Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Procédé et dispositif de coulée continue de produits
métalliques minces entre cylindres.
La présente invention concerne la coulée continue
de produits métalliques minces, notamment de bandes
minces en acier, selon la technique de coulée continue
entre deux cylindres contra-rotatifs, et plus
particulièrement la gestion du contact et de la
lubrification entre les extrémités frontales de tels
cylindres et les parois d'obturation latérale, appliquées
contre ces extrémités frontales, pour délimiter l'espace
de coulée défini entre les cylindres.
Des installations connues de coulée continue entre
cylindres comportent deux cylindres d'axes horizontaux et
parallèles, refroidis intérieurement, entraînés en
rotation de sens inverse, et espacés l'un de l'autre
d'une distance correspondant à l'épaisseur souhaitée du
produit coulé.
Lors de la coulée, le métal en fusion est déversé
dans l'espace de coulée, défini entre les cylindres, se
solidifie au contact de ceux-ci, et est extrait vers le
bas, lors de leur rotation, sous forme d'une bande mince.
Pour contenir le métal en fusion, les parois d'obturation
latérale sont plaquées contre les extrémités frontales
des cylindres. De telles parois d'obturation latérale
sont couramment réalisées en matériau réfractaire, au
moins dans leur partie amenée à être en contact avec le
métal en fusion.
Il est donc nêcessaire d'assurer l'étanchéité entre
les cylindres et les parois d'obturation latérales. Pour
cela, ces parois d'obturation sont pressées contre les
extrémités des cylindres et, pour réduire le frottement
induit lors de la rotation des cylindres, une
lubrification de l'interface cylindre - paroi
d'obturation est habituellement prévue, par apport d'un
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lubrifiant consommable ou par utilisation, au niveau de
cet interface, d'un matériau autolubrifiant.
Cependant, la réalisation effective de cette
étanchéité et sa conservation tout au long de la coulée
présente de nombreuses difficultés, dues notamment .
- aux déformations géométriques des cylindres et
des parois d'obturation, en particulier en début de
coulée, provoquées par les dilatations des divers
éléments de l'installation,
- aux efforts exercés sur ces éléments, notamment
les efforts exercés sur les parois d'obturation, dans la
direction des axes des cylindres, par le métal coulé, et
qui tendent à écarter les dites parois d'obturation des
cylindres,
- à l'usure des parois d'obturation, ou des chants
des parois refroidis des cylindres, qui n'est pas
toujours régulière sur toute la surface des zones en
contact,
- aux éventuelles amorces d'infiltration de métal
coulé entre paroi d'obturation et cylindre, qui tendent à
les écarter l'une de l'autre.
Pour tenter d'assurer au mieux cette étanchéité, et
éviter des infiltrations de métal coulé entre les
cylindres et les parois d'obturation, on connaît déjà
2S plusieurs méthodes consistant respectivement à .
- réguler l'effort de pression des parois
d'obturation contre le chant des cylindres pour le
maintenir dans une fourchette de valeur donnée,
- réguler la position des parois d'obturation pour
assurer un jeu minimal entre ces parois et les cylindres,
- mesurer ce jeu et réguler en conséquence l'effort
de pression.
Aucune de ces méthodes ne s'est révélé
satisfaisante, ou au moins suffisante, pour assurer
l'étanchéité tout au long de la coulée, du fait qu'il
n'est possible de mesurer que des efforts résultants
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s'exerçant sur la paroi d'obturation, ou une position
générale de cette paroi, sans pouvoir tenir compte des
efforts ou jeux ponctuels localisés sur des petites zones
des interfaces.
Il a aussi été proposé de résoudre ce problème en
provoquant une usure contrôlée de la paroi d'obturation,
par frottement des cylindres contre celle-ci, et ceci
tout au long de la coulée. Ainsi, on vise à régénérer en
permanence l'interface paroi d'obturation - cylindre, de
manière à uniformiser au mieux les conditions de contact
sur toute la surface de cette interface. Ainsi, le
document EP-A-546 206 décrit une méthode selon laquelle,
avant le début de la coulée, on presse fortement les
parois d'obturation contre les cylindres, pour effectuer
en quelque sorte un rodage de celle-ci par abrasion par
les chants des cylindres, puis on réduit cette pression
et, en cours de coulée, on continue à déplacer les parois
d'obturation vers les cylindres à une vitesse
prédéterminée pour assurer continuellement la poursuite
de l'usure volontaire et tenter ainsi de conserver un
contact régulier sur toute la surface des interfaces.
