Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
2 t~ r~ 2
PROC~D~ PERMETTANT D'AMELIORER L' ETAT DE SURFACE ET
LA REGULARITE D'EPAISSEUR D'UNE BANDE MINCE COULER
SUR UN CYLINDRE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.-
L'~nvention est relative ~ la coul~e de métaux ~ l/e~at10 fondu sur un cyllndre tournant rafroidl afln dlobtenir une
bande mince.
Il e~t connu de 1 ' homme de l'art de la mise en forme des
. m~aux de pouvoir obtenir directement et en continu une
~ande solide d'~paisseur voisine du milllm~tre par mise en
contact des dlts m~taux ~ tat fondu avec la parol
ext~rieure d'un cylindre m~tallique, refroidi qui tourne
autour d'un axe horizontal.
Cette mise en contact e~t r~alis~e au moyen d'un injecteur
de m~tal llquide muni ~ son e~tr~mit~ d'une ouverture en
forme de U qui s'allonge parall~lement ~ la gén~ratrice du
dit cylindre de mani~re qu~ la surface llbre du m~t~l
contenu dans l'in~ecteur effleure la surface du cylindre et
forme ~ son contact un m~nisque.
Dans cas conditions, le m~tal llquide se solldifie sur la
paroi rolde du cyllndre sou~ orme d'un produit de
~aible ~pai~seur ~ui, ~ou~ l'effet d~ la rotation, entraîne
par l'intermédiaire du m~ni~gue une quantit~ supplémentaire
de llguide de sorte qu'on obtlent finalement une bande
m~talllque continue~
Un tel proc~d~ a ~t~ d~cr~t, par esemple, dans le brevet
fran~ais 426993.
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~ : , : ' '
,
2~7~
PROBLEMES POSES.-
Ce proc~d~ de coul~e directe en continu, encore appel~ dansle langage anglo-saxon : " melt overflow casting process ",
s'il est simple dans son principe, présente méamoins
certaines difficultés d'application industrielle quand on
veut notamment fabriquer des bandes de largeur relativement
grande, c'est-~-dire supérleure ~ quelques cm.
En effet, le plus souvent, la bande large ~labor~e suivant
ce procéd~ presente notamment les defauts suivants :
-un mauvais aspec~ de la surface opposée au cyllndre ;
-une ~paisseur irr~guli~re dans les sen~ long et travers ;
-un profil transversal o~ paisseur e~t plu~ importante
~ur les rives qu'au centra.
Ces d~fauts rendent alors la bande di~ficilemenk utillsable
soit directement solt apras qu~elle ait ~ubi des traitements
m~caniques et~ou ~hermique~ tels que le lam~nage, par
e~emple.
C'e~t en vue de remédier ~ ces d~fauts que la demanderesse a
mis au point un proo~dé, ob~et de la pr~sente inven~ion.
ETAT DE LA TECHNIQUE.-
Certe~, deQ solutions plu8 OU molns valables ont d~J~ ~t~propo~e~ pour remedler ~ de tel~ d~aut~.
On peut niter~ par exemple, celle~ d~crltes dans :
-la demande europ~enne publi~e 90US le n 174765 qui
enseigne 1'utili~ation de barrage~ immerg~s partiellement
.
,
-" ~072~
dans le bain de matériau fondll que contient l'injecteur en
vue d~obtenlr un débit uniorme de ma~ériau sur ~ou~ la
largeur de 1 ' ouverture de l'in~ecteur et par suite une
épaisseur r~gulière de la bande.
Mais, ce moyen a l'inconv~nierlt d'introduire au sein du bain
d~s corps ~trangers qui peuvent ~tre une source de
pollution du produit élabor~ ou d~s obstacles au cheminement
r~gulier du mat~riau dans l'inJecteur.
-le brevet U.S. n 4,771,819 ~an~ laquel on ~et en oeuvre
un rouleau rota~if, refroidi et de petit dlam~tre qul plonge
par~iellement dans la partie supérieure du bain de matériau
fondu contenu dans l'inJecteur et dont ll~cartement avec le
cylindre de coul~e sert à determlr.er l'épais3eur de la
bande.
