Brevet FR2686278A1 — publié le 19930723

i L'invention concerne un dispositif de coulée continue entre cylindres comportant des parois latérales en matériaux réfractaires. On connaît des dispositifs de coulée continue d'un produit métallique et notamment d'une bande métalli- que mince comportant deux cylindres contrarotatifs à axes horizontaux et parallèles disposés en vis-à-vis et avec un écartement correspondant à l'épaisseur du produit à couler. Le métal liquide est déversé dans un espace de coulée défini par les portions des parois des cylindres situées au-dessus d'un plan passant par les axes parallè- les de ces cylindres et par des parois latérales d'extré- mité fixes appelées petites faces en appui sur les extré- mités axiales des cylindres. Les petites faces doivent être conçues de manière à répondre à deux exigences qui peuvent s'avérer contradictoires. Tout d'abord, il est bien sûr nécessaire d'assu- rer une étanchéité efficace entre les petites faces et les extrémités axiales des cylindres, pour éviter toute fuite de métal en fusion. D'autre part, il est également nécessaire d'éviter ou de limiter la solidification du métal au contact des parois latérales. Pour éviter la solidification du métal au contact des parois latérales, on a proposé de réaliser ces parois en un matériau thermiquement isolant, de manière à empêcher le refroidissement du métal en fusion au contact des parois latérales. Toutefois, il s'est avéré très difficile d'obte- nir à la fois de bonnes caractéristiques d'isolation thermique et une résistance mécanique suffisante des parois En particulier, la résistance à l'usure de telles parois isolantes s'avère généralement insuffisante pour assurer une longue durée de la coulée. On a donc proposé, par exemple dans les demandes de brevet français 9011000 et 88-12074 publiée sous le numéro 2 652 411, d'utiliser des parois latérales compor- tant une partie en matériau thermiquement isolant insérée entre les cylindres et placée entre deux pièces métalli- ques incurvées épousant la courbure des cylindres, qui sont refroidies pendant la coulée Ainsi, la solidifica- tion au contact de la paroi latérale fixe est limitée du fait que le matériau constituant sa partie centrale venant en contact avec le métal liquide est un isolant thermique. Cependant, l'étanchéité entre les pièces métalliques fixes et les cylindres mobiles est difficile à réaliser, du fait de la forme complexe de la surface de contact entre les pièces métalliques et les cylindres En outre, il peut se produire des infiltrations de métal liquide entre les cylindres et les pièces métalliques d'étanchéité, dans le cas o les cylindres viendraient à s'écarter l'un de l'autre. Afin d'améliorer l'étanchéité du contact entre les petites faces et les extrémités des cylindres, tout en limitant le refroidissement et la solidification du métal au contact des petites faces, on a proposé de réaliser chacune des petites faces sous la forme d'une plaque comportant deux parties d'appui latérales venant en contact étanche chacune avec une partie d'extrémité axiale d'un cylindre Entre les deux parties d'appui latérales, la plaque comporte un évidement délimité par les bords des surfaces d'appui ayant une certaine profondeur dans la direction axiale des cylindres. A l'intérieur de l'évidement qui se trouve placé en vis-à-vis de l'ouverture latérale de l'espace de coulée est disposée une pièce en matériau réfractaire isolante comportant une surface frontale destinée à venir en contact avec le métal liquide, qui se trouve en retrait à l'intérieur de l'évidement De cette manière, le métal liquide pénètre à l'intérieur de l'évidement et vient en contact avec la face frontale de la pièce isolante. Lors de la coulée, le métal liquide qui se solidifie progressivement au contact des parois cylindri- ques refroidies des cylindres forme des peaux solidifiées qui sont entraînées par les cylindres en rotation et se rejoignent au niveau du col de l'espace de coulée, c'est- à-dire au niveau de la partie de l'espace de coulée de largeur minimale situé au niveau du plan passant par les axes des cylindres. Les peaux solidifiées se prolongent à l'inté- rieur de l'évidement de la plaque constituant la paroi