Brevet FR2534164A1 — publié le 19840413

La présente invention est relative à un procédé et à un appareillage pour la coulée continue de feuilles métalliques dont les dimensions et en particulier la largeur doivent respec- ter des tolérances très strictes. La coulée continue a déjà été employée pour la fabri- cation de tôle d'acier au silicium, d'alliages thermorésistants d'usinage difficile pour les moteurs à réaction, les feuilles d'aluminium et analogue. On a représenté sur la figure 1 un procédé de coulée continue de type antérieur faisant appel à une paire de cylindres dans lesquelles s'écoule de l'eau de refroidissement Le métal fondu c est introduit par un ajutage b et la feuille métallique d est moulée au moyen de la paire de cylindres a. Le métal fondu c, introduit dans un espace en forme de coin défini par les portions supérieures des cylindres a est refroidi et solidifié par les cylindres a et étiré vers le bas de manière continue. Cependant, comme on le voit sur la figure 2, immédia- tement après que le métal fondu c, soit versé, la largeur de la feuille métallique solidifiée d se rétrécie graduellement En d'autre termes, la largeur de la feuille de métal coulé d est sensiblement plus étroite que la largeur de métal fondu c versé entre la paire de cylindres a Par exemple, si l'on considère que la température du métal fondu est de 1500 C,_ que l'épaisseur de la feuille métallique coulée est de 0,15 mm et que la vitesse périphérique de la paire de cylindres a est de 15 m/seconde, si la largeur du métal fondu versé est W 1, égal à 100 mm, alors la feuille métallique coulée d se rétrécit sur la longueur 1 = 20 mu à un point tel que la largeur W 2 du produit fini est d'environ 50 mm (voir figure 2) - Comme on vient de le dire, la largeur du produit fini est plus étroite que la largeur du moulages de sorte que le ren- dement est médiocre et que l'on ne peut pas obtenir les bords corrects que l'on souhaiterait Au surplus, des éclaboussures adhèrent aux surfaces du produit fini, de sorte que la qualité de ce dernier est dégradée Ainsi, il a été difficile de mettre en pratique les procédés de coulée continue et les machines de ce type. A la suite d'études et d'expériences approfondies dans le but de surmonter les défauts des procédés et machines de cou- lge continue antérieure, la déposante a fait la découverte que au moment o l'on verse le métal fondu, l'intervalle entre les cylindres a est uniforme sur toute leur longueur, de sorte que le métal fondu est suffisamment refroidi et solidifié sur la totalité de la longueur des cylindres a, mais que, après que le métal ait été versé, il apparait des zones de chaleur en forme de couronne sur les surfaces cylindriques des cylindres a, comme il est représenté à la figure 4, et que par suite l'intervalle c'est-à-dire la distance entre les cylindres a augmente vers les bords de ces cylindres Il en résulte que le métal fondu versé au voisinage des bords des cylindres a ne se solidifie pas mais s'éparpille Au surplus, plus l'opération de moulage ou de coulée est prolongée, plus est prononcé le degré de formation de couronne de chaleur, de sorte que les portions non solidifiées e augmentent et par suite la largeur W du métal solidifié diminue Une fois que le degré de formation de couronne de chaleur a atteint son maxi- mum, le rétrécissement de la largeur solidifiée W est interrompu. On a trouvé au surplus qu'en raison des éclaboussures provenant des portions latérales non solidifiées e, les bords du produit résultant ne peuvent pas être correctement finis En plus, des éclaboussures provenant des portions non solidifiées e, adhèrent au produit d Compte-tenu de ce qui précède, le but principal de la présente invention est un procédé et un appareillage pour la coulée continue de feuilles métalliques dans lesquelles il ne se produit pas de zone de chaleur en couronne sur les surfaces cylindriques des cylindres de moulage, de sorte qu'il ne se pro- duit pas de portion non solidifiée et que par suite le produit résultant peut avoir une largeur prédéterminée, les bords du produit peuvent être correctement finis et l'adhésion d'écla- boussures sur les surfaces du produit peut être éliminée Ce but ainsi que d'autres caractéristiques de la présente invention, apparaîtront mieux dans la description suivante d'un de ses modes de réalisation préféré, pris conjointement au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue schématique permettant l'ex- plication de la coulée continue d'une feuille métallique selon les procédés antérieurs, la figure 2 est une vue schématique permettant l'ex- plication du rétrécissement en largeur d'une feuille de métal coulée selon le procédé illustré à la figure 1, les figures 3 et 4 permettent de comprendre pourquoi la largeur du métal coulé se rétrécit quand on emploiele procédé de la figure 1, la figure 3 montrant la forme des cylindres de moulage au début de la coulée, tandis que la figure 4 illustre la formation de couronnes chaudes sur les surfaces cylindriques des cylindres, après le début de l'opération de coulée, la figure 5 est une vue permettant d'expliquer le procédé et l'appareillage pour la coulée continue de feuilles métalliques selon la présente invention, la figure 6 est une coupe des cylindres de la figure , la figure 7 est une vue permettant d'expliquer comment le cylindre illustré aux figures 5 et 6 est déformé au cours de l'opération de coulée et, la figure 8 est une vue illustrant comment l'écart entre les cylindres des figures 5 et 6 est détecté. Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 5, les références la et lb désignent des cylindres horizontaux, la référence 2 désigne des cylindres hydrauliques déplaçant le cylindre la, la référence 3 illustre des vis permettant de déplacer le cylindre-lb, la référence 4 désigne un ajutage par lequel on verse l'acier fondu et les références 19 a et 19 b illustrent respectivement les moteurs d'entraînement des cylin- dres la et lb. Si l'on se réfère maintenant à la figure 6, on y a décrit plus en détail la construction des cylindres la et lb. Un-manchon cylindrique intérieur creux 6 est monté sur un arbre cylindrique 5 et un manchon extérieur cylindrique creux 7 est monté sur le manchon interne 6 La surface cylindrique intérieure du manchon intérieur 6 comporte une chambre de pression hydrau- lique 8 s'étendant en direction longitudinale vers le centre du manchon 6, et communiquant avec une pompe à pression hydrau- lique 15 par un passage 9 traversant axialement l'arbre 5 de sorte que le manchon extérieur 7 peut-traverser le manchon in- térieur 6 La surface interne cylindrique du manchon extérieur 7 présente un passage hélicoidal de liquide 11 et un agent de refroidissement tel que de l'eau est refoulé de manière à s'ecou- ler à travers un passage 12 traversant axialement l'arbre 5 jus- que dans le passage hélicoïdal 11, de manière à refroidir ainsi le manchon extérieur 7 L'agent de refroidissement est apporté par un passage 13 traversant axialement l'arbre 5. Au lieu du passage hélicoïdal 11, on peut prévoir une série de passages en forme d'anneaux, communiquant avec un pas- sage 14 pratiqué dans la surface cylindrique externe du manchon interne 6. Quand la pression hydraulique dans la chambre 8 du manchon interne 6 est nulle, le manchon extérieur 7 présente une couronne négative comme on le voit sur la figure 7, mais quand la pression hydraulique maximum est exercée dans la chambre hy- draulique 8, la surface cylindrique externe du manchon externe 7 devient rectiligne comme il est indiqué par la ligne en traits mixtes A sur la figure 7. Des palpeurs 16 a et 16 b sont disposés de chaque c 8 té des portions centrales respectives la et lb dans le but de détecter le degré de-couronne cylindrique Les sorties des pal- peurs 16 a et 16 b sont transmises à une unité de contrôle 7 dont les sorties sont à leur tour transmises à des soupapes de con- trôle de la pression 18 a et 18 b montées dans des conduites s'étendant de la pompe 15 à la chambre hydraulique 8 des man- chons intérieurs 6. Cette construction fonctionne de la manière suivante Avant leur fonctionnement, les cylindres hydrauliques 2 et les vis d'alimentation 3 sont entraînés de manière que l'intervalle entre les cylindres la et lb soit d'environ 50-150 (p m) et la pompe 15 est entrainée de manière que la pression maximum puisse être transmise aux chambres hydrauliques 8 des manchons internes 6 des cylindres la et lb, de manière que les couronnes négatives des manchons extérieurs 7 des cylindres la et lb se dilatent radialement vers l'extérieur à travers les manchons internes 6 de sorte que les surfaces externes cylindriques des * manchons extérieurs 7 deviennent rectilignes comme indiqué par la ligne en traits mixtes A de la figure 7 Il en résulte que * les surfaces cylindriques externes des cylindres la et lb de- viennent rectilignes c'est-à-dire que les cylindres la et lb présentent une surface réellement cylindrique On fait circuler l'agent de refroidissement dans les rainures Il et on verse le métal fondu depuis le dessus dans l'espace situé entre les cylindres la et lb On fait ainsi commencer l'opération de coulée continue. Le métal fondu ainsi versé entre en contact avec les cylindres la et lb, s'y solidifie et est entrains vers le bas. Le contact du métal fondu à haute température avec les cylindres laet lb, provoque le chauffage des surfaces de ces derniers, de sorte que les cylindres 1 a et lb présentent des couronnes positives, comme l'indiquent les lignes en traits mixtes B de la figure 7 Les palpeurs 16 a et 16 b détectent de manière conti- nue les distances 1 et 12, c' est-à-dire les distances entre les palpeurs 16 a et 16 b et les cylindres opposés la et lb