Brevet FR2300640A1 — publié le 19760910

La présente invention a trait à la coulée continue, et concerne plus particuliereent la coulée continue de tronçons, lon- gueurs ou boudins d'acier de section transversale sensiblement rectangulaire tels que brames ou barres. Les techniques utilisées dans la coulée de 1'acier sont différentes de celles utilisées pour la coulée de métaux non ferreux, du fait-de la température élevée de l'acier fondu et de la grande quantité de chaleur qui doit être évacuée pour procurer une solidification complète du tronçon coulé. Dans des machines typiques de coulée en continu d'acier, le métal fondu est versé continuellemant dans 1 'extrémité supérieure ouverte d'non moule refroidi par eau ayant un passage qui le traverse,et un tronçon partiellement solidifié est extrait continuel lement de I 'extr6jité inférieure du ovule.Ledit tronçon consiste en une coquille externe solidifiée entourant une partie interne encore à l'état fondu, appelée parfois noyau ou cratère; Lorsque le boudin émerge du moule, il est, guidé dans ce qui est commune- ment appelé une zone de refroidissement secondaire où de l'eau de refroidissement est appliquée directement à la coquille externe, habituellement sous la forme de jets à grande vitesse.Lorsque le boudin progresse à travers la zone de refroidissement secondaire et que la chaleur est extraite et dissipée par l'eau de refroidissement, la coquille externe s'épaissit progressivement jusqu'à ce, que la partie interne fondue soit cç > nplètement solidifiée, après quoi le boudin est coupé aux longueurs voulues. Lorsque le boudin émerge du moule, la coquille externe est relativement mince et faible et jusqu ici, afin d'éviter un renflement et une fracture éventuelle des faces plates de longueurs de section transversale rectangulaire, dts à la pression ferrostatique appliquée par le noyau intérieur encore à l'état fondu, il a été prévu de soutenir les parois de boudin, habituellement à l'aide d'une série de jeux opposés de rouleaux transversaux qui viennent en contact des faces opposées du tronçon. Les rouleaux tourillonnent habituellement dans un chassies communément appelé tablier de rouleaux. Dans des machines typiques de coulée d'acier en continu, le trajet du boudin à travers la zone de refroidissement secondaire est incurvé afin de réduire la hauteur globale de la machine. Ainsi, le boudin, qui émerge du moule dans une direction sensiblement verticale, suit un trajet incurvé de telle sorte qu'il se déplace éventuellement dans une direction sensiblement horizontale à l'instant oli il atteint les rouleaux de redressement et d' extraction. La courbure désirée peut être introduite dans le boudin, soit par l'emploi d'un moule ayant un passage de moule incurvé comme dans le brevet américain nO 2 947 075, soit en courbant le boudin après qu'il émerge d'un moule ayant un passage de moule rectiligne comme dans le brevet américain nO 2 920 359. Dans de telles machines, afin de résister au renflement et à une fracture éventuelle des faces plates de longueurs ou boudins de section transversale rectangulaire, les rouleaux du tablier de rouleaux doivent être répartis les uns à la suite des autres de façon relativement rapprochée, et dans des boudins de coulée de grandes dimensions, les rouleaux doivent être de diamètre relativement grand. Du fait de ces considérations-, l'espace disponible pour l'application d'eau de refroidissement au boudin est réduit et par conséquent la vitesse de refroidissement et de solidification est plus lente qu'il n'est souhaitable. De plus, la flexion répétée de la coquille lorsque le boudin se déplace à travers des paires successives de rouleaux produit des effets indésirables sur la structure du métal. Afin de surmonter ces inconvénients ainsi que d'autres, il a été proposé dans les brevets américains nO 3 766 962 et 3773099, d'utiliser un moule dans lequel certaines ou la totalité des surfaces du passage de moule rectangulaire sont convexes en coupe, plutôt que plates comme dans les moules habituels pour couler des boudins de section transversale rectangulaire. Certaines ou la totalité des surfaces de boudins coulés dans de tels moules par conséquent, sont concaves en section transversale, se traduisant ainsi par des surfaces arquées qui résistent au renflement.Comme décrit dans lesdits brevets, la résistance inhérente au renflement procurée par les surfaces arquées est favorisée parl'application de contraintes de compression agissant transversalement au boudin'ainsi que l'indique le brevet américain nO 3 766 962, ou par contraintes thermiques comme dans le brevet américain nO 3 773 099. I1 en résulte que les rouleaux transversaux habituels peuvent être supprimés de sorte que de l'eau de refroidissement peut