latérale de l'espace de coulée, jusqu'au voisinage de la face frontale. Les peaux solidifiées recouvrent ainsi les zones de jonction entre les cylindres et la paroi latérale fixe et empêchent les infiltrations de métal liquide contenu dans l'espace de coulée. La plaque évidée est généralement réalisée sous la forme d'une plaque métallique qui doit être refroidie, de sorte que la structure de la paroi est relativement complexe et qu'il peut se produire une solidification du métal liquide au voisinage des parois latérales, malgré la présence de la pièce isolante à l'intérieur de l'évide- ment Un fonctionnement satisfaisant du dispositif de coulée nécessite d'ailleurs la présence de peaux solidi- fiées au contact de ladite plaque, dans la partie d'entrée de l'évidement. Les conditions d'extraction du produit métalli- que coulé et donc le fonctionnement de l'installation sont donc susceptibles d'être perturbés. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de coulée continue d'un produit métallique comportant deux cylindres à axes parallèles contrarotatifs définissant entre eux et avec deux parois latérales fixes en appui sur les extrémités axiales des cylindres, un espace de coulée d'un métal en fusion, chacune des parois latérales comportant une plaque présentant sur une de ses faces deux surfaces d'appui latérales sensiblement planes en contact étanche chacune avec un bord externe d'une extrémité axiale de l'un des cylindres et un évidement d'une certaine profondeur dans la direction axiale des cylindres délimité par les surfaces d'appui latérales et un élément en un premier matériau réfractaire disposé au moins partiellement à l'intérieur de l'évidement et présentant une face frontale dirigée vers l'intérieur de l'espace de coulée, ce dispositif de réalisation simple permettant d'éviter toute fuite de métal liquide entre les cylindres et les parois latérales et toute solidification de métal liquide au contact des parois latérales, tout en assurant une extraction facilitée du produit métallique en cours de coulée. Dans ce but, ladite plaque est réalisée en un second matériau réfractaire présentant des propriétés de résistance à l'érosion par le métal en cours de coulée et une compacité et une dureté supérieures à la compacité et à la dureté du premier matériau réfractaire et le premier matériau réfractaire est un isolant thermique subissant l'érosion du métal en cours de coulée. De préférence, l'élément constitué par le premier matériau réfractaire comporte, à l'état non érodé au moins, en début de coulée, une partie en saillie par rapport aux surfaces d'appui latérales, pénétrant dans l'espace de coulée. De préférence, le second matériau réfractaire est constitué par de la silice vitreuse. De manière préférentielle également, le premier matériau réfractaire est un matériau fibreux constitué par exemple par des fibres d'alumine imprégnées de gel de zircone. L'élément constitué par le premier matériau réfractaire peut être collé sur la plaque constituée par le second matériau réfractaire, à l'intérieur de l'évide- ment. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réali- sation d'un dispositif de coulée continue suivant l'inven- tion comportant des petites faces en matériau réfractaire. La figure 1 est une vue schématique partielle en élévation latérale et en coupe d'un dispositif de coulée continue suivant l'invention. La figure 2 est une vue de dessus partielle suivant 2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe par un plan horizontal suivant 3-3 de la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe par un plan horizontal suivant 4-4 de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, on voit le dispositif de coulée continue entre cylindres désigné de manière géné- rale par le repère 1 et qui comporte deux cylindres 2 et 3 ayant des axes horizontaux et parallèles 4 et 5. Les cylindres 2 et 3 sont montés rotatifs autour de leurs axes 4 et 5 et tournent en sens inverse pendant la coulée. Les cylindres 2 et 3 sont disposés avec un certain écartement correspondant à l'épaisseur du produit à couler qui peut être par exemple une tôle métallique dont l'épaisseur est inférieure à 10 mm et de préférence comprise entre 3 et 6 mm. Les