Brevet FR2757430A1 — publié le 19980626

LINGOTIERE A LARGEUR VARIABLE POUR LA COULEE CONTINUE DE PRODUITS METALLIQUES L'invention concerne la coulée continue de produits métalliques. Plus particulièrement, elle concerne les lingotières du type dont on peut, entre deux coulées, faire varier la largeur à la demande pour couler des produits plats en acier de différents formats. En coulée continue de l'acier, il est indispensable d'interposer un lubrifiant entre les parois métalliques refroidies de la lingotière et la peau de métal en cours de solidification qui se forme contre elles, afin d'assurer que l'extraction du produit hors de la lingotière s'effectue sans incident. En l'absence de lubrification efficace, on assiste à des collages de la peau contre la paroi. Lorsque cela se produit, la peau se déchire, ce qui provoque l'apparition de défauts de surface sur le produit. Si cette déchirure est suffisamment profonde, elle risque de laisser échapper du métal liquide, ce qui peut imposer l'arrêt immédiat de la coulée. Sur les machines classiques de coulée continue de brames d'acier, cette lubrification est assurée par une poudre de couverture à base d'oxydes, déposée en début de coulée sur la surface du métal liquide en lingotière et régulièrement renouvelée par la suite. Cette poudre fond au voisinage de son interface avec le métal liquide, et la partie fondue peut s'infiltrer entre les parois de la lingotière et le ménisque de métal liquide, c'est à dire la périphérie de la surface du bain, là où s'amorce la solidification de la peau. La poudre de couverture a également pour fonctions d'assurer une protection de la surface du métal liquide contre l'oxydation atmosphérique, d'arrêter le rayonnement thermique issu de cette surface, et de capter les inclusions non-métalliques qui décantent à partir du métal liquide. La composition de la poudre doit être ajustée pour satisfaire au mieux toutes les exigences, parfois contradictoires, de ces différentes fonctions. Sur les machines classiques, les turbulences hydrodynamiques générées par le jet de métal liquide alimentant la lingotière affectent la surface du bain en lingotière, particulièrement dans la zone du ménisque, et perturbent le début de la solidification. Il s ensuit que les couches superficielles du produit coulé présentent des défauts, par exemple des irrégularités de solidification ou des incrustations de poudre de couverture. Ces défauts sont en général d'autant plus marqués que la vitesse de coulée du produit est élevée, et cette coïncidence du ménisque et de la zone de début de solidification constitue la principale limite à l'augmentation de la productivité des coulées continues de brames classiques, et à l'amélioration de la qualité de leurs produits. Une solution à ce problème consiste à ajouter à la lingotière une partie isolante en réfractaire, appelée "réhausse", dont les parois internes prolongent vers le haut l'espace de coulée défini par les parois internes de la partie métallique refroidie de la lingotière. La coulée est effectuée dans des conditions telles que le ménisque du métal liquide en lingotière est maintenu en permanence à l'intérieur de la réhausse en réfractaire. De même, la busette immergée qui introduit le métal liquide dans la lingotière a son extrémité placée dans l'espace intérieur de la réhausse en réfractaire. Les propriétés isolantes de cette réhausse permettent d'assurer que la solidification de la peau du produit ne débute réellement que contre la partie métallique. Eventuellement, une injection de gaz, effectuée au niveau du joint qui sépare la partie réfractaire de la partie métallique, permet de briser les solidifications parasites qui ont pu s amorcer sur le refractaire. Le début de solidification est donc complètement dissocié du ménisque, et survient à un niveau où les perturbations des écoulements dues à ltintroduction du métal liquide dans la lingotière ont eu le temps de s'atténuer sensiblement. Il s'effectue donc avec une très bonne régularité, et on peut couler le produit à une vitesse élevée sans détériorer sa qualité. Si on utilise ce procédé de coulée, il n'est cependant plus possible d'assurer la lubrification de l'interface produit-paroi métallique à partir de la surface du bain en lingotière, puisque la solidification ne débute que nettement en-dessous de cette surface. La lubrification est alors réalisée par une injection d'huile, telle que de l'huile de colza, à travers les parois métalliques de la lingotière, grâce à des orifices reliés à une chambre de répartition et distribués selon la périphérie de l'espace de coulée, à un ou plusieurs niveaux de celui-ci. Si cette injection d'huile est réalisée sur une lingotière dont