Brevet FR2613646A1 — publié le 19881014

DISPOSITIF D'OBTURATION LATERALE POUR LINGOTIERE DE COULEE CONTINUE ENTRE CYLINDRES La présente invention concerne un dispositif d'obturation latérale pour lingotière de coulée continue entre parois mobiles, en particulier pour la coulée entre cylindres. On connait déjà des installations de coulée continue de métaux de ce type, en particulier de coulée entre deux cylindres énergiquement refroidis dont l'écartement détermine l'épaisseur du produit coulé. Diverses dispositions sont également connues pour assurer la fermeture latérale de l'espace de coulée. Certains dispositifs, tel que celui décrit dans le document US 3028 219, consistent en deux plaques d'extrémités insérées entre les cylindres et conformées de façon à épouser la courbure de ceux-ci. Dans le cas de coulée entre cylindres où l'épaisseur du produit coulé est généralement faible, ces dispositifs ont l'inconvénient de présenter des plaques d'obturation qui ont nécessairement une faible dimension dans la zone située à hauteur du col, c'est-à-dire au niveau du plan passant par les axes des cylindres, cette épaisseur étant limitée par l'écartement desdits cylindres. De plus, le dispositif décrit dans le document précité, comportant une partie supérieure réfractaire et une partie inférieure en dessous du col, refroidie, est particulièrement complexe et, du fait de ses formes courbes, s'accommode difficilement de l'usure qui peut se produire dans la zone d'étanchéité entre les plaques d'obturation et les parois des cylindres. Une autre solution connue (FR 2091 851) consiste à munir les extrémités d'un cylindre de flasques de diamètre supérieur à celui du cylindre, de manière à former des collerettes débordantes enserrant les extrémités de l'autre cylindre. Se pose alors le problème du frottement et de l'usure de ces flasques sur le second cylindre lors de leur mouvement de rotation, ainsi que celui de la tenue des collerettes au contact du métal liquide et du maintien d'un jeu minimal entre les flasques et le second cylindre, le réglage de la position axiale de ces flasques ne pouvant se faire de manière simple. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'obturation latérale qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs précités. Un autre but est de proposer un dispositif dont le positionnement par rapport aux cylindres peut être aisément réalisé et qui assure une bonne étanchéité de l'espace de coulée. Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour objet un dispositif d'obturation latérale de l'espace de coulée dans une installation de coulée continue d'un produit métallique entre parois mobiles telle que la coulée entre cylindres, comportant, à chacune des extrémités latérales dudit espace, un obturateur destiné à contenir latéralement le métal liquide lors de la coulée, ce dispositif étant caractérisé en ce que chaque obturateur, comporte un élément composite formé par la juxtaposition d'une plaque rigide en matériau réfractaire à réfractarité élevée et d'une couche de matériau isolant à faible coefficient de conductibilité thermique, cet élément composite étant conformé et maintenu de façon que les plaques réfractaires des deux obturateurs soient en regard l'une de l'autre, chacune étant en contact glissant avec un jeu fonctionnel minimum avec un bord de chacune des deux parois mobiles. Différents avantages sont apportés par l'invention, contribuant tous à une meilleure tenue des obturateurs, une plus grande résistance mécanique, une meilleure longévité, des facilités de positionnement et de remplacement de la seule plaque réfractaire qui constitue la pièce d'usure, sans nécessairement remplacer le matériau isolant. Les inventeurs ont en effet étudié les différentes contraintes auxquelles sont soumis les obturateurs, et ont découvert que les problèmes que ces contraintes créaient, pouvaient être résolus par l'utilisation d'un matériau composite feuilleté, dont chaque couche remplit des fonctions déterminées différentes. Ainsi, les inventeurs ont établi que, par exemple dans le cas de la coulée de l'acier, les obturateurs latéraux doivent résister