cylindres 2 et 3 définissent entre leurs surfaces latérales en vis-àvis, un espace de coulée dont la largeur diminue de haut en bas, pour atteindre un minimum correspondant à l'écartement des cylindres, au niveau du col 7 de l'espace de coulée, dans le plan horizontal 6 renfermant les axes 4 et 5 des cylindres 2 et 3. L'espace de coulée situé entre les cylindres 2 et 3 est délimité à ses extrémités, dans la direction axiale des cylindres 2 et 3, par des parois latérales 8 et 9 appelées aussi petites faces, maintenues en appui sur des parties périphériques externes 10 et Il des cylindres 2 et 3 constituées par des viroles en un matériau bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre. Les cylindres de coulée 2 et 3 comportent une âme en acier recouverte par une virole en cuivre qui est refroidie intérieurement par une circulation d'un fluide de refroidissement. Pendant la coulée, du métal liquide 12 est introduit dans l'espace de coulée délimité par les surfa- ces latérales des cylindres 2 et 3 dans leur partie située au-dessus du plan horizontal 6 et par les petites faces 8 et 9 Des peaux solidifiées se forment au contact de la surface externe des viroles refroidies 10 et Il et sont déplacées par les cylindres 2 et 3 en direction du col 7 de l'espace de coulée Les peaux solidifées s'épaississent progressivement pendant leur déplacement et se rejoignent au niveau du col 7 pour constituer la bande coulée 12 ' qui est extraite en-dessous des cylindres 2 et 3. On va maintenant décrire, en se référant à l'ensemble des figures, les parois latérales 8 et 9 qui, dans le cas de l'invention sont des parois non refroidies constituées en majeure partie par des matériaux réfractai- res non métalliques. La paroi latérale 9 ou petite face telle que représentée sur la figure 2 comporte un support 14 en acier à l'intérieur duquel est fixée la paroi proprement dite, par lrintermédiaire de moyens de fixation 15. Le support 14 qui n'a pas été représenté sur les figures 3 et 4 permet d'assurer le maintien et la mise en appui de la petite face contre les parties d'extrémité des viroles 10 et Il des cylindres 2 et 3. Comme il est visible sur les figures 3 et 4, les parois latérales telles que 8 sont constituées par une plaque 16 en un matériau réfractaire non métallique dont la forme générale comportant deux bords en forme d'arc-de- cercle est visible sur la figure 1. La plaque 16 comporte une face externe plate contre laquelle est rapportée une plaque de sécurité en acier réfractaire 17 dont la forme générale est identique à la forme de la plaque 16 en matériau réfractaire Dans le cas o la plaque 16 viendrait à être percée accidentel- lement pendant la coulée, la plaque 17 permet d'éviter une sortie de métal liquide contenu dans l'espace de coulée 19 délimité par les viroles 10 et 11 et par les petites faces 8 et 9. Les bords en forme d'arc-de-cercle de la plaque 16 sont chanfreinés et inclinés vers l'intérieur et la surface intérieure de la plaque 16 est usinée pour consti- tuer deux surfaces d'appui planes 20 et 20 ' de forme annulaire séparées par un évidement central 21. Les surfaces d'appui 20 et 20 ' sont délimitées vers l'intérieur par deux arcs-de-cercle constituant les bords de la cavité 21 et présentent la forme de portions d'anneau venant en recouvrement sur les parties d'extré- mité annulaires des viroles 10 et 11. Un élément 22 en un matériau réfractaire diffé- rent du matériau constituant la plaque 16 est fixé à l'intérieur de la cavité 21 et constitue, par sa face interne, une paroi frontale de l'espace de coulée 19. L'épaisseur de l'élément 22 est telle que cet élément comporte une partie en saillie vers l'intérieur de l'espace de coulée 19, par rapport aux surfaces d'appui 20 et 20 '. Lorsque la paroi latérale est rapportée contre les parties d'extrémité des viroles 10 et 11, comme représenté sur les figures 3 et 4, l'élément 22 pénètre sur une certaine longueur dans la direction axiale des cylindres, à l'intérieur de l'espace de coulée 19. Le matériau réfractaire constituant la plaque 16 présente une compacité et une dureté élevées, de sorte que les faces planes 20 et 20 ' venant en contact frottant avec les extrémités des viroles 10 et 11 en