Brevet FR2664514A1 — publié le 19920117

La présente invention concerne la coulée d'un f euillard Elle s'applique notamment, mais non exclusive- ment, à la coulée d'un feuillard formé d'un métal ferreux. Il est connu de couler des métaux non ferreux comme par exemple de l'aluminium selon un mode de coulée continu dans une machine de coulée à cylindres jumelés Le métal chaud est introduit entre deux cylindres horizontaux de coulée, qui tournent en sens opposés et sont refroidis de sorte que des coques métalliques se solidifient sur les surfaces des cylindres mobiles et sont réunies au niveau de l'interstice entre ces cylindres en produisant un produit solidifié en forme de feuillard à la sortie de l'interstice entre les cylindres Le métal chaud peut être introduit dans l'interstice entre les cylindres par l'intermédiaire d'un creuset et d'une buse de déversement du métal, située au-dessous du creuset de manière à recevoir un écoulement de métal à partir du creuset et le diriger vers l'interstice présent entre les cylindres. Bien que l'on ait appliqué la coulée à cylindres jumelés avec un certain succès aux métaux non ferreux, qui se solidifient rapidement lors de leur refroidissement, il s'est posé des problèmes lors de l'application de cette technique à la coulée de métaux ferreux Un problème parti- culier résidait dans l'obtention d'un refroidissement et d'une solidification uniformes au niveau de l'extrémité de tête initiale au début d'un cycle de coulée, afin d'obtenir une coulée continue Ce problème est traité par l'invention décrite dans une demande de brevet australien copendante N O PJ 9458, déposée par la demanderesse Il s'est également avéré que, lors de la coulée d'un feuillard ferreux, l'obtention d'une distribution uniforme de l'écoulement de métal sur l'étendue en largeur de l'interstice a une impor- tance particulièrement critique et que des défauts peuvent apparaître sous l'effet de faibles variations de l'écoulement La présente invention traite de ce problème et fournit un dispositif et une technique permettant d'obtenir une distribution très uniforme de l'écoulement. Bien que l'invention ait été développée pour résoudre un problème qui est particulièrement critique dans le domaine de la coulée d'un feuillard ferreux, elle peut être égale- ment appliquée à la coulée de métaux non ferreux, par exemple l'aluminium. Conformément à la présente invention, il est prévu un procédé de coulée d'un feuillard, du type dans le- quel le métal fondu est introduit entre un couple de cy- lindres parallèles de coulée par l'intermédiaire d'une buse de déversement du métal, disposée au-dessus de l'interstice entre les cylindres de manière à former une réserve de mé- tal fondu au-dessus de l'interstice entre les cylindres, caractérisé en ce que la buse de déversement possède un passage de sortie équipé d'un diffuseur d'écoulement possé- dant une multiplicité de passages d'écoulement, dans les- quels le métal fondu circule en sortant par la sortie en direction de l'interstice entre les cylindres, le passage de sortie de la buse de déversement s'étend au-dessous de la surface de ladite réserve de métal fondu, et le métal fondu est envoyé au passage de sortie de la buse de déversement de manière à former une tête de métal fondu dans le passage de sortie jusqu'à une hauteur dépassant le niveau de la surface de ladite réserve et la partie supé- rieure dudit diffuseur de sorte qu'une autre réserve de mé- tal fondu est formée au-dessus du diffuseur. Le diffuseur d'écoulement peut être constitué par un corps formé d'un matériau poreux. De préférence, des moyens formant chicane sont disposés au-dessus du diffuseur pour absorber l'énergie du métal descendant en direction du diffuseur Les moyens for- mant chicane peuvent être constitués, de façon appropriée, par une plaque formant chicane s'étendant en travers du passage de sortie et comportant une série d'ouvertures es- pacées dans la direction longitudinale de l'interstice entre les cylindres de coulée. L'invention fournit également un dispositif pour couler un f euillard, comprenant un couple de cylindres pa- rallèles de coulée formant un interstice entre eux, et une buse de déversement du métal, servant à délivrer le métal fondu à l'interstice présent entre les