à la température élevée (1550"C pour l'acier en fusion), aux chocs thermiques lors de l'introduction de l'acier liquide, à l'érosion mécanique due au mouvement de l'acier coulé, et à l'érosion chimique provoquée par les laitiers ou inclusions diverses. De plus, les plaques latérales doivent avoir une bonne géométrie de surface pour assurer l'étanchéité dans la zone de contact avec les parois mobiles, ne pas avoir tendance à être mouillées par l'acier liquide, et ne pas donner lieu à des déformations indésirables (modification de la planéité) sous l'effet des diverses contraintes de service. En outre, dans le cas de coulée entre cylindres, les impératifs de coulée impliquent que le métal ne se solidifie pas trop vite au contact des obturateurs, car cela entrainerait un laminage des bords du produit trop précocement solidifiés sous forme d'un coin au dessus du col entre les cylindres. Afin de répondre à ces différents impératifs dont certains sont antagonistes, les inventeurs ont découvert que, plutôt que choisir un matériau tentant de réaliser un compromis entre ces impératifs, il était judicieux d'utiliser un matériau composite feuilleté dont les différentes couches sont particulièrement aptes à remplir chacune une ou plusieurs fonctions déterminées. Ainsi le matériau réfractaire utilisé dans le dispositif selon l'invention est un matériau réfractaire à haute densité, fritté avec un liant, tel qu'un réfractaire à base de corindon à liaison du type nitrure d'aluminium. Les matériaux réfractaires, couramment utilisés dans des applications similaires, sont du type alumine graphitée (bauxite et liaison graphite) et présentent une porosité relativement forte, ce qui améliore le pouvoir isolant du matériau, mais lui confère un mauvais état de surface, et provoque des arrachements lors de l'usinage. De plus, ce type de matériau a tendance à s'user facilement et ne résiste que moyennement à l'agression par l'acier liquide et le laitier. Le matériau réfractaire choisi par les inventeurs évite ces inconvénients, ceci essentiellement grace à sa densité plus élevée, à l'utilisation de corindon ou analogue plutôt que de bauxite, ce qui améliore la résistance à l'érosion et à la corrosion, et à la présence d'un liant carboxy-nitrure d'aluminium. En revanche, ce matériau est relativement peu isolant. Pour combler cette lacune, les inventeurs ont eu l'idée de lui adjoindre un matériau isolant relativement peu réfractaire, mais ayant un coefficient de conductivité thermique faible, formant ainsi un composite particulièrement adapté et efficace comme paroi d'extrémité latérale de lingotière à parois mobiles. Selon une caractéristique particulière de l'invention, et pour faciliter le positionnement des obturateurs et le réglage du jeu fonctionnel entre obturateur et parois mobiles, de même que pour permettre le rattrappage du jeu dû à l'usure ou à des réusinages de la surface de la plaque réfractaire, il est prévu de maintenir chaque élément composite dans un boitier, lequel est pourvu de moyens de réglage en position par rapport aux parois mobiles. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va être faite d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une extrémité des cylindres d'une installation de coulée continue entre cylindres, et - la figure 2 est une vue de dessus en coupe et à échelle agrandie d'un obturateur selon l'invention. Sur la figure 1 sont représentées les extrémités des deux cylindres 11, 12 dont les surfaces latérales forment les parois mobiles d'une installation de coulée continue entre cylindres. Ces cylindres sont, pendant la coulée, entraînés en rotation en sens contraire, selon les flèches indiquées sur la figure, par des moyens d'entraînement non représentés. Le métal en fusion 1 est coulé dans l'espace situé entre les cylindres 11, 12, au dessus du plan passant par les axes desdits cylindres, c'est à dire au dessus du "col" 13 entre les cylindres. Les cylindres sont refroidis et le métal en fusion se solidifie à leur contact, de sorte que le produit 1', au moins solidifié en surface, peut être extrait vers le bas en dessous des cylindres lors de