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WO 96/00626 PCTIFR95/00842
FACE LATERALE POUR UNE MACHIlVE DE COULEE EN CONTIlN'U DE
TOLE MINCE
L'invention concerne une face latérale pour une machine de coulée en continu
de tôle
mince constituée d'un bâti sur lequel sont montées deux parois mobiles, telles
que deux
cylindres tournant en sens inverses, et deux faces latérales placées à chacune
des
extrémités des cylindres pour délimiter un moule de coulée en continu dans
lequel est
retenue une quantité donnée de métal liquide.
La coulée en continu classique d'une brame mince dans un moule à parois tïxes
ne
permet pas d'obtenir une épaisseur inférieure à 50 mm environ. Lorsqu'on
souhaite
obtenir des produits d'épaisseur plus mince, il est nécessaire de souniettre à
un
laminage les brames qui sortent en continu du moule de coulée. C'est la raison
oour
laquelle on tente de développer depuis quelques années des procédés de coulée
en
continu de tôfe mince dont le but est de permettre d'obtenir directement des
produits
dont l'épaisseur peut descendre jusqu'à 3 mm et moins. On évite ainsi
l'opération de
laminage à chaud obligatoire avec les procédés actuellement utilisés. II en
résu!:, une
simplification de la production et une réduction de la quantité d'énergie
nécess._;re_ ce
qui pertnet une baisse du prix de revient du produit fini.
Une tnachine de coulée en continu de tôle mince comporte généralement deux --
.,arois
mobiles qui se font face et qui délimitent un moule à parois mobiles. L'acier
liyuidc
venant du répartiteur est introduit dans ce moule par l'intermédiaire d'une
busette de
géométrie appropriée.
On connaît déjà (EP 0 546 206) une machine de cou[ée en continu de tôle mince
de ce
type. Cette machine est constituée de deux rouleaux à axes horizontaux et
parallèles qui
tournent en sens inverse. Deux faces latérales sont disposées à chacune des
extrémités
de ces deux rouleaux pour déterminer le moule de coulée en continu dans lequel
l'acier
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liquide est introduit à partir du répartiteur. Les faces latérales sont
appiiquées par un
système mécanique pouvant être constitué par des ressorts ou des vérins contre
l'extrémité des cylindres de façon à réaliser une étanchéité à l'acier
liquide. Les faces
latérales peuvent être préchauffées avant la coulée, en fonction du mode de
fonctionnement de la machine et des matériaux qui les constituent. Selon ce
document
les faces latérales sont constituées d'une plaque de base en matériau
réfractaire, d'un
élément en matériau céramique qui vient en contact avec la surface de
frottement de
l'extrémité des cylindres et qui est encastrée dans la plaque de base.
L'ensemble est
monté dans une enveloppe métallique qui recouvre la face arrière de la plaque
de base
laissant libre uniquement l'élément de céramique. C'est le fond de cette
enveloppe qui
assure la transmission de la pression exercée par le système mécanique situé à
l'arrière
de la face latérale et qui permet l'application étanche de la face latérale
contre les
cvlindres afin d'éviter toute fuite d'acier liquide entre ces derniers et les
parois
latérales.
Toutefois, dans une face latéra{e de ce type, la présence du fond métallique
de
l'enveloppe pose plusieurs problèmes.
Pendant la coulée en continu, le flux thermique provenant du métal liquide à
travers la
3ü plaque de matériau réfractaire provoque une importante augmentation de la
température
du fond de l'enveloppe. Dans le cas où aucun dispositif de refroidissement de
l'enveloppe n'est prévu, cette augmentation de température provoque une
déformation
du fond, par exemple un bombage. Cette déformation est responsable, entre
autres,
d'une mauvaise transmission de la pression exercëe par le système mécanique
sur
l'arrière de la plaque réfractaire. Du fait que le fond est déformé, la
pression ne
s'applique pas uniformément sur la piaque de matériau réfractaire mais se
concentre en
certains points de celle-ci. Par exemple, si la plaque est bombée, le fond de
l'enveloppe
métallique ne s'appliquera sur la plaque de matériau réfractaire que par le
sommet de
cette zone bombée. La concentration de contrainte qui en résulte peut aller
jusqu'à fa
rupture de la plaque de matériau réfractaire. La déformation de l'enveloppe
peut
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également provoquer une modification du parallélisme de la face avant de la
face
latérale (matériau réfractaire) avec sa face arrière (fond métallique). Par
suite de cette
modification de parallélisme la surface de frottement n'est plus appliquée de
manière
uniforme, c'est-à-dire avec une pression constante, sur l'extrémité des
cvlindres. Ce
phénomène peut conduire à une infiltration d'acier liquide entre le cylindre
et la surface
de frottement de la face latérale.
