Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~93~
L'invention concerne une installation de coulee
en continu de produits, notamment de metaux tels que des
alliages de cuivre.
Il est connu de couler en continu des metaux, et
notamment des alliages de cuivre, à l'aide d'une installa-
tion alimentee par un creuset contenant le metal en fusion.
Ce creuset comporte un orifice de coulee debouchant dans
une filière en graphite de section par exemple rectangulaire,
munie d'elements de refroidissement par exemple à circula-
tion de fluide refrigerant. Le metal en fusion, qui est
progressivement refroidi dans la filière par les elements,
peut alors être tire sous la forme d'un ruban.
La vitesse de travai] d'une telle installation
depend des possibilites de refroidissement de l'ensemble
forme par la filière et les elements. En effet, on ne peut
tirer sur un ruban que si celui-ci presente une resistance
suffisante, c'est-à-dire lorsque celui-ci est suffisamment
refroidi.
On utilise generalement deux types de filières.
Le premier type de filière est compose de deux demi-coquilles
en graphite usinees de fason a former le passage pour le
ruban de metal. Les deux demi-filières sont bloquees entre
les elements de refroidissement, fixes l'un à l'autre par
des tirants ou moyen d'assemblage.
En plus des defauts explicites ci-dessus, cette
solution necessite un usinage coûteux de filières.
La seconde forme de filière utilisee actuelle-
ment est composee de deux plaques, s~parees par des elements
d'ecartement, de façon à former le passage pour le metal.
L'ensemble ainsi constitue est, comme precedemment, bloque
entre deux elements de refroidissement relies par des tirants.
Cette solution est plus a~antageuse que la prece-
dente, puisqu'il n'y a pas à usiner de filières de forme
relativement complexes dans le graphite.
~ ;~
3~
-- 2 --
Comme la vitesse de fonctionnement de l'instal-
lation depend de l'echange de chaleur entre le canal de la
filiere et les elements de refroidissement il est indispen-
sable que les sur~aces des filières et des elements de re-
froidissement soient aussi bien en contact que possible.
Malheureusement, les elements de la filièretendent à flechir. ~e flechissement est essentiellement dû
la dilatation resultant du gradient de temperature à
l'interieur des elements de graphite.
Or, du fait de cette forme bombee, les elements
de la filiere se decollent des elements de refroidissements
en formant un intervalle d'air. Cet intervalle d'air reduit,
de fason considerable, l'efficacite de l'echange thermique
et, par suite, la vitesse de fonctionnement de l'installation.
Une solution dejà proposee a consiste à realiser
des elements de la filière presentant une courbure inverse
de celle du flechissement. Une fois mis en place, les ele-
ments de la filière devraient s'appliquer etroitement contre
les elments de refroidissement. Or, outre que cette solution
est extrêmement onereuse, du fait de la forme complexe et,
par suite, de l'usinage delicat des elements de la filière,
cette solution ne donne pas les resultats escomptes.
Il est connu de bloquer les elements de la filière
contre les elements de refroidissement par collage, ou mieux,
par vissage. Or cette dernière solution, qui permet de rea-
liser une liaison plus efficace que le collage, presente
neanmoins des inconvénients graves, car il faut usiner des
taraudages dans les elements en graphite qui, de plus, pour
ne pas être fragiles, doivent être plus epais. De plus, il
est necessaire de percer les éléments de refroidissements
pour le passage des tiges filetees. Le montage et le
demontage dev:iennent egalement plus complexes et plus longs.
Un autre problème lie à la coulee en continu est
celui du retrait. En effet, avec une filière a section
3i~;S
rectangulaire on obtient un produit,par exemple une bande,
dont la section montre des concavites. Les bords de cette
bande correspondent a la forme de la filière alors que, au
milieu de cette section, les parties sont conca~es; cela
resulte de la difference de température entre les extremites
de la bande et son centre. Cet effet de concavite est accen-
tue de façon cumulative, d'une part, parce que les filières
en graphite presentent les conditions d'echange calorifique
les plus mau~aises vers le centre, du fait de leur contact
relativement mau~ais avec les elements de reroidissement,
et, d'autre part, a cause de la deformation des elements
de filière.
