Brevet FR2773729A1 — publié le 19990723

La présente invention se rapporte au domaine de l'électrométallurgie et a notamment pour objet un procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre sous laitier électroconducteur. L'invention peut être utilisée pour la fabrication de cylindres de laminoir, ceux-ci étant soumis à des contraintes mécaniques et thermiques élevées, il est primordial que la liaison entre l'enveloppe métallique et l'arbre soit parfaite sur toute sa longueur. Dans les procédés connus d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre de composition métallique différente, on déplace premièrement l'arbre dans une lingotière en lui communiquant une oscillation verticale continue associée à un mouvement vertical de descente. La lingotière est constituée d'une partie supérieure chauffée au moyen d'une source de courant et d'une partie inférieure refroidie au moyen d'un circuit de circulation d'eau. On coule un métal d'apport en fusion dans un espace ménagé par la paroi interne de la lingotière et la paroi externe dudit arbre, cette première coulée en se solidifiant au contact de la partie inférieure de ladite lingotière forme un fond déplacable pour ladite lingotière. On recouvre ensuite cette première coulée de métal d'apport par un laitier électroconducteur qui est animé d'un mouvement de rotation au moyen d'un courant basse fréquence appliqué à la partie supérieure de la lingotière. Dans toute la suite du procédé, le métal d'apport en fusion est déversé par gorgées successives dans ledit espace délimité par la lingotière et l'arbre. Les procédés ci-dessus mentionnés présentent un inconvénient majeur du fait que la première coulée de métal d'apport liquide se refroidie et se solidifie sans avoir été épurée préalablement par l'action du laitier électroconducteur. Pour cette raison, la qualité de la partie inférieure de l'enveloppe métallique est insuffisante. Elle ne s'améliore qu'une fois le laitier électroconducteur versé dans la lingotière et au fur et à mesure de l'amenée du métal d'apport en fusion. En outre, étant donné que le décapage de la paroi externe de l'arbre en l'absence de laitier n'a pas pu être effectué correctement, la qualité de la liaison entre i'enveloppe et l'arbre est médiocre. Les cylindres de laminoir ainsi obtenus doivent donc subir une opération d'usinage importante afin d'éiiminer ladite partie inférieure de l'enveloppe métallique constituée par le métal d'apport non purifié. Ces procédés ont donc pour principal inconvénient de conduire à une opération d'usinage très onéreuse étant donné que les cylindres de laminoir pèsent plusieurs tonnes, voire parfois plusieurs dizaines de tonnes. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients qui viennent d'être rappelés, et ce grâce à un procédé perfectionné de réalisation d'une enveloppe métallique sur un arbre qui, en comparaison des procédés usuels, permet d'améliorer la qualité de l'enveloppe métallique et ia liaison de cette dernière avec l'arbre sur toute sa longueur et d'élever la qualité du métal lui-même. Ce but est atteint, conformément à l'invention au moyen d'un procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre sous laitier électroconducteur dans une lingotière, du type consistant à chauffer la partie supérieure de la lingotière dont la paroi interne délimite avec la paroi externe dudit arbre un espace dans lequel on coule un métal d'apport constitutif de l'enveloppe, ledit procédé étant caractérisé en ce que - on descend l'arbre verticalement et coaxialement dans la lingotière avec une vitesse continue - on fond puis on coule dans ledit espace de la lingotière le laitier électroconducteur en fusion destiné à former le bain laitier; - on maintient ledit laitier électroconducteur à une température adaptée à la température de fusion de l'arbre et on lui communique un mouvement de rotation; - on coule le métal d'apport en fusion qui est purifié en traversant le laitier; et - on refroidit la partie inférieure de la lingotière. Selon une caractéristique, I'alimentation de la lingotière en métal d'apport en fusion à partir d'un four de maintien se fait par quantités limitées ou gorgées successives séparées par des intervalles de non coulées. Selon une autre caractéristique, le métal d'apport est préalablement fondu et mis à l'analyse dans un four à induction puis transféré dans un four de maintien avant d'être versé dans la lingotière. Selon encore une autre caractéristique, le laitier électroconducteur est fondu dans un four à électrode non consommable