Brevet FR2749785A1 — publié le 19971219

Xj 2749785 FACE LATERALE D'OBTURATION POUR INSTALLATION DE COULEE CONTINUE DE BANDES METALLIQUES ENTRE DEUX CYLINDRES L'invention concerne la coulée continue des métaux. Plus précisément, elle concerne les dispositifs de confinement latéral du métal liquide dans les lingotières des machines de coulée continue de bandes minces, dans lesquelles la solidification du métal liquide est assurée par les surfaces latérales rapprochées de deux cylindres à axes parallèles horizontaux, énergiquement refroidis intérieurement et mis en rotation en sens contraires. Sur ce type de machines de coulée continue dites "coulées entre cylindres", dont l'application industrielle à la coulée de bandes d'acier d'environ 2 à 10 mm d'épaisseur est actuellement en cours, le confinement latéral du métal liquide dans l'espace de coulée défini par les cylindres est assuré par des parois d'obturation. Elles sont appliquées contre les extrémités planes des cylindres, appelées "chants", par des organes de poussée comportant par exemple des vérins et des ressorts. Ces parois d'obturation sont habituellement désignées par les termes "faces latérales" ou "petites faces". Leur partie centrale destinée à être au contact du métal liquide est en matériau réfractaire, de même que leur partie périphérique qui frotte contre les cylindres en s'usant progressivement. On peut aussi concevoir l'installation de manière à ce que pendant la plus grande partie possible de la coulée, on vise à maintenir la face latérale au voisinage des cylindres avec un jeu minimal entre eux, suffisamment faible pour que l'étanchéité latérale de l'espace de coulée soit tout de même assurée. On minimise ainsi l'usure par frottement de la paroi réfractaire, mais il est périodiquement nécessaire d'appliquer fortement la paroi contre les chants des cylindres, afin de régénérer leurs interfaces et de s'assurer ainsi de leur parfaite régularité. Les deux parties centrale et périphérique de la face latérale peuvent être constituées par des matériaux réfractaires différents, auquel cas elles sont solidarisées l'une à l'autre par un ciment isolant. La partie centrale doit avant tout avoir un fort pouvoir d'isolation thermique et de résistance à la corrosion par l'acier liquide, alors que la partie périphérique doit aussi pouvoir résister le mieux possible aux chocs thermiques, aux gradients thermiques et au frottement intense qu'elle subit (en permanence ou temporairement) de la part des chants des cylindres. On peut aussi prévoir que la face latérale soit constituée d'une seule pièce, et donc d'un seul type de réfractaire. Chaque face latérale telle qu'elle vient d'être décrite peut, en complément, être montée sur une plaque support en réfractaire isolant, tel que de la silice. Les organes de poussée agissent sur la face latérale soit directement, soit par l'intermédiaire d'une platine métallique à laquelle la face latérale est fixée. 2 2749785 Préférentiellement, la partie réfractaire de la face latérale est enserrée sur la totalité, ou seulement la plus grande partie, de son pourtour par une ceinture métallique (par exemple en fonte ou en acier) refroidie ou non qui assure la cohésion de l'ensemble (lorsque la partie réfractaire de la face latérale comporte plusieurs éléments) et augmente sa rigidité. Lorsque la face latérale est neuve, sa "face active" (celle qui est destinée à être au contact du métal et des cylindres) doit faire saillie par rapport à la ceinture métallique, sur une épaisseur supérieure à l'usure maximale normalement subie par la périphérie de la face latérale au cours d'une coulée, afin que la ceinture métallique ne puisse en aucun cas venir au contact des cylindres. Les faces latérales sont des organes fondamentaux de l'installation, et leur construction doit être effectuée avec le plus grand soin pour éviter tout incident au cours de la coulée. Dans le cas de la conception relativement complexe qui a été exposée o la partie réfractaire comporte plusieurs éléments, cette construction prend du temps, aussi bien pour l'assemblage que pour le séchage des matériaux fonctionnels et de leurs matériaux de liaison. Et cette phase de la préparation de la machine doit être répétée avant chaque coulée, puisque les faces latérales sont conçues pour n'être utilisées qu'une seule fois: seule la ceinture