Brevet FR2723014A1 — publié le 19960202

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION DE L'OVALISATION DE CYLINDRES DE COULEE CONTINUE DE BANDE METALLIQUE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé et un dispositif de correction de l'ovalisation (ou faux rond) thermique apparaissant sur des cylindres de coulée continue de bande Métallique. ETAT DE LA TECHNIQUE Une machine de coulée continue de bande métallique contient en général deux cylindres identiques situés face à face, séparés par un espace de l'épaisseur de la bande métallique r produire et tournant en sens inverse l'un de l'autre. Le métal liquide est alimenté d'un côté de l'espace tandis que la bande sort de l'autre côté à son épaisseur nominale. On peut produire avec un tel dispositif des bandes allant de quelques certimêtres d'épaisseur à quelques millimètres ou moins. Les figures 1 (coupe longitudinale) et 2 (coupe transversale) donnent la structure générale d'un cylindre. Il comprerd er (1) un corps de cylindre (partie centrale) qui est entouré d'une frette (2) qui reçoit le métal en fusion et sert au laminage de la bande. De ce fait il est nécessaire de refroidir l'ensemble. Le refroidisseernt est habituellement effectué à l'aide d'un fluide de refroidissement (en général de l'eau) circulant dans au moins un circuit de refroidissement situé à l'intérieur du corps de cylindre (1). Ce circuit comprend au moins un trou d'amenée d'eau froide (3), sous forme d'un tube percé dans le corps de cylindre (1), parallèlement à son axe, débouchant à l'extérieur par une de ses extrémités, l'autre étant obturÉe, et s'étendant au droit de la frette (2) sur toute sa largueur. -2- Une pluralité de tubes de plus petit diamètre (4) relie chaque trou d'amenée (3) à un collecteur de distribution (5) sorte de rainure située sous la frette (2) et substantiellement parallèle au tube d'amenée (3); chaque collecteur alimente en eau un dispositif de refroidissement proprement dit comprenant un réseau de petits canaux (5) usinés à la surface périphérique du corps de cylindre (1) et situés sous la frette dans un plan transversal; l'eau y circule et entrE er contact thermique avec la frette et assure son refroidissement. i0 Apres échauffement de l'eau, celle-ci est évacuée à l'aide d'un dispositif identique à celui d'alimentation. Il comprend (voir partie basse de la fig. 1 et fig. 2) un collecteur d'évacuation (7) d'eau chaude, une pluralité de tubes de petit diamètre (8) le reliant au tube d'évacuation (9). Habituellement ur corps de cylindre comporte deux ou quatre (parfois plus pour des cylindres de grand diamètre) circuits d'alimentation d'eau et autant de circuits d'évacuatien interconnectés par les canaux (6) du dispositif de refroidissement. L'agencement réciproque des circuits d'eau froide et eau chaude est bien visible en particulier sur la fig. 2; on y voit leur interconnection et leur disposition alternée et décalée l'un par rapport à l'autre de 90 (2 circuits) ou 45 (4 circuits); les flèches illustrernt le sers de circulation de l'eau. Ainsi l'eau froide arrivant dans un des collecteurs de distribution (5), se répartit ensuite dans les canaux de refroidissement (6) situés de part et d'autre du collecteur (5), se réchauffe et est évacuée par les collecteurs (7) qui récupèrent ainsi l'eau provenant de deux collecteurs de distribution (5) situés de part et d'autre. Avec une telle disposition des circuits de refroidissement, il apparaît des zones froides et chaudes dans la frette et le cylindre au voisinage des collecteurs et tubes d'amenée d'eau froide et d'évacuation d'eau chaude. - 3- Cette hêtérogénêité de température qui peut atteindre 4 C provoque des dilatations engendrant une déformation du cylindre appelée ovalisation cu faux rond. Ce faux rond va se traduire par des irrégularités cycliques de l'épaisseur de la bande métallique coulée et donc en altérer la qualité; ce défaut est d'autant plus gênart que la bande coulée est mince. Aussi convient-il de supprimer ou minimiser ces écarts de température pour améliorer la qualité et la régularité d'épaisseur de la bande coulée. Une solution pourrait être de multiplier le nombre des dispositifs