leur rotation. Pour contenir latéralement le métal liquide, c'est à dire pour l'empêcher de couler vers les extrémités des cylindres, un obturateur 20 est disposé de chaque côté de l'espace de coulée. Conformément à l'invention, cet obturateur comprend un élément composite 21, seul représenté sur la figure 1. Cet élément composite est constitué d'une plaque rigide 22 en matériau réfractaire, présentant une surface plane 23 de dimensions suffisantes pour obturer l'espace de coulée, et placée perpendiculairement aux axes des cylindres, affleurant les bords des surfaces de coulée refroidies des cylindres, avec un jeu fonctionnel j faible, de l'ordre de 0,03 mm. On comprendra facilement que pour maintenir un jeu aussi faible, non seulement la surface 23 de la plaque réfractaire 22 devra être parfaitement plane, mais aussi les extrémités des cylindres devront être rectifiées et contenues dans un plan perpendiculaire aux axes de ceux-ci.Typiquement, la plaque 22 est rectangulaire et disposée de façon que son bord inférieur 24 soit en dessous du niveau du col 13, et ses dimensions sont telles que les bords latéraux 25, 26 et supérieur 27 restent en permanence suffisamment éloignés du métal en fusion pendant la coulée. La plaque 22 est réalisée en un matériau réfractaire à base de corindon à liaison principalement constituée de nitrure d'aluminium AlN, ou carboxinitrure d'aluminium à forte teneur en A1N. Un matériau de ce type est commercialisé sous la marque "Alunit". Ce matériau compact présente l'avantage d'une très grande résistance à l'oxydation et à l'usure et d'une meilleure tenue mécanique due aux liaisons nitrure d'aluminium. De plus, ce matériau présente une bonne inertie chimique vis à vis de l'acier liquide et du laitier. Il n'a pas tendance à être mouillé par l'acier liquide, ce qui évite des infiltrations entre réfractaire et cylindres, et du fait de sa faible porosité, il peut être usiné et poli pour présenter une surface plane et sans défauts ou arrachements qui pourraient nuire à l'étanchéité. Par contre, son coefficient de conductibilité thermique est relativement élevé (environ 3,5 W/mOK entre 600 et 14000C). Typiquement, cette plaque a une épaisseur de 20 mm. Sur sa face externe, opposée à la face 23 au contact du métal et des cylindres, est placée une couche d'isolant 30 (par exemple de 50 mm d'épaisseur environ) en un matériau à base de fibres silico-alumineuses du type commercialisé sous la marque "Kerlane 45". Ce matériau isolant a typiquement un coefficient de conductivité thermique variant de 0,05 à 0,25 W/mOK en fonction de la température, soit plus de 10 fois plus faible que celui de 1' "Alunite". Conformément à une disposition particulière de l'invention, représentée à la figure 2, le matériau composite est placé dans un boîtier métallique 40, la plaque réfractaire 23 faisant saillie par rapport aux parois latérales 41, 42 du boîtier et étant fixée sur ces parois latérales, par exemple, par collage. Afin de faciliter le positionnement de l'obturateur et le réglage du jeu entre la plaque réfractaire 22 et les extrémités des cylindres 11, 12, le boîtier 40 est pourvu de moyens de réglage tels que des systèmes à vis coopérant avec un caisson 44 de soutien et de guidage des obturateurs, ce caisson étant solidaire de la structure porteuse des cylindres non représentée, lesdits systèmes à vis comportant des vis 43 de poussée sur la paroi de fond du boîtier et des goujons avec écrous 43' de traction dudit boitier pour respectivement rapprocher et éloigner la plaque réfractaire 22 des cylindres 11,12. On remarquera que grâce à la disposition en boîtier, il est aisé de procéder, en cas de besoin, à la rectification de la surface 23 de la plaque 22 après avoir déposé l'ensemble du boitier 40. On pourra également, si la plaque réfractaire 22 est trop usée, remplacer uniquement celle-ci, en conservant le matériau isolant. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au dispositif décrit ci-dessus à titre d'exemple. En particulier, les obturateurs selon l'invention peuvent aussi être utilisés dans des installations de coulée continue sur roue-ou sur un seul cylindre, ou même sur ou entre bandes. Les épaisseurs des plaques réfractaires 22 et des couches isolantes 30 sont données à titre indicatif et peuvent varier en fonction des caractéristiques spécifiques des matériaux utilisés. On pourrait aussi utiliser par exemple deux couches de matériau isolant d'une épaisseur d'environ 25 mm chacune. Selon cette variante, une deuxième couche d'isolant est placée contre la première. Cette deuxième couche est de préférence constituée également d'un matériau à base de fibres silicoalumineuses, mais cette fois sous forme de panneau rigide. Cette structure a l'avantage de présenter deux parois rigides (l'une en réfractaire 22, l'autre le panneau isolant rigide) entre lesquelles est placé un fibreux en vrac qui ne présente pas de tenue mécanique mais est, en revanche, plus isolant que le matériau sous forme de panneau rigide. De même, les plaques de réfractaire et la couche isolante peuvent être réalisées selon une forme autre que rectangulaire, pour réduire leur encombrement et faciliter leur mise en place sans interférer avec les paliers support de cylindres. Il est également précisé que le "bord" des parois mobiles en contact avec les plaques réfractaires désigne les extrémités latérales de l'espace de coulée, et peut, en particulier, être constitué par une surface prolongeant les parois mobiles au-delà dudit espace de coulée. Par exemple, dans le cas de la coulée continue entre cylindres, chaque plaque réfractaire peut porter, d'une part sur l'extrémité plane d'un cylindre, et d'autre part sur la surface latérale de l'autre, les extrémités des deux cylindres étant alors décalées axialement. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'obturation latérale de l'espace de coulée dans une installation de coulée continue d'un produit métallique entre parois mobiles et plus spécialement la coulée entre cylindres, comportant, à chacune des extrémités latérales dudit espace, un obturateur destiné à contenir latéralement le métal liquide lors de la coulée, ce dispositif étant caractérisé en ce que chaque obturateur (20) comporte un élément composite (21) formé par la juxtaposition d'une plaque rigide (22) en matériau réfractaire à réfractarité élevée et d'une couche (30) de matériau isolant de coefficient de conductibilité thermique faible, cet élément composite étant conformé et maintenu de façon que les plaques réfractaires (22) des deux obturateurs soient en regard l'une de l'autre, chacune étant en contact glissant avec un jeu fonctionnel minimum avec un bord de chacune des deux parois mobiles (11,12). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est un réfractaire à haute densité à base de corindon fritté avec un liant nitrure d'aluminium ou carboxynitrure d'aluminium. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaque réfractaire (22) est d'environ 20 mm et l'épaisseur d'isolant d'environ 50 mm. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément composite (21) est maintenu dans un boîtier métallique (40) pourvu de moyens (43) de réglage en position dudit boitier par rapport aux parois mobiles de coulée. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque réfractaire (22) fait saillie par rapport aux parois latérales (41,42) du boîtier, et est maintenue dans le boîtier par collage. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que un jeu d'environ 0,03 mm est ménagé entre la plaque réfractaire (22) et les parois mobiles (11,12). 7) Obturateur pour le dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boitier métallique (40) pourvu de moyens de réglage (43,43') de sa position par rapport à un caisson (44) lui servant de soutien et de guidage, et un élément composite (21) formé par la juxtaposition d'une plaque rigide (22) en matériau réfractaire à haute densité et haute réfractarité, à base de corindon fritté avec un liant nitrure d'aluminium, et d'une couche de -matériau isolant (30) à coefficient d'isolation thermique élevé, et en ce que ledit élément composite est maintenu dans ledit boîtier de sorte que la plaque réfractaire (22) fasse saillie par rapport aux parois latérales (41,42) dudit boîtier.