la paroi interne délimitant l'espace de coulée est constituée par une pièce tubulaire unique (cas général dans la coulée des blooms et billettes) ou par quatre plaques rigidement assemblées les unes aux autres (cas général dans la coulée de brames de largeur fixe), sa réalisation ne pose pas de problèmes particuliers. II n'en va pas de même lorsqu'on désire couler avec une lingotière unique des brames dont la largeur est susceptible de prendre plusieurs valeurs d'une coulée à l'autre. Sur les machines à brames classiques, on utilise dans ce cas des lingotières dont les grands côtés sont formés par deux plaques de grande longueur parallèles et fixes l'une par rapport à l'autre, et dont les petits côtés sont formés chacun par une plaque de faible longueur, égale à l'épaisseur du produit à couler. Chacune de ces petites plaques peut coulisser entre les grandes plaques qu'elle relie l'une à l'autre. Les deux petites plaques sont parallèles entre elles et peuvent être maintenues en position à des distances diverses, égales aux difFentes largeurs des produits que la machine est susceptible de couler. La lubrification par poudre de couverture d'une telle lingotière peut s'effectuer similairement au cas d'une lingotière à largeur fixe. Mais si on désirait réaliser une lingotière à largeur variable comportant une réhausse en réfractaire (chaque paroi de la réhausse surmontant une des plaques de la lingotière), le dispositif de lubrification par huile habituel ne pourrait y être transposé tel quel. En effet, dans ce cas les orifices situés au voisinage des extrémités des grandes plaques déboucheraient hors de l'espace de coulée lorsqu'on coulerait un produit de largeur inférieure à la largeur maximale admissible. Cela entraînerait un gaspillage d'huile, une perturbation de l'alimentation des orifices débouchant dans l'espace de coulée et une souillure de l'installation. Le but de l'invention est de donner aux métallurgistes la possibilité de couler en continu des produits, tels que des brames d'acier, sur une machine de coulée ayant au moins une lingotière à largeur variable, tout en conservant la possibilité d'une lubrification par huile de l'interface lingotière-produit, y compris si la lingotière est munie d'une réhausse en réfractaire. A cet effet, I'invention a pour objet une lingotière à largeur variable pour la coulée continue de produits métalliques, notamment en acier, du type comportant deux grandes parois situées à une distance fixe l'une de l'autre et deux petites parois mobiles reliant lesdites grandes parois et dont l'écartement définit la largeur de l'espace de coulée délimité par lesdites parois, caractérisée en ce que chacune des grandes parois comporte un dispositif assurant sa lubrification par une injection d'huile au travers de ladite grande paroi, ledit dispositif comprenant un ou des orifices mettant en communication l'espace de coulée et une chambre de répartition ménagée dans chacune des grandes parois, et des moyens pour obstruer partiellement le ou lesdits orifices de manière à éviter un écoulement d'huile hors de l'espace de coulée lorsqu'on ne lui confère pas sa largeur maximale. Comme on l'aura compris, I'invention consiste à intégrer aux grandes plaques d'une lingotière métallique à largeur variable un dispositif de lubrification par injection d'huile permettant de faire varier à la demande la longueur sur laquelle est injecté le lubrifiant, de manière à ce que celle-ci puisse être adaptée en fonction de la largeur du produit coulé. Si l'invention trouve une application privilégiée au cas où la lingotière métallique est munie d'une réhausse en réfractaire, pour laquelle la lubrification par huile est une nécessité, elle peut cependant aussi être appliquée à une lingotière à largeur variable classique entièrement métallique et dépourvue de réhausse en réfractaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes: - la figure 1 qui montre, vue en perspective, une première forme de lingotière à largeur variable selon l'invention; - les figures 2a, 2b, 2c et 2d qui montrent une autre forme de lingotière selon l'invention, vue partiellement sur la figure 2c en section horizontale à un niveau semblable au niveau IIc-IIc de la figure 1 (figure 2a), les figures 2a et 2b représentant, vue de profil et de face, une première forme de la tringle qui constitue l'une des pièces essentielles de cette variante de l'invention, et la figure 2d montrant en perspective une deuxième forme envisageable pour cette tringle. Sur la figure 1, on a représenté de manière simplifiée (sans, notamment, les organes assurant son refroidissement) une lingotière à largeur variable pour la coulée continue de brames d'acier selon l'invention. Elle