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- 2~
~a~oN DB Co~LB~ CON~INVB ~NTRB cYT~TwnR~
~ a présente invention concerne la coulQe continue des
métaux, not - ?~ de l'acier, entre deux cylindres d'axes
parallèles entrafnés en rotation en sens contraixe, pour
5 1 5 obtention de produits minces.
On sait que dans ce type de coulée, l'un des problèmes
est le confin~ -nt, vers les extrémités des cylindres, du
m~tal liquide alimenté dans 1'espace de coulée dé~ini entre
les cylindres. Une solution ~ ce probl~me est d'utiliser des
10 parois laterales fixes maint~n~c de manière étanche contre
les cylindrest ~t not~ -nt contre les surfaces frontales
d'extr~mités de ceux-ci. Pour ~viter gue le métal en fusion
se solidi~ie au contact de ces paroi~ et ~orme un coin de
m~tal solidi~ié qui empêcherait la formation correct~ des
15 bords du produit coul~, il est déj~ connu d'utiliser pour ces
parois lat~rales un matériau suf~i amment isolant, gui évite
- ou au moins li~ite cette solidification. Un tel matériau
r~fractaire isolant présente cependan~ -g~nérale~ent des
Garact~risti~ues ~c~n~ ques insuffi~antes pour être
20 maint~n~l~s au contac~ des cylindres mobiles sans provoquer
une usure rapide de ce m~tériau.
Pour r~ou~re ce probl~e, il a d~3~ ~té proposQ dans
la demande de brevet publi~e sous le n~ FR 2636259 de
réaliser des parois latérales dont seule un~ zone centrale
25 est formé~ de matériau isolant. Deux languettes métalliques
placées de part et d'autre de ce matériau pénètrent
légèrement entre les cylindres en épousant leur c~LL~rb.
Outre une meilleu~e résis~ance ~c~nique, ces languettes
favorisent ltét~n~h~ité entxe cylindres et paroi latérales du
30 fait que les peaux de métal solidi~i~es se prolongent sur ces
languettes fixes sur lesquelles les bords des peaux glissent,
recouvrant ainsi le joint cylindres-parois latérales.
Il a aussi été proposé, dans la demande de brevet
~rançais n- 89 08086 au nom du présent d~ -n~eur, une paroi
35 latérale co~portant au moins une partie latérale, par exemple
métalli~ue, en regard de la sur~acP ~rontale plane d'un
cylindre, et dont la sur~ace en regard de l'espace de coul~e
est dans le prolongement de la sur~acQ dudit cylindre, et se
.
2 2 ~
raccorde ~ une partie ~rontale de ladite paroi, en retrait
dans celle ci par rapport à la partie latérale, de manière à
former dans la paroi une zone en creux prolongeant
lat~ralement l'espace de coulée.
La presente invention se propose d'apporter une autre
solution au problème evoque précédemme~t.
~vec cet objectif en vue, 1'inv~ntion a pour objet une
installation de coulée continue entre deux cylindres d'axes
parall~les défini~s~nt entre eux et avec deux parois
10 latérales fixes un espace de coul~e d'un m~tal en ~usion,
chaque paroi latérale comportant au moins une partie
latérale, placée c~~ e la sur~ace frontale plane d'extrémit~
d'u~ des cylindres, et co~stitu~e d'une portion de disque de
diam~tre ext~rieur égal à celui dudit cylindre adjacent, et
15 une partie centrale, an regard dudit espace de coulée, en
mat~riau r~fractaire isolant, cette installation ~tant, ~Rlon
1'invention, caractérisée en ce que ladite pQrt:ion de disque
est r~alisée en un mat~ria~ pr~sentant -de bonnes
caractéristiques de conductibilité thermigue et de resistance
ic~nigue supérieures ~ celles dudit matériau réfractaire. et
es~ une poxtion de disque tronconique dont la face aya~t le
plus ~rand rayon de cour~ure est située ver~ le cylindre, et
la sur~ace troncon;que est au contact du matériau isolant d~
ladite partie centrale.