être appliquée à, pratiquement, l'aire toute entière des surfaces arquées concaves. Un objet de la présente invention est de réaliser un moule perfectionné du type précité dans lequel certaines ou la totalité des surfaces du passage de moule sont convexes en coupe, mais dans lequel la nature de la convexité est telle qu'elle maintient le contact entre les parois du moule refroidi et les surfaces du boudin pendant un temps plus long afin de permettre à davantage de chaleur d'être évacuée du boudin tandis qu'il se trouve encore dansle moule.Un tel moule perfectionné peut etre utilisé avec avantage dans différents types de machines de coulée en continu y compris celles utilisant un tablier de rouleaux classique ainsi que dans des machines telles que ci-dessus décrites dans lesquelles un tablier de rouleaux à rouleaux transversaux peut entre sup primés Dans la technique de la coulée continue, un problème reconnu de longue date réside dans la restriction de transfert de chaleur du boudin au moule du fait de la formation d'intervalles d'air entre les surfaces du moule et les surfaces opposées du boudin. I1 est bien connu que, quand la coquille solidifiée de la coulée se forme et s'épaissit, alors que la chaleur est évacuée par le moule, la coquille commence à se rétracter, c'est-à-dire que son périmètre est raccourci de sorte que la surface de la coquille tend à se décoller de la paroi du moule, laissant entre eux un intervalle qui se remplit d'air. Lorsqu'un intervalle d'air existe, la capacité d'échange thermique du moule est considérablement réduite. Un des problèmes résultant de la formation d'intervalles d' air est qu'ils ne sont pas uniformes. C'est-à-dire que lorsqu'une rétraction se produit, la surface du boudin ne s'écarte pas de la paroi du moule d'une distance uniforme sur le périmètre tout entier du tronçon. Au contraire, du fait que la coquille est mince et pliable, la surface du boudin tend à se décoller de la paroi du moule en un ou plusieurs endroits tout en demeurant en contact avec la paroi du moule en d'autres endroits, provoquant ainsi des distorsions du fait d'un transfert de chaleur irrégulier. En plus de la réduction de l'échange thermique, la présence d'un intervalle d'air rend également difficile le maintien du boudin en position centrée dans le moule. Les parties de la coquille du boudin qui sont en contact avec la paroi du moule ne sont pas très épaisses ni très résistantes de sorte que le boudin lui-même ne peut avoir qu'une aptitude limitée à llauto-centrage. Chaque fois que, du fait du retrait, le boudin tend à se déplacer latéralement dans le moule, le résultat habituel est que la coquille se décolle complètement en un coin du moule. Ceci se traduit par une réduction considérable de l'échange thermique en ce coin et ainsi par une coquille plus mince qui ne sera pas symétrique thermiquement. Fréquemment, dans ces conditions, la coquille se fissurera en ce point et pourra provoquer une rupture. Dans certains cas, deux coins adjacents ou opposés peuvent se décoller de la paroi du moule provoquant une condition encore plus dangereuse. Dans la coulée de barres ou de lopins, même Si une rupture est évitée, le produit peut prendre en coupe une forme en losange, et n'ést pas utilisable pour un autre traitement. Différents dispositifs mécaniques tels que des galets, des semelles et des rails disposés à l'extrémité de sortie du moule ont été proposés pour conserver le boudin centré dans le moule. Ces dispositifs n'ont pas été satisfaisants pour des barres et des lopins, et atteignent seulement des degrés limités de succès avec des formes rectangulaires plus grandes. Des essais ont également été faits pour dessiner le passage de moule de manière à réduire l'intervalle d'air et conserver le boudin centré dans le moule, comme par l'emploi de parois de moule convergeant vers l'intérieur. C'est-à-dire qu'on a essayé de compenser un retrait en faisant converger les parois de moule vers l'intérieur pour les maintenir en contact avec la paroi de la pièce coulée qui se rétrécît. Conformément à la présente invention, il est proposé de prévoir un moule dans lequel certaines ou la totalité des surfaces des parois du passage de moule sont convexes en section transversale, mais dans lequel le rayon de courbure des surfaces convexes augmente progressivement depuis le sommet du moule ou depuis le niveau normal du métal fondu dans le moule, jusqu'au fond du moule. Aux fins de la présente description, le niveau normal du métal fondu dans le moule peut être estimé se trouver au sommet du moule, car la configuration du passage de moule au-dessus de ce niveau n'affecte pas la coulée. Dans les parties supérieures du moule, le rayon de courbure sera tel que la convexité des surfaces de