Brevet FR2505690A1 — publié le 19821119

-1 - PROCEDE ET DISPOSITIF DE COULEE CONTINUE SUR ROUE A GORGE Le procédé et le dispositif, qui font l'objet de l'invention, concer- nent de la façon la plus générale la coulée continue des métaux sur roue. Ce procédé et ce dispositif permettent la coulée continue de métaux ou alliages sous forme de barres ou de bandes Ce procédé s'applique à une très large gamme de métaux ou alliages Bien qu'il puisse être uti- lisé efficacement pour la coulée de métaux à relativement bas point de fusion tels que l'aluminium, il convient particulièrement bien pour la coulée des métaux à point de fusion élevé tels que le cuivre et ses alliages et, surtout, l'ensemble des alliages ferreux, aciers ordinai- res, alliés, inoxydables,réfractaires Il convient aussi à la coulée d'autres métaux ou alliages réfractaires tels que les superalliages. La description et les figures ci-après permettent de mieux comprendre les caractéristiques du procédé qui fait l'objet de l'invention. Figure 1 dispositif connu de coulée continue sur roue avec fermeture de la jante par un ruban métallique sans fin. Figure 2 détail de la roue de la figure 1. Figure 3 ensemble comprenant le dispositif de la figure 1 et une installation de laminage continu qui lui-est associée de façon connue. Figure 4 dispositif de coulée continue sur roue, également connu, dans lequel le ruban métallique s'enroule sur des poulies de renvoi. Figure 5 dispositif de coulée continue sur roue avec fermeture de la jante par des volets suivant l'invention. Figure 6 vue de la jante de la roue de coulée et d'un volet, suivant l'invention, en position de fermeture. Figure 7: vue d'un volet, suivant l'invention, en position d'ouverture. Figure 8: détail d'un volet, suivant l'invention, en appui sur la jan- te de la roue de coulée. Figure 9: vue du mode d'accrochage suivant l'invention, des volets les uns aux autres. -2- Le brevet FR 981 897 décrit un procédé de coulée continue sur roue. Les figures 1 et 2 permettent de comprendre les caractéristiques de ce procédé maintenant bien connu Une roue ( 1), entraînée en rotation à vitesse lente par un moteur non représenté, comporte une jante creuse ( 2) dans la gorge ( 3) de laquelle un dispositif d'alimentation ( 4) permet d'introduire en ( 5) le métal liquide au moyen d'une busette. Un ruban métallique sans fin ( 6) s'enroule sur la roue de coulée et sur une roue libre ( 7) disposée dans le même plan Cette roue libre est montée sur un bras oscillant ( 8) qui joue le rôle de tendeur Le ruban est ainsi plaqué sur les bords ( 9) de la jante de la roue ( 1) et empêche donc le métal coulé en ( 5) de sortir de la gorge La jante est refroidie par circulation d'eau dans l'espace ( 10), ce qui permet une solidifica- tion rapide du métal dans la gorge Cette eau est introduite par l'axe de la roue en ( 11) puis envoyée dans l'espace ( 10) à travers deux rayons diamétralement opposés ( 12) et ( 13) Le retour de l'eau s'effec- tue par deux autres rayons ( 14) et ( 15) et à travers l'axe de la roue en ( 16) La roue tourne dans le sens de la flèche et le serrage du ru- ban métallique sur la janpte est tel qu'il ne se produit pas de glis- sement notable La vitesse de solidification du métal dans la gorge - est relativement rapide et la barre solidifiée ( 17) est extraite en con- tinu de la gorge à l'endroit o le ruban métallique se décolle de la jante pour aller s'enrouler sur la roue ( 7) On voit que la barre ( 17) formée ainsi de façon continue doit être déviée par rapport au plan de symétrie de la jante ( 2) d'une quantité suffisante pour permettre de la faire sortir de l'espace délimité par les roues ( 1) et ( 7) et le ru- ban ( 6) sans heurter ce dernier Une telle déviation ne présente pas de difficultés particulières dans le cas de barres de faible section en un métal de dureté limitée Elle est, par contre, plus difficilement réa- lisable lorsqu'il s'agit de barres de forte section ou de bandes rela- tivement larges, ou encore, de métaux ou alliages durs. La figure 3 représente, toujours d'après l'enseignement du même brevet cité ci-dessus, la barre ( 17) extraite de la roue de coulée ( 1) qui est ainsi déviée de son plan de sortie puis envoyée vers une installation de laminage continu ( 18). -3- Afin de remédier à l'inconvénient de cette déviation de la barre, le FR 1 178 580 propose de faire circuler le ruban ou bande, qui