Brevet FR2565513A1 — publié le 19851213

La présente invention concerne l'application d'un procédé pour la fabrication ou l'amélioration de la qualité de coquilles à coulée continue pour machines à coulée continue, selon lequel une pièce tubulaire ou une coquille en cuivre ou en alliage cuivreux, sont façonnes sur un mandrin ayant les cotes et/ou la configuration interne finale du moule à fabriquer ou à améliorer, puis extrudés par action d'une force extérieure sur le mandrin qui est ensuite retiré du tube ou de la coquille. Pour la fabrication de coquilles à coulée continue courbés pour machines à coulée continue en arc de cercle, on a déjà procédé (brevet allemand 1 809 633) en enfonçant un mandrin adapté aux dimensions internes et à la forme de la coquille à fabriquer dans une pièce tubulaire droite et préformer de cette façon la pièce tubulaire aux mesures du mandrin. Dans ce procédé connu, on fait ensuite passer ensemble le mandrin et la pièce tubulaire au travers d'une matrice afin de presser étroitement les parois. internes de la pièce tubulaire contre le mandrin. Ensuite, on sépare à nouveau le mandrin et la pièce tubulaire par extraction du mandrin. On connaît également un autre procédé (DE-, 25 25 33 525) qui utilise un mandrin de calibrage et selon lequel la force façonnant exercée de l'extérieur sur au moins une des parois de la coquille est produite par détonation d'un explosif. On a déjà appliqué le façonnage explosif non seulement à la fabrication de coquilles dites tubulaires, mais aussi à l'amélioration de la qualité de coquilles de coulée continue utilisés (brevet allemand 24 25 573). Dans ce cas, de mme que pour leur fabrication, les parois de la coquille sont façonnées sur un mandrin de formage ou de calibrage qui se trouve à l'intérieur de la coquille de coulée continue et détermine le contour intérieur de la coquille. Indépendamment de la manière avec laquelle la force nécessaire au formage sur le mandrin de formage ou de calibrage est exercée sur les parois extérieures de la pièce tubulaire ou de la coquille, le mandrin de formage ou de calibrage garantit une haute précision des mesures de l'intérieur de la coquille de formage, ainsi qu'une haute qualite de surface des parois périphériques. Les éléments de coulée continue en acier fabriqués avec les coquilles tubulaires connues présentent des sections transversales rectangulaires, carrées ou rondes. Pour l'usinage, on part de ces sections de base lorsque l'on doit fabriquer, par exemple, des profils transversaux spéciaux de type en T ou en double T. Un grand nombre d'étapes est nécessaire à l'usinage pour arriver au produit final en partant des sections transversales de coulée connues. Certes, on connaît déjà aussi (DE-AS 12 82 861) des coquilles de coulée continue dont la cavité présente une section transversale qui diffère de la configuration rectangulaire ou circulaire ; il s'agit alors cependant d'une coquille que l'on appelle divisée, à épaisseur de paroi variable et, de là, à coefficient de refroidissement variable lors de l'opération de coulée. On connaît déjà également (Zak-Fab Welded Molds, Mold Bulletin N 410, 21 Novembre 1 68) des coquilles de coulée continue tubulaires à section transversale profilée, c'est-à-dire une section transversale de configuration rectangulaire ou circulaire connue et dont les parois qui délimitent la cavité, sont d'une épaisseur constante. Outre que la qualité ne satisfait pas toujours aux conditions requises, il n'a pas été possible Jusqu'à présent d'utiliser ces réalisations soudées dans le domaine des coquilles tubulaires. Sur-la base de cet état de la technique, l'objectif de l'invention a donc été de trouver un moyen pour fabriquer des coquilles tubulaires à cavité à section transversale quelconque et possédant aussi la qualité connue, par exemple, pour des coquilles tubulaires à section rectangulaire. Cet objectif a été atteint selon l'invention grâce à l'application du procédé tel que défini dans le préambule, selon lequel le façonnage de la coquille à fabriquer ou à améliorer, est réalisé sur un mandrin par l'action d'une force venant de l'extérieur, à des configurations de sections transversales profilées différant de sections transversales à configuration rectangulaire ou ronde. La haute précision des mesures et la haute qualité de la coulée ainsi obtenues permettent de partir d'emblée, pour l'usinage, de profils transversaux qui présentent la forme d'usinage de départ la plus favorable et qui ne nécessitent plus, pour remplir les conditions de qualité requises, que le moins possible de transformation : par formage du matériau. Ainsi peut-on avantageusement, si l'on veut par exemple obtenir ce que l'on appelle un profil en rail, partir d'un bain d'acier coulé dans une coquille tubulaire à section transversale de la cavité en double T, pour lui donner ensuite la configuration et la qualité finales. Un grand nombre de passes de laminage, du formage au profil final, peuvent ainsi tre épargnées. Cependant, l'invention présente des avantages essentiels autres que ceux-ci. L'application de l'invention permet en