Brevet FR2703278A1 — publié le 19941007

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de réalisation d'une enveloppe métallique sur une âme de forme allongée et de composition métallurgique différente de celle de ladite enveloppe, pour former un produit composite bimétallique. La présente invention a également pour objet un cylindre de laminoir obtenu par ce procédé. Jusqu'à présent, les procédés de réalisation d'une enveloppe métallique sur une âme de forme allongée consistent, à déplacer l'âme verticalement et coaxialement dans une lingotière dont la paroi interne ménage un espace avec la paroi externe de l'âme et dont la section interne correspond sensiblement à la section de ladite enveloppe, à couler, dans ledit espace, un métal d'apport en fusion, destiné à former ladite enveloppe, à chauffer la partie supérieure de la lingotière et à refroidir la partie inférieure de ladite lingotière pour solidifier ledit métal d'apport. Ces procédés permettent d'assurer la liaison de l'enveloppe métallique sur l'âme qui, dans le cas notamment des cylindres ou des rouleaux de laminoir, doit être parfaite en raison des contraintes thermiques et mécaniques élevées auxquelles ladite enveloppe est soumise. On connaît plus particulièrement dans le JP A-6160256, un procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique sur une âme, dans lequel le métal d'apport en fusion destiné à former ladite enveloppe est maintenu en température, avant sa solidification, dans une lingotière en matériau réfractaire et qui est associée à un cristallisoir en cuivre refroidi par circulation d'eau. Le maintien en température de la réserve de métal d'apport en fusion est assuré par une bobine à induction à haute fréquence. Dans ce procédé, un préchauffage du métal d'apport alimentant la partie supérieure conique de la lingotière est réalisé, ainsi qu'un émaillage de l'âme afin de faciliter la liaison entre le métal d'apport destiné à former l'enveloppe et le métal constituant l'âme. Le procédé décrit dans le brevet JP-A-6160256 a pour principal inconvénient de conduire à une préparation lourde et onéreuse de 1 'âme et à des investissements élevés notamment dans des systèmes de chauffage par induction à haute fréquence du métal d'apport. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant un procédé et un dispositif de réalisation d'une enveloppe métallique sur une âme de forme allongée, particulièrement simple à mettre en oeuvre et permettant d'assurer un décapage à chaud de la paroi externe de l'âme juste avant le dépôt du métal d'apport. L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'une enveloppe métallique sur une âme de forme allongée et de composition métallurgique différente de celle de ladite enveloppe, pour former un produit composite bimétallique, comme par exemple un cylindre de laminoir, procédé dans lequel - on déplace l'âme verticalement et coaxialement dans une lingotière dont la paroi interne ménage un espace avec la paroi externe de l'âme et dont la section interne correspond sensiblement à la section de ladite enveloppe, - on coule, dans ledit espace, un métal d'apport en fusion destiné à former ladite enveloppe, - on chauffe la partie supérieure de lingotière, - et on refroidit la partie inférieure de ladite lingotière pour solidifier ledit métal d'apport, caractérisé en ce que - on déplace l'âme dans la lingotière en lui communiquant une oscillation verticale continue associée au mouvement vertical de descente de ladite âme, - on recouvre le métal d'apport en fusion, à l'intérieur de la lingotière et au niveau de la partie supérieure de ladite lingotière, par un laitier électroconducteur, - on chauffe le laitier électroconducteur à une température supérieure à 1450"C, - et on communique audit laitier électroconducteur un mouvement de rotation autour de la l'âme pour effectuer le décapage de la paroi externe de ladite âme avant son contact avec le métal d'apport en fusion. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on coule le métal d'apport en fusion dans l'espace ménagé entre la paroi interne de la lingotière et la paroi externe de 1 ' âme, par déversement dudit métal préalablement fondu dans un four associé à ladite lingotière, - on fond le métal d'apport dans un four à induction. L'invention a également pour objet un dispositif de réalisation d'une enveloppe métallique sur une âme de forme allongée, pour la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus, ledit dispositif comprenant une lingotière de section interne correspondant sensiblement à la section de ladite enveloppe et dont la paroi interne ménage un espace avec la paroi externe de ladite âme pour un métal d'apport en fusion destiné à former ladite enveloppe, ladite lingotière comportant à sa partie inférieure des moyens de refroidissement pour la solidification du métal d'apport, caractérisé en ce que la lingotière est formée d'un anneau supérieur de chauffage et de mise en rotation d'un laitier électroconducteur disposé au-dessus du métal d'apport dans ladite lingotière, d'un anneau inférieur muni desdits moyens de refroidissement et d'une couronne isolante électriquement et séparant lesdits anneaux. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'anneau supérieur est fendu verticalement pour former une self d'induction à une spire et une première électrode de chauffage par effet Joule du laitier électroconducteur, une seconde électrode de chauffage par effet Joule dudit laitier étant formé par l'âme, - le dispositif comporte un four de maintien en température du métal d'apport en fusion associé à la lingotière, - le four de maintien en température est formé par un four à induction. L'invention a encore pour objet un cylindre de laminoir du type comportant une âme de forme allongée et une enveloppe métallique de composition métallurgique différente de celle de ladite âme, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique annexée qui représente une vue en perspective partiellement arrachée du dispositif selon l'invention. Le dispositif représenté à la figure est destiné à la réalisation d'une enveloppe métallique 2 en alliage dur sur une âme de forme allongée, comme par exemple un arbre 1 en acier de construction du type XC38 ou 35CD4 pour former un produit composite bimétallique et notamment un cylindre de laminoir. A cet effet, le dispositif comporte une lingotière 10 destinée à recevoir un métal d'apport 5 en fusion constituant l'enveloppe métallique 2 et qui est traversée par l'arbre 1. L'arbre I est déplacé verticalement et coaxialement dans la lingotière 10 et pour cela, cet arbre 1 est, d'une part, suspendu à son extrémité supérieur la par exemple par une bride 3 à un organe de support approprié, non représenté, et, d'autre part guidé à son extrémité inférieure lb. Par ailleurs, l'arbre 1 est également animé d'un mouvement oscillant vertical en même temps que le mouvement vertical de descente dans la lingotière 10. Cette lingotière 10 possède une section interne correspondant sensiblement à la section de l'enveloppe 2. La paroi interne îOa de la lingotière 10 ménage un espace 4 avec la paroi externe îc de l'arbre 1 pour le déversement du métal d'apport 5 en fusion destiné à former l'enveloppe métallique 2, comme on le verra ultérieurement. D'autre part, la lingotière 10 est formée d'un anneau supérieur 11, d'un anneau inférieur 12 et d'une couronne 13 isolante électriquement et séparant lesdits anneaux 11 et 12. Les anneaux Il et 12 sont creux et sont par exemple réalisés en cuivre. L'anneau supérieur 11 est relié à une source d'alimentation, non représentée, en courant continu sur lequel est superposé un courant basse fréquence. De plus, l'anneau supérieur 11 comporte une fente verticale Ila de façon à former une self d'induction à une spire et une première électrode de chauffage par effet Joule. Une seconde électrode de chauffage est formée par l'arbre 1. Les anneaux 11 et 12 comportent des moyens de refroidissement, non représentés, qui sont formés par exemple par au moins un circuit de circulation d'eau ménagé dans lesdits anneaux. L'anneau supérieur 11 comporte également un entonnoir 14 destiné à assurer l'écoulement du métal d'apport 5 dans l'espace 4 et qui est contenu dans un four 6 de maintien en température dudit métal d'apport. Ce four 6 est par exemple constitué par un four à induction. Après avoir suspendu l'arbre 1 verticalement et coaxialement dans la lingotière 10 tout en lui communiquant une oscillation verticale continue, le métal d'apport 5 en fusion contenu dans le four 6 est déversé par gorgées successives dans l'espace 4 par l'intermédiaire de l'entonnoir 14. Le métal d'apport 5 dans l'espace 4 est recouvert d'un laitier électroconducteur 7 au niveau de l'anneau supérieur 11 de la lingotière 10. Ce laitier électroconducteur 7 est chauffé par effet Joule à une température supérieure à 1450"C et par exemple à 1500"C par les électrodes de chauffage formées respectivement par l'anneau supérieur 11 et l'arbre 1. De plus, l'anneau supérieur 11 fendu, qui forme une spire d'induction, entraîne en rotation le laitier électroconducteur 7 dans la lingotière 10 et autour de l'arbre 1 à l'aide du courant basse fréquence. La vitesse de rotation du laitier électroconducteur 7 est égale à environ 1 tour par seconde ce qui permet d'effectuer un décapage de la paroi externe lc de l'arbre 1 juste avant que cette paroi entre en contact avec le métal d'apport 5 en fusion destiné à former l'enveloppe 2. Le mouvement de rotation du laitier électro conducteur 7 permet de mettre l'arbre 1 en condition idéale pour réaliser un soudage parfait entre le métal de l'arbre 1 et le métal de l'enveloppe 2. Le métal d'apport 5 en fusion déversé par gorgées successives dans l'espace 4 traverse le laitier électroconducteur 7 et se solidifie progressivement en entrant en contact avec l'anneau inférieur 12 qui est refroidi. Le métal d'apport 5 en fusion est réparti de manière homogène autour de l'arbre 1 grâce notamment à la rotation du laitier électroconducteur 7. Ainsi, du fait de la descente de l'arbre 1 à travers la lingotière 10, l'enveloppe 2 se forme progressivement sur