Brevet FR2024146A1 — publié le 19700827

La présente invention concerne un appareil permettant de régler automatiquement le refroidissement dans une machine de coulée produisant des lingots métalliques continus. On sait qutune machine de coulée continue du type à roue rotative produisant des barres métalliques continues, comprend une roue rotative qui comporte sn:r son pourtour une gorge ayant pour section la section du lingot à obtenir, cette gorge étant couverte le long d'un certain arc par une band:2me'tallique qui la ferme et se déplace avec la roue, si bien que le métal fondu introduit au début de, la gorge couverte par la bande est retenu dans cette gorge et--en sort sous la forme d'une barre solide et continue dans la région où la bande quitte la gorge. Pour que la barre soit bien formée et solidifiée au point de sortie, il faut prévoir un refroidissement suffisant et contrez lé pendant que la roue tourne d'un angle égal à l'angle couvert par la bande métallique Pour satisfaire aux nécessités de la production, qui peut dépasser 2 kg/s par seconde -pour l'aluminium et le double pour le cuivre, avec des lingots de petite section transversale, 20 à 40 cm2 dans de nombreux cas, il faut que la roue effectue ce déplacement angulaire en un temps relativement court, de l'ordre de 10 s par seconde, si bien que le refroidissement du lingot jusqu'-à une température de sortie acceptable, doit s'effectuer d'une façon extremement rapide et uniforme. Actuellement, on ajuste le refroidissement en graduant l'in tensité de lteffet refroidisseur dans diverses zones pour favoriser la formation et la conservation de l'enveloppe du lingot (ctest-à-dire de la couche extérieure solidifiée du métal fondu) qui adhère contre les parois du moule. Mais cela nécessite une surveillance plus ou moins continue de la part de l'opérateur, et réduit l'efficacité mdme du refroidissement par suite de son caractère gradué. Le problème du refroidissement est assez délicat du fait que, si la gorge ou moule de la roue de collée arrive au point de chargement à une température trop faible, c'est-à-dire in férieure à certaines valeurs pratiques qui peuvent varier dtlm métal à l'autre (environ 90 à 120-C par exemple pour l'alu- minium pur), l'enveloppe, ou plutôt la couche extérieure dn lingot en cours de formation, ne peut pas, par suite du retrait, adhérer contre les parois du moule parce que celles-ci sont tron froides, même si .1a pression de coulée est élevée. Si an contraire le refroidissement du moule est insuffisant, la température de la roue continue à augmenter au cours des tours successifs, si bien qu'il faut interrompre le fonc tionnement Il faut ne pas oublier que, dans les roues de coulée, qui -ont souvent un grand diamètre (plus de 2m dans certains cas), la détérioration par fatique thermique est d'autant plus grande que les différences de température à chaque tour sont plus grandes. L'objectif principal de la présente invention consiste à réaliser un appareil de réglage automatique du refroidissement des mackiinés de coulées qui.permet de. porter le moule à une température prédéterminée de façon que l'introduction du métal fondu dans le moule de la roue de coulée se fasse dans les meilleurs conditions possibles, afin d'obtenir des lingots conti mis et-d1excellente qualité. Un autre objectif de la présente invention consiste à rka- liser un appareil gracie auquel les différences de température dans les ralles de coulée sont réduites au minimum afin d'accroî- tre considérablement leur durée, et d'augmenter en même temps leur productivité. (Il faut ne-pas oublier que la roue à gorge constitue a pièce consommable la plus onéreuse dans une machine de coulée). Un autre objectif de cette invention consiste à réaliser un appareil permettant une construction simple, fonctionnant de façon sûre, et pouvant être- appliqué facilement dans les machines de coulée contimle. Suivant la présente invention, on prévoit un appareil de réglage du refroidissement d'une machine de coulée continue comportant une roue rotative à gorge périphérique partiell.ement reconverte par une bande métallique et un dispositif de refroidissement pour mettez gorge, ledit appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de contrôle qui réagit à la température de la gorge périphérique