Brevet FR2665653A1 — publié le 19920214

PROCEDE POUR CONTROLER L'EPAISSEUR D'UNE BANDE METALLIQUE COULEE EN CONTINU SUR UN CYLINDRE. La présente invention est relative à un procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique coulée en continu sur un cylindre. Il est connu de l'homme de l'art de la mise en forme des matériaux qu'on peut obtenir directement et en continu une bande métallique d'épaisseur voisine du millimètre par mise en contact d'un métal en fusion avec un cylindre métallique, refroidi qui tourne autour d'un axe horizontal; cette mise en contact étant réalisée au moyen d'un injecteur muni à son extrémité d'une ouverture en forme de U qui s'allonge parallèlement à la génératrice dudit cylindre de manière que la surface libre du matériau contenu dans l'injecteur effleure la surface du cylindre et forme lors de la rotation un ménisque. Dans ces conditions, le matériau liquide au contact du cylindre se solidifie sous la forme d'une couche de faible épaisseur et entraîne par l'intermédiaire du ménisque une quantité supplémentaire de métal de sorte qu'on obtient finalement une bande continue. L'épaisseur de la bande produite de cette façon dépend de la vitesse de rotation du cylindre, de la hauteur du matériau en fusion dans l'ouverture de l'injecteur ainsi que des caractéristiques de transfert de chaleur du cylindre. Ce procédé de coulée directe en continu, encore appelé dans le langage anglo-saxon: " melt overflow ", s'il est simple dans son principe, présente néanmoins certaines difficultés d'application industrielle quand on veut, par exemple, fabriquer des bandes de largeur relativement grande. En effet, le plus souvent, la bande élaborée suivant ce procédé présente des variations d'épaisseur aussi bien dans le sens longitudinal que transversal, ce qui la rend difficilement utilisable soit directement ou après avoir subi des traitements mécaniques et/ou thermiques. D'o la recherche de solutions visant à supprimer cet inconvénient qui ont abouti à la mise en oeuvre par différents inventeurs de moyens permettant de contrôler l'épaisseur et le profil de la bande élaborée. Mais, ces moyens qui ont fait, le plus souvent, l'objet de dépôts de demandes de brevet, ne semblent pas pour l'instant avoir apporté de véritable solution au problème posé. On peut citer, par exemple: -la demande européenne publiée sous le N O 174765, déposée sous priorité 1984 et dans laquelle pour obtenir un débit uniforme de métal sur toute la largeur de l'ouverture de l'injecteur, on met en oeuvre des barrages 36 immergés partiellement dans le bain métallique que contient l'injecteur. -le brevet TJ S N 04,771,819 déposé sous priorité 1985 et qui enseigne l'introduction d'un rouleau rotatif, refroidi et de petit diamètre qui plonge partiellement dans la partie supérieure du bain de métal liquide et dont l'écartement avec le cylindre de coulée sert à déterminer l'épaisseur de la bande. -la demande de brevet WO 89/07025, déposée sous priorité 1988, décrit également l'utilisation d'un rouleau mais qui est ici chauffé à une température supérieure à la température de fusion du métal coulé; le contrôle de l'épaisseur étant aussi obtenu par l'espacement entre le cylindre et le rouleau qui ne laisse passer qu'une couche de liquide constante dans le temps et uniforme dans l'espace. -le brevet U S N 04,842,042, déposé sous prioriété 1988, dans lequel on utilise aussi un rouleau d'axe parallèle à celui du cylindre refroidi mais qui revendique des moyens de réglage d'un espace donné entre ces deux éléments indépen demment des irrégularités de surface du cylindre. -la demande de brevet W O 87/02285 dans laquelle pour obtenir une bande ayant une section transversale uniforme et un bon état de surface on dirige une lame de gaz sous faible pression à la surface du métal contenu dans l'injecteur près de l'endroit o le dit métal entre en contact avec le cylindre En ce qui concerne plus particulièrement cette dernière demande, il apparaît que la lame de gaz, bien qu'ayant des effets bénéfiques sur la qualité de la bande, peut néanmoins avoir un rôle néfaste du fait qu'elle crée des remous dans la masse de métal contenu dans l'injecteur et provoque à la fois l'apparition de vagues et une dispersion des peaux d'oxyde qui flottent à la surface. D'o l'invention qui consiste en un procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique coulée en continu sur un cylindre dans lequel on met en contact le métal à l'état liquide avec la paroi latérale refroidie d'un cylindre en rotation sur laquelle il se solidifie, le dit métal étant amené par l'intermédiaire d'un injecteur dont l'extrémité s'ouvre suivant une fente le long de la génératrice du cylindre de manière que sa