effet, en fonction du profil final désiré, de choisir le profilage qui convient le mieux à ce profil final avec garantie du respect des cotes et de la qualité. L'invention concerne des configurations de section transversale"profilées"qui sont telles qu'elles se distinguent de la configuration rectangulaire, carrée et mme circulaire. Les sections transversales"profilées" particulièrement avantageuses pour l'application de l'inven- tion, sont les profils transversaux de configuration ? par exemple, en T, en double T, en V ou en L. Le mandrin télescopique ou le mandrin susceptible de subir une pression, placé dans la pièce tubulaire ou dans la coquille utilisée, est également essentiel pour l'inven- tion. Dans l'application de l'invention, ce mandrin peut aussi avoir une forme conique, simple ou double, afin de garantir la conicité requise, le cas échéant, de la forme de la cavité intérieure de la coquille. Le mandrin peut aussi tre courbé afin d'assurer aussi la mise en place de coquilles tubulaires fabriquées selon l'invention. destinées aux machines à coulée continue en arc de cercle. Le profilage variable de la cavité peut conduire à des contre-dépouilles dans le façonnage du mandrin de calibrage. Après le formage des parois du tube ou de la coquille sur les faces du mandrin au cours du calibrage de l'intérieur de la forme et le retrait consécutif du mandrin de l'intérieur de la coquille, il s'est avéré pratique, selon l'invention, de calibrer ensuite encore une fois de l'extérieur le tube ou la coquille. Le profilé pressé de l'exté- rieur peut ainsi, par retrait du mandrin de calibrage, tre ramené à la position prise sur le mandrin après le formage. Une autre possibilité avantageuse, pour résoudre le problème posé dans le profilage par le retrait sans dommage du mandrin de calibrage dans le cas de contre dépouilles, est celle de diviser le mandrin en deux ou plusieurs parties. Ainsi, le mandrin peut tre divisé longitudinalement ou transversalement par rapport à la direction de l'axe de la coquille. L'invention a ceci d'essentiel qu'elle utilise un mandrin de calibrage sur lequel le tube ou la coquille est formé, par l'action d'une force extérieure. La force façonnant peut tre produite de diverses manières. Comme on le sait déjà pour les coquilles tubulaires à section transversale rectangulaire, le mandrin et la pièce tubulaire ou la coquille peuvent tre, à cette fin, passés ensemble au travers d'une matrice façonnante. Cependant, l'autre moyen que l'on connaît, suivant lequel la force de façonnage est produite par détonation d'un explosif, peut tre applique avantageusement aux fins de l'invention. A côté de ces procédés déjà connus pour d'autres applications, il est aussi parfois avantageux, pour le calibration du tube ou de la coquille, d'exercer la force de mise en forme par processus de forgeage, par laminage ou au moyen de pression hydrostatique. Une façon de produire des forces de mise en forme pour la fabrication et/ou l'amélioration de qualité de coquilles jusqu'ici complètement inconnue, est le façonnage dit électro-hydraulique. En ce cas, l'énergie est produite au moyen d'un éclateur à étincelle électrique dans le milieu opérationnel (eau par exemple) et transmise à la pièce à former. L'énergie électrique nécessaire est délivrée par un dispositif à courant de choc. I1 existe un procédé pour le façonnage de pièces à former au moyen d'énergie active, appelé façonnage électromagnétique. Dans ce procédé, l'on décharge l'énergie élec- trique accumulée dans des condensateurs sur une bobine qui entoure, par exemple, la coquille à façonner. Le courant engendre un champ magnétique qui induit à son tour un courant in\erse dans la paroi de la coquille. Le champ magnétique exerce ainsi une force sur la paroi du tube qui la fait s'appliquer contre la surface du mandrin. On peut répartir la compression sûr la paroi du tube comme on le désire à l'aide de dispositifs appelés configurateurs de champ. Par les deux procédés mentionnés ci-dessus et l'utilisation concomitante d'un mandrin de calibrage, l'application de l'invention permet de fabriquer des coquilles de haute qualité et de haute précision, ayant aussi bien des sections transversales de configurations quelconques, rectangulaires ou rondes, que les profils désirés. L'application de l'invention permet de partir de formes initiales à section transversale de configuration quelconque qui, après introduction du mandrin de calibrage et sous l'action d'une force venant de l'extérieur, sont déformées et reformées aux mesures du mandrin. Pour la fabrication de formes à section transversale profilée, il s'est néanmoins révélé pratique d'utiliser comme pièces tubulaires celles qui présentent une section transversale initiale s'assimilant aux configurations en T, en double T, en U ou en L, lorsque l'on désire que les cavités des coquilles formés, aient les profils correspondants. Ainsi peut-on réaliser par extrusion, par exemple, de telles formes à sections transversales initiales, le formage transversal consécutif résultant de l'introduction du mandrin ne représentant alors seulement que 15 