Brevet FR2466290A1 — publié le 19810410

Procédé et appareil de coulée continue de lingots. La présente invention concerne un procédé et un appareil de coulée continue, permettant l'obtention de lingots d'excellente qualité, par laminage superficiel du lingot coulé afin qu'il ne puisse pas se former de fissures qui ont tendance à apparaître du côté du fond de la gorge qui délimite la surface de coulée, dans une opération effectuée par mise en oeuvre d'une coulée con- tinue dans un appareil à roue de coulée et bande d'appui, formant un lingot coulé dont la courbure varie. On considère d'abord la technique connue en réfé- rence aux figures 1 à 3 qui représentent schématiquement une élévation d'un appareil de coulée continue, une coupe partielle de la roue de coulée et de la bande d'appui d'un tel appareil, et un lingot en perspective. Le métal fondu 2 qui est versé par une lèvre 8, se solidifie progressivement dans le moule 3 de coulée qui est formé par la roue 6 comme indiqué sur la figure 2 et par la bande d'appui 7, le long de la circonférence de la roue de coulée si bien qu'il se forme un lingot 1 dont la cour- bure correspond à celle de la circonférence de la roue de coulée. Le lingot de coulée 1 est séparé à force de la roue de coulée par un organe de séparation placé du côté de sortie 12 de la roue, le lingot étant supporté par des cylindres 4 de guidage disposés au-dessous puis passant entre des cylindres preneurs 5 placés au-dessus et au- dessous du lingot dont la direction est ramenée horizon- talement, le lingot se redressant sous son propre poids et pénétrant dans un laminoir. Au cours de cette opération, le rayon de courbure du lingot coulé 1 varie progressivement de celui de la roue de coulée (mesuré à partir de l'axe de cette roue) jusqu'à une valeur infinie finalement. En conséquence, le fond 3' du lingot 1 est sou- mis à des forces de traction lors du redressement. Ainsi, il apparaît une déformation t/2R (t étant l'épaisseur du lingot coulé comme représenté sur la figure 2) du fait de l'allongement du côté du fond de la gorge. Cette déformation est provoquée par une traction due au redressement si bien qu'il apparaît souvent des fis- sures 13 du côté du fond de la gorge du lingot 1 (figure 3). Comme indiqué précédemment, au cours de ce procédé de tion de défauts tels que des fissures, du côté de la gorge des lingots coulés. Malgré ces considérations, on a négligé ces inconvénients car on a considéré que les fissures pou- vaient être réduites pratiquement par sélection des para- mètres optimaux de coulée et pouvaient être aussi éliminées par laminage. Cependant, on ne peut plus négliger ces in- convénients étant donné la meilleure qualité de surface qu'on demande actuellement aux fils et aux barres. L'invention empêche la formation de fissures du côté du fond de la gorge, par suppression de la déforma- tion sous les forces de traction, comme décrit dans la suite du présent mémoire. Plus précisément, l'invention empêche la formation de fissures par laminage superficiel du lingot coulé pendant l'opération au cours de laquelle le lingot courbe est redressé entre la roue de coulée et le laminoir; de préférence, ce redressement du lingot est effectué par une réduction assurée par un laminage tel que la déformation par allongement du côté du lingot qui est tourné vers le fond de la gorge n'apparaît pas libre- ment si bien que le processus est amélioré. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va sui- vre, faite en référence au dessin annexé sur lequel, les figures 1 à 3 ayant déjà été décrites: - la figure 4 est un schéma permettant la des- cription d'un laminage par mise en oeuvre de cylindres de diamètres différents, dans un mode de réalisation de 'l'invention; - la figure 5 est une coupe représentant un cy- lindre de petit diamètre, comme indiqué sur la figure 4;et - la figure 6 est une coupe partielle schématique représentant une déformation localiséed'un lingot sous l'ac- tion d'un cylindre de réduction d'épaisseur. Comme indiqué sur la figure 1, le côté du lingot coulé qui est tourné vers le fond de la gorge subit une dé- formation représentée par l'équation t/2R, au total, lorsque le lingot passe de la sortie de la roue 6 de coulée à l'en- trée d'un laminoir. Cette déformation est due, de manière classique, aux forces de traction exercées pendant le re- dressement si bien que des fissuresrisquent de se former. En conséquence, selon l'invention qui est desti- née à transformer cette déformation par traction, provoquée par le redressement, en une déformation par allongement sous une contrainte de compression, deux cylindres ayant des dia- mètres comparables ou différents occupent un emplacement ad- jacent soit au cylindre 4 de guidage soit au cylindre pre- neur 