Brevet FR2380833A1 — publié le 19780915

La présente invention se rapporte à la coulée continue de métaux sous forme de bande dans un espace de moulage délimité entre deux surfaces mobiles dont une au moins est constituée par une courroie-conductrice de chaleur. On sait couler un métal entre deux courroies. mobiles. On sait également couler des métaux dans une machine où une surface de l'espace de moulage est définie par un tambour'tournant ou une roue rainurée tandis que l'autre surface est constituée par une courroie flexible coo pérante. Pour donner des exemples des problèmes que l'invention se propose de résoudre dans une machine de coulée à double courroie, on va considérer que deux courroies métalliques se déplacent suivant des trajets essentiellement parallèles de façon à définir un espace de moulage qui est fermé sur ses côtés par des bordures latérales. On introduit au métal en fusion par une extrémité de espace de moulage et une barre complètement solidifiée d'une épaisseur prédéterminée sort à l'extrémité opposée de l'espace de moulage. On évacue la chaleur contenue dans le métal en faisant arriver un réfrigérant sur la surface opposée des courroies. Lorsqu'une des surfaces est constituée par une roue ou un tambour, la majeure partie de la chaleur peut être évacuée au travers de cette surface et seulement une faible proportion au travers de la courroie coopérante. Il est important, dans une machine de coulée à double courroie, de maintenir une stabilité de position de chaque courroie suivant un trajet désiré précis. Les courroies passent autour de poulies d'entrainement qui assurent la transmission d'un mouvement unidirectionnel continu aux courroies et à des poulies ou rouleaux de guidage ou à d'autres surfaces d'appui définissant le trajet de déplacement des courroies. Pendant ltopération de coulée, les courroies, qui sont constituées par des bandes métalliques flexibles minces et larges, ont tendance à dévier latéralement sur leurs poulies pour de nombreuses raisons, par exemple des différences de déformations thermiques dans les courroies, une usure inégale des poulies et/ou des surfaces des courroies. Dans les dispositifs classiques d'entraînement à courroies planes, le problème de la déviation latérale de la courroie a été résolu depuis longtemps en donnant au diamètre des poulies une valeur légèrement plus grande au milieu qutaux extrémités mais cette solution est inacceptable dans une machine de coulée à courroies puisqu'elle conduirait à des inégalités de tension des courroies et par conséquent également à des inégalités de l'é- paisseur de la barre coulée. On a déjà proposé différentes méthodes pour contre-balancer cette déviation latérale des courroies dans une machine de coulée et pour maintenir un alignement correct de la courroie avec l'axe de l'espace de moulage, notamment des moyens permettant de faire déplacer ltensemble courroiespoulies axialement et/ou transversalement. La cause principale de cette déviation latérale des courroies est dûe à des différences d'élasticité, à des différences d'allongement thermique ou initial sur les deux côtés de la courroie. Les bords latéraux de la courroie ne sont pas en contact avec du métal en fusion et ils sont par conséquent plus froids. En conséquence, ces bords latéraux sont soumis à une plus forte tension. Si pour une raison quelconque les largeurs des bords froids deviennent inégales, les déformations élastiques se produisant dans les bords froids deviennent inégales et la courroie a tendance à flotter latéralement sur la poulie en direction du bord froid déjà élargi de sorte que l'inégalité initiale est encore amplifiée.L'invention a pour but de remédier à la difficulté causée par la déviation latérale de la courroie en réglant les rapports entre la longueur de courroie et le diamètre de poulie sur des côtés opposés de l'axe du système formé par les courroies et les poulies. Ce problème est résolu de la façon la plus commode en augmentant le diamètre de poulie sur le c8té de la courroie qui est opposé à la direction de flottement mais on peut également le résoudre en