Brevet FR2652021A1 — publié le 19910322

q _2652021 L'invention concerne la coulée continue entre parois mobiles de produits métalliques minces. Plus précisément elle concerne les moyens permettant d'obturer latéralement l'espace de coulée délimité par lesdites parois mobiles et situé au dessus du col, ou isthme, défini comme étant le niveau o les parois mobiles sont le plus rapprochées l'une de l'autre. Pour réaliser cette obturation latérale, il est connu, notamment dans le cas de la coulée entre cylindres, d'utiliser des parois fixes encore appelées "petites faces", présentant une surface verticale placée contre les extrémités des cylindres. Deux problèmes bien connus dans des installations de ce type sont d'éviter ou limiter la solidification du métal sur ces parois, et d'assurer l'étanchéité entre elles et les cylindres. Pour éviter cette solidification il a déjà été proposé de constituer ces parois en un matériau thermiquement isolant de manière à empêcher le refroidissement du métal liquide à leur contact. Il s'est toutefois avéré difficile de concilier de bonnes caractéristiques d'isolation et une résistance mécanique suffisante. De plus le problème de l'étanchéité restait latent. Pour tenter de résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé par le titulaire de la présente demande (demande de brevet français nO 88.12.074) une paroi s'insérant entre les cylindres constituée d'un matériau thermiquement isolant placé entre deux bandes métalliques incurvées épousant la courbure des cylindres. Par cette disposition, la solidification sur la paroi fixe peut être limitée du fait que le matériau la constituant pour sa plus grande part n'est pas conducteur thermique. Par contre l'étanchéité entre les bandes métalliques fixes et les cylindres mobiles, est délicate à réaliser du fait que la surface de "joint" entre ces pièces est courbe. De plus cette disposition interdit tout écartement des cylindres sous risque d'une infiltration de métal liquide entre le cylindre et la bande métallique, infiltration qui pourrait d'ailleurs empêcher le retour des cylindres à leur écartement normal. La présente invention a pour but de proposer une autre solution aux problèmes de solidification parasite sur les petites faces, tout en simplifiant la réalisation du "joint" entre les parties en mouvement relatif; et en améliorant l'étanchéité de ce "joint". Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une paroi 2 2652021 d'obturation de l'extrémité latérale de l'espace de coulée d'une installation de coulée continue entre parois mobiles comportant deux parois mobiles refroidies se faisant face, cette paroi d'obturation comportant une partie frontale présentant une surface frontale dirigée vers l'espace de coulée. Selon l'invention, cette paroi est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une partie latérale présentant une surface latérale dirigée vers l'espace de coulée, cette surface latérale étant dans le prolongement de la surface d'une paroi mobile et se raccordant à ladite surface frontale. Comme on l'aura compris, l'idée à la base de l'invention est de réaliser l'étanchéité entre les parois mobiles et les parois d'extrémité fixes selon un plan perpendiculaire aux parois mobiles, comme dans le cas d'une paroi d'obturation plane appliquée contre les bords des parois mobiles, ce qui simplifie considérablement la réalisation desdites parois fixes et autorise un éventuel écartement relatif des parois mobiles sans nuire à l'étanchéité. Par contre, du fait que la paroi fixe, qui comporte donc une zone (la partie frontale) "en creux", présente une surface latérale dans le prolongement de la surface de la paroi mobile, la peau de métal solidifié au contact de la paroi mobile refroidie se prolonge pratiquement sans discontinuité par une languette solidifiée au contact de la surface latérale de cette partie latérale. La peau solidifiée couvre donc le joint entre paroi mobile et paroi fixe, empêchant ainsi les infiltrations du métal liquide contenu dans l'espace de coulée. La largeur de ladite surface latérale de la paroi fixe étant faible, la languette formant le bord de la peau solidifiée est de faible dimension. Comme de plus cette languette se solidifie simultanément à la partie de la peau formée au contact de la paroi mobile refroidie, elle est entraînée avec cette partie de peau en glissant sur ladite surface latérale fixe pratiquement sans risque d'accrochage. Pour réduire encore ce risque il est d'ailleurs possible de lubrifier la surface latérale de manière similaire à la lubrification d'une lingotière de coulée continue classique. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'une paroi d'obturation conforme à l'invention et d'une installation de coulée continue entre cylindres comportant une telle paroi. 