Brevet FR2561959A1 — publié le 19851004

1.- Coquille de coulée en continue pour des sections transversa- les rondes ou bien des sections transversales de billettes, notamment pour la coulée d'acier liquide." L'invention concerne une coquille de coulée en continue pour des sections transversales rondes ou bien des sections transversales de billettes, notamment pour la coulée d'acier liquide, avec un tube de coquille qui est entouré d'une chemise d'agent de refroidissement, laquelle comporte une arrivée d'agent de refroidissement et une évacuation d'a- gent de refroidissement, et avec en outre, un tube de canalisa- tion d'agent de refroidissement qui délimite avec le tube de coquille un intervalle annulaire dans lequel passe l'agent de refroidissement. Des coquilles de coulée en continue de ce type ser-;- vent principalement à obtenir un matériau coulé en barres en métaux non ferreux et en acier dans des formats de 70 mm x 70 mm jusqu'à 200 mm x 200 mm (format de billettes) et en formats ronds de 100 à 500 mm de diamètre. Il est connu (brevet AT-238 388), de réaliser dans de telles coquilles de coulée continue, pour des raisons tech- niques de fabrication et des raisons économiques, le tube de coquille lisse intérieurement et extérieurement. Le courant d'agent de refroidissement proprement dit est établi sur la base d'un tube de canalisation d'agent de refroidissement pré- sentant une épaisseur de paroi d'environ 4 mm. L'intervalle annulaire pour l'agent de refroidissement est dans la plupart 2.- des cas d'environ 6 à 8 mm, et l'épaisseur de paroi du tube de coquille est d'environ 12 mm. De tels tubes de coquille ont une durée de vie correspondant à environ 50 charges au maximum, lorsqu'il s'agit de coulée de l'acier, après quoi un remplacement du tube de coquille usé est nécessaire. Le matériau coulé en barres obtenu à partir des coquilles de coulée en continu prévues pour une section trans- versale de billettes ou bien une section transversale ronde, présente fréquemment à la sortie de la coquille de coulée en continu, une forme s'écartant de la forme théoriquement connue, telle que par exemple une forme rhomboïdale au lieu d'une section transversale théoriquement carrée. Dans le cas de sections transversales rondes, il ne se produit certes pas de modifications particulières de la forme, mais dans certains cas, il apparait également des criques dans le matériau coulé. En outre, on constate dans le cas de coquilles de coulée en continue de barres rondes, des criques thermiques sur le tube de coquille lui-même. L'invention a pour but d'éviter les altérations de forme de la barre coulée elle-même et des endommagements de la coquille de coulée continueprovoqués par des processus de refroidissement inadéquate.. Ce but est atteint conformément à l'invention dans le cas de la coquille de coulée continue ttitialement indiquée en ce que, au moins dans la partie supérieure du tube de co- quille et s'étendant de façon exclusive principalement en direction longitudinale du tube de coquille, il est prévu la surface externe opposée au métal liquide, des fentes de re- froidissement réparties sur la périphérie. Ces dispositions provoquent une réduction de la température sur la face en contact avec l'eau de la coquille de coulée continue. La chaleur à évacuer est évacuée de façon relativement uniforme sur la périphérie, de sorte que des contraintes thermiques sur la barre de coulée et sur la coquille de coulée continue c'est-à-dire des surchauffes dans le tube de coquille, sont 3.- évitées. La forme rhomboïdale désavantageuse d'une section transversale de billette est également évitée et des endom- magements thermiques sur la coquille de coulée continue ne se produisent plus. Il est connu, dans le cas de coquilles de coulée en brames (DE-AS 10 92 613) de prévoir des fentes très étroi- tes ouvertes vers l'extérieur s'étendant en direction longitu- dinale et en direction périphérique à l'intérieur d'un ensem- ble de plaques de parois de coquilles. De telles fentes ne pouvaient toutefois, jusqu'à maintenant, 9tre mises en oeuvre que dans des plaques de parois de coquilles de brame, car de telles plaques de parois présentent des épaisseurs de 40 mm et davantage. Toutefois, même pour de telles plaques de pa- rois pour des coquilles de coulée en brames, il se présente la difficulté que pour une épaisseur de plaque de paroi dé- croissante et une profondeur croissante des fentes ainsi pré- vues, la résistance mécanique décroit considérablement, mais que, par contre, pour une profondeur de fente décroissante et une épaisseur de plaque de paroi croissante, la sensibi- lité des plaques de parois vis à vis des élévations de tem- pératures augmente considérablement. Le concept à la base de l'invention peut notam- ment 8tre mis en oeuvre de façon avantageuse en partant de ce que les fentes de refroidissement sont prévues uniquement dans la zone du niveau de coulée précédemment déterminé. Dans la réalisation de l'invention, il est prévu que les fentes de refroidissement s'étendent en forme d'héli- ce sur le tube de coquille. Cette disposition augmente la sécurité de l'effet de refroidissement même lorsque l'agent de refroidissement, tel par exemple de -l'eau de refroidisse- ment, ne répond pas à toutes les exigences en ce qui concer- ne son degré de pureté. Selon un autre perfectionnement de l'invention, il est prévu que les fentes de refroidissement présentent une section transversale à peu près en forme de trapèze. La 4.