réduisant le diamètre de la poulie de l'autre côté. Du fait qu'il est nécessaire de placer des dispositifs de refroidissement très efficace à l'extrémité d'entrée de l'es- pace de moulage, il est plus difficile de prévoir une poulie pour supporter les courroies de coulée à l'extrémité d'entrée de l'es- pace de moulage. Pour cette raison, on exerce plus commodément une action de direction de courroie pour contrebalancer la déviation latérale de cette dernière en agissant en coopération avec la poulie d'entrainement de courroie qui est avantageusement placée à l'extrémité de sortie du moule. Lors de la conception d'un dispositif de direction de courroie utilisable dans une ma chine de coulée, on doit toujours prendre en considération les conditions de travail.La courroie proprement dite peut avoir une largeur de 1,5 m et elle est soumise à de grandes forces de tension pour empêcher une flèche excessive dans l'espace de moulage et pour contrebalancer une déformation thermique. Bien que la face inverse de la courroie située dans l'espace de moulage soit, ou puisse 8trie, soumise à un refroidissement par application directe de réfrigérant, les surfaces de contact de la courroie et de la poulie d'entrainement ne peuvent pas être refroidies de cette manière. La courroie arrivant sur la poulie d'entratnement est cependant soumise à un échauffement par rayonnement par la chaleur provenant de la surface de la barre coulée qui se trouve encore à une température de 300 à 4000C à sa sortie du moule. Les conditions thermiques dans lesquelles il est néces saire d'opérer imposent que la surface de la poulie d'entraSne- ment soit thermiquement résistante et en pratique cela oblige de pourvoir la poulie d'une partie périphérique en métal. La même considération s'applique à des poulies placées à l'extrémité d'entrée du moule. De ce fait, il semble impossible de diriger une courroie d'une machine de coulée à l'aide d'une poulie menante ou autre qui est équipée d'un moyen permettant de faire varier son diamètre effectif de part et d'autre du milieu de la poulie. Dans le brevet des Etats-Unis nO 3 726 588, on a proposé d'assurer le centrale de direction d'une courroie dans un copieur électrostatique à l'aide d'un rouleau fou qui est placé à distance d'une source de chaleur quelconque. Ce rouleau fou comporte un axe portant des disques massifs en son centre et à ses extrémités opposées. Une enveloppe périphrique en matière élastomère délimite des chambres fermées séparées qui sont placées entre les disques et il est prévu un passage d'alimentation au travers de chacune des deux extrémités de l'axe en vue d'introduire de l'air comprimé dans la chambre fermée adjacente. Le système décrit ne semble pas être applicable au contrôle de direction d'une courroie en acier qui est maintenu sous une forte tension du fait que l'action de retenue exercée sur la périphérie de la poulie par la courroie se traduirait par un renflement de l'enveloppe en matière élastomère vers l'ex- térieur autour de la partie de sa périphérie qui n'est pas sollicitée par la courroie En conséquence il se produirait une faible augmentation de diamètre de la partie de contact périphérique de la courroie. A la différence des systèmes décrits ci-dessus et conformément à la présente invention, une machine de coulée continue de métaux dans un espace de moulage formé entre deux surfaces mobiles dont l'une ou bien les deux sont constituées par une courroie métallique, est caractéristique en ce que chaquecourroie est supportée par une poulie directrice constituée par un arbre, ladite structure portante comportant dans sa surface extérieure un canal périphérique qui est disposé intégralement entre le milieu de la structure et une extrémité de celle-ci ainsi qu'une virole métallique fixée sur la périphérie de la structure portante pour fermer ledit canal, ladite poulie étant pourvue d'un passage d'alimentation en liquide s'étendant depuis un orifice ménagé dans ledit arbre jusqu'au canal peu profond. On voit que, dans une telle structure, l'introduction de liquide sous une pression élevée dans le canal