; La presente invention a pour but de remedier à
ces inconvenients et se propose de creer une filiere de
coulee en continu, notamment pour la coulee d'un alliage de
cuivre, permettant de couler des rubans d'epaisseur parfaite-
ment reguliere, et à une vitesse de coulee importante.
Selon la presente invention il est prevu une
installation de coulee en continu de metaux, comprenant:
une filiere de coulee en graphite comprenant un passage
qui donne la forme a la coulee, cette filiere comprenant au
moins deux parties, des elements de refroidissement pour
refroidir la filiere, la filiere etant bloquee entre ces
elements de refroidissements, des moyens pour appliquer
chaque surface de la filiere contre les elements de refroidis-
sement, ces moyens exerçant des efforts de compression sur
des faces laterales desdites deux parties de la filière,
sur une zone de chacune desdites faces laterales situee,
par rapport au plan de la fibre neutre de chaque partie
de la filiere, du côte oppose de la surface de la filiere
qui est en contact avec l'element de refroidissernent cor-
respondant.
De preference, lesdites parties de la filiere
sont constituees par des elements plans, soumis auxdits
'3~
efforts de compression, et de ce fait flechis.
De preference, chacune des deux parties de la
filière possède une epaisseur uniforme sur toute sa longueur.
De preference, la filière comprend lesdites deux
parties et des elements d'ecartement places entre ces
deux parties et separant ces deux parties l'une de l'autre.
Grace à la precontrainte laterale des parties de
la filière de coulee en continu,precontrainte exercee par
les e~forts de compress.ion, on applique parfaitement le dos
de ces parties de filiere contre les elements de refroidis-
sement, pour assurer un refroidissement efficace des elements
de la filière.
Suivant un mode de realisation preferentiel,
les surfaces de contact des elements de refroidissement
sont bombees de façon concave.
En realisant ainsi des elements de refroidissement
de forme legerement concave, on ameliore encore le contact
entre les parties de la filiere et les elements de refroidis-
sement et on compense la forme creuse de la bande.
Cette solution ne presente pas de diEficulte
particulière, puisque les pièces d'usure sont les élements
constituant la filiere, et les elements de refroidissement
ne subissent aucune usure~
Suivant un autre mode de realisation preferent.iel,
de l'invention, les surfaces concaves des elements de refroi-
dissement sont constituees par l'assemblage de surfaces
elementaires separees par des parties en retrai.t formant
des canaux recevant un fluide d'echange de chaleur.
On ameliore la repartition des e:Eforts a l'inte-
rieur des elements plans constitutifs de la filiere puisqu'on
realise un appui en trois points. Cette solution a egalement
l'avantage de simplifier la fabrication de l'element de
refroidissement, puisque les trois surfaces de contact sont
des surfaces planes.
3(1~
Des modes de realisation preferentiels vont mainte-
nant etre decrit plus en detail a titre d'exemple non limi-
tatifs à l'aide des dessins annexes, dans lesquels:
~ la figure 1 est une vue, en coupe schématique,
d'une installatior, connue de coulee en continu d'un alliage
de cuivre;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale,
d'un premier mode de realisation d'une filière de coulee en
continu, connue;
- la figure 3 est une vue, en coupe transversale,
d'un autre mode de realisation d'une filiere de coulee
continue selon l'art anterieur;
- la figure 4 est un schema explicatif de la defor-
mation des elements constitutifs de la filière sous l'effet
des contraintes thermiques;
- la figure 5 est une vue en coupe d'un mode de
realisation d'un element constitutif d'une filière a cour-
bure inverse;
- les figures 6A, 6B representent respectivement
une vue en coupe theorique d'un produit realise en coulee
continue et une vue en coupe du produit obtenu, les defor-
mations ayant ete exagerees;
- la figure 7 est un schema de principe de deux
installations l'une a droite, l'autre a gauche;
- les figures 8, 9, 10 sont des schemas explica-
tifs de la figure 7;
- la figure 11 est un schema d'wl autre mode
d'application d'un moment de flexion.
