Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
g 7 ~
La présente invention est relative à la coulée conti-
nue verticale de tubes en métaux ou alliages métalliques
et s'applique plus particulièrement à la coulée continue
de tubes en fonte de faible epaisseur, ~ l'aide d'une fi-
5 lière comportant un moule et un mandrin, ou noyau cylin-
drique, coaxial au moule, qui delimitent un espace annu-
laire pour la coulée du tube.
Plus précisement, l'invention conc~rne le cen-trage
du noyau, ou mandrin, dans la filière.
Le problème du centrage du noyau par rapport ~ la
filière est particulièrement aigu lorsque l'on veut cou-
ler des tube~ minces, c'est-à-dire de faible rapport
épaisseur/diamètre, dont l'epaisseur ne depasse pas quel-
ques millimètres et no-tamment, comme`~ans~ c~as~~dë la
15 présente invention, des tubes d'un rapport epaisseur/
diamètre exterieur inferieur ~ 8~ et d'une epaisseur in
ferieure à 5 mm. En effet, le moindre excentrement du
noyau par rapport au moule provoque une irrégularité im- .-
portante dans l'épaisseur du tube, sur tout le pourtour
20 de la filière. Par exemple, pour une épaisseur dé~irée
de 3 mm, un excentrement de 0,5mm entralne une lrregula-
rite relative importante pouvant atteindre de 1 ~ 3 mm,
c'est-à~dire 33%. Or un tel excentrement peut facilement
provenir, par exemple, des tolérances d'usinage et/ou
25 d'une dilatation legèrement heterogène du noyau lors du
chauffage.
En effet, lorsque, selon une technique connue par le
brevet FR 2 415 501 de la demanderesse, le centrage du
noyau est realise par ajustement de ce dernier dans un
30 oriEice superieur de la tete ou caisson de coulee, les
tolerances de fabrication de cette t8te de coulee, o~ du
caisson, et des orifices destines ~ etre traverses par le
noyau sont trop larges pour de~ epaisseurs très faibles,
et notamment inférieures à 5 mm, et le centrage du noyau
35 est difficile ~ realiser.
`~
S~lon une autre technique connue par le brevet FR
1 485 055, c'est un assemblage à manchon ou fourreau et
à palier de guidage em~anché à la presse dans le manchon,
ou fourreau, qui assure un centrage précis du mandrin par
5 rapport à la filiëre de coulee d'un tube. Cependant une
telle technique fait appel à un ajustage précis et diffi~
cile ~ réaliser.
On fait encore appel à un ajustage precis, difficile
et co~teux, si on utilise, comme connu, un noyau ~ portée
10 de centrage dans le moule ou la coquilleO
Dans une autre technique antérieure (brevet FR
~ 077 405), utilisant une lingotière pour la fabrication
de profilés tubulaires, le problème du centrage du man-
drin par rapport à la lingotière est résolu au moyen
15 dlune embase cylindrique appartenant au mandrin et insé-
rée dans un ~videment cylindrique correspondant de la
lingotière avec, en outre, un filetage pour il~obiliser
axialement le mandrin dans la lingotière. Outre que ce
montage comporte un filetage difficile à usiner, il n'ap-
~o porte pas une solution satisfaisante au problame de la
coulée continue de tubes Minces en fonte.
La présente invention a donc pour but de permettre
un centrage précis du noyau par rapport ~ la filiare, à
partir d'un ma-tériel dont les tolerances de fabrication
25 sont habituellement lar~ement supérieures à celles que
l'on exige pour ce centrage ou cet alignement, c'est-à-
d.ire a partir d'assemblages à jeux importants.
Cette invention a en effet pour objet un dispositif
de support et de centrage d'un noyau c~lindrique à l'in~
térieur de la filière annula.ire d'une installation de
coulée continue verticale d'un tube mince, comportant
une tête ou caisson de cou:Lee, qui relie une poche de
coulée ~ l'espace annulaire e~roit de la filière annu-
laire, caracterisé en ce qu'il comporte en combinaison,
35 pour le support du noyau, une articulation ~ rotule entre
3, ~o~
l'extrémité supérieure du noyau et la partie supérieure
de la tê-te de coulée, le noyau traversant avec un jeu
important cette tête de coulée, et, pour le centrage du
noyau dans le moule à l'inté:rieur de l'espace annulaire
5 de la filière annulaire, une serie de saillies ou bossa-
ges identi~ues, xégulièrement espacés sur la périphérie
du noyau et en contact avec la paroi interne du moule, à
la partie supérieure ou entrée de la fi.lière annulaire,
à un niveau d'immersion dans le métal liquide lors de la
10 coulee.
