Brevet FR2587247A1 — publié le 19870320

Cylindre pour coulée continue entre cylindres, à circulation de fluide de refroidissement. L'invention concerne le refroidissement des cylindres de coulée continue entre cylindres. La coulée continue entre cylindres de métaux, tels que l'acier ou l'aluminium est connue, et peut être mise en oeuvre de diverses manières selon qu'on pratique une coulée verticale ou horizontale. Des cylindres refroidis sont connus par exemple grâce aux documents FR-A-1567196 qui montre une chemise entourant le cylindre et traversée de nombreuses canalisations axiales noyées; US-A-3038219 montrant des canaux axiaux de circulation pratiqués sur le corps de cylindre en dessous de l'enveloppe de cuivre qui l'entoure; FR-A-1198006 montrant des canaux circonférentiels logés dans le corps de cylindre et recouverts par une frette de cuivre. Pour diverses raisons, une circulation axiale de l'eau de refroidissement n'est pas satisfaisante (par exemple pour l'homogénéité dans le sens transversal du produit métallique coulé) et les enseignements des deux premiers documents cités sont d'ailleurs très schématiques et incomplets. L'enseignement du troisième document n'est guère plus satisfaisant car la solution présentée nécessite un usinage compliqué et coOteux du corps de cylindre. Par ailleurs, les échanges thermiques ne sont pas optimisés, et de plus on constate sous la pression de l'eau dans les canaux circonférentiels une tendance au gonflement et à la déformation de la frette qui ne peut être palliée que par une augmentation coOteuse de l'épaisseur de cuivre de la frette. Le but de l'invention est de proposer un cylindre refroidi ne présentant pas les inconvénients précités, d'une construction relativement simple, permettant un refroidissement plus efficace et n'étant pas sujet à des déformations préjudiciables à la qualité du produit coulé. Pour atteindre ce but, l'invention propose un cylindre comportant un corps cylindrique entouré d'une enveloppe; des canaux parallèles de circulation de fluide de refroidissement disposés circonférentiellement entre le corps et l'enveloppe; des collecteurs d'entrée et de sortie du fluide et des canalisations, logées dans le corps, reliant les collecteurs aux canaux de circulation. Ce cylindre se caractérise en ce que les canaux sont constitués par des groupes de rainures de la surface intérieure de l'enveloppe s'étendant sur des arcs de circonférences, organisant la circulation en secteurs distincts correspondant à chaque groupe. L'usinage des canaux de circulation dans l'enveloppe (en cuivre ou alliage de cuivre) est facile. Ule telle localisation des canaux permet par ailleurs d'offrir trois surfaces d'échange thermique avec l'eau de refroidissement. La largeur et l'espacement des canaux sont calculés aisément pour ne pas provoquer d'affaissement ou de gonflement de l'enveloppe. Ces déformations sont d'autant moins possibles que l'organisation de la circulation circonférentielle en secteurs distincts évite d'atteindre des pressions indésirables (supérieures à 7 bars) qui entraîneraient un décollement du cuivre. Une répartition en trois secteurs angulaires de 1200 chacun est particulièrement avantageuse. lUn nombre plus important augmente le nombre de coudes et élève denc les pertes de charges, ce qui oblige à augmenter la pression d'entrée. lUn nombre plus réduit augmente la longueur des des circuits dans les canaux de circulation et donc aussi les pertes de charges. La vitesse préférée de circulation d'eau est de l'ordre de 6m/s. Une vitesse supérieure n'est pas souhaitable car elle provoque une augmentation sensible des pertes de charge. Une vitesse inférieure amène, au lieu d'un transfert de - --chal-eur-par convection forcée sans formation de vapeur: - soit un transfert en ébullition nuclée, i.e. la formation de fines bulles de vapeur à la surface qui se recondensent dans le liquide environnant. L'accumulation de ces bulles constitue un véritable "bouchon de vapeur" dans le circuit et bloque le passage de l'eau. On sait qu'en lingotière droite, le sens de passage de l'eau de refroidissement est vertical, du