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FACE LATER~LE POUR L'OBTURATION DE L'ESPACE DE COULEE D'UNE
INSTALLATION DE COULEE CONTINUE DE B~NDES ~lETALLIQuEs
ENTRE CYLINDRES, ET INSTALLATION DE COULEE AIl~SI EQUIPEE
L'invention concerne la coulée continue de bandes métalliques de faible épaisseur,
effectuée directement a partir de métal liquide. Plus precisément, elle concerne l'obturation
latérale de l'espace de coulée des inst~ tions dites de "coulée entre cylindres", appliquées
notamment à la coulée de bandes d'acier ou d'alliages ferreux.
Dans ce type d'installations, dont l'application à la coulée de bandes d'acier de
quelques mm d'épaisseur est en cours d'industrialisation, I'espace de coulée est délimité
d'une part par les surfaces latérales cylindriques refroidies intérieurement de deux cylindres
horizontaux rapprochés mis en rotation en sens contraires autour de leurs axes, contre
lesquelles le métal liquide initie sa solidification, et d'autre part par des plaques en matériau
réfractaire appliquées par des moyens élastiques contre les extremités planes des cylindres
(appelées "chants"). Ces plaques obturent latéralement l'espace de coulée, de maniere a
empêcher les fuites de métal liquide hors de l'installation. Leur bord inférieur est situe en
dessous du "col", c'est à dire de la zone où les surfaces des cylindres sont au plus près l'une
de l'autre, et dont la largeur correspond sensiblement a l'épaisseur désiree pour la bande.
Les plaques d'obturation latérale doivent impérativement être fortement
préchauffées avant la coulée, de maniere à éviter que le métal liquide ne se solidifie contre
elles lors du remplissage de la lingotière (dont le fond, pendant l'opération de remplissage,
est obturé par une pièce appelée "mannequin", qui est extraite de l'espace de coulée lorsque
debute la rotation des cylindres.et entraîne avec elle le début de la bande) et dans les
premiers moments de la coulée. Mais même si une telle précaution est prise, les faces
latérales constituent un point thermiquement délicat de la machine, en ce qu'elles créent
inévitablement dans leur voisinage une zone où l'extraction de chaleur à partir du métal
liquide est anormalement élevée. C'est, en particulier, le cas à proximité des cylindres qui,
comme ils sont refroidis intérieurement par circulation d'eau, ont tendance à refroidir les
faces latérales au voisinage des zones où a lieu leur contact. Il peut en résulter que la
solidification de l'acier sur les rives des cylindres s'effectue significativement plus rapidement
que sur les portions des cylindres plus proches de leurs zones centrales, et cela peut être une
source de problèmes. En effet, normalement les "peaux" de métal qui se solidifient sur
chacun des cylindres, et dont l'épaisseur en un point donné croît progressivement au fur et à
mesure de la rotation du cylindre, doivent, pour former la bande, se rejoindre soit
exactement au niveau du col, soit tres légèrement en dessous de ce niveau. Si cette jonction
des peaux se produit trop sensiblement plus bas que le col, la bande risque de ne pas être
assez solide en sortie des cylindres et de se fissurer. Elle risque également de présenter des
porosites internes. Inversement, si la jonction des peaux s'effectue en amont du col, sous
l'influence notamment de faces latérales trop froides, I'épaisseur de la bande solidifiée au
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niveau du col est supérieure a la largeur nominale du col. Il est alors nécessaire d'ecarter les
cylindres l'un de l'autre pour leur eviter de fournir un effort de lamina~e sur la bande alors
qu'ils ne sont pas conçus pour cela. Cet écartement des cylindres est une source de défauts
sur la bande, qui sont liés aux changements qu'il entraîne sur l'épaisseur et le mode de
solidification du produit. Une autre conséquence des conditions anormales de la
solidification de la bande à proximité des faces latérales est la forte pression exercee par le
métal en cours de solidification sur la partie inférieure des faces latérales. Il arrive
fréquemment que cette pression soit suffisante pour faire reculer la face latérale sur au
moins une partie de sa hauteur, ce qui peut détruire localement l'étanchéité du contact
10 cylindres-faces latérales. Du métal liquide peut alors s'échapper hors de l'espace de coulée.