Mais cette méthode ne permet pas de prendre en
compte des variations aléatoires des conditions du
contact pouvant survenir en cours de coulée, et conduit à
une usure importante des parois d'obturation, même
lorsque les conditions de contact sont satisfaisantes et
ne nécessiteraient pas de provoquer une telle usure.
La présente invention vise donc à résoudre les
problèmes évoqués ci-dessus et à améliorer la gestion du
contact entre les parois d'obturation et les cylindres,
tout en évitant une usure importante des dites parois
d'obturation. Plus particulièrement, l'invention vise à
améliorer la connaissance de l'état réel du contact entre
les parois d'obturation et les cylindres, en permanence
pendant la coulée, pour pouvoir agir en conséquence sur
les moyens d'application de la pression et de
y _.
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positionnement des parois d'obturation contre les
cylindres.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a notamment
pour objet un procédé de coulée continue de produits
métalliques minces entre deux cylindres contrarotatifs,
selon lequel on coule du métal en fusion dans un espace
de coulée défini par les parois cylindriques des dits
cylindres et deux parois d'obturations latérales et on
extrait le produit mince solidifié selon une direction
d'extraction, on exerce sur les dites parois d'obturation
un effort de poussée selon une direction parallèle aux
axes des cylindres, pour les appliquer contre les
extrémités frontales des parois cylindriques, et on
mesure le dit effort, caractérisé en ce que pour évaluer
l'état du contact parois d'obturation - parois
cylindriques en permanence au cours de la coulée, on
mesure les efforts d'entraînement exercés sur chaque
paroi d'obturation selon la direction d'extraction, cette
mesure étant effectuée pour chaque paroi d'obturation au
niveau de chaque cylindre, et on déduit des valeurs
mesurées des efforts de pression et des efforts
d'entraînement, une grandeur représentative des
conditions de frottement au niveau de chacune des
surfaces de contact parois d'obturation - parois
cylindriques, on compare la valeur de la dite grandeur à
une valeur de consigne prédéterminée, et on règle au
moins un paramètre de coulée en fonction du résultat de
cette comparaison pour ramener cette grandeur à la valeur
de consigne.
Le procédé selon l'invention permet donc de
beaucoup mieux connaître l'état réel du contact parois
d'obturation - cylindres, puisqu'il ajoute aux mesures,
déjà connues, de l'effort de poussée exercé sur la dite
paroi, et de sa position, une mesure d'une grandeur
représentative des conditions de frottement, par exemple
un coefficient de frottement. Ceci permet d'apprécier les
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variations du frottement des surfaces en contact par
rapport à une référence, par exemple à l'état avant
l'introduction du métal coulé dans l'espace de coulée. La
connaissance du frottement, en combinaison avec celle de
5 la position de la paroi d'obturation et de l'effort de
poussée exercé sur celle-ci, permet par exemple
d'apprécier une variation de la surface de contact
effective, qui peut être due à une usure irrégulière du
réfractaire, à une infiltration de métal coulé entre
cylindre et paroi d'obturation, ou encore à un
positionnement de cette dernière non parallèle à la
surface frontale d'un cylindre. On peut aussi apprécier
une éventuelle insuffisance de lubrification. Il devient
en conséquence possible de réagir, manuellement ou
automatiquement, pour corriger ces défauts, en tenant
compte de leurs causes, en agissant sur certains
paramètres de coulée, tels que l'effort de poussée sur la
paroi d'obturation, la position de celle-ci, ou encore
l'effort de serrage des cylindres, leur vitesse, etc.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de
coulée continue entre cylindres de produits métalliques
minces, comportant .
- deux cylindres ayant des axes de rotation
parallèles et des parois cylindriques refroidies,
disposés symétriquement par rapport à un plan médian
d'extraction, et entraînés en rotation de sens contraire,
- deux parois d'obturation latérales disposées
contre les extrémités frontales des dites parois
cylindriques,
- des moyens de poussée pour appliquer les dites
parois d'obturation contre les parois cylindriques avec
un effort de poussée, et
- des moyens de mesure de l'effort de poussée,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de
mesure de l'effort de frottement exercé sur les dites
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parois d'obturation par les cylindres lors de leur
rotation.
