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DISPOSITIF DE SUPPORT D'UNE FACE LATERALE D'UNE
INSTALLATION DE COULEE CONTINUE DE BANDES METALLIQUES
ENTRE CYLINDRES
L'invention concerne la coulée continue des métaux. Plus précisément, elle
concerne les dispositifs de confinement latéral du métal liquide dans les
lingotières des
machines de coulée continue de bandes minces, dont l'espace de coulée est
limité par
les surfaces latérales rapprochées de deux cylindres à axes horizontaux,
énergiquement
refroidis intérieurement et mis en rotation en sens contraires.
Sur ce type de machine de coulée continue, dit "coulée entre cylindres", dont
l'application industrielle à la coulée de bandes d'acier d'environ 2 à 10 mm
d'épaisseur
est actuellement en cours, le confinement latéral du métal liquide dans
l'espace de
coulée défini par les cylindres est assuré par des plaques qui sont appliquées
contre les
extrémités planes des cylindres, appelées "chants", par un dispositif
approprié. Ces
plaques sont habituellement désignées par les termes "faces latérales" ou
"petites
faces". Leur partie centrale destinée à être au contact du métal liquide est
en matériau
réfractaire, de même, en général, que leur périphérie qui frotte contre les
cylindres en
s'usant progressivement. II est indispensable qu'elles soient en contact aussi
étanche que
possible avec les cylindres, car des infiltrations de métal liquide dans leur
zone de
contact auraient des effets désastreux sur la qualité des rives de la bande
coulée. Celles-
2o ci prendraient une forme dentelée, et seraient excessivement fragiles.
Elles risqueraient
alors de se séparer du reste de la bande et de rester collées aux cylindres.
Si ce collage
persistait pendant un tour complet des cylindres et si les lambeaux de rives
pénétraient
donc dans l'espace de coulée, cela pourrait donner lieu à de graves
détériorations des
surfaces des cylindres. Au pire, ces infiltrations de métal pourraient
parvenir jusqu'à
l'extérieur de la machine, ce qui imposerait l'arrêt immédiat de la coulée.
De tels défauts d'étanchéité peuvent avoir des causes multiples, parmi
lesquelles on peut citer:
- les déformations des cylindres et des faces latérales, dues aux
sollicitations
mécaniques et thermiques qu'ils subissent, en particulier au tout début de la
coulée lors
3o de leur mise en régime thermique;
- l'usure progressive des faces latérales ou des cylindres , qui n'est pas
toujours
uniforme sur l'ensemble de leurs zones de contact;
- l'usure instantanée des faces latérales provoquée par le passage d'une
infiltration de métal solidifié.
Il a déjà été proposé de résoudre ces problèmes d'étanchéité en provoquant
une usure contrôlée des faces latérales par un frottement maîtrisé de celles-
ci contre les
cylindres. On régénère ainsi en permanence les surfaces de contact des faces
latérales,
en les adaptant au mieux aux éventuelles évolutions de la forme des parties
des
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cylindres sur lesquelles elles s'appuient. On peut citer, à cet égard, le
document EP-A-
546206. II enseigne de presser tout d'abord fortement les faces latérales
contre les
cylindres en rotation avant le début de la coulée, afin de leur faire épouser
la
configuration initiale exacte des chants des cylindres. Ensuite on relâche un
peu cette
pression, puis on démarre la coulée en remettant temporairement une forte
pression sur
les faces latérales, de manière à créer délibérément une usure qui conforme
les faces
latérales aux chants des cylindres. En cours de coulée, on continue à
appliquer les faces
latérales contre les cylindres, en compensant leur usure par un déplacement à
une
vitesse modérée prédéterminée. On provoque ainsi une usure maîtrisée assurant
le
1o renouvellement permanent des surfaces de contact entre les faces latérales
et les
cylindres.
La demande de brevet français FR9408319 apporte une amélioration à ce
mode opératoire et à ceux qui en dériveraient en prévoyant des moyens
permettant de
déformer légèrement les faces latérales en modulant la pression appliquée sur
leurs
différentes zones. Ainsi, on tient compte des inégalités temporaires ou
permanentes
dans les efforts exercés sur les différentes parties des faces latérales par
les cylindres.
De telles inégalités peuvent se produire, par exemple, en cas de
solidification parasite
de métal infiltré entre la face latérale et un cylindre, ou lorsque les deux
faces des
cylindres contre lesquelles est appliquée la face latérale ne sont pas
parfaitement
2o coplanaires et orthogonales aux axes des cylindres.
