Brevet FR2112425A1 — publié le 19720616

i 2112425 La présente Invention concerne un procédé pour le refroidissement de brames métalliques, notamment en acier, selon lequel on forme plusieurs jets d'agent de refroidissement»et on dirige au moins deux jets sur une zone chaude à refroidis-5 sentent lent de la surface supérieure de la brame. Le refroidissement constitue un problème essentiel dans la coulée en continu de métaux. Généralement, le métal liquide est coulé dans un moule dont l'orifice de sortie présente une section définissant la section de la brame. Un tel moule de 10 coulée continue comporte des parois refroidies. La chaleur du métal liquide passe ainsi dans les parois de la coquille»et de là elle est évacuée par l'eau de refroidissement qui circule dans cette coquille. Toutefois, il est seulement possible d'éliminer une fraction relativement faible de la quantité de chaleur du 15 métal liquide, au cours de son passage dans la coquille. La quantité de chaleur évacuée suffit seulement à former une couche extérieure solide sur la brame. Notamment, lorsqu'on coule de l'acier dont la conductibilité thermique est encore réduite du fait de la pré-20 sence de composants d'alliages, la chaleur ne peut être évacuée, suffisamment i^apidement ni en quantité suffisante. Les brames en métal à capacité calorifique élevée subissent ainsi un second refroidissement plus ou moins prononcé, à l'atmosphère libre, à l'extérieur de la coquille de passage. L'agent de refroidis-25 sement utilisé est de l'eau avec, le cas échéant, des additifs convenables qui augmentent la capacité calorifique et permettent d'élever la température de vaporisation. On connaît ainsi un procédé et une installation décrits dans le brevet suisse n° 438 594. 30 Selon un procédé connu, l'eau est projetée»par des buses de pulvérisation, dans des zones choisies de la surface supérieure de la brame. Les surfaces ainsi sollicitées ont une forme d'ellipse. La section de la brame, qui»dans de nombreux cas' est rectangulaire, détermine un comportement de refroidissement 35 particulier. Au milieu de la brame » se trouvent des parties à refroidissement plus lent qu'aux coins et aux bords. Pour renforcer le refroidissement, il est déjà connu de rapprocher les surfaces sollicitées, prévues en série sur la largeur de la brame, de façon à avoir des recouvrements latéraux des jets de pulvérisation. 40 Le regroupement des jets de pulvérisation réduit l'énergie de ces 71 39416 2112425 jets. De ce fait, il est nécessaire que l'on trouve la position correcte des buses par rapport à la surface de la brame, pour chaque écart des zones sollicitées,et que l'agent de refroidissement ait une pression aussi forte que possible. Pour agir sur 5 l'intensité de refroidissement, on peut, par exemple, modifier l'angle de pulvérisation, la caractéristique de pulvérisation et la forme de la surface d'impact de pulvérisation. On a constaté que la température d'un grand nombre de métaux, et parmi ceux-ci l'acier, pouvait être abais-10 sée rapidement par un refroidissement intense sans qu'il se forme de fissures dans la matière. Malgré cela, il faut maintenir l'intensité de refroidissement dans les limites adaptées à l'installation de coulée continue et fonction du matériau coulé.. Jusqu'à présent, on n'a pu renforcer l'inten-15 sité de refroidissement que par une élévation de la pression du jet d'agent de refroidissement ou en agrandissant la section du jet. Une action réciproque des jets de pulvérisation entraîne toutefois des pertes d'énergie cinétique de l'ordre de 10 à 20 %. L'élévation de pression, comme facteur d'augmentation de l'inten-20 site de refroidissement, entraîne, dans certains cas, des phénomènes secondaires au niveau des buses. L'élévation de pression reste, de ce fait, une mesure parmi toute une série de facteurs qui agissent sur le jet de pulvérisation. L'épaisseur du jet de pulvérisation est, en outre, limitée par l'écart des inter-25 valles des éléments d'appui, tels que les cylindres d'appui. Ainsi, le refroidissement efficace, renforcé par zones, d'une brame constitue un problème non résolu. La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement en fonction du comportement au refroidissement 30 d'une brame présentant une certaine sectioniet de permettre ainsi de couler du de sortir la brame plus rapidement. A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour le refroidissement des brames métalliques, notamment en acier, selon lequel on crée en continu plusieurs jets d'agent 35 de refroidissement,et