est équipée d'un premier exemple de dispositif permettant d'assurer la lubrification de ses parois internes par de l'huile dans des conditions satisfaisantes, quelle que soit la largeur assignée à la lingotière. Cette lingotière se compose de deux grandes parois 1, 1' fixes l'une par rapport à l'autre et de deux petites parois 2, 2' mobiles pouvant être rapprochées l'une de l'autre à volonté par des dispositifs classiques non représentés. Cette possibilité de rapprochement est symbolisée par les flèches 3, 3'. Les petites parois 2, 2' sont perpendiculaires aux grandes parois 1, 1' et les relient l'une à l'autre de manière étanche à l'acier liquide. Les faces internes de ces diverses parois 1, 1', 2, 2' définissent un espace de coulée 4 de section transversale rectangulaire, dont la largeur (fixe) est égale à la longueur des petites parois 2, 2', et dont la longueur (qui peut être modifiée entre deux coulées) est égale à la distance séparant ces mêmes petites parois 2, 2'. Ces parois sont généralement en cuivre ou alliage de cuivre, et sont vigoureusement refroidies intérieurement par une circulation d'eau, comme cela est habituel en coulée continue de l'acier. Dans l'exemple décrit et représenté, par souci de simplification, la lingotière n'est constituée que par cet ensemble de parois métalliques, mais il est entendu que l'on peut disposer sur le bord supérieur de chacune de ces parois un bloc en matériau réfractaire, de manière à prolonger vers le haut l'espace de coulée 4 en formant une réhausse comme dans l'art antérieur précédemment décrit. C'est même dans ce cas que l'invention trouve son application privilégiée. Selon l'invention, la lubrification des faces internes des parois 1, 1', 2, 2' est assurée par une injection d'un lubrifiant liquide tel que de l'huile de colza. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, cette huile est apportée sur lesdites parois par des conduites 5, 6, 7, 8 connectées en amont à une installation de distribution non représentée, et débouchant chacune dans une chambre de répartition 9, 10 ménagée à l'intérieur de la paroi 1, 1', 2, 2' concernée parallèle ment à l'espace de coulée 4. Ces chambres de répartition 9, 10 débouchent chacune sur la face interne de la paroi 1, 1', 2, 2' correspondante par une fente 11, 12, 13 s'étendant sur toute la largeur de la paroi 1, 1', 2, 2' et permettant d'amener le lubrifiant sur lesdites faces internes. La largeur de ces fentes 11, 12, 13 est généralement de l'ordre de 0,5 mm. Elles sont situées à une distance verticale "d" des faces supérieures des parois 1, 1', 2, 2'. Cette distance "d" est choisie en fonction des critères habituels, de manière à garantir une lubrification satisfaisante de l'ensemble de l'interface lingotièrelpeau solidifiée du produit coulé. Les chambres de répartition 9, 10 des grandes parois 1, 1' traversent celle-ci de part en part. Comme on le voit sur la figure 1, lorsque les petites parois 2, 2' sont positionnées de manière à procurer à l'espace de coulée 4 une largeur inférieure à sa valeur maximale possible, une partie des fentes 11, 12 des grandes parois 1, 1' débouche à l'extérieur de l'espace de coulée 4. Pour éviter que du lubrifiant ne s'écoule à l'extérieur de la lingotière, selon l'invention on introduit à l'intérieur des chambres de répartition 9, 10 des grandes parois 1, 1' des bouchons coulissants 14, 15, 16, 17, à raison d'un bouchon dans chaque extrémité de chaque chambre. Ces bouchons 14, 15, 16, 17 ont des formes extérieures qui épousent exactement les contours des chambres de répartition 9, 10 et des fentes 11, 12 correspondantes, de manière à les obstruer. La profondeur d'insertion de chaque bouchon 14, 15, 16, 17 peut être réglée à la commande par des moyens non représentés, connectés à des tiges 18, 19, 20, 21 solidaires des bouchons 14, 15, 16, 17, en fonction de la largeur assignée à l'espace de coulée 4 par les positions respectives des petites parois 2, 2'. Grâce à eux, les portions des fentes 11, 12 qui débouchent à l'extérieur de la lingotière, lorsque l'espace de coulée 4 n'a pas sa largeur maximale, sont obturées, et la lubrification des grandes parois 1, 1' peut être limitée à ce qui est strictement nécessaire pour assurer le bon déroulement de la coulée. Il va de soi que le système d'obturation des chambres de répartition 9, 10 qui vient d'être décrit est aisément transposable au cas où les fentes 11, 12 des grandes parois 1, 1' (comme les fentes 13 ménagées dans les petites parois 2, 2') sont remplacées par une série de perforations, par exemple cylindriques, de diamètre de 0,5 mm environ ou moins (en tout cas suffisamment faible pour éviter le bouchage par l'acier liquide lors du remplissage