Ces modes opératoires ont cependant l'inconvénient d'imposer à chaque face
latérale une usure par frottement qui est, certes, mesurable par
l'intermédiaire de la
vitesse d'avancement, mais qui n'est pas contrôlable. Elle peut s'avérer
inutilement
importante dans le cas où la coulée se déroule sans incident particulier.
Le but de l'invention est de procurer à l'opérateur les moyens d'imposer à la
face latérale une usure contrôlée qui ne serait pas supérieure à ce qui serait
strictement
nécessaire au bon déroulement de la coulée.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de support d'une face
latérale
d'une installation de coulée continue entre cylindres de produits métalliques
minces du
3o type comportant deux cylindres refroidis à axes horizontaux, deux faces
latérales
appliquées contre les chants des cylindres, ledit dispositif de support
comportant un
chariot déplaçable à la commande selon une direction parallèle aux axes des
cylindres,
un dispositif de poussée porté par ledit chariot, et une platine reliée audit
dispositif de
poussée et solidaire de la face latérale, caractérisé en ce que ladite platine
comporte au
moins deux patins déplaçables à la commande selon une direction parallèle aux
axes
des cylindres par des dispositifs pouvant appliquer chacun desdits patins
contre un
chant d'un des cylindres.
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Comme on l'aura compris,l'invention consiste à équiper les moyens de support
des faces latérales d'au moins deux patins de frottement déplaçables à la
commande
pouvant s'appuyer chacun sur l'un des cylindres. Ces patins permettent de
réguler
précisément la perte de matière par usure de la face latérale à une valeur
très faible
lorsque les surfaces de contact entre la face latérale et les bords des
cylindres sont
parfaitement régulières. Pendant la coulée, on vise normalement à ce que la
face avant
de chaque patin soit maintenue en permanence alignée avec la face avant de la
face
latérale, ou très légèrement en retrait de celle-ci. Si les patins sont
alignés sur la face
latérale, ce sont eux qui assument l'effort de frottement entre les cylindres
et la face
latérale, dont l'usure par frottement devient théoriquement nulle. S'ils sont
placés
légèrement en retrait de la face latérale, c'est uniquement celle-ci qui va
frotter contre
les cylindres. Elle va donc s'user, jusqu'à ce que cette usure soit
suffisamment
prononcée pour que la face avant de la face latérale devienne alignée avec
celles des
patins. On se retrouve alors dans le cas précédent, et l'usure est interrompue
jusqu'à ce
que les patins soient à nouveau placés en retrait de la face latérale. Ce
retrait peut être
effectué de manière continue, avec une vitesse de déplacement des patins égale
à la
vitesse d'usure que l'on désire imposer à la face latérale, ou bien de manière
discontinue, auquel cas c'est leur vitesse de déplacement moyenne calculée sur
un
intervalle de temps donné qui doit être maintenue égale à la vitesse d'usure
désirée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit,
donnée
en référence aux figures suivantes:
- la figure 1 qui montre schématiquement vus de profil un dispositif selon
l'invention et l'un des cylindres de coulée contre lesquels l'une des faces
latérales de la
machine de coulée entre cylindres est appliquée;
- la figure 2 qui schématise la face avant d'une face latérale dont le support
est
conforme à l'invention.
La figure 1 représente un côté d'une machine de coulée entre deux cylindres
rapprochés 1, l' à axes horizontaux mis en rotation et refroidis
intérieurement, dont
seul un des cylindres 1 est visible. L'autre côté de la machine est équipé de
manière
3o similaire. L'espace de coulée défini par les deux cylindres l, l' est
obturé latéralement
par une face latérale 2 en matériau réfractaire dont la face avant est
appliquée contre
les chants 3 des cylindres I, l'. La face latérale 2 est fixée sur une platine
4 qui est en
un matériau tel qu'un matériau métallique. Cette platine 4 est de préférence
refroidie
pour éviter qu'elle ne soit affectée par des déformations d'origine purement
thermique.
