Brevet FR2479719A1 — publié le 19811009

La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés aux blocs de rive (également appelés "dam-block") utilisés pour la coulée continue de barres de cuivre destinées en particulier à la production de fils en cuivre. Depuis quelques années, on a développé des installations de coulée continue du cuivre. Parmi ces installations, celles appliquant le procédé "CONTIROD" (marque déposée) ont connu un développement considérable. Ce procédé qui est décrit dans "Metallurgie" nO XVI-février 1976 pp 93-100, comporte l'utilisation d'une lingotière continue Hazelett constituée de deux bandes d'acier sans fin qui forment les parois longitudinales supérieure et inférieure et de deux chaînes de blocs de rives (dam-blocks) formant les parois latérales. Ces blocs de rives qui sont soumis à des contraintes mécaniques et thermiques trés sévères sont réalisés d'une pièce massive en des alliages de cuivre spéciaux ayant subi un traitement de durcissement structural particulier. Il s'agit généralement d'alliages cuivre, nickel, silicium, fer et chrome d'une dureté minimale de 200 HV10 (dureté Vickers sous une charge de 10 kg) pour résister à l'écrasement en service et d'une dureté maximale de 220 HV?O pour éviter une fragilité excessive. De plus, ces alliages doivent être suffisamment conducteurs de la chaleur pour assurer le refroidissement rapide et leur conductibilité thermique, mesurée en terme de conductibilité électrique est d'environ 35 % IACS. Un alliage convenant pour ces applications est par exemple une composition connue et brevetée de la formule suivante Ni : 1,7 à 2,0 % Si : 0,5 à 0,9 % Cr : 0,2 à 0,4 96 Fe : -0,1 à 0,2 %, qui peut subir un durcissement structural par précipitation de Ni2Si. Certains alliages cuivre-béryllium peuvent également convenir à cet usagè. Il est cependant apparu que si les compositions d'alliages et la conception même des blocs de rive permet de satisfaire aux impératifs d'une production continue sans problèmes, les blocs de rives subissaient une usure localisée, notamment aux arêtes des blocs. Cette usure pouvait être la cause d'infiltrations de cuivre liquide entre les blocs jointifs formant les parois latérales de la lingotière mobile, ce qui nécessitait l'arrêt de la production pendant le temps nécessaire à leur remplacement. Il apparaîtra à l'homme de l'art que de telles interruptions de production sont particulièrement onéreuses et que la prolongation de la durée de service des blocs de rives constituerait une amélioration considérable apportée à l'exploitation du procédé de coulée continue. Tous les efforts pour concilier à la fois les critères de résistance mécanique et de conductibilité thermique suffisantes avec une résistance convenable à l'action du cuivre liquide agissant essentiellement par abrasion se sont avérés négatifs. Le perfectionnement apporté selon l'invention consiste en un bloc de rive destiné à la coulée continue de cuivre du type décrit, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une masse de forme et de dimensions appropriées à l'installation à laquelle il est destiné, pourvu d'un revêtement d'une dureté supérieure à celle de la masse sous-jacente. Selon une forme d'exécution particulière de l'invention, la masse du bloc de rive est constituée d'un alliage cuivrenickel-chrome-silicium-fer. Selon une autre forme d'exécution particulière de l'invention, la masse du bloc de cuivre est constituée d'un alliage cuivrebéryllium, pouvant contenir du nickel. La masse du bloc de rive utilisée suivant l'invention peut aussi être constituée d'un alliage cuivre-cadmium de l'une des deux nuances connues, à savoir celles ayant respectivement une conductibilité électrique égale à 90 % ou à 70 % de la conductibilité électrique du cuivre électrolytique. Ces masses sous-jacentes peuvent recevoir soit un revêtement de chrome pur réalisé par électrolyse, soit un revêtement en acier réfractaire poRvant être déposé par une technique connue en soi, par exemple par projection au chalumeau, brasage ou placage. Un moyen plus efficace encore, consiste à enlever par usinage un prisme de section triangulaire (par exemple de 5 mm de côté) à chaque arête de travail du bloc puis à former par le procédé