cuivre peuvent être réalisées avec un très bon état de surface, ce qui permet d'obtenir une bonne étanchéité au métal liquide, dans la zone de contact En outre, l'usure de la plaque 16 par frottement contre les viroles 10 et 11 est réduite du fait de la dureté importante de la plaque 16. De préférence, la plaque 16 sera réalisée en silice vitreuse, ce matériau présentant en plus de sa dureté, des propriétés de résistance mécanique et thermi- que satisfaisantes. Le matériau réfractaire constituant l'élément 22 dont la surface interne vient en contact avec le métal liquide est constitué de préférence par un matériau fibreux. Ce matériau réfractaire fibreux présente une compacité et une dureté très nettement inférieures à la compacité et à la dureté du matériau constituant la plaque 16. La plaque 16 a une dureté suffisante pour résister à l'érosion par le métal en cours de coulée, dans le cas d'un contact direct entre ce matériau et la surface de la plaque 16. En revanche, le matériau constituant l'élément 22 présente une dureté relativement faible et subit une érosion sensible par le métal contenu dans l'espace de coulée 19 qui est partiellement solidifié et qui est déplacé de haut en bas par les cylindres 2 et 3, dans l'espace de coulée 19. Le matériau réfractaire constituant l'élément 22 est de plus un très bon isolant, de sorte qu'on limite le refroidissement et la solidification du métal liquide au contact de la paroi latérale. De préférence, ce matériau réfractaire est réalisé sous forme fibreuse et peut être constitué de fibres d'alumine imprégnées de gel de zircone Un tel produit est commercialisé sous le nom de PROCELIT ou PROCAL. Du fait que l'élément 22 se trouve, au moins pendant une période de démarrage de la coulée, en saillie par rapport aux surfaces de contact 20 et 20 ', à l'inté- rieur de l'espace de coulée 19, le métal liquide présent dans l'espace de coulée 19 ne peut s'infiltrer entre les parois latérales et les parties d'extrémité des viroles des cylindres. Cependant, comme il a été indiqué plus haut, le matériau de l'élément 22 est susceptible d'être érodé par le métal coulé se déplaçant dans l'espace 19 Cette érosion se traduit généralement par la formation à l'inté- rieur de l'élément 22, dans sa partie centrale, en début de coulée, d'une cavité rectiligne ou canal vertical d'une certaine profondeur. Malgré les propriétés isolantes de l'élément 22, du métal liquide est susceptible de se solidifier à l'intérieur de cette cavité, suivant toute la longueur de la partie supérieure de la paroi jusqu'au col 7 Ce métal solidifié mais non durci permet de protéger l'élément 22 contre une usure ultérieure et constitue une sorte de glissière de guidage du produit métallique en cours de coulée Le métal solidifié à l'intérieur de l'élément 22 est généralement désigné comme autocreuset; la formation d'un tel autocreuset est connue dans le cas d'utilisation de parois latérales d'un type différent de celui qui vient d'être décrit mais qui comprend aussi une partie en maté- riau réfractaire tendre. Dans le cas o l'usure du matériau réfractaire constituant l'élément 22 se poursuivrait jusqu'à la zone de contact entre la paroi latérale et les viroles des cylindres constituées par les surfaces d'appui 20 et 20 ', l'étanchéité du contact entre les surfaces 20 et 20 ' de la plaque 16 et les viroles est suffisante pour éviter toute fuite de métal liquide La plaque 16-est également réali- sée en un matériau résistant à l'érosion par le métal coulé. En outre, dans le cas d'une percée accidentelle de la plaque 16, le métal liquide reste contenu dans l'espace de coulée par la paroi de sécurité 17 en acier réfractaire. Le dispositif de coulée suivant l'invention présente l'avantage que les petites faces assurent un bon contact avec les parties d'extrémité des cylindres et une très bonne étanchéité de l'espace de coulée. En outre, l'extraction du produit métallique coulé est facilitée Le dispositif permet également de limiter le refroidissement par les petites faces du fait de l'utilisation d'un élément en matériau réfractaire isolant en contact avec le métal liquide. Du fait que les petites faces sont en matériau non métallique et peu conducteur, la mise en