dans la partie non couverte de cette gorge, et q1li contrôle l'inten- sité du refroidis-semen-t produit par ledit dispo.sitif de refroidissement. On comprendra mieux la présente invention à l'aide de la description détaillée suivante, qui concerne une forme de ré alisation préférée d'un appareil conforme à la présente invention pour régler le refroidissement d 'une machine de coulée continue, et qui se réfère aux figures jointes données à titre d'exemple et dans lesquelle-s:: la fig. t est une vue frontale schématique avec coupe partielle d'une machine de coulée possédant le dispositif de la présente invention; la fig. 2 est une coupe axiale de la roue de coulée à plus grande échelle, qui montre schématiquement l'appareil de régla- ge de la présente invention; la fig. 3 est une coupe partielle montrant la gorge de la roue de coulée la fig. 4 montre schématiquement une deuxieme forme de réalisation . La figure 1 montre schématiquement une machine de collée continue qui po.ssede une roue de coulée 1 comportant un moule ou gorge périphérique 2 à l'intérieur duquel se forme un lingot continu 3. Le moule 2 est couvert sur environ un demi-tour de la roue 1 par une bande d'acier 4 qui est guidée au contact de la roue 1 nar deux galets 5 et 6 et qui s'enroule autour de pou- lies intermédiaires 7 et 8. La fig. 1 montre également un réservoir supérieur 9 de métal fondu avec les organes de contre le correspondants, et les dispositifs refroidisseurs intérieur et extérieur, 10 et 11, qui entourent la roue 1 sur un certain arc de cercle.Les dispositifs de refroidissement 10 et 11 provoqllent la solidification du métal fondu, si bien que ce dernier est transformé en un lingot continu 3 pendant la rotation continue de la roue 1. On voit sur la fig. 2 que le dispositif refroidisseur 11 comprend plusieurs tuyères lia disposées par paires, et dirigées de façon à projeter par aspersion un liquide refroidisseur, eau adoucie par exemple, sur la face extérieure de la bande 4. Le dispositif refroidisseur intérienr 10 comprend plusieurs tuyères 10a disposées pour projeter par aspersion l'eau de refroidissement sur la surface intérieure du moule 2 Les tuyères 1Qa sont connectées à des tuyaux rayonnants 12 (fig. 2) dont les autres extrêmités communiquent avec un dis tributeur central et fixe 13 connecté lui-mAme à 1m tuyau axial 14. La fig. 2 montre également deux roues dentées 15' et 16' qui transmettent le mouvement de rotation à la roue de coulée 1. Le débit d'eau de refroidissement par le tuyau axial 14 est réglé par une soupape 15 dont le déplacement est commandé par un moteur électrique 16, par exemple un moteur alternatif biphasé, par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur approprié 17. La tension de phase du moteur 16 est réglée par un modulateur de tension 18 qui est contrôlé par un amplificateur électronique 19, du type à transistor par exemple (fig. 2). L'entrée dans l'amplificateur électronique 19 est constitué par deux conducteurs électroniques 20 connectés à un ruban de thermo-couple 21 monté dé façon à glisser sur le fond de la gorge 2 dans la partie supérieure de la roue 1, entre le point d'introduction du métal fondu et le point de sortie du lingot formé 3 (fig. 1). Le thermo-couple 21 est poussé vers le bas par un contrepoids 22 (fig. 1). L'appareil de la présente invention agit sur le dispositif refroidisseur intérieur 10 de façon à régler le débit d'eau dans les tuyères 10a vers le moule 2 (fig. 3) d'après la température décelée par le thermo-couple 21. On décriramaintenant le fonctionnement de l'appareil suivant la forme de réalisation représentée. On choisit tout d'abord la température désirée de la partie du moule atteignant le point de chargement, en réglant le régulateur du modulateur de tension 18. il en résulte qu'au cours du fonctionnement, le débit d'eau de refroidissement à travers le tuyau axial 14 est réglé automatiquement de façon à produire l'effet de refroidissement désiré. Le signal émis par le thermo-couple 21 est amplifié dans l'amplificateur 19 et est envoyé au modulateur de tension 18, qui fait tourner le moteur électrique 16 dans un sens ou dans I'autre,suivant le sens de la différence existant entre la température décelée par le thermo-couple 21 et la température prescrite. En d'a.utres