cylindres de coulée, caractérisé en ce que la buse de déversement du métal pos- sède un passage d'écoulement de sortie équipé d'un diffu- seur d'écoulement possédant une multiplicité de passages d'écoulement, dans lesquels le métal chaud circule en fran- chissant la sortie, et que des moyens formant chicane sont disposés audessus du diffuseur de manière à permettre une utilisation efficace du dispositif pour absorber l'énergie du métal descendant en direction du diffuseur. De préférence, le passage de sortie possède une section transversale allongée qui s'étend dans la direction longitudinale de l'interstice entre les cylindres de cou- lée. Le passage de sortie est un passage de sortie à une seule fente se terminant par une fente de sortie de la buse, qui s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'interstice entre les cylindres de coulée. Le diffuseur d'écoulement peut être constitué par un corps formé d'un matériau poreux Par exemple il peut être constitué d'un matériau filtrant fibreux possédant des pores sinueux orientés de façon aléatoire et dans lesquels le métal est tenu de circuler lors de sa traversée du corps. L'invention a trait en outre à une buse de déver- sement de métal servant à délivrer le métal fondu à un in- terstice situé entre deux cylindres de coulée, cette buse de déversement possédant un passage de sortie, et par des moyens formant chicane servant à absorber l'énergie du mé- tal pénétrant dans le passage de sortie en direction du diffuseur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente une machine de coulée continue de feuillards comportant un dispositif agencé fonctionnant conformément à la présente invention; la figure 2 représente une coupe transversale verticale passant par des composants importants de la ma- chine de coulée représentée sur la figure 1 et comprenant une buse de déversement de métal agencée conformément à l'invention; la figure 3 est une autre vue en coupe trans- versale verticale passant par des composants importants de la machine de coulée et transverse par rapport à la coupe de la figure 2; la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 2; et la figure 5 est une vue en perspective arrachée de la buse de déversement de métal. La machine de coulée représentée comprend un bâti principal 11 de la machine, qui est disposé sur le sol 12 de l'usine Le bâti 11 supporte un chariot 13 portant les cylindres de coulée et qui est déplaçable horizontalement entre un poste d'assemblage 14 et un poste de coulée 15 Le chariot 13 porte un couple de cylindres parallèles de cou- lée 16, auquel le métal fondu est envoyé pendant une opéra- tion de coulée à partir d'une poche de coulée 17 par l'intermédiaire d'un creuset 18 et d'une buse de déverse- ment 19 Les cylindres de coulée 16 sont refroidis par eau de sorte que des coques se solidifient sur les surfaces des cylindres mobiles et sont réunies au niveau d'interstices entre les cylindres de manière à former un produit en forme de feuillard solidifié 20 au niveau de la sortie des cy- lindres Ce produit est envoyé à un bobinoir standard 21 et peut être ensuite transféré à un second bobinoir 22 Un ré- cipient 23 est installé sur le bâti de la machine à côté du poste de coulée, et le métal fondu peut être dévié en di- rection du récipient par l'intermédiaire d'une goulotte de trop-plein 24 installée sur le creuset, ou bien au moyen du retrait d'un bouchon d'urgence 25 d'un côté du creuset, s'il existe une malformation grave du produit ou un défaut de fonctionnement grave pendant une opération de coulée. Le chariot porte-cylindres 13 comprend un cadre 31 supporté par des roulettes 32 sur des rails 33 qui s'étendent le long d'une partie du bâti principal 11 de la machine, le chariot porte-cylindres 13 étant monté dans son ensemble de manière à se déplacer le long des rails 33 Le cadre 31 du chariot porte un couple de berceaux 34 pour les cylindres 16, dans lesquels ces derniers sont montés rota- tifs Le chariot 13 est déplaçable le long des rails 33 par l'actionnement d'une unité formant vérin hydraulique à double effet 39, qui est montée entre une console de com- mande 40 située sur le chariot porte-cylindres et le bâti principal de la machine de manière à pouvoir être actionné pour déplacer le