Brevet FR2787360A1 — publié le 20000623

FACE LATERALE POUR INSTALLATION DE COULEE CONTINUE DE BANDES MNETALLIQUES L'invention concerne la coulée continue des métaux. Elle concerne plus particulièrement les installations de coulée continues de bandes minces métalliques du type appelé " >. La coulée de bandes minces métalliques de quelques mm d'épaisseur directement à partir de métal liquide (acier, acier inoxydable et autres alliages ferreux, cuivre, par exemple) peut avoir lieu sur une installation dite de "( coulée entre cylindres >", alimentée en i0 métal liquide à partir d'un répartiteur, au moyen d'une busette de coulée. La machine comporte une lingotière dont l'espace de coulée est délimité sur ses grands côtés par une paire de cylindres refroidis intérieurement à axes horizontaux parallèles et tournant autour de ces axes en sens inverses, et sur ses petits côtés par des plaques de fermeture en matériau réfractaire, appelées " faces latérales ">, qui sont appliquées par des organes de poussée contre les extrémités planes des cylindres. La solidification du métal liquide se produit contre les surfaces cylindriques refroidies des cylindres, par formation de peaux solidifiées que l'on fait se rejoindre au niveau du col (la zone o l'écart entre les surfaces des cylindres est minimal) pour former la bande, qui est extraite continûment de l'espace de coulée. Sur certaines installations (qui coulent généralement des produits d'épaisseur un peu plus forte), les cylindres peuvent être remplacés par des bandes refroidies en défilement, auxquelles on donne une forme incurvée à l'entrée de l'espace de coulée. Ces installations possèdent également des faces latérales semblables à celles des installations de coulée entre cylindres, et des moyens pour appliquer ces faces latérales contre les tranches des bandes. On les désigne habituellement par le terme >. Classiquement, chaque face latérale est constituée comme suit. Elle comporte en premier lieu une plaque support, en un matériau de préférence à fortes propriétés isolantes, tel que la silice. Le plus souvent, elle est fixée sur sa face arrière (celle tournée vers l'extérieur de l'espace de coulée) à une platine métallique sur laquelle agissent les organes de poussée. Mais si la plaque support possède une résistance mécanique et une rigidité suffisante, on peut prévoir que les organes de poussée exercent leur action directement sur la plaque support. Sur la face avant de cette plaque support, on dispose la partie active de la face latérale, c'est à dire le ou les matériaux qui sont destinés à venir au contact des cylindres et du métal liquide. Très souvent, les zones externes de cette partie active, qui doivent venir au contact des cylindres ou se trouver au voisinage du col, sont réalisées en un premier matériau pour lequel on privilégie les qualités de résistance à l'abrasion et à la corrosion par le métal liquide, tel que le SiAION* ou le carbure de silicium, et la zone centrale de cette partie active, qui doit être au contact du métal liquide, est réalisée en un second matériau pour lequel on privilégie les propriétés isolantes, tel que la mousse de silice. On désigne souvent le ou les éléments composant les zones externes par le terme " Les faces latérales, avant le début de la coulée, subissent un préchauffage qui vise à éviter la solidification de métal sur leur partie active au moment du remplissage de l'espace de coulée par le métal liquide. Les faces latérales ont une importance fondamentale dans la réussite d'une coulée de bandes métalliques entre cylindres, notamment de bandes d'acier. Une mauvaise étanchéité de leurs contacts avec les bords des cylindres peut conduire à des exfiltrations de métal liquide hors de l'espace de coulée, qui compromettent la régularité du fonctionnement de l'installation, donc la qualité de la bande. Dans les cas extrêmes, ces i0 exfiltrations peuvent conduire à arrêter la coulée. De même, une rupture en cours de coulée de l'un de ses éléments, ou une décohésion des multiples éléments composant la face active, conduisent à arrêter la coulée sans délai. Une attention toute particulière doit donc être apportée au choix