5 afin qu'un laminage superficiel provoquant une ré- duction d'épaisseur soit appliqué au lingot 1. Dans ce cas, lorsque les cylindres utilisés ont des diamètres différents, il est avantageux que le cylindre de plus petit diamètre assure le laminage du côté du lingot qui correspond aufond de la gorge, avec une plus grande réduction. Lors de l'application d'une faible réduction (laminage superficiel) de la manière indiquée précédemment avec des cylindres de diamètres différents, le côté du cy- lindre de petit diamètre (côté de la gorge) est laminé de façon plus importante. En conséquence, l'allongement est plus important et provoque le redressement de la courbure du lingot. Comme ce redressement est effectué par laminage, l'allongement est provoqué par des contraintes de compres- sion pendant le laminage si bien que le risque de forma- tion de fissures est réduit. A propos des cylindres de réduction d'épaisseur, il faut noter que le cylindre 4' remplace le cylindre clas- sique 4 de guidage (côté du fond de la gorge) et/ou les cylindres preneurs 5 placés des deux côtés du lingot, un cylindre 5' remplaçant le cylindre preneur inférieur 5. Simultanément, un nouveau cylindre 9 et/ou 10 est placé du côté du cylindre supérieur (côté de la bande d'appui). Lorsque le cylindre 9 ou 10 et les cylindres 4' et/ou 5' ont des diamètres différents, il est avantageux que le rapport des diamètres soit compris entre 1/1 et 1/6 et que le cylindre de plus grand diamètre 9 ait une génératrice rectiligne alors que le cylindre de petit diamètre 4' ou ' a une génératrice rectiligne ou une gorge. Dans le cas o il existe un risque de création de fissures au cours du laminage par déformation localisée il (figure 6), la configuration de la gorge du cylindre est réalisée de manière qu'elle maintienne-fermement la partie du lingot qui a tendance à s'étaler au fond de la gorge. Le rapport de réduction est avantageusement com- pris entre 1 et 5 fois la déformation par allongement si bien qu'un allongement peut être assuré du côté du lingot qui est tourné vers le fond de la gorge par réduction d'épaisseur. La déformation optimalepar redressement va- rie avec la position du cylindre de réduction d'épaisseur. Dans le cas du cylindre 10, la direction du lin- got coulé peut être alignée horizontalement à peu près par un allongement représenté par l'équation t/2R. A un emplacement adjacent au cylindre 9, comme la courbure du lingot est inférieure à la valeur-R', la déformation par allongement nécessaire au redressement du lingot par le cylindre devient supérieure à t/2R'. Ce- pendant, si le lingot est redressé par le cylindre 9, il faut au contraire qu'il soit déformé par flexion en sens opposé afin que le lingot coulé passe entre les cylindres de guidage. En conséquence, bien qu'il puisse effectivement se former des fissures à la surface tournée vers la bande d'appui lorsque la réduction assurée par le cylindre de- vient excessive, il y a peu de risque de fissuration tant que les vitesses circonférentielles sont synchronisées, même lorsque la déformation par allongement provoquée par la réduction d'épaisseur s'écarte de la valeur optimale, puisque la déformation est produite par compression et on n'a donc pas à se préoccuper d'une plage étroite de réglage. L'invention présente des avantages maximaux lors- que le redressement effectué avant la réduction d'épais- seur par le cylindre est aussi faible que possible. En conséquence, il est souhaitable que le rayon R' soit égal au rayon initial R, cette caractéristique étant obtenue par abaissement de la position des cylindres (pour le laminage superficiel) comme représenté en traits mixtes sur la figure 1. Selon l'invention, le laminage superfi- ciel qui doit être appliqué entre la sortie de la roue de coulée et l'entrée du laminoir, est habituellement effec- tué par un laminoir à une seule cage. Ce laminage peut être aussi réalisé par des laminoirs à plusieurs cages. Le laminage superficiel du lingot avec un rapport total de réduction compris entre 0,5 et 15 % est avantageux à cet effet. Ce rapport de réduction est très avantageusement compris entre 1 et 10 % et de préférence entre 2 et 5 %. Il est souhaitable que le laminage exécuté avec un tel rap- port de réduction soit effectué à un emplacement aussi proche que possible de la sortie 12 de la roue de coulée. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, la tem- pérature de sortie du lingot coulé au niveau de la roue de coulée ne doit être ni trop élevée ni trop faible, car une température trop élevée ou trop faible accentue la fissu- ration; en conséquence, il est très avantageux que la température soit réglée dans la plage représentée par l'équation (0,58 - 0,94)TM dans laquelle TM désigne la température de fusion, en kelvins. On peut résumer les avantages de l'invention de la manière suivante: (1) Les fissures qui peuvent se présenter habi- tuellement du côté du fond de la gorge du lingot, sont évi- tées, et (2) comme les soufflures qui ont tendance à se concentrer du côté du fond de la gorge, sont écrasées au cours de ce laminage superficiel, la masse volumique du lingot coulé est accrue et la qualité est améliorée quant à la masse volumique. On considère maintenant des exemples de mise en oeuvre de l'invention. EXEMPLE 1 Au cours de la fabrication de fils étirés de cui- vre contenant de l'oxygène, pour une température de coulée de 11500C, la température du lingot coulé à la sortie est de 9000C, le rayon de la roue de coulée jusqu'au fond de la gorge est de 1250 mm et la hauteur du lingot est de 50 mm, la déformation correctrice du fléchissement devient égale à t/2R = 50/2500 = 0,02. Dans ce cas, dans une position très proche du cylindre de guidage, un cylindre à génératrice recti- ligne (diamètre 400 mm) est placé du côté gauche et un cy- lindre muni d'une gorge (diamètre 100 mm) est placé du cô- té du fond de la gorge,puis un laminage superficiel du lingot coulé est effectué avec un rapport de réduction d'environ 4 %. La réduction est au total de 2 mm mais on obser- ve qu'elle se répartit à raison de 0,5 mm du côté du cy- lindre de grand diamètre et de 1,5 mm, du côté du cylindre de petit diamètre. (figures 4 et 5). A la suite de la coulée du lingot avec une vi- tesse de 27 cm/s, la vitesse circonférentielle de la roue de coulée étant ainsi de 27 cm/s, on n'observe pas de fis- sure du côté du lingot tourné vers le fond de la gorge. Les soufflures concentrées du côté du fond de la gorge sont écrasées et la masse volumique est portée à 8,83 g/cm3 par laminage superficiel, à partir de la valeur de 8,75 g/cm3 obtenue normalement en l'absence du laminage superficiel. La qualité est ainsi améliorée au point de vue de la masse volumique. Les résultats de l'inspection à l'aide de cou- rants de Foucault, après laminage du lingot avec un cylin- dre horizontal et un cylindre vertical, montrent que, bien qu'il soit normal que des fissures de plus de 2 mm de pro- fondeur soient détectées deux fois et des fissures de pro- fondeur comprise entre 1 et 2 mm soient détectées 6 fois par bobine formée à partir du lingot coulé qui n'a pas subi le laminage superficiel, la détection des défauts de ces deux catégories est réduite de façon considérable, à des valeurs de 0 et 1 fois respectivement, lors de la vérification du fil provenant du lingot ayant subi un la- minage superficiel. Le diamètre de la tige utilisée dans cet exemple est d'environ 35 mm et le poids de la bobine est d'environ 3 t. En outre, le résultat de l'inspection à l'aide des courants de Foucault, exécutée au niveau de la cage finale de la ligne de production de barres de 8 mm de diamètre, en aval de l'installation, montre que, alors que des défauts de 0,5 mm sont détectés deux fois habituelle- ment et des fissures de 0,5 à 1 mm sont détectées habituel- lement 8 fois par rouleau formé à partir d'un lingot qui n'a pas subi le laminage superficiel, les fissures des deux catégories sont réduites considérablement à des va- leurs égales à 0 et 4 fois respectivement. La configuration du cylindre de petit diamètre correspond à celle du cylindre à gorge de la figure 5. La distance séparant le cylindre à gorge du lingot est main- tenue à une valeur aussi faible que 2,5 mm afin que la par- tie inférieure du lingot ne puisse pas s'étaler excessive- ment en direction latérale lors de la réduction d'épais- seur du lingot. EXEMPLE 2 Au cours de la production d'un fil étiré d'alumi- nium, la température de coulée étant de 730'C, la tempéra- ture du lingot à la sortie de la roue étant de 5300C, le rayon de la roue, jusqu'au fond de la gorge, étant de 750 mm et la hauteur d'un lingot coulé étant de 40 mm, la déforma- tion correctrice de redressement devient égale à t/2R = 40/750 = 0,53. En conséquence, on utilise à la place des cylin- dres preneurs, un cylindre à génératrice rectiligne (dia- mètre 300 mm) comme cylindre de grand diamètre du côté de la bande d'appui, et un cylindre à gorge (diamètre 100 mm) comme cylindre de petit diamètre du côté du fond de la gor- ge, et on exécute un laminage superficiel avec un rapport de réduction d'environ 10 %. La réduction atteint 4 mm environ au total mais on note qu'elle porte sur 1,5 mm du côté du cylindre de grand diamètre et sur 2,5 mm du côté du cylindre de petit diamètre. Etant donné que le lingot est coulé àune vitesse de 20 cm/s, la vitesse circonférentielle de la roue de cou- lée étant de 20 cm/s, on ne note aucune fissure du côté du lingot qui est tourné vers le fond de la gorge La for- me du cylindre est