Brevet FR2515544A1 — publié le 19830506

L'invention concerne une installation de coulée en continu de produits, notamment de métaux tels que des alliages de cuivre. Il est connu de couler en continu des métaux, et notamment des alliages de cuivre, à l'aide d'une installation (figure 1) alimentée par un creuset 1 contenant le métal en fusion. Ce creuset 1 comporte un orifice de coulée débouchant dans une filière en graphite 2, de section par exemple rectangulaire, munie d'éléments de refroidissement 3, par exemple à circulation de fluide réfrigérant. Le métal en fusion, qui est progressivement refroidi dans la filière 2 par les éléments 3, peut alors être tiré sous la forme d'un ruban 4. La vitesse de travail d'une telle installation dépend des possibilités de refroidissement de l1ensemble formé par la filière 2 et les éléments 3. En effet, on ne peut tirer sur un ruban 4 que si celui-ci présente une résistance suffisante, c'est-à-dire lorsque celui-ci est suffisamment refroidi. On utilise généralement deux types de filières (figures 2, 3). Le premier type de filière est composé de deux demi-coquilles en graphite 21 - 21 usinées de façon à former le passage 22 pour le ruban de métal. Les deux demi-filières 21 sont bloquées entre les éléments de refroidissement 3, fixés l'un à l'autre par des tirants ou moyen d'assemblage 5. En plus des défauts explicités ci-dessus, cette solution nécessite un usinage coûteux des filières. La seconde forme de filière utilisée actuellement (figure 3) est composée de deux plaques 23, séparées par des éléments d'écartement 24, de façon à former le passage 22 pour le métal. L'ensemble ainsi constitué est, comme précédemment, bloqué entre deux éléments de refroidissement 3 reliés par des tirants 5. Cette solution est plus avantageuse que la précé- dente, puisqu'il n'y a pas à usiner de filières de forme relativement complexes dans le graphite. Comme la vitesse de fonctionnement de l'installation dépend de l'échange de chaleur entre le canal 22 de la filière et les éléments 3, il est indispensable que les surfaces des filières 21, 23 et des éléments de refroidissemens 3 soient aussi bien en contact q possible. Malheureusement (figure 4), les éléments 23 ( 21) de la filière tendent à fléchir (figure 4). Ce fléchissement est essentiellement da à la dilatation résultant du gradient de température à l'intérieur des éléments de graphite. Or, du fait de cette forme bombée, les éléments 23 (ou 21) se décollent des éléments 3 en formant un intervalle d'air 6. Cet intervalle d'air 6 réduit, de façon considérable, l'efficacité de l'échange thermique et, par suite, la vitesse de fonctionnement de l'installation. Une solution déjà proposée a consisté à réaliser des éléments 23 (21) présentant une courbure inverse de celle représentée à la figure 4. Une fois mis en place, ces éléments 23 devraient s'appliquer étroitement contre les éléments 3. Or, outre que cette solution est extrêmement onéreuse, du fait de la forme complexe et, par suite, de l'usinage délicat des éléments de filière 23, cette solution ne donne pas les résultats escomptés. Il est connu de bloqueur les éléments 23 contre les éléments 3 par collage, ou mieux, par vissage. Or cette dernière solution, qui permet de réaliser une liaison plus efficace que le collage, présente néanmoins des inconvénients graves car il faut usiner des taraudages dans les éléments en graphite qui, de plus, pour ne pas être fragiles, doivent être plus épais. De plus, il est nécessaire de percer les éléments 3 pour le passage des tiges filetées. Le montage et le démontage deviennent également plus complexes et plus longs. Un autre problème lié à la coulée en continu est celui du retrait. En effet, avec une filière à section correspondant à la figure 6A, on obtient un produit dont la section correspond à la figure 6B (dans cette figure, la concavité dans la partie centrale a été fortement exagérée). Les bords 41, 41 de la bande 4 correspondent à la forme de la filière alors que, au milieu de cette section, les parties 42, 42 sont concaves ; cela résulte de la différence de température entre les extrémités de la bande et son centre. Cet effet de concavité est accentué de façon cumulative, d'une part, parce que les filières en graphite présentent les conditions d'échange calorifiques les plus mauvaises vers le centre, du fait de leur contact relativement mauvais avec les éléments de refroidissement, et, d'autre part, à cause de la déformation des éléments de filière (voir figure 4). La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une filière de coulée en continu, notamment pour la coulée d'un alliage de cuivre, permettant de couler des rubans d'épaisseur parfaitement régulière, et à une vitesse de coulée importante. A cet effet, l'invention concerne une installation de coulée en continu, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens créant des moments de flexion appliquant les parties de filière contre les faces correspondantes des éléments de refroidissement, et notamment des moyens exerçant des efforts de compression sous le plan de la fibre neutre transversalement à la filière pour appliquer, par réaction, les éléments constituant la filière contre les éléments de refroidissement sur toute la surface possible de contact. Grâce à la précontrainte latérale des parties de la filière de coulée en continu, on applique parfaitement le dos de ces parties de filière contre les éléments de refroidissement, pour assurer un refroidissement efficace des éléments de la filière. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces de contact des éléments de refroidissement sont bombées de façon concave. En réalisant ainsi des éléments de refroidissement de forme légèrement concave, on améliore encore le contact entre les parties de la filière et les éléments de refroidissement et on compense la forme creuse de la bande. Cette solution ne présente pas de difficulté particulière, puisque les pièces d'usure sont les éléments constituant la filière, et les éléments de refroidissement ne subissent aucune usure. Or, les éléments de la filière sont toujours constitués par des éléments plans, simplement soumis à des contraintes latérales. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces concaves des éléments de refroidissement sont constituées par l'assemblage de surfaces élémentaires séparées par des parties en retrait formant des canaux recevant un fluide d'échange de chaleur. On améliore la répartition des efforts a l'inti rieur des éléments plans constitutifs de la filière puisqu'or réalise un appui en trois points. Cette solution a également l'avantage de simplifier la fabrication de l'élément de refroidissement, puisque les trois surfaces de contact sont des surfaces planes. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue, en coupe schématique, d'une installation connue de coulée en continu d'un alliage de cuivre - la figure 2 est une vue en coupe transversale, d'un premier mode de réalisation d'une filière de coulée en continu, connue ; - la figure 3 est une vue, en coupe transversale, d'un autre mode de réalisation d'une filière de coulée continue selon l'art antérieur ;; - la figure 4 est ùn schéma explicatif de la déformation des éléments constitutifs de la filière sous l'effet des contraintes thermiques - la figure 5 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un élément constitutif d'une filière à courbure inverse - lss figur 6A, 6B représentent respectivement une vue en coupe théorique d'un produit réalisé en coulée continue et une vue en coupe dd produit obtenu, les déformations ayant été exagérées - la figure 7 est un schéma de principe de deux installations l'une à droite, l'autre à gauche. - les figures 8, 9, 10 sont des schémas explicatifs de la figure 7 - la figure ll est un schéma d'un autre mode d'application d'un moment de flexion. - les figures 12A, 12B montrent une variante de réalisation de l'invention - la figure 13 est un schéma de principe d'une autre variante de l'invention - les figures 14, 15 montrent deux modes de réalisation de la variante selon la figure 13. Selon la figure 7, l'installation selon l'invention qui est représentée en coupe schématique au niveau de la filière, est composée d'éléments de refroidissement 3, appliqués contre les parties 23 de la filière, les parties 23 étant ellesmêmes séparées par des éléments d'écartement 24 de façon à définir une filière, par exemple de section rectangulaire. L'installation comporte des moyens permettant d'exercer des moments de flexion, par exemple des moyens de compression 25 agissant sur les bords des parties de filière 23 pour exercer des efforts de compression F, du côté opposé à celui des éléments de refroidissement 3, par rapport au plan 26 de la fibre neutre dans chaque partie de filière 23. La figure 8 montre l'action des moyens de compression 25 sur une partie 232 de la filière. De façon schématique la résultante F, des efforts de compression exercés sur les faces latérales 231 de la partie 23, doit être appliquée sur la zone 232 de chaque face latérale 231 située par rapport au plan de la fibre neutre 26, du côté opposé de la face 233 d'appui de la partie 23 contre la surface de contact de son élément de refroidissement 3. La distance d entre la fibre neutre et la ligne de la résultante F permet de calculer le moment M = F x d exercé sur la partie 23 et tendant à faire fléchir cette partie 23 comme l'indique la figure 9. Comme (figure 10) l'élément de refroidissement 3 s'oppose au fléchissement de la partie 23, les forces fi réparties, à la distance di de chaque élément d'écartement 24 formant un appui sont tells que M = z Mi soit F x d = E fixdi Or, le calcul montre que ces forces d'appui fi (ou les réactions correspondantes) diminuent à mesure que di augmente et qu'il existe une zone médiane Z dans laquelle les efforts sont nuls. La figure ll montre comment créer des moments de flexion en exerçant des efforts F1 sur les extrémités des par- ties de filière 23, situées au-delà des éléments d'écartement 24. Selon la figure l2A, une première solution pour arriver à une meilleure répartition des efforts et, par suite, une meilleure application de la partie 23 contre l'élément de refroidissement, on réalise