on dirige au moins deux jets sur une zone chaude, se refroidissant lentement, de la surface supérieure de la brame, procédé caractérisé en ce qu'on crée un jet de refroidissement à l'aide d'au moins un orifice de sortie, pour que le jet recouvre le côté de la brame suivant une couche d'épais-40 seur sensiblement uniforme, et on fait croiser au moins deux jets BAD ORIGINAL 71 39416 3 2112425 de couches différentes, avant qu'ils ne rencontrent la brame, au moins l'un des jets ayant une direction différente de la perpendiculaire à la surface correspondante de la brame. Plusieurs avantages sont liés à un jet qui en-5 globe toute la largeur de la brame. Chaque ruban de la surface supérieure de la brame traverse une surface de refroidissement où le refroidissement est déterminé en fonction de la quantité de chaleur qui se présente. La formation du jet de refroidissement peut s'effectuer ainsi en divers points répartis sur la 10 longueur de la brame, pour avoir un refroidissement différent. . Le croisement des jets augmente considérablement l'épaisseur de la surface de refroidissement, même pour des pressions élevées. On peut ainsi mieux utiliser l'énergie cinétique du jet de refroidissement que jusqu'alors, pour avoir une caractéristique 15 de pulvérisation, c'est-à-dire une répartition de pression, en brames, sur la largeur de la surface supérieure de la brame qui passe sous le jet de refroidissement. On obtient un effet particulier,au croisement de deux jets plats, par la transformation de l'énergie cinétique en pression, ce qui élargit 20 la couche relativement réduite des jets de refroidissement. Une énergie cinétique élevée en avant du croisement se traduit,après transformation,par une énergie de pression derrière le croisement, et par une augmentation de volume du jet. Il est particulièrement avantageux de réunir 25 trois jets plats en un croisement situé au voisinage de la surface supérieure de la brame. L'agent de refroidissement,qui tombe sur le ruban de surface supérieure à refroidir de la brame, remplit le volume prismatique derrière le croisement, de la façon la plus complète possible. A cela s'ajoute que, 30 pour un croisement situé relativement près de la surface supérieure de la brame, l'agent de refroidissement pénètre dans une fente particulièrement étroite. Une telle fente peut être obtenue par les moyens d'appui existants nécessairement comme par exemple les cylindres d'appui. Le procédé selon l'invention 35 améliore ainsi le rendement du refroidissement malgré la réduction de la surface de sollicitation disponible,du fait du guidage mécanique de la brame. Il est avantageux d'entourer la brame avec des jets plats qui sont dirigés essentiellement perpendiculairement 40 à la direction de déplacement de la brame. La chaleur à évacuer 71 39416 k 2112425 reste ainsi constante par ruban de bramé. On obtient notamment un refroidissement régulier de la largeur de la brame lorsqu'on utilise l'agent de refroidissement de façon que les jets plats créent des surfaces 5 d'impact dont la forme va du ruban à un ovale allongé. Par rapport aux surfaces d'impact sensiblement elliptiques, on obtient ainsi une évacuation régulière de la chaleur. En outre, derrière le croisement, l'agent de refroidissement se répartit sur une surface qui est un multiple de la surface d'impact en forme de 10 ruban. L'intensité du refroidissement se règle ainsi avantageusement par des jets ayant des sections différentes' qui sont issus de points situés à des distances différentes de la surface de la brame. 15 II est également possible dé modifier l'angle des jets plats l'un par rapport à l'autre et par rapport à la surface supérieure de la brame ipour modifier l'intensité de refroidissement. Le réglage angulaire correspondant est un moyen permettant d'augmenter ou de réduire la largeur du ruban de re-20 froidissement à la surface de la brame. L'agent de refroidissement peut être dirigé dans la direction voulue en modifiant le débit des divers jets. En même temps, cela permet de régler le rendement de refroidissement par unité de surface supérieure de la brame, sur toute la longueur du jet plat. 25 La présente invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte des buses multiples, formant des jets plats dont les axes moyens sont situés dans des plans différents, chaque buse étant reliée 30 à un tuyau d'alimentation en agent de refroidissement et étant fixée réglable angulairementi ou rigidement par rapport aux autres buses d'un autre jet plat, par rapport à la surface de la brame et aux autres plans des jets. Il est avantageux de prévoir une seule buse avec plusieurs orifices d'éjection pour 35 chaque jet plat. Pour le réglage angulaire de la buse' on bascule celle-ci et on la dirige vers le point de croisement choisi. La fraction de jet située en avant du point de croisement ne varie pas pour un nouveau réglage angulaire, lorsque la pression 40 et les orifices d'éjection restent les mêmes. 