à 25 X de déformation transversale, rapportée à la section transversale initiale. Cette déformation relativement minime sert alors essentiellement à l'amélioration de la qualité. par exemple pour l'accroissement de la dureté Brinell. Une pré-forme ayant déjà une section transversale"profilée"peut aussi différemment tre réalisee par extrusion d'un tube rond ou ovale suivi d'étirage ou de laminage. Comme déjà mentionne dans l'état de la technique, on connaît des coquilles tubulaires composées de tôles soudées. Une autre application avantageuse de l'invention s'offre alors en ce cas. Par exemple, pour la fabrication d'une coquille en forme de T, de double T, de U ou de L, on peut partir de configurations correspondantes que l'on transforme en exerçant une force de l'exté- rieur sur un mandrin de calibrage. Avec le procédé selon l'invention, les coquilles tubulaires soudées connues peuvent toutefois aussi tre calibrées après leur fabrication et on peut ainsi arriver à un perfectionnement et à une amélioration de la qualité considérables. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des figures annexées de 1 à 5, représentant à titre d'exemple d'application, notamment la fabrication de profils en double T. La figure 1 représente un tube de cuivre rectiligne 1 fabriqué, par exemple, à partir d'un tube rond extrudé par étirage à nu, ayant une dureté Brinell par exemple de DB 50-60. Ce tube 1 est découpé suivant la longueur de la coquille désirée, en tenant compte de l'excédent pour l'usinage. Dans une étape suivante de l'opération, on donne à la coquille tubulaire initiale la forme indiquée sur la figure 2, par étirage au moyen d'une matrice profilée et d'un mandrin correspondant ou par laminage avec des rouleaux possédant le profil correspondant. Cette pré-forme 2, qui a la section transversale désirée conforme à la section de la coquille, doit maintenant tre portée aux dimensions requises et on doit lui assurer un accroissement de qualité. Pour ce faire, on utilise le mandrin chromé dur 3 représenté sur la figure 3, qui possède une section transversale en forme de double T. On introduit ce mandrin 3 dans la pré-forme 2 comme il est indiqué sur la figure 4 et la pré-forme 2 est ensuite ré-formée sur le mandrin 3 par action d'une force extérieure. On peut effectuer ce formage en faisant passer ensemble la préforme 2 et le mandrin 3 au travers d'un cône de serrage dans lequel la pré-forme 2 vient s'appliquer étroitement contre les surfaces du mandrin 3. Un tel formage à froid de la pré-forme 2 en cuivre assure un respect des cotes absolu à la coquille 4 ainsi fabriquée, telle que la représente à une plus grande échelle la figure 5. On observe une augmentation de la dureté Brinell de l'initiale, qui s'élève maintenant à environ DB 80-100. On peut ainsi effectuer le formage de la forme 2 sur le mandrin 3 par d'autres moyens que ceux énoncés cidessus. Par exemple, à l'aide du procédé de la détonation d'un explosif mentionné au début ou bien par forgeage ou laminage ; en ce cas, le mandrin et la pré-forme traversent ensemble, l'un contre l'autre, une ou plusieurs étapes d'usinage. On peut aussi mettre en contact étroit la pré-forme 2 et le mandrin 3 par calibrage au moyen d'une décharge électrique ou par action d'un champ magnétique de mme qu'à l'aide de pression hydrostatique. La coquille 4 représentée par la figure 5 peut aussi aussi tre, par exemple, une coquille fabriquée par soudure de pièces de tôle qui, consécutivement ou après une mise en oeuvre plus longue, est soumise à fin d'amélioration, à un processus de calibration au moyen de l'introduction d'un mandrin. Le mandrin 3 de la'figure 3 peut aussi tre déjà courbé pour s'adapter à la forme en arc de cercle de la coulée continue de la coquille à fabriquer ou à améliorer et l'on peut aussi lui donner une forme conique ou partiellement conique. En introduisant un tel mandrin dans la préforme droite 2, l'on obtient donc déjà un formage analogue de la coquille tubulaire. Il va sans dire que la pré-forme 2 peut également avoir été déjà courbée par une opération supplémentaire avec l'introduction, de meme, d'un mandrin courbe. Les exemples d'applications montrent la fabrication de coquilles ou leurs améliorations de qualité concernant des sections transversales profilées entendues au sens de profil en double T. On peut de mme fabriquer d'autres profils quelconques, par exemple, la pré-forme étant alors à adapter à des profils en T, en U ou en L et au mandrin de conformation correspondante, afin de maintenir le degré de formage dans les limites fixées. Indépendamment de la configuration du profil, l'invention donne la garantie de coquilles tubulaires de haute qualité, à paroi uniforme et possédant ainsi des coefficients de refroidissement constants respectivement aux modèles connus. Pour cela, il est déterminant que les mandrins soient façonnés conformément aux sections transversales de coulée des coquilles que l'on désire, c'est-à- dire qu'ils présentent eux-memes une section transversale selon l'invention ayant une configuration, par exemple, en T, double T, U ou L. Sur un tel