Grâce ~ la combinaison du support articulé à rotule,
au-dessus du caisson, allant de pair avec u~ montage avec
jeu de la partie supérieure du noyau, au travers du cais-
son, et des saillies ou bossages de centrage disposés
15 plus bas, à la partie inférieure du caisson, à l'entrée
de la filière annulaire, le noyau est parfaitement centré
par rapport au moule et, de ce fait, parfaitement aligne
avec l'extracteur ~ès lors que le moule est lui-m8me ali-
gne avec ce dernier.
Selon un mode de réalisation preféré, l'extr~mité
supérieure du noyau est solidaire d'une calotte de sup-
port ~ surface in~erieure sphérique, qui est en appui sur
une assise annulaire à surface superieure sphérique fixée
au-dessus de la tete de coulée, ou coaxialement a la sor-
tie de la tete.
La s.imple inkroduction du noyau dans le moule et la
venue des bossages en contact avec la paroi de ce moule,
centrent automatiquement le noyau par rapport à la fi-
lière elle~meme et mettent la calotte en appui st~ble et
30 s~r sur l'assise annulaire, quel que soit l'excentrement
de la filière par rapport à cette assise.
Les bossages peuvent avoir des formes diverses assu-
rant des contacts ponctuels, ou sur de tres petites 5ur-
faces, avec la paroi du moule~ Dans tous les cas ils oc-
35 cupent un volume faible par rapport à celui ~e l'espace
annulaire et sont suffisamment près de l'entrée de la fi-
lière pour n'être entourés que par du rnétal liquide~
La description ci-dessous d'un mode de realisation
donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux
5 dessins annexés, fera d'ailleurs ressortir les avantages
et caractéristiques de l'invention.
Sur ces dessins :
- la fig. 1 est une vue schematique en elévation,
avec coupe partielle et à petite echelle, d'une instal-
10 lation de coulee continue avec filière annulaire sui~antl'invention, en cours de coulee d'un tube;
- la fig. 2 est une vue schematique partielle en
coupe, ~ beaucoup plus grande echelle, de l'installation
de la figure 1, et plus particulièrement de la filière
15 annulaire et de ses moyens de support, les saillies de
centrage etant representees de manière très schematique;
- la fig. 3 est une vue partielle à plus grande
echelle encore, du noyau et de ses bossages de centrage
par rapport au moule;
- la fig. ~ est une vue partielle en coupe meri-
dienne d'une variante de saillie de centrage du noyau;
- la fig. 5 est une vue de face de la saillie de la
figure ~;
- la fig. G est ~Ine vue partielle analogue ~ la fi-
25 gure 5, d'une autre variante de saillie de centrage.
Une installation de coulee continue verticale d'un
tube T, en fonte, de rapport epaisseur/diamètre exterieur
faible, inferieur à 8%, et d'epaisseur inferieure à 5 mm,
est represen-tée sur la figure 1. Elle comporte, de maniè-
30 re connue en soi, un bâti 1 qui supporte ~ sa partie su-
perieure une poche de coulée 2 fermee hermeti~uement par
un couvercle ~, qui d'une part est perce d'un orifice de
remplissage obture par un bouchon 6, et d'autre part est
traverse par un conduit 8 relie à une source de gaz sous
35 presslon, non repxesentee.
1 ~n~g
La poche de coulee est prolongee par une buse de
coulée 10, sur laquelle est ~ixee de manière etanche
mais amovible une tete de coulee ou caisson 12, du type
à chenal ou conduit en équerre, c'est-a-dire comportant
5 un chenal 14 dans le prolongement de la buse de coulée 10
et un bassin de coulée 16, d'axe XX, perpendiculaire au
chenal 14. Une filière 18 débouche dans le bassin 16 et
doit etre coaxial à la fois à ce bassin de coulée et à
un dispositif extracteur 20, egalement d'axe XX, qui est
10 fixe sous le châssis.
La filière annulaire 18 comporte un moule 22 d'axe
XX et un mandrin, ou noyau cylindrique, ~4 qui delimite
avec ce moule un espace annulaire etroit, 26, de coulee
du tube (fig. 2), et doit par suite egalement 8tre centre
15 sur l'axe XX.
Le moule 22 est constitue par un cylindre en gra-
phite qui comporte, ~ sa partie superieure, une tête ou
un "bec" tronconique 23, immerge dans le bassin de cou-
lee 16, et est entoure par une enveloppe 30 delimitant
20 une chemise de metal liquide de refroidissement a bas
point de fusion, reliee par des conduits 31 et 32 res
pectivement ~ une alimentation sous pression et à une vi-
dange. Autour de l'enveloppe 30 est disposee une envelop-
pe d'eau de reEroidissement en circulation 34. L'ensem-
25 ble du moule 22 et des enveloppes de refroidissement estmalntenu par deux brides 27 et 28, respectivement supe-
rieure et inferieure, qui sont fixees sous la tête de
coulee 12 au moyen de -tirants 29.