Les déplacements et la force d'appui sur les cylindres 1, l' de la face
latérale 2
sont commandés par un ensemble qui agit sur la platine 4 et qui va être décrit
plus en
détail. De manière connue, il comprend un chariot 5 mobile à la commande selon
une
direction parallèle aux axes de cylindres l, l'. Sur ce chariot 5 est monté un
dispositif
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de poussée 6 tel qu'un vérin, comportant une tige 7 déplaçable à la commande,
toujours
selon la même direction parallèle aux axes des cylindres 1, l'. Dans une
version
simplifiée non représentée de l'invention, cette tige 7 agit directement sur
la platine 4,
et sa position, conjuguée à celle du chariot 5, permet de régler la force
d'appui exercée
par la face latérale 2 sur les cylindres l, l'. Dans la version la plus
élaborée de
l'invention, qui reprend le dispositif faisant l'objet de la demande de brevet
français
FR9408319 déjà citée, la tige 7 attaque une plaque de poussée 8, elle-même
reliée à la
platine 4 par un ensemble d'organes de poussée, 9, 9', 9", 9"' tels que des
ressorts ou
des vérins pilotés. Ces organes sont répartis sur une zone dont la forme
correspond à
1o celle de la face latérale 2. Ils ont pour fonction d'autoriser un léger
recul d'une portion
de la face latérale 2 lorsqu'une solidification parasite s'interpose entre
elle et (un des
cylindres 1, l', sans pour autant que les conditions de contact entre le
restant de la face
latérale 2 et les cylindres en soient affectées. On se reportera au texte de
la demande
française précitée pour plus de détails.
Selon l'invention, dans (exemple représenté sur les figures 1 et 2, la platine
4
supportant la face latérale 2 porte quatre patins 10, 10', 10", 10"'. Ces
patins 10, 10',
10", 10"' sont chacun équipés d'un dispositif i 1, 11' qui peut les déplacer à
la.
commande, de manière progressive ou saccadée, pour leur donner la possibilité
soit de
venir se mettre en appui sur une partie quelconque du chant 3 de l'un des
cylindres l,
2o l', soit de s'éloigner de ce cylindre. Sur la figure 2, on a représenté en
trait mixte la
trace des périphéries des cylindres 1, l', afin de situer les emplacements des
patins 10,
10', 10", 10"' par rapport aux cylindres 1, l' et à la face latérale 2. Les
patins 10, 10"
sont implantés dans la partie supérieure de la platine 4 et peuvent prendre
appui sur les
bords des chants 3 des cylindres 1, l' juste au-dessus de la face latérale 2.
Les patins
10', 10"' sont implantés dans la partie inférieure de la platine 4 et prennent
appui sur les
cylindres 1, l' à côté de la face latérale 2 et à proximité du col 12, c'est à
dire de la
zone où l'écart entre les cylindres 1, l' est le plus faible. II est bien
entendu que les
emplacements des patins 10, 10', 10", 10"' tels qu'ils sont décrits et
représentés ne
constituent que des exemples de mise en oeuvre de l'invention. D'autres
emplacements
3o seraient envisageables, et leur choix dépend notamment de la configuration
de la platine
4. Les dispositifs de déplacement des patins 10, 10', 10", 10"' peuvent être
constitués
par tous actionneurs électriques ou hydrauliques, par exemple des vérins, des
vis, des
dispositifs à crémaillère, etc... Ces patins 10, 10', 10", 10"' peuvent, comme
représenté,
avoir une surface de contact plane avec les chants 3 des cylindres 1, l'. Dans
ce cas, ils
comportent également de préférence des moyens non représentés assurant la
lubrification de cette surface de contact, par exemple par injection d'huile
ou d'une
poudre d'un lubrifiant solide tel que du nitrure de bore. On limite ainsi
l'usure par
frottement aussi bien des cylindres 1, l' que des patins 10; 10', 10", 10"'.
En variante,
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ces patins 10, 10', 10", 10"' peuvent être constitués par un galet ou une
roulette, auquel
cas il n'est plus utile de prévoir un dispositif de lubrification. Outre leur
moindre
sensibilité aux phénomènes d'usure par frottement, ces variantes présent
l'avantage, par
rapport aux patins présentant une surface de contact plane avec le cylindre 1,
l', d'être
5 moins sensibles aux salissures qui peuvent être présentes sur les chants 3
des cylindres
1, l', grâce à leur surface de contact réduite.
La fonction de ces patins 10, 10', 10", 10"' est, comme on l'a dit plus haut,
de
limiter la vitesse d'usure de la face latérale 2 en assumant, en régime
normal, l'essentiel
de l'effort de frottement entre les cylindres l, l' et la face latérale 2.
Ainsi, l'usure par
l0 frottement de la face latérale 2 devient pratiquement nulle en l'absence
d'incidents tels
que l'apparition de solidifications parasites qui viendraient accélérer cette
usure.
En variante, on peut également n'équiper chaque platine 4 que de deux patins,
frottant chacun sur un cylindre 1, l' différent, et disposés de préférence au
voisinage de
la partie supérieure de la face latérale 4, par exemple à l'emplacement des
patins 10,
10" de la figure 2.
