Brevet FR2729317A1 — publié le 19960719

i La présente invention concerne des rouleaux de coulée pour la coulée d'une bande de métal. De tels rou- leaux de coulée peuvent être utilisés dans une machine de coulée à rouleaux jumelés, bien qu'on connaisse également des machines de coulée à rouleau unique. Dans une machine de coulée à rouleaux jumelés, on introduit le métal fondu entre deux rouleaux de coulée horizontaux tournant en sens inverse qui sont refroidis de sorte que des coquilles de métal se solidifient sur les surfaces des rouleaux en mouvement et sont rapprochées l'une de l'autre à l'endroit du pincement entre ces sur- faces pour produire une bande solidifiée sortant vers le bas à partir du pincement entre les rouleaux. Le terme "pincement" utilisé désigne la région générale dans la- quelle les rouleaux sont plus près l'un de l'autre. Le métal fondu peut être versé à partir d'une poche, dans un bassin plus petit à partir duquel il s'écoule par l'in- termédiaire d'une buse de distribution de métal placée au- dessus du pincement de façon à diriger le métal dans le pincement entre les rouleaux. Il se forme ainsi une accumu- lation ou retenue de coulée de métal fondu, supportée sur les surfaces de coulée des rouleaux juste au-dessus du pin- cement. Cette retenue de coulée peut être confinée entre des plaques latérales ou de barrage maintenues en contact glissant avec les extrémités des rouleaux. Les surfaces de coulée des rouleaux de coulée sont généralement présentées par des parois circonféren- tielles extérieures comportant des passages longitudinaux d'eau de refroidissement auxquels l'eau est amenée et desquels elle est évacuée par des passages sensiblement radiaux prévus dans les parois d'extrémité des rouleaux. Pour la coulée de métaux ferreux, les rouleaux doivent supporter un métal fondu à des températures très élevées, de l'ordre de 16400C, et leurs surfaces périphériques doi- vent être maintenues entièrement à une température très uniforme afin d'obtenir une solidification uniforme du métal et d'éviter une surchauffe locale de la surface des rouleaux. On a constaté que le refroidissement efficace des angles extérieurs des extrémités des rouleaux présente une difficulté particulière. Il est connu de prévoir des encoches circonférentielles à l'endroit des angles ex- térieurs des rouleaux pour recevoir les plaques d'arrêt latérales en ajustement glissant. Cet agencement permet un refroidissement efficace des extrémités des rouleaux,. puisque la retenue de coulée se termine à un endroit si- tué vers l'intérieur par rapport aux extrémités de la pa- roi circonférentielle du rouleau, et les passages d'eau de refroidissement passent directement dans cette région de la paroi, mais on peut utiliser cet agencement seule- ment dans le cas de parois circonférentielles relative- ment épaisses. Pour un refroidissement plus efficace, il est désirable d'avoir une paroi circonférentielle plus mince et de placer les passages de refroidissement plus près de la surface périphérique de cette paroi. Cela in- terdit la formation d'encoches dans les extrémités des rouleaux, et les plaques d'arrêt latérales doivent alors être en contact avec les extrémités extérieures de la paroi circonférentielle, de sorte que la retenue de cou- lée se prolonge jusqu'aux extrémités des rouleaux. Les passages de circulation d'eau dans la paroi circonféren- tielle du rouleau n'existent pas dans cette région et la surchauffe locale des angles extérieurs du rouleau devient un problème grave. La présente invention a pour objet de résoudre ce problème et de permettre un refroidissement efficace de ces régions du rouleau. Conformément à l'invention, on obtient un rou- leau de coulée, pour la coulée de métal fondu, comprenant: un arbre central pour le montage du rouleau en rotation autour d'un axe central; une paroi circonférentielle disposée autour de l'axe central; des parois d'extrémité s'étendant entre les ex- trémités de la paroi circonférentielle et l'arbre; et des passages d'eau de refroidissement, pour la circulation d'eau de refroidissement le long de la paroi circonférentielle du rouleau afin de refroidir sa surfa- ce périphérique extérieure, lesdits passages d'eau de refroidissement comportant des passages radiaux dans les parois d'extrémité et des passages longitudinaux dans la paroi circonférentielle, qui sont interconnectés; dans lequel les passages radiaux et les pas- sages longitudinaux sont interconnectés par des passages de transition qui s'étendent vers l'extérieur au-delà des extrémités radialement extérieures des passages longi- tudinaux de façon à diriger l'eau de refroidissement plus près des angles