Mals, ce moyen peut entra~ner de~ probl~mes de structure de
la bande obtenue notamment au niveau du raccordement entre
la partie du mat~riau d~J~ solidlfi~ et la partle llquide
circulant sou~ le rouleau, inconv~nien-t auquel peut
s'a~outer'l'apparitlon de ten~ions et de contraintes dans la
` ,' bande, en partlculier quand 11 y a une différence de vitesse
entre le cyllndre et le rouleau. Enfln, les couches de
mat~rlau qui se déposent sur le~ surfaces rotatives se
rencontrent dans des directions diff~rentes, ce qui peut
nuire a l'homog~neité de la bande élabor~e.
-la demande de brevet WO 87/02285 qul propose l'applica~ion
en continu d'un ~et de gaz a la surface du m~tal liqulde et
sur toute la largeur de la bande.
On peut lire dans la descriptlon qu'il s'agit d'un Je~ mince
qul e~t dirig~ le long de la llgne d'intersection de la
surface du m~tal et de la surface de coul~e c'est-à-dire à
l'endro~t où la bande ~merge du bàin, le dit ~et cr~ant une
d~pression ~ la surfaoe du m~tal et produisant une
ondulation ad~acente ~ la d~pression.
~ ' ,':
4 ~ ~ 7 ~ 2
En cons~quence, outre le ~al~ qu'un tel syst~me necessite
des quan~lt~s importantes de gaz, il apparaît que le jet de
ga~ peut avoir un rôle tr~ n~fas~e du fait qu'il Crae des
remous dans la masse de mat~riau contenu dans l'injecteur et
provoque ~ la fois l'apparit~on de vagues et, dans le cas où
le matériau est un métal oxydable, une dispersion des peaux
d'oxyde qui flottent à la sur~ace du bain.
Tous ces ph~nomènes sont nuislbles à la qualit~ du produit
~laboré~.
EXPOSE DE L'INVENTION.~
Le but de l'inventlon est d'obtenir des bandes métalliques,
notamment en aluminium ou en un de ses alliages, ayant
-un bon aspect de surface, c'est-~-dire une rugoslt~ faible
sur ses deux faces.
-une épaisseur r~gulière sur toute leur longueur .
-un proil ~ransversal d'~pai~seur tel que l'~palsseur au
centre solt au plus de 2% plus ~lev~e que sur les rives.
Ce sont 1~ autant de conditions nécessaires ~ une bonne
aptitude au laminage.
Les moyens mis en oeuvre par l'lnvention perme-ttent d'~viter
les inconv~nients de l'art antérieur et sont bas~ sur les
ob~ervation~ suivante~ faltes par la demanderesse.
Les facteur~ qui influent sur la qualit~ de~ bande~ sont en
partlculier, dans le cas de l'aspect de ~urface, les
mouvements macro ou microscopiques de la surface libre du
bain m~tallique et dans le cas de la r~gularit~ de
l'~palsseur, outre le~ dlt~ mouvements, les conditions
d'échange therm~que bande-roue ( temp~rature de la roue, du
m~tal en fusion et r~gularité du coefficient d'échange
thermique ).
~ 2 ~ ~ ~
Il y a donc lieu de connaitre les ph~nom~nes qui r~glssent
la surface libre du m~tal que ce soit dans sa partie
horizontale ou au niv~au du m~nisque at de voir dans quelle
mesure ils influent sur sa stabilit~ afin de pouvoir parsr à
5 leurs effets.
Ces ph~nomènes sont au moins de trois types différents .
l~le~ vlbratlons mécaniques, le fau~ rond du cylindre de
coul~e et una alimentation ixr~guli~re de 1 ' in~ecteur en
mat~riau ondu.
Ce8 pexturbation~ 80nt ~acilzment obsarvables et on peut
trouver ais~ment les moyens pour y remédler.
2-la pr~ence ~ la urace du bain et au voisina~e du
m~nis~ue d'un film d'oxyde qul est entra~n~ p~riodiquement
par la ~ande solide suivant une fr~quence qui peut varier
~ntre 50 et 200 Hz dans les condition~ normales de coulée.
Cet entrainement s'accompagne d'une ondula~ion du m~nlsque
20 qui en~ra~ne des varlations d'~paisseur de la bande solide
pouvant atte~ndre 20 ~ 100 ~m.
3-La fait que la fine couch~ de m~tal liquide entr~inée hors
du bain par le défilement de la bande .~e des~abllise sous
l'effet du frottement avec l'alr et la couche d'oxyde et
provogue une ondulakion du m~ni3que avec les mêmes
repercussions que ci-dessu~.