L'installation d'un système de refroidissement de l'enveloppe métallique et
particulièrement du fond de cette enveloppe permet de limiter les
inconvénients décrits
ci-dessus mais provoque un refroidissement de la surface du matériau
réfractaire de la
face latérale qui est en contact avec l'acier liquide. Cela amplifie les
phénomènes de
figeage d'acier sur cette surface et peut nuire au bon déroulement de la
coulée.
En outre, lors de la fabrication de la face latérale, il est difficile
d'obtenir un bon
parallélisme entre la face avant (matériau réfractaire) et la face arrière
(fond
métallique). En effet la plaque de base de matériau réfractaire est cimentée
dans
l'enveloppe niétallique afin de la maintenir en place. Le ciment est étuvé
selon un cycle
thermique pouvant atteindre et dépasser 200 C. Ce cycle d'étuvage provoque une
déformation de l'enveloppe métallique qui détruit le parallélisme qui existait
antérieurenient à l'étuvage du ciment. Il n'est pas aisé de rétablir le
parallélisme entre
la face avant et la face arrière par une nouvelle rectification parce qu'il
est nécessaire
de lubririer pendant la rectification, ce qui humidifie le ciment de telle
sorte qu'il doit
être à nouveau étuvé.
La présente invention a précisément pour objet une face latérale pour une
machine de
coulée en continu de tôle mince qui remédie aux inconvénients de l'art
antérieur qui
viennent d'être exposés. Cette face latérale doit permettre de transmettre et
de répartir
de manière égale la pression d'application exercée sur sa face arrière de
manière à
éviter tout risque de fuite d'acier liquide. Elle doit permettre également
d'assurer un
bon parallélisme entre sa face avant et sa face arrière.
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WO 96/00626 4 PCT/FR95/00842 lb
Ces résultats sont obtenus, conformément à l'invention par le fait que la
partie
métallique qui permet de fixer la face latérale sur le bâti de la machine de
coulée en
continu est constituée d'une ceinture qui entoure la plaque de matériau
réfractaire
uniquement sur sa périphérie.
Cette solution permet à la fois un bon maintien géométrique de la plaque de
matériau
réfracraire, une fixation facile de la face latérale sur le bâti de la machine
de coulée en
continu et un bon parallélisme entre les deux faces de la paroi latérale
quelle que soit
la température. Cette solution permet également de réaliser une face latérale
entièrement
en matériau réfractaire au niveau de l'ensemble des zones en contact avec
l'acier liquide
ou avec les cylindres, ainsi qu'avec le dispositif d'application de la
pression.
L'assemblage de la ceinture métallique et de la plaque réfractaire peut
s'effectuer par
cimentage ou par frettage à chaud. Dans le cas où l'assemblage est assuré par
cimentage, de préférence la ceinture métallique et/ou la plaque de matériau
réfractaire
possède des rainures ou des ancrages qui peuvent être remplis par du ciment de
manière
à assurer un meilleur maintien de la plaque de matériau réfractaire dans la
ceinture.
La plaque de matériau réfractaire est cimentée par zone dans la ceinture
métallique. Le
ciment de fixation peut également ne pas être disposé sur tout le pourtour de
la pièce
de matériau réfractaire, en fonction de la forme de la ceinture inétaliique.
