit un champ
magnetique tournant autour de l'axe (brevet français n 2 315 344 -
IRSID) et dans le second, un champ magnetique glissant le long de
cet axe (brevet français n 2 248 103 - IRSID).
Ces procedes electromagnétiques, en particulier le pro-
céde à champ magnétique tournant, s'ils présentent par rapport au
procede mecanique l'avantage d'une plus grande simplicite techno-
logique et celui de s'affranchir des sujetions relatives au mocle
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dlintroduction du mé~al en lingotiere, se sont cependant heurtés
dès l~origine à des dif~icultés telles qu~ils commen~ent à peine
a se developper industriellement.
Toute~ois, cette sanction industrielle naissante appa-
raît tributaire des contraintes liées à la nécessité d'une alimen-
tation électrique de haute puissance délivrée à basse ~requence ge-
neralement inferieure a 10 - 15 Hz (brevet fran~ais n~ 2 279 500 -
USINOR ; brevet français n 2 338 755 - IRSID) a savoir l'utilisa
tion de convertisseurs de fréquences de type statique très élaborés
et dont le coût d'acquisition et d'entretien peut constituer un
handicap à l'expansion récente du procéde.
Le but de la présente invention est précisément de sup~
primer un tel handicap.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de cou-
lée continue des métaux en fusion, tels que l'acier, selon lequel
le metal liquide est mis en mouvement au sein de la lingotière au
moyen de champs magnetiques mobiles créés par un inducteur statique
polyphasé, de structure tubulaire disposé autour de la lingotière,
et caractérisé en ce que le rapport entre la vitesse linéaire de
déplacement du champ et la distance sur laquelle il se propage est
égal ~ la fréquence du courant électrique alimentant l'inducteur,
et en ce que l'on règle cette dernière à une valeur comprise entre
1 et 60 Hz environ.
Selon une caracteristique de l'invention, l'intensite
ef~icace du champ magnetique agissant sur le metal liquide est com-
prise entre 0,01 et 0,1 Tesla environ.
Le procedé s'applique aux lingotiares de type usuel, en
cuivre ou alliage de cuivre, ou autre, dont l'epaisseur ne depasse
guère 15 ~ 20 mm environ et dont le c8té ou le rayon intérieur est
compris entre 30 et 400 mm, ce qui couvre, à :L'exclusion des brames,
la quasi-totalité des demi-produits obtenus habituellement par coulee
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continue de l'acier.
Le procede s'applique également quelle que soit la for-
me des produits coules, c'est-à-dire aussi bien aux lingotière~
rondes, que carrees ou plus generalemenk quadrangulaires. De ce
fait, par "rayon interieur" de la lingotière, on entend le "ra-
yon equivalent" R, donné par la relation
a+b
R = 0,55 -
où a et b sont les dimensions respectives des deux côtés de la
lingotière.
1~ Comme on le comprend, 1'invention complète donc l'en-
seignement habituel en élargissant vers des frequences plus ele-
vees le domaine d'exploitation du procede connu de centrifugation
electromagnetique.
De recentes etudes faites par le demandeur montrent en
effet que, même dans le domaine des frequences utilisees jusqu'
ici, allant même jusqu'aux fréquences industrielles de 50 ou 60
Hz, le seuil critique de l'intensite du champ necessaire à l'ob-
tention d'un brassage satisfaisant du metal se situe à un niveau
inferieur à celui atteint par le champ utile delivre par l'induc-
teur, et ceci malgre la forte diminution que subit ce dernier lorsde la traversee de la lingotiere. Autrement dit, il demeure possi-
ble d'employer les inducteurs usuels, en particulier ceux équipant
déj~ des machines de coulée continue électromagnétique.
Pour illustrer ce qui vient dlêtre dit, on va décrire
un exemple relatif à la coulée continue électrocentrifuge (champ
magnétique tournant autour de l'axe de la lingotière).
On considère une lingotière en cuivre de 10 mm d'épais-
seur pour la coulee de billettes d'acier rondes de 150 mm de dia-
mètre, donc d'un format très courant, notamment pour la fabrica-
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tion de tubes sans sou~ures. ~ une ~réquence de 50 Hz, le champmagnetique utile, c'est-à-dire celui agissant sur le métal coulé,
doit presenter une in~ensite minimale de 0,02 T. eff. environ.
Dans ces condi-tions, les calculs et l'experience montrent que
l'absorption du champ, principalement due ~ la presence de la lin-
gotière, est de l'ordre de 60 % environ. Le champ devant être
cree par l'inducteur doit donc pouvoir atteindre des valeurs de
l'ardre de 0,05 T. eff. On sait que les inducteurs habituellement
employes peuvent fournir sans difficultes un tel champ puisqu'ils
sont capables d'atteindre des niveaux proches de 0,1 T. eff.