chariot porte-cylindres entre le poste d'assemblage 14 et le poste de coulée 15, et vice versa. Les cylindres de coulée 16 tournent en sens oppo- sés au moyen d'arbres d'entraînement 41, à partir d'un mo- teur électrique et d'une transmission, montés sur le cadre 31 du chariot Les cylindres 16 possèdent des parois péri- phériques en cuivre contenant une série de passages longi- tudinaux de circulation de l'eau, espacés circonférentiel- lement et alimentés par l'eau de refroidissement par l'intermédiaire des extrémités des cylindres, à partir de conduits d'alimentation en eau situés dans les arbres 41 d'entraînement des cylindres, et qui sont raccordés à des tuyaux d'eau 42 par l'intermédiaire de presse-étoupe rota- tifs 43 De façon typique, les cylindres peuvent avoir un diamètre d'environ 500 mm et une longueur atteignant jusqu'à 1300 mm de manière à délivrer un produit en forme de feuillard possédant une largeur de 1300 mm. La poche de coulée 17 possède un agencement en- tièrement classique et est supportée par l'intermédiaire d'un étrier 45 sur un portique, et par conséquent elle peut être réglée en position à partir d'un poste de réception du métal chaud La poste de coulée est équipée d'une que- nouille 36 pouvant être actionnée par un vérin d'asservissement de manière à amener le métal fondu à s'écouler depuis la poche de coulée dans le creuset 18 en passant par une buse de sortie 47 et une enveloppe réfrac- taire 48. Le creuset 18 possède également une structure classique Il est réalisé sous la forme d'un récipient large formé d'un matériau réfractaire comme par exemple du graphite à base d'alumine Un côté du creuset reçoit le mé- tal fondu à partir de la poche de coulée et est équipé du trop-plein 24 mentionné précédemment et des bouchons de se- cours 25 L'autre côté du creuset comporte une série d'ouvertures métalliques de sortie 52 espacées longitudina- lement La partie inférieure du creuset porte des consoles de montage 53 servant à monter les creusets sur le cadre 31 du chariot porte-cylindres et comporte des ouvertures ser- vant à recevoir des broches d'indexage 54 situées sur le cadre du chariot de manière à positionner de façon précise le creuset. La buse de déversement 19 est constituée par un corps allongé réalisé en un matériau réfractaire, par exemple du graphite à base d'alumine Sa partie inférieure possède une forme conique de manière à converger vers l'intérieur et vers le bas de sorte qu'elle peut pénétrer dans l'interstice entre les cylindres de coulée 16 Une console de montage 60 est prévue pour supporter la buse sur le cadre du chariot porte-cylindres, et la partie supé- rieure de la buse comporte des brides latérales 55, qui font saillie extérieurement et sont situées sur la console de montage. La buse de déversement 19 possède un passage in- terne vertical 62 servant à recevoir le liquide qui descend à travers les ouvertures 52 du creuset Le passage 62 converge en direction de sa partie d'extrémité inférieure, qui sert de passage d'écoulement de sortie pour l'écoulement de métal qui pénètre dans l'interstice entre les cylindres 19 De façon plus spécifique, la partie infé- rieure du passage 62 se termine au niveau d'une fente de sortie allongée 63 à l'extrémité inférieure de la buse de déversement, cette fente s'étendant dans la direction lon- gitudinale de l'interstice présent entre les cylindres de coulée. Conformément à la présente invention, le passage de sortie de la buse 19 comporte un diffuseur d'écoulement 64 se présentant sous la forme d'un corps formé d'un maté- riau filtrant poreux, dans lequel le métal fondu doit cir- culer dans le passage de ce corps en direction de la fente de sortie 63 Ce corps formé d'un matériau filtrant peut être en appui sur des brides rentrantes 65 situées au ni- veau de l'extrémité intérieure de la buse et entre les- quelles la sortie 63 de la fente est définie. Directement au-dessus du diffuseur 64, le passage de sortie de la buse de déversement 19 est traversé par une plaque formant chicane 66 percée d'une série d'ouverture 67 Les trous 67 ménagés dans la plaque formant chicane peuvent être étagés soit dans la direction longitudinale, soit transversalement par rapport aux trous de sortie du creuset, de sorte que des jets de métal sortant