Contrairement au premier, le8 ph~nom~nes 2 et 3 sont
difficiiement détectables ~ l'oeil nu du fait de leur faible
amplitude et de leur fr~quence élev~e. C'est pourquoi, ils
ont échapp~ ~usqu'~ pr~sent ~ l'observation des utilisateurs
des machines de coul~e sur roue.
Forte d'avoir mis en évidence ces ph~nom~nes, la
d~manderesse a pu trouver un procéd~ permettant d'am~liorer
2~2
~ 6
l'~tat de surface et la r~gularit~ d'~aisseur d'une bande
mince m~tallique coulée sur cyllndre par stabilisakion de la
surface libre du métal liquide plac~ dans l'injecteur et la
surface du ménisque e~ contact avec le cylindre caratérisé
en ce que l'on observe la bande avec des moyens permett~nt
de d~tecter des ondulatlons ou des variations d'epaisseur
d'une amplitude d'au moins 10 ~m, on forme au dessus des
dites surfaces un coussin de gaz à l~aide d'un corps poreux
amovible plac~ en regard des dites surfaces pu18, on a~uste
la pression de gaz du cous~in e~Jou la position du corps
poreux par rapport aux dites surfaces ~usqu'à disparition
des ondulations ou des variations d'~paisseur.
Aln~i, l'invention consiste en une combinaison de trois
moyens :
1-le premier consis~e ~ ob~erver ~a surface de la bande non
en contact avec le cylindre et de pr~rence le plus près
po~sible de l'endroit où elle s'est form~e.
L'observa~ion 8 1 effectue a l'aide des moyens suivants :
-un dlspositlf de mesure de~ variations d'~paisseux de la
bande sur toute ~a largeur.
De tels dlspositif~ sont bien connus de l'homme de l~ar~.
-une cam~ra rapide avec arrat sur l'image perme~tant de
d~caler le~ ondulations de la surface.
2-le deuxi~me moyen consiste ~ ex~rcer ~ur le m~nl~que et à
son voisinage du cat~ de l'ln~ecteur une pres~ion d'un gaz
ne r~agissant pas avec le m~tal de façon ~ ~viter toute
~ormation de peau à la surface du bain m~tallique et sa
xepercussion sur la formation d'ondulations.
Cette pression ne 8 ' exerce pas directement ~ partir d'un
a~utage quelconque ou sous forme d'un ~et mais, ~ travers un
corps poreux. On a con~taté en e~fet qu'un t~l corps
.~ ''~ ' .
2 ~
permettait de former un coussin de gaz assurant une bonne
r~partition du gaz dans toute la r~gion du ménisque ~ans
cr~ation de nouvelles ondulations.
Le corps poreux peut être en graphite ou en mousse c~ramique
et a la forme soit d'un tube s'allongeant parall~lement à
l'axe du cylindre et dont les porosit~s s'étenden~ soit sur
toute sa p~riphérie soit seulement sur la partie en regard
du métal ou d'une cavit~ pr~sentan-t de~ faces épousant la
forme du ménisque et de la surface libre du bain, seules les
dites faces étant poreuses.
Le tube et la cavité sont reli~e~ ~ une source de gaz tel
que l'argon ou l'azo~e par exemple dont on peut r~gler la
~5 pression ~ une valeur au plus égale ~ 0,5 MPa et sont mont~s
sur un .~ystème permettant de r~gler l~ur position par
rapport ~ la surface horizontale du baln et du cylindre.
Cette positlon est determ~née de mani~re ~ placer de
pr~f~rence la surface poreuse au maximum ~ 10 mm de la
surface m~tallique et lle r~glage doit pouvoir ~tre effectué
avec une pr~cl ion de 1/10 mm.
-le troisi~me moyen consiste :
so~t en un a~ustement de la pression de gaz alimentant le
corps poreux, le dit a~ustement étant obtenu par un moyen
connu de l'homme de l'art tel qu'un mano-d~tendeur, par
exemple.
-~oit et/ou en un ajustemsnt de la position du corps
poreux ~ l'aide du syst~ma de r~glage par rapport aux
~urfaces de m~tal ll~uide.
Ces aJustements sont effectués Jusqu'~ d$sparition des
ondulatlons ou des variations d'~paisseur mises en ~vidence
par les moyens de d~tection.