Par exemple,
dans le cas où les formes intérieures de la ceinture et de la plaque de
matériau
réfractaire sont constituées par deux ares de cercle concentriques au
cylindre, les
différences de dilatation entré la ceinture et la plaque de matériau
réfractaire imposent
de ne pas cimenter tout le pourtour de la plaque pour éviter la fissuration de
cette
dernière. En effet, dans cette configuration la présence de ciment de part et
d'autre du
niveau de l'axe des cylindres provoque, à température élevée, un serrage de la
plaque
de matériau réfractaire à cé niveau. La ceinture est réalisée en métal (acier,
fonte ou
autre) dont le coefficient de dilatation thermique est plus élevé que celui du
matériau
réfractaire qui constitue la plaque. Par suite, à température élevée, le métal
se dilate
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davantage. La ceinture provoque alors la mise en traction de la plaque de
matériau
réfractaire, qui peut aller jusqu'à la rupture de celle-ci.
Le ciment utilisé peut être par exemple un ciment silico-alumineux à liant
silicate. Sa
fonction est de maintenir de façon permanente ou temporaire la plaque de
matériau
réfractaire dans la ceinture.
De préférence la planéité de la face arrière de matériau réfractaire est au
moins de 0.5
mm. En d'autres termes la surface de la face arrière doit être contenue
entièrement
entre deux plans parallèles distants au plus de 0.5 mm.
La plaque de matériau réfractaire peut être constituée d'une seule pièce. Elle
peut
également être réalisée en plusieurs parties, notamment une zone de frottement
et une
zone centrale uniquement en contact avec l'acier liquide contenu dans le moule
de
coulée en continu.
La zone centrale est de préférence réalisée en un matériau céramique à liant
carbone.
Selon une caractéristique avanrageuse, une partie au moins de la zone de
frottemenL c,t
située en dessous dû plan défini par les axes de rotation de chacun des deux
cylinci.. .
L'invention concerne également des faces latérales pour une machine de coulée
en
continu de tôle mince constituée d'un bâti sur lequel sont montés deux
cyfindres
tournant en sens inverse et de deux faces latérales démontables placées à
chacune des
extrémités des deux cylindres et de moyens pour appliquer avec une pression de
contact
les faces latérales sur les extrémités des cylindres.
Elle se caractérise en ce que les moyens pour appliquer une pression de
contact des
faces latérales sur les extrémités des cylindres comprennent une plaque qui
s'applique
sur la face arrière de la plaque réfractaire sans contact avec la ceinture
métallique de
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PC1'/FR95/00842
cette plaque de matériau réfractaire, l'épaisséur de la plaque étant
supérieure à
l'épaisseur de la ceinture.
Grâce à cette caractéristique la pression exercée sur la face latérale et
destinée à assurer
une étanchéité entre les cylindres et la surface de frottement de cette face
latérale est
exercée au moyen d'une pièce pouvant être métallique et indépendante de la
face ~
latérale elle-même. Cette plaque est bien entendu soumise au flux de chaleur
qui
traverse la plaque de matériau réfractaire. Par suite sa température s'élève
pendant le
fonctionnement de la machine de coulée en continu. Cependant l'élévation de
température de la plaque métallique est limitée par le fait qu'un isolant
indépendant (par
exemple une plaque de mousse de silice) peut être introduit entre la plaque de
poussée
et la face latérale proprement dite et qu'il n'existe pas de pont thermique
entre la
ceinture métallique qui maintient la plaqué de matériau réfractaire et la
plaque de
poussée qui applique la pression sur la face arrière de la plaque de matériau
réfractaire.
En effet, comme on l'a râppelé antérieurement, l'épaisseur de la ceinture
tnétallique est
inférieure à celle de la plaque de matériau réfractaire de telle sorte que la
surface de la
ceinture est en retrait par rapport à la surface de la plaque de matériau
réfractaire.
Par ailleurs, l'invention concerne un dispositif de coulée continue entre
cylindres de
produits métalliques minces, comportant deux cylindres contrarotatifs
refroidis, deux
parois d'obturation latérale et des moyens de support et d'application en
pression
desdites parois d'obturation contre les chants des cylindres, caractérisé en
ce que chaque
paroi d'obturation est constituée par une plaque en matériau réfractaire dur
entourée
d'une ceinture métallique à laquelle elle est liée.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront
encore à la
lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif, d'exemples de
réalisation.