Le but de l'invention est de proposer une configuration de l'installation de coulée
permettant de créer des conditions de solidification de la bande au voisinage des faces
latérales qui ne soient pas susceptibles de perturber la régularité du processus de coulée.
Elle devrait également limiter le phénomène de recul des faces latérales.
L'invention a pour objet une face latérale pour l'obturation de l'espace de coulée
d'une installation de coulée continue de bandes métalliques du type comportant deux
cylindres contrarotatifs refroidis intérieurement, à axes horizontau:c, dont les surfaces
latérales cylindriques définissent un espace de coulée dont la largeur au col détermine
l'épaisseur de la bande, ladite face latérale présentant une partie active destinée a frotter
20 contre les chants des cylindres en cours de coulée et à faire face audit espace de coulée,
caractérisée en ce que les dimensions de ladite partie active sont telles que son bord
inférieur est destiné à être situé à une distance égale à au moins 1 mm au-dessus du col
lorsque la face latérale est montée sur l'inct~llation de coulée.
L'invention a également pour objet une inst~ tion de coulée continue de bandes
25 métalliques du type comportant deu:c cylindres contrarotatifs refroidis intérieurement, à axes
horizontaux, dont les surfaces latérales cylindriques définissent un espace de coulée dont la
largeur au col détermine l'épaisseur de la bande, et deux faces latérales d'obturation de son
espace de coulée, caractérisée en ce que lesdites faces latérales sont du type précédemment
décrit.
Comme on l'aura compris, selon l'invention la partie active de la face latérale, c'est
a dire sa partie qui est au contact soit des chants des cylindres, soit du métal liquide
renfermé par l'espace de coulee, est interrompue non pas en dessous du col comme il est
~ habituel, mais au-dessus de celui-ci. On laisse ainsi de part et d'autre du col un espace libre
ou le metal n'est au contact d'aucun matériau refractaire et n'exerce donc aucune pression
35 sur les faces latérales. Ainsi, le métal présent face à cet espace libre ne peut pas provoquer
de recul des faces latérales, meme si sa fraction solidifiée est anormalement elevée. D'autre
part, cet espace libre donne la possibilité au métal solidifie ou en cours de solidification de
s'étendre vers l'extérieur de l'espace de coulee, ce qui limite les efforts que doivent supporter
les rives des cylindres.
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Les inventeurs se sont apercu que les conditions de refroidissement de l'acier àl'intérieur de la lingotiere, avec les parametres de coulée usuels, étaient telles que des un
niveau qui peut se situer quelques cm au-dessus du col, la solidification du metal sur les
bords de l'espace de coulée, quoique pas encore complète, est déjà suffisamment avancée
pour qu'il ne se produise aucune fuite significative de métal liquide vers l'extérieur de la
machine, même si le métal n'est plus retenu par les faces latérales. Ils en ont déduit que la
suppression de la partie inférieure des faces latérales de l'art antérieur etait possible. Cette
suppression rend la machine de coulée plus tolérante à de légers écarts dans le processus de
solidification de la bande. En effet, avec l'invention, une épaisseur des peaux solidifiées sur
0 les rives des cylindres un peu plus importante que prévu dans les derniers mm ou cm
précédant le col ne provoque plus de recul des faces latérales et les risques de perte
d'étanchéite dans les niveaux supérieurs de l'espace de coulée qui leur sont associés. D'autre
part, les parties de la bande solidifiées à l'excès ont la possibilité de s'étendre latéralement si
les cylindres exercent sur elles un effort de compression, ce qui rend sensiblement moins
probable la nécessité d'écarter les cylindres pour minimiser les contraintes qu'ils subissent.
L'invention procure ainsi une plus grande stabilité des conditions de coulée, qui va
dans le sens d'une meilleure qualité globale de la bande et d'une fiabilité plus élevée de
l'inct~ tion de coulée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en
20 réfërence aux figures annexées suivantes:
- la figure 1 qui schématise we de face (figure la) et de profil (figure Ib) en coupe
selon rb-rb une face latérale de coulée continue entre cylindres selon l'art antérieur;
- la figure 2 qui schematise vue de face (figure 2a) et de profil (figure 2b) en coupe
selon IIb-IIb une face latérale de coulée continue entre cylindres selon l'invention.
