Brevet FR2556621A1 — publié le 19850621

Procédé de préparation de lin otières tubulaires pour ins- tallations de coulée continue de l'acier. La présente invention concerne un procédé de pre- paration de coquilles ou lingotières tubulaires en cuivre ou en alliage de cuivre du type qui présente un axe longi- tudinal notablement courbe et qui est conçu pour les ins- tallations de coulée continue de l'acier. Dans une installation de coulée continue de l'acier, ces lingotières sont parcourues de façon connue par un cou- rant de métal liquide qui commence à se solidifier pendant son passage au travers, sous l'action d'un refroidissement énergique que l'on assure en faisant circuler un fluide de refroidissement qui baigne la surface extérieure des lin- gotières. Afin de jouer efficacement les rôles qu'on en exige, les lingotières de ce type doivent avoir une série de pro- priétés favorables. Premièrement, elles doivent présenter des surfaces intérieures d'un degré élevé de dureté et d'u- ne finition telle qu'elle permette le dépôt d'une matière de doublage capable de résister efficacement à l'action d'u- sure provenant de l'écoulement de l'acier fondu et de per- mettre à cet écoulement de se produire avec un faible frot- tement. En outre, la section de la lingotière doit diminuer graduellement le long de son axe (profil conique) de maniè- re à assurer toujours un parfait transfert de chaleur des- dites surfaces à l'agent de refroidissement qui baigne la surface extérieure de la lingotière. A cet égard, on a trou- vé que si cette réduction de section le long de l'axe n'est pas prévue, le métal peut se séparer de la surface intérieu- re de la lingotière par suite de la contraction de la ma- tière qui se solidifie dans les couches les plus extérieu- res, ce qui réduit considérablement le coefficient de trans- fert de chaleur entre le métal et la lingotière elle-même. Les lingotières de ce type sont normalement prépa- rées en partant d'un produit semi-fini tubulaire à axe rectiligne formé par simple filage à la presse ou par toute autre opération. On lui donne alors une forme courbe, nor- malement en exerçant des pressions radiales sur sa surface extérieure en utilisant un moule de forme appropriée. Puis, afin de créer la finition de surface voulue et la variation de section le long de son axe, ainsi qu'il est nécessaire pour obtenir un écoulement correct de l'acier le long de la lingotière, on usine cette surface au moyen de fraiseu- ses ou de rectifieuses de type spécial que l'on déplace le long de l'intérieur du produit semi-fini au moyen de dispo- sitifs de forme spéciale. Dans une variante de procédé, on obtient la variation de section à l'intérieur de la lingo- tière par attaque chimique en utilisant un agent chimique approprié dont on rempli la cavité intérieure de la lingo- tière. En diminuant le niveau de ce liquide proportionnel- lement au temps, on attaque chimiquement la surface, ce qui entraine l'enlèvement de quantités de matière qui sont proportionnelles à la longueur axiale de la lingotière. Les lingotières obtenues par les procédés susdits *ont de nom- breux inconvénients. Premièrement, la dureté de la surface intérieure de la lingotière est très réduite et pratique- ment égale à celle de la matière du produit semi-fini ini- tial. En outre, sa finition de surface n'est pas particu- lièrement bonne non plus, spécialement si elle est soumise à l'action chimique susdite. A nouveau, on ne peut obtenir la forme intérieure voulue de la lingotière qu'avec une certaine approximation, ceci s'appliquant particulièrement à la variation de la section intérieure le long de l'axe. Enfin, l'usinage nécessaire pour préparer des lingotières par le procédé décrit en premier lieu peut être particu- lièrement long, difficile à exécuter et généralement, né- cessiter un soin spécial. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de préparation de coquilles ou lingotières du type susdit, qui évite lesdits inconvénients. On y parvient, selon l'invention, par un procédé de préparation de coquilles ou lingotières tubulaires en cuivre ou en alliage de cuivre présentant un axe longitu- dinal notablement courbe et conçues pour les installations de coulée continue de l'acier, caractérisé par le fait qu'il comprend: un premier stade o l'on replie par dé- formation plastique à froid l'extrémité d'un produit semi- fini tubulaire à axe rectiligne, afin de former un épaule- ment annulaire à cette extrémité un deuxième stade o l'on façonne le produit semi-fini de manière à lui donner une forme courbe dans laquelle son axe longitudinal prend une configuration pratiquement en forme d'arc de circonférence, ce deuxième stade s'effec- tuant en appliquant, dans un moule, à la surface extérieure du produit semi-fini, des pressions qui sont pratiquement dirigées orthogonalement à l'axe du produit semi-fini; un