des trous de sortie du creuset ne sont pas alignés avec les trous mé- nagés dans la plaque formant chicane Dans une variante de réalisation, les moyens de sortie du creuset peuvent être formés par une fente continue, et les ouvertures ménagées dans la plaque f ormant chicane peuvent être décalées laté- ralement par rapport à cette fente. Pendant un cycle de coulée, le métal fondu dé- versé par la buse de déversement forme une réserve 71 au- dessus de l'interstice présent entre les cylindres, cette réserve étant confinée au niveau des extrémités des cy- lindres par un couple de plaques latérale de fermeture 56 qui sont maintenues contre des extrémités étagées 57 des cylindres, au moyen de l'actionnement d'un couple de vérins hydrauliques 83 équipés de dispositifs 82 de retenue de plaques de fermeture La surface supérieure 72 de la ré- serve 71, qui est désignée d'une manière générale sous l'expression "niveau en forme de ménisque", est située au- dessus de l'extrémité inférieure de la buse de déversement. Par conséquent, l'extrémité inférieure de la buse de déver- sement est immergée dans cette réserve et le passage de sortie de la buse s'étend au-dessus de la surface de cette réserve ou du niveau du ménisque L'écoulement de métal est également apte à produire une tête de métal fondu à l'intérieur du passage de sortie de la buse, jusqu'à une hauteur située au-dessus du niveau 72 du ménisque Plus particulièrement, la tête de métal dans le passage de sor- tie s'étend au-dessus de la partie supérieure du corps 64 du diffuseur de sorte qu'il se forme une autre réserve d'un métal liquide 68 au- dessus de ce corps De préférence, l'écoulement du métal est tel que la surface supérieure 69 de la réserve 68 est disposée légèrement au- dessus de la plaque formant chicane 66 de sorte que le métal fondu tom- bant librement sous l'action de la pesanteur à partir du creuset pénètre dans la réserve 68 au-dessus de la plaque formant chicane au lieu de venir frapper directement cette plaque. La plaque formant chicane 66 absorbe l'énergie du jet descendant de métal, et la tête de métal située à l'intérieur du passage de sortie de la buse, qui s'étend au-dessus du niveau 72 du ménisque, qui fournit la pression dynamique servant à refouler le métal à travers le corps 64 du diffuseur L'action du diffuseur est en outre d'absorber l'énergie cinétique de l'écoulement de métal et d'étaler l'écoulement de façon uniforme sur la longueur de la sortie 63 de manière à produire une distribution très uniforme de l'écoulement sur l'étendue en largeur de l'interstice entre les cylindres Par conséquent, la buse permet de convertir d'une manière très efficace un jet relativement peu uni- forme à grande vitesse, qui tombe du creuset, en un jet à vitesse constante beaucoup plus lente, sur toute la largeur de la sortie 63 en forme de fente. De façon appropriée, le corps 63 du diffuseur peut être formé par un matériau filtrant fibreux formé d'alumine-zirconium Ce matériau est disponible dans le commerce et a été utilisé au départ à des fins de f iltra- tion dans des canaux de coulée de fonderie pour séparer des impuretés solides de l'acier Ce matériau comporte des pores sinueux orientés de façon aléatoire, dans lesquels le métal fondu est tenu de circuler sous l'effet de la pres- sion du métal à l'intérieur du passage de sortie Cet écou- lement est ainsi tenu de s'étaler vers l'extérieur lorsqu'il traverse le corps en produisant un écoulement uniforme à vitesse relativement faible à la sortie Il s'est avéré qu'un matériau possédant environ 4 pores par centimètre est particulièrement approprié pour la coulée d'un métal ferreux. Dans une machine de coulée typique pour métaux ferreux, agencée conformément à l'invention, la largeur de la buse en forme de fente peut être comprise entre 3 mm et mm et être égale par exemple à environ 25 mm Le corps 64 du diffuseur, formé du matériau filtrant, peut posséder une épaisseur d'environ 50 mm dans la direction verticale, et de façon typique, la plaque formant chicane 66 peut être disposée à 10- 15 mm au-dessus du corps du diffuseur Des trous ménagés dans la plaque formant chicane peuvent avoir de façon typique un diamètre d'environ 10 mm et être dispo- sés en étant à un espacement d'environ 50 mm