des matériaux composant les faces latérales, dont certains (en particuliers les matériaux composant l'insert) sont très onéreux. De même, l'assemblage de la face latérale, et en particulier la réalisation de sa partie active, est une opération complexe qui doit être effectuée par du personnel hautement qualifié et soigneux, et cet assemblage (ainsi que le séchage des réfractaires et des matériaux de collage utilisés qui le suit) demande beaucoup de temps. Les faces latérales ne peuvent servir que pendant une seule coulée, après laquelle elles sont démontées, et au moins leur partie active est mise au rebut. Pour ces raisons, les faces latérales constituent l'un des principaux éléments du coût de fonctionnement d'une installation de coulée de bandes minces entre cylindres (ou, de manière générale, entre deux parois refroidies en défilement), et toute avancée technique qui permettrait de réduire les dépenses en temps et en matière qui leur sont liées, sans altérer leurs performances et leur fiabilité, est éminemment souhaitable. Le but de l'invention est de proposer une conception des faces latérales d'une installation de coulée de bandes métalliques minces entre deux parois refroidies en défilement dont le coût de fabrication et d'utilisation est sensiblement abaissé par rapport aux faces latérales de conception classique. A cet effet, l'invention a pour objet une face latérale d'obturation de l'espace de coulée d'une installation de coulée continue de bandes métalliques minces entre deux parois refroidies en défilement, notamment de " coulée entre cylindres >> ou de " coulée entre bandes ", du type comportant une plaque support, sur la face arrière de laquelle des organes de poussée exercent leur action en vue d'appliquer ladite face latérale sur les tranches desdites parois refroidies, éventuellement par l'intermédiaire d'une platine métallique solidaire de la face arrière de la plaque support, et une face active disposée contre la face avant de la plaque support, dont les portions latérales sont destinées à s'user au contact desdites tranches desdites parois refroidies sur une profondeur maximale " e "> et une largeur " >, la plaque support et la partie active étant mises au contact l'une de l'autre d'une manière permettant leur désolidarisation de manière non destructive, caractérisée en ce que la face avant de la plaque support présente dans sa partie centrale un évidement dont la profondeur est supérieure à inférieure à " 1 >>. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à concevoir la face latérale de manière à autoriser une utilisation de sa partie active pendant non plus une seule, mais deux coulées, en procédant à un simple retournement de cette partie active entre les deux coulées. A cet effet, on doit notamment donner une forme particulière à la face avant de la plaque support. On obtient ainsi des gains considérables sur le temps de préparation de la face latérale préalablement à la deuxième coulée de la série. 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 de face (figure la) et vue de dessus en section selon lb-Ib une face latérale de coulée de bandes minces selon l'art antérieur dans son état initial (figure lb), et vue de dessus en section selon lb-lb après son utilisation (figure lc); - la figure 2 qui montre vue de dessus en section selon lb-lb un premier exemple de face latérale de coulée de bandes minces selon l'invention dans son état initial, avant sa première utilisation (figure 2a) et avant sa deuxième utilisation (figure 2b); - la figure 3 qui montre vue de dessus en section selon lb-lb un deuxième exemple de face latérale de coulée de bandes minces selon l'invention dans son état initial, avant sa première utilisation; - la figure 4 qui montre vue de dessus en section selon lb-lb un troisième exemple de face latérale de coulée de bandes minces selon l'invention dans son état initial, avant sa première utilisation; - la figure 5 qui montre vue de dessus en section selon lb-lb un quatrième exemple de face latérale de coulée de bandes minces selon l'invention dans son état initial, avant sa première utilisation. Pour des raisons de clarté de l'exposé des principes