métallique peut être recyclée pour constituer ultérieurement une autre face latérale. Se pose également un autre problème. Si on escompte que, pendant la coulée, la face latérale s'usera sur une épaisseur maximale de 10 mm environ, il faut prévoir que sa face utile fasse saillie de 15 mm environ par rapport à la face de la ceinture métallique qui sera tournée vers les cylindres. On est ainsi assuré, comme on l'a déjà dit, que même si l'usure de la face utile est plus importante que prévu la ceinture métallique ne viendra jamais frotter contre les chants des cylindres. D'autre part, la face latérale proprement dite est enserrée par la ceinture métallique sur une épaisseur qui peut être de l'ordre de 10 mm, épaisseur à laquelle peut s'ajouter une partie au moins de celle de la plaque support. On peut donc estimer que, dans l'exemple de construction qui vient d'être décrit, si on prévoit une face latérale d'épaisseur de 25 mm (non compris la plaque support), au moins 15 mm de cette épaisseur ne seront pas utilisés pendant la coulée, et ils ne pourront pas être réutilisés lors d'une coulée ultérieure puisqu'ils devront être détruits lors de la réfection du dispositif d'obturation. La plaque support elle-même ne peut aussi plus être réutilisée. Ce matériau réfractaire est dépensé en pure perte, et on peut considérer que son prix de revient grève inutilement le coût d'une coulée de métal, cela d'autant plus que les matériaux réfractaires durs qui constituent habituellement la partie périphérique de la face latérale, tels que le Sialon , sont d'un prix élevé. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle conception des faces latérales d'une coulée entre cylindres qui, sans remettre en question les choix technologiques fondamentaux de la conception qui vient d'être décrite, procure un coût 3 2749785 d'utilisation notablement réduit, aussi bien en termes de temps de préparation des faces latérales qu'en termes de quantités de matériaux réfractaires utilisées. A cet effet, l'invention a pour objet une face latérale d'obturation pour installation de coulée continue de bandes métalliques entre deux cylindres contrarotatifs à axes parallèles énergiquement refroidis intérieurement, du type comportant une paroi en réfractaire enserrée sur au moins une partie de son pourtour par une ceinture métallique qui lui est fixée et par rapport à laquelle la face active de ladite paroi réfractaire fait saillie, caractérisée en ce que ladite paroi réfractaire présente initialement une épaisseur (e + e') telle qu'elle puisse être utilisée pendant plusieurs coulées après avoir subi une rectification de sa surface active entre chaque coulée, et en ce que ladite ceinture métallique est fragmentée selon son épaisseur en plusieurs éléments (8, 8', 8", 8"', 8"") fixés de manière indépendante à ladite paroi réfractaire et pouvant être désolidarisés les uns des autres entre deux coulées. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à réaliser une partie réfractaire de la face latérale d'une épaisseur notablement accrue par rapport aux faces latérales habituelles,de manière à ce qu'elle puisse être utilisée pendant plusieurs coulées successives, et à assurer la rigidité et la cohésion de cette face latérale au moyen d'une ceinture métallique fragmentée selon son épaisseur, comportant plusieurs éléments superposés pouvant être désolidarisés les uns des autres. Ainsi, après chaque coulée, il suffit de rectifier par usinage la face active de la face latérale et d'ôter l'élément qui était le plus proche des cylindres pour obtenir une face latérale d'obturation prête à l'emploi. On réalise ainsi un gain de temps appréciable sur l'opération de réfection de la face latérale. De plus, la quasi-totalité de la matière réfractaire constituant initialement la face latérale est utilisée au fil des coulées successives. Seule la partie qui demeure enserrée par le dernier élément de la ceinture métallique à la fin de la dernière coulée, ainsi, éventuellement que la plaque support, restent perdues. On réalise ainsi une substantielle économie de matière par rapport au cas habituel décrit précédemment, o cette même perte de matière se produit à chaque coulée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, qui prend pour hypothèse que l'invention est appliquée à la coulée de bandes d'acier (au carbone ou