troisième stade o l'on insère alors dans le produit semi-fini un mandrin de forme et de dimensions extérieures semblables à celles de la lingotière à obtenir et on appuie l'extrémité de ce mandrin sur l'épaulement annulaire, les dimensions intérieures du produit semi-fini à axe rectili- gne étant choisies notablement plus grandes que les dimen- sions maximales du mandrin afin de laisser un espacement radial prédéterminé entre le mandrin et le produit semi- fini; un quatrième stade o l'on fait passer le produit semi-fini à travers une filière de dimensions telles qu'elle déforme la matière du produit semi-fini et fasse adhérer étroite- ment la surface intérieure.du produit semi-fini à la sur- face extérieure du mandrin, ce quatrième stade s'effectuant en exerçant sur le mandrin une force pratiquement axiale de manière à transmettre cette force au produit semi-fini en vertu de l'appui du mandrin sur l'épaulement annulaire; un cinquième stade o, lorsque le produit semifini a passé à travers la filière, on exerce sur le mandrin une force pratiquement axiale en sens opposé à la force exercée au stade précédent, tandis que l'on fait en sorte que le bord terminal du produit semi-fini s'appuie contre des sec- teurs antagonistes disposés en dessous de la filière. Le procédé de l'invention apparaitra mieux gràce à la description des stades fondamentaux, donnée ci-après à titre d'exemple à propos des dessins annexés qui repré- sentent schématiquement certains stades du procédé et le produit semi-fini ainsi obtenu. Les figures 1, 4 et 10 montrent des produits semi- finis utilisés ou obtenus pendant le procédé Les figures 2, 3, 5, 6, 7, 8 et 9 sont des repré- sentations schématiques de stades successifs du procédé: Les figures 11, 12, 13 et 14 montrent respective- ment une coupe longitudinale et des coupes transversales de la lingotière obtenue par le procédé. Une lingotière obtenue par le procédé de l'invention est du type représenté par les figures 11 à 14, c'est-à-dire dans lequel la lingotière a pratiquement la forme d'un élé- ment tubulaire dont l'axe est courbé, par exemple en forme d'arc de circonférence (figure 11) et dont la section in- térieure diminue le long de l'axe. Cette section peut avoir n'importe quelle forme, par exemple carrée comme indiqué sur les figures. Le procédé de l'invention utilise un produit semi- fini tubulaire en cuivre ou en alliage de cuivre, à axe rectiligne, du type représenté sur la figure 1. Le procédé comprend un premier stade o l'on replie une extrémité 2 du produit semi-fini 1, par déformation plas- tique à froid, de manière à former à cette extrémité un 4paulement annulaire 3, comme indiqué sur la figure 4 qui représente le produit semi-fini obtenu à la fin de ce stade. Bien que l'épaulement puisse être obtenu de toute manière appropriée par une opération de déformation plas- tique à froid, il est commode de le former par les opéra- tions représentées schématiquement par les figures 2 et 3. Ces opérations consistent essentiellement à exercer, sur l'extrémité 2 du produit semi-fini, d'abord des pressions localisées de manière à créer des déformations de ladite extrémité dans des zones prédéterminées, et ensuite une pression sur toute l'extrémité de manière à la replier et à créer l'épaulement annulaire 3, en utilisant à cet effet un outil 4 muni de surfaces de travail 5 et de plusieurs ailettes en saillie 6 et qui se meut axialement en direc- tion du produit semi-fini. Comme on peut le voir clairement sur la figure 2, o VTon suppose que le premier stade doit servir à replier l'extrémité 2 d'un produit semi-fini à section pratiquement carrée, les surfaces de travail 5 de cet outil sont pratiquement planes et disposées suivant la surface latérale d'une pyramide. Une ailette 6 dépasse dans une position cQrrespondant à chacune de ces surfaces. Pen- dant la première partie du mouvement axial de l'outil 4 en direction du produit semi-fini 1, chaque ailette crée une déformation Liocalisée dans la zone indiquée par 7 et à mesure que le mouvement de l'outil en direction du pro- duit semi-fini progresse, l'extrémité 2, en vertu de la facilité assurée par les premières zones courbées, est fa- cilement repliée en glissant le long des surfaces de tra- vail 5 comme on le voit clairement sur la figure 3. Le pro- duit semi-fini 8 obtenu à la fin de ce premier stade est représenté sur la figure 4. Le procédé comprend alors un deuxième stade oO l'on façonne le produit semi-fini 8 de manière à lui donner une forme courbe, de sorte que son axe longitudinal prend par exemple la forme d'un arc de circonférence. Comme indiqué clairement sur la figure 5, on effectue ce stade en exer- çant des pressions pratiquement radiales sur la surface ex- térieure du produit semi-fini 8. Ces pressions peuvent être exercées efficacement au moyen d'un moule comprenant essen- tiellement une