71 39416 5 2112425 L'installation peut également être réalisée de façon que les buses de tous les jets plats soient prévues dans un même boîtier. De ce fait, les buses sont réglables en série. Suivant une autre caractéristique de l'invention, 5 les buses d'un jet plat sont réglables par rapport à la surface supérieure de la brame, tant pour la distance que pour l'angle. Tout le boîtier est ainsi également réglable quand à la distance et à l'angle. Des modes de réalisation, de l'invention sont 10 représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur les dessins ci-joints, dans lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'une brame, s1 appuyant sur des galets et recevant trois jets croisés, 15 - La figure 2 représente le fonctionnement avec un seul jet, - La figure 3 représente la surface d'impact du jet selon la figure 2, - La figure 4 représente un diagramme de la 20 répartition de la masse d'eau sur la largeur de la brame, - La figure 5 représente un exemple de réalisation à deux jets plats, croisés, - La figure 6 représente les surfaces d'impact des jets plats sans croisement, 25 - La figure 7 représente un autre mode de réa lisation à trois jets plats, croisés, - La figure 8 représente la surface d'impact sur la brame pour les jets selon la figure 7, - La figure 9 représente une variante de la 30 position des buses du mode de réalisation selon la figure 7, - La figure 10 représente le diagramme de la répartition de l'eau selon la figure 9 (un diagramme analogue est représenté dans la figure 4). Le procédé de refroidissement selon l'invention 35 est appliqué,comme indiqué à la figure 1, à une brame en acier. Toutefois, l'application de l'invention n'est pas limitée à des brames de largeur particulière. On peut également refroidir des brames assez ramassées sans qu'il soit nécessaire de modifier les caractéristiques essentielles de 40 l'invention. L'épaisseur de la bande est, de ce fait, beaucoup 71 39416 6 2112425 moins importante que la largeur. Les avantages liés à l'invention s'obtiennent lors du refroidissement des brames dont la largeur est dans un rapport assez grand par rapport à l'épaisseur. La section 2 de la brame 1 est rectangulaire. Dans la zone transversale moyenne 3, l'acier est encore liquide, pâteux , ou présente une température plus élevée que sur les bords quu. sont refroidis et forment une enveloppe 4. Celle-ci se renforce constamment par suite du refroidissement extérieur, en fonction de 1'éloignement par rapport à la coquille de passage. Le refroidissement dépend des caractéristiques de l'installation de coulée continue. Pour le refroidissement, des paramètres, tels que la forme de la section, les dimensions, la conductibilité thermique des matériaux et la vitesse de coulée, sont particulièrement importants. En outre, il faut tenir compte des influences extérieures ,lors de la courbure de la brame ou de l'action de pressage des éléments de guidage de la brame. Dans ce dernier cas, il peut se produire une sollicitation trop importante du métal non suffisamment refroidi, ce qui se traduit par des fissures intérieures et extérieures de la brame. La projection d'eau de refroidissement à la sortie dë la coquille de passage sert à augmenter rapidement l'épaisseur de l'enveloppe de la brame. A des distances relativement grandes de la coquille de passage, il faut refroidir la brame de manière que la courbe de refroidissement,qui dépend du matériau, soit la même pour tous les points de la section transversale de la brame 2. En tous les points de la longueur de la brame, l'adaptation du procédé selon l'invention, aux conditions locales, est particulièrement facile. A cet effet, on utilise l'intensité de refroidissement qui est proportionnelle à la quantité de chaleur à éliminer par unité de temps et par volume unitaire de la brame ,et cela est valable pour toute la largeur 5 de la brame 1. Entre deux rouleaux ou cylindres d'appui 6 et 7 ,se trouvent les surfaces de refroidissement 8. Ces surfaces 8 sont limitées .dans le sens du défilement de la brame, par les cylindres d'appui qui pompent l'eau de refroidissement ou