- la figure 12A, 12B montrent une variante de
realisation de l'invention;
- la figure 13 est un schema de principe d'une
autre variante de l'inven.ion;
- les figures 14, 15 montrent deux modes de réali-
sation de la variante selon la figure 13;
6~
- 6 -
- la figure 16 est une vue schématique de la
moitie superieure d'une variante d'une partie d'une instal-
lation de coulee en continu;
- la figure 17 est une vue analogue a celle de
la figure 1, la partie de filière est appliquee contre
l'element de refroidissement;
- la figure 18 est un schema d'un secteur de
partie de filiere servant au calcul des efforts mis en
jeu dans lSexemple des figures 15 et 16;
- la figure 19 est un schema d'une autre variante.
La figure 1 montre une installation Iconnue3
alimentee par un creuset 1 contenant le metal en fusion.
Ce creuset 1 comporte un Grifice de coulee debouchant dans
une filiere en graphite 2, de section par exemple rectangu-
laire, munie d'elements de refroidissement 3, par exemple a
circulation de fluide refrigerant. Le metal en fusion, qui
est progressivement refroidi dans la filiere 2 par les
elements 3, peut alors etre tire sous la forme d'un ruban 4.
La vitesse de travail d'une telle installation
depend des possibilites de refroidissement de l'ensemble
fo~me par la filiere 2 et les elements 3. En effet, on ne
peut tirer sur un ruban 4 que si celui-ci presente une
resistance suffisante, c'est-a-dire lorsque celui-ci est
suffisamment refroidi.
On utilise generalement deux types de filieres
(figures 2, 3). Le premier type de filiere est compose de
deux demi-coquilles en graphite 21 - 21 usinees de façon a
former le passage 22 pour le ruban de mëtal. Les deux demi-
filieres 21 sont bloquees entre les elements de refroidis-
sement 3, fixes l'un a l'autre par des tirants ou moyen
d'assemblage 5.
En plus des defauts explicites ci-dessus, cette
solution necessite un usinage coûteux des filières.
La seconde forme de iliere utilisee actuellement
~ ~33G'6~;i
- 6a
est montree dans la Figure 3 et est composee de deux plaques
23, separees par des elements d'ecartement 24, de façon à
former le passage 22 pour le metal. L'ensemble ainsi consti-
tué est, comme precedemment, bloque entre deux eléments
de refroidissement 3 relies par des tirants 5.
Cette solution est plus avantageuse que la prece-
dente, puisqu'il n'y a pas ~ usiner de filières de forme
relativement complexes dans le graphite.
Comme la vitesse de fonctionnement de l'installa-
tion depend de l'echange de chaleur entre le canal 22 de
la filiere et les elements 3, il est indispensable que les
surfaces des filieres 21, 23 et des elements de refroidis-
sement 3 soient aussi bien en contact que possible.
Comme on voit dans la Figure 4, les elements
23 (ou 21) de la filiere tendent a flechir. Ce flechisse-
ment est essentiellement dû à la dilatation resultant du
gradient de temperature à l'interieur des élements de
graphite.
Or, du fait de cette forme bombee~ les elements
23 (ou 21) se decollent des elements 3 en formant un inter-
valle d'air 6. Cet intervalle d'air 6 reduit, de façon con-
siderable, l'efficacite de l'echange thermique et, par suite,
la vitesse de fonctionnement de l'installation.
Une solution dejà proposee a consiste h realiser
des elements 2~ (21) presentant une courbure inverse de
celle representee à la figure 4. Une fois mis en place,
ces elements 23 devraient s'appliquer etroitement contre
les elements 3. Or, outre que cette solution est extrême-
ment onereuse, du fait de la forme complexe et, par suite,
de l'usinage delicat des elements de filiere 23, cette
solution ne donne pas les resultats escomptes.
Il est connu de bloquer les elements 23 contre
les elements 3 par collage, ou mieux, par vissage. Or cette
dernière solution, qui permet de realiser une liaison plus
~3~
- 6b -
efficace que le collage, presente neanmoins des inconvenients
graves, car il faut usiner des taraudages dans les elements
en graphite qui, de plus, pour ne pas être fragiles, doivent
être plus epais. De plus, il est necessaire de percer les
elements 3 pour le passage des tiges filetees. Le montage
et le demontage deviennent egalement plus complexes et plus
longs.
Un autre problème lie à la coulee en continu est
celui de retrait. En effet, avec une filiere à section
correspondant a la fiaure 6A, on obtient un produit dont la
section correspond a la figure 6B (dans cette figure la
concavite dans la partie centrale a ete fortement exageree).
