Brevet FR2619032A3 — publié le 19890210

FR 2619032 A3 19890210 FR 8711339 A 19870805 PROCEDE ET DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN METAL LIQUIDE D'UNE INSTALLATION DE COULEE CONTINUE DE PRODUITS MINCES EN LINGOTIERE A PAROIS MOBILES La présente invention se rapporte à la coulée continue des métaux, et plus particulièrement de l'acier, et concerne un procédé et dispositif d'alimentation en métal liquide d'une installation de coulée continue de produits minces en lingotière à parois mobiles, notamment de coulée entre cylindres. On connait déjà des installations de coulée continue de métaux sur ou entre parois mobiles. Cette technique exploitée principalement pour la coulée de métaux non ferreux, pose de nombreux problèmes dans le cas de la coulée de métaux ferreux tels que l'acier, notamment en raison de la température de fusion élevée de ces métaux. Cette température élevée implique un refroidissement énergique du métal coulé au contact des parois formant la lingotière.Si l'on considère le cas de la coulée entre cylindres avec alimentation en métal liquide dans l'espace situé entre les cylindres au-dessus du plan des axes de ceux-ci, et extraction du produit coulé en dessous de ceux-ci, ce refroidissement doit assurer la solidification au moins superficielle du produit coulé en aval du "col" (zone située au niveau du plan des axes des cylindres) entre les cylindres, sans toutefois provoquer une solidification prématurée en amont du col, qui conduirait à un "laminage" trop important du produit, ou même à la formation d'un coin de métal solide qui ne pourrait plus passer entre les cylindres. On comprend donc l'importance que revêt le contrôle des écoulements dans le bain de métal liquide pour maintenir le front de solidification (zone de transition entre l'état liquide et l'état solide) dans une configuration optimum évitant toute solidification prématurée, et tout risque de percée. Par aillèurs, et bien que la solidification soit assurée essentiellement au contact des parois des cylindres, énergiquement refroidies par circulation interne d'un fluide refroidissant, le métal tend à se solidifier plus rapidement au niveau des bords du produit, au contact des parois fixes d'extrémités obturant l'espace de coulée. Cet effet de solidification locale augmente le risque de formation d'un coin solide, surtout dans le cas de la coulée de produits très minces. Pour réduire ce risque, on a déjà proposé de réduire le refroidissement dû aux parois d'extrémités en réalisant cellesci en matériau thermiquement isolant (on pourra se reporter à la demande de brevet français déposée sous le n" 8705234). Le but de la présente invention est de faciliter le contrôle des écoulements et du front de solidification, en limitant les turbulences créées dans le bain liquide par les jets issus des busettes de coulée du répartiteur, tout en évitant le refroidissement trop rapide du métal aux extrémités de l'espace de coulée. A cet effet, un objet de l'invention est un procédé d'alimentation d'une installation de coulée continue de produits minces entre cylindres, caractérisé en ce que on alimente en métal liquide l'espace de coulée situé entre les parois mobiles, latéralement à travers les parois fixes d'extrémités, au-dessus du plan passant par les axes des cylindres et selon une direction transversale à la direction d'extraction du produit. De préférence, l'alimentation sera faite en dessous de la surface du bain de métal liquide. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'alimentation d'une installation de coulée continue entre cylindres de produits minces, comportant deux cylindres d'axes parallèles entraînés en rotation en sens opposés et dont les parois sont énergiquement refroidies, et deux parois d'extrémités fixes maintenues en contact étanche avec les parois des cylindres pour obturer latéralement un espace de coulée déterminé par les surfaces des parois des cylindres situées au-dessus du plan passant par les axes des dits cylindres, dispositif caractérisé en ce que un où des conduits d'alimentation en métal liquide traversent l'une ou les deux parois d'extrémités et débouchent par une extrémité aval dans l'espace de coulée, suivant une direction transversale à la direction d'extraction du produit coulé et de préférence sensiblement parallèle aux axes desdits cylindres. Avantageusement, les conduits débouchent dans l'espace de