Préférentiellement, les moyens de mesure de
l'effort de frottement comportent, pour chaque paroi
d'obturation, deux capteurs d'efforts pour mesurer les
efforts de frottement exercés sur la dite paroi
d'obturation par chacun des cylindres. Ainsi, on peut
encore améliorer la connaissance de l'état du contact
paroi d'obturation - cylindre, en appréciant séparément
cet état au niveau de chaque cylindre.
Selon une disposition particulière, les capteurs
d'efforts sont situés respectivement de part et d'autre
du dit plan médian et la paroi d'obturation est
supportée, dans la direction d'extraction, uniquement par
deux moyens de supports placés respectivement vers les
extrémités latérales de la dite paroi, et les dits
capteurs d'efforts sont situés dans les dits moyens de
support.
Cette disposition permet une réalisation simple du
dispositif, les dits moyens de support pouvant par
exemple être des axes dynamométriques fixés
horizontalement sur la structure de maintien et de
réglage en position de la paroi d'obturation, et sur
lesquels la dite paroi est simplement accrochée.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront
dans la description qui va être faite à titre d'exemple
d'un dispositif conforme à l'invention, de coulée
continue entre cylindres de bandes minces en acier, et de
sa mise en oeuvre.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels .
- la figure 1 est une vue schématique partielle en
coupe d'un dispositif de coulée,
- la figure 2 est une vue frontale de la paroi
d'obturation et de son support.
Sur le dessin de la figure 1, on voit l'extrémité
d'un des cylindres 1, l', de l'installation et un
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ensemble 2 d'application d'une paroi d'obturation 3
contre le chant 11 des cylindres. Cet ensemble 2 est lui-
même supporté, de manière connue en soi, sur un bâti 4 de
l'installation de coulée.
L'ensemble 2 comporte un chariot principal 5, guidé
en translation selon la direction des axes des cylindres,
sur le bâti 4. Le déplacement du chariot principal est
commandé par un vérin 6 qui permet de régler la position
de l' ensemble 2 , et donc de la paroi d' obturation 3 , par
rapport aux cylindres 1, ainsi que d'appliquer la paroi 3
contre le chant des cylindres avec un effort réglable.
Le chariot principal 5 porte un chariot secondaire
7 guidé horizontalement sur le dit chariot principal 5,
et donc déplaçable transversalement à la direction des
axes des cylindres, par un vérin représenté
schématiquement en 8, pour régler la position
transversale de la paroi d'obturation 3 par rapport aux
cylindres.
Le chariot secondaire comporte à sa partie
supérieure deux pions 9, 9' qui s'étendent
horizontalement, dans la direction des axes des
cylindres, et sont disposés symétriquement par rapport au
plan médian longitudinal P de L'installation.
La paroi d'obturation 3, en matériau réfractaire
est maintenue sur une plaque de support 10 comportant
deux oreilles 12 à sa partie supérieure.
Chacune des oreilles comporte un alésage 13, 13',
qui s'engage sur un pion 9, 9'.
L'un des pion 9 est engagé pratiquement sans jeu
dans l'alésage correspondant 13, tandis que l'autre
alésage 13' est réalisé sous forme d'un trou oblong
horizontal, de manière à permettre une dilatation
différentielle entre la plaque de support 10 et le
chariot secondaire 7 sans brider les pions 9, 9'.
Ainsi, la paroi d'obturation 3 et son support 10
sont simplement suspendus sur les pions 9, 9', lesquels
_21~2~3~
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comportent des moyens de mesure des efforts s'exerçant
sur ceux-ci, transversalement à leurs axes. Pratiquement,
les pions 9, 9' constituent des axes dynamométriques,
permettant de mesurer les efforts exercés sur ceux-ci par
le support 10, ces efforts résultant du poids de
l'ensemble support 10 et paroi d'obturation, de l'effet
d'entraînement vers le bas de la paroi 3 par le métal
coulé, et surtout du frottement de cette paroi contre les
chants des cylindres, lors de leur rotation.