La face latérale 1 selon l'art antérieur représentée schématiquement sur la figure l
comprend une plaque support 2, dans laquelle est encastrée la partie active 3 de la face
latérale 1, c'est à dire sa portion destinée, pendant la coulée, à venir au contact des chants 4
des cylindres 5, 5' (dont seuls les contours ont été représentés en pointillés sur la figure la),
de l'acier liquide que renfermera l'espace de coulée 6 de la machine et, en dessous du niveau
30 du col 7 où les cylindres 4, 4' sont au plus pres l'un de l'autre, de la bande solidifiée. Des
moyens (non représentés) connus en eux-memes assurent l'application de la face laterale l
contre les chants 4 des cylindres 5, 5'. Ils autorisent, grâce à des ressorts ou des vérins, des
retraits temporaires de la face latérale l en cas d'infiltration de métal entre sa partie active 3
et le chant 4 d'un cylindre 5, 5', ou d'ef~ort excessif exercé par la bande en cours de
35 solidification sur sa partie inférieure. On pourra se reporter, notamment, au document EP-
A-0 698 433 pour la description d'un exemple (non limitatifl de tels moyens. La partie
active 3 est, dans l'exemple représente, divisée en deux portions. La portion 8 en double arc
de cercle qui, lorsque la face latérale l est montée sur la machine, constitue la zone de
contact avec les chants 4 des cylindres 5, 5', le voisina ,e immédiat de cette zone de contact
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et la zone entourant le col 7, est construite en un premier matériau réfractaire. Sa qualité
essentielle est une dureté élevée pour qu'elle résiste aussi bien que possible au t'rottement
des chants 4 des cylindres 5, 5' et (autour du cOî 7) de la bande en cours de solidification ou
déjà solidifiée. Elle est, par exemple, en SiAlO~ ou en nitrure de bore. Elle peut être
constituée d'une seule pièce ou de plusieurs pièces jointives et solidaires les unes des autres
Son bord inférieur 9 est situé en dessous du niveau du col 7, de manière à réaliser une
obturation latérale totale de l'espace de coulée 6. La portion 10 restante de la partie active 3
est en un matériau réfractaire presentant un pouvoir isolant élevé, tel que la silice ou
l'alumine. La partie active 3 de la face latérale 1 est en saillie par rapport à la plaque support
lo 2 d'une épaisseur égale au moins à son usure maximale tolérable au cours de la coulée, par
exemple 10 mm. Au cours de la coulée, les portions de la partie active 3 qui sont au contact
des chants 4 des cylindres 5, 5' s'usent essentiellement par frottement, avec pour
conséquence que, peu à peu, les autres portions de la partie active 3, qui ne s'usent qu'a une
vitesse plus modérée car elles ne sont au contact que de l'acier, liquide ou en cours de
15 solidification, pénètrent légèrement à l'intérieur de l'espace de coulée 5. En variante, toute la
partie active 3 de la face latérale I peut être constituee par une pièce unique.Sur la figure ~ qui représente une face latérale 11 selon l'invention montée surl'in.~t~llation de coulée, les éléments communs avec ceux de la figure I sont désignés par les
mêmes références. Selon l'invention, pour les raisons qui ont été dites, le bord inférieur 12
20 de la partie active 3 de la face latérale 11 qui assure le contact avec les cylindres 5, 5' et
obture la partie inférieure de l'espace de coulée 6 est situé non plus sous le col 7, mais à une
distance "d" au-dessus de celui-ci. Cette distance "d" peut être tres faible, jusqu'à I mm, si
on parvient habituellement à réguler avec une grande precision la croissance des peaux
solidifiées sur les rives des cylindres 5, 5', et si la proportion de matière solide présente dans
2~ le métal non encore intégralement solidifié dans cette region de l'espace de coulée 6 est
susceptible de passer très rapidement de 0 a 100%. Ces paramètres dépendent, notamment,
de la nuance coulée. Les nuances d'acier les plus chargées en carbone et en éléments
d'alliage divers, telles que les aciers inoxydables, ont des intervalles de solidification (I'ecart
entre les températures de liquidus et de solidus) plus larges que ceux des nuances d'acier
30 ordinaires ou des alliages fer-nickel, et cela rend plus délicate la maîtrise de leurs conditions
de solidification. Surtout, ce lar~e intervalle de solidification implique que l'on commence à
observer un taux important de matière solide au voisinage de la face latérale 11 a des
niveaux relativement éleves de l'espace de coulée 6. Pour ces aciers a large intervalle de
solidification, il faut donc prevoir une distance "d" plus importante que pour les nuances à
3, intervalle de solidification étroit qui se solidifient rapidement une fois atteinte la température
de liquidus. Dans la pratique, une distance "d" comprise entre 10 et 40 mm est convenable
pour les nuances d'aciers inoxydables les plus courantes, coulées sous forme de bandes
d'épaisseur 3 mm avec des cylindres de diamètre 1500 mm et des vitesses de coulée de
l'ordre de I m/mn. Le choix optimal de la distance "d" dépend aussi de la pression
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ferrostatique régnant dans la partie inférieure de l'espace de coulee, donc de la géométrie de
l'installation de coulée et du niveau nominal de la surface de l'acier liquide présent dans
l'espace de coulée. On a ainsi obtenu de bons résultats avec une distance "d" de I à 7 mm
sur une machine équipée de cylindres de diametre 600 mm, lors de la coulée d'aciers au
carbone peu alliés et d'alliages fer-silicium.
