Brevet FR2628993A3 — publié le 19890929

FR 2628993 A3 19890929 FR 8804471 A 19880325 DISPOSITIF D'OBTURATION LATERALE DE L'ESPACE DE COULEZ D'UNE LINGOTIèRE DE COULEZ CONTINUE ENTRE CYLINDRES L'invention concerne la fermeture latérale d'une lingotière d'une machine de coulée continue de produits plats métalliques du type "coulée entre deux cylindres". Une telle lingotière comprend - deux cylindres disposés côte à côte, tournant en sens opposés, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre, énergiquement refroidis par circulation d'eau. Ces cylindres définissent entre eux un espace de coulée dans lequel le métal en fusion, qui est introduit continûment, se solidifie au contact des parois froides des cylindres afin de pouvoir être extrait sous forme d'un produit déjà complètement solidifié au niveau du col entre les cylindres ou au voisinage immédiat du col - deux plaques thermo-isolantes fixes, en matériau réfractaire, assurant la fermeture étanche de l'espace de coulée aux extrémités des cylindres. Ces plaques, par commodité, seront désignées dans la suite du texte par l'expression habituelle "petites faces", par opposition à la surface bien plus impor-tante qu'offrent les cylindres au contact du métal coulé. L'une des difficultés rencontrées lors de l'application de ce procédé à la coulée continue d'ébauches minces de métaux à point de fusion élevé, tels que l'acier, réside dans une solidification parasite du métal qui se produit au contact des petites faces dans la zone supérieure de la lingotière, c'est-àdire au-dessus du col (plan passant par les axes des cylindres). Si cette solidification est trop importante, il y a risque d'accrochage de la peau solidifiée sur les petites faces. Ceci peut conduire, lors de l'extraction du produit de la lingotière, à une déchirure de la peau à peine solidifiée et à un épanchement du métal liquide en dessous de la lingotière (phénomène appelé "percée"). Si la partie métallique solidifiée sur les petites faces ne s'y accroche pas, elle sera laminée par les cylindres, ce qui entrainera, le cas échéant, la formation de défauts sur le produit, voire le blocage de la machine ou la détérioration des cylindres si l'effort de serrage à fournir par ces derniers pour maintenir une épaisseur de produit déterminée est trop important. Ces difficultés sont aggravées en début de coulée, lorsque le métal liquide entre en contact avec les petites faces froides. Cette solidification indésirable pourrait être limitée, voire supprimée, par l'adoption, pour constituer ces petites faces, d'un matériau réfractaire très isolant de la chaleur. Mais la tenue mécanique insuffisante des matériaux de ce type limite les coulées à des temps très courts et parait donc s'opposer à l'emploi d'une telle solution en marche industrielle. Une autre voie serait de réaliser, préalablement à la coulée, un préchauffage des petites faces. Une manière d'opérer pourrait consister à placer, dans l'espace compris entre les cylindres, des chalumeaux orientés vers les petites faces. Un tel dispositif, de conception simple, présenterait toutefois des inconvénients - la température obtenue n'est pas homogène sur toute la surface à préchauffer, car le manque de place conduit à limiter le nombre de chalumeaux, et l'impact de leurs flammes sur les petites faces crée des points chauds qui initient des fissurations du matériau réfractaire. - les chalumeaux doivent être enlevés avant la coulée du métal, et, dans l'intervalle, les petites faces perdent une partie de la chaleur qui leur a été apportée. Si la coulée débute avec retard, leur température risque de descendre à un niveau insuffisant. De même, il ne serait pas possible de réchauffer les petites faces pendant la coulée elle-même si cela s'avérait nécessaire. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage qui puisse, avant la coulée du métal, porter les petites faces à une température déterminée, suffisamment élevée pour que la coulée ne soit pas perturbée par un incident du type décrit précédemment. Cette température doit être stable et homogène dans la zone des petites faces qui est en contact avec le métal liquide. Ce dispositif doit autoriser également une bonne reproductibilité des conditions opératoires d'une coulée à l'autre, et enfin permettre le chauffage des petites faces, le cas échéant, pendant la coulée elle-même. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'obturation latérale de l'espace de coulée d'une lingotière de coulée continue entre deux cylindres comportant des plaques de fermeture en matériau réfractaire (petites faces), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage desdites plaques placés en regard de celles-ci à l'extérieur de l'espace de coulée. Dans une forme de réalisation, chacune des petites faces constitue l'une des parois d'un caisson formant un four dans lequel sont inclus lesdits moyens de chauffage. Ces moyens de chauffage peuvent être constitués par un brûleur à gaz ou à combustible liquide, une résistance électrique rayonnante ou une bobine à induction. Dans ce dernier cas, le réfractaire constituant les petites faces doit être conducteur de l'électricité, ou inclure des conducteurs métalliques formant des boucles fermées dans des plans non parallèles à la direction du champ magnétique produit par la bobine, afin de pouvoir devenir le siège de courants électriques induits. Comme on l'aura compris, le chauffage de la petite face, et en particulier l'intégration de cette dernière à un four, permet de la porter à une température suffisamment élevée préalablement à la coulée. Les choix du matériau, qui peut être à base d'alumine, et de l'épaisseur de la petite face sont déterminés par les critères d'ordre thermique et mécanique habituels pour cette pièce et connus de l'homme du métier. De préférence, les autres parois du four sont en matériau réfractaire hautement isolant, de sorte que le flux de chaleur global sortant du four y sorte essentiellement par passage au travers de la petite face. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure 1 est une vue partielle schématique en perspective d'une installation de coulée continue entre cylindres équipée d'un obturateur latéral selon l'invention, dans le cas où la petite face constitue une paroi d'un four - la figure 2 est une coupe verticale longitudinale d'un tel obturateur selon le plan II-II de la figure 1 - la figure 3 est une coupe verticale transversale de l'obturateur selon le plan III-III de la figure 2 ; - la figure 4 représente une vue de face en élévation d'une autre configuration possible de l'obturateur selon l'invention. On voit sur la figure 1 les extrémités des deux cylindres 1 et 2 dont les surfaces latérales forment les parois mobiles de la lingotière de coulée continue. Pendant la coulée, ces cyl-indres sont entraînés en rotation en sens contraire, selon les flèches indiquées sur la figure, par des moyens d'entraînement non représentés. Le métal en fusion est déversé dans l'espace de coulée 3 situé entre les cylindres 1 et 2, au-dessus du plan passant par les axes desdits cylindres, c'està-dire au-dessus du "col" 4 entre les cylindres. Les cylindres sont refroidis intérieurement par une circulation d'eau et le métal en fusion se solidifie à leur contact, de sorte que le produit 14 peut être extrait vers le bas en dessous des cylindres lors de leur rotation. Le rôle de la petite face 5, dont une symétrique se trouve à l'autre extrémité (non représentée) des cylindres, est de contenir latéralement le métal liquide. Conformément à l'invention, la petite face 5 constitue l'une des parois d'un four 6 en forme de caisson. L'élément chauffant de ce four est constitué dans l'exemple considéré par un brûleur à gaz logé dans un conduit 7 placé à l'opposé de la petite face à chauffer. La distance entre l'extrémité du bru leur et la petite face peut être réglée par l'utilisateur en faisant coulisser le brûleur à l'intérieur du conduit. Les fumées chaudes de combustion s'échappent du four par une cheminée 8 disposée sur la face supérieure, à proximité, de préférence, de la petite face. La figure 2 permet de distinguer plus en détail les différents constituants du four, à savoir une carcasse métallique 9 préférentiellement en inox réfractaire, revêtue intérieurement d'un matériau réfractaire très isolant 10, par exemple de l'amiante, et un brûleur à gaz il pénétrant dans le four par le conduit 7. Selon une forme avantageuse de réalisation de l'invention, la petite face 5 comporte sur sa paroi tournée vers l'intérieur du four, des évidements 12 dont la fonction est de réduire localement l'épaisseur de la petite face dans la zone où le flux de chaleur qui la traverse doit être maximal, tout en augmentant en ces endroits la surface d'échange thermique dans le four. Ces évidements sont avantageusement réalisés par perçage, ce qui permet de réaliser un compromis entre un bon transfert thermique, qui impose une épaisseur de petite face faible, et une résistance mécanique satisfaisante de la petite face. Un exemple de répartition de ces perçages borgnes est représenté sur la figure 3, qui montre également les contours des cylindres 1 et 2, le "col" 4 dont la largeur détermine l'épaisseur du produit coulé, ainsi que le niveau 13 atteint par le métal liquide lorsque la lingotière est remplie. Les cylindres 1 et 2, le niveau 13 et le "col" 4 délimitent la zone de contact entre le métal liquide et la petite face, zone qu'il est "a priori" avantageux de préchauffer avant la coulée et/ou de chauffer pendant la coulée. C'est donc dans la partie de la petite face située en regard de cette zone que l'on a choisi, dans le cas de la figure 3, de réaliser les perçages 12. I1 va de soi que sans sortir de l'objet de l'invention, des modifications peuvent être apportées au dispositif tel que décrit et