moule sera plus grande que celle nécessaire pour produire le degré voulu de concavité dans les surfaces arquées du boudin lorsqu'il quitte le moule.Au fond du moule, le rayon de courbure sera augmenté dans une mesure telle qu'elle procure le moindre degré voulu de concavité dans les surfaces arquées du boudin lorsqu'il quitte le moule. Si on le désire, le rayon de courbure au fond du moule peut être augmenté à l'infini de sorte que la surface de la coulée lorsqu'elle quitte le moule sera plate. L'effet de l'augmentation progressive du rayon de courbure des surfaces de moule avec, en conséquence, la diminution progressive du degré de convexité de celles-ci, est de raccourcir progressivement le périmètre du passage de moule des niveaux supérieurs aux niveaux inférieurs du passage de moule. Ainsi la configuration du passage de moule est rendue correspondante et conforme au retrait que l'on sait se produire lorsque le métal se refroidit dans le moule avec le raccourcissement résultant du périmètre du boudin des niveaux supérieurs aux niveaux inférieurs du passage de moule. Par conséquent, puisque la paroi du boudin à l'intérieur du moule est mince et pliable, elle s'ajuste progressivement elle même à la convexité progressivement réduite de la paroi de moule lorsque le boudin se déplace vers le bas.Il en résulte que le boudin demeure en contact de la paroi de moule sur la totalité ou pratiquement la totalité de sa surface à l'intérieur du moule, augmentant ainsi grandement le transfert de chaleur qui se produit à l'intérieur du moule. Un mode de réalisation préféré de l'invention choisi aux fins d'illustration est représenté sur les dessins annexés. - la figure 1 est une vue en perspective semi-schématique d' un moule de coulée en continu pour couler des brames rectangulaires. - la figure 2 est une coupe verticale selon la ligne 2-2 de la figure 1, - les figures 3, 4 et 5 sont des coupes horizontales selon les lignes 3-3, 4-4 et 5-5, respectivement, de la figure 1. Sur la figure 1, le moule 1 est représenté en perspective avec le passage de moule 2 s'étendant au travers. Sur le dessin, les détails habituels d'un moule de coulée continue tels que passages et connexions d'eau de refroidissement, supports de moule, etc., ont été omis comme étant superflus du fait qu'ils ne font pas partie de la présente invention. Dans le dispositif tel que représenté à la figure 1, au sommet du moule, les deux parois latérales longues 3 et 4 du passage de moule sont convexes, tandis que les deux parois terminales courtes 5 et 6 sont rectilignes, ceci en raison du fait que, dans la coulée de brames dans lesquelles la largeur de la brame dépasse grandement leur épaisseur, il y a peu ou pas de tendance pour les parois terminales courtes à se renfler. Lors de la coulée de telles brames, par conséquent, il n'est pas nécessaire de prévoir une convexité des parois terminales afin de produire des surfaces concaves ou arquées dans les parois terminales de la coulée.On comprendra, toutefois, que dans la coulée de barres qui sont carrées en coupe, ou dans un cas quelconque ou l'épaisseur d'une brame est telle qu'un renflement des parois terminales est possible ou probable, les quatre parois du passage de moule peuvent être convexes comme ci-dessus décrit. On comprendra en outre qu'il n'est pas nécessaire que les parois convexes du passage de moule soient convexes sur leur largeur toute entière. Au contraire, les surfaces convexes peuvent être aplaties aux extrémités telles qu'en 7 et 8 afin de procurer des surfaces aplaties courtes sur la coulée pour contact avec des rouleaux supports courts comme représenté et décrit dans les brevets précités. Si on le désire, les coins de la coulée peuvent entre arrondis ou biseautés comme dans lesdits brevets. On se réfère à présent aux figures 3, 4 et 5 ; on notera que le rayon de courbure des surfaces convexes opposées 3 et 4 augmente progressivement depuis le sommet du moule jusqu'au fond, de sorte que sur des coupes prises à des niveaux successivement inférieurs, le degré de convexité devient moindre, c'est-à-dire que la convexité devient moins prononcée. Ainsi, le rayon de courbure des surfaces convexes 3 et 4 du passage de moule en une section transversale prise selon la ligne 3-3 près du sommet du moule est relativement court. D'autre part, le rayon de courbure en une section transversale prise selon la ligne 4 4 près de la section médiane du moule est plus long, de sorte que la convexité des surfaces 3 et 4 en ce niveau est moins prononcée que sur la coupe selon la ligne 3-3. A nouveau, le rayon de courbure en une section transversale prise selon la ligne 5-5 près du fond du moule est encore plus grand, de sorte que la convexité des surfaces 3 et 4 en ce niveau est