coulée en-dessous du niveau prévu de maintien de la surface. du bain de métal liquide. I1 est précisé que le terme "conduits" désigne d'une manière générale, tous les canaux ou canalisations, y compris ceux de type "à ciel ouvert". En particulier, lesdits conduits peuvent consister en des ouvertures s'étendant jusqu'au bord supérieur des parois d'extrémités I1 doit être bien compris que dans ce cas, c'est la paroi inférieure desdits conduits qui est située en dessous du niveau du métal liquide. Avantageusement aussi, les conduits débouchent par leurs extrémités "amont" dans des bacs accolés aux parois d'extrémités et dans lesquels plongent des busettes d'alimentation en métal liquide. Un avantage est de réduire les turbulences dans le bain résultant, dans les installations connues, des jets de métal issus des busettes plongeant directement dans le bain. En effet, l'alimentation latérale provoque un flux de métal liquide dirigé sensiblement perpendiculairement à la direction d'extraction du produit, évitant ainsi des circulations verticales causes de refusions. Cet avantage est encore accru lorsque l'alimentation est réalisée par les deux faces latérales simultanément, les flux de métal issus des conduits se contrant l'un l'autre dans le bain. Un autre avantage de l'invention est d'éviter une solidification trop rapide du métal dans l'espace de coulée à proximité des parois d'extrémités, en réalisant l'apport de métal liquide à température élevée à travers ces parois. Un autre avantage encore, résultant de la proximité des bacs et des extrémités latérale de l'espace de coulée, est que le métal à haute température, arrivant directement dans les bacs par les busettes du répartiteur, constitue un volant thermique qui réchauffe les dites extrémités de l'espace de coulée, favorisant encore ainsi le maintien en phase liquide du métal, au niveau desdites extrémités. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront lors de la description qui va être faite d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation de coulée continue entre cylindres - la figure 2 est une section partielle suivant la ligne II.II de la figure 1, montrant le dispositif d'alimentation conforme à l'invention - les figures 3 et 3a sont des vues de la paroi d'extrémité dans le cas du dispositif de la figure 2 - la figure 4 représente une variante du dispositif dans laquelle le conduit d'alimentation se prolonge dans l'espace de coulée - les figures 5 et 5a sont des vues de la paroi d'extrémité dans le cas de cette variante - la figure 6 représente une autre variante dans laquelle le flux de métal liquide en provenance des bacs est canalisé dans un prolongement unique des conduits réalisés dans les 2 parois d'extrémité avant de s'écouler dans l'espace de coulée L'installation de coulée représentée à la figure 1 comporte deux cylindres 1 et 2 d'axes sensiblement parallèles et situés dans un même plan horizontal (P). Les cylindres sont entraînés en rotation en sens contraire suivant les flèches F. Les parois 11,12 des cylindres 1,2 sont énergiquement refroidies par circulation interne d'eau. L'espace de coulée 20 est délimité par les surfaces 21,22 des parois 11,12 des cylindres 1,2, situées au-dessus du col 14, et par les surfaces 23 des parois d'extrémité 13. Le métal liquide est coulé à partir d'un répartiteur 31 par les busettes 32 dont les extrémités inférieures 33 sont immergées dans le bain de métal liquide. Le produit 3 solidifié au contact des parois 11,12 des cylindres est extrait en continu vers le bas suivant la flèche F'. Les parois d'extrémité 13 sont maintenues en contact étanche avec les extrémités des parois 11,12 des cylindres sur au moins toute la hauteur de l'espace de coulée 20. Conformément à l'invention et ainsi que représenté à la figure 2, des conduits sous forme d'orifices 41 dans les parois d'extrémités 13 débouchent dans l'espace de coulée 20 au-dessus du col 14, en dessous du niveau 4 prévu de la surface du bain de métal liquide. Des bacs 51 constitués d'une enveloppe métallique rigide 52, éventuellement refroidie, revêtue intérieurement d'un garnissage réfractaire 53 de préférence isolant, lui-même revêtu d'une couche 54 de matériau de bonne réfractarité, sont rigidement maintenus accolés aux parois d'extrémité 13. En fait, la paroi 55 des bacs la plus proche de l'espace de coulée se juxtapose à la paroi d'extrémité 13 pour former une