représenté. Ainsi, la figure 4 montre une vue de face en élévation du four, dans un cas où la section du four est de forme quasi-triangulaire. Par rapport à un four de section rectangulaire ou carrée, la portion de la petite face qui est chauffée peut encadrer de façon plus étroite la zone que l'on désire chauffer préférentiellement si celle-ci est telle que représentée sur la figure 3. A puissance de chauffe égale, l'efficacité du chauffage s'en trouve donc accrue. De la même façon, il est possible d'augmenter ou de diminuer l'importance de la zone couverte par les évidements 12 en fonction des souhaits ou nécessités de l'utilisateur. D'autre part, un bon transfert thermique peut être obtenu par l'adoption de petites faces (comportant ou non des évidements 12) réalisées en un matériau réfractaire à conductibilité thermique anisotrope, plus élevées selon l'épaisseur, de façon à orienter le flux de chaleur préférentiellement vers la lingotière. Le graphite présente de telles propriétés, mais sa faible résistance à l'érosion et sa réactivité vis-à-vis de l'acier liquide peuvent constituer un frein à son emploi. Par ailleurs, les parois isolantes du four, dont le rôle est de canaliser le flux thermique sur la petite face, peuvent être supprimées si la sécurité du personnel ne s'en trouve pas menacée. Cela reviendrait à réaliser le réchauffage par un simple brûleur nu dont la flamme serait dirigée sur la paroi de la petite face tournée vers l'extérieur de la lin gotière. Le brûleur à gaz peut également être remplacé par un élément de chauffage d'un type différent qui permettrait lui aussi d'atteindre les températures de l'ordre de 1000-12000C visées à l'intérieur du four. En particulier, l'utilisation d'une résistance électrique blindée haute température et haute densité de puissance, par exemple en bisiliciure de molybdène ou en carbure de silicium, est envisageable. Dans le cas d'un chauffage électrique radiant de ce genre, la cheminée d'évacuation des fumées 8 peut être bien entendu supprimée. Enfin, le chauffage de la petite face peut être assuré, comne déjà dit, par une bobine d'induction placée derrière elle. Ceci impose que la petite face soit constituée d'un matériau réfractaire ayant des propriétés de conduction de l'é-ectri- cité (tel que de la magnésie-carbone, par exemple), ou qu'elle contienne des conducteurs métalliques formant des boucles fermées dans des plans non parallèles à la direction du champ magnétique induit par la bobine. Dans ce cas non plus, la petite face n'est pas nécessairement une paroi d'un four. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'obturation latérale de l'espace de coulée (3) d'une lingotière de coulée continue d'un produit métallique entre cylindres, comportant à chacune des extrémités dudit espace de coulée, une plaque de fermeture (5) - ou "petite face" - en matériau réfractaire, destinée à contenir latéralement le métal liquide lors de la coulée, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage (11) desdites petites faces (5) placés en regard de celles-ci, à l'extérieur de l'espace de coulée. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la petite face (5) constitue l'une des parois d'un caisson (6) formant un four dans lequel sont inclus lesdits moyens de chauffage (11). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les petites faces (5) présentent des réductions locales d'épaisseur dans la zone à chauffer. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites réductions sont formées par des perçages borgnes (12) réalisés sur la paroi de la petite face dirigée vers l'intérieur du four (6). 5) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les petites faces (5) sont constituées d'un matériau réfractaire présentant une conductibilité thermique plus élevée selon l'épaisseur. 6) Dispositif selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage de la petite face (5) sont constitués par un brûleur (11) dont la distance à la petite face est réglable. 7) Dispositif selon les revendications 2 à 6 caractérisé en ce que le four (6) comporte une cheminée (8) d'évacuation des fumées de combustion placée à proximité de la petite face (5). 8) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de chauffage de la petite face (5) scnt un élément radiant constitués par une résistance électrique haute température et haute densité de puissance. 9) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage de la petite face (5) sont constitués par une bobine à induction et en ce que les petites faces sont constituées par un matériau réfractaire électro-con docteur 10) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage de la petite face (5) sont constitués par une bobine à induction et en ce que les petites faces incorporent des conducteurs métalliques formant des boucles fermées dans des plans non parallèles à la direction du champ magnétique produit par la bobine.