un élément 3' à courbure ;-oncaee La figure 12 re une fili des parties 3', concaves. Une autre solution pour répartir différemment les efforts est représentée aux figures 13, 14, 15. Selon la figure 13, l'élément de refroidissement 3" a une face d'appui pour la partie 23 qui comporte des zones latérales 31 pour s'appuyer sur la partie 23 au droit des éléments d'écartement 24, une zone centrale 33 et des cavités intermédiaires 32. Dans ces conditions, les efforts fi (ou les réactions) ne s'exercent principalement que dans la zone 33, ce qui est une garantie d'une bonne application entre les pièces 23 et 3", puisqu'aucun contact n'est possible ailleurs que dans les zones 31, 33, 31. Les cavités 32 peuvent recevoir un fluide bon conducteur de chaleur tel que de l'hydrogène ou de l'hélium ou encore du mercure. La figure 14 montre une variante de la figure 13 dans le cas d'un élément de refroidissement 3"'à surface de contact concave. Cette surface comporte des zones d'appui 34, 36, 34 aux bords et au milieu ainsi que des cavités 35 remplies de fluide conducteur (hydrogène, hélium, mercure). Cette solution combine les avantages des zones d'appui et de la surface concave. La figure 15 montre une solution particulièrement avantageuse à réaliser. En effet, l'élément de refroidissement 3présente une face concave obtenue par trois segments de droites 37, 38, 37. Comme la partie 23, soumise aux efforts de compression, se courbe de façon continue, il subsiste des cavités 39 entre le contour polygonal 37, 38, 37 et le contour à courbure continue de la partie 23. Comme précédemment, ces cavités 39 peuvent recevoir un fluide conducteur de la chaleur. Cette dernière solution est particulièrement inté- ressante pour sa réalisation et son utilisation. Sa réalisation est simple puisqu'il suffit de faire dans la partie 3IV une cavité dont la section a une forme polygonale (dont le nombre de segments n'est pas limité à trois). L'efficacité de cette solution est également très grande du fait à la fois des zones d'appui et de la forme en cône des cavités. De plus, les formes concaves des surfaces des éléments de refroidissement et, par suite, des parties des filières, permettent de compenser la forme creuse de la bande et qui est normalement due au retrait. De façon générale et en variante à la figure 11, les moments de flexion créés, par des efforts de compression exercés à l'extérieur des éléments d'écartement 24 peuvent par exemple être obtenus par la mise en place de cales entre les extrémités des parties de filières 21, 23 et la face correspondante des éléments 3, au-delà des éléments d'écartement 4, en exerçant un effort de traction par les tirants 5. Suivant une autre variante non représentée, les moyens créant des moments de flexion sont des moyens permettant d'injecter un composant réagissant au moins avec une partie de la couche, sur une certaine profondeur pour provoquer un allongement de cette couche et par suite un moment tendant à faire fléchir la partie de filière. REVEND I CA T IONS 10) Installation de coulée en continu, notamment de métaux tels que d'un alliage de cuivre, installation comportant une filière de coulée, en graphite, bloquée entre des éléments de refroidissement (3), cette filière étant composée d'au moins deux parties (21, 21, 23, 24), installation caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens créant des moments de flexion appliquant les parties de filière (21, 23) contre les faces correspondantes des éléments de refroidissement (3). 20) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens créant des moments de flexion sont des moyens exerçant des efforts de compression sur les faces latérales (231) des parties (21, 23), sur une zone (232) de ces parties latérales situées du coté opposé de la surface (233) de contact avec les éléments de refroidissement, par rapport au plan de la fibre neutre de la partie (23) pour appliquer chaque partie (21, 23) de la filière contre la surface de contact (31) de l'élément de refroidissement (3) correspondant. 30) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de contact de l'élément de refroifissement (3) pour la partie de filière (23) est concave. 40) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de l'élément de refroidissement (3", 3"') comporte des zones d'appui (31, 34) latérales et une zone d'appui (33, 36) médiane pour la partie (23) de la filière. 50) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les zones d'appui (31, 34, 33, 36) sont séparées par des cavités (32, 35) contenant un fluide conducteur thermique. 60) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface concave d'appui de l'élément (3il) a une section polygonale. 70) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens exerçant des efforts de compression sur les parties de filière à l'extérieur des éléments d'écartement (24). 8 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens créant des moments de flexion sont des moyens pour injecter dans la couche des parties de filière (23), située du coté de l'interface filière/éléments de refroidissement, un composant dilatant cette couche.