mandrin, la pré-forme est façonnée par les moyens que l'on a mentionnés, après quoi l'on doit faire agir la force de tous les cotés, c'est-àdire aussi sur les artes. L'outillage utilisé pour le façonnage par cône de serrage, matrice, dispositif de laminage et assimilés, est donc à fabriquer de façon correspondante. Les figures 1 à 5 représentent des types droits de pré-forme, mandrin et coquille finals. Bien que l'on ait choisi ce modèle droit pour simplifier la démonstration, cela ne limite en rien l'invention. En effet, l'on utilise généralement, au lieu de cela, un mandrin de calibrage courbé puisque la majeure partie des dispositifs de coulée continue d'acier en service actuellement sont des dispositifs en arc-de-cercle avec coquilles à configuration courbée corres pondante. Le mandrin courbé et à section transsersale, par exemple, en T, double T, U ou L peut tre néanmoins introduit aussi bien dans une pré-forme courbée que dans une pré forme droite correspondant plus ou moins à celle repre sentie par la figure 2. REVENDICATIONS 1) Application d'un procédé pour la fabrication ou l'amélioration de coquilles de coulée continue pour machines à coulée continue, caractérisée en ce qu'une pièce tubulaire ou bien une coquille (2) en cuivre ou en alliage cuivreux sont façonnés sur un mandrin (3) ayant les-cotes et/ou la configuration interne finale de la coquille à fabriquer ou à améliorer, puis pressé par l'action d'une force externe sur le mandrin qui est ensuite retiré de la pièce tubulaire ou de la coquille, ce procédé étant appliqué à des sections transversales profilées dont la configuration diffère des sections rectangulaires ou rondes. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les configurations transversales profilées sont des profils à configuration en T, double T, U ou L. 3) Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la force externe est appliquée en introduisant ensemble le mandrin et la pièce tubulaire ou la coquille à l'intérieur d'une matrice. 4) Procédé selon l'une quelconque des revend- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la force appliquée de l'extérieur résulte de la détonation d'un explosif. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la force appliquée de l'extérieur résulte d'une décharge électrique. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la force appliquée de l'extérieur résulte de l'influence d'un champ magnétique. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la force appliquée de l'extérieur résulte d'une opération de forgeage. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 7. caractérisé en ce que la force exercée de 1'extérieur résulte d'une opération de laminage. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 5, caractérisé en ce que la force exercée de l'extérieur est produite par pression hydrostatique. 10) Procédé pour la fabrication de à section transversale de configuration en T, double T, U ou L, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise comme pièce tubulaire celle ayant une section transversale de départ de configuration s'approchant du T, du double T, du U ou du L. 11) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la section transversale de configuration s'approchant du T, du double T, du U ou du L est réalisée par extrusion avec formage de section transversale résultant du calibrage consécutif au moyen de mandrin équivalent à 15 à 25 %, rapporté à la section transversale de départ. 12) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la section transversale de configuration s'approchant du T, du double T,-du U ou du L, est donnée à la pré-forme par extrusion d'un tube rond ou ovale suivie d'étirage ou de laminage. 13) Procédé selon l'une quelconque-des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le tube présent dans la pré-forme est courbé. 14) Procédé de fabrication ou d'amélioration de qualité de coquilles à section transversale de configuration en T, en double T, en U ou en L, selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que l'on utilise, à titre de pièce tubulaire ou de coquille, une forme soudée en tôle. 15) Procédé de fabrication ou d'amélioration de qualité de coquilles de coulée continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, faisant usage d'un mandrin de calibrage non divisé, caractérisé en ce que la coquille façonnée sur le mandrin est, après retrait du mandrin hors de la cavité de formage, calibrée ensuite de l'extérieur. 16) Mandrin pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 15, caractérisé par une section transversale de configuration en T, double T, U ou L. 17) Mandrin selon la revendication 16, caractérisé en ce que le mandrin est pré-formé conique ou partiellement conique. 18) Mandrin selon l'une ou l'autre des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que le mandrin est courbé. 19) Mandrin selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que le mandrin est divisé en deux ou plusieurs fois. 20) Mandrin selon la revendication 19, caractérisé en ce que la division du mandrin est parallèle ou perpendiculaire à la direction de l'axe.