Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention est relative à un procédé
de coulée électromagnétique de métau~ dans lequel on fait
agir au moins un champ magnétique différent du champ de
confinement et un dispositif y relatif.
Il est connu par le brevet français 1.509.962
que l'on peut obtenir des lingots d'acier ou d'aluminium
par coulée électromagnétique. Cette technique consiste à
engendrer autour d'une colonne de métal en fusion, un
champ électromagnétique alternatif au moyen d'un inducteur
annulaire.
Sous l'action de ce champ, apparaissent dans le
métal des forces centripètes qui empêchent son étalement et
lui confèrent une certaine géométrie.
Lorsque le métal ainsi confiné est soumis à un
refroidissement par un agent frigoporteur convenable, il
se solidifie alors suivant la forme imposée par le champ.
A la différence de la coulée classique, la soli-
dification ne se produit pas contre les parois d'un moule,
mais en dehors de tout contact avec un matériau solide.
2~ ~ans ces conditions, on obtient généralement des lin~ots
ayant un meilleur état de surface qui, dans certains cas,
peuvent être utilisés directement dans des opérations de
transformation dimentionnelle sans avoir recours à des
traitements particuliers de surface, tels que le scalpage
par exemple.
Cependant, l'application de cette technique n'est
pas sans inconvénients. On a, en effet, constaté que le
champ électromagnétique de confinement provoque des tour-
billons et un brassage excessif du métal liquide. Ceci
entraîne, d'une part au cours du refroidissement/ une ins-
tabilité du processus de cristallisation qui se traduit
par une hétérogéneité de structure et la présence de grains
de morphologie différente, d'autre part, l'apparition de
piqûres à la surface des lingots dues en partie à la dis-
location du film d'oxyde recouvrant le métal, et à sa
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dissémination dans la masse de métal encore liquide.
La demanderesse, consciente des avantages que
procurerait malgré tout la coulée électromagnétique, a
cherché à remédier à ces défauts.
Plusieurs séries d'essais l'ont amenée à mettre
au point un procédé dans lequel on fait agir, au cours de
la coulée, au moins un champ magnétique différent du champ
variable de confinement et qui se singularise par le fait
que l'on fait agir simultanément un champ stationnaire et
un champ variable de fréquence convenable pour, à la fois,
produire des vibrations radiales au sein du métal non encore
solidifié et limiter le brassage.
Dans la coulée électromagnétique, le maintien
en confinement du métal liquide est ob-tenu par application
d'un champ électromagnétique créé au moyen d'un inducteur
annulaire alimenté par un courant alternatif de Eréquence
généralement comprise entre 500 et 5000 hertz. L'inducteur
exerce son action sur le métal liquide qui est amené par
un distributeur et qui s'échappe sous forme de colonne à
la partie inférieure d'un écran de section sensiblement
v~isine de celle du lingot à couler et de même axe.
Cette action se traduit non seulement par l'efet
de confinement, mais aussi par des mouvements de rotation
du métal liquide à la périphérie du lingot dans un plan
~5 passant par son axe et dirigé de bas en haut quand on
s'éloigne de cet axe.
Selon la présente invention, il est prévu un
procédé de coulée électromagnétique de métaux dans lequel
on fait agir sur le métal en cours de solidification dans
une lingotière au moins un champ magné-tique différent du
champ électromagnétique de confinement afin de créer des
vibrations radiales au sein du métal non encore solidifié,
et d'en limiter le brassage, caractérisé en ce que l'on
Eait agir simultanément un champ stationnaire et un champ
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variable de fréquence appropriée.
Le procédé suivant l'invention, permet à la fois
de produire des vibrations radiales au sein du métal non
encore solidifié et de limiter le brassage.