de la lingotière) et espacées par exemple de 15 mm ou moins, de manière à assurer une répartition suffisamment homogène du lubrifiant sur l'ensemble de la largeur des parois 1, 1', 2, 2' de la lingotière. Dans ce cas, les bouchons 14-17 ont une forme qui épouse purement et simplement celle de la chambre de répartition 9, 10 dans laquelle ils sont placés. On peut également prévoir que l'alimentation en huile des chambres de répartition 9, 10 s'effectue non pas par des conduites 5, 6 débouchant vers le milieu des grandes faces 1, 1', mais à travers les bouchons 14-17 eux-mêmes. Un inconvénient du dispositif qui vient d'être décrit et représenté sur la figure 1 est que lorsque la largeur assignée à l'espace de coulée 4 est supérieure à sa valeur minimale, les bouchons 14-17 est les organes 18-21 qui commandent leur enfoncement dans les chambres de répartition 9, 10 peuvent plus ou moins largement déborder de l'extérieur de la lingotière. Ils encombrent donc l'espace environnant la lingotière, ce qui peut occasionner une gêne pour le personnel. De plus, ils risquent d'être endommagés par des chocs avec des objets en déplacement. Pour pallier cet inconvénient, on peut prévoir qu'une partie au moins des bouchons 14-17 et/ou de leurs organes de commande 18-21 présente une souplesse et/ou des points d'articulation qui autorisent leur rabattement le long des grandes faces 1, 1' de la lingotière, une fois que le positionnement des extrémités des bouchons 14-17 a été effectué. En variante, une autre manière de résoudre ce problème d'encombrement de l'environnement de la lingotière par le dispositif d'obturation est schématisée sur les figures 2a, 2b et 2c. Elle n'est applicable qu'au cas où la communication entre les chambres de répartition 9,10 des grandes faces 1, 1' et l'espace de coulée 4 est assurée non par des fentes 11,12, mais par des perforations 22. Les ensembles bouchon 14-17 / tiges 18-21 sont remplacés par des tringles 23 enfoncées en permanence dans les chambres de répartition 9, 10 et ne débordant pas, ou très peu, des faces latérales externes des grandes parois 1, 1'. Ces tringles 23 ont un diamètre égal (à un jeu fonctionnel près) à celui des chambres de répartition 9, 10. Elles sont munies sur leur surface externe d'encoches 24-28 de différentes longueurs débouchant dans la chambre de répartition 9, 10, dont on verra plus loin la fonction. Elles comportent également à l'extérieur de la lingotière des moyens (non représentés) pour leur imprimer une rotation selon des angles déterminés à l'intérieur de la chambre de répartition 9, 10. Dans l'exemple de mise en oeuvre représenté sur la figure 2c, la lubrification de la petite paroi 2 est assurée au moyen d'une fente 13' (similaire à la fente 13 de la figure 1) dans laquelle débouche la conduite 7. Cette petite paroi 2 peut être placée en différentes positions, comprises entre une position 29 correspondant à la plus faible largeur désirée pour l'espace de coulée 4 et une position 30 correspondant à la largeur la plus élevée possible pour ledit espace de coulée 4. Selon la position de la petite paroi 2, un nombre plus ou moins grand de perforations 22 débouche à l'intérieur de l'espace de coulée 4. En conséquence, selon l'invention, sur chaque grande face 1, 1' de la lingotière on règle la position angulaire de la tringle 23 (et de la tringle qui lui fait face à l'autre extrémité non représentée de la chambre de répartition 9) de manière à placer l'une des encoches 24-28 face auxdites perforations. Le choix de l'encoche 24-28 en question est déterminé par sa longueur, qui doit être telle qu'elle ouvre l'accès de l'huile à toutes les perforations débouchant dans l'espace de coulée 4, et seulement à celles-ci, de manière à ce que l'espace de coulée 4 soit correctement lubrifié sur toute sa largeur et que de l'huile ne se déverse pas à l'extérieur de la lingotière. Dans l'exemple de configuration représenté sur la figure 2, c'est l'encoche 24 qui répond à ce besoin. De manière générale, on peut prévoir sur la tringle 23 une encoche 24-28 de moins qu'il n'est prévu de positions possibles pour la petite paroi 2, puisque lorsque l'espace de coulée 4 a sa largeur minimale, il faut placer la tringle 23 de manière à ce qu'aucune encoche ne soit située en face des perforations 22. A titre indicatif, la tringle 23 peut avoir un diamètre de l'ordre de 50 mm, et les encoches 24-28 une largeur correspondant au diamètre des perforations 22, soit environ 0,5 mm. En variante, comme montré sur la figure 2d, les encoches 24-28 peuvent être remplacées par un évidement unique 31 dont la largeur diminue au fùr et à mesure que l'on s'éloigne de la chambre de répartition 9, 10. Cet évidement 31, dans