seule cloison 24 constituée d'un feuilleté formé du revêtement 53,54 des bacs 51, d'une plaque 56 de matériau réfractaire et d'une autre plaque en graphite 57 ou en matériau ayant un faible coefficient de frottement. La configuration de cette cloison est représentée sur la figure 3 ou l'on voit, d'une part, la forme trapézoldale de la plaque réfractaire 56 correspondant à la forme générale de la section verticale du bac 51, et d'autre part, la forme délimité par deux arcs de cercle 58 de la plaque en graphite 57, les arcs de cercle correspondant à la courbure des parois des cylindres dont les extrémités sont en contact glissant avec ladite plaque. Le graphite situé dans le prolongement des cylindres assure de bonnes conditions de frottement, mais comme ce matériau est réactif avec l'acier, liquide, il a été supprimé dans la zone de la paroi d'extrémité en contact avec le bain en fusion où il est remplacé par le matériau réfractaire de la plaque 56. De préférence, la plaque réfractaire 56 est usinée en creux suivant les profils en arc de cercle de la plaque graphite 57, et cette dernière est logée dans l'usinage réalisé de sorte que les surfaces apparentes des deux plaques soient situées dans un même plan (voir figure 3a). Dans le cas du dispositif représenté par les figures 2, 3 et 3a, l'orifice 41 a une section qui épouse généralement les courbures 58 sur une partie de celles-ci, l'orifice étant limité à sa partie supérieure par une paroi horizontale 42 située légèrement en dessous du niveau 4 prévu de la surface du bain de métal liquide De la sorte, la majeure partie de la paroi d'extrémité 13 en contact avec l'espace de coulée 20, se trouve en fait occupée par l'orifice 41, ce qui assure une section de passage maximale du métal liquide supprimant ainsi pratiquement tout tisque de bouchage. De plus, une section importante de l'orifice 41 conduit à réduire la vitesse du flux de métal liquide, réduisant ainsi les turbulences dans le bain. La busette 32 du répartiteur 31 plonge à l'intérieur du bac 51 et son extrémité inférieure 33 est située à un niveau inférieur à celui 4 de la surface du bain, et même de préférence plus bas que l'orifice 41. L'extrémité inférieure 33 de la busette 32 est obturée et le métal qui la traverse s'écoule par deux orifices réalisés latéralement juste au-dessus de l'extrémité 33 et dirigés vers les coins inférieurs du bac 51. De la sorte, le flux de métal liquide "balaie" les parois internes et le fond du bac 51 avant de s'écouler par l'orifice 41. On évite ainsi une solidification partielle dans ledit bac, garantissant ainsi le maintien d'un volume important de métal liquide et à haute température dans celui-ci, ce volume de métal à haute température servant également à réchauffer par conduction la paroi d'extrémité. Avantageusement, on pourra aussi prévoir un couvercle 9 couvrant au moins partiellement l'espace de coulée 20 et les bacs 51, et protégeant ainsi le bain de métal liquide. Le dispositif selon l'invention permet aussi de réguler plus facilement le niveau du bain. En effet, la présence des bacs 51 entraîne une augmentation de l'aire de la surface libre totale du bain de métal liquide. De ce fait, des variations relativement importantes de débit dans les busettes 32 (qui sont plus ou moins obturées de manière classique par des quenouilles) ne provoquent proportionnellement que de faibles variations de niveau du bain, et ceci d'autant plus que la section horizontale des bacs est importante. La figure 4 représente une variante du dispositif dans laquelle le conduit 41 se prolonge dans l'espace de coulée audelà de la surface 23 de la paroi d'extrémité 13. A cet effet, une pièce tubulaire 44 en matériau réfractaire est logée dans l'orifice réalisé dans la paroi d'extrémité 13. L'extrémité aval de ce tube 44 peut être ouverte, le flux de métal la traversant étant alors canalisé est dirigé horizontalement vers la zone centrale de l'espace de coulée. L'extrémité peut également être obturée, ainsi que représenté sur la figure 4, le métal s'écoulant par des orifices 45 réalisés dans la paroi latérale du tube 44 et dirigés vers des zones choisies de l'espace de coulée. Les figures 5 et Sa représentent la plaque d'extrémité 13 dans le cas de cette variante. On remarque que la plaque en graphite 57 est identique à celle des figures 3 et 3a. Par contre, la plaque réfractaire 56' s'étend sur toute la zone