moins prononce que sur la section selon la ligne 4-4. De plus, on notera que des points correspondants des arcs convexes opposés deviennent progressivement plus largement séparés en des sections transversales successivement inférieures à travers convexes le moule. Ainsi, la distance entre les points milieu des arcs/sur la section transversale selon la ligne 5-5 est plus grande que la distance entre les points milieu des arcs convexes sur la section transversale selon la ligne 4-4, et la distance entre ces derniers points, à son tour, est plus grande que la distance entre les points au milieu des arcs convexes sur la section transversale selon la ligne 3-3. Ainsi, du fait de la souplesse de la coquille de la coulée tandis qu'elle se trouve encore dans le moule, la coquille de la coulée peut se renfler vers l'extérieur pour maintenir le contact avec les parois de moule convexes lorsque la coulée se déplace vers le bas à l'intérieur du moule, tout en maintenant toujours une concavité de sorte que les parois larges de la brame auront les surfaces arquées concaves désirées lorsqu'elles quitteront le moule. On notera, également, que la longueur du périmètre du passage de moule décroît progressivement en des sections transversales successivement inférieures à travers le moule du fait de la convexité progressivement décroissante des arcs convexes. Ceci est adapté au fait que la longueur du périmètre de la coulée diminue progressivement en des sections transversales successivement inférieures à travers le moule du fait du retrait de la coulée. Dans la fabrication de moules selon la présente invention, par conséquent, les rayons de courbure des surfaces convexes du passage de moule en des sections transversales successivement inférieures à travers le moule sont réglés pour stadapter aussi étroitement que possible au retrait connu ou estimé de la coulée. Les rayons requis pour un jeu donné quelconque de conditions peuvent être facilement déterminés par l'homme de l'art empiriquement ou par calcul à l'aide d'un ordinateur. Du'fait du transfert de chaleur réduit et autres difficultés résultant de la formation d'intervalles d'air, il est préféréble en pratique dans la coulée en continu d'acier d'utiliser des moules relativement courts pour faire en sorte que le boudin -coulé puisse atteindre la zone de refroidissement secondaire aussitôt que possible. Puisque des moules selon la présente invention ont pour résultat de maintenir le contact entre les surfaces de moule et les surfaces de la coulée, de minimiser ou d'éliminer la formation d'intervalles d'air, et d'améliorer le transfert de chaleur, il devient possible d'utiliser des moules plus longs et ainsi de produire une coquille plus résistante et plus épaisse à l'intérieur du moule. Bien que l'invention ait été illustrée et décrite ici en se référant à un moule ayant un passage rectangulaire allongé pour couler des brames, on comprendra que les principes de l'invention peuvent être appliqués à un moule ayant un passage de moule carré pour couler des barres, auquel cas les quatre surfaces du passage de moule peuvent être convexes. I1 est entendu également que les principes de l'invention sont applicables, non seulement à un moule ayant un axe rectiligne tel que représenté ici, mais également à un moule ayant un axe incurvé comme dans le brevet américain nO 2 947 075 précité. REVtN.TDI CATIONS 1. Noule de coulée en continu adapté à la production de longueurs ou boudins d'acier de section transversale sensiblement rectangulaire,caractérisé en ce qu'il possède un passage de moule sensiblement rectangulaire qui le traverse, les surfaces d'au moins deux des parois opposées dudit passage de moule étant convexes en coupe, le rayon de courbure desdites surfaces convexes augmentant progressivement des sections transversales supérieures aux sections transversales inférieures à travers la paroi de moule. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit passage de moule possède deux c8tés longs opposés et deux côtés courts opposés et en ce que les surfaces des côtés longs opposés sont convexes en coupe. 3. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur du périmètre du passage de moule dé croit progressivement des sections transversales supérieures aux sections transversales inférieures à travers la paroi de moule. 4. Poule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure desdites surfaces est infini au fond du moule. 5. Moule selon la revendication 3, caractérisé en ce que les diminutions de longueur du périmètre du passage de moule des sections transversales supérieures aux sections transversales inférieures à travers la paroi de moule, s'adaptent aux diminutions de longueur du périmètre du produit moulé en ces sections transversales.