Sur ces dessins :
- la figure 1 une vue très schématique en perspective, d'une machine de coulée
de tôle mince entre cylindres ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de
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WO 96/00626 7 PCT/FR95100842
l'invention
la figure 3 est une vue en coupe d'un détail de la plaque de la figure 2.
les figures 4 et 5 représentent deux autres variantes de réalisation.
la figure 6 est une vue en coupe.
- la figure 7 est une vue en coupe d'une autre variante de réalisation.
On a représenté sur la figure I une vue schématique en perspective d'une
machine de
coulée de tôle mince. Elle comporte deux cylindres, 2 qui tournent en sens
inverses,
comme schématisé par les flèches 4, autour d'axes horizontaux 6. Des plaques
10,
appliquées contre les extrémités des cylindres, constituent un moule dans
lequel l'acier
liquide est versé.
On a représenté snr la figure 2 un premier mode de réalisation d'une paroi
latérale pour
une machine de coulée en continu de tôle mince conforme à l'invention. Cette
paroi
latérale, désignée par la référence générale 10, est constituée de deux
parties, à savoir
une plaque de matériau réfractaire 12 et une ceinture métallique 14. Comme on
peut
le constater la plaque de matériau réfractaire présente une forme qui est
adaptée à celle
des cylindres de la machine de coulée en continu. Elle comporte deux grands
côtés
sensiblement en forme d'arc de cercle dont le centre de courbure se trouve sur
l'axe
central des cvf indres de la machine de coulée. La plaque 12 présente un petit
côté à sa
partie inférieure et un grand côté à sa partie supérieure.
La plaque 12 est maintenue par une ceinture métallique 14 qui, dans l'exemple
de
réalisation représenté, entoure la plaque 12 sur la totalité de son pourtour,
la ceinture
peut être montée notamment par frettage. La ceinture métallique 14 comporte
des
moyens de fixation tel que des vis, des boulons, des gougeons ou autres moyens
analogues qui permettent de la fixer sur le bâti de la machine de coulée en
continu.
Etant donné que ces moyens de fixation sont classiques, ils n'ont pas été
représentés sur
Ia figure.
CA 02193243 2004-09-15
WO 96/00626 8 PCT/FR93100842
Comme on peut le constater la plaque de matériau réfractaire 12 présente une
épaisseur
qui est supérieure à celle de la ceinture métallique 14. De cette manière le
matériau
réfractaire dépasse des deux côtés de la ceinture. On a réalisé une face
latérale
conforme à l'invention dans laquelle la ceinture métallique était en retrait
dé 3 mm par
rapport à chacune des faces avant et arrière de matériau réfractaire 12. En
d'autres
termes, l'épaisseur de la plaque de matériau réfractaire était supérieure de 6
mm à celle
de la ceinture métallique 14.
Comme on peut le constater sur la figure 3, qui représente une vue en coupe
transversale de la ceinture. métallique 14 et d'une partie de la plaque de
matériau
réfractaire 12, la ceinture métallique 14 comporte une rainure 14a, tandis que
la plaque
de matériau réfractaire comporte une rainure 12a. Les rainures 12a et 14a sont
remplies
par un ciment 16 qui assure le maintien de la plaque 12 dans la ceinture 14.
Une plaque de poussée 15 permet de transmettre une force d'application
transmise par
des moyens d'application 17. On remarque que l'épaisseur de la plaque 12 est
supérieure à celle de la ceinture métallique 14. De cette manière il n'existe
pas de pont
thermique entre la plaque de poussée 15 et la ceinture, ni entre la ceincure
et le chant
du cylindre 2.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 la plaquc de matériau
réfractaire 12 est constituée d'une seule pièce. On a représenté sur la figure
4 une
plaque 12 constituée de 2 parties, à savoir respectivement une zone 18
comportant la
partie de la plaque travaillant en frottement, et une zone centrale 20. La
zone de
'i .
frottement 18 est réalisée en un matériau réfractaire qui présente de bonnes
caractéristiques de frottement avec un métal, notamment une dureté élevée et
uil bon
coefficient de frottement, par exemple un matériau comportant au moins 15 % de
nitrure de bore. La zone centrale est constituée par une partie de la zone de
la plaque
réfractaire qui est en contact avec le métal liquide. Pour cette raison elle
doit présenter
une très bonne résistance à la corrosion par l'acier. Elle peut être
constituée, par
exemple, par un matériau céramique à liant carbone.