constitué par un creuset et une électrode en graphite avant d'être versé dans la lingotière. L'invention a aussi pour objet un cylindre de laminoir comportant un arbre et une enveloppe métallique de composition métallurgique différente caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé mentionné ci-dessus. Selon une caractéristique avantageuse, L'arbre dudit cylindre de laminoir est réalisé dans une matière telle que de l'acier coulé ou forgé ou de la fonte à graphite sphéroïdale ou lamellaire. En comparaison des procédés connus, le procédé selon l'invention permet de résoudre de façon simple et efficace le problème de l'élaboration d'une enveloppe métallique sur un arbre tout en assurant une parfaite qualité de la partie inférieure de l'enveloppe métallique. Les cylindres de laminoir, obtenus par ce procédé, présentent une meilleure microstructure aussi bien qu'une pureté élevée, c'est à dire qu'ils ont des teneurs en inclusions non métalliques, en soufre et en d'autres impuretés néfastes considérablement réduites sur toute la longueur de l'enveloppe métallique. L'absence d'une opération d'usinage d'une portion de l'enveloppe métallique a pour effet de réduire notablement les dépenses de maind'oeuvre et le prix de revient de tout le processus de fabrication de la pièce obtenue en comparaison de la technologie connue. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple de réalisation non limitatif est décrit dans ce qui suit, avec renvoi au dessin unique annexé montrant un dispositif pour ia mise en oeuvre du procédé de l'invention représenté en coupe longitudinale suivant un plan vertical. Le dispositif servant à mettre en oeuvre le procédé est constitué d'une lingotière 3, qui se compose d'une partie supérieure 31 et d'une partie inférieure 32. La partie supérieure 31 est séparée de la partie inférieure 32 par un anneau 7 électriquement isolant. Les deux parties 31 et 32 sont de formes tubulaires à sections rectangulaires creuses. La partie supérieure 31 est directement reliée à une source de courant continu superposée à un courant basse fréquence (non représenté). Ainsi la partie supérieure 31 forme une première électrode de chauffage, une seconde électrode de chauffage étant formé par l'arbre 1. Cette partie supérieure 31 est également pourvue d'une fente 8 disposée verticalement afin de réaliser une self d'induction à une spire. D'autre part, la partie inférieure 32 est équipée d'un système de refroidissement (non représenté) afin de solidifier le métal d'apport 6 lorsque celui-ci est à son contact. La partie supérieure 31 et la partie inférieure 32, ont un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre extérieur recherché pour l'enveloppe métallique. Le procédé de réalisation d'une enveloppe métallique consiste en ce qui suit. L'arbre 1 est descendu au moyen d'un système de commande (non représenté) vers la lingotière 3 suivant le sens F. La descente se fait à une vitesse constante de l'ordre de 10 à 15 mm par minute pour des cylindres d'un diamètre de l'ordre de 300 à 400 mm et à une vitesse de 7 à 8 mm par minute pour des cylindres dont le diamètre est de l'ordre de 700 à 800 mm. Lors de la descente, L'arbre 1 doit être disposé verticalement et coaxialement à la lingotière 3. Un anneau 4 est disposé sur l'arbre 1 de façon à former un fond pour la lingotière 3. Une fois l'anneau 4 situé au niveau de la partie inférieure 32, on verse le laitier liquide électroconducteur 5, qui a été préalablement fondu dans un four à électrode non consommable constitué par un creuset et une électrode en graphite, dans l'espace formé par la paroi interne 30 de la lingotière et la paroi externe de l'arbre 1. Le laitier électroconducteur 5 est ensuite mis en rotation grâce au courant basse fréquence appliqué à la partie supérieure 31 pourvue d'une fente 8 verticale. Le laitier est également maintenu à température, ce qui assure à la fois un préchauffage et un décapage de l'arbre. Afin d'obtenir un décapage satisfaisant de l'arbre 1, la vitesse de rotation du laitier 5 qui dépend de l'intensité du courant, des propriétés physiques et chimiques du laitier et de la taille de la lingotière 3 doit se situer entre 40 et 60 tours par minute. II est important de préciser que la température du laitier électroconducteur 5 est adaptée à la température de fusion de l'arbre 1 et sa composition à celle dudit arbre. Le métal d'apport 6, ayant une composition chimique différente de la composition chimique du métal constituant l'arbre 1, est préparé et mis à l'analyse dans un