La portion de disque en reqard de la surface frontale
d'exL~ ;té du cylindre étant résistantQ au frottement, elle
peut être plaquée contre le cylindre avec un effort suffisant
pour assurer l'etanchéité, -~ans risque de d~térioration ou
d'usure. La partie centrale en matériau isolant evite une
30 solidification trop important0 du métal et la formation du
coin ~voqué au début de ce mémoirs. Lors de la coulee, cette
partie centrale peut être usée par le métal qui la creuse,
mais ce faisant le métal qui pénètre dans le creux ainsi
formé se rapproche de la surface tronconique de la portion de
35 disque, maintenue à basse tempéxature entre autre du fait de
sa csnductibilité thermique et de sa proximit~ par rapport
aux surfaces refroidies des cylindres. Il s'ensuit que ce
metal se solidifie en sur~ace, la paroi ainsi solidifiée
s~accroche dans le matériau re~ractaire isolant et ~orme une
sorte de glissière dlns la~uelle le met~l liquide peut
s'ecouler jusqu'au niveau du col entre les cylindres, ou,
5 solidi~ie, il constitue le bord du produitO
Comme on le comprendra mieux par la suite, la
constitution de la paroi laterale selon 1'invention permet,
en d~but de coulée, de former un autocreuset, constitué par
la p~au de ~tal solidifi~ dans le materiau ré~ractaire
10 isolant, qui se stabilise du fait de la proximité des
portions de di~gues, ~vite ainsi la progression de l'usure
dudit mat~riau r~ractaire, et perme~ ainsi la poursuite de
la coul~e. Gr~ce ~ la conicit~ des portions d~ disgues, la
sec~ion horizon~ale d~ cet auto-cr~uset ~ proximit~ du col,
15 prend ~ne forme en C dont l'~p~ nr de~ branches décroit
vers leurs extr~mit~s~ de sort~ que l'ecart~m~nt e~tr~ ces
br~c~e~ est sensiblement constant, ce gui permet d'obtenir
des bords du prodult coul~ d'~p~i~seur sensiblement égale à
1 ~ ~pA ~ ~efi~ll~ de la zone centrale d~ celui-ci~
- S~lon UnQ disposition particuliere, la surface
troncQni~u~ de la portion de disque peut c~mport~r des
aspérit~s, telles gue des picots, ~ui améliorent l~accrochage
du mat~riau isolant et dcnc le ~aintien de l'autocreuset sur
~s bords.
S~lon une autr~ disposition, la partie centrale en
materiau r~ractair~ isolant peut être constituée de
plusieurs de ces materiaux dispose~ en couche~ successives
pr~sentant des caract~ristiques de résistance mécanique et/ou
d'isolation thermique variant grad-~ellement à partir du
30 materiau situé vers l'espace de coulée, qui possède le
coefficient d'isolation le plus éleve.
Le~ portions de d;sques, ou au moins la zone de plus
grand diamètre de ceux-ci, peuvent être revêtus ou constitués
par un matériau résistant à la chaleur et présentant
35 notamment une bonne tenue ~c~nique à haute température, tel
que de la 2ircone, et de plus peuvent etre refroidis, par
~0
exemple par une circulation interne d'un fluide de
refroidissement .
O ~ autres caractéristiques et avantages ressortiront de
la descriptiorl qUi Va ê-tre faite ~ titre d ~ exemple d ~ une
5 installation de coulée continue de produits minces en acier,
con~ormes à 1'inventio~.
