Brevet FR2572664A1 — publié le 19860509

"Procédé pour la réalisation d'une coquille de coulée en continu avec des pièces moulées résistant à l'usure" La présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'une coquille destinée à des ins- tallations de coulée en continu comportant des couches résistant à l'usure réalisées sous la forme de pièces moulées dans la zone des plaques de paroi en matériau cuivreux, maintenues dans un cadre, bridées ensemble, et constituant l'espace creux de mise en forme, les pièces moulées étant rapportées sur ces plaque de paroi et/ou ajustées dans celles-ci. Pour la coulée en continu de métaux fondant à des températures élevées tels que par exemple le fer et l'acier, on utilise% de façon connue des coquilles de coulée en continu qui sont réalisées en matériaux cuivreux à cause de la conductibilité thermique élevée de ces matériaux. Selon le type d'application, on distingue des coquilles d'une seule pièce ou des coquilles constituées de plusieurs pièces qui, s'il s'agit d'une coquille d'une seule pièce, sont réalisées à partir de blocs forgés sans soudure, à partir de tubes extrudés ou coulés sans soudure, ou bien également à partir de tôles ou de bandes soudées. Ou bien, s'il s'agit de coquilles en plusieurs parties, elles sont constituées de plaques de paroi bridées ensemble dans un cadre et constituant l'espace creux de mise en forme du cordon de coulée, ces plaques étant soumises pendant leur fabrication à des traitements thermiques et à des opéra- tions de mise en forme. Ces garnitures de coquilles de coulée en continu, en matériaux cuivreux qui peuvent être des alliages de cuivre à teneur faible ou élevée, sont soumis dans l'espace creux de mise en forme à une usure importante du fait du frottement de la peau solidifiée du cordon de soudure et du fait des particules de scories s'introduisant entre le cordon et l'espace de mise en forme. La modification des cotes internes de la coquille ainsi provoquée raccourcit de façon déterminante la durée d'utilisation possible des coquilles. Il est en conséquence, nécessaire de procéder, après un certain temps de fonc- tionnement, à une réfection des plaques pour mettre un terme à cette usure, provoquée par les sollicitations aussi bien mécaniques que thermiques, des parois de la coquille délimitant l'espace creux de mise en forme. Du fait de cette réfection la section transversale initiale de l'espace creux de mise en forme est modifiée de sorte que la section transversale du cordon coulé se modifie également. Pour obtenir un cordon sain et pour éviter des ruptures redoutées, il est cependant absolument nécessaire que le guidage du cordon venant à la suite de la coquille de coulée en continu soit aligné de façon précise sur la section transversale de l'espace creux de mise en forme ou bien du cordon. Pour éviter des criques en bordure, il est en outre nécessaire d'arrondir de façon convenable les parties de bordure de l'espace creux de mise en forme. Notamment, dans les coquilles à plaques pour la coulée de cordons de très grande section transversale, par exemple de brames, les arrondis sont en conséquence usinés dans les plaques. Dans le cas de phénomènes d'usure sur les plaques, par exemple sur une plaque longitudinale d'une coquille de brame, la plaque et également l'arrondi doivent en conséquence subir une réfection. Comme précédemment mentionné, il en résulte forcément une section trans- versale plus importante du cordon coulé après-réassemblage de la coquille de coulée en continu, et l'inconvénient précité se produit. Un réajustement des cotes de la coquille rend par ailleurs nécessaire, à cause du temps considérable pris par un tel réajustement, le maintien d'un certain stock de coquilles, si on ne peut pas admettre une réduction de la production. Pour surmonter ces difficultés,il a déjà été proposé (DE-PS 1 939 777) de disposer dans les coins entre les plaques de paroi (plaques longitudinales et transversales) de la coquille des pièces de-transition en un matériau différent de celui des plaques de coquille. Dans ce cas, ces plaques de transition, dans la forme de réalisation connue, sont fixées mécaniquement dans des évidements de l'une des deux plaques de paroi, leur surface d'appui en direction longitudinale de cette plaque étant plus étroite que l'épaisseur de la seconde plaque de paroi limitrophe. Toutefois, ces formes de réalisation connues ne satisfont pas toujours aux exigences imposées aux coquilles de coulée en continu actuellement utilisées du fait de la capacité de production très élevée des ins- tallations de coulée en continu installées. Ceci est valable pour ce que l'on appelle les coquilles fixes avec une section transversale de l'espace creux de mise en forme ne pouvant être modifiée de l'extérieur, mais aussi notamment pour les réalisations connues sous le nom de coquilles