3 2652021 On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une installation de coulée continue entre cylindres, montrant la disposition d'une paroi d'obturation conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1; - les figures 3a, 3b, 3c sont des schémas montrant l'évolution de la solidification du produit coulé aux différents niveaux a,b, et c indiqués sur la figure 2; - la figure 4 est une représentation schématique en vue de face d'une variante de la paroi; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne T-T de la figure 4. - les figures 6a, 6b, 6c sont des schémas similaires à ceux de la figure 3 dans le cas de la variante représentée aux figures 4 et 5; - la figure 7 représente une autre variante adaptée au cas d'une installation comportant des cylindres déplaçables axialement l'un par rapport à l'autre dans le but de modifier la largeur du produit coulé; - la figure 8 est une vue en coupe horizontale au niveau VIII de la figure 7; - les figures 9a et 9b sont des schémas similaires à ceux des figures 3a et 3b dans le cas d'une variante o les surfaces latérales sont inclinées par rapport aux surfaces des cylindres. Il est précisé que les différents dessins sont donnés à titre purement didactitiel et il sera compris que les dimensions relatives des différents éléments n'ont, volontairement, pas été respectées, ceci afin de faciliter la compréhension de l'objet de l'invention et des buts visés. A la figure 1 est représentée une extrémité d'une installation de coulée continue entre cylindres, comprenant deux cylindres 1 et 2 dont le deuxième n'a été symbolisé que par la trace 21 de l'extrémité de sa paroi. Les deux cylindres, d'axes parallèles et situés dans un même plan horizontal P, sont entraînés en rotation en sens contraire selon les flèches 3 et 4, et espacés au niveau du col 5, correspondant au niveau du plan P passant par les axes des cylindres, d'une distance correspondant à l'épaisseur du produit coulé. L'alimentation en métal liquide se fait, selon l'une des métho- des bien connues, dans l'espace de coulée délimité, d'une part, par la partie des parois des cylindres située au-dessus du col et, d'autre part, par les parois d'obturation situées aux bords des cylindres et en contact étanche avec lesdits bords. Il est clair que les parois d'obturation étant fixes et les parois des cylindres mobiles, un jeu fonctionnel minimum doit être respecté entre celles-ci pour éviter un frottement intense et l'usure qui en résulterait. De ce fait, l'étanchéité ne peut être absolue et des infiltrations de métal liquide risquent de se produire. La réduction du risque d'infiltrations est notamment un des buts de la présente invention. En effet, si la paroi d'obturation est uniformément plane et constituée comme indiqué au début de ce mémoire, d'un matériau suffisamment isolant pour que le métal liquide ne se solidifie pas à son contact, la peau de métal solidifiée au contact des parois refroidies des cylindres s'arrête juste au niveau du joint entre paroi d'obturation et cylindre, et le risque d'infiltration à ce niveau est grand. L'idée qui a présidé à la présente invention est précisément de réaliser l'étanchéité au métal liquide en favorisant le prolongement de la peau solidifiée sur la partie de la paroi d'obturation directement adjacente aux cylindres. C'est de ce fait la peau solidifiée qui recouvre le joint entre cylindre et paroi d'obturation qui constitue une paroi étanche empêchant les infiltrations. Sur la figure 1 est représentée une paroi d'obturation, ou "petite face" 6, constituée d'une plaque 61 verticale maintenue avec un jeu fonctionnel contre les extrémités des cylindres 1 et 2. Cette plaque 61 est creusée dans sa partie directement en contact avec l'espace de coulée de manière à présenter un évidement 62 délimité par une surface frontale 63 et deux surfaces latérales 64 dans le prolongement des surfaces cylindriques des cylindres 1 et 2. Ces surfaces sont donc des portions de surface cylindrique ayant la même courbure que les cylindres, et s'étendent vers le bas jusqu'au niveau du col 5. La surface frontale 63 est plane et légèrement inclinée par rapport à la verticale pour former une dépouille. Comme cela est connu, la dépouille autorise en cours de coulée l'expansion latérale du produit en cours de solidification qui peut se produire par l'effet de laminage des cylindres en rotation. De ce fait la largeur des surfaces latérales 64 croît de haut en bas jusqu'au niveau du col. En variantes, non représentées, la surface frontale 63 peut aussi être verticale, la largeur des parois latérales étant alors constante, ou encore légèrement incurvée. Dans l'exemple représenté, la surface frontale 63 est la surface d'une partie frontale 65 rapportée dans un usinage en creux réalisé dans la plaque 61, cette partie frontale étant constituée d'un matériau réfractaire thermiquement isolant. Les surfaces latérales 64 sont constituées par les surfaces des parties latérales 66 constituées d'un matériau métallique et préférentiellement refroidies, par exemple par circulation interne d'un fluide de refroidissement. L'évidement 62 se poursuit sous le col sous forme d'une rainure 67 de largeur