-` 2~72~.~2
Une fois établis, ces a;ustemenks peuvent ~tre repar~s e-t
appliqu~s directement sans aucune mise au point preal~ble
dans le cas de nouvelles op~ratlons de coulée effectuées
dans d~s conditions identiques.
Par ailleurs, en donnant au corps poreux une porosité
varlable parallèlement ~ l'axe du cylindre, on arrive à
exercer une pression variable e~ à donner à la bande un
pro~il d'~paisseur part~culier. Ainsi, ce profil peut
pr~senter une épa1sseur plus importante au milieu de la
. bande ce qui permet d'obtenir une ~paisseur plu~ r~gulière
de la bande apr~s laminage.
L'invention a ~galement pour av~ntage, en raison de
l'utilisation de gaz non r~actif vis ~ vis du métal, de
prot~ger le m~tal de toute oxydation et d'~viter ainsi ~ou~e
; formation de peaux g~nératrices de vibrakionsO
DESCRIP~ION DES DESSINS.-
.-
' I; Ji L'invention sera mieux comprl~e ~ l'aide des dessins ci-
Joint qul repr~entent :
-flgure 1 : une vue sch~matlque suivant une coupe verticale
25 ~d'une machine de coul~e sur cylindre.
-figure 2 : une vue en coupe verticale d'un corps poreu~ de
~orme cylindrique ins~all~ sur una machlne de coul~e.
-figure 3 : une ~ue en coup~ vertlcale d'un corps poreux en
forme de oavlt~ lnstall~ ~ur une machlne de coul~e.
De façon plus d~taill~e, on dl~tingue sur la figure 1, un
cylindre de coulée 1 tournan~ dans le sen~ de la fl~che 2
re~ro~di intérieurement par une circulatlon d'eau non
repr~sent~e, un inJecteur 3 d'alimentation en métal
liqulde dont la surface libre 5 forme au contact de la roue
"
,,
7 ~
g '~
.
un ménlsque 6. L'in~ecteur est muni d'une goulotte 7 et d'un
capteur 8 de niveau. Sous l'effet de la rotation de la roue
et du ref~oidissement, le m~tal liquide conkenu dans
l'in~ecteur et en contact avec la roue est antraîné et forme
une bande 9 continl-e qui se déplace dans le sens de la
flèche 10 .
Sur la flgure 2, on retrouve une parti~ des ~l~ments de la
figure 1 auxquels s'a~oute ~uivant l'lnvention 1~ corpS 11
poreux de forms cylindrique qui génére le coussin de gaz
repr~sent~ par les flèches 12.
Sur la flgure 3, on voit les m~mes ~léments que sur la
figure 2 sauf en ce qui concerne le corps poreux qui a la
15 ~orme d' une cavit~ allment~e par la tuyauterle 13 et
pr~sente un bloa poreux 14 qui di~tribue le gaz suivant la
directlon des 1~ches 12 par ses faces en rega~d du m~nisque
et d'une partie de la surface libre du bain m~talli~ue.
~X~MPLE D'APPLICATION.-
L'invention peut ~tre ~llu~tr~e ~ l'aide de l'exempled'appliGatlon suivant :
On a coul8 un alliage d'aluminlum du type 3003 sulvant les
normes de l'Aluminlum Assoclatlon ~ur une roue en acier de
350 mm de rayon ; le~ conditions de coulee étaient les
suivantas :
vite83e d~ rotation du cylindre : 1,5 m/s.
-hauteur de m~tal llquide dans l'in~ecteur : 40 mm.
~température du m~tal liqulde : 700C.
On a obtenu une bande de 300 mm de largeur et 0,75 mm
d'epaisseur dont la surface opposee à celle du cylindre
présental~ des ondulatlon~ d'amplitude moyenne de 30~ m.
La machlne de coulée ayant ~t~ équipée d'un tube en mousse
'-
,
., ~ , .
,:: .
2 ~ r~
c~ramique de diamètre ext~rieur de 30 mm dont la taille
moyenne de pores est de 1 mm, pl~ce à 5 mm de la roue et à 5
~m de la surface du bain, alimenté avec de 1 'azote sous une
pression de 0,1 MPa, on a constat~ que la bande présentait
des ondulations d'amplitude moyenne inf~rieure ~ 10 ~m.
L'invention trouve son applica~ion dans l'obtention par
coul~e sur roue de feuilles d'~paisseur r~guli~re ayant un
bon aspect de surface et un profil apte au laminage.