place la virole métallique sous une tension périphérique élevée et augmente par conséquent le diamètre de la virole autour du canal. Puisque l'allongement proportionné du diamètre de la virole est bien supérieur à l'allongement proportionné de la courroie (qui est en outre formée d'un métal de plus faible épaisseur que la virole), l'effet des pressions de contact entre la courroie et la virole formant la poulie n'a théoriquement aucune influence sur l'augmentation de diamètre de la partie correspondante de la poulie. Bien que la poulie puisse comporter seulement un canal alimenté en liquide sous pression, il est grandement préférable de prévoir deux canaux de ce genre qui sont disposés symétriquement de part et d'autre du plan médian. I1 est prévu des moyens pour introduire sélectivement du liquide sous pression dans lesdits canaux. Bien que l'admission de liquide sous pression dans le canal respectif puisse être réalisée sous le contrôle d'un ouvrier, on peut également l'assurer, conforrément à des principes connus, sous le contrôle de dispositifs de détection qui détectent une déviation latérale de la courroie par rapport à un axe d'alignement prédéterminé. Un des grands avantages du dispositif à poulie de direction utilisé dans une machine selon l'invention consiste en ce qu'on peut corriger un défaut d'alignement de la courroie, sans arrêter la machine, en augmentant ou en réduisant la pression hydraulique exercée dans le canal correspondant en vue de produire des différences de diamètres aux extrémités opposées de la poulie. 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 Fig. I est une vue latérale d'ensemble d'une machine de coulée à double courroie selon l'invention la Fig. 2 est une vue en élévation, en partie en coupe, de la structure à poulie directrice de la machine de la fig. 1, la coupe étant faite suivant la ligne 2-2 de la fig. I la Fig. 3 est une vue en coupe, suivant la ligne 3-3 de la fig. 2, d'une des poulies directrices de la fig. 2 les Figs 4 et 5 sont des coupes partielles de la poulie de la fig. 3, montrant l'opération corrective assurée par la poulie, et la Fig. 6 est une vue montrant une variante de la poulie directrice. Dans la machine de la fig. 1, le trajet suivi par le métal coulé est légèrement incliné vers le bas dans le volume de moulage défini des courroies supérieure et inférieure 20, 21 én acier qui sont disposées de manière que leurs faces soient orientées essentiellement parallèlement entre elles dans l'espace de moulage. Dans une machine de coulée à double courroie, les trajets des courroies ont des formes ovales essentiellement identiques. La courroie supérieure 20 passe autour d'une poulie cylindrique d'entrainement 28 puis elle suit un trajet supérieur où elle peut être supportée par des rangées de rouleaux fous (non représentés). Sur son trajet de retour jusqu'à l'extrémité d'entrée de l'espace de moulage, la courroie supérieure 20 passe autour d'une surface d'appui demi-cylindrique fixe 32.Au cours de son passage autour de la surface d'appui 32, la courroie est supportée par un fluide (gazeux ou liquide) sortant par des orifices espacés prévus dans la surface d'appui. La courroie inférieure 21 suit un trajet essentiellement indentique autour d'une poulie d'entratnement 34 et d'une surface d'appui fixe 32'. Les cour roies proprement dites sont formées d'une tôle d'acier flexible de haute résistance mais de grande résilience et d'une nature telle que la courroie puisse être tendue suffisamment sans déformation- permanente. On peut utiliser dans le même but d'autres métaux présentant des caractéristiques mécaniques équivalentes. La machine comporte un b ti pourvu d'une structure verticale 42 et d'une structure de base 44 qui sont disposées de manière à maintenir les chassies porteurs de courroie à un espacement réglable prédéterminé et qui sont agencées également pour permettre d'écarter les chassis l'un de l'autre, d'une manière connue, en vue de la mise en place et de l'enlèvement des courroies. Les courroies 20, 21, sont respectivement entraînées par les poulies 28, 34 par l'intermédiaire