Le noyau 24 est de preference constitue par un c~-
30 lindre creux, à l'in-terieur duquel est monte un serpen-
tin de chauffage 36, qui occupe la quasi tota]ite de la
cavite interne du noyau mais, de preference, ne s'etend
pas jusqu'à l'extremite inferieure de ce dernier. A son
extremite superieure le noyau 24 comporte une tête eva-
3S sëe, tronconique, 38. Comme le montre clairement la fi-
gure 2, la longueur du noyau 24 est nettement supérieureà la sornme des longueurs du moule 22 et de la tête de
coulee 12, et ce noyau traverse avec jeu un orifice 40
de la partie supérieure de ce-tte tete de coulée, d~ sorte
5 que la tête 38 fait saillie à l'extérieur de cette der-
nière.
La tête 38 est supportée au-dessus de la te-te de
coulée 12 par une calotte 42 enfilee sur le noyau 24,
avec interposition d'un fourreau 44 ayant une partie cy-
lindrique et une partie tronconique 45 qui s'adapte à laforme de la tête ~vasee 38. La surface superieure 43 de
la calotte 42 est plane, mais sa surface inferieure 46
est spherique et repose sur la surface superieure 48, de
forme correspondante, d'une assise 50 fixee, par exemple
15 par des vis 52, sur la tête de coulee 12. L'assise 50
est annulaire et est coaxiale à liorifice 40 de passage
du noyau 24.
La calotte 42 est rigoureusement solidaire du noyau
24 et de la tête 38, car elle est fixee par l'interme-
20 diaire de boulons 56, ou analogues, sur une hride 58 quientoure la tête 38 et est en appui sur l'extremite du
fourreau 44, et qui en outre est suspendue au moyen de
boulons 62, ou autres oryanes analogues, ~ une bride su-
perieure 60 atroitement appliquee contre la face supe-
rieure. de la tête 38. Le dispos.itif de support ou de sus-
pension du noyau 24 es-t donc constitue essentiellement
par la tete 38, le fourreau 44 et l'assise 50 fi~ée sur
la tete de coulée 12. On considère comme une articula-
tion a rotule la combinaison des surfaces sphériques 46
et 48.
L'ensemble cons-titué par la tête 38 et le noyau 24,
le fourreau 44 ainsi que la calotte 42 solidement mainte-
nue par les brides 58 et 60, est immobilisé par rapport
c~ la tete de coulée 12 ~race a des pattes de serrage 64
traver~s~es par des goujons 66, fixés sur la tête de cou-
7 a
lee 12, et serrees au moyen d'écrous 68 qui appliquent
- les pattes 64 sur la surface plane ~3 de la calotte 42
et serrent ainsi cette calotte sur l'assise 50~
Le noyau 24 comporte en outre, en un point intermé-
5 diaire, une série de saillies ou bossages 70, régulière-
mer.t rëpartis sur sa périph~rie. Les saillies ou pastil-
les 70 sont en graphite. Elles viennent de moulage avec
le noyau 24 ou peuvent etre rapportées sur le noyau 24.
Ces saillies 70, destinées à venir en contact avec la
10 surface interne du moule 22, se trouvent sur une partie
du noyau 24 placée à la partie supérieure de la filière
annulaire 18, à hauteur du bec ~ronconique 23, donc à
l'entrée de la filière annulaire 18, pour etre dans une
zone où la fonte coulee dans l'espace annulalre 26 est
15 encore liquide~ La hauteur ou saillie radiale de chacune
des pastilles 70 par rapport à la paroi du noyau 24 cor-
respond à la largeur de llespace annulaire 26 qui deli-
mite la filière. Toutefois, comme le montxent plus par-
ticulierement les figures 3 et 4, le sommet des pastilles
20 70 destin~ à ~etre en contact a~ec la paroi interne du
moule 22 n'est pas plan, mais est de preference bombé,
chaque pastille comportant de préfé.rence une dépouille
lat~rale 71 tout autour de son sommet. La pastille 70
peut avoir une base carree, comme représenté sur les fi-
25 g~lres 3 et 5, ou une base circulaire comme represente
en 72 sur la ~igure 6.
Selon la variante de la figure 5, le noyau 24 com-
porte des pastilles 74 qui ont une base carree, délimitée
par quatre pans obliques 75, de sorte que le sommet 76
30 qui entre en contact avec la surface interne du moule 22
a une surface extrêmement réduite et presque ponctuelle.