régime thermique de l'espace de coulée est plus rapide. Dans le cas d'un déplacement limité des cylin- dres l'un par rapport à l'autre, l'étanchéité de l'espace de coulée reste assurée. Les petites faces du dispositif suivant l'inven- tion auront d'autre part une durée de vie accrue du fait de l'utilisation de deux matériaux réfractaires ayant des il propriétés différentes et adaptées aux exigences contra- dictoires relatives aux petites faces d'un dispositif de coulée continue entre cylindres. En outre, les petites faces du dispositif de coulée continue suivant l'invention ont un coût réduit et peuvent être montées de manière plus facile et plus rapide. L'invention ne se limite pas au mode de réalisa- tion qui a été décrit. C'est ainsi que le matériau réfractaire consti- tuant la plaque venant en contact frottant avec les viro- les des cylindres peut être constitué par toute matière vitreuse ou céramique présentant une dureté, une résis- tance à l'usure, une résistance mécanique et une résis- tance thermiques suffisantes. Le matériau réfractaire constituant l'élément interne à l'espace de coulée peut être constitué par un matériau différent d'un matériau réfractaire fibreux on peut utiliser par exemple un béton en matériau réfractaire à structure cellulaire. Cet élément interne rapporté dans l'évidement de la plaque en matériau réfractaire peut être fixé par un autre moyen que le collage. La plaque en matériau réfractaire peut comporter des surfaces d'appui et une cavité ayant des formes différentes de celles qui ont été décrites et représen- tées. Enfin, le dispositif suivant l'invention peut être utilisé non seulement pour la coulée continue de bandes métalliques minces mais encore pour la coulée d'autres produits métalliques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de coulée continue d'un produit métallique comportant deux cylindres ( 2, 3) à axes paral- lèles contrarotatif S définissant entre eux et avec deux parois latérales fixes ( 8, 9) en appui sur les extrémités axiales des cylindres ( 2, 3), un espace de coulée ( 19) d'un métal en fusion, chacune des parois latérales ( 8, 9) comportant une plaque ( 16) présentant sur une de ses faces deux surfaces d'appui latérales ( 20, 20 ') sensiblement planes en contact étanche chacune avec un bord externe ( 10, 11) d'une extrémité axiale de l'un des cylindres ( 2, 3) et un évidement ( 21) d'une certaine profondeur dans la direction axiale des cylindres ( 2, 3) délimité par un bord des sur-faces d'appui latérales ( 20, 20 '), et un élément ( 22) en un premier matériau réfractaire disposé au moins partiellement à l'intérieur de l'évide- ment ( 21) et présentant une face frontale dirigée vers l'intérieur de l'espace de coulée ( 19), caractérisé par le fait que la plaque ( 16) est en un second matériau réfrac- taire qui est résistant à l'érosion par le métal en cours de coulée et présente une compacité et une dureté supé- rieures à la compacité et à la dureté du premier matériau, et que le premier matériau est un isolant thermique subis- sant l'érosion du métal en cours de coulée. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'élément constitué par le premier maté- riau réfractaire comporte, à l'état non érodé au moins, en début de coulée, une partie en saillie par rapport aux surfaces d'appui ( 20, 20 ') pénétrant dans l'espace de coulée ( 19) entre les surfaces latérales des cylindres ( 2, 3). 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le second matériau réfractaire est constitué par de la silice vitreuse. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le premier matériau est un matériau réfractaire fibreux. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le premier matériau réfrac- taire comporte des fibres d'alumine imprégnées de zircone. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'élé- ment ( 22) en un premier matériau réfractaire est collé à l'intérieur de la cavité ( 21) de la plaque ( 16). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que chacune des parois latérales ( 8, 9) comporte une partie externe constituée par une plaque de sécurité en acier réfractaire rapportée contre la face externe plane de la plaque ( 16) en un second matériau réfractaire.