d'entrée et de sortie d'eau. Mais une telle solution deviendrait vite irréalisable et ccmplexe à cause de l'encombrement provoqué et serait très onéreuse. Aussi la demanderesse a recherché un procédé et un dispositif visant à diminuer les écarts de température dans le cylindre qui soit efficace et facile à réaliser ou à mettre en oeuvre et peu onéreux. DESCRIPTION DE L'INVENTION Dans un premier aspect l'invention est un procédé de refroidissement de cylindres de coulée continue de bande métallique à l'aide d'un fluide, lesdits cylindres métalliques comprenant un corps de cylindre et une frette métallique constituée essentiellement d'un tube ou d'une enveloppe métallique dont la face intérieure ceinture ledit corps, l'autre face servant à recevoir du métal liquide et à produire la bande par coopération de deux cylindres, ledit corps de cylindre con. portart au moins un circuit de refroidissement débouchant à l'extérieur du corps de cylindre par deux extrémités d'er.trée/sortie et comprenant au moins un dispositif d'alimentation en fluide froid (en général l'eau), un dispositif de refrcidissetient prcpreUment dit o le fluide est en contact thermique avec la face inférieure de la frette et un dispositif d'évacuation du fluide réchauffé au contact de la frette, caractérisé en ce qu'on inverse périodiquement le sens de circulation du fluide dans le -4- corps du cylindre, le dispositif d'alimentation en fluide froid devenant le dispositif d'évacuation de fluide chaud et inversement. L'invention est particulièrement adaptée aux cylindres ayant la configuration décrite plus haut à l'aide des fig. 1 et 2, leur corps de cylindre comportant donc préférentiellement deux ou quatre (parfois plus, comme cela a été dit) dispositifs d'alimentation en eau froide alternés avec autant de dispositifs d'évacuation d'eau chaude, ces dispositifs étant décalés de 90 (deux dispositifs) ou 45 (quatre dispositifs) et reliés par un dispositif de refroidissement proprement dit. La coulée continue de bande se faisant en général entre deux cylindres identiques, l'inversion de sens du fluide de refroidissement selon l'invention est avantageusement pratiquée sur les deux cylindres. Un tel procédé est applicable également à la coulée sur mono-cylindre par exemple la coulée pelliculaire. Le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant quand on coule des bandes minces par exemple de 1 à 12 mm d'épaisseur, voire plus minces, spécifiquement dans le domaine habituel d'épaisseur de 5 à 12 mm o le procédé est très efficace, ou encore dans le domaine des faibles épaisseurs par exemple de 1 à 5 mm pour lequel un faux rond de cylindre est d'autant plus préjudiciable que l'épaisseur est faible. Il est particulièrement adapté à la coulée de bande en aluminium ou ses alliages. La fréquence d'inversion du sens de circulation d'eau est à régler en fonction des caractéristiques de l'installation, par exemple diamètre des cylindres, débit de fluide de refroidissement etc... Avec le procédé de l'invention on obtient un meilleur lissage des hétérogénéités de température dans les cylindres utilisant des frettes épaisses, par exemple entre 20 et 100 mm. Il est préférable d'avoir des dispositifs d'alimentation et d'évacuation du fluide identiques. -5- Ainsi on arrive à limiter l'écart maximum de température dans un cylindre quelques fractions de C, ce qui permet de supprimer pratiquement ccepl.te..ent le faux-rond et d'améliorer ainsi la constance d'épaisseur des bandes coulées. A titre d'illustration, le prccédé selGr l'invention a Été apliqué à une installation de coulée continue de bande d'épaisseur 8 mmn en alumiriuM, sur des cylindres de dianmètre extérieur 96 cm;, dcnt la frette avait une épaisseur de 8 cm, et ayant un circuit interne de refroidissement identique à celui donné dans les fig. 1 et 2. En l'absence d'inversion du sers de l'ezu de refroidissement, il a été mesuré er fonctionnement normal au cours de la coulée un écart maximum de température de 4 C, ce qui provoquait des variations d'épaisseur de la bande coulée de 0,04 m, dû au faux rond des cylindres. Apres avoir opéré avec inversicn du sers du flu:ide de refroidissement à la fréquence