inoxydable), et fait référence aux figures suivantes: - la figure I qui montre un exemple de face latérale d'obturation selon l'art antérieur vu de face et en perspective sur la figure la, et vu en section transversale selon Ib-Ib sur la figure lb; la figure 2 qui montre un exemple de face latérale d'obturation selon l'invention, vu de face et en perspective sur la figure 2a, vu en section transversale selon IIb-IIb sur la figure 2b; 4 2749785 La face latérale d'obturation en réfractaire selon l'art antérieur représentée sur la figure 1 comporte une plaque support 1 en un réfractaire à hautes propriétés isolantes, tel que de la silice (elle est invisible sur la figure la). C'est sur cette plaque support 1 que s'exerce (directement ou par l'intermédiaire d'une platine métallique) l'effort de poussée des organes (vérins, ressorts...) qui maintiennent la face latérale au contact des cylindres de coulée. Sur cette plaque support 1 sont montés les éléments dont les faces extérieures sont destinés, au cours de la coulée, à être au contact de l'acier liquide et/ou des cylindres, et dont le contour a sensiblement la même forme que la section latérale de l'espace de coulée défini par les cylindres. Ces éléments consistent d'abord en un coeur 2. Celui-ci est en un matériau réfractaire auquel on demande avant tout d'avoir des propriétés isolantes élevées, afin d'éviter que d'importantes solidifications parasites d'acier liquide ne se produisent à son contact. Il doit également résister aussi bien que possible à l'attaque chimique par l'acier liquide, et à l'usure mécanique provoquée par les mouvements de l'acier liquide dans l'espace de coulée. La silice et l'alumine ou la zircone denses ou graphitées, par exemple, sont bien adaptées à cet usage. Dans les zones o la face latérale est destinée à frotter contre les cylindres, le coeur 2 est entouré par deux inserts 3, 3'. Ceux-ci sont en un matériau réfractaire tel que du Sialon , capable de résister aussi bien que possible au frottement des cylindres, à l'attaque par l'acier liquide (avec lequel les inserts 3, 3' sont en contact sur une partie de leur surface), et aux chocs et gradients thermiques. Dans l'exemple représenté, chaque insert 3, 3' est en une seule partie, mais on peut aussi prévoir que chacun d'entre eux soit composé de plusieurs fractions jointives. Les emplacements 4, 4' des contours des cylindres lorsque la face latérale est en fonction sont reportés en pointillés sur la figure la. On voit sur cette figure que le coeur 2 et les inserts 3, 3' s'interrompent légèrement en-dessous du col 5, c'est à dire du niveau o les cylindres sont les plus proches l'un de l'autre et o, normalement, l'acier achève sa solidification. On garantit ainsi que l'acier liquide ne pourra pas s'échapper de l'espace de coulée en- dessous du col 5. La plaque support 1, le coeur 2 et les inserts 3, 3' sont rendus solidaires par des matériaux de collage appropriés (ciment réfractaire, béton, colle...). La face latérale telle qu'on vient de la décrire est enserrée sur la totalité de son périmètre (du moins dans l'exemple décrit et représenté ici) par une ceinture métallique 6 qui a pour fonction d'assurer la cohésion des diverses parties de la paroi réfractaire et la rigidité de l'ensemble, et lui est fixée par une couche de béton isolant 7 continue ou discontinue. Dans l'exemple représenté, la ceinture métallique enserre à la fois une portion de l'épaisseur de la face support 1 et une portion de l'épaisseur du coeur 2 et des inserts 3, 3'. A titre d'exemple, le coeur 2 et les inserts 3, 3' sont enserrés sur une profondeur "e" de 10 mm, et font saillie sur une épaisseur "e"' de 15 mm par rapport à la ceinture métallique 6. L'épaisseur totale initiale de la partie réfractaire de la 2749785 face latérale (plaque support I non comprise) est donc égale à "e +e"' = 25 mm.On escompte que, après utilisation de la face latérale lors d'une coulée unique, la face active aura été usée par frottement et corrosion sur une profondeur maximale d'environ mm. L'ensemble de la face latérale est alors démantelé, et comme on l'a dit, seule la ceinture métallique 6 est réutilisable. Dans l'exemple de face latérale selon l'invention représenté sur la figure 2, la partie réfractaire a la même structure globale que dans l'exemple précédent, à savoir un coeur 2 entouré par deux