assure l'obturation de la jante, non pas sur une seule roue libre, jouant le rôle de tendeur, mais sur, au moins, deux roues libres. On voit, à la figure 4, une disposition proposée dans ce brevet, dans laquelle le ruban métallique sans fin ( 19), qui assure la fermeture de la jante creuse ( 20) de la roue de coulée ( 21), s'enroule sur deux poulies de renvoi ( 22) et ( 23) et une poulie de tension ( 24) Par ail- leurs, des rouleaux d'appui ( 25) et ( 26) permettent d'améliorer le contact entre le ruban métallique et les bords de la jante De plus, pour améliorer le refroidissement du ruban métallique, un support mobi- le ( 27) est pourvu de moyens d'arrosage ( 28) qui projettent l'eau sur la face apparente du ruban. De nombreuses modifications au procédé de coulée continue sur roue, qui vient d'être décrit, ont été proposées Cependant, l'expérience a mon- tré que, si ce procédé s'adapte bien à la coulée continue de métaux à relativefient bas point de fusion, tels que l'aluminium, il est beaucoup plus difficile à mettre en oeuvre dans le cas o on désire effectuer la coulée de métaux à point de fusion beaucoup plus élevé tels que le cui- vre ou encore tels que l'acier Il devient alors de plus en plus diffi- cile d'assurer un refroidissement satisfaisant du ruban métallique qui assure la fermeture de la jante Pour des raisons de caractéristiques mécaniques, ce ruban est généralement réalisé en acier, et si son re- froidissement est insuffisant, il risque, d'une part, d'être attaqué par le métal liquide qui vient à son contact et, d'autre part, de per- dre par recuit une partie de ses caractéristiques de résistance méca- nique Par ailleurs, les efforts de torsion alternée auxquels ce ruban est soumis sont une cause de fissuration transversale, au bout d'un temps qui peut être court et, enfin, l'arrosage du ruban sur sa face externe-; pratiquement nécessaire dans tous les cas, n'est pas dépourvu de risque Il peut arriver, en effet, que l'eau ainsi projetée vienne en contact avec le métal liquide qui est coulé dans la jante On risque alors de voir se produire des explosions qui provoquent, dans la plu- part des cas, la rupture du ruban métallique et peuvent aussi endomma- ger très sérieusement la roue de coulée. -4- Enfin, un sérieux défaut des produits obtenus par coulée de barres sur jante de roueavec obturation par ruban métallique, est l'existen- ce de deux angles vifs sur le produit solidifié à l'endroit o les deux bords du ruban se raccordent aux parois latérales de la jante. Ces angles vifs sont une cause de défauts et, très souvent, il est nécessaire de faire subir à la barre qui est extraite de la jante, un ébarbage avant de la faire passer dans le laminoir. On a alors recherché la possibilité d'étendre les applications de la coulée sur roue à toutes sortes de métaux ou alliages et, en particu- lier, à ceux à haut point de fusion, en s'affranchissant des limita- tions actuellement imposées à l'utilisation de cette méthode de cou- lée, en particulier par les moyens d'obturation de la jante dont on dispose. Le dispositif et le procédé suivant l'invention permettent précisément de s'affranchir de ces limitations. Le dispositif suivant l'invention est constitué par une roue de coulée comportant une jante à gorge dont l'obturation est assurée par des vo- lets mobiles articulés sur la roue, l'ouverture ou la fermeture de ces volets étant commandées par des moyens de commande qui permettent la fermeture des volets dans la zone d'introduction du métal liquide et leur ouverture dans la zone d'extraction de la barre ou de la bande so- lidifiée Les volets comportent un moyen de refroidissement par circula- tion interne d'eau et, de plus, des moyens de serrage assurent le pla- quage des volets sur la jante de la roue avec une pression suffisante. Enfin, des moyens de liaison permettent de solidariser les volets les uns avec les autres. De façon beaucoup plus détaillée, on va décrire maintenant un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 5 représente une roue de coulée ( 29) entraînée par un moteur non représenté, qui tourne dans le sens de la flèche et dont la jante ( 30) est équipée de volets mobiles tels que ( 31) Comme le montre cette figure, les volets ( 31) sont en appui sur les bords de la jante dans -5une zone angulaire située entrele point d'introduction du métal liquide dans la gorge par un-moyen d'alimentation ( 