bas vers le haut, pour que la vapeur monte naturellement avec l'eau sans opposition. La circulation dans les différents secteurs des cylindres de l'invention est organisée pour reproduire cette même condition. - soit un transfert en ébullition franche, i.e. la formation d'un film de vapeur plus ou moins stable sur la surface à refroidir. Ce film, véritable résistance thermique, s'oppose à l'extraction de la chaleur, la température s'élève et le cuivre peut alors "brûler" en surface au contact de l'acier. De plus, une circulation rapide limite les dépôts de calcaire ou de sels divers, inévitables malgré l'utilisation d'une eau traitée. L'alimentation du cylindre de refroidissement en eau se fait au travers d'un joint tournant à double flux spécialement conçu pour répondre aux spécifications particulières exigées compte tenu du voisinage du métal en fusion: débit d'eau (environ 40m3/h) sous faible pression et, pour limiter les pertes de charges, à la plus faible vitesse possible (en dehors de la restriction des canaux de circulation o la vitesse est d'environ Bm/s); faible vitesse de rotation du cylindre (environ trs/min). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode préféré de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un cylindre et de son dispositif d'alimentation en eau de refroidissement. - la figure 2 est une coupe transversale schématique II-II du cylindre de la figure 1. Chaque cylindre de l'invention est composé d'un tambour de refroidissement I auquel sont fixés des tourillons 2,2' tournant dans des paliers 3,3' à rotule montés sur un chassis non représenté. Les tourillons 2,2' sont fixés grâce à des brides 4,4' enserrant le tambour I et maintenues entre elles par des éléments de fixation ou tirants (boulons 5) traversant le tambour 1. Le tourillon 2 est accouplé d'une manière conventionnelle (e.g. joint de cardan) à des moyens d'entraînement en rotation non représentés. Le tourillon 2', connecté par une bride intermédiaire de fixation 8 à un dispositif d'alimentation 9 en eau de refroidissement, est creux pour laisser le passage des collecteurs d'entrée 6 et de sortie 7 coaxiaux au tambour 1. Le dispositif d'alimentation 9 comporte une conduite fixe d'arrivée d'eau et une conduite fixe 11 de sortie d'eau, piquées radialement sur un carter fixe 12. Un corps cylindrique 13, fixé à la bride 8, est solidaire en rotation du tourillon 2', et tourne dans le carter 12 grâce aux roulements à billes 14. Le corps 13 comporte un alésage central borgne 6' prolongeant le collecteur 6, et une chambre annulaire 7' entourant l'alésage 6', prolongeant le collecteur annulaire 7. Des rainures périphériques se faisant face formées dans le corps 13 et le carter 12, constituent deux chambres annulaires 15 et 16 du dispositif d'alimentation, communiquant respectivement avec les conduites 10 et 11. Des canaux radiaux 17 font communiquer l'alésage 6' avec la chambre 16 et donc avec la sortie 11. La chambre annulaire 7' débouche directement dans la chambre 15 et peut donc communiquer avec l'entrée 10. Des étanchéités adéquates 18 complètent ce joint tournant. Le tambour 1 se compose d'un corps -support 19 cylindrique en acier placé dans une enveloppe 20 de cuivre. Deux flasques - couronnes21, chevauchant latéralement le corps 19 et l'enveloppe 201, sont fixés sur le corps 19 et immobilisent ainsi l'enveloppe 20. Le corps 19 comporte un alésage central formé de deux parties 22,23 de diamètre différent. La partie 22 de plus petit diamètre vient dans le prolongement du collecteur de sortie 6 qui s'avance jusqu'à l'intérieur du tambour et s'appuie contre un épaulement formé entre les deux parties 22,23. La partie 23 de plus grand diamètre entoure l'extrémité avancée du collecteur de sortie 6 et forme avec celui-ci et avec l'épaulement précité, une chambre annulaire 24, dans laquelle débouche le collecteur d'entrée 7. La partie 22 et le tourillon 2 délimitent une chambre centrale 25. Des paires de canalisations radiales 26 et 27 rayonnent à partir des chambres 25 et 24 et débouchent dans des gorges 28 et 28' usinées à la périphérie du corps 19 parallèlement