on se reportera aux dessins ~nnP~~~ dans le~guel~ :
- la figure 1 est une repr~sentation partielle d'une
installation de coulée continue entre deux cylindres, en vue
de dessus et en coupe selon un plan horizontal ;
- la figura 2 est une vu~ ~ro~tale, ~ échelle r~duit~,
de la paroi d'obturation selo~ la fl~che F de la ~igure 1 ;
- les figures 3a ~ 3c 80nt des ~h~ -~ montrant
l'~volution, au début de la coulee, de la partie centrale de
15 la paroi lat~rale, ~ proximit~ du col entre les cylindres ;
- la ~i~ure 4 est une vue sch~ ~tique frontale de la
paroi lat~rale en réglme de coulée établi ;
- la figure 5 es~ une vue sch~atique de la paroi, en
régi~e ~tabli, en coupe ~elon la ligne V-V d~ la figure 4 ;
_ - la figure 6 est une vue frontala d~ la paroi lat~rale
selon une première variante ;
- les figure~ 7a et 7b sont dss vues en csupe de la
paroi de la figure 6 aux niveaux rep~res respectiYement a et
~ sur cette ~igure;
- la figure 8 est une vue frontale de la paroi laterale
dans unQ ReCon~p variante ;
- les figures sa et 9b sont des vues en coupe de la
paroi de la figure 8, aux niveaux repér~s respectivement a et
b sur cette figure ;
- la figure 10 est une vue partielle en coupe d 9 une
autre variante, dans le cas d'une installation de coulée
entre cylindres deplaçables axialement l~un par rapport a
l~autre ;
la ~igur~ 11 est une vue de détail, agrandie, de la
35 zone centrale de la paroi dans le cas d'un matériau
2 ~
refractaire isolant en plusieurs couches.
L'installation de coulée continue entre cylindres
représentée partiellement a la ~igure 1, comporte deux
cylindres 1 et 2 d~axes parall~les et horizontaux, entralnés
5 en rotation et deux parois latérales d'obturation de 1' espace
de coule~, telles que la paroi 3, situées Vers les extremités
des cylindre~ e~ maintenues contre les surfaces ~rontales 4,
5 d'extremitë des cylindr~s.
La paroi lat~rale 3, représentée à la figure 1 en coupe
o selon un plan hor~zontal au niveau des axe~ de~ cylindres et
en vue fron~ale ~ la figure 2, comporte deux parties
lat~rale~ 6 constitu~es ~hAcune d~une portion de disqu~
troncQn~que de plus grand diam~tre extérieur égal à celui des
cylindre~, de ~ani~re que la face 7 de ces portions de
15 di~que~ ayant le plus grand rayon de courbure soit situee
contre la surface frontalQ 4, 5 du cylindre adjacent, et que
l'arête 9 du biseau:formé par la surface tronconique 8 et la
face 7 de ces portio~ d~ disques soit en regard de l'arête
~orm~ par le bord ~e la sur~ace cylindrique 10 du cylindr~
20 çorrespondant-
sur le dessin de la figure 2 on a représenté le~
cylindres uniquement par la trace 10' de leur surface
cylindrique, et on ~oit que cette trace se confond avec
l'arête 9 des portions de disque.
L'angle du biseau, c'est-~-dire l'angle à la base de la
portion de disque tronconique ~st de 5 à 85 degrés, et
pr~férentielle~ent d'environ 30~.
Les portions de disque constituant les parties
latérales 6 de la paroi d'obturation 3 sont réalisées en un
30 matériau ayant de bonnes caracteristiques mécaniques,
résistant à l'usure, et ayant pré~4rentiellement un
coe~ficient de frottement faible pour limiter les e~orts dus
~ l'éventuel ~rottement des cylindres sur ces portions de
disques. on pourxa par exemple les realiser en ~onte, acier,
35 cuivre~ et réduire le ~rottement par une lubri~ication.
on notera au~si que la résistance mecanique du materiau
constituant le~ portions de d.isque pe~met de plus d'évit0r la
.
,
6 2 ~ 2
d~térioration de celles-ci si, suite à l'usure du ré~ractaire
isolant, le métal c~ulé, en cours de solidification, vient à
leur contact. La progression de l'usure est arr~tée ou au
moins fortement ralentie, et on évite ainsi des infiltrations
5 de métal entre ces portions de disques et les cylindres.
Les port.ions de disques 6 pou~,~n~ aussi au voisinage
de l'arête 9 êtr~ revêtues ou constitu~es d'un makériau ayant
une r~sistance m~caniqu~ particuli~rement élevée à haute
temp~rature et de pr~férence peu susceptible d'~tre mouillé
par le m~tal 2n fusion coulé, ~t inerte au contact de 1'acier
liquide pour éviter la détérioration des arê~ s g des
portions de disques, ou l'accro~-h~ge sur celle-ci du métal
coul~, au cas où du m~tal en fu ion serait amene, en cours de
coulee, au contaat desdites ar~te~. On pourra par exemple
5 u~ r un dépot de céramique (par exemple zircone) sur un
substrat métallique ou ~galememt en ceramiqu~, ou réaliser la
portion de disque sous forme d'une piece monolithique en
ceramique ou c~ramique composite, ou ancore utiliser un
revêtement antioxydant.