surface support 9 et une partie mobile 10 à déplacer vers cette surface. Au troisième stade du procédé, on insère dans le produit semi-fini ainsi obtenu Il un mandrin 12 ayant la même forme et les mêmes dimensions extérieures que la lin- gotière à préparer. A ce stade, on amène l'extrémité infé- rieure du mandrin à s'appuyer sur l'épaulement annulaire 3, comme indiqué clairement sur la figure 6. Les dimensions intérieures du produit semi-fini- initial 1 à axe rectili- gne, représenté par la figure 1, sont choisies telles que les dimensions intérieures du produit semi-fini ll utilisé à ce troisième stade soient notablement plus grandes que les dimensions maximales du mandrin 12, de manière à lais- ser un espacement radial prédéterminé ú entre le mandrin et le produit semi-fini. On a trouvé que daens les 'bts doécrits ci-après, cet espacement doit être assez grand. La présence de cet espacement a d'abord pour avan- tage que l'on peut insérer facilement le mandrin 12 dans le produit semifini Il sans que l'extrémité inférieure du mandrin accroche les surfaces intérieures de ce produit et les endommage. Au quatrième stade du procédé, on fait passer l'en- semble formé du produit semi-fini Il et du mandrin 12 dis- posé dans celui-ci à travers une filière 15 (figure 7) de dimensions telles qu'elle déforme la matière du produit semi-fini et fasse adhérer étroitement sa surface intérieure à la surface extérieure du mandrin. On effectue ce stade en exerçant sur le mandrin une force pratiquement axiale de fa- çon que cette force se transmette au produit semi-fini en vertu de l'appui du mandrin sur l'épaulement annulaire 3. Comme on peut le voir sur la représentation schématique de la figure 7, pendant ce quatrième stade, l'extrémité su- périeure 16 du mandrin subit pratiquement un pivotement continu dans le plan contenant l'axe en arc du mandrin et la filière 15 subit aussi un pivotement continu dans le même plan, autour d'un axe indiqué par le tireté 17. Pendant ce stade, à cause de la réduction de dimen- sion à laquelle est soumise la section du produit semi-fini Il à son passage à travers la filière 15, non seulement sa surface intérieure prend la même forme que la surface exté- rieure du mandrin, mais il se produit aussi un écrouissage considérable de la matière de cette surface, ce qui lui don- ne une dureté considérable et donc une grande résistance à l'usure. On a trouvé aussi que si le filage effectué au quatrième stade a lieu alors qu'il existe des espacements assez grands entre le mandrin 12 et le produit semi-fini 11, la surface intérieure du produit semi-fini prend stricte- ment la forme de la surface extérieure du mandrin et que simultanément, la matière de cette surface acquiert un de- gré élevé de dureté. A cet égard, seulement si ces espace- ments sont présents, la matière du produit semi-fini 11, en passant de sa configuration initiale à sa configuration fi- nale, est soumise à des déplacements radiaux et axiaux d'ampleur considérable, causée par l'action des pressions radiales et axiales exercées par l'embouchure de la filié- re sur la surface extérieure du produit semi-fini que l'on traite. La figure 8 montre l'ensemble formé du produit se- mi-fini et du mandrin à la fin du quatrième stade. Le procédé comprend aussi un cinquième stade o, lorsque le produit semifini ll a passé à travers la filière , une force pratiquement axiale est exercée sur le mandrin 12, en sens opposé à la force exercée au stade précédent. Pendant ce stade, le bord terminal 20 du produit semi-fini s'appuie contre des secteurs antagonistes 21 disposés en dessous de la filière 15 et pouvant se mouvoir en direction du mandrin 12. Il est donc évident que par l'action de la force indiquée, le mandrin 12 peut être retiré du produit semi-fini 19 qui est maintenu en position fixe par l'action des secteurs 21. Avantageusement, ceux-ci peuvent être com- mandés par des moyens d'actionnement capables de fonction- ner de manière entièrement automatique, par exemple des ressorts 22 (figure 9). Afin d'obtenir la lingotière finie, il est seulement nécessaire de couper une partie terminale du produit semi- fini 19 afin d'éliminer l'épaulement 3, comme indiqué sur la figure 10, et alors de le soumettre à un autre traite- ment, en particulier le dépôt d'une couche de matière de doublage sur sa surface intérieure (chromage etc.). La lingotière ainsi obtenue présente de nombreuses propriétés avantageuses. Premièrement, la forme de sa sur- face intérieure est rigoureusement correcte. Cela est dû à l'adaptation parfaite entre le mandrin 12 et le produit semi-fini 11 pendant le quatrième stade du procédé (figure 7). Cette caractéristique avantageuse est due non seulement à la présence de l'espacement g entre le mandrin 12 et le produit semi-fini 11, qui cause des mouvements dans la ma- tière du produit semi-fini, mais encore