La présence d'au moins deux patins 10, 10', 10", 10"' par cylindre 1, l'
conjuguée à celle de la plaque de poussée 8 et des organes de poussée 9, 9',
9", 9"',
permet d'optimiser la vitesse d'usure de la face latérale 2 sur ses
différentes zones, en
tenant compte des évènements particuliers qui ont pu contribuer à une usure
plus
prononcée au voisinage de l'un des cylindres 1, l' que de l'autre. On continue
ainsi à
tirer parti des possibilités de légère déformation de la face latérale 2 et de
la platine 4
liées à l'utilisation du système plaque de poussée 8-organes de poussée 9, 9',
9", 9"'.
Mais, comme on l'a dit, l'invention est aussi applicable au cas où le vérin 6
attaque
directement la platine 4.
On peut, en conséquence, proposer une procédure de coulée qui serait la
suivante. Avant le démarrage de la coulée, on place les parties avant des
patins 10, 10',
10", 10"' à quelques 1/10 de mm en retrait de la face avant de la face
latérale 2 mise au
contact des cylindres 1, l'. Puis on fait tourner les cylindres 1, l' en
faisant avancer la
face latérale 2 dans leur direction au moyen du vérin 6, de manière à
provoquer une
usure de la face latérale 2 qui la conforme à la configuration précise des
chants 3 des
cylindres 1, l'. Cette usure se poursuit jusqu'à ce que les parties avant des
patins 10,
10', 10", 10"' viennent au contact des cylindres 1, l'. A ce moment,
l'avancement de la
face latérale 2 n'est plus possible et son usure s'arrête. On démarre alors la
coulée après
avoir éventuellement réduit la force d'appui de la face latérale sur les
cylindres 1, l'.
Pendant la coulée, soit on laisse fixes les patins 10, 10', 10", 10"' si on ne
souhaite subir
aucune usure de la face latérale 2, soit on les fait reculer de manière
continue ou
saccadée à une vitesse moyenne contrôlée, par exemple de l'ordre de 2 à 10
mm/heure.
Ce recul progressif permet de renouveler la surface de contact entre la face
latérale 2 et
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les cylindres 1, l', tout en maintenant l'usure de la face latérale 2 à une
valeur modérée,
par exemple voisine de celle de la partie centrale de la face latérale 2 qui
est en contact
avec le métal liquide et qui, de ce fait, subit une érosion essentiellement
chimique.
Grâce à l'invention, on maîtrise une usure modérée de la face latérale 2 avec
une
précision bien meilleure qu'on ne pourrait le faire en utilisant seulement le
vérin 6.
Si malgré tout, en cours de coulée, on constatait des défauts d'étanchéité
entre
les cylindres 1, l' et la face latérale 2, on aurait la possibilité de reculer
immédiatement
les patins 10, 10', 10", 10"' de quelques 1/10 de mm et d'augmenter
temporairement la
vitesse d'avancement et la force d'appui de la face latérale 2, afin d'assurer
un
1o renouvellement rapide de leurs surfaces de contact.
On peut également remarquer que les systèmes de lubrification des patins 10,
10" contribuent à la lubrification des interfaces entre les cylindres 1, l' et
la face
latérale 2, car les bords des cylindres 1, l' contre lesquels ils sont en
appui vont,
immédiatement après, venir au contact de la face latérale 2. Cela est
favorable à une
réduction de l'usure de la face latérale 2.
Une autre variante de l'invention consiste à utiliser des patins 10, 10', 10",
10"'
(ou au moins certains d'entre eux) en un matériau autolubrifiant, tel que du
nitrure de
bore. L'application d'un lubrifiant extérieur sur leur surface qui est au
contact du
cylindre 1, l' n'est alors plus utile. Pour compenser l'usure des patins 10,
10', 10", 10"'
2o ainsi réalisés, leurs dispositifs de déplacement 11, 11' sont prévus pour
pouvoir leur
imposer un mouvement progressif en direction du cylindre l, l'. Ce mouvement
doit
cesser dès que les capteurs d'efforts liés habituellement aux organes de
poussée 9, 9',
9", 9"' les plus proches détectent un relâchement des efforts de réaction
exercés par le
cylindre 1, I' sur la face latérale 2 et sa platine 4, car un tel relâchement
est le signe que
la face avant dû patin 10, 10', 10", 10"' en cause n'est plus alignée avec la
face avant de
la face latérale 2.
L'invention est, par ailleurs, parfaitement compatible avec l'utilisation de
faces
latérales 2 auxquelles, comme il est connu, on imprimerait un mouvement
d'oscillation
dans le plan des faces planes des cylindres 1, l'.