32) jusqu'à un point proche de celui o la barre ou la bande solidifiée ( 33) est extraite de la gorge par un moyen convenable tel que les rouleaux de guidage ( 34). Dans toute la zone qui s'étend entre le point d'extraction de la barre solidifiée et le point d'introduction du métal liquide, les volets sont en position d'ouverture et disposés de façon à ne pas géner le fonction- nement du moyen d'extraction, et à ne pas faire obstacle au passage de la barre ou de la bande solidifiée qui est généralement dirigée vers des moyens de réduction par exemple par laminage, et à ne pas faire obsta- cle non plus au fonctionnement du moyen d'alimentation en métal liquide. Une particularité essentielle de l'invention est que les volets mobiles ( 31) sont liés mécaniquement à la roue de coulée et que chacun d'eux conserve le long de la jante de celle-ci, un emplacement déterminé Des crochets de liaison ( 35), représentés de façon schématique sur la figure , assurent le maintien des volets les uns contre les autres, pour éviter toute fuite de métal liquide à travers un éventuel espace entre deux volets adjacents Par ailleurs, comme on le verra plus loin de fa- çon détaillée, une rampe fixe ( 36) entoure la roue de coulée dans toute la région angulaire o les volets doivent rester fermés, et assure le plaquage de ceux-ci sur le rebord de la jante par l'intermédiaire d'un moyen de serrage classique. On voit sur la figure 6, de façon détaillée, un mode avantageux de ré- alisation des volets suivant l'invention. La roue de coulée ( 29), qui-est représentée en coupe partielle suivant un plan parallèle à l'axe, comporte une jante ( 30) pourvue d'une gorge ( 37) destinée à recevoir le métal liquide et à permettre sa solidifica- tion Cette jante est refroidie par une circulation d'eau qui a lieu de façon connue dans l'espace annulaire ( 38 et qui est entretenue par un système d'arrivée et de départ d'eau, qui s'effectue par exemple à tra- vers l'axe de la roue qui est creux et comporte de façon connue, les liaisons nécessaires avec le réseau extérieur Le volet ( 39) est un en- semble qui s'articule au moyen d'un bras ( 40) sur l'axe ( 41) qui est Y- lui-même fixé dans une chape liée rigidement à la structure de la roue -6de coulée au voisinage de la jante Le bras ( 40) est prolongé au-delà de l'axe ( 41) par un levier ( 42) sur lequel est fixé un galet ( 43). On comprend qu'en appliquant sur le galet des forces dirigées soit vers le haut (flèche A), soit vers le bas (flèche B), on agit sur le levier ( 41) qui, soit maintient le volet ( 38) en appui sur les bords de la jante ( 30) par sa plaque de fermeture ( 45), soit, au contraire, le sou- lève. On voit, figure 7, le volet ( 39) en position ouverte, l'espace au- dessus de la gorge de la jante est alors complètement dégagé, ce qui permet d'engager dans cette gorge, dans des zones déterminées, des moyens d'extraction de la barre solidifiée ou un moyen d'introduction du métal ou alliage liquide. Dans la pratique, l'ouverture et la fermeture de chaque volet sont pro- voquées pour une position angulaire très bien déterminée par rapport au bâti, comme on le voit figure 7, au moyen de rampes fixes ( 44) solidai- res du bâti sur lequel est montée la roue de coulée Le profil de ces rampes est conçu pour déplacer les galets ( 43) vers le haut ou vers le bas suivant l'angle voulu. On conçoit qu'il est absolument nécessaire d'obtenir une fermeture étanche de la gorge pour éviter toute fuite de métal liquide qui serait une cause de perte de métal et, surtout, de' défaut de surface Pour celà, il est possible, de façon complémentaire, d'améliorer le centrage des volets par rapport aux jantes et aussi d'assurer, d'une part, un'serrage avec une pression suffisante du volet sur la jante et, d'autre part, un maintien des volets successifs les uns contre les autres grâce à un moyen de liaison tel que des crochets. On voit sur la figure 8 que la plaque de fermeture ( 45) du volet figurée en coupe, est centrée par rapport à la jante ( 30) au moyen de goupilles de centrage, telles que ( 46) Ces goupilles reliées à la plaque de fer- meture ( 45) pénètrent au moment du basculement du volet, lorsqu'il vient en appui sur la jante ( 30),dans des logements tels que ( 47) ména- gés dans cette jante De cette façon, la plaque de fermeture ( 45) est -7mise en place de façon reproductible chaque fois qu'elle vient en appui sur la jante ( 30) Par ailleurs, afin d'assurer un serrage constant de cette plaque de fermeture sur la jante, un moyen de serrage élastique est utilisé. Comme le montre la figure, chaque volet comporte un bottier ( 48) à l'intérieur duquel la plaque de fermeture est fixée élastiquement par des ressorts tels que ( 49) A la partie supérieure, le boîtier comporte des rouleaux tels que ( 50) Après fermeture de chaque volet, au voisina- ge du point de remplissage de la gorge par le métal liquide, les volets s'engagent dans un espace délimité par une rampe fixe annulaire ( 36) concentrique à la roue contre laquelle les rouleaux ( 50) viennent rou- ler La distance entre la rampe et la jante de la roue de coulée est calculée de façon que les ressorts ( 49) soient comprimés par l'intermé- diaire des rouleaux ( 50) La plaque de fermeture est ainsi appliquée contre la jante avec une force suffisante Ce mode de réalisation per- met d'absorber les dilatations et des surépaisseurs évrentuelles provo- quées par des débordements de l'acier. Comme le montre également la figure 8, chaque plaque de fermeture est équipée d'un moyen de refroidissement interne ( 51) Comme on fait ap- pel le plus souvent à l'eau comme fluide de refroidissement, on voit que l'utilisation de volets articulés directement sur la roue de coulée permet une alimentation en fluide extrêmement facile à partir de la roue elle-même qui, elle, est alimentée sans difficulté grâce à des en- trées et sorties de fluide au niveau de son axe. Comme le montrent les figures 6 et 8, la plaque de fermeture ( 45) com- porte une double paroi à l'intérieur de laquelle des passages d'eau ( 51) sont ménagés Des raccords d'entrée et de sortie d'eau ( 52) et ( 53) figures 6, 7, 8 et 9, sont reliés par des tubes de liaison flexibles, par exemple en élastomère, symbolisés en ( 54), à des entrées et sorties d'eau correspondantes telles que ( 55-56), ménagées sur la face latérale de la roue de coulée non loin du point de fixation de l'axe de bascule- ment ( 41) La longueur de ces tubes de liaison est déterminée de façon à ne pas faireobstacle au basculement du volet Enfin,-un système d'ac- crochage des volets successifs les uns aux autres est représenté figure Z 2505690 8- 9 On voit que chaque volet comporte un crochet ( 57) articulé autour d'un axe ( 58) qui est susceptible de s'accrocher à un tenon ( 59) L'ou- verture et la fermeture du crochet sont commandées par un galet ( 60) qui est soulevé ou abaissé Dar des butées convenablement disposées Le moyen de liaison ainsi réalisé permet d'éviter les fuites de métal li- quide entre les plaques de fermeture. L'utilisation des volets de relativement petites dimensions, et de structure compacte, articulés séparément sur la roue de coulée elle- même, permet d'utiliser, pour la plaque de fermeture, les métaux les plus appropriés à supporter un contact direct avec le métal qu'il s'agit de couler C'est ainsi qu'il sera possible d'utiliser, pour réa- liser la plaque de fermeture, des métaux à grande chaleur spécifique et/ou grande conductivité thermique, tels que l'aluminium, le magné- sium, le cuivre, l'argent ou encore certains alliages de ces mé- taux Le plus souvent, on préférera réaliser la plaque de fermeture dans le même métal que la jante, c'est-à-dire dans bien des cas, en cuivre ou en alliages à halte teneur en cuivre Dans bien des cas, seule la face de la plaque de fermeture, qui est en contact avec le métal liquide, sera réalisée en métal à haute conductivité La deuxième paroi, ou paroi extérieure de la plaque, pourra être réalisée en un mé- tal de résistance mécanique beaucoup plus élevée Grâce à un refroidis- sement énergique par fluide de la plaque de fermeture, on n'observe pratiquement pas de déformation dûe à des phénomènes de dilatation dif- férentielle Les dimensions des plaques de fermeture sont calculées de façon à tenir compte de la dilatation de la jante en cours d'utilisa- tion afin d'éviter les fuites de métal liquide. Le mode de réalisation prévu pour la fermeture de la roue de coulée permet d'envisager une très importante modification du profil des bar- res ou des bandes coulées par ce procédé En effet, dans la coulée sur roue classique avec fermeture de la gorge par un ruban métallique, l'angle formé entre la face intérieure du ruban métallique et les pa- rois latérales de la gorge est d'environ 800 Ceci résulte de la né- cessité d'une