_ De plus ces portiGns d~ disgues peuvent ~tre
refroidie~, par ex~pl~ par circulation d'un ~luide de
refroidisse~ent dans des canaux 11 réalisés dans les portions
de ~ S, le refro;~ sL ~nt ainsi provoque devant être
suffisant pour ~aintenir la zone voisine de l'arête à une
2s temp~rature inférieure ~ celle où des d~gradations pourraient
subvenir, sans pour autant avoir un effet de refroidissement
du metal coulé.
Entre ~es deux portions de disque 6, dans la partis
centrale de la paroi- latérale 3, est placé un matériau
30 réfractaire isolant 12, en contact ét~nche avec les surfaces
tronconigues 8 des portions de disgue~ 6. Cette partie
centrale en matériau réfractaire isolant est contenue vers
1'arri~re de la paroi 3 par une plaque support 13, sur
laquelle sont fixées les portions de disques 6.
Pour améliorer l~ancrage du matéri~u ré~ractaire
isolant sur les portions de disques 6, et not~ ~t à
proximit~ du col entre les cylindres, la surface tronconique
.
de ceux-ci est pourvue d'aspérités, telles que des picots 14
qui pén~trent dans ledit matériau ré~ractaire i50~a~t, OU des
crell~f--nts, réalisés par exemple par perçage, dans lesquel~
pén~tre ledit matériau.
Par ailleurs, la partie centrale 12 comporte
préf~rentiellement u~ débord 15 par rapport au plan des faces
7 des portions de disques, qui slins~re entre les cylindresO
Le matériau réfractaire isolant a une conductibili~e
thermique inférieure ~ O,35 W/m.K, c'est-~-dire qu~il doit
être suffisamment isolant pour ~viter la solidification du
m~tal ~ son contact~ et pr~senter une bonne stabilité
ionnelle lors d~importantes variations de température.
On pourra par exemple utiliser un r~ractaire ~ibreux, par
P~ le compos~ de fibres d~ alumine imprégnés de gel de
15 ~ircon~ (par exemple du type ,~ -rcialis~ sous le no~ de
Proc~lit ou Procal).
Pour mieux faire comprendre les avantages ds la paroi
lat~rale selon l'invention, les sch~ d~ la figure 3
repr~sentent l'ëvolution de cette paroi au début de la
20 coulee-
La ~igure 3a représente, à ~chelle agrandie, la zonecentrale de la paroi latérale avant le début de la coul~e
dans un plan situ~ lég~rement au-~e~sl-c du col entr~ le~
cylindres. on y voit donc la paroi et le d~bord 15 qui
25 pénètre légèrement entxe les cylindres.
Apr~s un temps de coulée relativement court, le métal
coul~ 22 a usé le matériau réfractaire isolant en supprimant
le d~bord 15 et en creusant légèrement la partie centrale,
- ainsi que représenté ~ la figure 3b.
La coul~e se poursuivant, le métal continue creuser
le réfractaire isolant et crée dans celui-ci une cavité 16 de
section arrondie. La peau solidifiée 17 qui se forme alors
dans cette zavité ~'accroche au matériau ré~ractaire isolant,
formant l'autocreuset évoqué précédemment.
on notera que llautocreuset 17 occupe dans le matériau
r~ractaire isolant un e5pace plus large que celui existant,
au même niveau, entre les cylindres. Cette surlargeur est
,
- , ~ ,
autoris~e par la cons~itution particuli~re des parois
latérales conforme à l'invention, et no~ ~nt par le ~ait
que las portions da disques 6 sont tronconigues.