De préférence, afin de réduire les sollicitations mécaniques qui s'exercent sur lui et
pourraient entraîner sa dégradation rapide et incontrôlée, le bord inférieur 12 de la partie
active 3 de la face latérale 11 qui fait face à l'espace de coulée 6 ne présente pas d'angle vif,
mais un arrondi 13 dont le rayon de courbure peut, par exemple, être de l'ordre de 10 à 20
o mm. La même fonction peut être assurée par un biseautage du bord inférieur 12, selon un
plan incliné, par exemple, à 45~.
On peut prévoir également la possibilité de refroidir la tranche de la bande parprojection d'un fluide (eau, azote ou argon liquide...) entre le bord inférieur de la partie
active 3 de la face latérale 11 et le col 7. Ce refroidissement peut être réalisé de manière
permanente, afin de s'assurer que la rive de la bande est toujours suffis~rnment solidifiée
pour éviter qu'elle ne se déchire en laissant échapper du métal liquide. Il peut aussi être
réalisé seulement lorsqu'on observe l'initiation d'une telle dechirure de la rive, ou lorsque le
suivi des parametres de coulée fait suspecter des risques d'apparition d'une telle déchirure.
Comme moyens d'amenée de fluide de refroidissement sur la tranche de la bande, on peut
utiliser, par exemple, un ou plusieurs conduits 14 traversant la plaque support 2 et
débouchant dans l'espace 15 compris entre la plaque support 2, les chants 4 des cylindres 5,
5' et le col 7. Mais on peut imaginer d'autres moyens d'amenée de fluide, qui seraient
eventuellement indépendants de la &ce latérale 11, tels que un ou des gicleurs qui seraient
disposés sous la face laterale 11 et orientés vers la tranche de la bande.
Un indicateur de l'efficacité de l'invention est le nombre de reculs de la face latérale
que l'on observe pendant la coulée. On a ainsi constate que ce nombre pouvait être divisé
par trois sur l'ensemble d'une coulée, par rapport à l'utilisation de faces latérales descendant
jusque sous le col. L'amelioration est encore plus sensible lorsqu'on considere les premières
minutes de la coulée, pendant lesquelles le fonctionnement de la machine de coulée n'est pas
,o toujours parfaitement stabilisé. Ces constatations ont eté faites lors de la coulée d'acier
inoxydable austénitique de type SUS 304 coulé en bandes de 3 mm d'epaisseur, avec une
distance "d" égale à 25 mm et un diamètre de cylindres de 1500 mm.
L'adaptation de telles faces latérales à une installation de coulee déjà existante peut,
le cas échéant, nécessiter d'apporter quelques modifications au mannequin, de manière a ce
que tout !'espace de coulée 6 soit obturé latéralement lors de son remplissage, avant le début
de la coulée.
Il va de soi que l'application de l'invention n'est pas limitée à la configuration
précise de face latérale qui vient d'être donnée en exemple, mais est applicable à toute autre
configuration qui autorise une interruption de la partie active au-dessus du col.
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Bien entendu, I'invention est applicable non seulement a la coulée entre cylindres de
bandes d'acier et autres alliages ferreux, mais de tout autre metal susceptible d'être coule par
cette méthode.