d'extrémité du rouleau que du reste de la surface périphérique extérieure de la paroi circonféren- tielle du rouleau, et dans lequel les parties extérieu- res des passages de transition, adjacentes aux angles d'extrémité du rouleau, sont sous la forme de conduits à paroi régulière de façon à maintenir un écoulement continu d'eau dans les conduits, sans stagnation. De préférence, lesdites parties extérieures des passages de transition sont sous la forme de change- ments de direction à courbure douce, pour guider l'écoule- ment continu d'eau dans ces passages de façon à éviter la formation de poches de stagnation. De préférence, les passages de transition s'é- tendent à partir des passages longitudinaux, longitudina- lement vers l'extérieur au-delà des passages radiaux dans les parois d'extrémité du rouleau. Plus particulièrement, les passages de transi- tion peuvent s'étendre en courbes douces dans une région du rouleau située à la fois radialement et longitudinale- ment vers l'extérieur par rapport aux directions d'inter- section des passages longitudinaux et radiaux. Les passages radiaux peuvent comprendre une sé- rie de passages individuels circonférentiellement espacés dans chaque paroi d'extrémité du rouleau. Les passages de transition peuvent comprendre un passage annulaire unique à chaque extrémité du rouleau, interconnectant la série de passages radiaux de la paroi d'extrémité, à cette extrémité du rouleau, avec les passa- ges longitudinaux de la paroi circonférentielle. Dans ce cas, les parois extérieures desdits conduits peuvent être définies par des gorges annulaires ménagées dans la pé- riphérie intérieure de la paroi circonférentielle. Les passages de transition peuvent être de sec- tion réduite, dans leurs régions les plus proches des an- gles extérieurs du rouleau, de façon à produire, en utili- sation, une plus grande vitesse d'écoulement de l'eau dans ces régions comparativement à la vitesse d'écoulement dans les passages radiaux. Plus précisément, ces passages sont ainsi étranglés pour favoriser un refroidissement sensible- ment uniforme de toute la surface du rouleau. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- plément de description ci-après, qui se réfère aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un rouleau de coulée conforme à l'invention; et la figure 2 illustre la construction du rou- leau, dans la région de ses angles d'extrémité extérieurs. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont données uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Le rouleau illustré comprend un arbre central 12 par lequel le rouleau peut être monté de façon tournante autour d'un axe central 13. Le rouleau 11 comprend en ou- tre une paroi circonférentielle sous la forme d'un man- chon cylindrique en cuivre 14 qui s'ajuste sur un mandrin sensiblement cylindrique 15 et des parois d'extrémité 16. Chaque paroi d'extrémité 16 est constituée d'un élément annulaire principal 17 et d'un anneau 18 qui est fixé à l'élément 17 par des vis de fixation 19 circonfé- rentiellement espacées. Ces parois d'extrémité composites sont fixées aux extrémités du mandrin 15 par des goujons de blocage d'extrémité 21 disposés longitudinalement et axialement espacés. La périphérie extérieure du mandrin 15 comporte des canaux longitudinaux circonférentiellement espacés qui sont fermés par le manchon de rouleau 14 de manière à dé- finir des passages d'écoulement d'eau 22 circonférentiel- lement espacés autour de la périphérie intérieure du man- chon. Les bords de certains des canaux d'écoulement d'eau du mandrin sont prolongés vers l'extérieur pour se loger dans des rainures de la périphérie intérieure du manchon 14, de façon à claveter le manchon sur le mandrin. L'eau entre et sort des passages d'écoulement d'eau de refroidissement de rouleau 22 par l'intermédiai- re de passages d'écoulement 23 prévus dans l'arbre cen- tral 12, de passages radiaux 24 prévus dans les composants 17 des parois d'extrémité, et des passages de transition qui interconnectent les passages radiaux 24 des pa- rois d'extrémité et les passages longitudinaux 22. Plus particulièrement, l'eau entre dans le rouleau par une extrémité de l'arbre, puis sort par les passages de la pa- roi d'extrémité, à cette extrémité de l'arbre, vers les passages 22. Elle s'écoule ensuite dans une même direction le long des passages 22, jusqu'à l'autre extrémité du rou- leau, o elle s'écoule vers l'intérieur, dans les passa- ges radiaux de la paroi d'extrémité respective, pour sortir par le passage prévu dans l'autre extrémité de l'ar- bre. Les passages de transition 25 sont définis par la configuration des composants de paroi