de toutes les 5 minutes et avec le même débit que précédemment il a été cbteru des variations d'épaisseur de la bande coulée négligeables (non resurables). Un deuxième aspect de l'invention est un dispositif permettant d'effectuer une inversion du sens de circulation du fluide de refroidissement dans au moins un cylindre destiné à la coulée continue, en général de barde métallique tel que décrit plus haut, c'est-à-dire contenant au moins un circuit de refroidissement par fluide situé à l'intérieur dudit cylir.ndre, ledit circuit situé dans le cylindre déboucharnt à l'extérieur par deux extrémités, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend: - un bassin tarpon ccrtenant ledit fluide, - au moins une pompe en soutirart le fluide et alimentant ur. circuit de fluide - ledit circuit de fluide comprenant une première vanne C trois voies dont une première voie V1 est alimentée par la pompe, optionnellenent par -6- l'intermédiaire d'un débimêtre B, une deuxième vcie V2 est reliée d'ur.e part à une des extrémités dudit circuit de refroidissement d'autre part à une première voie Wl d'une deuxième vanre à trois voies W, une troisième voie V3 est reliée d'une part à l'autre extrémité dudit circuit de refroidissement d'autre part à une deuxième voie W2 de le vanne W, la troisième voie W3 de W étant reliée à un conduit d'évacuation du fluide chaud. Le bassin tampon peut recevcir le fluide chaud s'il est de taille suffisante pour en assurer le refroidissemert ou s'il dispose d'un dispositif autonome de refroidissement. Il apparaît que la vanne V est affectée à l'tlimentaticon du cylindre en fluide froid, alors que la vanne W est affectée à l'évacuation du fluide réchauffé. La manoeuvre simultznÉe des vannes à trois voies permet d'inverser le sers de circulation du fluide dans le cylindre sars modifier le circuit de fluide de la pompe et d'évacuation vers le bassin. Ces manoeuvres peuvent avantageusement être automatisées cu géré-es par microprocesseur, ordinateur... etc... Quand la machire de cculée cofporte deux cylindres (supérieur et inférieur), on peut brancher le circuit d'alimentaticn en fluide froid du deuxième cylindre en dérivatien sur la voie V2 ou Wl des vannes respectives V et W alimentant déjà en fluide froid le premier cylindre. De mêre on peut brancher le circuit d'évacuation de fluide chaud dudit deuxième cylindre en dérivation sur la voie V3 ou W2 des vannes respectives V et W qui recueillent déjà le fluide chaud du premier cylindre. Mais pour avcir plus de souplesse de réglage il est préférable d'utiliser pour le deuxième cylirdre un circuit identique à celui alimentant le premier cylindre, ces deux circuits pouvant être montés en dérivation sur le refoulement de la pompe. -7- La figure 3 illustre un dispositif seloGr. l'invertion pcLr ur.e n',. chine de coulée comportant deux cylindres: C (cylindre supérieur), D (cylindre inférieur). CI, C2 et D1, L2 représentert les extrémités d'entrée/sortie, interchangeables lors de l'inversion de sens du fluide, du circuit de refrcidissement par fluide situé à l'intérieur respectivement de ch&cun des cylindres C et D. On voit de plus: o10 - en R, le bassin tampon de fluide de refroidissement, - en P1 et P2, deux pompes de soutirage brarchées en parallèle, - en A des vannes d'arrêt, en V et W les vannes trois voies avec leurs voies respectives V1, V2, V3, W1, W2, W3; en particulier on voit que V1 est branchée sur le refoulement des pompes P par l'intermédiaire d'un détimètre D isolé par deux vannes d'arrêt (ce débit-mètre peut être court-circuité par un circuit S), que V2 et W1 sont reliées au point d'entrée/sortie C2 de C tandis que V3 et W2 sont reliées au point d'ertrée sortie C1 et que W3 est relié à l'évacuation du fluide qui retourne au bassin R; - en V' et W' les repères correspondant au cylindre D; ils ont les mêmes significations et fonctions que pour le cylindre C. -8- REVENDICAT IONS 1/ Procédé de refrcidissement de cylindres de cculée continue de bande métallique à l'aide d'un fluide, lesdits cylindres métalliques ccmprenart ur ccrps de cylindre (1) et une frette métallique (2) constituée essentiellement d'un tube ou d'une enveloppe métallique dont