res- pectivement (voir figure 8), et les sorties des palpeurs 16 a et 16 b sont transmises à l'unité de contrôle 17. Le degré de formation d'une couronne sur la surface de chaque cylindre la et lb doit être calculé en fonction de la distance mesurée 11 ou 12 et par suite la pression qui doit être conférée à la chambre hydraulique 8 du manchon inférieur 6 pour maintenir une véritable surface cylindrique des cylindres la et lb peut être calculée Cela signifie qu'en réponse au signal de sortie des palpeurs 16 a et 16 b, les pressions que l'on doit appliquer aux chambres hydrauliques 8 peuvent être obtenues Par suite, sous l'effet des signaux de sortie de l'unité de contrôle 17, les soupapes de contrôle de pression 18 a et 18 b sont contrôlées de manière telle que la pression àt exercer dans chaque chambre hydraulique 8 peut être contrôlée. Il en résulte que les surfaces cylindriques externes des cylin- dres la et lb peuvent être maintenues rectilignes, c'est-à-dire que les cylindres la et-lb peuvent conserver une véritable sur- face cylindrique comme indiqué par la ligne A de la figure 7. A mesure que se déroule l'opération de coulée continue, les couronnes des cylindres la et lb tendent à augmenter de sorte que, sous l'effet des sorties de l'unité de contrôle 17, la pression dans les chambres 8diminue graduellement et par suite les surfaces externes cylindriques des cylindres la et lb peuvent être maintenues rectilignes Après un certain temps, l'augmentation des couronnes est interrompue de manière telle que les pressions dans les chambres 8 sont maintenues pratiquement - constantes, tandis que l'opération de coulée continue se poursuit. Quand les surfaces cylindriques externes des cylindres la et lb sont ainsi contrôlées de manière à maintenir une surface cylindrique véritable, il ne se produit aucune portion non soli- difiée, de sorte que le produit fini conserve une largeur pré- déterminée Par exemple, dans les conditions de température de métal fondu de 15000 C, l'épaisseur de la feuille de métal fondu étant de 0,15 mm et la vitesse de l'étirage étant de 15 m/seconde, et la largeur de coulée étant de 100 mm, si la largeur de la feuille métallique coulée initialement est d'environ 100 mm et que la largeur du produit fini atteint environ 90 mm, on con- sidère que l'on a obtenu des produits finis tout à fait satis- faisants - Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation préféré et que diverses variantes pourront y être apportées, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. Selon la présente invention aucune portion non soli- difiée n'est provoqué de sorte que le produit final peut avoir une largeur prédéterminée, et des bords corrects Au surplus, on peut ainsi éviter l'adhésion d'éclaboussures sur les surfaces du produit final, de sorte que l'on peut obtenir une feuille métallique de haute qualité. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la coulée continue d'une feuille métalli- que, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une paire de cylindres parallèlement l'un à l'autre et séparés l'un de l'autre,. chacun de ces cylindres présentant-une surface extérieure cylin- drique avec une couronne négative, à exercer une pression dans l'intérieur de chacun de ces cylindres, de manière telle que la surface cylindrique externe de chacun de ces cylindres se dilate radialement vers l'extérieur, pour créer ainsi un cylindre rec- tiligne ou véritable, au moment o l'on amorce l'opération de coulée continue, puis à diminuer la pression à l'intérieur d-e chacun de ces cylindres quand la surface cylindrique externe de chacun de ces cylindres est chauffée par le métal fondu à mesure du déroulement de l'opération de coulée continue, de manière à provoquer la contraction de la surface cylindrique externe de chacun de ces cylindres, de manière telle que la surface cylindrique externe de chacun de ces cylindres puisse être maintenue rectiligne ou réellement cylindrique sans aucune couronne thermique. 2 Appareillage pour la coulée continue de feuilles métalliques, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre de moulage comprenant un arbre, un manchon interne monté sur cet arbre et dont la surface interne cylindrique présente une chambre de pression hydraulique vers-sa partie centrale, et un manchon externe présentant une couronne négative montée sur ce manchon interne et présentant des rainures de refroidissement sur sa surface cylindrique interne, de manière que le cylindre externe puisse se dilater sous l'effet d'une pression transmise à la dite chambre hydraulique. 3 Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures de refroidissement sont hélicoïdales. 4 Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures de refroidissement ont la forme d'anneaux communiquant avec un passage pratiqué sur la surface cylindrique externe du manchon interne.