Il est à noter qu'à une frequence donnee, le seuil
critique minimum varie dans le sens inverse du format des pro-
duits coulés. Ainsi il peut s'avérer que, pour les petits for-
mats, par exemple voisins de 40 mm de rayon, le champ nécessaire
à 50 Hz atteigne au niveau de l'inducteur 0,15 ~ 0,20 T.eff. Dans
ce cas, il faut disposer d'un inducteur plus puissant. Mais l'en-
vironnement immédiat de la lingotière r OU le caisson de la lingo-
tière, dans lequel est généralement placé l'inducteur, ayant un
volume disponible d'autant plus important que la lingotière est
de dimension réduite, l'augmentation nécessaire de la taille de
l'inducteur ne pose pas de problèmes particuliers d'adaptation.
La limite déterminée par le demandeur se situe néanmoins au voi-
sinage d'un rayon de 25-30 mm.
De même, dans le sens des forma-ts croissants, la taillè
maximale théorique correspond à un rayon de l'ordre de 300 mm.
Mais, dans ce cas, la limitation a une autre origine : celle de
l'épaisseur de la lingotière. Les lingotières pour la coulée de
grands formats doivent en effet avoir une épaisseur suffisante
pour assurer leur rigidité et éviter leur déformation mécanique
30 sous l'effet des contraintes de pression qui s'exercent notamment
pour les formats non circulaires. A titre d'exemple, il est sou-
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h~itable pour la coulee de produits carrés de 400 mm de coté,
soit un rayon equivalent de 220 mm (qui, en pratique, est un
maximum pour les produits coulés en continu~ de ~aire usage
d'une lingotière en cuivre de 20 mm au moins d'épaisseur. Dans
ce cas, le seuil critique de l'intensité du champ es~ seulement
de l'ordre de 0,01 T. eff. à 50 Hz. Mais compte tenu de son af-
faiblissement très important lors de la traversee de la paroi en
cuivre de 20 mm, l'intensité nécessaire au niveau de l'inducteur
peut attei~dre des niveaux bien plus eleves, de l'ordre de 10 fois
10 plus.
Il doit egalement être noté que pour un format donné
de la lingotière le seuil critique du champ augmente lorsque la
fréquence diminue, ce qui est conforme aux previsions puisque
l'on sait que l'intensite de brassage estt d'une part, lineaire-
ment proportionnelle à la vitesse angulaire du champ, donc à la
~réquence du courant, et d'autre part proportionnelle au carré de
1'intensite moyenne du champ agissant sur le produit coule.
Ainsi, si l'on reprend l'exemple de la linyotière ronde
en cuivre de 150 mm de diamètre interieur, le seuil critique du
champ est de l'ordre de 0,03 T. eff. pour une frequence du courant
de 25 Hz. L'intensite du champ au niveau de l'inducteur doit être
alors d'environ deux fois superieure, (absorption de 50 % environ)
soit environ 0,06 T. eff. Dans les mêmes conditions, on obtiendrait
pour 5 Hz, un seuil critique de 0,06 T.eff. et au niveau de l'in-
ducteur (absorption de 15 % environ) un champ de 0,07 T. eff. en-
viron, ce qui est encore laryement dans les possibilites des in-
ducteurs usuels. A titre indicatif, la limite vers les basses fre-
quences est atteinte vers 60 Hz pour les fo~nats voisins de 30 mm
de rayon, vers 3 Hz pour les formats voisins de 75 mm de rayon,
vers 1 Hz pour les formats supexieurs ~ 130 mm de ra~on.
Comme on le comprend, les avantages proc~lrés par l'in-
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vention se si-tuent à un double niveau : d'abord elle permet
de conserver un inducteur de type habituel ; en second lieu
elle permet de se passer de convertisseurs statiques de ~ré-
quence au profit de groupes tournants bien moins chers sur le
marche, pour une gamme de fréquence allant de 15 à 50 Hz envi-
ron, et d'utiliser de simples autotransformateurs lorsque la
fréquence souhaitée es-t celle que délivre le réseau d'alimen-
tation, à savoir 50 ou 60 Hz selon les pays. Bien entendu de
tels avantages ne sont obtenus que dans les limites du domaine
d'application de l'invention telles qu'elles ont ete precisées
dans les lignes précédentes.
Une dernière condition nécessaire est, comme on l'a
de~à dit, que le rapport entre la vitesse lineaire de deplace-
ment du champ et la distance sur laquelle il se propage, soit
egal à la frequence du courant electrique polyphase alimentant
l'inducteur. Selon que l'inducteur est du type à champ glissant
ou tournant, la distance de propagation du champ s'identifie
respectivement avec la hauteur de llinducteur ou avec son peri-
mètre interieur.
Une telle condition est satisfaite lorsque l'inducteur
presente une paire de poles magnetiques par phase de l'alimenta-
tion electrique.
Dans le cas d'un inducteur à champ tournant, cette
condition se traduit par l'égalité entre la fréquence de rota-
tion du champ et celle du courant d'alimentation, et reflète
le fait que le champ magnétique à l'interieur du produit coulé
doit être uniforme.