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WO96/00626 9 PCT/FR95/00842
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, la zone de
frottement 18 est
constituée d'un seul élément. Cet élément présente sensiblement une forme de
Y. Il
comporte la zone de frottement 18 qui est constituée d'un arc de couronne
concentrique
à un rouleau, et d'un arc de couronne concentrique à l'autre rouleau. Ces deux
branches
du Y se rejoignent à leur partie inférieure pour former une zone centrale.
Comme on
peut le constater également sur la figure 4, une partie de la zone de
frottement est située
en dessous du niveau de l'axe 22 des deux cylindres de la machine de coulée en
continu, schématisé par un trait mixte (voir Fig. 1). L'extrémité de la zone
de
frottement, située én dessous de l'axe des cylindres, dans la zone de
solidification de
la tôle se termine par un décrochement 24 d'au moins 2 mm pouvant être un
chanfrein
ou un arrondi afin que la tôle ne vienne pas, après sa solidification, frotter
sur un talon
de matériau réfractaire 26 situé en dessous du décrochement 24.
Les arêtes de la zone de frottement 18 situées du côté de chacun des deux
cylindres
comporte un chanfrein 28 ou un arrondi d'au moins 2 mm par 2 mm afin de
limiter le
niveau des contraintes mécaniques au niveau de ces arêtes. En l'absence de
chanfrein,
on constate en effet un écaillage systématique des arêtes pouvant à terme
générer des
infiltrations de métal liquide.
Etant donné qu'une étanchéité est nécessaire entre la zone de frottement 18 et
les
cylindres, une planéité du plan constitué par l'ensemble de la zone de
frottement 18
d'au minimum 0.5 mm est nécessaire. Cela impose un parallélisme entre le plan
de la
zone de frottement 18 et l'arrière de la plaque réfractaire 12 d'au maximum
0.5 mm.
Cependant, suivant la machine de coulée en continu et le dispositif de
fixation de la
ceinture métallique 14 sur le bâti de cette machine, le plan de la surface de
frottement
18 peut de plus devoir être parallèle au plan du dispositif d'application de
la pression.
De mëme, pour les mêmes raisons de transmission de l'effort d'application de
la
pression sur la plaque de matériau réfractaire 12, la planéité de la face
arrière de cette
dernière doit étre au moins de 0.5 mm.
WO96/00626 2193243 10 PCT/FR95/00842
On a représenté sur les figurés 5 et 6 une variante de réalisation d'une face
latérale pour
une machine de coulée en continu conforme à l'invention. Dans cette
réalisation la zone
de frottement est constituée de quatre éléments 30 en forme d'arcs de couronne
concentriques aux cylindres et d'un bloc 32 jointif aux sections de couronne
30. Le bloc
32 comporte, comme la zone de frottement 18 de la figure 3, une panie située
en
dessous du niveau 22 de l'axe des cylindres. `
On remarquera également que les arcs de couronne 30 et la zone centrale 20
sont
maintenus dans la ceinture métallique 14 par trois zones cimentées 34. En
effet les
différences de dilatation entre la ceinture métallique 14 et les matériaux
réfractaires qui
constituent la zone centrale 20 et les éléments 30 et 32 respectivement
imposent de ne
pas cimenter tout le pourtour de la plaque 12 afin d'éviter la fissuration de
cette
dernière. Le reste du pourtour de la plaque est garni par exemple au moyen de
fibres 36.
Enfin, on a représenté sur Ia figure 7 une variante de réalisation dans
laquelle la plaque
12 de matériau réfractaire comprend une plaque arrière indépendante 38
constituée d'un
nnatériau réfractaire non métallique. Cette plaque 38 sert de support aux
autres éléments
qui ont été décrits précédemment, à savoir les arcs de couronne 30, le bloc
central 32
r; la zone centrale 20. Tous ces éléments peuvent être posés simplement sur la
plaque
arrière 38 ou bien ils peuvent être fixés sur cette plaque par exemple au
moyen d'un
ciment silico-alumineux ou autre.