de base de l'invention, les différents éléments des faces latérales n'ont pas été représentés à l'échelle sur les figures. Habituellement, les cylindres de coulée ont un diamètre de l'ordre de 500 à 1500 mm, et le col a une largeur de quelques mm, correspondant à l'épaisseur des bandes que l'on désire couler. L'exemple de face latérale 1 selon l'art antérieur, représenté schématiquement sur la figure 1, comporte les éléments suivants: - une plaque support 2 en matériau réfractaire aux propriétés isolantes élevées, solidaire sur sa face arrière 3 d'une platine métallique 4 refroidie, sur laquelle des organes de poussée (non représentés) exercent leur action dans la direction indiquée par les flèches , de manière à appliquer la face latérale I contre les tranches des cylindres de coulée; les contours 6, 6' desdits cylindres sont dessinés en pointillés, et le niveau du col 7 est indiqué par une ligne x-x en trait interrompu; -une partie active disposée sur la face avant 8 plane de la plaque support 2, et qui est composée de deux éléments, à savoir un coeur 9 en un matériau réfractaire dont on privilégie les propriétés isolantes (tel que la mousse de silice), et un insert 10 en un matériau réfractaire dont on privilégie les propriétés de résistance à l'usure par frottement et à la corrosion par le métal liquide (tel que le SiAlON , le carbure de silicium); dans l'exemple représenté, l'insert 10 est constitué par une pièce unique, mais il peut aussi être constitué par la juxtaposition de plusieurs pièces; le coeur 9 et l'insert 10 sont solidarisés l'un à l'autre, par exemple par collage, et l'ensemble de la partie active qu'ils constituent est enserré dans une ceinture 11, de préférence métallique, qui renforce sa cohésion. La plaque support 2 et la partie active coeur 9-insert 10 sont maintenues l'une contre l'autre, de préférence par des moyens permettent de les désolidariser après la coulée sans les détruire ou, au moins, sans détériorer la plaque support 2, de manière à ce que cette dernière puisse être réutilisée après ladite coulée. Un boulonnage, ou un berceau solidaire de la plaque support 2 ou intégré à elle et dans lequel on insère la partie active, sont des exemples de tels moyens. Après avoir été utilisée pendant une seule coulée, la face latérale I se trouve dans l'état représenté sur la figure lc. Les portions de l'insert 10 qui frottaient contre les cylindres ont été érodées sur une profondeur " e >> qui peut être de l'ordre de plusieurs mm, voire quelques cm, selon la durée de la coulée (typiquement, environ 10 mm), la nature du matériau de l'insert 10 et l'importance des frottements auxquels il a été soumis. Le coeur 9 a été creusé sous l'effet de la corrosion par le métal liquide, et aussi sous l'effet du frottement avec le métal liquide en mouvement à l'intérieur de l'espace de coulée 12. D'autre part, la partie active est souvent recouverte, au moins par endroits, d'une couche de métal solidifié 13 qui s'y est déposée en fin de coulée. Pour ces raisons, la partie active de la face latérale 1 n'est plus réutilisable lors d'une coulée ultérieure, à moins que l'on ne procède à un usinage de l'ensemble de la partie active afin de restaurer son état de surface initial, ce qui serait long et coûteux. Le premier exemple de face latérale selon l'invention 14, représenté sur la figure 2, lorsqu'il est vu de face, a le même aspect que la face latérale selon l'art antérieur 1 représentée en vue de face sur la figure la. Ce sera également le cas des autres exemples de face latérale selon l'invention qui seront décrits par la suite, sauf pour le quatrième exemple montré sur la figure 5). On ne présentera donc pas de vue de face spécifique pour les exemples de face latérale selon l'invention. Sur la figure 2, les éléments communs avec la face latérale 1 selon l'art antérieur sont désignés par les mêmes références. On y retrouve classiquement une plaque support 15 en matériau réfractaire isolant, dont la face arrière 3 est solidarisée avec une platine métallique 4 sur laquelle agissent les organes de poussée. En revanche, la face avant 16 de la plaque support 15 n'est pas plane: elle présente dans