surface libre effleure la dite paroi et dans lequel on dirige vers la dite surface une lame de gaz qui s'allonge le long de la génératrice du cylindre caractérisé en ce que l'on immerge partiellement dans le métal contenu dans l'injecteur, sur une faible profondeur et à proximité du cylindre, un écran qui s allonge suivant la largeur de la bande et qui est séparé du cylindre par la lame de gaz. Ainsi, l'invention est réalisée par l'adjonction dans un dispositif classique de coulée du type melt overflow d' un écran qui est partiellement immergé dans le métal contenu dans l' injecteur et qui influe sur les phénomènes pouvant se manifester à la surface dudit métal En particulier, toute perturbation telle que, par exemple, les vagues provenant de l'alimentation en métal frais ou les remous causés par la lame d'air, se trouve confinée à une zone réduite de la surface et son effet est ainsi passablement réduit. Cette atténuation des ondulations de surface a pour résultats: -une stabilisation du ménisque -un meilleur contrôle du profil d'épaisseur de la bande coulée -une amélioration de la surface supérieure de la bande car on évite l'entraînement d'un film de liquide de faible épaisseur avec le métal déjà solidifié. En outre, la présence d'un écran assure un blocage des impuretés et des oxydes flottant à la surface du métal. L'écran est réalisé à partir d'un matériau non mouillé par le métal et résistant à son action chimique Ce peut être, par exemple, du graphite ou une céramique Il ne doit pas se déformer à chaud et sa mise en place nécessite généralement un préchauffage par tout moyen connu à une température voisine de celle du métal Sa forme est le plus souvent celle d'une plaque de longueur voisine de celle de la fente de l'injecteur et son épaisseur comprise,de préférence entre 5 et 50 mm, dépendra de la nature du métal mis en oeuvre. Cet écran est immergé dans le métal contenu dans l'injecteur à une profondeur comprise de préférence entre 1 et 5 mm, la hauteur totale de métal étant le plus souvent comprise entre et l O Omm Son plan forme avec la surface du métal un angle compris de préférence entre 10 et 90 degrés; les meilleurs résultats sont néanmoins obtenus entre 30 et 60 degrés. La distance de l'écran au cylindre est de préférence comprise entre 2 et 5 mm tandis que la distance écran-buse d'injection de gaz destinée à créer la lame de gaz est au minimum de lmm. De préférence, la paroi latérale de l'écran constituant son épaisseur et qui plonge dans le métal présente un profil arrondi obtenu par un usinage soigneux; toutefois, un profil composé d'une partie rectiligne inclinée par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écran prolongé par une partie arrondie située du côté du cylindre est plus favorable car elle évite la formation de zones mortes dans la partie amont de l'injecteur. La génératrice de la partie arrondie du profil peut être rectiligne et parallèle à la génératrice du cylindre mais, de préférence, elle présente une courbure dans un plan horizontal ou vertical ou dans les deux plans en même temps. Dans le cas d'une génératrice courbe, la courbure est choisie de manière à imposer une action de la buse de gaz variable sur la largeur du produit et agir par ce biais sur la forme du produit pour couler des bandes ayant un profil transversal d'épaisseur particuliere. En ce qui concerne la lame de gaz, elle est obtenue au moyen d'une buse classique dans le domaine de la coulée telle que celle qui est décrite, par exemple, dans la demande WO 87/02285 et qui se compose deux demicoquilles fixées l'une contre l'autre à l'aide de boulons et présentant sur leur face en regard une partie en creux qui délimite une chambre à l'intérieur de laquelle est placée une membrane. Cette chambre est en relation d'un côté avec une source de gaz et de 1 'autre avec une fente de largeur comprise entre 0,2 et 2 mm qui crée un jet de gaz régulier sur toute la largeur de la bande La vitesse du gaz à la sortie de la buse est généralement comprise entre 1 et 200 m/sec et de préférence entre 20 et l O Om/sec. Cette buse peut être montée sur un chassis permettant d'ajuster sa position et son orientation en fonction des conditions d'utilisation et notamment de la position de l'injecteur de coulée L'orientation est repérée par rapport à la tangente au cylindre au point o on quitte le bain. Ainsi, l'axe de la buse peut former avec cette tangente un angle compris entre O et 90 degrés mais de préférence entre et 45 degrés La distance embouchure de la buse à la surface du métal contenu dans l'injecteur se situe normalement entre 2 et 20 mm Dans tous les cas, la distance minimum entre le cylindre et la buse doit être supérieure à 2 mm pour tenir compte de la déformation à chaud du cylindre et de l'épaisseur de la bande. Quant au gaz, il doit être sec et parfaitement déshuilé; ce peut être de l'air sec mais, de préférence un gaz neutre tel que l'argon ou l'azote Sa température est de préférence voisine de celle du métal. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure jointe qui représente en coupe verticale une vue d'une machine de coulée équipée d'un écran selon l'invention. De façon plus détaillée, on distingue un cylindre de coulée 1 et un injecteur 2 contenant sur une hauteur h le métal 3 qui forme un ménisque 4 au contact du cylindre et se solidifie en une bande 5; une buse 6 crée une lame de gaz 7 par la fente 8; l'écran 9 selon l'invention présente à son extrémité 10 une partie arrondie immergée dans le métal. L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants EXEMPLE 1 - On a coulé sur un cylindre en alliage de cuivre une bande de largeur 500 mm constitué par un alliage d'aluminium du type 3003 suivant les normes de l'Aluminium Association. Le cylindre tournait avec une vitesse linéaire de 2 m/sec, la température du métal dans l'injecteur était comprise entre 680 et 690 OC et sa hauteur de 50 mm. En ce qui concerne la lame de gaz constituée par de l'argon à 700 'C circulant à la vitesse de 40 m/sec, elle était créée par une buse munie à son extrémité d'une fente de largeur lmm placée à une distance de 8 mm de la surface du métal et dont l'axe était incliné de 30 degrés par rapport à la tangente au cylindre Quant à l'écran, il était réalisé avec une plaque parallèlipipédique en un matériau réfractaire commercial du type monalite G 3 d'épaisseur 5 mm, de longueur égale à celle de l'injecteur, ayant un profil d'extrémité en partie rectiligne et en partie courbe, inclinée de 60 degrés par rapport à la surface du métal contenu dans l'injecteur, distante du cylindre de 3 mm et immergée sur une profondeur de 5 mm. On a obtenu une bande de 0,8 mm d'épaisseur moyenne présentant un aspect de surface de qualité supérieure à celle obtenue sans l'utilisation d'écran, les mesures au rugosimètre donnant respectivement des valeurs de Ra de 4 suivant l'invention et de 12 um suivant l'art antérieur. Cependant, on observait des variations d'épaisseur sur la largeur pouvant atteindre 5 % et notamment une surépaisseur au voisinage des rives. EXEMPLE 2 - Une coulée a été réalisée dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1 hormis le fait que la génératrice de la courbure du profil était courbe de sorte que sa distance au cylindre était à ses extrémités inférieure de lmm à celle qui la sépare en son milieu. Dans ces conditions, la rugosité était comparable à celle de l'exemple 1 mais, par contre, les variations d'épaisseur étaient inférieures à 1 %. REVENDICATIONS 1.-Procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique ( 5)coulée en continu sur un cylindre(l) dans lequel on met en contact le métal à l'état liquide avec la paroi latérale refroidie d'un cylindre en rotation sur laquelle il se solidifie, le dit métal étant amené par l'intermédiaire d'un injecteur( 2) dont l'extrémité s'ouvre suivant une fente le long de la génératrice du cylindre de manière que sa surface libre effleure la dite paroi et dans lequel on dirige vers la dite surface une lame de gaz ( 7)qui s'allonge le long de la génératrice du cylindre caractérisé en ce que l'on immerge partiellement dans le métal contenu dans 1 injecteur, sur une faible profondeur et à proximité du cylindre, un écran ( 9)qui S 'allonge suivant la largeur de la bande et qui est séparé du cylindre par la lame de gaz. 2.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la profondeur d'immersion de l'écran est comprise entre 1 et 5 mm. 3.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle formé par l'écran avec la surface du bain est compris entre 10 et 90 degrés. 4.-Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'angle est compris entre 30 et 60 degrés. 5.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distance de l'écran au cylindre est comprise entre 2 et 5 mm. 6.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur de l'écran est comprise entre 5 et 50 mm 7.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le le profil dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre de l'extrémité de l'écran immergée dans le métal a une forme arrondie. 8.-Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le profil présente une partie rectiligne inclinée par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écran prolongée par une partie arrondie située du côté du cylindre. 9.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la génératrice de la partie arrondie est courbe dans un plan horizontal et/ou vertical.