Brevet FR2775916A1 — publié le 19990917

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DU PROFIL D'EPAISSEUR D'UNE BANDE METALLIQUE MINCE OBTENUE PAR COULEE CONTINUE ENTRE MOULES MOBILES DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé et un dispositif pour obtenir une bande métallique mince ayant un profil d'épaisseur contrôlé et constant par coulée continue entre moules mobiles, par exemple entre blocs, entre rubans, entre blocs et rubans ou de préférence entre cylindres refroidis. Elle est principalement relative à l'aluminium et ses alliages. ETAT DE LA TECHNIQUE ET PROBLEME POSE Les installations de coulée continue entre moules mobiles comprennent généralement un four alimentant en métal liquide, à l'aide d'une goulotte, un dispositif d'injection répartissant uniformément ledit métal liquide dans l'entrefer situé entre les moules mobiles. Ce dispositif comprend au moins un injecteur ayant une extrémité avale de la largeur de la bande à couler et dont les lèvres ont une forme adaptée à celle des moules; en général il comprend également un bac d'injecteur situé en amont dudit injecteur. Une telle coulée permet de d'obtenir des bandes ayant typiquement une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm. Lors de la coulée continue de bandes de grande largeur, en général supérieure à 1 m, entre moules mobiles on cherche à obtenir une bande ayant une épaisseur donnée et un profil d'épaisseur constant adapté à l'usage qui sera ensuite fait de la bande. Habituellement ce profil doit présenter un léger bombé alors que les deux rives de la bande doivent être d'épaisseur égale et constante; ce bombé, calculé comme étant le rapport de l'écart d'épaisseur entre le centre et les rives sur l'épaisseur au centre, est généralement de l'ordre de 0,5 à 1%. Il est indispensable de bien maîtriser ce profil et de le maintenir constant ce qui est d'autant plus difficile à obtenir que l'épaisseur de la bande est faible, en particulier pour les bandes les plus minces d'épaisseur inférieure à 5 mm. En effet les outils de transformation donnent une tolérance absolue ce qui, dans le cas d'une bande mince, correspond à une augmentation de la tolérance relative; or l'objectif est d'obtenir une tolérance relative la plus faible possible, cela implique donc de maintenir la tolérance absolue dans des limites d'autant plus strictes que l'épaisseur de la bande mince est faible. A titre d'illusfration, la tolérance relative à obtenir sur le bombé d'une bande est généralement de + 0,2%, ce qui se traduit pour une bande d'épaisseur de 5mm ayant un bombé de 0,7%, soit 35p.m, par une tolérance (+ 0,2%) de + 10prm, alors que pour une bande d'épaisseur de 2, 5mm ayant un bombé de 0,7%, soit 17,5pm, la tolérance de + 0,2% devient + 5pm plus difficile à tenir. L'épaisseur de la bande est donnée par la dimension de 'enfrefer résultant principalement des efforts exercés par les cylindres sur le métal en cours de solidification et solidifié et par la vitesse de coulée. Le préalable pour obtenir une épaisseur constante est d'avoir une veine de métal liquide uniforme en vitesse et en température dans le dispositif d'injection de façon à obtenir un front de solidification le plus uniforme possible dans l'entrefer. On réalise cette uniformité à l'aide des actionneurs connus que sont les efforts exercés par les cylindres sur le métal, la vitesse de coulée, la lubrification ou le refroidissement des cylindres, comme cela est bien connu en laminage. Ceci est par exemple décrit dans les brevets US 4550767 (Alcoa), 4751958 (Hunter), 5452827 (Eckert). Quant à la régulation du profil d'épaisseur de la bande mince, les moyens habituels utilisés pour l'obtenir consistent à agir sur la répartition des efforts appliqués sur le métal par les cylindres, à moduler le refroidissement des cylindres pour modifier leur bombé et/ou à adapter la lubrification appliquée lors de la coulée. Pour illustrer ces différents moyens, les brevets EP 0407978 (Hunter), US 4944342 (Lauener) décrivent par exemple des actions sur le refroidissement des cylindres pour en modifier le bombé thermique, le brevet EP 0228038 (Alcoa) décrit des actions sur les couples et les efforts pour contrôler la position du front de solidification, le brevet WO 95/23662 (Davy Mc Kee) décrit l'obtention d'un poteyage uniforme, le brevet EP 0081848 (Hazelet) décrit, dans une coulée entre