réglables dans lesquelles la section transversale du cordon est modifiée pendant la coulée par déplacement des côtés étroits ou plaques transversales. Dans ce cas, il se produit, en effet, du fait du frottement sur les surfaces de contact entre les plaques longitudinales et les bords des cotés étroits, une forte usure, par exemple par grippage, ce que l'on appelle une usure en sillon, qui met à bref délai la coquille concernée hors d'usage par suite de la formation de fentes irrégulières ou bien qui exige une réfection mécanique. Pour éviter un frottement intense, donc pour réduire l'usure, on a déjà cherché à revêtir Ies plaques longitudinales en cuivre avec des matériaux hautement résistants tels que du nickel, du chrome, du molybdène, etc..., et à lubrifier les plaques transversales non revêtues sur les bords de contact, éventuellement par l'intermédiaire de rainures supplémentaires de lubri- fication, avec une graisse hautement résistante à la chaleur. L'inconvénient de cette solution est les coûts élevés résultant de ce revêtement supplément-aire, un autre inconvénient réside en ce que du fait de l'action mécanique du cordon de coulée, le revêtement est précocement usé. De même, des recherches pour revêtir la surface relativement petite des bords des côtés étroits (bords des plaques transversales) avec un matériau plus dur que le matériau cuivreux de la plaque de coquille, par exemple par nickelage galvanique ou chimique de ces surfaces ou bien par apport de métaux durs projetés par flammes ou par placement, ne se sont pas traduites par un succès. L'adhérence de telles couches sur les surfaces -étroites n'est pas suffisante et, lors du processus de réglagejces couches s'écaillent au contraire relativement rapidement et de façon indéfinie. A côté des coGts de réparation et de rénovation du revê- tement, il en résulte fréquemment des dépenses très élevées par suite de ruptures qui sont provoquées par des formations soudaines de fentes indéfinies. Quel que soit le type de la coquille, qu'il s'agisse d'une coquille fixe ou réglable, une autre zone d'usure élevée se trouve à l'extrémité de sortie de la coquille. Dans ce cas, le frottement intense entre le cordon de coulée déjà solidifié en surface et la paroi de la coquille aboutit à mettre prématurément fin à la possibilité d'utilisation de la coquille. Une proposition connue (DE-PS 31 42 196), consistant à déposer galvani- quement, à projeter ou bien à appliquer par placage par explosion, sur cette zone exposée, une couche de protection contre l'usure d'une épaisseur plus importante que sur le reste de la surface de la coquille, n'a manifestement pas pu s'imposer également jusqu'ici pour les raisons précédemment exposées. Il existe également des problèmes du fait d'une usure élevée dans la zone du niveau du bain de coulée ou bien au-dessous de cette zone. En conséquence, on a déjà prévu (DE-OS 19 57 332),tout au moins dans la partie englobant la zone du niveau du bain, des parois de la coquille délimitant l'espace creux de mise en forme, des garnitures constituées de matériaux différents du matériau des plaques. Les laminages ou les placages à chaud proposés pour appliquer ces garnitures, le formage à haute vitesse ou bien le placage par explosion sont tout à fait onéreux. Partant de cet état de la technique, l'in- vention a pour but de trouver une possibilité pour éviter les formations de fentes dans l'espace de mise en forme de la coquille avec les conséquences connues pour le cordon de coulée, et d'augmenter la durée de résistance des coquilles en améliorant la résistance à la corrosion et à l'usure des plaques de paroi délimitant l'espace creux de mise en forme. Ce but est atteint lors de la réalisation conforme à l'invention de coquille du type précédemment décrit en ce que les pièces moulées sont fixées sur et/ou dans les plaques de paroi par soudage au faisceau d'élec- trons. Ce mode de fixation offre la garantie que les parties à rendre solidaires métallurgiquement par soudage ne se déforment pas et que seule une zone de soudure extrêmement étroite est recuite. La forme correcte ainsi que les dimen- sions des surfaces internes de la coquille délimitant l'espace creux de mise en forme ne sont également que peu influencées de façon négative par le soudage, ainsi que la dureté des plaques de paroi obtenue par écrouissage. En outre, la liaison métallurgique de pièces moulées des parois de coquille ne donnent pas lieu à la formation de crevasses. Selon un perfectionnement de l'invention, on obtient des avantages particuliers lorsque les pièces moulées, revêtant la forme de barrettes en un matériau résistant à l'usure, sont soudées dans les zones de bordure des plaques de paroi au moyen d'un faisceau d'électrons. Cela concerne essentiellement la zone à l'extrémité de sortie de la coquille et la zone dans laquelle les plaques