d'un moteur (non représenté) accouplé aux arbres 48, 50. Comme le montre la fig. i, une extrémité de chacun des arbres 48, 50 est portée par un palier 52 agencé de manière à pouvoir entre déplacé horizontalement dans un guide 54 par un piston 56 d'un vérin hydraulique 58 à double effet. L'autre extrémité de l'arbre de poulie, par exemple comme indiqué pour l'arbre 48, comporte un palier semblable qui est relié à un piston 64 d'un vérin hydraulique 68 à double effet. Cette disposition permet la mise en tension des courroies 20, 21. Du métal en fusion est introduit dans l'espace de moulage à l'aide d'une poche ou d'un auget (non représenté). La machine est pourvue de bordures latérales (non représentées) de chaque côté de 11 espace de moulage. Les bordures sont disposées de façon que, lorsqu'elles sont maintenues par compression entre les courroies, elles obturent l'espace de moulage des deux cotés et maintiennent par conséquent le métal en fusion avec précision dans le trajet où il est complètement refroidi par l'intermédiaire des courroies. Les courroies 20, 21 sont refroidies directement sur la longueur du moule par des dispositifs 80 faisant arriver un réfrigérant constitué par de l'eau sur les surfaces opposées des courroies, d'une manière bien connue. La courroie 20 en acier est enroulée d'un angle d'environ 1800 autour de la poulie 28. Cette poulie 28 comporte une virole cylindrique creuse 82 qui constitue une surface d'entrat- nement de courroie et elle est supportée coaxiale ment par une structure de poulie intérieure 84 de forme cylindrique qui est fixée sur un arbre d'entrainement 48. La structure de poulie intérieure 84 est constituée par un tube 86 en acier qui constitue un élément de transmission de couple, des plaques extrêmes 88 et un disque porteur central 90. L'arbre 48 est réalisé en deux parties séparées 48a et 48b qui sont soudées sur les deux plaques extrêmes 88. A ses extrémités, l'arbre 48 est monté à rotation dans les paliers désignés par 92 et 94 sur la fig. 2. Ces paliers sont enfin supT portés par des chassis latéraux 96 et 98 de la machine de coulée. Une rainure 99 formée dans le bord du châssis latéral 96 reçoit une bague torique d'étanchéité 100 destinée à entrer en contact avec la courroie 20. Une bague torique semblable 102 est logée dans une rainure 103 du chassies latéral 98. La surface extérieure du tube 86 comporte deux canaux annulaires 104, 106 peu profonds qui sont situés de part et d'autre du plan médian P-P (Fig. 2) du tambour. Les deux cavités sont séparées par une nervure centrale 108 et elles sont respectivement bordées sur leurs côtés extérieurs par des nervures latérales 110 et 112. Les faces extérieures des trois nervures 108, 110 et 112 sont situées sur une surface cylindrique commune et elles sont virtuellement indéformables par la pression du fluide hydraulique se trouvant dans les canaux 104 et 106. La virole 82, qui comporte une paroi mince (par rapport au tube de transmission de couple 86) et qui peut être fabriquée à partir d'acier à faible taux de carbone, est emmanchée sur les faces extérieures des nervures 108, 110 et 112 qui supportent ensemble la virole sur le tube 86. La virole 82 est chauffée de manière à se dilater puis elle est engagée sur le tube 86 de manière à venir se fretter sur celui-ci après refroidissement. On voit par conséquent que, dans la poulie assemblée, les canaux annulaires 104 et 106 forment des cambres situées en dessous de la virole et permettant l'introduction de fluide hydraulique, comme cela sera précisé dans la suite. La virole 82 est suffisamment mince pour pouvoir être élastiquement déformée par une grande pression hydraulique exercée dans les canaux 104 et 106, sans qu'il se produise cependant une séparation de la virole par rapport aux nervures 108, 110 et 112. Des passages de fluide 114 et 116 communiquent respectivement avec les cavités 104 et 106. Deux passages de fluide 118 et 120 traversent la partie de gauche 48a de l'arbre 48 et communiquent respectivement avec les cavités 104 et 106 par l'in- termédiaire de tubes 122 et 124 tandis que la partie de droite 48b est reliée à un moteur d'entrainement. Du fluide hydraulique est introduit dans les passages 118 et 120 par l'intermédiaire d'un élément fixe 130 comportant des canaux annulaires 136 et 138 coïncidant respectivement avec les extrémités des passages 118 et 120. Du fluide hydraulique est introduit séparément dans les canaux 176 et 138 en provenance de sources d'alimentation 139a, 139b. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif à poulies servant à diriger (c'est-à-dire à corriger une déviation latérale) d'une courroie. En se référant aux Figs 4 et 5 et en supposant que la courroie 20 présente une inclinaison (représentée de façon exagérée sur la Fig. 4) qui a tendance à produire une déviation latérale, on peut contrebalancer cette tendance à la déviation latérale en exerçant dans la cavité 106 une-pression hydraulique servant à produire une déformation élastique-localisée de la virole 82 vers ltextérieur. Cette dilatation circonférentielle localisée de la virole de poulie modifie le contour de cette dernière de manière à compenser l'inclinaison précitée de la courroie en créant dans la poulie une différence de diamètre qui s'oppose à ladite tendance. n réglant de façon appropriée le degré de la pression hydraulique exercée par l'intermédiaire de la cavité 106 pour faire dilater la virole 82, la courroie, lorsautelle est correctement centrée, peut être maintenue dans cette position de centrage malgré son état d'in inclinaison Dans des exemples particuliers de construction d'un dispositif à poulies se présentant sous la forme indiquée sur les figs 2 à 5, la virole 82 formée d'acier à faible taux de carbone a un diamètre extérieur de 38 à 76 cm et elle a une épaisseur d'environ 12,7 mm tandis que le tube 86 a une épaisseur supérieure à 38 mm.L'application d'une pression hydraulique de 2 2 34 kg/cm2 ou de 17 kg/cm2 (par exemple respectivement par des viroles de 38 cm et de 76 cm de diamètre) produit une dilatation de la virole (dans la zone où la pression est exercée) de façon à obtenir une augmentation de diamètre d'environ 0,09 mm (pour le diamètre de 38 cm) ou de 0,18 mm (pour un diamètre de 76 cm), c'est-à-dire environ 0,024S', qui correspond à la différence de déformation thermique dans une courroie de coulée en acier (c'està-dire qui aurait tendance à produire une déviation latérale de la courroie) résultant dlun écart de température de 200C dans le sens transversal de la courroie. On voit par conséquent que la virole est bien plus épaisse que la-courroie qui a couramment une épaisseur de 0,5 à 1,5 mm alors que le tube de transmission de couple 86 a une épaisseur au moins 3 fois supérieures à celle de la virole. En général, le tube 86 est pourvu d'une épaisseur de paroi au moins égale au double de celle de la virole 82. Dans une variante, on supprime la paroi 86 et on supporte directement la virole 82 sur une structure constituée par les plaques extrêmes 88 et par le disque central 90, fixé sur un arbre continu 48 traversant la poulie. Les espaces existant entre les plaques extrêmes 88 respectives et le disque central 90 sont isolés l'un de l'autre et un fluide hydraulique peut être introduit indépendamment dans lesdits espaces de manière à produire une pression de dilatation dans les zones expansibles de la virole 82 en vue d'assurer la direction de la courroie. Dans ce cas, les espaces existant entre les plaques extrêmes 88 et le disque central 90 remplissent la meme fonction que les canaux 104 et 106 et correspondent à ceux-ci. Lorsqu'il existe des conditions extrêmes concernant la rigidité à la flexion, on peut agencer ladite variante de manière que la virole 82 soit supportée par un support cylindrique massif monobloc dont le contour correspond au contour extérieur de l'é- lément 86, ctest-h-dire comporte des canaux 104 et 106, et qui est pourvu de parties d'arbre correspondant à 48a et 48b. La Fig. 6 représente une variante du dispositif à poulies qui présent-e une structure extérieure dilatable circonférentiellement seulement dans une zone. Dans ce mode de réalisation, un tambour de poulie 184 rigide et