appareil à fusion tel qu'un four à induction, puis est transféré dans un four de maintien. Une fois l'opération de décapage de l'arbre 1 par le laitier électroconducteur 5 effectuée, on verse par petites quantités ou gorgées successives le métal d'apport 6 en fusion contenu dans le four de maintien dans la lingotière 3. Plus précisément, le métal d'apport 6 est coulé dans l'espace défini par la paroi interne 30 de la lingotière 3 et la paroi externe de l'arbre 1. L'alimentation du métal d'apport 6 dans la lingotière 3 à partir du four de maintien peut se faire par l'intermédiaire de moyens connus, par exemple un entonnoir. Ainsi, lors de la première coulée, le métal d'apport 6 en fusion traverse le bain de laitier par gravitation et est purifié par l'action dudit laitier électroconducteur 5 notamment par élimination des inclusions oxydées. De plus, le métal d'apport 6 est également animé d'un mouvement de rotation lors de la traversée du laitier électroconducteur 5, ce qui permet d'obtenir une répartition homogène du métal d'apport 6. De ce fait, une masse de métal liquide se forme au-dessus de l'anneau 4 disposé sur l'arbre 1. Cette masse de métal liquide se solidifie au contact de la paroi interne de la partie inférieure 32 qui est refroidie. Le système de refroidissement peut par exemple être réalisé par une circulation d'eau au travers de la section transversale rectangulaire de ladite partie inférieure. La première coulée de métal d'apport 6 liquide ainsi solidifiée et purifiée forme un nouveau fond déplaçable de la lingotière 3 pour les prochaines coulées de métal d'apport en fusion qui formeront également des tronçons successivement déplaçables. L'anneau 4 étant fixé par quelques points de soudure à l'arbre 1, il est nécessaire de l'éliminer par burinage ou par usinage à la fin du procédé d'élaboration de l'enveloppe métallique 2 sur ledit arbre 1. Par ailleurs, pour obtenir une enveloppe métallique 2 de qualité optimale, I'alimentation du métal d'apport 6 en fusion à partir du four de maintien se fait par quantité limitée de 5 à 10 kg par apport séparé par des intervalles de non coulées adaptés à la vitesse de descente dudit arbre 1 et du débit de métal d'apport 6. Le débit total de métal d'apport 6 en fusion est de l'ordre de 400 à 600 kg par heure. Le procédé selon l'invention peut être aussi appliqué aux cylindres de laminoir dont l'enveloppe métallique a atteint un diamètre limite de mise hors service. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élaboration d'une enveloppe métallique (2) sur un arbre (1) sous laitier électroconducteur (5) dans une lingotière (3), du type consistant à chauffer la partie supérieure (31) de la lingotière (3) dont la paroi interne (30) délimite avec la paroi externe dudit arbre (1) un espace dans lequel on coule un métal d'apport (6) constitutif de ladite enveloppe métallique (2), caractérisé en ce qu': - on descend l'arbre (1) verticalement et coaxialement dans la lingotière (3) avec une vitesse continue - on fond puis on coule dans ledit espace de la lingotière (3) le laitier électroconducteur (5) en fusion destiné à former le bain de laitier; - on maintient ledit laitier électroconducteur (5) à une température adaptée à la température de fusion de l'arbre (1) et on lui communique un mouvement de rotation - on coule le métal d'apport (6) en fusion qui est purifié en traversant le laitier; et - on refroidit la partie inférieure (32) de la lingotière (3). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation de la lingotière (3) en métal d'apport (6) en fusion à partir d'un four de maintien se fait par quantités limitées ou gorgées successives séparées par des intervalles de non coulées. 3 - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le métal d'apport (6) est préalablement fondu et mis à l'analyse dans un four à induction puis transféré dans un four de maintien avant d'être versé dans la lingotière (3). 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le laitier électroconducteur (5) est fondu dans un four à électrode non consommable constitué par un creuset et une électrode en graphite avant d'être versé dans la lingotière (3). 5 - Cylindre de laminoir du type comportant un arbre (1) et une enveloppe métallique (2) de composition métallurgique différente, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4. 6 - Cylindre de laminoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arbre (1) est réalisé dans une matière telle que de l'acier coulé ou forgé ou de la fonte à graphite sphéroïdale ou lamellaire.