termes, si la température du moule 2 tend à croftre au-dessus de la température prescrite, la soupane 15 s'ouvre et accrott le débit d'eau de refroidissement dans le tuyau axial 14, et par suite également dans les tuyères 10a. Avec ce système, les variations thermiques sont réduites au minimr1m, ce qui donne une plus grande durée aux roues de coulée, une plus grande uniformité de qualité aux lingots obtenus, et me augmentation de la productivité. (On a obtenu en pratique une augmentation de plus de 20% de la productivité comparativement à celle que donnent les systèmes déjà connus). Quand la coulée sous pression est combinée avec l'appareil automatique de réglage du refroidissement prévu par la présente invention, on obtient la transmission maximale possible d'énergie thermique entre le lingot en cours de formation et le liquide de-refroidissement, et l'on assure nne qllRlita excellente de la structure superficielle et interne de la barre continue ainsi obtenue. il faut remarquer que, grâce à la forte pression de coulée résultant de la grande hauteur de liquide, le lingot en cours de formation adhère parfaitement contre la surface intériellre du moule 2, ce qui donne un échange très efficace de chaleur pendant le refroidissement produit par le dispositif 100 il est avantageux que l'ouverture de débit par laquelle le métal fondu est introduit dans le moule 2 soit maintenue profondément immergée en dessous du niveau de remplissage du moule. Dans la forme de réalisation de la figure 4, le signal émis par le thermo-couple 21' en millivolts (mV! est envoyé à un transducteur 119 qui transforme les millivolts en des milliampères (mA). Ce dernier signal en milliampères est envoyé à un convertisseur 120 qui le transforme en une pression d'air (p.s.i.). On obtient ainsi un signal de pression d'air qui est variable en fonction de la température décelée par le thermocouple. Le signal de pression d'air est envoyé à un instrument régulateur et enregistreur 121 qui est capable de régler oui placer la soupape 122 qui contrôle le débit d'eau dans le tuyau d'alimentation 14 qui alimente le système refroidisseur intérieur en eau. On comprend que chaque température décelée par le thermocouple 21' correspond à un certain signal de pression d'air qui est envoyé à l'instrlunent régulateur et enregistreur 121, et à une certaine ouverture de la soupape de réglage 122 commandée par l'instrument 121. Les instruments 119, 120, 121 et 122 ainsi que le thermocouple 21' sont des tvnes commerciaux courants dé j8 confis dans cette technique. Dans le système de refroidissement réalisé dans a pra tique, le thermo-couple 21' était du type fer-constantan mon té sur un petit arc porté par un bras oscillant et tenu contre le fond de la gorge de l'anneau en cuivre de la ronge, par une pression constante produite par un poids réglable. Ce thermo couple utilisé était du type M 105 fabriqué par l'entreprise italienne Vittorio Piani, Corso Magenta 56, Milan, Italie. Le transductenr 119 était dn tvne 43900 de la Maison Elec trofact N.Â0, Amersfort, P-s-Ba. Le transducteur électro- pneumatique 120 était du type T 15 de la même société néerlan daise. Le circuit comprend également un détendeur filtrant d'air 123, du type F RA~120, spécification 210001-1, de la maison J.S.P., Via Bordoni 32, Milan, Italie. L'ìnstnlment régulateur et enregistreur pneumatique était du type 3682, fabriqué par la société italienne OBSA S.p.a. L'instrument type 3682 de cette société effectue le régla ge décrit ci-dessus, et de plus possède un dispositif enre gistreur dans lequel une première plnme enregistre la tempéra ture décelée par le thermo-couple, et une deuxième plume en -registre la pression d'eau en aval de la soupape de réglage 122, c'est-à-dire dans le distributeur refroidisseur interne 13. La soupape régulatrice 122 était du type 5912 Fluxotrol à diaphragme, avec connecteurs à brides DN 32 PN 16 et avec un servo-moteur à diaphragme, cette soupape est fabriquée par la société Fluxotrol-S.p.a., société italienne, Via Mauro Macchi 26, Milan, Italie, représentée par la maison J.S.P., Via Bor doni 32, Milan, Italie, spécification N' 270 002/1. On comprend que le système de la présente invention règle l'ouverture de la soupape en fe',t-ion de la température dé celée, et enregistre la température