Brevet FR2289276A1 — publié le 19760528

La présente invention se rapporte à un appareil de production de lingots métalliques par le procédé dit de coulée continue avec refroidissement direct et elle a trait plus par tiaièrement à une structure de moule utilisable dans un tel appareil pour la coulée d'aluminium (notamment d'alliages d'aluminium) et d'autres métaux ayant un point de fusion similaire. Lors de la coulée de tels métaux, il est bien connu d'utiliser un ovule qui comprend une paroi conductrice de chaleur déterminant la section droite de la cavité de moule, une chemise d'eau entourant la paroi de moule et-qui fait arriver de l'eau sur la surface arrière de cette paroi et une chicane qui sert à délimiter un orifice en forme de fente autour du bord inférieur de la paroi de moule.La chemise d'eau et la chicane forment, en coopération avec la paroi de moule, une ensemble de moule qui comprend une chambre d'eau servant à refroidir la paroi de moule. Uncourant constant d'eau passe dans la chambre et sort par l'orifice en forme de fente de manière à arriver directement sur la surface du lingot sortant du moule. I1 est classique de réaliser la chemise d'eau comme une structure en forme de boitier qui est fixée de façon permanente sur la table de la machine de coulée, la paroi périphérique intérieure du boîtier étant munie d'une série de trous par l'intermédiaire desquels de l'eau est acheminée jusque sur la surface arrière de la paroi de moule puis dans la chambre d'eau.La chicane se présente habituellement sous la forme d'une plaque plane qui est boulonnée sur le côté inférieur de la chaise de manière à être située dans une position essentiellement horizontale et elle comporte un bord chanfreiné de manière à diriger un rideau d'eau sortant de la chemise vers le bas et vers l'intérieur jusque sur la surface du lingot,le bord inférieur de la paroi de moule étant chanfreiné afin de former la lisière opposée de l'orifice en forme de fente. I1 est à noter que la largeur de la fente doit être essentiellement constante sur toute la périphérie de la paroi de moule afin d'assurer une arrivée satisfaisante du liquide réfrigérant sur le lingot et en outre que la largeur de la chambre d'eau doit être uniforme. Des lingots d'aluminium (y compris des alliages d'aluminium) destinés à être réduits par laminage sous forme de tôles ont une section droite généralement rectangulaire. Lors de la coulée de tels lingots, on utilise habituellement un moule dont l'élément de délimitation présente une légère incurvation vers l'extérieur dans les parois latérales longues (qui définissent les faces larges de laminage du lingot) de sorte que la cavité de moule est un peu plus large au milieu qu'aux extrémités. Le retrait du métal en cours de refroidissement est plus grand au milieu qu'aux extrémités de la cavité rectangulaire de moule et cet agencement permet d'obtenir des lingots comportant des faces de laminage essentiellement planes (excepté aux extrémités longitudinales) à condition que le degré d'incurvation soit correctement adapté à la vitesse de coulée et à d'autres paramètres de l'opération de coulée. Les faces des extrémités longitudinales des lingots sont légèrement incurvées du fait de la vitesse de coulée plus faible au début de l'opération de coulée. I1 est souvent nécessaire d'adopter des vitesses de coulée différentes, pour la même dimension de lingot, afin de tenir compte alliages d'aliminium différents et en vue d'obtenir des résultats optimaux. Outre qu?il est nécessaire de prévoir un élément de délimitation-de moule.séparé pour chaque alliage à couler, cet élément comportant des parois profilées en concordance avec les caractéristiques de l'alliage et la vitesse de coulée à adopter. I1 est également nécessaire d'employer une chicane présentant un bord de profil approprié. Alors qu'on peut infléchir les parois latérales longues de l'élément de délimitation de moule au profil incurvé approprié sans grande difficulté, la réalisation du contour approprié sur le bord de la chicane est coûteuse et longue. Dans une pratique existante, la chemise d'eau reste fixée sur la table de coulée de la machine mais on change I'élent de délimitation de moule et la chicane à chaque fois qu'il se produit une variation substantielle des conditions de coulée. Lorsqu'on a à changer un élément de délimitation de moule, il faut passer un temps considérable pour monter la chicane appropriée sur la chemise dteau afin qu'il existe une fente de largeur uniforme entre le bord de la chicane et le bord inférieur de l'élément de délimitation de moule. Le moule de type connu présente également l'inconvénient que la chambre d'eau est plus étroite au milieu qu'aux extrémités et il en résulte qu'il se produit des différences, parfois imprévisibles, dans le refroidissement des parois du moule en différents endroits. L'invention a pour but de fournir un moule de structure perfectionnée qui est utilisable dans l'opération de coulée continue avec refroidissement direct décrite ci-dessus. Pour obtenir le