De plus cet~e surlargeur de l~autocreuse~ permet aux
5 bords du produi~ coulé de conserver une épaisseur
sensiblement egale ~ paisseur gén~rale du produi~. on
comprendra en effet que les bords du produit final sont
obtenus ~ partir du mé~al ~n cours de soli~ification qui se
d~place, simul~n~ -nt au métal p~ nt entre les cylindres,
10 dans la goutti~re verticale form~e par l'autocreuset qui lui
est fixe par rapport ~ la paroi latérale.
On comp-~r.d~ aussi, qu'une ~ois l'autocreuset ~ormé,
celui-ci protbge le matériau r~ractaire isolant du contact
direct du m~tal en fusio~, empechant la progression de son
15 usur~, ce ~ui parmet d'assurer la stabilite du proces.slt~ pour
la ~ur~ite de la coulé~.
on notera aussi que les peaux 23 de metal, solidifiées
au contact des cylindres et se déplaçant avec ceux-ci, ne-
~ sont pa~ e~ ~ la p~au 16 formant autocreuset.
Sur les dessins des figures 4 et 5, on a ~eprésenté la
paroi lat~rale en r~gime de coul~e ~tabli, respectivement en
plan et en coupe horizontale au niveau de la ligne ~Z hr,
situ~e nettement au-dessus du col~ On y voit le cre~ nt en
forme de V r~sultant de 1'usure du matériau réfractairQ
25 isolant par les bords des peaux de métal 23 solidifi~es sur
les cylindres. La profondeur et la largeur des marques
d'usure 18 aug~ente vers le bas, jusqu'à ce qu'elles se
rejoignent pour former la cavité 16, représentée à la figure
- 3c, si~e de llautocreuset 17.
On not~ra encore gue la formation et la stabilité de
l~autocr~uset résulte de 1'8quilibre ~h~rm; que qui s'établit
entre le métal coulé et les différen~es parties de
l'installation et not~ ~nt de la paroi latérale. C'est
pourquoi le matériau réfractaire isolant, au contact duquel
35 le métal en ~usion est amené au début de la coulée, d~it être
tr~s isolant pour éviter une solidi~ication prématurée dudit
métal entre les bords des cylindres. Par ailleurs, il est
souhait~ble que l~autocreuset, un~ fois ~ormé soit le plus
stable possible~ A cette fin on peut réaliser la partie
centrale de la paroi 50US ~orme d'une pièce composite
repr~sentée à la ~igure 11 ~ormée de plusieurs couches 12a,
5 12b, 12c de di~farents matériaux réfractaires disposées
verticalemant, dont les caractéristiques de résistance
mécaniqu~ croissent et celles d'isolation th~rmique
d~croissent corr~lativement à partir du plan des faces 7 des
portions de disques vers la plaque support 13. Ainsi au tout
10 d~but d~ la coulée, c'est l'aspect isolation thermique qui
est prépondérant, lors du premier contact du métal en ~usion
av~c le matériau ré~ractaire isolant, alors que loxs de la
~ormation de l~autocreuset, le cre~ nt d~ la partie
centrale con~ll; t l~auotcreuset ~ atteindre des couches
~c~niquement plus résistantes qui limitent sa progression
et, une ~i8 arriv~ en régime établi assurent une m~illeure
assise pour celui~ci.
La derni~re couche, ou la plaque support elle: r ~,
constituent une plaque de sécurite pour éviter tout risque
20 d'écoulement de métal en fusion en cas de percée de
l'autocreuset. Ellles pourront par exemple être r~alis~es en
un ~atériau dur ne se déformant pas par dilatation, tel que
de la silice~
Selon une varianteO représentée aux ~igures 6 e~ 7, les
25 portions de disques comportent dans leur partie inférieure
voisine du col entre les cylindres, un dégagement 19
consistant à supprimer jusqu'en bas de la paxoi latéral~ la
partie en biseau desdites portions de disque, ce dégagement
- étant co~blé par un élargissement 20 correspondant un
30 matériau r~fractaire isolant, qui se trouve en conséquence au
contact des ~aces frontales des cylindres sur la hauteur de
ce dégagement. La présence du matériau isolant, plus tendre
que le materiau constitutif des portions de disques, autorise
un épanouissement, hors de l'emprise des cylindres, des bords
35 du produit, solidifiés à proximité du col. ~'effort de
laminage au niveau du col, et aux bords des cylin~res peut
ainsi etre réduit, ce qui évite la détérioration desdits
.' , , ~
.