constante formant un guide pour les rives du produit coulé et dans laquelle la solidification de celles-ci peut se terminer. Les schémas de la figure 3 montrent l'évolution de la formation des peaux solidifiées lors de la coulée. Au cours de celle-ci on alimente l'espace de coulée en métal liquide. Celui-ci se solidifie au contact des parois refroidies des cylindres et aussi au contact des surfaces latérales 64 de la paroi d'obturation 6. Au niveau a de la figure 2 (figure 3a) situé légèrement sous le niveau du ménisque N, le métal liquide 10 a commencé à se solidifier en formant les peaux ll et 12 qui se prolongent dans l'évidement 62 jusqu'à la surface frontale 63 en recouvrant la zone de joint 13 entre le bord des cylindres 1 et 2 et les parties latérales 66 de la paroi d'obturation 6. Au niveau intermédiaire b de la figure 2, représenté à la figure 3b, la solidification du métal s'est poursuivie. Tout en se rapprochant l'une de l'autre, les peaux 11 et 12 se sont épaissies et leurs bords 11', 12' se sont prolongés en suivant la dépouille de la surface frontale 63. Au niveau c, correspondant au niveau du col 5, les deux peaux 11 et 12 se sont rejointes et forment le produit fini totalement solidifié 13. Il est à noter que les peaux 11 et 12 solidifiées au contact des parois des cylindres accompagnent ces parois dans leur mouvement pratiquement sans glissement relatif. Par contre les bords 11' et 12' de ces peaux se solidifient au contact des parties latérales fixes 66 des parois d'obturation en glissant sur celles-ci. Pour faciliter ce glissement les surfaces de ces parties latérales peuvent avantageusement être lubrifiées; par exemple des moyens peuvent être prévus pour injecter un fluide lubrifiant au niveau du plan de joint entre cylindres et parois d'obturation, ce qui peut présenter l'avantage supplémentaire de réduire le frottement, et donc l'usure, entre ces éléments. Dans une variante les surfaces latérales 64 peuvent aussi ne pas être précisément dans l'alignement des surfaces cylindriques des cylindres mais former avec celles-ci un angle obtus c4 ainsi que représenté sur les schémas de la figure 9. Autrement dit la trace de ladite surface latérale dans un plan horizontal forme un angle obtus avec la génératrice de la paroi mobile adjacente contenu dans le même plan. Cet angle peut être constant sur la hauteur de l'évidement et dans ce cas le produit coulé aura une rive moins épaisse que la partie centrale du produit. Les surfaces latérales sont alors tronconiques. Cet angle peut aussi s'ouvrir progressivement vers le bas de l'évidement, ainsi que cela est représenté à la figure 9b pour aboutir au niveau du col à un angle plat, la section étant alors identique à celle représentée à la figure 3c. Dans ce cas les surfaces latérales 64' sont alors des surfaces gauches. Les figures 4, 5 et 6 sont relatives à une autre variante de l'invention dans laquelle les surfaces latérales 71, tout en restant dans le prolongement des surfaces cylindriques des cylindres ont une configuration telle qu'elles empiètent progressivement sur la partie frontale jusqu'à se rejoindre, à proximité du niveau du col entre les cylindres, en formant ladite surface frontale 72 à ce niveau. Dans cette variante la partie frontale 73 en matériau réfractaire présentant de bonnes caractéristiques d'isolation thermique se termine en pointe vers le bas entre les zones de surface frontale 71' issue de la déformation progressive des surfaces latérales 71. Comme on peut le voir sur les schémas de la figure 6, les surfaces latérales 71 se creusent progressivement, du haut vers le bas de la paroi d'obturation, en un arrondi (fig. 6a et 6b), en formant une partie 71" qui reste dans le prolongement des surfaces des cylindres, et la partie 71' qui rejoint tangentiellement la surface de la partie frontale 73. Cet arrondi évolue jusqu'à former, au niveau du col, un angle droit (figure 6c). Il y a dans ce cas une continuité, sur toute 7 2652021 la hauteur de la paroi d'obturation, du matériau métallique au contact duquel la solidification des bords des peaux a lieu, lesdits bords des peaux solidifiées 11', 12' n'étant donc pas en contact, même à proximité du col, avec le matériau isolant 73. Une autre variante encore, appliquée au cas o les cylindres sont décalés axialement, est représentée aux figures 7 et 8. Dans cette variante la paroi d'obturation 8 est conformée de manière à être appliquée d'une part sur la surface frontale d'un cylindre 2' et d'autre part sur la surface cylindrique de l'autre cylindre 1'. Une moitié de la paroi 8, celle située du côté du cylindre 2', est similaire à l'une des configurations précédemment décrites et présente une surface latérale 81 dans le prolongement de la surface cylindrique du cylindre 2'. L'autre moitié, située du côté du cylindre 1', est similaire au dispositif décrit dans la demande de brevet français no 8812074 déjà cité et dont l'enseignement, est incorporé ici par référence. Cette seconde moitié