celle qui est indiquéedans l'exemple 1. En outre, une inspection à l'aide de courants de Foucault réalisée au dernier stade de la fabrication du fil étiré, montre que, alors que des défauts supérieurs à 1,0 mm sont détectés deux fois et des défauts de profondeur comprise entre 0,1 et 1,0 mm sont détectés 5 fois dans la barre de 9,5 mm de diamètre externe fabriquée à partir du lingot qui n'a pas subi le laminage superficiel, les défauts de ces'deux catégories sont réduits de façon considérable, à 0 et 3 fois respectivement. EXEMPLE 3 Au cours de la fabrication d'un fil d'acier, la température de coulée étant de 1600'C, la température du lingot coulé à la sortie étant de 1300'C, le rayon de la roue de coulée, jusqu'au fond de la gorge, étant de 1800 mm et la hauteur du lingot étant de 50 mm, la déformation cor- rectrice de redressement devient égale à 0,014 comme dans l'exemple 1, et un laminage superficiel est effectué sur le lingot comme décrit dans l'exemple 1, avec un rapport de réduction de 2 %. On n'observe pas de fissures du côté du fond de la gorge du lingot coulé, fabriqué dans les mêmes conditions de production que dans l'exemple 1. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée continue, du type dans lequel un métal fondu est coulé dans un moule délimité par une roue rotative de coulée ayant une gorge concave à sa sur- face circonférentielle, et une bande métallique d'appui placée au contact de la surface circonférentielle de la roue de coulée, et le laminage du lingot provenant ainsi de la roue de coulée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend un laminage superficiel du lingot coulé afin qu'il subisse un allongement dû à la réduction d'épaisseur par laminage, la courbure du lingot variant lorsque celui-ci passe de la sortie de la roue de coulée à l'entrée du laminoir. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un cylindre de grand diamètre du côté du lingot coulé qui correspond à la bande métallique d'appui et un cylindre de plus petit diamètre et de forme différente du côté du lingot qui correspond au fond de la gorge de la roue de coulée, les deux rouleaux étant desti- nés à réduire l'épaisseur par laminage superficiel afin que le cylindre de petit diamètre provoque une réduction de l'épaisseur du lingot plus importante du côté du fond de la gorge que de l'autre côté si bien que le lingot su- bit un redressement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport des diamètres des cylindres de grand diamètre et de petit diamètre et de formes diffé- rentes est égal à 1/6 si bien que le rapport de réduc- tion est rendu égal à 1 à 5 fois la déformation t/2R, t étant la profondeur du moule et R le rayon de la roue de coulée jusqu'au fond de la gorge, cette déformation étant provoquée du côté du lingot qui est tourné vers le fond de la gorge, la déformation de la gorge étant due au redres- sement par les cylindres précitésde diamètres différents et de configurations différentes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est destiné à limiterau minimum le redressement du lingot coulé avant la réduction d'épaisseur par les cylindres de réduction superficielle. 5. Appareil de coulée continue de lingots, du type qui comporte un ensemble à roue de coulée et bande d'appui, comprenant une roue ayant une gorge concave à sa surface circonférentielle et une bande métallique d'appui placée au contact de cette surface circonférentielle, et un appa- reil de laminage du lingot coulé, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre de laminage superficiel destiné à redresser le lingot par allongement du côté tourné vers la gorge par application de contrain- tes de compression. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (9, 10) de diamètre re- lativement grand, placé du côté de ia bande métallique d'appui, et un cylindre (4, 5) de plus petit diamètre, de configuration différente, placé du côté tourné vers le fond de la gorge, ces deux cylindres étant destinés à assurer un laminage superficiel. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport des diamètres du cylindre (9, 10) de grand diamètre et du cylindre (4, 5) de plus petit diamètre et ayant une forme différente est compris entre 1 et 6, si bien que le rapport de réduction est compris entre 1 et 5 fois la déformation t/2R, t étant la pro- fondeur du moule et R le rayon de la roue de coulée jus- qu'au fond de la gorge, provoquée par le redressement dû audit laminage Par des cylindres de diamètres différents. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rayon de courbure du lingot coulé (1), entre la sortie (12) d'une roue de coulée (6) et l'entrée des cylindres de laminage superficiel, est rendu à peu près égal au rayon du fond de la gorge de la roue de coulée (6).