résultat désiré, le moule selon l'invention est pourvu d'une chemise d'eau et d'une chicane fixés directement sur l'élément de délimitation de moule, la chicane comportant une lèvre agencée pour faire un angle aigu, par exemple compris entre 25 et 600, avec la paroi de l'élément de délimitation de moule (au lieu d'être essentiellement perpendiculaire à celle-ci). L'avantage d'un tel agencement est que ltéiFent de délimitation de moule, la chemise d'eau et la chicane peuvent commodément être reunis sous la forme d'un ensemble unitaire et que la chicane et la chemise d'eau peuvent etre cintrées à tous profils appropriés sans nécessiter d'usinage précis. En outre I'egacement entre la chemise d'eau et l'élément de délimitation de moule(et par conséquent la largeur de la chambre d'eau) peut être mieux rendu sensiblement constant. POur obtenir le résultat désiré, au sins la chemise deau et la chicane s'étendant le long de la paroi latérale longue de l'élément de délimitation de moule sont formées à partir d'une pièce monobloc extrudée qui comporte une partie formant un conduit d'eau et une partie formant une chicane. La partie formant chicane est agencée pour être reliée à l'élémant de délimitation de moule par une série de boulons ou de vis relativement étroitement espacés et qui servent de renforts, en permettant la fixation et le réglage de la partie formant chicane par rapport à l'élément de délimitation de moule en vue d'obtenir un orifice de largeur essentiellement unciforme, qui n'est pas pertubé lorsque l'ensemble formé par l'élément de délimitation de moule et la chemise d'eau est enlevé de la table de coulée.L'ensemble constitué par ltélçment de délimitation de moule et la chemise d'eau forme une structure rigide qui maintient les côtés longs de l'élément de délimitation de moule à un profil essentiellement constant. L'élément métallique extrudé qui forme la chemise d'eau et la chicane est normalement boulonné ou rivé sur lté- lément de délimitation de moule afin de former un joint essentiellement étanche à l'eau à la partie supérieure de la chambre d'eau, la chemise d'eau ayant été percée pour former les orifices qui dirigent l'eau sur l'élément de délimitation de moule avant d'être mis en place. Lorsqu'il est- souhaitable que l'eau sorte de la chemise par l'intermédiaire d'une fente, il est possible de réaliser l'élément de délimitation de moule, la chemise d'eau et la chicane à partir d'une seule pièce extrudée.De tout manière, l'élément de délimitation de moule est de préférence pourvu d'une partie extrudée qui peut comporter une ou plusieurs rainures à dépouille servant à emprisonner les têtes des renforts en forme d'écrou, qui font partie des moyens à l'aide desquis il est fixé sur la pièce extrudée formant la chemise et la chicane. En variante, l'élément de délimitation de moule peut être formée à partir d'une tôle. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en plan d'une partie d'un moule agencé selon l'invention la figure 2 est une coupe faite suivant-la ligne D-D de la figure 1, et la figure 3 est une coupe Eite suivant la ligne F-F de la figure 1. Le moule de la figure 1 comprend un élément rectangulaire de délimitation 1 qui est constitué de sections extrudées en aluminium qui sont soudées ensemble afin de former une structure rectangulaire. Sur les côtés courts ou extrémités 2, l'élé ment de délimitation de moule est soudé sur une plaque portante supérieure 3 qui porte une chemise d'eau 4 servant à faire arriver du liquide réfrigérant sur la face arrière des extrémités 2. Un raccord 5 est fixé sur le côté inférieur de la plaque portante 3. Ce raccord comporte une tubulure d'entrée, orientée vers le bas et destinée à être raccordée à un système d'alimentation-en eau ainsi que trois tubulures de sortie orientées ltorizontalement. Comme le montre la figure 3, la chemise d'eau 4 reçoit de l'eau par l'intermédiaire d'un flexible partant d'une tubulure du raccord 5 et il fait arriver de liteau sur la surface arrière des extrémités de moule 2 par l'intermédiaire d'orifices 8 qui dirigent des jets d'eau en oblique (ce qui constiue la direction préférée) sur les extrémités du moule au travers de l'espace 9 rempli d'eau. Une plaque 10 est fixée par des boulons sur la partie inférieure de la chemise 4 afin de délimiter une fente de sortie d'eau 71 par l'intermédiaire de laquelle l'eau est dirigée de l'espace 9 jusque sur la surface extrême d'un lingot sortant vers le bas du moule. Bien que les extrémités du moule 2 soient toutes deux formées à partir d'une pièce en aluminium extrudé, il va de soi qu'elles pourraient aussi etre réalises à partir d'une bande plane d'aluminium avec presque autant de commodité. Comme le montre la figure 2, les côtés longs de l'é- lément de délimitation de moule sont formés d'une section en aluminium extrudé tandis que la chaise dreau et la chicane sont formées d'une section extrudée séparée 12, de préférence en aluminium, bien qu'il soit possible de la réaliser en une matière plastique rigide,- avantageusement une