Selon la présente invention, il est également
prévu un dispositif de coulée electromagnétique de métaux
comprenant un inducteur créant un champ de confinement
et entourant un lingot de métal dont la partie supérieure
est à l'état liquide, un écran et un système de refroi-
dissement, le champ créant dans le métal liquide des
tourbillons, dispositif comprenant en outre:
- une bobine alimentée en courant continu, et
-des moyens pour créer un champ variable de
fréquence prédéterminée pour provoquer des vibrations
radiales à l'intérieur du métal liquide limitant ainsi
le brassage.
De préférence, le champ stationnaire a une
direction sensiblement verticale et il est créé par une
bobine annulaire alimentée en courant continu comportant
un nombre de spires suffisant pour atteindre des valeurs
inferieures à 0,5 tesla.
De préférence, cette bobine a une section hori
zontale voisine de celle de l'écran, et elle est placée
au-dessus de ce dernier et de façon concentrique par
25 rapport à l'axe du lingot. Ce champ peut être modifié
par adjonction à l'intérieur de la bobine d'un noyau en
fer de forme annulaire.
Sous l'action combinée de ce champ et du champ
de confinement, on constate déjà un effet bénéfique sur
30 l'état de surface et sur la structure et l'homogénéité
du métal dans la zone corticale du produit coulé.
Cependant, l'invention ne se limite pas a la
seule application d'un champ stationnaire, mais également
à celle d'un champ variable de fréquence convenable pour
35 provoquer des vibrations radiales et limiter le brassage.
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De préférence, ce champ variable de direction
parallèle à l'axe du lingot est obtenu au moyen d'une bobine
alimentée par un courant alternatif de basse fréquence,
c'est-à-dire compris entre 5 et 100 hertz. I1 est évident
que, pour des raisons de commodité, on choisit généralement
la fr~quence industrielle de 50 Hz.
De préférence, cette bobine, également annulaire,
est placee concentriquement a l'intérieur de la bobine
alimentée en courant continu et à une hauteur moyenne
située à la limite entre l'écran et cette dernière bobine.
Il est possible de supprimer cette bobine en alimentant
directement l'écran en courant alternatif et qui devient
alors genérateur de champ variable, et cette substitution
rend plus aisée
-3a-
~j:
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l'introduction d'un noyau en fer dans la bobine alimentée
en courant continu.
En raison de la basse fréquence utilisée, le
champ variable créé soit par la bobine soit par l'écran,
étend son action électromagnétique à l'ensemble du métal
liquide, de sorte que le mouvement de rotation du métal
n'est plus limité au voisinage de la périphérie du lingot
comme avec le champ de confinement, mais se manifeste
jusqu'à l'axe du lingot. De plus, comme la rotation s'effectue
dans un sens inverse de celui produit par le champ de
confinement: il résulte de ces effets antagonistes, une
réduction de l'ampleur des tourbillons et du brassage
constatés dans la coulée électromagnétique classique.
Cette action, qui concerne donc toute la section du lingot,
se traduit par un affinage du grain et une homogénéité
plus grande de la cristallisation. Corrélativement, la
vitesse de transfert du métal dans les tourbillons diminue
et la dislocation de la peau d'oxyde, même si elle n'est
pas complètement supprimée, n'est plus suivie d'une dis-
2~ sémination généralisée dans le métal des particules qui
en résultent, d'où une atténuation du phénomène de piqûres.
Mais le champ variable, joue également d'autres
fonctions. I1 donne naissance dans le métal à un courant
induit dont les lignes de forces sont des cercles concen-
triques. Sous l'action combinée du champ stationnaire et
du courant induit, se développent des forces de direction
radiale et de fréquence N égale à la fréquence du champ
variable. De même, par intéraction du champ variable et
du courant induit, tous deux de fréquence N, naissent
également des forces radiales variables, mais de fréquence
2 N. Ces vibrations forcées ont pour effet de produire
un affinage du grain.
Selon une variante de l'inveniton, il es~
~ possible de créer le champ variable à partir d'une bobine
alimentée avec un courant alternatif de fréquence supérieure
if ~
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a 100 hertz. Dans ce cas, la pénétration du champ électro-
magnétique dans le métal va être d'autant plus limitée
que la fréquence est élevée. L'action combinée du champ
stationnaire et du courant induit se trouve alors réduite
et les vibrations forcées, pratiquement inexistantes.