de forme essentiellement cylindrique comporte une paroi 186 qui constitue par elle-meme la structure extérieure de support de courroie de la poulie dans une première zone située d'un c3té du plan médian P'-Pt de la poulie. Sur l'autre cté du plan P'-P', la surface extérieure de la paroi 186 est évidée de manière à recevoir une virole cylindrique 190 à paroi relativement mince et à définir avec celle-ci une cavité annulaire 192 destinée à recevoir du fluide hydraulique.La partie de la virole 190 située au dessous de la cavité 192 constitue une seconde zone de la structure extérieure de support de courroie. Cette structure est dilatable circonférentiellement dans cette seconde zone lors de l'application d'une pression hydraulique dans la cavité 192 par l'intermédiaire d'un passage 196 semblable à ce qui a déjà été décrit en référence à la fig. 2. On voit que la virole 190, sa disposition sur le tambour et les moyens associés permettant l'application de la pression hydraulique peuvent être semblables aux parties correspondantes du mode de réalisation de la Fig. 2, excepté que la virole 190 s'étend seulement sur la moitié de la structure de poulie et comporte une seule zone dilatable. Comme indiqué, la paroi 186 du tambour est agencée de manière à avoir une circonférence fixe qui est supérieure à la circonférence minimale ou non dilatée de la virole 190 au dessus de la cavité 192. Par application d'une pression hydraulique dans la cavité 192, la virole placée au dessus peut être dilatée jusqu'à une cironférence qui est encore inférieure, égale (comme indiqué sur la fig. 6j ou supérieure à la circonférence fixe en vue de faire varier le contour latéral de la poulie, c'est-à-dire de donner une inclinaison transversale effective à la poulie dans la direction désirée. REVERDICA.TIONS 1 achine de coulée continue de métaux dans un espace de moulage formé entre deux surfaces mobiles dont l'une ou bien les deux sont constituées par une courroie métallique, caractérisée en ce que chaque courroie est supportée par une poulie directrice constituée par un arbre auquel est assujetti une structure portante, ladite structure portante comportant dans sa surface extérieure un canal périphérique qui est disposé intégra -lement entre le milieu de la structure et une extrémité de celleci ainsi qu'une virole métallique fixée sur la périphérie de la structure portante pour fermer ledit canal, ladite poulie étant pourvue d'un passage d'alimentation en liquide s'étendant depuis un orifice ménagé dans ledit arbre jusqu'au dit canal. 2 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure portante est pourvue de deux canaux disposés symétriquement par rapport à son plan médian et qui sont chacun pourvus d'un passage d'alimentation en liquide en vue d'une application sélective de pression hydraulique au canal correspondant. 3 - Machine selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure portante est constituée par un élément tubulaire pourvu dè deux canaux peu profonds qui sont ménagés dans sa périphérie extérieure, par deux plaques extrêmes et par un disque central monté à l'intérieur dudit élément tubulaire ainsi que par des parties d'arbre s'étendant axialement à l'exté- rieur à partir desdites plaques extrêmes. 4 - Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux canaux peu profonds sont délimités par une nervure centrale et par deux nervures extrêmes prévues sur l'élément tubulaire, les surfaces périphériaues extérieures des nervures étant situées sur une surface cylindrique commune. 5 - Machine selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la virole est emmanchée sur ladite structure portante. 6 - Machine selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'élément tubulaire a une épaisseur de paroi au moins égale au double de l'épaisseur de paroi de la virole. 7 - Machine selon l'une des revendications 1 à 6, ca ractérisée en ce que la poulie directrice de courroie constitue la poulie d'entratnement de la courroie et en ce que le couple d'entratnement est transmis par l'intermédiaire de ladite structure portante et de ladite virole.