l'aspirent. Au-dessus de la surface 9 de la brame ou des cylindres d'appui 6 et 7, on a prévu des tuyaux 10 qui amènent en continu un agent de refroidissement, comme par exemple de l'eau ayant une température et une pûreté déterminées. Les tuyaux BAD ORIGINAL 71 39416 7 2112425 10 sont fixés de façon simple à des organes de l'installation de coulée continue. La fixation peut être telle que l'écart des tuyaux 10 par rapport à la surface supérieure 9 de la brame soit réglable. Une fixation avantageuse consiste à uti-5 liser un dispositif de serrage, amovible. Pour de faibles quantités d'agent de refroidissement, il suffit d'utiliser le cas échéant un tube 10 comme celui représenté. Les buses 11, 12 et 13 sont fixées au tuyau 10. A l'intérieur des buses, on a prévu,soit des orifices de forme allongée,ou plusieurs 10 orifices ronds ou allongés. Chaque buse 11, 12, 13 forme un jet plat l4, 15, 16. Les bords 17 du jet sont sensiblement parallèles ou légèrement divergents. On obtient des jets plats l4, 15, l6 sensiblement de même épaisseur par des formes d'orifices de buses, 15 stabilisant l'écoulement du fluide de refroidissement dans les buses 11, 12, 13iOU par des pressions convenables ou des vitesses d'écoulement convenables de l'agent da rsfroidisse-ment. Les jets plats tombent en théorie sur la sui-face 9 de la brame,avec leur plan moyen l8 perpendiculaire à la direc-20 tion de défilement. Pour des brames particulièrement étroites, on peut également répartir plusieurs jets plats parallèlement à la direction de défilement. La répartition de l'eau dans la longueur du jet(parallèle à la longueur de la brame) est maintenue pratiquement constante pour chaque jet. 25 Dans chaque cas, les jets plats l4, 15 et 16 se rencontrent en un point de croisement 19» En avant du croisement 19, les jets plats l4, 15 et l6 sont totalement séparés. Après ce croisement, les jets sont réunis. De cette façon, on répartit l'agent de refroidissement de façon très 30 régulière sur une surface très large de la brame 1. Un seul jet plat 15, comme prévu à la figure 2, ne donne qu'une surface étroite d'impact 20, comnre indiqué à la figure 3, quoi qu'il soit possible ainsi d'obtenir une surface d'impact en forme de ruban, s'étendant sur toute la largeur 5 de la brame. Sur cette 35 largeur 5, on peut obtenir, à l'aide d'un seul jet plat 15iune répartition d'eau comme indiqué dans le diagramme de la figure 4. Au milieu 21 de la brame, la quantité d'eau fournie est la plus grande, et cela correspond à une grande quantité de chaleur à évacuer. 40 Dans le cas de deux jets plats l4 et l6 (figure 5), la répartition de l'agent de refroidissement à la surface su 71 39416 8 2112425 périeure 9 de la bande est déterminée par la répartition des forces dans les divers jets. Lorsque le jet l4 est le plus fort, l'agent de refroidissement est poussé en direction du cylindre d'appui 7. Lorsque le jet l6 est le plus fort, on 5 peut mieux alimenter l'intervalle 22 au voisinage du cylindre d'appui 6. L'image de la répartition selon la figure 6 donne l'état de la répartition de l'agent de refroidissement à un instant donné. Cela peut être modifié périodiquement par des oscillations de pression. Il est particulièrement avantageux 10 de n'utiliser que deux jets plats l4 et l6 avec de telles variations alternées de la pression>et ainsi de traiter une grande surface de la brame. Croiser plusieurs jets plats l4 et l6 est également intéressant du fait des distances et des diamètres 15 non identiques des cylindres d'appui 6 et 7, sur la longueur du chemin parcouru par la brame. Les distances plus faibles entre les cylindres d'appui,au niveau des coquilles de passage,se remplissant plus facilement d'agent de refroidissement. L'agent de refroidissement créé une surface de re-20 froidissement 8 aussi grande que possible. Celle-ci peut se composer dans ce cas d'une partie de la surface 9 et d'une partie des surface périphériques des cylindres, en regard. La figure 7 représente un montage qui donne une répartition améliorée de l'agent de refroidissement par 25 rapport au montage à deux jets. Le montage de cette figure est représenté en perspective dans la figure 1. Selon ce montage, on utilise trois jets plats l4, 15 et l6 qui se croisent en 19* Entre le croisement 19 et la surface supérieure 9 de la brame, on a choisi un écart avantageux qui correspond 30 sensiblement à la moitié du diamètre des cylindres d'appui. Le jet d'agent de refroidissement 23»tombant à la surface 9 de la brame, y crée une surface de refroidissement d'une largeur 