- surface de refroidissement est ainsi augmentée de sorte que l'intensité du refroidissement croit. En complément de cette modification, des effets éventuellement défavorables des fentes de refroidissement dans le cas de tubes de coquilles à parois relativement minces (par exemple des effets d'entailles), sont évités du fait que le fond de la section transversale des fentes de refroidis- sement est arrondi. Egalement dans le but d'assurer une possibilité de sollicitations mécaniques et thermiques suffisantes du tube de coquille, il est proposé que l'épaisseur de paroi du tube de coquille et la profondeur des fentes de refroidisse- ment, soient au moins dans un rapport de 2,4: 1 ou bien dans un rapport supérieur. En principe, des surchauffes et donc des modifica- tions de structures du tube de coquille sont évitées en ce que les surfaces de refroidissement se trouvant à l'intérieur d'un intervalle médian de fentes de refroidissement voisines, sont dans l'ensemble 1,4 à 2,0 fois plus grandes que les sur- faces opposées placées à l'intérieur de cet intervalle médian et baignées par le métal liquide sur la face interne du tube de coquille. Une autre disposition pour améliorer les condi- tions de refroidissement pour le matériau coulé en barres et pour le matériau du type de coquille consiste en ce que la vitesse de l'agent de refroidissement dans les fentes de re- froidissement est d'environ 10 à 12 m/s. Une autre disposition pour augmenter la vitesse d'écoulement de l'agent de refroidissement pour une quantité d'agent de refroidissement inchangée est obtenue en ce que l'intervalle entre le tube de coquille et le tube de canalisa- tion d'agent de refroidissement est réduit dans la zone des fentes de refroidissement par rapport à la partie se situant plus bas ne comportant pas de fentes de refroidissement. L'augmentation de la vitesse peut, dans ce cas, 5.- être pleinement répercutée sur les fentes de refroidissement du fait que l'intervalle entre le tube de coquille et le tube de canalisation de l'agent de refroidissement est nul dans la zone des fentes de refroidissement. Pour maintenir la sollicitation thermique du tube de coquille dans des limites supportables, il peut être en outre avantageux de prévoir que l'épaisseur de paroi du tube de canalisation d'agent de refroidissement est renforcée dans la zone des fentes de refroidissement. A l'opposé de l'état de la technique, il est en outre proposé que les fentes de refroidissement et l'inter- valle annulaire sont parcourus par l'agent de refroidissement du haut vers le bas. La pression élevée de l'agent de refroi- dissement (par exemple de l'eau) augmente dans la zone la plus chaude du tube de coquille la température d'émulsion, de sorte que dans la zone du niveau de coulée, la formation de bulles et donc un refroidissement déficient sont évités. En outre, une perte de pression et donc une réduction de la vitesse sur la partie inférieure du tube de coquille restent limitées. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté dans les dessins ci-joints, et va être décrit plus en détail ci-après: - la figure 1 est une coupe longitudinale axiale de la coquille de coulée en barres pour des formats de bil- lettes et des formats ronds, - la figure 2 montre à plus grande échelle un dé- tail "A" de la figure 1, - la figure 3 est une coupe transversale à échelle agrandie des fentes de refroidissement. La coquille de coulée continue conforme à l'inven- tion pour des formats de billettes et des formats ronds, com- porte comme parties essentielles, un tube de coquille 2, une chemise d'agent de refroidissement 3 avec une alimentation en agent de refroidissement 4 et une évacuation d'agent de 6.- refroidissement 5. Le tube de coquille 2 est séparé par un intervalle annulaire 6 de circulation de l'agent de refroidis- sement du tube de canalisation 7 de l'agent de refroidisse- ment. Le tube de coquille 2 est maintenu à l'intérieur de la coquille de coulée en barres 1 au moyen de brides 8 et 9 et la chemise d'agent de refroidissement 3 est divisée en une chambre d'alimentation en agent de refroidissement 3a et en une chambre de retour de l'agent de refroidissement 3b, les deux chambres étant séparées fonctionnellement l'une de l'au- tre par une plaque de bride 10 avec un joint d'étanchéité 11 et une plaque d'étanchement 12. Les brides 8 et 9 sont reliées de façon étanche à la chemise de fluide de refroidissement 3. Dans la zone 13 du niveau de coulée précédemment fixé 14, des fentes de refroidissement 16 sont usinées en direction longitudinale 15 du tube de coquille. Les fentes de refroidissement 16 représentées ont un tracé rectiligne, c'est- à-dire parallèle à la direction longitudinale 15 du tube de coquille. Les fentes de refroidissement 16 peuvent toutefois aussi s'étendre en forme d'hélice sur la surface externe 2c du tube de coquille 2.