à son axe. Des rainures parallèles 29 de préférence à section rectangulaire pour des raisons de simplicité, et s'étendant en arcs de cercle sont usinées sur la surface interne de l'enveloppe en cuivre 20 et constituent des canaux qui relient une gorge axiale 28 par laquelle l'eau rentre à la gorge axiale 28 suivante par laquelle l'eau sort. Comme cela ressort bien de la figure 2 la circulation d'eau est organisée en trois secteurs indépendants I,II,III de 120 chacun comprenant chacun une canalisation radiale d'amenée 26 débouchant dans une première gorge axiale 28, ladite gorge 28 répartissant l'eau de refroidissement dans les rainures parallèles 29, lesdites rainures 29 qui débouchent dans une seconde gorge axiale 28' à une distance angulaire de 1200 environ de la première, ladite gorge 28' qui collecte l'eau vers la canalisation radiale de retour 27 et ladite canalisation de retour 27. L'eau de refroidissement suit depuis l'entrée 10 jusqu'à la sortie 11 un trajet indiqué par les flèches. On voit notamment sur la figure 2 que l'eau circule dans tous les secteurs dans le même sens, trigonométrique ou antitrigonométrique, déterminé de manière que dans les secteurs en contact avec le métal coulée (les secteurs I,II à gauche sur la figure 2) la circulation soit ascendante. Le corps 19 est allégé par des cavités 30 (une seule a été représentée sur la figure 2, mais il peut y en avoir plusieurs dans chaque secteur) dont on tire profit en y implantant des appareils de mesures (thermocouples,...) et/ou des systèmes d'enregistrement de données (notamment de mesure) tels que des mémoires vives, ou bien des récepteurs, etc. destinés à pouvoir mieux suivre le processus de coulée continue entre cylindres. Par ailleurs, comme on l'aura compris, les gorges axiales 28 et 28' ont été prévues notamment pour permettre de limiter les canalisations radiales 26 et 27 à deux par secteur. REVENDICATIONS 1. Cylindre pour installation de coulée continue entre cylindres, du type comprenant un corps cylindrique entouré d'une enveloppe, des canaux parallèles de circulation de fluide de refroidissement disposés circonférentiellement entre le corps et l'enveloppe, des collecteurs d'entrée et de sortie du fluide, et des canalisations ménagées dans ledit corps reliant les collecteurs aux canaux, caractérisé en ce que lesdits canaux circonférentiels sont constitués par des groupes de rainures (29) à la surface intérieure de l'enveloppe (20) s'étendant sur des arcs de circonférences, et organisant la circulation en secteurs (I,II,III) distincts correspondant à chaque groupe. 2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu trois secteurs (I,II,III) de circulation de chacun. 3. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des gorges axiales (28) sont ménagées entre le corps (19) et l'enveloppe (20), dans lesquelles débouchent d'une part une canalisation (26 ou 27) ménagée dans ledit corps (19) et, d'autre part, les rainures (29) d'un groupe par l'une de leur extrémité, lesdites gorges étant en nombre égal au double de celui des secteurs angulaires (I, II, III). 4. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps (19) est en acier et l'enveloppe (20) en cuivre ou en alliage de cuivre. 5. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe (20) est maintenue sur le corps (19) par des flasques-couronnes (21) latéraux. 6. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est pourvu de tourillons (2,2') fixés latéralement sur le corps (19) par des éléments de serrage (5). 7. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les collecteurs (6,7) sont coaxiaux au cylindre et traversent l'un (2') des tourillons, lequel est creux. 8. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé En ce qu'il est associé à un dispositif (9) à joint tournant-d'alimentation en fluide de refroidissement. 9. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps (19) comporte des cavités (30) permettant de loger des appareils de mesure et d'enregistrement. 10. Cylindre selon la revendication 3 caractérisé En ce que lesdites gorges axiales (28) sont usinées à la périphérie du corps (19).