inserts 3, 3', le tout étant fixé sur une plaque support 1. Mais, selon l'invention, on a conféré au coeur 2 et aux inserts 3, 3' une épaisseur "e + e"' beaucoup plus importante, de manière à ce qu'ils puissent être utilisés pendant plusieurs coulées successives. Quant à la ceinture métallique, elle est fragmentée selon son épaisseur en cinq éléments superposés 8, 8', 8", 8"', 8"", qui enserrent le coeur 2 et les inserts 3, 3' sur une profondeur "e". Le premier élément 8 laisse la partie réfractaire faire saillie par rapport à lui sur une profondeur "e"' de l'ordre de 15 mm, comme dans l'exemple précédent (correspondant à la somme des 10 mm d'usure maximale escomptée, plus une marge de sécurité de 5 mm). Le dernier élément 8"" enserre également la plaque support I sur une partie de son épaisseur, d'environ 10 mm de profondeur. Les éléments 8 à 8"" sont solidarisés les uns aux autres de manière amovible par un dispositif tel qu'un ensemble de boulons 9, 9', 9", 9"', 9"" répartis sur leur périphérie. A cet effet, les éléments présentent sur leur face avant (celle qui est destinée à être tournée ves les cylindres) des évidements 10 servant de logements aux écrous (non représentés) des boulons 9 à 9"", de manière à ce que les écrous ne créent pas de surépaisseurs sur ladite face avant. Chacun des éléments 8 à 8"" est fixé à la partie réfractaire de la face latérale par un anneau de béton ou de ciment de jointoiement 11, 1 1', 1 1", 1 1"', 1 1"". Il est important que ces anneaux 11 à 11"" soient bien disjoints, de manière à pouvoir être détruits indépendamment les uns des autres. Les boulons 9 à 9"" peuvent également contribuer à fixer la face latérale sur ses organes de support qui assurent son application contre les cylindres. La face latérale ainsi constituée peut être utilisée de la manière suivante. Après avoir été préchauffée comme de coutume (quoique pendant plus longtemps et/ou avec une puissance supérieure, puisque la partie réfractaire est plus épaisse que dans les faces latérales habituelles), la face latérale est mise en place, et une première coulée est effectuée. A la fin de cette première coulée, la face active de la partie réfractaire a subi une usure plus ou moins régulière pouvant atteindre, par exemple, 10 mm. Une face latérale selon l'art antérieur précédemment décrit devrait alors être entièrement refaite avant son utilisation suivante. Mais avec la face latérale selon l'invention, il suffit de rectifier, par exemple par usinage, les faces actives du coeur 2 et des inserts 3, 3' pour leur conférer une surface régulière, puis d'ôter le premier élément 8 de la ceinture 6 2749785 métallique en enlevant les boulons 9 à 9"" et en détruisant l'anneau 11. On remplace les tiges des boulons 9 à 9"" par des tiges plus courtes qui ne dépassent pas la face avant du deuxième élément 8', et on retrouve ainsi une face latérale prête à l'emploi. Afin de mieux assurer la cohésion de l'ensemble de la face latérale lors de l'usinage, on peut prévoir une injection préalable de colle par des canaux 12, 12', 12", 12"', 12"" ménagés dan la plaque support 1, qui permettent à la colle de parvenir aux interfaces des différentes pièces en réfractaire. L'ensemble de ces opérations de réfection de la face latérale dure environ une demie-heure, alors que la réfection complète d'une face latérale selon l'art antérieur qui a été décrit dure quatre heures au moins, sans compter les multiples étuvages nécessaires, et doit être répétée entre chaque utilisation. Après chaque nouvelle coulée, on procède à la réfection de la face latérale de la même manière que précédemment. Chacun des quatre premiers éléments 8 à 8"' de la ceinture métallique présente une épaisseur de 10 mm, donc sensiblement égale à l'usure maximale par coulée escomptée pour le réfractaire de la face latérale. Le cinquième et dernier élément 8"" présente une épaissseur plus importante dans l'exemple représenté, de l'ordre de 25 à mm, puisqu'il doit enserrer les bases du coeur 2 et des inserts 3, 3' ainsi qu'une partie de la plaque support 1. Normalement, une telle face latérale est prévue pour effectuer cinq coulées avant sa réfection complète. Mais si pendant deux ou trois coulées successives l'usure du réfractaire a été sensiblement plus faible que les 10 mm escomptés, il est possible qu'après usinage la face active du réfractaire