la face intérieure ceinture ledit corps de c)lindre (1), l'autre face recevant du métal liquide et produisant la bande par coopération de deux cylindres, ledit corps de cylindre (1) compcrtzrt ai rioins un circuit de refroidissement débouchant à l'extérieur du corps de cylindre par deux extrémités d'entrÉe/scrtie et comprenant au moirs un l0 dispositif d'alimentation en fluide froid, un dispositif de refroidissement proprement dit o le fluide est en ccntact thermique avec la face inférieure de la frette et un dispositif d'évacuation du fluide réchauffé au contact de la frette, caractérisé en ce qu'on inverse périodiquement le sens de circulation dudit fluide dans le corps du cylindre, le dispositif d'alimentation en fluide froid devenant le dispositif d'évacuaticn de fluide chaud, et inversement. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentaticn en fluide froid comporte au niins un tube d'a.erÉe de fluide (3) percé dans le corps de cylindre (1) parallèlement à son axe et débouchant à l'extérieur par ure de ses extrémités, une pluralité de tubes (4) de plus petits diamètres reliant le tube d'amenée (3) à un collecteur de distribution (5) substantiellement parallèle audit tube (3) et situé sous la frette (2), un dispositif de refroidissement comportent un réseau de petits canaux (6) usirés à la surface périphérique du corps de cylindre (1) dans un plan transversal à son axe et permettert au fluide d'entrer en contact thermique avec la frette (2), un dispositif d'évacuation du fluide identique audit dispcsitif d'ilimentEtion et comportant successivement un collecteur d'évacuation (7) relié à une pluralité de tubes de petits diamètres (8) reliés eux-nÉnmes à un tube d'évacuation (9) débouchant à l'extérieur, ledit dispositif de refroidissement reliant le collecteur de distribution (5) et le collecteur d'évacuation (7). -9- 3i Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de cylir.ndre (1) comporte deux ou quatre dispositifs d'alimentation en fluide et respect'vement deux ou quatre dispositifs d'évacuation alternés et décalés de 90 (dans le cas de deux dispositifs) ou 45 (dans le cas de quatre dispositifs), reliés par les dispositifs de refroidissement (6). 4/ Dispositif d'inversion du sens de circulation du fluide de refroidissement circulant derc au moins un cylindre destiné à la coulée continue contenant au moins un circuit de refroidissement ledit circuit débcuchent È l'extérieur par deux extrémités d'ertrée/sortie, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin tanpon (R) contenant ledit fluide, au moins une pompe (P) en soutirant le fluide et alimentant un circuit de fluide comprenant une première vanne à trois voies dcnt une première voie V1 est alinentée par la pcmpe, une deuxième voie V2 est reliée d'une part à une des extrémités dudit circuit de refroidissement, d'autre part à ure première voie W1 d'une deuxième vanne à trois voies W, une troisième voie V3 est reliée d'unre part à l'autre extrémité dudit circuit de refroidissement, d'autre part à une deuxième vocie W2 de la vanne W, la troisième voie W3 de W étant reliée à un conduit d'évacuation du fluide chaud. / Dispositif selon la reverndicatien 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres de coulée dont les extrémités d'entrée/sortie du circuit de refroidissement de chaccLn d'eux sont branchées en dérivation respectivement sur les voies V2 ou W1 d'une part, V3 et W2 d'autre part. 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres de coulée, le premier étant branché sur le circuit co.,portart les vannes trois voies V et W con.me indiqué dans la revendication 4, le deuxième étant branché sur un deuxième circuit identique comportant des vannes trois voies V' et W', les deux dits circuits étant montés en dérivation sur le refoulement de la pompe. - 10- 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revErdications 4 à 6, caractérisé en ce que les vannes trois voies scnt manoeuvrées simultanément et de préférence sort aLtonlatisées. 8/ Dispositif selon l'ur.e quelccr.que des revendications 4 à 7, carectérisé en ce que le circuit de refroidissement d'un cylindre est celui décrit dans les revendications 1 à 3.