à l'action correcte de filage que l'on peut obtenir sur le produit semi-fini 11 par l'action du mandrin 12, grâce à l'appui du mandrin sur l'épaulement annulaire 3 et aux conditions de coopéra- tion entre ce mandrin et la filière 15, qui peuvent pivoter respectivement autour des axes 18 et 17 (figure 7). En ou- tre, à cause de cette action d'extrusion, la surface inté- rieure de la lingotière a un degré élevé de dureté et elle est dans l'état voulu pour recevoir une couche de matière de doublage ayant une grande résistance à l'usure. Enfin, on peut faire varier la section intérieure de la lingotière le long de son axe selon toute relation désirée en réduisant graduellement cette section, comme l'indiquent les coupes des figures 12, 13 et 14 et en particulier, les arrondis de raccordement R1, R2 et R3 entre les côtés des sections peuvent diminuer graduellement de manière à atteindre des conditions optimales pour le passage de l'acier fondu dans la lingotière. On peut évidemment apporter des modifications aux stades décrits du présent procédé, mais sans sortir du ca- dre de l'invention. R E V END I C A T IONS 1 - Procédé de préparation de coquilles ou lingo- tières tubulaires en cuivre ou en alliage de cuivre présen- tant un axe longitudinal notablement courbe et conçues pour les installations de coulée continue de l'acier, ca- ractérisé par le fait qu'il comprend: un premier stade o l'on replie par déformation plastique à froid l'extrémité (2) d'un produit semi-fini tubulaire (1) à axe rectiligne, afin de former un épaulement annu- laire (3) à cette extrémité; un deuxième stade o l'on façonne le produit semi-fini de manière à lui donner une forme courbe dans laquelle son axe longitudinal prend une configuration pratiquement en forme d'arc de circonférence, ce deuxième stade s'effec- tuant en appliquant, dans un moule (9, 10) à la surface extérieure du produit semi-fini, des pressions qui sont pratiquement dirigées orthogonalement à l'axe du produit semi-fini; un troisième stade o l'on insère alors dans le produit se- mi-fini un mandrin (12) de forme et de dimensions extérieu- res semblables à celles de la lingotière à obtenir et on appuie l'extrémité de ce mandrin sur lPépaulement annulaire (3), les dimensions intérieures du produit semi-fini à axe rectiligne étant choisies notablement plus grandes que les dimensions maximales du mandrin (12) afin de laisser un espacement radial prédéterminé entre le mandrin et le produit semi-fini; un quatrième stade o l'on fait passer le produit semifini à travers une filière (15) de dimensions telles qu'elle dé- forme la matière du produit semi-fini et fasse adhérer étroitement la surface intérieure du produit semi-fini à la surface extérieure du mandrin, ce quatrième stade s'effec- tuant en exerçant sur le mandrin une force pratiquement axiale de manière à transmettre cette force au produit se- mi-fini en vertu de l'appui du mandrin sur l'épaulement annulaire (3); un cinquième stade o, lorsque le produit semi-fini a pas- sé à travers la filière (15), on exerce sur le mandrin (12) une force pratiquement axiale en sens opposé à la force 2556621' exercée au stade précédent, tandis que l'on fait en sorte que le bord terminal (20) du produit semi-fini s'appuie contre des secteurs antagonistes (21) disposés en dessous de la filière (15). 2 - Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que l'on choisitles dimensions intérieures du produit semi-fini à axe rectiligne de façon telle qu'à la fin du troisième stade, il existe un espacement radial pré- déterminé (9) entre le mandrin (12) et le produit semi-fini. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que pendant que l'on exerce la force mentionnée, au cours du quatrième stade, l'extrémité supérieure du mandrin (12) subit un pivotement continu dans le plan contenant l'axe en arc du mandrin et que la filière (15) subit aussi un pivotement continu dans le même plan. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour exécuter le premier stade, o l'on remplit l'extrémité (2) du produit semi-fini, on exerce sur cette extrémité, d'abord des pressions locali- sées de manière à créer des déformations de l'extrémité dans des zones prédéterminées, et ensuite une pression sur la totalité de cette extrémité afin de la replier et de créer l'épaulement annulaire (3), en utilisant un outil (4) muni de surfaces de travail (5) et de plusieurs ailettes (6) qui en dépassent, et qui se meut axialement en direc- tion du produit semi-fini. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fat qu'à la fin du quatrième stade, les secteurs antago- nistes (21) disposés en dessous de la filière (15) sont déplacés vers le mandrin (12) par des moyens d'actionnement de manière à constituer un épaulement pour le bord terminal (20) du produit semi-fini quand la force est exercée sur le mandrin au cinquième stade.