de la face latérale demeure en saillie de 15 mm ou davantage par rapport à l'élément métallique qui est à découvert. Dans ces conditions, il n'est pas utile d'enlever cet élément métallique avant la coulée suivante, et la face latérale pourra donc être utilisée pendant au moins une coulée de plus que prévu initialement. Comme on l'a expliqué, cette configuration selon l'invention permet une utilisation optimale du réfractaire de la face latérale puisque, en définitive, seule la partie qui demeure enserrée par le cinquième élément métallique 8"" à l'issue de la dernière coulée est perdue. Le temps total consacré à la préparation des faces latérales pour les (au moins) cinq coulées prévues est également considérablement réduit. Bien entendu, les valeurs numériques qui ont été données pour le nombre d'éléments 8 à 8"" de la ceinture métallique et leurs dimensions, ainsi que pour l'usure des réfractaires, ne sont que des exemples. Elles peuvent être adaptées à chaque cas d'utilisation particulier de l'invention. De même, la fixation des éléments 8 à 8"" les uns aux autres peut être assurée par tout autre dispositif que des boulons. La conception d'ensemble de la machine de coulée, et particulièrement des dispositifs de support et d'application des faces latérales, doit, bien entendu, tenir compte du fait que l'épaisseur de la partie réfractaire des faces latérales est initialement 7 2749785 plus importante qu'avec les configurations habituelles, et est variable d'une coulée à l'autre. Cela peut conduire, notamment, à une augmentation de la course des organes de poussée par rapport aux configurations habituelles. L'invention est, bien entendu, également applicable au cas o la face latérale est dépourvue de plaque support 1, ainsi qu'au cas o toute sa partie réfractaire est constituée d'une seule pièce au lieu d'un coeur 2 et de deux inserts 3, 3'. En variante, on peut prévoir que la ceinture métallique fragmentée n'enserre la partie réfractaire que sur une partie de son pourtour, en laissant libre par exemple son bord supérieur. Il faut alors vérifier si, dans le cas d'utilisation particulier envisagé, la rigidité de la face latérale demeure suffisante, mais si c'est le cas, une telle configuration facilite le démontage des éléments 8 à 8"" de la ceinture métallique. Il va de soi que l'invention peut être appliquée à la coulée continue entre cylindres d'autres métaux que l'acier 8 2749785 REVENDICATIONS 1) Face latérale d'obturation pour installation de coulée continue de bandes métalliques entre deux cylindres contrarotatifs à axes parallèles énergiquement refroidis s intérieurement, du type comportant une paroi en réfractaire enserrée sur au moins une partie de son pourtour par une ceinture métallique qui lui est fixée et par rapport à laquelle la face active de ladite paroi réfractaire fait saillie, caractérisée en ce que ladite paroi réfractaire présente initialement une épaisseur (e + e') telle qu'elle puisse être utilisée pendant plusieurs coulées après avoir subi une rectification de sa surface active entre chaque coulée, et en ce que ladite ceinture métallique est fragmentée selon son épaisseur en plusieurs éléments (8, 8', 8", 8"', 8"") fixés de manière indépendante à ladite paroi réfractaire et pouvant être désolidarisés les uns des autres entre deux coulées. 2) Face latérale d'obturation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi réfractaire comporte un coeur (2) en un matériau isolant et des inserts (3, 3') en un matériau dur destinés à frotter contre les chants desdits cylindres. 3) Face latérale d'obturation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite paroi réfractaire est montée sur une plaque support (1) en un matériau réfractaire isolant, et en ce que ladite plaque support (1) est au moins partiellement enserrée par l'un des éléments (8"") de ladite ceinture métallique. 4) Face latérale d'obturation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite plaque support comporte des orifices (12, 12', 12", 12"', 12"") adaptés à l'injection de colle aux interfaces entre les diverses parties en réfractaire (1, 2, 3, 3') de ladite paroi. 5) Face latérale d'obturation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits éléments (8, 8', 8", 8"', 8"") de la ceinture métallique sont fixés les uns aux autres par des boulons (9, 9', 9", 9"', 9"").