Néanmoins, on peut quand même obtenix des effets
de vibration en utilisant la résonance.
En effet, en fonction des dimensions des produits
coules, de la vitesse de coulée, de la nature des métaux
et alliages mis en oeuvre, il existe des fréquences de
vibration propres du métal liquide, des dendrites en cours
de formation ou de la masse solide, dont la valeur peut
être déduite par le calcul ou par mesure à l'aide de capteurs
adéquats. Si on ajuste la fréquence du champ variable à
~5 la valeur de ces fréquences fondamentales ou harmoniques,
on d~veloppe la formation de vibrations de résonance dont
les effets sont aussi notables sur l'affinage du grain.
Dans ce cas, il n'est pas toujours nécessaire
de recourir à une bobine spéciale pour créer le champ
~0 variable car on peut, dans certaines conditions, obtenir
le phénom~ne de resonance ~ partir du champ électromagnétique
de confinement lui-même.
Un mode de réalisation de l'invention va maintenant
etre decrit à titre d'exemple non limitatif en se référant
aux dessins attachés, dans lesquels:
- La figure 1: est une coupe par un plan vertical
passant pas l'axe du lingot d'un dispositif de coulée
électromagnétique suivant l'art antérieur, et
- La figure 2: montre la même coupe du dispo-
sitif suivant l'invention.
Sur la figure 1, on voit un lingot de métal (1)dont la partie supérieure (2) est à l'état liquide. Ce
lingot est entouré par un inducteur (3) qui crée le champ
~le~tromagnétique de confinement, par un écran (4) et un
système de refroidissement (5). Le champ crée dans le métal
li~uide de tourbillons (6).
~ `
~ ~ ~3 3()~ii9
Sur la figure 2, on retrouve les mêmes moyens
que ci-dessus auxquels sont ajou-tés les moyens suivant
l'invention, à savoir/ une bohine (7) alimentée en courant
continu et une bobine (8) alimentée en courant alternatiE.
Le champ créé par ce-tte dernière bobine produit une circula-
tion du métal suivant la trajec-toire (9), tandis que se
développent des vibrations radiales représentées par (10).
L'invention peut être illustrée à l'aide de
l'exemple de réalisation suivant:
On a coulé une billette de 0 350 mm en alliage
d'aluminium 2024 affiné avec de l'AT5s à raison de 1 kg/-tonne
d'aluminium. Une première partie a été réalisée avec ap-
plication d'un champ de confinement de fréquence 2000 hertz
créé sous une tension de 28 volts et une intensité de
J.5 4900 ampères.
Sur une deuxieme partie, on a appliqué le procédé
selon l'invention, c'est-à-dire qu'on a alimenté une bobine
annulaire placée au-dessus de l'écran sous une tension
continue de 24 volts, par un courant de 17 500 ampères-tours
~n pour créer un champ stationnaire de 0,0~ tesla. Une autre
boblne, placée à l'intérieur de la première, à une hauteur
voisine du hau-t de l'écran, était alimentée sous une ten-
s:i.on de 75 vo]ts, par un courant de 3~300 ampère-tours, ayan-t
une période de 50 hertz, pour créer un champ variable.
On a constaté que la deuxième partie de la bil-
lette présentait uniquement des grains équiaxes dendri-
tiques, alors que, dans la première partie, étaient présents
également des grains équiaxes sans dendrites; de plus, le
nombre de grains avait également été multiplié par ~,
tandis que l'état de surface s'était sensiblement amélioré,
ne présentant ni piqûres, ni rugosités.
La présente invention trouve son application
dans la coulée électromagnétique des métaux et alliages
sous orme de plaques, billettes, lingots etc... quand on
~.z~306~
cherche à améliorer à la fois la structure et l'état de
surface des produits coulés.
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