MIG (Metal Inert Gas) en cet endroit de nouvelles arêtes en acier réfractaire. Ce procédé consiste à établir entre la pièce à revetir et un fil en acier réfractaire une différence de potentiel entrainant, par un effèt d'arc électrique, la fusion du fil dont les constituants sont projetés sur la pièce. Il est totalement inattendu que de tels blocs de rives composites puissent résister sans détérioration aux conditions particulières, extrêmement sévères, auxquelles sont exposés les blocs de rives en production. On n'observe notamment aucune décohésion, éclats ou fissurations malgré les efforts mécaniques de compression et d'attaque par le cuivre fondu auquel sont soumis les blocs et leur durée de service est considérablement accrue. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés et des exemples qui suivent se rapportant à un bloc de rive destiné à la coulée continue d'une barre de cuivre dans une machine du type Hazelett. Dans les dessins, les figures 1, 2 et 3 sont respectivement une vue en coupe, en élévation et en plan d'un bloc de rive, tandis que la figure 4 est un graphique indiquant la dureté Vickers HV 10 pour différents types de blocs de rives en fonction d'une température de surchauffe maintenue pendant 1 heure. Ce bloc de rive portant le repère général 1 comporte une gorge 2 recevant un feuillard d'acier (non représenté) fermé en boucle et qui assure la solidarisation des blocs de rives entre eux, les faces supérieures 3 des blocs jointifs constituant les parois latérales de la lingotière continue. Le bloc de rive 1 est constitué d'une masse métallique 5 de bonne résistance mécanique et de bonne conductibilité thermique pourvue d'un revêtement 6 dont la dureté est nettement supérieure à la masse 5 sous-jacente. L'invention sera encore décrite à l'aide des exemples qui suivent et qui illustrent l'invention sans aucun caractère limitatif. Exemple 1 Le corps 5 d'un bloc de rive est constitué d'un alliage de composition nickel : 1,7 à 2 % silicium : 0,5 à 0,9 % chrome : 0,2 à 0,4 % fer : 0,1 à 0,2 %. Il reçoit par électrolyse un revêtement 6 de 0,5 à 4 m de chrome pur. Exemple 2 Le corps 5 d'un bloc de rive est constitué par un alliage de composition nickel : 1,6 à 2,2 % silicium : 0,4 a 0,8 % chrome : 0,3 à 0,6 % fer : 0,1 à 0,2 %. Le revêtement 6 est obtenu par projection au chalumeau d'un acier réfractaire réalisé par les techniques connues, et présente une épaisseur de 0,15 mm à 3 mm. Exemple 3 Un corps 5 d'un bloc de rive de composition : nickel : 1,7 à 2,0 % silicium : 0,5 à 0,9 % chrome : 0,2 à 0,4 % fer : 0,1 à 0,2 %, est doté d'un revêtement 6 constitué d'un alliage de la composition suivante bréyllium: 0,3 à 0,6 % nuckel : 2,2 à 2,7 % cuivre : solde. Exemple 4 Un corps 5 d'un bloc de rive de composition nickel : 1,6 à 2,2 % silicium : 0,4 à 0,8 % chrome : 0,3 à 0,6 % fer : 0,1 à 0,2 % cuivre : solde est doté d'un revêtement 6 constitué d'un acier réfractaire de composition suivante chrome : 29 % nickel : 9 % fer : solde appliqué suivant le procédé MIG en utilisant les conditions ci-après enlèvement de prismes triangulaires de section 5 x 5 mm à chaque arête de travail du bloc établissement d'un arc électrique entre le bloc à ren forcer (arêtes) et un fil de l'acier ci-dessus ayant par exemple 1,5 mm de diamètre intensité du courant : 300 A différence de potentiel : 30 V gaz de protection : argon vitesse d'avancement du fil vers l'arc : 250 mm/min. Le fil est avancé vers le bloc à revêtir jusqu'à ce que l'arc soit amorcé. La distance fil-bloc est en permanence fixée pour maintenir l'existence de l'arc et, par conséquent, assurer la fusion continue du fil. Après rechargement, les surépaisseurs éventuelles sont éliminées par usinage. Les blocs de rive ainsi renforcés ont une dureté VICKERS HV 10 (10 kg de charge) des arêtes de 145-155 après chauffage pendant 1 h à 8000C puis refroidissement à la température-ambiante. Ces valeurs sont supérieures encore à celles obtenues avec les renforcements des exemples 1 à 3. Ceci dénote, par conséquent, une meilleure résistance à la surchauffe et permet donc d'augmenter très considérablement la durée de vie des blocs de rive. Des essais comparatifs en production au moyen de ces damblocks 60 x 50 x 40 mm peuvent se