Pendant un cycle de coulée, la tête de métal formée dans le passage de sortie de la buse peut être située, de façon typique, à en- viron 20 mm au-dessus du niveau 72 du ménisque. L'extrémité de tête du feuillard 20 obtenue lors de la coulée initiale est guidée par l'actionnement d'une tête de travail 96 en direction des mâchoires du bobinoir 21 La table de travail 96 est suspendue à des pivots de support 97 situés sur le bâti principal et on la peut faire pivoter en direction du bobinoir au moyen de l'actionnement d'un vérin hydraulique 98 La table 96 peut s'appliquer contre un guide supérieur 99 du feuillard, actionné par un vérin, et le feuillard peut être confiné entre deux cy- lindres verticaux latéraux 102 Une fois que l'extrémité de tête a pénétré, d'une manière guidée, dans les mâchoires du bobinoir, ce dernier tourne de manière à enrouler le pro- duit et la table de travail peut revenir en pivotant dans sa position inactive, dans laquelle elle est suspendue sim- plement au bâti de la machine, à l'écart du produit qui est enroulé directement sur le bobinoir 21 Le produit en forme de feuillard résultant peut être ensuite transféré au bobi- noir 22 de manière à former une bobine finale pour son transport à partir de la machine de coulée. Le dispositif et le procédé décrits précédemment ont été décrits uniquement à titre d'exemples et de nom- breuses variantes sont possibles Par exemple, il serait possible d'utiliser un corps de diffuseur plus poreux et plus profond dans le passage de sortie de la buse, de ma- nière que la tête de liquide à l'intérieur du passage de sortie se forme entièrement à l'intérieur du corps du dif- fuseur La tête pourrait en outre s'étendre au-dessus du niveau du ménisque de manière à produire la force dynamique visant à refouler le liquide à travers la partie inférieure il du corps filtrant, mais la partie supérieure du corps f il- trant pourrait être disposée au-dessus de cette tête et servir de moyens appropriés formant chicane pour absorber l'énergie du jet de métal descendant du creuset En outre, il n'est pas essentiel que le corps du diffuseur possède une nature fibreuse, et on peut le remplacer par d'autres matériaux poreux On pourrait fabriquer des matériaux ap- propriés comportant des pores au moyen de techniques de moussage, de coulée ou d'extrusion, ou bien en perçant des pores dans une ébauche C'est pourquoi on comprendra que l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails du dispositif et du procédé décrits précédemment et que de nombreuses variantes entrent dans la portée définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Procédé de coulée d'un feuillard, du type dans lequel le métal fondu est introduit entre un couple de cy- lindres parallèles de coulée ( 16) par l'intermédiaire d'une buse ( 19) de déversement du métal, disposée au-dessus de l'interstice entre les cylindres de manière à former une réserve ( 71) de métal fondu au- dessus de l'interstice entre les cylindres ( 16), caractérisé en ce que la buse de déver- sement ( 19) possède un passage de sortie ( 62) équipé d'un diffuseur d'écoulement ( 64) possédant une multiplicité de passages d'écoulement, dans lesquels le métal fondu circule en sortant par la sortie ( 62) en direction de l'interstice entre les cylindres ( 19), le passage de sortie ( 62) de la buse de déversement ( 19) s'étend au-dessous de la surface de ladite réserve ( 71) de métal fondu, et le métal fondu est envoyé au passage de sortie ( 62) de la buse de déverse- ment ( 19) de manière à former une tête de métal fondu dans le passage de sortie jusqu'à une hauteur dépassant le ni- veau ( 72) de la surface de ladite réserve ( 71) et la partie supérieure dudit diffuseur ( 64) de sorte qu'une autre ré- serve ( 68) de métal fondu est formée au-dessus du diffuseur ( 64). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que des moyens formant chicane ( 66) sont disposés au-dessus du diffuseur ( 64) pour absorber l'énergie du métal descendant en direction du diffuseur ( 64). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que les moyens formant chicane ( 66) compren- nent une plaque formant chicane qui s'étend en travers du passage de sortie ( 62) et comporte une série d'ouvertures ( 67) espacées dans la direction longitudinale de l'interstice entre les cylindres de coulée ( 16). 