l'exemple représenté, est en forme de demi-cône. Selon l'angle de rotation donné à la tringle 23, I'évidement 31 se retrouve face aux perforations 22 sur une longueur plus ou moins importante, et cette longueur détermine le nombre de perforations 22 qui seront accessibles à l'huile. Comme dans la variante précédente, cette huile peut être injectée dans la chambre de répartition 9 par la conduite 5, ou à travers la tringle 23 elle-même et sa symétrique présente à l'autre extrémité de la chambre de répartition 9. Comme on l'a dit, I'invention est, de manière privilégiée, applicable au cas des lingotières équipées d'une réhausse en réfractaire, pour lesquelles elle permet d'adapter sans complications excessives le principe de la lingotière à largeur variable à la demande. Mais elle est aussi applicable aux lingotières à largeur variable classiques, pour lesquelles elle rend possible le choix d'une lubrification par huile si on désire s'affranchir des inconvénients d'une lubrification qui serait assurée par une poudre de couverture. On peut alors se permettre de choisir une composition de poudre de couverture médiocrement adaptée à la lubrification de l'interface lingotière-produit, mais très bien adaptée au piégeage des inclusions non-métalliques et à la protection du métal liquide contre l'oxydation par l'atmosphère. Il est également entendu que l'invention est applicable à la coulée d'autres métaux que l'acier, par exemple l'aluminium. REVENDICATIONS 1) Lingotière à largeur variable pour la coulée continue de produits métalliques, notamment en acier, du type comportant deux grandes parois (1, 1') situées à une distance fixe l'une de l'autre et deux petites parois (2, 2') mobiles reliant lesdites grandes parois (1, 1') et dont l'écartement définit la largeur de l'espace de coulée (4) délimité par lesdites parois (1, 1', 2, 2'), caractérisée en ce que chacune des grandes parois (1, 1') comporte un dispositif assurant sa lubrification par une injection d'huile au travers de ladite grande paroi (1, 1'), ledit dispositif comprenant un ou des orifices mettant en communication l'espace de coulée (4) et une chambre de répartition (9, 10) ménagée dans chacune des grandes parois (1, 1'), et des moyens pour obstruer partiellement le ou lesdits orifices de manière à éviter un écoulement d'huile hors de l'espace de coulée (4) lorsqu'on ne lui confère pas sa largeur maximale. 2) Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit orifice est constitué par une fente (11, 12) s'étendant sur toute la largeur de la grande paroi (1, 1'), et en ce que lesdits moyens pour l'obstruer partiellement sont constitués par des bouchons (14-17) dont le contour épouse ceux de la fente (11, 12) et de la chambre de répartition (9, 10) et dont l'enfoncement dans la chambre de répartition (9, 10) peut être réglé par des moyens (18-21). 3) Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits orifices sont constitués par une série de perforations (22) réparties sur toute la largeur de la grande paroi (1, 1'), et en ce que lesdits moyens pour les obstruer partiellement sont constitués par des bouchons dont le contour épouse celui de la chambre de répartition (9, 10) et dont l'enfoncement dans la chambre de répartition (9, 10) peut être réglé par des moyens (18-21). 4) Lingotière selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits bouchons (14-17) et/ou lesdits moyens d'enfoncement (18-21) présentent une souplesse et/ou des points d'articulation autorisant leur rabattement le long desdites grandes parois (1, 1'). 5) Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits orifices sont constitués par une série de perforations (22) réparties sur toute la largeur de la grande paroi (1, 1'), et en ce que lesdits moyens pour les obstruer partiellement sont constitués par des tringles (23) comportant sur une partie de leur surface externe au moins un évidement débouchant dans la chambre de répartition (9, 10), lesdites tringles (23) comportant des moyens pour leur imprimer une rotation selon des angles déterminés. 6) Lingotière selon la revendication 5, caractérisée en ce que le ou lesdits évidements sont constitués par au moins une encoche (24-28). 7) Lingotière selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'évidement est constitué par un évidement unique dont la largeur diminue au fùr et à mesure que l'on s'éloigne de la chambre de répartition (9, 10). 8) Lingotière selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'alimentation en huile des chambres de répartition (9, 10) est effectuée à travers lesdits moyens pour obstruer lesdits orifices. 9) Lingotière selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une réhausse en matériau réfractaire.