Les bords 41, 41 de la bande 4 correspondent a
la forme de la filière alors que, au milieu de cette section,
les parties 42, 42 sont concaves; cela resulte de la dif-
ference de temperature entre les extremites de la bande
et son centre. Cet effet de concavite est accentue de
façon cumulative, d'une part, parce que les filieres en
graphite presentent les conditions d'echange calorifique
les plus mauvaises vers le centre, du fait de leur contact
relativement mauvais avec les elements de refroidissement,
et, d'autre part, a cause de la deformation des elements de
filière (voir figure 4).
La figure 7, montre une installation selon la
presente invention qui est representee en coupe schematique
au niveau de la filière, est composee d'elements de refroi-
dissement 3, appliques contre les parties 23 de la filiere,
les parties 23 etant elles-mêmes separees par des elements
d'ecartement 24 de façon a definir une filiere, par exemple
de section rectangulaire. L'installation comporte des moyens
permettant d'exercer des moments de flexlon, par exemple
des moyens de compression 25 agissant sur les ~ords des
parties de filiere 23 pour exercer des efforts de compres-
sion F, du côte oppose a celui des elements de refroidis-
6c -
sement 3, par rapport au plan 26 de la fibre neutre dans
chaque partie de fili~re 23.
La figure 8 montre l'action des moyens de compres-
sion 25 sur une partie 232 de la filière.
De fa~on schematique la resultante F,
~3~
des effor-ts de compression exercés sur les faces laté-
rales 231 de la partie 23, doit être appliquée sur la
zone 232 de chaque face latérale 231 située par rapport
au plan de la fibre neutre 26, du côté opposé de la face
233 d'appui de la partie 23 contre la surface de contact
de son élément de refroidissement 3.
La distance d entre le fibre neutre et
la ligne de la résultante ~ permet de calculer le moment
M = F x d exercé sur la partie 23 et tendant à faire
fléchir cette partie 23 comme l'indique la figure 9.
Comme ~figure 10) l'élément de refroi-
dissement 3 s'oppose au fléchissement de la partie 23,
les forces ~i réparties, à la distance di de chaque élé-
ment d'écartement 24 formant un appui sont telles que :
M = Mi ~ soit F x d = ~ fixdi
Or, le calcul. montre que ces forces
d'appui fi (ou les réactions correspondantes) diminuent
à mesure que di augmente et qu'il existe une zone médiane
Z dans laquelle les efforts sont nuls.
La figure 11 montre comment créer des
moments de flexion en exercant des efforts ~1 sur les
extrémités des parties de filière 23, situées au-delà
des éléments d'écartement 24.
Selon la figure 12A, une première solu-
tion pour arriver à une meilleure répartitiorl des efforts
et, par suite, une meilleure application de la partie 23
contre l'élément de refroidissement, on réalise un élé-
ment 3' à courbure concave.
La figure 13B montre une fili.ère complète
à deux parties 3', concaves.
Une autre solution pour répartir diffé-
remment les efforts est représentée aux figures 13, 14,
15.
Selon la figure 13, llélément de refroi-
dissement 3" a une face d'appui pour la Rartie 23 qui
comporte des zones latérales 31 pour s'appuyer sur la
par~ie 23 au droit des éléments d'écartement 24, une
zone centrale 33 et des cavités intermédiaires 32.
Dans ces conditions, les efforts fi (ou
les réactions) ne s'ex~rcent principalement que dans la
zone 33, ce qui est une garantie d'une bonne application
entre les pieces 23 et 3", puisqu'aucun contact n'est
possible ailleurs que dans les zones 31, 33, 31.
Les cavités 32 peuvent recevoir un fluide
bon conducteur de chaleur tel que de l'hydrogène ou de
l'hélium ou encore du mercure.
La figure 14 montre une variante de la
figure 13 dans le cas d'un élément de refroidissement 3"'
à surface de contact concave. Cette surface comporte des
zones d'appui 34, 36, 34 aux bords et au mulieu ainsi
que des cavités 35 remplies de fluide conducteur (hydro-
gène, hélium, mercure).
Cette solution co~bine les avantage~ des
zones d~appui et de la surface concave.
La figure 15 montre une solution particu-
lièrement avantageuse à réaliser.