- La section transversale des fentes de refroidisse- ment 16 a une forme à peu près trapézo!dale (figure 3) et son fond 18 comporte un arrondi 19. Le tube de coquille 2 a une épaisseur de paroi 2a de par exemple 17 mm pour des rai- sons de résistance mécanique, la profondeur 16a étant réduite de façon appropriée. La largeur externe 16b des fentes de refroidis- sement 16 détermine la surface refroidie. La surface 21 bai- gnée par le métal liquide sur la face interne 2b du tube de coulée (espace de coulée) est comprise à l'intérieur de l'intervalle médian 20 entre deux fentes de refroidissement contigdes 16. En face de cette surface 21 est placée la surface de refroidissement 16c plusieurs fois plus grande. L'intervalle 22 entre le tube de coquille 2 et le tube de canalisation 7 de l'agent de refroidissement est 7.- plus réduit dans la zone 15 que dans la partie 13a située plus bas et dans laquelle il ne se trouve habituellement pas de fentes de refroidissement 16. Cet intervalle 22 peut tou- tefois, comme cela est indiqué sur la figure 3, devenir nul. Pour des raisons de résistance mécanique, le tube de cana- lisation 7 de l'agent de refroidissement peut être muni d'un renforcement 7a au moins dans la zone des fentes de refroi- dissement 16, ce renforcement étant la plupart du temps cons- titué par un accroissement de l'épaisseur de la paroi (vers l'intérieur ou bien vers l'extérieur). L'agent de refroidissement, par exemple de l'eau de refroidissement, s'écoule à travers l'alimentation en agent de refroidissement 4 du haut vers le bas et quitte la cham- bre de retour d'agent de refroidissement 3b. R EV E N D I C AT I 0 N S 1.- Coquille de coulée en continue pour des sec- tions transversales rondes ou bien des sections transversa- les de billettes, notamment pour la coulée d'acier liquide, avec un tube de coquille qui est entouré d'une chemise d'agent de refroidissement, laquelle comporte une arrivée d'agent de refroidissement et une évacuation d'agent de re- froidissement, et avec en outre, un tube de canalisation d'agent de refroidissement qui délimite avec le tube de co- quille un intervalle annulaire dans lequel passe l'agent de refroidissement, coquille caractérisée en ce qu'au moins dans la partie supérieure du tube de coquille (2) et s'éten- dant de façon exclusive principalement en direction longitu- dinale (15) du tube de coquille, il est prévu à la surface externe (2c) opposée au métal liquide, des fentes de refroi- dissement (16) réparties sur la périphérie. 2.- Coquille de coulée en continue selon la re- vendication 1, caractérisée en ce que les fentes de refroi- dissement (16) ne sont prévues que dans la zone (13) du ni- veau de coulée (14) précédemment déterminée. 3.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les fentes de refroidissement (16) s'étendent sur le tube de coquille (2)selon des lignes hélicoïdales. 4.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que- les fentes de refroidissement (16) ont une section transver- sale présentant à peu près une forme de trapèze (17). 5.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le fond (18) de la section transversale des fentes de refroi- dissement (16) est arrondi. 6.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'épaisseur de paroi (2a) du tube de la coquille (2) et la 9.- profondeur (16a) des fentes de refroidissement (16) sont au moins dans un rapport de 2,4: 1, ou un rapport supérieur. 7.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les surfaces de refroidissement se trouvant à l'intérieur d'un intervalle médian (20) de fentes de refroidissement voisines (16) sont dans l'ensemble 1,4 à 2,0 fois plus grandesque les surfaces opposées placées à l'intérieur de cet intervalle médian (20) et baignées par le métal liquide sur la face in- terne (2b) du tube de coquille. 8.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à-7, caractérisée en ce que la vitesse de l'agent de refroidissement dans les fentes de refroidissement (16) est d'environ 10 à 12 m/s. 9.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'intervalle (22) entre le tube de coquille (2) et le tube de canalisation d'agent de refroidissement (7) est réduit dans la zone (13) des fentes de refroidissement (16) par rap- port à la partie se situant plus bas (13a) ne comportant pas de fentes de refroidissement (16). 10.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'intervalle (22) entre le tube de coquille (2) et le tube de canalisation de l'agent de refroidissement (V) est nul dans la zone des fentes de refroidissement (16). 11.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de paroi (7a) du tube de canalisation d'agent de refrcidissement (7) est renforcée dans la zone des fentes de refroidissement (16). 12.- Coquille de coulée en continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les fentes de refroidissement (16) et l'intervalle annulaire (6) sont parcourus par l'agent de refroidissement du haut vers le bas.