matière plastique qui peut être durcie à une forme permanente après qu'elle a été cintrée de manière à épouser le profil incurvé de l'élément de délimitation de moule. Bien que les côtés longs de l'élément de délimitation de moule soient formés par des sections en aluminium extrudé, ils se présentent essentiellement sous la forme d'une bande massive qui peut être amenée de façon permanente à une courbure appropriée dans une opération d'emboutissage ou de cintrage. La section extrudée de l'élément de délimitation de moule 1 est pourvue d'une rainure 14 à dépouille servant à recevoir un écrou et située dans une zone adjacente à une surface chanfreinée 17 qui forme une lisière de la fente d'émission d'eau 24 ainsi que dtune nervure 15 en forme de gradin. La section en aluminium extrudé 12 forme une chemise d'eau qui constitue un conduit tubulaire 18 et qui comporte une partie supérieure 20 en forme de rebord et une partie formant chicane. Avant que la section 12 soit reliée à l'élément de délimitation de moule 1, on perce une série de trous 19 étroitement espacés dans cette partie du conduit 18 de manière à diriger des jets d'eau en oblique sur la face arrière de l'élément 1. La partie supérieure 20 formant rebord de la section 12 est reliée par des boulons 21 à l'élément 1. Il est de préférence prévu un joint d'étanchéité entre le rebord 20 et 1'élément 1. La section extrudée 12 comporte une partie formant chicane qui est constituée par un rebord inférieur 22 orienté essentiellement parallèlement au rebord supérieur 20 et une lèvre 23 qui fait un angle d'environ 1350 par rapport à la face du rebord inférieur 22 et qui coopère avec la surface 17 pour définir une fente d'émission d'eau 24, dirigée de manière à assurer le refrodissement de la partie inférieure de moule d'une manière classique. Le gradin de la nervure 15 sert à supporter le rebord supérieur 22 en cours de fabrication et avant que les bouonsf mis en place et il sert égalent à réduire les fuites entre les parties 1 et 20. Le rebord inférieur 22 est relié à l'élément 1 par une série de vis à chapeau 26 relativement étroitement espacées et qui viennent se visser dans des écrous tubulaires 25 enprison- nés dans la rainure 14. Puisque l'élé:nent de délimitation de moule 1 est plus rigide que la partie formant chicane, on obtient un moyen très simple et très commode de maintenir les bords de la lèvre de chicane 23 à la distance appropriée de la surface 17. En outre, puisque les écrous tubulaires 25 agissent commes des éléments de renforcement, ce réglage est maintenu ensuite d'une façon efficace, même stil se produit une légère défornmtion de l'élément de délimitation de moule 1. La lèvre 23 de la chicane doit cependant avoir elle-même une rigidité suffisante pour faire en sorte que les courtes longueurs situées entre des écrous édjQcents 25 ne soient pas soumises en service à une section pouvant conduire à une variation localisée excessive de la largeur de la fente. Avant que les éléments 1 et 12 soient reliés ensemble, ils sont cintrés au contour approprié puis on peut régler la fente par la longueur des écrous 25 qui sont appropriés pour l'intervalle sélectionné. Cependant, du fait de la moins grande rigidité de la section extrudée 12, il est plus commode de bloquer l'élément 1 par serrage des boulons 21 et les vis à chapeu 26. La chambre d'eau 27 qui est alimentée par l'intermédiaire du conduit 12 et des orifices 19 a une largeur essentiellement constante du fait du cintrage d-e la section extrudée 12 au même contour que ltélément 1. L'effet de refroidissement de l'eau sur l'éXtnent de délimitation de moule est évidemment essentiellement constant sur toute la longueur de la paroi du moule. En variante de la structure décrite ci-dessus, on peut remplacer les trous 19 par une fente de largeur appropriée. Dans ce cas, l'élément de délimitation de moule 1 et la section extrudée 12 peuvent être réalisés sous la forme d'une seule pièce, bien qu'il soit préférable de prévoir deux pièces extrudées, comme indiqué sur le dessin, puisque cela est plus commode pour le cintrage préliminaire. Il est également possible que la section extrudée de l'élément de délimitation de moule 1 soit pourvue d'une rainure à dépouille à proximité de son bord supérieur de manière à recevoir des boulons permettant une liaison du rebord supérieur 20 avec l'élément 1 de la même façon que cet élément est relié au rebord inférieur 22. Cela évite le problème de l'alignement de trous dans les deux sections. Cependant, lorsque la paroi de moule est formée d'une plaque, on peut emprisonner les goujons 26 dans des trous borgnes ménagés dans la plaque. Le conduit d'eau 18 a été représenté comme ayant une section circulaire puisque cela est plus commode pour établir une liaison avec des raccords. Cependant dans certains cas, il peut être préférable d'adopter des profils non circulaires qui sont plus commodément adaptés pour un cintrage. Par exemple, le conduit d'eau pourrait avoir une section elliptique. La structure de moule selon l'invention