transversales et longitudinales agissent les unes contre les autres en étant sollicitées par la pression. Il n'était jusqu'à maintenant pas possible d'équiper, en évitant les fentes et de façon durable avec des moyen limitant l'usure, ces zones étroitement délimitées superficiellement. C'est seulement grâce à l'invention que l'on est parvenu à éviter une formation de fentes'entre les plaques longi- tudinales et transversales par suite de fluage ou de retrait de la paire de plaques soumise à la pression externe, formation provoquée par la pression d'application et les contraintes thermiques lors de la coulée ainsi qu'à la suite d'endommagements mécaniques. Si, comme cela est prévu dans un perfec- tionnement de l'invention, les barrettes sont soudées dans les zones de bordure des plaques transversales, cette forme de réalisation convient alors particulièrement pour des coquilles réglables. On évite ainsi l'usure qui inter- vient autrement lors du déplacement des plaques des côtés étroits par suite du frottement intense sur-les surfaces de contact des plaques longitudinales et transversales. Une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention est obtenue lorsque, indépendamment des zones de bordure, les pièces moulées sont ajustées sous la forme d'inserts résistant à l'usure dans les sur- faces tournées vers le cordon de coulée des plaques de paroi délimitant l'espace creux de mise en forme et sont soudées au moyen d'un faisceau d'électrons. Ces surfaces peuvent par exemple,être la zone du niveau du bain mais également, conformément à la réalisation de coquilles précitées (DE-PS 31 42 196),la zone au-dessous du niveau du bain. Dans ce cas les inserts peuvent également s'étendre à partir du niveau du bain dans la direction de déplacement, auquel cas les inserts sont réalisés sous la forme de coins ou partiellement sous la forme de coins avec des surfaces de délimitation concourant l'une sur l'autre dans la direction du parcours du èordon de coulée. Pour les inserts dans la zone du niveau du bain et au-dessous, il peut être également avantageux pour stabiliser les conditions de refroidissement de prendre en considération, lors du choix du matériau, à côté de la résistance à l'usure, également la conductibilité thermi- que des matériaux. Dans ce caslon obtient, outre une amélioration de-la résistance à l'usure, la possibilité d'un contrôle simple de l'évacuation de la chaleur dans la zone de la coquille. A côté du choix du matériau, la forme extérieure de l'insert joue également un rôle déterminant, de sorte que du fait de la forme extérieure-réalisée, par exemple l'évacuation de la chaleur en partant de la zone du niveau du bain, croît ou bien diminue lorsque le refroidissement du cordon de coulée progresse. En tant que matériau résistant à l'usure susceptible d'être utilisé conformément à l'invention, tous les matériaux soudables peuvent être pris en consi- dération. Parmi les matériaux susceptibles d'être mis en oeuvre de préférence, il y a par exemple le molybdène, les alliages cuivre bérylium, mais également l'acier à haute résistance. En tant que matériaux de base pour les pièces moulées résistant à l'usure, ce que l'on appelle des super alliages à base de nickel se sont avérés avantageux, par exemple des alliages composites des systèmes Ni - Mo - Fe avec des ajouts tels que Cr, Co, W, Ti et A1. De tels alliages sont connus sous les dénominations commerciales Inconel, Hastelloy ou Nimonic. Mais,pour la mise en oeuvre de l'invention des matériaux super résistants à base de fer avec des ajouts tels que Cr, Ni, Mo et A1 ainsi que des matériaux de fonderie résistant à la température à base de fer, de nickel ou de cobalt se sont également révélés avantageux. Tous ces "métaux durs" peuvent être rendus solidaires d'alliages de cuivre à basse ou haute teneur par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons. L'invention va être exposée plus en détail en se référant aux exemples de réalisation représentés sur les figures 1-à 7. - La figure 1 représente la plaque de paroi 1, constituée d'un alliage de cuivre mis en forme-à froid, d'une coquille à plaques pour la coulée en continu de l'acier. Le sens de déplacement du cordon de coulée est indiqué par la flèche. Pour protéger contre l'usure des zones de bordure particulièrement exposées des plaques de coquille, plaques longitudinales ou transversales, pour éviter la formation de fissures et garantir un résultat de coulée irréprochable, les zones de bordure 2 et 3 de la plaque de paroi 1 sont,par exemple,évidées par fraisage et dans les évidements ainsi réalisés,les barrettes 4 et 5 constituées d'un métal dur sont insérées. Afin que ces barrettes soient maintenues sur ou dans la plaque de paroi 1 de façon sure et exempte de fentes, même lors des solli- citations mécaniques intervenant pendant le fonctionnement,- elles sont