Par ailleurs, le support 10 est en butée par sa
face arrière, dans la direction des axes des cylindres,
contre d'autres axes dynamométriques 14, 14', 14" fixés
sur le chariot secondaire 7, et qui constituent des
moyens de mesure de l'effort horizontal d'application de
la paroi 3 contre les cylindres. Deux de ces axes
dynamométriques 14, 14' sont disposés dans la partie
supérieure de l'ensemble 2, de part et d'autre du plan P,
et le troisième axe dynamométrique 14" est situé vers
l'extrémité inférieure de cet ensemble.
Le support 10 a donc trois zones d'appui, disposées
en triangle, et les différents axes dynamométriques
précités permettent ainsi d'évaluer la répartition des
efforts de poussée de la paroi 3 contre les cylindres,
autant dans la direction verticale (axes 9, 9'), que dans
la direction horizontale (axes 14, 14', 14"). On peut
donc ainsi mesurer la valeur de la composante de cet
effort de poussée relative à chaque cylindre séparément,
et en la combinant avec la valeur de l' effort mesuré par
l'axe dynamométrique 9, 9' situé du côté correspondant,
évaluer un coefficient de frottement spécifique à chacune
des interfaces paroi d'obturation - cylindres.
Ainsi, si on appelle
FV1 la force verticale mesurée par l'axe
dynamométrique 9,
FU2 la force verticale mesurée par l'axe
dynamométrique 9',
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9
FH1 la force horizontale mesurée par l'axe
dynamométrique 14,
FH2 la force horizontale mesurée par l'axe
dynamométrique 14',
FH3 la force horizontale mesurée par l'axe
dynamométrique 14",
FV la force verticale de friction exercée sur la
paroi d'obturation et
FH la force d'application globale de la paroi
contre les cylindres,
on a FV = FV1 + FV2
FH - FHl + FH2 + FH3'
Comme FH3 est la force d'application de la paroi
d'obturation, dans la partie inférieure de la paroi, elle
peut se décomposer en une force kFH3 d'application sur le
cylindre 1 et une force (1 - k)FH3 d'application sur
l'autre cylindre l', k variant de 0 à 1 selon que le bas
de la paroi d'obturation s'appuie uniquement sur un
cylindre, uniquement sur l'autre, ou sur les deux à la
fois, k représentant la répartition de FH3 entre les deux
cylindres.
La comparaison de FH1 et kFH3 à FH2 et (1 - K)FH3
donne une image des états d'application de la paroi
d'obturation contre chacun des cylindres. Les ordres de
grandeur des coefficients de frottement de la paroi
d'obturation contre chacun des cylindres s'exprimant
FV1
par pour le cylindre 1
FH1 + kFH3
FV2
et pour le cylindre l'
FH2 + (1-k)FH3
Les axes dynamométriques 9, 9', 14, 14', 14" sont
reliés à des moyens 15 de calcul et de régulation, qui
peuvent soit afficher des données représentatives de ces
_21522~p
coefficients de frottement, pour indiquer d'éventuelles
anomalies à l'opérateur et lui permettre d'y remédier en
agissant sur divers paramètres de la coulée, soit agir
directement sur ces paramètres, par exemple sur l'effort
5 d'application de la paroi 3 contre les cylindres en
agissant sur la pression d'alimentation du vérin 6 ou sur
la position de la paroi par rapport au chant des
cylindres, en commandant un déplacement adéquat du dit
vérin.
10 Le dispositif comporte également des capteurs de
position 16, schématiquement représentés figure 2, par
exemple placés au niveau du support 10, et
préférentiellement disposés en triangle, comme les axes
dynamométriques 14, 14', 14". Ces capteurs permettent de
détecter des déplacements du support 10 de la paroi 3,
soit par rapport à une référence fixe, soit par rapport
aux chants des cylindres, ou les deux, et ceci de manière
indépendante pour les différentes zones de la paroi
d'obturation.
Ces capteurs permettent ainsi de détecter et
d'évaluer soit un déplacement global du support dans la
direction des axes, soit une inclinaison de la paroi par
rapport au plan de référence normal, perpendiculaire aux
axes des cylindres. Ces déplacements peuvent être dans le
sens d'un éloignement des cylindres, ce qui se produit
par exemple si du métal coulé s'infiltre entre la paroi 3
et le chant d'un cylindre, et tend à les écarter. Ces
déplacements peuvent aussi être dans le sens d'un
rapprochement vers les cylindres, par exemple suite à une
usure du matériau réfractaire de la paroi 3, conduisant à
une diminution momentanée de l'effort d'appui de cette
paroi sur le cylindre situé du côté où s'est produite
l'usure et à une réaction en réponse du vérin 6 qui
déplace l'ensemble 2 jusqu'à ce que le dit effort d'appui
revienne à un niveau suffisant.