rubans, des actions sur le maintien en appui et la forme des rouleaux supports de la bande. Ainsi on voit que dans tous ces procédés on agit sur le métal solide ou en cours de solidification pour contrôler le profil d'épaisseur de la bande. Ces moyens sont insuffisants pour obtenir un profil d'épaisseur régulier au cours de la coulée et difficiles à mettre en oeuvre. Ils pourraient être suffisants si le front de solidification était parfaitement uniforme; or la simple présence d'obstacles dans l'écoulement de liquide, ce qui est généralement le cas, introduit des perturbations qui conduisent fatalement à des imperfections dudit front de solidification. Ainsi la demanderesse a cherché à améliorer la régularité et le contrôle du profil d'épaisseur par des moyens simples permettant de se substituer ou de compléter les moyens usuels, ledit profil d'épaisseur devant rester dans les tolérances demandées par le transformateur ultérieur qui sont d'autant plus difficiles à respecter que la bande est mince. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention est un procédé de coulée continue entre moules mobiles d'une bande métallique comprenant l'alimentation en métal liquide d'un dispositif d'injection comportant au moins un injecteur, et optionnellement un bac d'injecteur situé en amont dudit injecteur, ledit métal liquide se répartissant par l'extrémité avale dudit injecteur dans l'entrefer des moules mobiles, caractérisé en ce que l'on déforme le front de solidification du métal liquide entre les moules mobiles pour obtenir le profil d'épaisseur de bande souhaité. Le front de solidification du métal liquide représente l'interface séparant la phase liquide de la phase solide et se situe dans l'entrefer. La demanderesse a ainsi cherché à agir uniquement sur le métal liquide pour compléter les, ou se substituer aux, moyens usuels de contrôle de la régularité du profil d'épaisseur alors que les moyens usuels, comme cela a été déjà dit, ne s'intéressaient qu'au métal solide ou en cours de solidification. L'invention consiste donc à imposer une distfribution des vitesses et un profil thermique à la sortie du dispositif d'injection du métal liquide tels que la déformation du front de solidification obtenue soit adaptée au profil d'épaisseur de bande recherché. Il est remarquable de noter qu'en agissant simplement sur la thermique et/ou l'écoulement du métal liquide dans le dispositif d'injection, comprenant un injecteur et optionnellement un bac d'injecteur, on dispose d'un moyen suffisamment efficace pour contrôler le profil d'épaisseur de bande. Auparavant il était au contraire recherché de régulariser le plus possible le front de solidification car c'était un préalable à l'obtention d'un bon profil d'épaisseur de bande. A cet effet on peut par exemple voir dans le document US 4751958 (Hunter), précédemment cité, que l'injecteur comporte des entretoises destinées à y régulariser l'écoulement de métal liquide. Comme cela a été déjà dit le dispositif d'injection peut comporter un bac d'injecteur, situé en amont et solidaire de l'injecteur, dont la fonction est d'assurer une première répartition du métal liquide, celle de l'injecteur étant de compléter cette répartition et d'amener le métal liquide dans l'entrefer. Le bac d'injecteur recevant le métal liquide comprend généralement un fond et deux parois latérales. L'injecteur comprend généralement un fond, deux parois latérales et une paroi supérieure faisant face au fond; les parois latérales peuvent fêtre convergentes, parallèles ou divergentes; le fond et la paroi supérieure sont généralement convergents ou parallèles. Son extrémité avale est profilée pour introduire le métal liquide entre les moules mobiles ou les cylindres et l'y répartir sur toute leur largeur. Pour réaliser la déformation du front de solidification, on utilise au moins l'un des moyens suivants. Tout d'abord au moins une chicane mobile, généralement plane et en une seule pièce, peut être disposée dans le bac d'injecteur et barrer transversalement et au moins partiellement le courant de métal liquide; il est avantageux selon l'invention que de chaque côté de la chicane il y ait un espace la séparant des parois latérales du bac d'injecteur. Sa largeur représente entre 40 et 95% de la largeur du bac d'injecteur. Elle peut être déplacée ou orientée dans plusieurs directions. Ainsi elle peut coulisser