dépouille d'environ une dizaine de degrés pour pouvoir sortir la barre de la gorge De plus, il ne peut y avoir d'arrondi au sommet de cet angle qui est donc vif Par ailleurs, au fur et à mesure -9de l'usure des parois de la gorge, il risque de se produire de petites infiltrations de métal liquide entre le ruban et le bord de la jante qui sont une raison supplémentaire pour effectuer un ébarbage. Dans le cas, au contraire, de la présente invention, grâce à la rigidité des plaques de fermeture qui sont pratiquement indéformables, on peut donner à la face de ces plaques, qui est en regard de la jante, un pro: fil complémentaire de celui de la gorge. Sur la figure 8, on voit une telle plaque de fermeture ( 45) qui présen- te des arrondis ( 61) et ( 62) grâce auxquels la barre qui sera coulée dans la jante, comportera seulement des arêtes arrondies et pourra donc être laminée dans des conditions particulièrement favorables. Le raccordement entre la plaque de fermeture et la jante est ainsi réa- lisé sur les faces latérales de la barre et, grâce aux dispositifs de centrage qui sont utilisés, on n'observe pas de déplacement transversal relatif de cette plaque de fermeture par rapport à la jante. L'invention concerne, non seulement, le dispositif de coulée qui vient d'être décrit, mais aussi un procédé de coulée sur roue de métaux o alliages à haut point de fusion tels que le cuivre et ses alliages, les aciers et les autres métaux ou alliages à haut point de fusion. Ce procédé permet, grâce à la fermeture de la jante dans la zone de coulée, au moyen de volets refroidis par circulation d'un fluide tel que l'eau, d'obtenir une solidification très rapide des métaux ou al- liages coulés. Ceci réduit ainsi les risques de ségrégation et permet d'obtenir des structures de métal brut de coulée à grain particulièrement fin Ce procédé permet également d'obtenir des barres coulées dont la section ne présente pas d'angles vifs, ce qui évite les risques de replis, et peut même se rapprocher du rond. Différents moyens d'alimentation en métal liquide de la roue de coulée peuvent être envisagés suivant les cas On peut utiliser, en particu- -10- lier, des busettes ou encore des canaux à niveau sensiblement constant. Dans le cas de la coulée de métaux oxydables tels que le cuivre, on pourra mettre en atmosphère contrôléele moyen d'alimentation en métal liquide. De très nombreuses variantes du dispositif suivant l'invention peuvent être réalisées, qui font partie de l'invention. s -11- REVENDICATIONS 1 / Dispositif pour la coulée continue de métaux ou alliages sous forme de barre ou de bande comportant une roue de coulée ( 29) pour- vue d'une jante ( 30) à gorge ( 37) dans laquelle on introduit le mé- tal liquide, caractérisé en ce que l'obturation de la jante est assu- rée par des volets mobiles ( 31-39) qui accompagnent la roue dans sa rotation. 20/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les volets ( 31-39) comportent une double paroi ( 51) pour circulation interne d'un fluide tel que de l'eau. / Dispositif suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que un moyen de serrage élastique ( 49) assure le serrage des volets sur les bords de la jante. / Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des moyens de liaison ( 57) assurent le serrage des volets les uns contre les autres. / Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face de la plaque de fermeture ( 45) en regard de la jan- te présente un profil complémentaire de celui de la gorge de la jante avec des arrondis au moins au niveau du raccordement entre cette pla- que et les deux bords latéraux de la gorge ( 61-62). 6 / Procédé continu de coulée sur roue de métaux ou alliages à haut point de fusion, tels que le cuivre et ses alliages, les aciers ordi- naires, alliés ou inoxydables, ainsi que les superalliages et cer- tains métaux ou alliages réfractaires, caractérisé en ce que le métal ou alliage liquide est introduit par exemple au moyen d'une b sette ou d'un canal de coulée, dans une cavité de moulage constituée par une gorge réalisée dans la jante de la roue et fermée par des volets mobi- les-indéformables, suivant l'une des revendications 1 à 5. / Procédé suivant revendication 6, caractérisé en ce qu'on réalise -12- des barres ou bandes présentant des arêtes arrondies. 8 / Barres ou bandes à arêtes arrondies obtenues par coulée continue sur roue - ' z 1 r 1 - -k '