2 ~
bords.
La hauteur de ce dégagement, au-dessus du col sera
préférentiellement voisine d'une longueur d'arc ~ de 2
mesuree ~ la périphérie des cylindres.
Selon une autre ~ariante représentée aux figures 8 et
9 t les portions de disque ne sont dégagées dans la même zone
gue ci~ que sur une partie de leur ép~i~fi~llr, laissant
subsister une partie amincie 21 de disque au aontact des
cylindres, ce qui évite le contact direct du matériau
réfractaire avec l~s cyclindres, tout en conservant en grande
partie la possiblit~ de l'~panouis~ement dU bord dU produit
coulé, mentionn~ ci-dessus.
Ces dégagements autorisent par ailleurs 1~ passage dans
le mat~riau réfxactaire d'une éventuelle sur~paiss~lr du bord
du produit gui pourrait résulter d'un élargisssement
momentané trop important de l'autocreuset.
Sur le dessin de la figure 10, on a représenté, en
section au niveau du col, une application d2 l'in~ention au
cas de la coul~e entre deux cylindres axialement d~calés, par
exemple dans une installation per~ettant la coulée de
produits de largeur variable par dQplacement axial r~lati~
des cylindres.
Dans ce cas la paroi latérale n'est pas sym~trique~
comme dans le~ exemples précé~ents, par rapport au plan P
25 médian de l'installation parallèle aux a~e~ des cylindrQs.
Cette paroi 30 est constituée du côte où elle est en contact
avec la ~ace frontale du cylindre 1' (partie inf~rieure du
dessin da la figure 10), de même manî~re que dans les ~Y~ A le
décrits ci-dessus, et comporte une portion de disque
tronconique S' fixee sur une plaque support 13', et une
partie centrale 12' en matériau ré~ractaire isolant. k'autre
côte de la paroi 30 (partie supérieure de la figure 10) est
constituée par une languette 31 placée contre la surface
cylindrique du cylindre 2', par exemple de même ~ateriau que
la portion de disque 6', cette lan~uette etant également en
biseau~ con~ormée pour ~pouser la courbure du cylindre 2', et
également fixée sur la plaque support 13'. Le matériau
réfractaire isolant 12 9 remplit l'espace entre la portion de
disque 6' et la lan~uette metallique 31.
Cette paroi latérale est en fait ~quivalente a celle de
la varian~e, adapt~e aux cylindres axialement décalés, de la
5 paroi décrite dans la ~ -n~e de brevet français n~ 89 08086
déjà citée, auquel on pourra se reporter pour plus de
détails, et à laquelle on a appliqué le principe de la paroi
selon la présente invention.
on comprendra ~ nt que la disposition particuli~re
10 de la figure 10 permet le déplacement axial du cylindre 2'
par rapport au cylindre 1' et à la paroi 30, permettant la
variation de largeur du produit coul~.
On comprendra aussi que dans l~ ca~ de cettQ variante
l'autocreuset~ gui ~e forme de mani~r~ similaire ~ c~ qui a
15 ét~ expli~u~ pr~cé~ ~nt, n'e~t pas symétrique par rapport
au plan P, mai~ d~cal~ vers le cBt~ dQ la portion de di~gue
6', ce qui provoque la formation d'une rive du produit
l~g~rement cou~ée par rapport au plan gén~ral du produit
mince obtenu. Ce dé*aut apparent n 9 est toute~ois pas
20 pr~judiciable lor~que le~ rives du produit sont
ultérieurement chutées, apr~s la coulée, par exemplc par
c;~llage. Au ~onL~ire, dans ce cas le chu~age des rives
peut etre ~acilit~.
L'invention n'est pas limitée aux exemples et variantes
25 prscédemment décrits, et inclut toutes dispositions résultant
de la combinaison desdits exemples ou variantes.