fixées par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons. Les cordons de soudure ainsi tracés 6 et 7 sont étroitement limités, et l'échauffement de relativement courte durée sur cet espace étroitement limité exclut un ramollissement des zones voisines de la plaque de paroi 1. - La figure 2 montre la plaque de paroi 8, constituant une plaque longitudinale ou transversale, qui dans le sens d'extraction du cordon de coulée, est munie à son extrémité côté sortie d'une barrette 9 en un matériau résistant à l'usure. Le montage de cette barrette s'effectue de façon correspondante à l'exemple de réalisation selon la figure 1, les cordons de soudure provoqués par le soudage au moyen de faisceau d'électrons étant désignés par 10 et 11. - Sur la figure 3, est représenté ce que l'on appelle une coquille à plaques qui est constituée par les plaques longitudinales 12 et les plaques trans- versales 13, lesquelles, comme cela est indiqué par les flèches, sont pressées les unes contre les autres à l'aide d'un cadre extérieur en acier non représenté et sont maintenues en étant ainsi bridées. Pour éviter la formation de fentes dans les zones de coins désignées par 14, les barrettes 15 résistant à l'usure, comme déjà décrit pré- cédemment, sont insérées de façon durable dans les plaques transversales 13 par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons et elles constituent avec ces plaques trans- versales une unité. Le soudage des barrettes résistant à l'usure selon l'invention dans la zone de bordure a surtout des avantages dans le cas de ce que l'on appelle les coquilles réglables dans lesquelles l'espace de coulée est modifié par déplacement des plaques transversales par rapport aux plaques longitudinales. Une telle forme de réalisation est représentée à échelle agrandie sur la figure 4. La plaque transversale 17 est disposée sur la plaque longi- tudinale 16 en étant susceptible de se déplacer dans un sens et dans l'autre en direction de la flèche. Cette plaque transversale est sollicitée par la pression contre 1-a plaque longitudinale 16 non pas dans sa zone de bordure proprement dite, mais par l'intermédiaire de la barrette 18 constituée d'un matériau résistant à l'usure. Grâce au soudage au moyen d'un faisceau d'électrons le long du cordon de soudage 19 dans le plan de la figure, les barrettes 18 sont maintenues, en l'absence de fentes, sur le bord de la plaque transversale 17 et la barrette 18 et la plaque 17 constituent une unité. A la différence de ce qui précède, la figure représente ce que l'on appelle une coquille fixe avec une section transversale de l'espace de coulée non suscep- tible d'être modifiée, et dans laquelle, par exemple, la barrette 20 résistant à l'usure est insérée par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons dans un évidement de la plaque longitudinale 21. La plaque transversale 22 est sollicitée par la pression contre cette barrette 20 fixée de façon durable et en l'absence de fentes dans la plaque de paroi par liaison métallurgique. Enfin, les figures 6 et 7 montrent des formes de réalisation de l'invention dans lesquelles des inserts en un matériau résistant à l'usure sont disposés dans la zone du niveau du bain de coulée et dans le sens de dépla- cement du cordon de coulée en-dessous de ce niveau. Sur la figure 6, la plaque de paroi, (plaque longitudinale et transversale) 23 d'une coquille comporte l'insert 24 de section transversale rectangulaire, qui, pour obtenir une bonne transmission de chaleur entre la plaque de cuivre et la partie arrière de l'insert 24, est inséré par laminage à froid, pressage ou pressage hydrostatique. Même lorsque, pour des raisons particulières, la mise en place de l'insert 24 s'effectue par explosion, il s'est avéré avantageux, dans tous les cas de mise en oeuvre de l'invention, pour améliorer la transmission de chaleur sur la face arrière de l'insert, pour éviter des formations de fentes par suite 1l de dilatations différentes des matériaux contigus, de lier métallurgiquement avec le matériau cuivreux le "pourtour" de l'insert par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons. A la différence de cette forme de réalisation selon la figure 6, il est prévu, selon la figure 7, dans la plaque de coquille 25, un insert en forme de coin 26. Il est en forme de coin pour assurer simultanément d'une façon simple un contrôle de la transmission de la chaleur à travers la plaque de coquille. Dans ce cas également, le soudage par faisceau d'électrons garantit une liaison sûre, exempte de fentes. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé pour la réalisation d'une coquille destinée à des installations de coulée en continu comportant des couches résistant à l'usure réalisées sous la forme de pièces moulées dans la zone des plaques de paroi en matériau cuivreux, maintenues dans un cadre, bridées ensemble, et constituant l'espace creux de mise en forme, les pièces moulées étant rapportées sur ces plaques de paroi et/ou ajustées dans celles-ci, procédé caractérisé en ce que les pièces moulées sont fixées sur et/ou dans les plaques de paroi par soudage au faisceau d'électrons. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces moulées, revêtant la forme de barrettes en un matériau résistant à l'usure, sont soudées dans les zones de bordure des plaques de paroi au moyen d'un faisceau d'électrons. 3 ) Procédé selon.la revendication 2, caractérisé en ce que les barrettes sont soudées au moyen d'un faisceau d'électrons dans les zones de bordure des plaques longitudinales et transversales de paroi constituant l'espace creux de mise en forme de la coquille. ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les barrettes sont soudées dans les zones de bordure des plaques transversales. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 précédentes, caractérisé en ce que, les pièces moulées en forme de barrettes sont soudées au moyen d'un faisceau d'électrons sur les bords se trouvant à l'extrémité de sortie de la coquille des plaques de paroi délimitant l'espace creux de mise en forme. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces moulées sont ajustées sous la forme d'inserts résistant à l'usure dans les sur- faces tournées vers le cordon de coulée des plaques de paroi délimitant l'espace creux de mise en forme et sont soudées au moyen d'un faisceau d'électrons. 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les inserts sont soudés au moyen d'un faisceau d'électrons dans la zone des plaques de paroi englobant le niveau du bain de coulée. ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les inserts sont réalisés sous la forme de coins ou partiellement sous la forme de coins avec des surfaces de délimitation concourant l'une sur l'autre dans la direction du parcours du cordon de coulée. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisé en ce que les zones prévues pour les pièces moulées sur et/ou dans les plaques de paroi sont usinées avec enlèvement de copeaux, les pièces moulées sont ajustées et ensuite les pièces moulées ainsi ajustées sur et/ou dans les plaques de paroi sont rendues métallurgiquement solidaires des plaques de paroi par soudage avec un faisceau d'électrons. 10 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 précédentes, caractérisé en ce que, comme matériau de base pour les pièces moulées résistant à l'usure,on utilise du molybdène. 11 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 précédentes, caractérisé en ce quel comme matériau de base pour les pièces moulées résis- tant à l'usure,on utilise des alliages cuivre-berylium. 12 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 précédentes, caractérisé en ce quel comme matériau de base pour les pièces moulées résistant à l'usure,on utilise de l'acier de haute résistance. 13 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 précédentes, caractérisé en ce que comme matériau de base pour les pièces moulées résistant à l'usure on utilise ce que l'on appelle des supers alliages à base de nickel. 14 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 précédentes, caractérisé en ce que, comme matériau de base pour-les pièces moulées résistant à l'usure,on utilise des matériaux super résistants à base de fer. - ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 précédentes, caractérisé en ce que! comme matériau pour les pièces moulées résistant à l'usure/ on utilise des matériaux de fonderie résistant à la tempé- rature à base de fer, de nickel ou de cobalt. 16 ) Coquille réalisée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 15 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte sur les bords des plaques longitudinales et/ou transversales appliquées les unes contre les autres en équerre, des baguettes en un matériau résistant à l'usure, insérées et fixées par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons. 17 ) Coquille réglable selon la revendication 16, caractérisée en ce que les barrettes en matériau résis- tant à l'usure sont fixées par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons dans la zone de bordure des plaques transversales. 18 ) Coquille réalisée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans la zone de bordure des plaques longitudinales et transversales de l'extrémité de sortie de la coquille, des barrettes en un matériau résistant à l'usure, fixées par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons. 19 ) Coquille réalisée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 18 précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans la zone plane des plaques longitudinales et transversales, des inserts en un matériau résistant à l'usure, intégrés par soudage au moyen d'un faisceau d'électrons.