verticalement ou être déplacée transversalement en augmentant l'espace latéral à une de ses extrémités tout en réduisant d'autant l'espace latéral situé à l'autre extrémité; ce mouvement permet de déformer le front de solidification. Ses extrémités latérales peuvent être déplacées indépendamment l'une de l'autre dans le sens vertical et/ou horizontal. La chicane peut encore être déplacée autour d'axes horizontaux, verticaux ou obliques mais aussi en avant ou en arrière, c'est à dire parallèlement au sens du courant de métal liquide. Le déplacement peut également combiner tous ces mouvements. Ces déplacements simples à effectuer permettent de modifier les profils thermiques et de vitesse de veines de métal liquide et ainsi de déformer le front de solidification de la façon souhaitée, et cela d'autant mieux que la chicane laisse un passage à chacune de ses extrémités latérales en plus du passage inférieur, pour contrôler le profil d'épaisseur de bande. On prévoit généralement d'adapter la forme du bac d'injecteur à la chicane pour que cette dernière soit plus efficace et on note qu'il peut avantageusement être de dimensions réduites par rapport à la largeur de l'injecteur. On peut aussi prévoir l'installation d'au moins un déflecteur orientable, de préférence profilé comme une aile d'avion, dans l'injecteur entre le fond et la face supérieure. Il permet comme précédemment de modifier l'écoulement donc le chemin thermique du métal liquide; mais on préfère l'utiliser en complément de la chicane car sa mise en oeuvre est moins aisée. On peut encore prévoir d'installer des moyens permettant de modifier localement la température de veines de métal liquide et de déformer ainsi le front de solidification, par exemple des isolations ou écrans thermiques mobiles ou encore des moyens de chauffage et/ou refroidissement implantés sur ou dans les parois du dispositif d'injection (bac d'injecteur ou de préférence injecteur). Ces moyens peuvent comporter une pluralité des résistances électriques et/ou également une pluralité de tubes de fluide colo- et/ou frigo-porteur, liquide ou gazeux, répartis à la surface du dispositif d'injection ou noyés dans ses parois et alimentés individuellement. L'emploi séparé ou en combinaison d'une chicane mobile, de déflecteurs orientables ou de moyens thermique capables de modifier localement la température et/ou la vitesse de veines de métal liquide, tout en étant simple d'emploi, permettent de déformer le front de solidification et de contrôler de façon efficace la régularité du profil d'épaisseur de bande à obtenir. Il en résulte qu'en déformant judicieusement le front de solidification on peut compenser de façon inattendue les irrégularités de réglage ou de fonctionnement de la coulée continue entre moules mobiles. Ainsi, par exemple quand l'examen en continu du profil d'épaisseur de la bande mince montre une épaisseur insuffisante de l'une de ses rives, on peut augmenter l'espace latéral correspondant à cette rive en déplaçant transversalement la chicane, sans avoir à rechercher la cause de ce défaut et à y remédier, de façon à faire reculer localement et rapidement le front de solidification. Quand c'est le bombé de la bande qui est trop prononcé, on peut relever la chicane. L'invention concerne également un dispositif permettant d'obtenir la déformation du front de solidification, c'est à dire un dispositif de coulée continue entre moules mobiles comportant une alimentation en métal liquide incluant au moins un injecteur, optionnellement un bac d'injecteur situé en amont dudit injecteur et l' un au moins des moyens suivants: une chicane mobile barrant transversalement et au moins partiellement le flux de métal liquide dans le bac d'injecteur, au moins un déflecteur orientable, de préférence profilé comme une aile d'avion, dans l'injecteur, des moyens permettant de modifier localement la température du métal liquide dans le dispositif d'injection. La chicane peut être équipée à chacune de ses extrémités de volets mobiles permettant de modifier les dimensions de l'espace latéral. Les déplacements et/ou l'orientation de la chicane, I'orientation des déflecteurs et/ou le réglage local de la température peuvent être automatisés et asservis en fonction des défauts observés et des caractéristiques de l'alimentation en métal liquide. La figure 1 représente une alimentation en métal liquide, vue en coupe (a) et en plan (b), permettant d'effectuer le procédé selon l'invention. La figure 2 représente un exemple de résultat obtenu avec le procédé selon Il'invention. Dans la fig. 1 I'alimentation en métal liquide comporte une goulotte (1) d'amenée de métal liquide, un bac d'injecteur (2) avec une chicane (3) mobile dans plusieurs directions, selon l'invention, permettant de déformer le front de solidification et un injecteur (4) ayant des lèvres (5) de sortie profilées adaptées aux moules mobiles entre lesquels elles infroduisent le métal liquide. On voit que de chaque côté de la chicane (3) il y a un espace (6) la séparant des bords du bac d'injecteur (2). La figure 2 représente l'évolution du profil d'épaisseur de bande dans le temps, mesuré en continu avec une jauge d'épaisseur à rayons X, lorsqu'on déforme le front de solidification en modifiant la position d'une chicane mobile comme celle de la figure 1. On voit qu'à l'instant t les rives de la bande sont complètement dissymétriques avec un basculement (noté: BASC), qui est l'écart d'épaisseur entre les deux rives, de 166pm trop important et un bombé (noté: BOMBE) de 1,24% également trop important et complètement déporté sur la droite. En jouant uniquement sur l'alimentation en métal liquide par déplacement de la chicane on voit qu'en une demi-heure le basculement et le bombé trop importants et décentré ont été corrigés pour les amener finalement respectivement à moins de 5p.m et à environ 0,5%, valeurs difficiles à obtenir autrement. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée continue entre moules mobiles d'une bande métallique comprenant l'alimentation en métal liquide d'un dispositif d'injection comportant au moins un injecteur (4), et optionnellement un bac d'injecteur (2) situé en amont dudit injecteur (4), ledit métal liquide se répartissant par l'extrémité avale dudit injecteur (4) dans l'entrefer des moules mobiles, caractérisé en ce que l'on déforme le front de solidification du métal liquide entre les moules mobiles pour obtenir le profil d'épaisseur de bande souhaité. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la déformation du front de solidification est obtenue par l'un au moins des moyens suivants: le déplacement ou l'orientation d'une chicane (3) mobile disposée dans le bac d'injecteur (2) et barrant transversalement le flux de métal liquide; 15. I'orientation d'au moins un déflecteur, de préférence profilé comme une aile d'avion, orientable situé dans l'injecteur (4); la modification locale de la température de veines de métal liquide dans le dispositif d'injection à l'aide de moyens implantés sur, ou noyés dans, les parois dudit dispositif d'injection. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la chicane (3) mobile occupe seulement une partie de la largeur du flux de métal liquide dans le bac d'injecteur (2), de préférence entre 40 et 95% de cette largeur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que la chicane (3) mobile est déplacée verticalement, transversalement, en avant, en arrière par rapport au flux de métal liquide et/ou autour d'axes verticaux, horizontaux ou obliques. /05/1998 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la modification locale de la température du métal liquide est obtenue à l'aide d'isolations ou écrans thermiques mobiles et/ou de moyens de chauffage et/ou refroidissement implantés sur ou dans les parois du bac d'injecteur (2) ou de préférence de l'injecteur (4). 6. Dispositif de coulée continue entre moules mobiles refroidis d'une bande métallique mince, permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant au moins un injecteur (4), optionnellement un bac d'injecteur (2) situé en amont dudit injecteur (4) et I' un au moins des moyens suivants: une chicane (3) mobile barrant transversalement et au moins partiellement le flux de métal liquide dans le bac d'injecteur (2), au moins un déflecteur orientable, de préférence profilé comme une aile d'avion, dans l'injecteur (4), des moyens permettant de modifier localement la température du métal liquide dans le dispositif d'injection. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la chicane (3) mobile est déplaçable verticalement, transversalement, parallèlement au flux de métal liquide et/ou orientable par rapport à des axes verticaux, horizontaux ou obliques et n'occupe pas toute la largeur dudit flux. /05/1998