Quels que soient la forme et le mode de réalisation
des saillies ou pastilles de centrage 70, 72, 74 portées
par le noyau 24, celles-ci sont placées de manière à se
35 -trouver le plus pr~s possible de lientrée du moule 22,
t ~8~JS~78
c'est-à-dire de l'entrée de la filiere annulaire 18,
hauteur du bec tronconique 23 qui est immergé dans le
bassin de coulée 16, de façon à ne se trouver en contact
~u'avec du mé-tal liquide.
Les dimensions des pastilles 70, 72, 74, de même
que la distance qui les sépare sur la périphérie du
noyau 24, sont choisies de manière que le volume total
des pastilles soit faible par rapport à celui de l'espace
annulaire 26, donc de manière à n'opposer qu'un obstacle
10 négligeable à l'écoulement de la fonte li~uide. Par suite,
l'écoulement du liquide n'est pratiquement pas modifié
par leur présence et la coulée s'effectue exactement de
la même manière qu'en l'absence de ces pastilles.
Le centrage du noyau par rapport au moule, et par
15 suite la régularité et la ~ualité du tube produit, sont
considerablement ameliores.
En effet, lors du montage de l'installation, lorsque
le moule 22 a ete monte sur la tête de coulee 12 et par- -
faitement aligne avec l'axe XX du dispositif extracteur
20 20, ce moule 22 peut presenter des jeux importants par
rapport a la tête de coulee, en raison des tolérances de
fabrication d'une part, et du travail de la tôle exté-
r:ieure ].3 de cette tete sous l'action de la chaleur,
d'autre part. Il est donc necessaire de centrer le noyau
24 par rapport au moule 22 et, par suite, ~ l'extracteur
20, et non par rapport ~ la tête de coulee 12.
Dans ce but on fixe d'abord le fourreau 44 et la ca-
lotte 42 sur le noyau 24 et sa tête 38, au moyen des bri-
des 58 et 60. Puis on introduit le noyau 24 dans l'ori
30 ~ice 40 de la t~te de coulee et on le fait descendre et
p~n~trer dans le moule 22, jusqu'~ ce que les pastilles
de centrage rencon-trent la paroi interne de ce moule et
raglent la position du noyau. La calotte 42 vient alors
appuyer sur la sur~ace superieure 48 de l'assise 50 et,
35 ~uelle que soit la position du noyau 24 par rapport ~
I ~(J~7~
l'orifice 40 et à la tête de coulee, ces deux surfaces
s'emboîtent etroitemen-t l'une dans l'autre. L'immobili-
sation du noyau 24 est alors assurée par les pattes 64
maintenues par les goujons 66 et les ecrous 68.
Bien entendu, au cours de ce montage il est encore
possible,au voisinage de la position definitive de sus-
pension du noyau 2~, de verifier la parfaite coaxialite
de ce noyau et du moule 22, en introduisant dans l'espace
annulaire 26, à sa par-tie inferieure, des gabarits de
contrôle dont la dimension est egale à la hauteur des
pastilles 70, 72 ou 74. Au cas où l'on constaterait une
déviation legère du noyau, on pourrait deplacer legère-
ment dans le sens voulu la surface spherique de la calot-
te 42 par rapport à l'assise 50 pour remettre parfaite-
15 ment le noyau dans l'axe XX.
Au cours de la coulee, le metal liquide contenu dans
la tête de coulee, et tout particulièrement dans le che~
nal 14 et dans le bassin 16, pénètre dans l'espace annu-
laire 26 et s'ecoule dans la direction des flèches re-
20 presentees sur la fi~ure 3, entre les pastilles 70 et
autour de celles-ci. Ces pastilles sont par exemple au
nombre de six, mais laissent une large sec-tion de passa-
ge entre elles. En consequence aucun risque de solidifi-
cati.on, ou plutôt de depat suivi de solidification, n'est
à craindre dans cet-te zone de centrage.
Il est ~ noter que le front de solidification de la
fonte, ou frontière theorique en-tre la Eonte li~uide et
la fonte solidifiee en un tube T, est situe beaucoup plus
bas, vers la sortie de la filière annulaire 18.
De même aucun risque de deplacement du lloyau par rap-
port au moule, c'est-a-dire de dëcentrage du noyau, n'est
à craindre au cours de la coulee. L'espace annulaire de-
terminant l'epaisseur de la paroi du tube coulé reste
donc rigoureusement constant à tou-t moment et quelles que
soie.n-t les tolerances de fabrication des différen-ts orga-
nes de l'installation.