résumer de la façon suivante La durée de vie d'un bloc en Cu-Ni-Si-Cr est 20 x 600 tonnes = 12.000 (ce qui correspond à 20 fois 24 heures; ou 20 entretiens). La durée de vie d'un bloc en Cu-Be est environ 40 x 600 tonnes = 24.000 (40 fois 24 heures; ou 40 entretiens). Les résultats obtenus avec les dam-blocks composites réalisés selon la technique décrite ci-dessus sont comme suit Lors d'essais 3 blocs composites ont été placés dans une chaîne de blocs en Cu-Ni-Si-Cr. Après 8 x 600 tonnes de production environ 4800 tonnes, les chaînes ont été surchauffées accidentellement : tous les blocs en Cu-Ni-Si-Cr ont été détruits par déformation plastique de leurs arêtes et coulée parasite de cuivre entre les blocs. Seuls les 3 blocs composites ont résisté. Ils ont continué à être utilisés jusqu'à 48 entretiens soit 48 x 600 soit environ 30.000 tonnes. Jusqu'à présent, on peut dire que le fait de doter des blocs en Cu-Ni-Si-Cr d'arêtes réfractaires, selon le procédé ci-dessus, a permis au moins (malgré la surchauffe des chaînes) de doubler leur durée de vie. Dans le graphique de la figure 4, on a indiqué la dureté HV 10 (dureté VICKERS)sous 10 kg de charge à différentes températures de surchauffe (temps de maintien à la température considérée de 1 heure). La courbe (1) est celle d'un bloc cuivre-béryllium, la courbe (2) celle d'un bloc cuivre, nickel, silicium, chrome, fer et la courbe (3) d'un bloc composite obtenu selon la technique de l'exemple 4. Le graphique montre qu'au dessus d'environ 6200C la dureté du bloc composite à arêtes réfractaires est supérieure à celle du bloc Cu-Ni-Si-Cr-Fe et au-dessus d'environ 68onc la dureté du bloc composite est également supérieure à celle du bloc en cuivre-béryllium (les températures 620 et 6800C signifient un chauffage à ces températures puis refroidissement à la température ambiante puis mesure de la dureté). Dans la présente description, les pourcentages se rapportent à des pourcentages en poids. il doit être bien entendu que des impuretés aux teneurs habituelles peuvent être également présentes. Bien qu'on ait décrit les formes d'exécution particulièrement préférées de l'invention, il doit être bien entendu que des variantes et modifications sont possibles tout en restant dans le cadre de l'invention. Revendications 1. Bloc de rive destiné à la coulée continue de cuivre, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une masse de forme et de dimensions appropriées à l'installation à laquelle il est destiné, pourvu d'un revêtement d'une dureté supérieure à celle de la masse sous-jacente. 2. Bloc de rive selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse du bloc de rive est constituée d'un alliage cuivre-nickel-chrome-silicium-fer. 3. Bloc de rive selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse du bloc de cuivre est constituée d'un alliage cuivre-béryllium, pouvant contenir du nickel. 4. Bloc de rive selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse du bloc de rive est constituée d'un alliage cuivre-cadmium. 5. Bloc de rive selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la masse sous-jacente du bloc de rive est pourvue d'un revêtement de chrome pur réalisé par électrolyse. 6. Bloc de rive selon l'une quelconque des revendications 7 à 3 caractérisé en ce que la masse sous-jacente du bloc de rive est pourvue d'un revêtement d'acier réfractaire. 7. Bloc de rive selon la revendication 6 caractérisé en ce que le revêtement d'acier réfractaire a été déposé par une technique connue en soi, notamment par projection au chalumeau1 brasage ou placage. 8. Bloc de rive selon la revendication 6 caractérisé en ce que le revêtement d'acier réfractaire a été~déposé par enlè- vement aux arêtes du bloc à renforcer d'un prisme de section triangulaire et remplacement de la partie enlevée par projection d'un acier réfractaire amené à la fusion par un arc électrique créé entre le bloc et un fil d'acier réfractaire. 9. Bloc de rive selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'acier réfractaire utilisé contient 29 % de chrome et 9 % de nickel. 10. Application des blocs de rives selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la coulée continue d'une barre de cuivre dans une machine du type Hazelett.