ledit arbre 1. La partie solidifiée de l'enveloppe 2 forme un fond déplaçable de la lingotière 10. Selon une variante, une bague, non représentée peut être montée sur l'arbre 1 pour former le fond déplaçable de la lingotière 10 au début de la coulée du métal d'apport 5 en fusion dans ladite lingotière. D'autre part, le mouvement vertical de descente de l'arbre 1 suivant une oscillation continue permet le démoulage progressif du produit composite ainsi réalisé, de la lingotière 10. Le dispositif selon l'invention permet de couler et de solidifier environ 10kg/mn de métal d'apport. Le dispositif selon l'invention peut permettre de couler plus rapidement le métal d'apport, mais, dans ce cas, la hauteur de métal d'apport dans la lingotière 10 doit être faible afin d'éviter que les deux fronts de solidification formés par l'anneau inférieur 12 et par l'arbre 1 produisent des porosités à l'interface de ces deux fronts. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont parfaitement adaptés à la production de cylindres de laminoir à chaud et à froid. De plus, grâce à la présence du laitier électroconducteur, le métal d'apport en fusion, qui peut être protégé pendant la coulée par un jet d'argon, est ensuite épuré notamment en inclusions oxydées par l'action dudit laitier électroconducteur. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une enveloppe métallique (2) sur une âme (1) de forme allongée et de composition métallurgique différente de celle de ladite enveloppe (2), pour former un produit composite bimétallique, comme par exemple un cylindre de laminoir, procédé dans lequel - on déplace l'âme (1) verticalement et coaxialement dans une lingotière (10) dont la paroi interne (lOa) ménage un espace (4) avec la paroi externe (lc) de l'âme (1) et dont la section interne correspond sensiblement à la section de ladite enveloppe (2), - on coule, dans ledit espace (4), un métal d'apport (5) en fusion destiné à former ladite enveloppe (2), - on chauffe la partie supérieure de la lingotière (10), - et on refroidit la partie inférieure de ladite lingotière (10) pour solidifier ledit métal d'apport (5), caractérisé en ce que - on déplace l'âme (1) dans la lingotière (10) en lui communiquant une oscillation verticale continue associée au mouvement vertical de descente de ladite âme (1), - on recouvre le métal d'apport (5) en fusion, à l'intérieur de la lingotière (10) et au niveau de la partie supérieure (11) de ladite lingotière (10), par un laitier électroconducteur (7), - on chauffe le laitier électroconducteur (7) à une température supérieure à 1450"C, - et on communique audit laitier électroconducteur (7) un mouvement de rotation autour de l'âme (1) pour effectuer le décapage de la paroi externe (lc) de ladite âme avant son contact avec le métal d'apport (5) en fusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on coule le métal d'apport (5) en fusion dans l'espace (4) ménagé entre la paroi interne (10a) de la lingotière (10) et la paroi externe (lc) de la l'âme (1), par déversement dudit métal d'apport préalablement fondu dans un four (6) associé à ladite lingotière (10). 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on fond le métal d'apport (5) dans un four à induction. 4. Dispositif de réalisation d'une enveloppe métallique (2) sur une âme (1) de forme allongée, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, ledit dispositif comprenant une lingotière (10) de section interne correspondant sensiblement à la section de ladite enveloppe (2) et dont la paroi interne (lova) ménage un espace (4) avec la paroi externe (lc) de ladite âme (10) pour un métal d'apport (5) en fusion destiné à former ladite enveloppe (2), ladite lingotière (10) comportant à sa partie inférieure des moyens de refroidissement pour la solidification dudit métal d'apport (5), caractérisé en ce que la lingotière (10) est formée d'un anneau supérieur (11) de chauffage et de mise en rotation d'un laitier électroconducteur (7) disposé au-dessus du métal d'apport (5) dans ladite lingotière (10), d'un anneau inférieur (12) muni desdits moyens de refroidissement et d'une couronne (13) isolante électriquement et séparant lesdits anneaux (11, 12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anneau supérieur (11) est fendu verticalement pour former une self d'induction à une spire et une première électrode de chauffage par effet Joule du laitier électroconducteur (7), une seconde électrode de chauffage par effet Joule dudit laitier électroconducteur (7) étant formée par l'âme (1). 6. Dispositif suivant la revendication (4), caractérisé en ce qu'il comporte un four (6) de maintien en température du métal d'apport (5) en fusion associé à la lingotière (10). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le four (6) de maintien en température est formé par un four à induction. 8. Cylindre de laminoir du type comportant une âme (1) de forme allongée et une enveloppe métallique (2) de composition métallurgique différente de celle de ladite âme (1), caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3.