est très stable et elle permet de fabriquer un moule avec le minimum de main-d'ouvre ; en outre elle nécessite très peu d'arrêts de la machine de coulée lorsqu'il faut passer à la coulée d'un alliage présentant des caractéristiques différentes puisque leensemble complet de moule est changé dans un tel cas. Bien qu'il suffise d'incurver les faces larges de ltélément de délimitation de moule, qui définissent les faces de laminage du lingot, il est préférable de réaliser les faces étroites de la même manière puisque cela permet de pourvoir, si nécessaire, lesdites faces d'une courbure appropriée. Le procédé le plus approprié de montage du moule dans la machine de coulée consiste à supporter des plaques 3 dans ou sur un châssis placé sur la table de la machine de coulée. On peut également prévoir des plaques portantes (non représentées) sur les parois correspondant aux côtés longs de l'élément de délimitation de moule 1. Cela permet l'installation et l'enlèvement du moule sous la forme d'un ensemble unitaire. R E Y E X D I C A T I O N S 1. Moule pour appareil de coulée continue de métal du type utilisant un moule fixe comportant une entrée et une sortie de métal et des parois latérales formées d'un métal thermiquement conducteur de manière à recevoir et contenir une masse de métal en fusion et comportant aussi des moyens permettant de faire arriver un liquide réfrigérant sur lesdites parois latérales autour de la périphérie du moule ainsi que des moyens pour faire arriver un liquide réfrigérant directement sur la surface du lingot sortant dans une position adjacente à la sortie de métal, ledit moule étant caractérisé en ce qu'il comprend un élément de délimitation formé d'un métal thermiquement conducteur, cet élément présentant des parsis latérales relativement longues et des parois extrêmes relativement courtes qui définissent un passage sensiblement rectangulaire entre l'entrée et la sortie de métal, au moins lesdites parois latérales longues comportant un contour non rectiligne et portant chacune une chemise d'eau fixée de façon permanente, s'étendant sur toute leur longueur, sensiblement selon le contour non rectiligne desdites parois latérales longues, ladite chemise d'eau formant une chambre d'eau qui est délimitée par l'élément de délimitation de moule et par un conduit d'alimentation en eau s'étendant le long de et communiquant avec la chambre de manière à diriger du liquide réfrigérant sur la face arrière des côtés longs de l'élément de délimitation de moule, ladite chemise comportant un rebord supérieur maintenu en contact étanche avec ou solidaire de l'élément de délimitation de moule, un rebord inférieur parallèle à et espacé de l'élément de délimitation de moule et une lèvre de chicane faisant un angle de 25 à 600 par rapport à ltélément de de délimitation de moule et on espacement de ce dernier de manière à définir un orifice d'émission d'eau en forme de fente à la sortie de la chambre d'eau, ledit rebord inférieur étant relié à l'élément de délimitation de moulé à intervalles espacés par des organes de fixation agencés pour maintenir un réglage constant de la lèvre de chicane par rapport à l'élément de délimitation de moule, l'ensemble formé par l'élément de délimitation de moule et la chemise d'eau constituant une structure rigide. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois latérales longues de l'élément de délimitation de moule sont pourvues d'une rainure continue à dépouille, lesdits organes de fixation étant constitués par des écrous qui comportent des têtes emprisonnées dans la rainure et qui coopèrent avec des éléments filetés passant au travers de trous espacés ménagés dans le rebord inférieur. 3. Moule selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chemise d'eau est agencée sous la forme d'une pièce extrudée qui est réalisée séparément de l'élément de délimitation de moule. 4. Moule selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation en eau est pourvu d'une série d'orifices formant des jets et agencés de manière à diriger du liquide réfrigérant au travers de la chambre d'eau de manière qu'ils arrivent en oblique sur la surface arrière desdits côtés longs. 5. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit conduit d'alimentation en eau a une section droite circulaire. 6. Moule selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit élément de délimitation de moule est muni d'une nervure en forme de gradin de manière à être en contact porteur avec ledit rebord supérieur de la chemise d'eau. 7. Moule selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que lesdites parois latérales longues de l'élément de délimitation de moule sont pourvues d'une rainure continue à dépouille placée à L'extrémité de leur lisière supérieure dans une position tournée vers le rebord supérieur de la chemise d'eau, ledit élément de délimitation de moule étant fixé sur la chemise d'eau à l'aide de boulons comportant des têtes emprisonnées dans ladite rainure et passant par des trous ménagés dans ledit rebord supérieur.