20, comme cela est représenté clairement à la figure 8. Le jet 23 présente une densité spécifique élevée d'agent de 35 refroidissement. On peut, non seulement obtenir un jet 23 à l'aide de trois jets 14, 15 et l6, mais également d'un grand nombre de jets plats, qui se rencontrent au croisement 19, s'y mélangent ou s'y repoussent. Lorsqu'on utilise trois jets 40 plats 14, 15 et 16, comme représenté à la figure 9» on peut mo 71 39416 9 2112425 difier l'influence de chaque jet. En plus d'une telle modification produite par une pression plus élevée ou plus faible, on obtient également ce résultat par des buses 11 et 13-plus éloignées par rapport à la brame que la buse 12 placée dans leur plan de 5 symétrie. La largeur 20 du jet plat 15 est plus grande et produit , comme indiqué à la figure 10 (diagramme pour la répartition de l'eau), une partie en relief 24 au milieu de la largeur 5 de la brame. On suppose du reste,comme à la figure 4, une répartition parabolique de l'eau 25, sur la largeur 5 de la brame»pour 10 tenir compte du refroidissement plus réduit qu'il faut effectuer au bord de la brame 1. Les buses 11, 12 et 13 sont prévues dans des boîtiers particuliers 26 (figure 1), fixés par des articulations réglables angulairement et reliés par des tuyaux intermédiaires 15 27 aux tubes 10, pour l'agent de refroidissement. Les buses 11, 12 et 13 peuvent également être montées»réglables angulairement, dans les boîtiers 27* Le réglage angulaire des buses 11, 12 et 13 et des boîtiers 26 peut également se prévoir dans des plans perpendiculaires à la surface supérieure 9 de la brame, pour ré- 20 gler la répartition de l'eau. L'invention s'applique au refroidissement des brames de toutes dimensions et de toute nature. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. 25 On pourra au besoin recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation,sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 39416 10 2112425 REVENDICATIONS 1°) Procédé pour le refroidissement des brames, telles que des brames d'acier, selon lequel on crée en continu plusieurs jets d'agent de refroidissement, et on dirige 5 au moins deux jets sur une zone chaude, se refroidissant lentement, de la surface supérieure de la brame, procédé caractérisé en ce qu'on crée, à l'aide d'au moins un orifice de sortie, un jet de refroidissement constituant une couche d'épaisseur sensiblement uniforme et recouvrant la largeur de la 10 brame, et on fait se croiser au moins deux jets différents, avant qu'ils ne rencontrent la brame, l'un des jets au moins ayant une direction différente de la perpendiculaire à la surface correspondante de la brame. 2°) Procédé selon la revendication 1, carac-15 térisé en ce qu'on amène trois jets plats, sensiblement en un point de croisement au voisinage de la surface supérieure de la brame. 3°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce qu'on entoure la brame 20 de jets plats essentiellement perpendiculaires à sa direction de déplacement. 4°) Procédé selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisé en ce que les jets plats créent des surfaces d'impact sur la brame, allant d'une forme 25 de ruban jusqu'à des ovales allongés. 5°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les divers jets plats sont envoyés sur la surface de la brame à partir de points différemment éloignés de cette brame, 30 6°) Procédé selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 5, caractérisé en ce que les angles qui forment les jets plats, l'un par rapport à l'autre et par rapport à la surface supérieure de la brameisont modifiés en fonction de l'intensité de refroidissement nécessaire. 35 7°) Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 6, caractérisé en ce que le débit des jets varie. 8°) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des buses multiples'formant des jets plats 40 dont les axes moyens sont situés dans des plans différents, chaque 71 39416 ii 2112425 buse étant reliée à un tuyau d'alimentation en agent de refroidissement et étant fixée, réglable angulairement par rapport aux buses d'un autre jet plat, par rapport à la surface de la brame et aux plans des autres jets. 9°) Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les buses de tous les jets plats sont logées dans un même corps de buse. 10°) Installation selon l'une quelconque des revendications 8 et 9 caractérisée en ce que les buses d'un jet plat sont logées dans un boîtier ,en étant réglables angulairement et quant à la distance par rapport à la surface supérieure de la brame.