est conformée de manière à présenter une surface courbe de même rayon que le cylindre 1' et placée contre la surface cylindrique de celui-ci. Une lamelle métallique 82 borde la zone centrale 83 en matériau réfractaire de la paroi. La surface 84 de cette lamelle, dirigée vers l'espace de coulée est une surface gauche formant un biseau à son extrémité supérieure. L'angle aigu de ce biseau croît régulièrement, du haut vers le bas, pour arriver à un angle droit au niveau du col entre les cylindres, o la surface 84 rejoint un patin 85 perpendiculaire aux axes des cylindres. Pour plus de détail sur la forme et sur le but de cette lamelle, on se reportera au document cité ci-dessus. Il est seulement rappelé ici que cette lamelle permet à la peau solidifiée sur le cylindre 1' de se prolonger sur la surface 84 de la lamelle, en couvrant la zone de joint 86 entre le cylindre et ladite lamelle, ce qui assure l'étanchéité de l'espace de coulée dans cette zone. Grâce à cette disposition l'étanchéité de l'espace de coulée est assurée autant entre la paroi d'obturation et le cylindre 2' que entre cette paroi et le cylindre 1'. Cette variante est particulièrement adaptée dans une installation de coulée entre cylindres axialement déplaçables, destinée notamment à couler des produits de largeur variable. On notera que non seulement la paroi 8 peut être déplacée par rapport au cylindre 1' selon la direction axiale 88 sans perdre l'étanchéité entre ces éléments, mais encore, les deux cylindres 8 2652021 peuvent être légèrement rapprochés ou écartés l'un de l'autre (selon la flèche 87) du fait que le cylindre 2' peut être déplacé perpendiculairement à la direction axiale par rapport à la paroi d'obturation 8, sans variation du jeu fonctionnel existant entre ledit cylindre 2' et ladite paroi d'obturation. Diverses combinaisons des variantes décrites précédemment peuvent bien entendu être réalisées en adaptant selon le cas par exemple, la pente de la dépouille de la surface frontale de la paroi d'obturation, ou l'inclinaison des surfaces (64,71,84) de ladite paroi dirigées vers l'espace de coulée. O10 De même les matériaux constitutifs des différentes parties de la paroi d'obturation pourront être adaptés à la nature du métal coulé dans la mesure o le matériau constitutif de la partie centrale de la paroi est un matériau réfractaire choisi pour avoir une conductibilité thermique faible. Les parties latérales- pourront également être réalisées en un matériau réfractaire mais de préférence seront, comme indiqué précédemment, métalliques et refroidies. 9 2652021 REVENDICATIONS 1) Paroi d'obturation de l'extrémité latérale de l'espace de coulée d'une installation de coulée continue entre parois mobiles comportant deux parois mobiles (1,2) refroidies se faisant face, paroi comportant une partie frontale (65) présentant une surface frontale (63) dirigée vers l'espace de coulée, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une partie latérale (66) présentant une surface latérale (64) dans le prolongement de la surface d'une paroi mobile et se raccordant à ladite surface frontale. 2) Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie frontale (65) et la ou lesdites parties latérales (66) sont en matériau réfractaire. 3) Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie frontale (65) est en matériau réfractaire thermiquement isolant et la ou lesdites parties latérales (66) sont en métal. 4) Paroi selon la revendication 3 caractérisée en ce que la ou lesdites parties latérales (66) sont refroidies. ) Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite surface frontale (63) est en dépouille. 6) Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que la trace de ladite surface latérale (64) dans un plan horizontal forme un angle obtus (.) avec la génératrice de la paroi mobile adjacente contenue dans le même plan. 7) Paroi selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces frontales (63) et latérales (64) se prolongent verticalement au- dessous du niveau du col (5) en formant une rainure (67) de guidage du produit coulé. 8) Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites surfaces latérales (71) sont conformées de manière à empiéter progressivement, de haut en bas, sur ladite partie frontale jusqu'à se rejoindre à proximité du niveau du col en formant ladite surface frontale (72) à ce niveau. 9) Dispositif de coulée continue entre cylindres caractérisé en ce qu'il comprend deux parois selon l'une des revendications 1 à 8. 10) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux cylindres (1,2) sont décalés axialement, chaque paroi d'obturation présentant d'un côté une seule desdites surfaces latérale 2652021 (64), dans le prolongement de la surface d'un cylindre (2'), et étant conformée de l'autre côté pour épouser la courbure de l'autre cylindre (1'). 11) Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter un lubrifiant au niveau du plan de joint (13) entre parois mobiles (1,2) et parois d'obturation (6).