4 Procédé selon une des revendications précé- dentes, caractérisé en outre en ce que le diffuseur d'écoulement ( 64) comporte un corps formé d'un matériau po- reux. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en outre en ce que ledit corps est constitué par un maté- riau filtrant fibreux possédant des pores sinueux orientés de façon aléatoire, dans lesquels le métal est tenu de cir- culer lors de sa traversée dudit corps. 6 Dispositif pour couler un feuillard, compre- nant un couple de cylindres parallèles de coulée ( 16) for- mant un interstice entre eux, et une buse ( 19) de déverse- ment du métal, servant à délivrer le métal fondu à l'interstice présent entre les cylindres de coulée ( 7), ca- ractérisé en ce que la buse ( 19) de déversement du métal possède un passage d'écoulement de sortie ( 62) équipé d'un diffuseur d'écoulement ( 64) possédant une multiplicité de passages d'écoulement, dans lesquels le métal chaud circule en franchissant la sortie ( 62), et que des moyens formant chicane ( 66) sont disposés au-dessus du diffuseur ( 64) de manière à permettre une utilisation efficace du dispositif pour absorber l'énergie du métal descendant en direction du diffuseur ( 64). 7 Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en outre en ce que les moyens formant chicane ( 66) comprennent une plaque formant chicane s'étendant en tra- vers du passage d'écoulement de sortie ( 62) et comportant une série d'ouvertures ( 64) espacées dans la direction lon- gitudinale de l'interstice entre les cylindres de coulée ( 16). 8 Dispositif selon la revendication 6 ou 7, ca- ractérisé en outre en ce que le passage de sortie ( 62) pos- sède une section transversale allongée s'étendant dans la direction longitudinale de l'interstice présent entre les cylindres de coulée ( 16). 9 Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en outre en ce que le passage de sortie ( 62) est un passage de sortie à une seule fente se terminant par une fente de sortie ( 63) de la buse, qui s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'interstice entre les cylindres de coulée ( 16). 10 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 6 à 9, caractérisé en ce que le diffuseur d'écoulement ( 64) comprend un corps formé d'un matériau po- reux. 11 Dispositif selon la revendication 10, carac- térisé en outre en ce que le diffuseur d'écoulement ( 64) est constitué par un corps formé d'un matériau filtrant fi- breux possédant des pores sinueux orientés de façon aléa- toire, dans lesquels le métal est tenu de circuler lors de sa traversée dudit corps. 12 Buse de déversement de métal servant à déli- vrer le métal fondu à un interstice entre deux cylindres de coulée parallèles, caractérisée par un passage de sortie ( 62) équipé d'un diffuseur d'écoulement ( 64) possédant une multiplicité de passages d'écoulement, par lesquels le mé- tal chaud circule en passant dans le passage de sortie ( 62), et par des moyens formant chicane ( 66) servant à ab- sorber l'énergie du métal pénétrant dans le passage de sor- tie ( 62) en direction du diffuseur ( 64). 13 Buse de déversement de métal selon la revendication 12, caractérisée en outre en ce que le pas- sage de sortie possède une section transversale allongée et que les moyens formant chicane ( 66) comprennent une plaque formant chicane qui s'étend en travers du passage de sortie ( 62) et comporte une série d'ouvertures ( 67) espacées dans la direction longitudinale de la section transversale al- longée de ce passage. 14 Buse de déversement de métal selon la revendication 13, caractérisée en ce que le passage de sor- tie ( 62) est un passage de sortie en forme de fente qui se termine au niveau d'une fente de sortie en forme de buse ( 63). Buse de déversement de métal selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que le diffuseur d'écoulement ( 75) est constitué par un corps formé d'un matériau poreux. 16 Buse de déversement de métal selon la revendication 15, caractérisée en ce que le diffuseur d'écoulement ( 64) comprend un corps formé d'un matériau filtrant fibreux possédant des pores sinueux orientés de façon aléatoire, dans lesquels le métal est tenu de circu- ler lors de sa traversée dudit corps.