En effet, l'élément de refroidissement
31V présente une face concave obtenue par trois ~egments
de droites ~7, 38, 37. Comme la partie 23, soumuse aux
efforts de compression, se courbe de fa~on continue, il
subsiste des cavités 39 entre le contour polygonal 37, 38,
37 et le contour à courbure continue de la partie 23.
Comme précédemment, ces cavite~ 39 peu-
vent recevoir un fluide conducteur de la chaleur,
Cette dernière solution est particulière-
ment intéressante pour sa réalisation et son utilisation,
Sa réalisation est simple puisqu'il sufit de faire dans
la partie 3IV une cavité dont la section a une forme
polygonale (dont le nombre de segments n'est pas limite
à trois).
~3~65;
L'efficacité de cette solution est égale-
ment très grande du fait à la fois des zones d'appui et
de la forme en cône des cavités.-
De plus, les forces concaves des surfa-
ces des éléments de refroidissement et, par suite, desparties des filières, permettent de compenser la forme
creuse de la bande et qui est normalement due au retrait.
De facon générale et en variante à la
figure 11, les moments de flexion créés, par des efforts
de compression exercés à l'extérieur des éléments
d'écartement 24 peuvent par exemple ~tre obtenus par la
mise en place de cales entre les extrémités des parties
de filières 21, 23 et la face correspondante des éléments
3, au-delà des éléments d'écartement 4, en exerçant un
effort de traction par les tirants 5.
Selon les figures 16 et 17, l'installa-
tion de coulée en continu dont seulement une partie a
été représentée, comporte un élément de refroidissement
3 dont la surface 311 contre laquelle doit s'appliquer
la partie de flliere 23, est courbe. Cette surface 311
pourrait, dans d'autres cas, être plane.
La partie de filière 23 est soumise à
l'action de moyens 25' créant un moment de flexion dans
cette partie de filière pour l'appliquer contre la sur-
2~ face 311 (figure 17). Ces moyens 25' exercent des forcesréparties f inclinées en direction de la surface 311,
c'est-à-dire des forces ayant une composante répartie
et dirigée vers la face 311.
Les forces exercées par les moyens 25'
sont réparties sur toute la surface latérale 231 de la
partie de filière 2~.
La figure 18 permet d'expliciter le cal-
cul de la réaction RE d~un élément de la partie de filière
100 sur l~élément de refroidissement 3 en fonction des
forces F résultant des forces réparties f appliquées
~3~
contre les surfaces d'extrémite 231 de la partie de filière
23. Si l'on a :
e = épaisseur de la partie de filière 23, 1 = largeur de
la partie de filière 23, u = longueur de l'élément de
partie de filière 23, s = surface d'application de l'élé-
ment de partie de filière 23 contre l'élément de refroi-
dissement 3, F = force résultant des forces répar-ties f.
s = 1 x u ; F = f x e x 1 ;
R = rayon de courbure de l'élément de refroidissement 3
et de la partie de filière 23,
= angle sous lequel est vu l'élément 100 de la partie
de filière 23 à partir du centre de courbure (~ = u/R~
Les deux forces F se composent et donnent
une réaction verticale ~E telle que :
RE = F~ = (2) Fu/R = f e 1 u~R
d'où
RE f e
r =
La figure 19 montre un autre exemple de
réalisation. La partie de filière 23 est bloquée à 1 a in~
térieur de l'élément de refroidissement 3 correspondant
qui comporte cLes parties latérales 312 délimitant un
logement pour recevoir la partie de filière 23. La surface
inférieure de la partie de filière 23 peut etre soit cour-
be comme indiqué par la référence 232, soit plar~ commeindiqué par la référence 233.
De chaque c8té de la figure 19, on a
schématisé le moyen 25 exerçant un couple de flexion sur
la partie de filière 23, c'est-à-dire une force laterale
répartie sur toute la surface ou la quasi totalité de la
surface latérale 231 de la partie de filière 23.
Suivant une autre variante non représen-
téer les moyens créant des moments de flexion sont des
moyens permettant d'injecter un composant réagisant au
moins avec une partie de la couche, sur une certaine
3~
prorondeur pour provoquer un allongement de cet-te couch~
et pat suite un moment tendant à faire fléchir la partie
de filière.