supérieure inter-cylindre de la paroi d'extrémité, jusque pratiquement au niveau du col 14, et l'orifice circulaire 41', destiné à recevoir le tube 44, est réalisé dans cette zone en dessous du niveau prévu de métal liquide. La figure 6.représente une autre variante dans laquelle les tubes issus de chaque paroi d'extrémité se rejoignent dans l'espace de coulée pour ne former qu'un tube unique 46 dans lequel une pluralité d'orifices 47 est réalisée, ces orifices étant répartis sur toute la longueur de l'espace de coulée. Il doit être bien compris que, dans ces dernières variantes, si le bénéfice d'une grande section d'alimentation est quelque peu réduit par rapport au dispositif représenté figure 2, la vitesse d'arrivée du métal dans le bain est cependant faible du fait du nombre plus important d'orifices débouchant directement dans le bain. Une disposition judicieuse des orifices 45,47 permet de contrôler aisément le front de solidification tout en évitant les turbulences. Il est clair que, bien que l'invention ait été réalisée dans le cadre de la coulée entre cylindre, elle s'applique également aux autres types de coulée continue entre parois mobiles ou accompagnantes dans lesquels l'espace de coulée est confiné d'une part, entre les dites parois mobiles disposées face à face et constituant les grandes faces refroidies de la lingotière, et d'autre part, entre des parois d'extrémité fixes constituant les petites faces de la lingotière. REVENDICATIONS 1) Procédé d'alimentation en métal liquide d'une installation de coulée continue de produits minces en lingotière à parois mobiles, notamment entre cylindres, caractérisé en ce que on alimente en métal liquide l'espace de coulée situé entre les parois mobiles, latéralement à travers les parois fixes d'extrémités, au-dessus du plan passant par les axes des cylindres et selon une direction transversale à la direction d'extraction du produit. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alimentation de l'espace de coulée est faite dessous de la surfacedu bain de métal liquide. 3) Dispositif d'alimentation en métal liquide d'une installation de coulée continue entre cylindres de produits minces, comportant deux cylindres (1, 2) d'axes parallèles entraînés en rotation en sens opposés et dont les parois (11, 12) sont énergiquement refroidies, et deux parois d'extrémités (13) fixes maintenues en contact étanche avec les parois (11, 12) des cylindres pour obturer latéralement un espace de coulée (20) déterminé par les surfaces (21, 22) des parois (11, 12) des cylindres situées au-dessus du plan (P) passant par les axes des dits cylindres, dispositif caractérisé en ce que un ou des conduits d'alimentation (41) en métal liquide sont réalisés dans les parois d'extrémités (13) et débouchent par une extrémité aval dans l'espace de coulée (20), suivant une direction transversale à la direction d'extraction du produit coulé. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conduits (41) débouchent en-dessous du niveau (4) prévu de maintien de la surface du bain de métal liquide. 5) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conduits (41) débouchent dans l'espace de coulée (20) suivant une direction sensiblement parallèle aux axes des cylindres. 6) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conduits (41) débouchent dans l'espace de coulée (20) au niveau de la surface (23) de la paroi d'extrémité (13), et que leur section à ce niveau est de forme similaire à celle de la section, perpendiculaire aux axes des cylindres de l'espace de coulée. 7) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conduits (41) se prolongent dans l'espace de coulée par des tubes (44,46) sensiblement horizontaux comportant des orifices (45,47). B) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que des bacs (51) sont accolés aux parois d'extrémités (13), les conduits (41) débouchant par leurs extrémités amont dans les dits bacs. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la paroi de chaque bac située du côté de l'espace de coulée constitue également la paroi d'extrémité de l'espace de coulée. 10) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que des busettes (32) d'un bac répartiteur (31) s'étendent à partir de celui-ci vers le bas à l'intérieur de chaque bac (51) et comportent des orifices (34) débouchant en dessous du niveau (4) prévu de maintien de la surface du bain de métal liquide.