_2152230
11
Au vu de l'exemple ci-dessus, on aura déjà compris
tout l'intérêt de pouvoir mesurer simultanément la
position du support de la paroi 3 par rapport à un repère
fixe, ou directement la position de cette paroi par
S rapport aux cylindres, et l'effort correspondant à la
pression exercée par la paroi 3 sur l'un ou 'autre des
cylindres.
En y ajoutant une mesure des efforts verticaux
s'exerçant en cours de coulée sur la dite paroi 3, on
améliore encore la connaissance que l'on peut avoir de
l'état du contact entre paroi et cylindre, et ceci
également pour chaque cylindre.
Par exemple, à effort d'appui constant de la paroi
sur le chant d'un cylindre, mesuré par un des axes
dynamométriques 14, 14', 14", une augmentation de
l'effort vertical mesuré par un axe dynamométrique 9, 9',
pourra être révélatrice d'un défaut de lubrification.
En mesurant les efforts verticaux et l'effort
d' appui de la paroi 3, on peut en déduire un coefficient
de frottement à l'interface entre la paroi et un des
cylindres, et donc la composante horizontale de l'effort
de frottement qui s'ajoute à la force d'écartement des
cylindres générée par le métal coulé, et en mesurant la
force totale de serrage des cylindres, c'est-à-dire la
force exercée pour maintenir ceux-ci à la bonne distance
l'un de l'autre, on peut en déduire par différence la
part de cette force correspondant précisément à la force
générée par le métal coulé, ce qui est un indicateur de
l'état de solidification du produit coulé.
La combinaison de ces différentes mesures permet
donc d'obtenir de nombreux renseignement supplémentaires
sur l'état du contact paroi - cylindres et de corriger
les paramètres de la coulée en conséquence pour maintenir
l'installation de coulée dans un état optimal, en
permettant que des débuts de dégradation constatés soient
rapidement corrigés et avant que ces dégradations ne
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12
deviennent irrémédiables et provoquent l'arrêt de la
coulée.
En particulier, on pourra, soit manuellement soit
automatiquement, régler l'effort de pression de la paroi
d'obturation sur les cylindres, ou la position de cette
paroi, en fonction des variations de coefficients de
frottements détectées.
Pour améliorer encore la connaissance de l'état du
contact paroi - cylindre, on pourra encore placer sur la
paroi d'obturation, ou son support, un capteur de
vibrations, un accroissement des vibrations détectées
étant également révélateur d'une dégradation de l'état de
ce contact.
Il est aussi à noter que, même si la paroi
d'obturation et son support se sont pas articulés par
rapport au chariot intermédiaire ou à l'ensemble 2, les
jeux fonctionnels inévitables dans cet ensemble
conduisent à ce que la dite paroi et son support puissent
subir des rotations limitées de leur plan général qui est
théoriquement perpendiculaire aux axes des cylindres.
Ceci permet d'ailleurs d'éviter qu'un jeu important ne se
crée par exemple entre la paroi et l'un des cylindres,
suite à une usure plus prononcée du côté de ce cylindre
que de l'autre. Pour un tel cas, sous l'effort de la
poussée exercée par le vérin 6, la paroi 3 sera appliquée
contre les cylindres en étant légèrement oblique. Un
effort de poussée accru conduira alors à un accroissement
du frottement préférentiellement du côté où l'usure était
moindre, et â une usure prépondérante de ce côté, tendant
à ramener la paroi dans une orientation normale de son
plan général, précisément perpendiculaire aux axes des
cylindres. Le même effet pourrait se produire dans le cas
où l' usure serait plus prononcée vers le bas que vers le
haut de la paroi d'obturation.
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L'invention n'est pas limitée aux dispositions
particulière du dispositifs, ni aux modes de mise en
oeuvre décrits précédemment à titre d'exemple.
En particulier, le nombre et la disposition des
différents capteurs d'effort et/ou déplacement, pourront
être modifiées sans sortir du champ de l'invention.