d'extrémité 17,18 et de la surface périphérique intérieure du manchon 14. La surface périphérique extérieure de l'anneau 18 de la pa- roi d' extrémité comporte une série de canaux longitudi- naux circonférentiellement espacés 30 qui s'alignent avec les canaux des passages d'écoulement 22 et qui constituent donc des continuations de ces passages. Certains des bords des canaux 30 peuvent être surélevés pour venir en prise avec les rainures de la surface intérieure du manchon 14, de façon à claveter les parois d'extrémité sur le manchon. Deux gorges annulaires 27 sont formées dans la périphérie intérieure du manchon 14, à raison d'une gorge près de cha- que extrémité du manchon, en alignement avec les bords extérieurs 28 des anneaux de paroi d'extrémité 18. Chaque passage de transition 25 est ainsi défini par un interval- le annulaire entre l'anneau de paroi d'extrémité 18 et l'é- lément annulaire de paroi d'extrémité 17 et une des gor- ges 27, qui définit un passage d'écoulement autour du bord de 1' anneau de paroi d'extrémité 18, ce passage se prolongeant dans les passages d'écoulement divisés 30 et ensuite vers les passages principaux d'écoulement d'eau 22 De cette façon, les passages d'écoulement de transi- tion s'étendent suivant un chemin courbe, vers l'extérieur, vers les angles les plus extérieurs 31 du rouleau. Cette disposition, en combinaison avec la réduction de section du passage de transition dans cette région pour augmenter la vitesse de l'eau, permet une grande amélioration du re- froidissement des extrémités du manchon de rouleau. Il est important que les passages de transition s'étendent vers l'extérieur, dans le manchon, au-delà des extrémités radialement extérieures des passages longitu- dinaux 22, afin de diriger l'eau de refroidissement plus près des angles d'extrémité 31 du rouleau que du reste de la surface périphérique extérieure du rouleau. On voit également que les parties des passages de transition dé- finies par les gorges 27 sont espacées longitudinalement vers l'extérieur au-delà des passages radiaux 24 des pa- rois d'extrémité, afin d'arriver très près des angles 31 du rouleau. Avec cet agencement, les passages de tran- sition s'étendent suivant des changements de direction à courbure régulièredans des régions du rouleau situées à la fois radialement et longitudinalement vers l'extérieur par rapport aux directions en intersection des passages longitudinaux et radiaux 22 et 24. Les parties extérieures des passages de tran- sition, adjacentes aux angles d'extrémité 31 du rouleau, sont sous la forme de conduits à paroi régulière de fa- çon à maintenir un écoulement continu d'eau dans ces con- duits,sans stagnation. Plus particulièrement, les parois courbes extérieures définies par les gorges annulaires 27 du manchon 14 et les bords 28 des anneaux de paroi d'ex- trémité définissent des conduits sous la forme de coudes à courbure régulière qui guident l'écoulement de façon à éviter la formation de poches de stagnation. On a trouvé que les parois intérieures présentées par les bords 28 des anneaux de paroi d'extrémité 18 jouent un râle important dans le guidage de l'écoulement pour éviter une stagna- tion et une cavitation qui pourraient réduire fortement le transfert de chaleur et aboutir à un mauvais refroidis- sement des angles d'extrémité du rouleau. Les interfaces entre les parois d'extrémité et le manchon peuvent être rendues étanches par des joints toriques 34, et l'interface entre les parois d'extrémité et l'arbre peut être rendue étanche par des joints toriques appropriés 35. De façon typique, le rouleau de coulée illustré peut avoir un diamètre de l'ordre de 500 mm et une épaisseur du manchon extérieur de l'ordre de 20 à 35 mm. Les passages d'écoulement longitudinaux peuvent typiquement avoir une profondeur de 4 mm et une largeur de 20 mm environ, et les passages de transition peuvent être formés de manière à procurer sensiblement la même section d'écoulement que les passages longitudinaux. Cette section transversale est sensiblement réduite par rapport à la section d'écoule- ment procurée par les passages radiaux 24, qui peuvent typiquement avoir un diamètre de l'ordre de 35 mm pour four- nir un débit d'eau de 72 1/s. On peut réduire la dimension des passages 24 si on utilise une pompe à haute pression pour maintenir le débit d'eau. La construction du rouleau illustré a été pro- posée à titre d'exemple et elle peut être considérable- ment modifiée. En outre, les passages longitudinaux peuvent être formés dans le manchon au lieu du mandrin, et l'arbre central peut être formé solidairement du mandrin. En outre, la façon dont les passages de transition sont défi- nis lors de l'assemblage du rouleau peut être différente. De plus, bien que l'invention ait été mise au point pour résoudre un problème spécifique rencontré dans les machines de coulée à rouleaux jumelés, elle peut s'appliquer à des rouleaux de coulées utilisables dans des machines de cou- lée à rouleau unique. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de fa- son plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Rouleau de coulée (11) sur lequel on coule un métal fondu, comprenant: un arbre central (12) pour le montage du rouleau en rotation autour d'un axe central (13); une paroi circonférentielle (14) disposée autour de l'axe central (13); des parois d'extrémité (16) s'étendant entre les extrémités de la paroi circonférentielle et l'arbre (12); et des passages d'eau de refroidissement (22-25) pour la circulation d'eau de refroidissement le long de la paroi circonférentielle (14) du rouleau afin de refroidir sa surface périphérique extérieure, lesdits passages d'eau de refroidissement comportant des passages radiaux (24) dans les parois d'extrémité (16) et des passages longitu- dinaux (22) dans la paroi circonférentielle (14), qui sont interconnectés; caractérisé en ce que les passages radiaux (24) et les passages longitudinaux (22) sont interconnectés par des pas- sages de transition (25) qui s'étendent vers l'extérieur au-delà des extrémités radialement extérieures des passa- ges longitudinaux (22) de façon à diriger l'eau de refroi- dissement plus près des angles d'extrémité (31) du rouleau que du reste de la surface périphérique extérieure de la paroi circonférentielle (14) du rouleau, et en ce que les parties extérieures des passages de transition (24), adja- centes aux angles d'extrémité (31) du rouleau, sont sous la forme de conduits à paroi régulière de façon à maintenir un écoulement continu d'eau dans les conduits, sans stagna- tion. 2.- Rouleau de coulée suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce que lesdites parties extérieu- res des passages de transition (25) sont sous la forme de coudes à courbure douce, pour guider l'écoulement continu d'eau dans ces passages de façon à éviter la formation de poches de stagnation. 3.- Rouleau de coulée suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en outre en ce que les passages de transition (25) s'étendent à partir des passages longitudinaux (22), longitudinalement vers l'ex- térieur au-delà des passages radiaux (24) dans les parois d'extrémité (16) du rouleau. 4.- Rouleau de coulée suivant la revendication 3, caractérisé en outre en ce que les passages de transi- tion (25) s'étendent sous forme de coudes à courbure douce dans une région du rouleau située à la fois radialement et longitudinalement vers l'extérieur par rapport aux di- rections d'intersection des passages longitudinaux et ra- diaux (22 et 24). 5.- Rouleau de coulée suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en outre en ce que les passages radiaux (24) comprennent une série de passages individuels circonférentiellement espacés dans chaque pa- roi d'extrémité (16) du rouleau. 6.- Rouleau de coulée suivant la revendication , caractérisé en outre en ce que les passages de transi- tion (25) comprennent un passage annulaire unique à cha- que extrémité du rouleau, interconnectant la série de pas- sages radiaux (24) de la paroi d'extrémité, à cette extré- mité du rouleau, avec les passages longitudinaux (22) de la paroi circonférentielle. 7.- Rouleau de coulée suivant la revendication 6, caractérisé en outre en ce que les parois extérieures desdits conduits sont définies par des gorges annulaires (27) ménagées dans la périphérie intérieure de la paroi circonférentielle (14). 8.- Rouleau de coulée suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en outre en ce que les passages de transition (25) ont une section transver- il sale réduite dans leurs régions les plus proches des angles extérieurs (31) du rouleau de façon à produire, en utili- sation, une plus grande vitesse d'écoulement de l'eau dans ces régions comparativement à la vitesse d'écoulement dans les passages radiaux (24). 9.- Rouleau de coulée suivant la revendication 8, caractérisé en outre en ce que les passages de transi- tion de section réduite sont tels qu'ils favorisent un re- froidissement uniforme de la surface du rouleau jusqu'aux angles d'extrémité (31). 10.- Rouleau de coulée suivant une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en outre en ce que l'arbre central (12) comporte des passages d'écoulement d'eau (23) pour l'amenée d'eau et l'évacuation d'eau des passages radiaux, de transition et longitudinaux intercon- nectés (24), (25) et (22).