de la jante de la roue ainsi que la pression d'eau dans le distributeur refroidisseur intérieur à eau 13. On peut également interposer une bride calibrée entre la soupape ré llatrice et le distributeur de la machine de coulée, pour mesurer et enregistrer le débit. Dans ce cas, l'instrument 121 enregistre sur le même graphique la tempé rature décelée par le thermo-eo1lpLe et le débit d'eau envoyé au refroidissement interne de la machine de coulée, en litres par minute. La machine de coulée réalisée pratiquement et pourvue de ce système de refroidissement automatiquement réglable avait une roue de coulée de 1400 mm de diamètre avec une section de coulée de 3460 mm. On utilisait de l'aluminium fondu pour les conducteurs.La roue de coulée tournait à une vitesse de 3 tours/min, ce qui correspond à une production calculée d'environ 7000 kg/b. Le métal fondu avait une température de 700 C dans le creuset de la machine de coulée. Le lingot sortant de la roue était à 1me température d'environ 540. C. La température de la jante de la roue, mesurée par le thermo-tonple sur le fond de la gorge, était réglée à 1250 C. La pression d'eau enregistrée pendant le fonctionnement variant entre 0,8 et 1,8 kg/cm2. Pour éviter une fermeture complète du débit d'eau par le système de réglage pendant le démarrage, ctest-k-dire lorsque la jante en cuivre de la roue est encore froide, la course de fermeture de la soupape de réglage était limitée mécaniquement, de façon que la pression à l'intérieur du distributeur de refroidissement ne tombe jamais en dessous de 0,4 kg/cm. On a également essayé avec succès ce système pour la coulée de cuivre. Cette invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications, sans qu'on sorte pour cela du domaine de protection défini par les revendications annexées. On peut, par exemple, prévoir un deuxième appareil pour régler le débit de liquide refroidisseur dans le dispositif refroidisseur extérieur 11, en prévoyant un deuxième thermocouple qui glisse sur la bande 4. REVENDICATIONS 1) Appareil destine à régler le refroidissement d'une ma chine de coulée continue du type comprenant une roue rotative avec 1me gorge périphérique partiellement recouverte nar une bande métallique et un dispositif refroidisseur de cette gorge, cet appareil comprenant également suivant la nrésente invention un dispositif de contre fonctionnant d'apres la température de la gonze nériphériq11e dans ln partie non cou verte de cette gorge, et réglant 1eintenFité du refroidisse ment produit par les dispositifs de refroidissement. 2) Appareil conforme à la revendication 1, dans lequel le dispositif fonctionnant diapres la température de la gorge comprend un thermo-couple à ruban dont le signal amplifié actionne ledit dispositif de réglage. 3) Appareil conforme à la revendication 1, dans lequel le dispositif refroidisseur comprend plusieurs tuvères inté rieures qui envoient le liquide refroidisseur sur les par ties intérieures du moule formé par la gorge et par la bande précitée. 4) Appareil conforme à la revendication 2, dans lequel le dispositif de réglage comprend une soupape installée sur un tuyau axial de débit de liquide refroidisseur, et montée de façon à être commandée par un moteur éléctrique dont la tension de phase est réglez par un modulateur commandé par un amplificateur dont l'entrée est connectée au thermo-cou- pive. 5) Appareil conforme à la revendication 2, dans lequel le dispositif fonctionnant d'après la température est nn ther couple qui émet un signal de tension fonction de la tem pérature décelée, un transducteur connecté au précédent et transformant le signal de tension en un signal d'intensité dexeourant, un convertisseur connecté au précédent et trans formant le signal d'intensité de courant en un signal de pres sion, et dans lequel appareil ledit dispositif de réglage com prend un instrument régulateur actionné pneumatiquement et une soupape réglant le débit de liquide refroidisseur de la gor ge, cet instrument régulateur étant connecte à, et commcan- dans, la soupape qui -réagit au signal de pression provenant du convertisseur. 6) Appareil conforme à la revendication 5, dans lequel irinstrument régulateur actionné pneumatiquement comprend une partie enregistreuse qui enregistre continuellement les signaux reçus.