sa partie centrale, sur toute sa hauteur, un évidement 17 dont la forme et la fonction seront explicitées plus loin. La partie active de cette face latérale 14 a également une configuration particulière. Elle comporte une plaque centrale 18 en un réfractaire isolant à faible coefficient de dilatation (à base de silice, par exemple), présentant sur ses deux faces des évidements 19, 20. Dans chacun de ces évidements 19, 20, on loge un ensemble formé d'un coeur 21, 21' et d'un insert 22, 22', dont les constitutions et les dimensions (à la possible exception de l'épaisseur) sont identiques à celles du coeur 10 et de l'insert 9 de la face latérale 1 selon l'art antérieur précédemment décrite. Les deux ensembles coeur-insert i0 21-22, 21'- 22' sont solidarisés à la plaque centrale 18 au moyen d'une colle autorisant des déplacements relatifs des pièces collées suffisants pour absorber les dilatations différentielles dues aux natures différentes des matériaux mis en jeu. Un exemple de telle colle est constitué par le produit commercialisé sous la dénomination face latérale 1 de l'art antérieur (boulonnage, berceau). Après avoir été préparée et assemblée, la face latérale 14 selon l'invention est montée sur la machine de coulée, dans la position représentée sur la figure 2a, et utilisée de la manière habituelle pour une première coulée. En fin de cette première coulée, la face avant de la partie active se retrouve dans l'état précédemment décrit (et représenté sur la figure 1 c) de la face avant de la partie active de la face latérale 1 de l'art antérieur. Les cylindres ont usé les bords externes de l'insert 22 sur une épaisseur " e " et une largeur " première coulée peuvent en constituer la face arrière lors d'une deuxième coulée. Inversement, le coeur 21' et l'insert 22', qui constituaient la face arrière de la partie active lors de la première coulée en constituent la face avant lors de cette deuxième coulée. Cette simple opération de démontage, retournement et remontage, qui peut être effectuée très rapidement, a donc suffi pour retrouver une face latérale prête à l'emploi, alors que la préparation d'une nouvelle face latérale I du type selon l'art antérieur aurait été beaucoup plus longue. On notera, en particulier, qu'une opération de séchage des réfractaires et des matériaux de collage n'est pas nécessaire pour la préparation de la deuxième coulée, puisque tous les éléments de la face latérale 14 ont déjà subi ce séchage préalablement à la première coulée. Pour que l'opération de remontage de la face latérale 14 soit possible, l'évidement 17 de la plaque support 15 doit répondre aux conditions suivantes. Sa profondeur doit être suffisante pour que les parties de l'insert 22 et du coeur 21 qui sont en relief d'une épaisseur égale à " e >" (ou éventuellement supérieure à " e " dans les zones o du métal solidifié 13 est présent) par rapport aux bords externes usés de l'insert 22 puissent venir s'y loger après le retournement de la face active. Autrement dit, la profondeur de l'évidement 17 doit être supérieure à la somme de " e " et de l'épaisseur maximale des couches de métal solidifié 13. Il faut donc estimer au moins grossièrement les valeurs maximales que pourront prendre ces paramètres lors de la première coulée, et fabriquer la plaque support 15 en conséquence. On peut, éventuellement, dans ce calcul, ne prendre en compte que " e ", et décider que s'il y a du métal solidifié 13 sur la partie active, on l'enlèvera par des moyens mécaniques. Cela risque cependant d'augmenter le temps de préparation de la face latérale avant la deuxième coulée. Quant aux bords externes 23, 23' de la plaque support 15, ils doivent avoir une forme générale qui épouse celle des bords externes de l'insert 22, et une largeur inférieure à la largeur " 1 " des parties usées de l'insert 22, de manière à pouvoir s'y insérer. Un usinage desdites parties usées de l'insert 22 préalablement au remontage de la face latérale n'est en général pas nécessaire, l'action des cylindres pendant la première coulée étant suffisante à cet effet. On peut noter que dans la face latérale 1 de l'art antérieur, c'est l'intégralité de la face avant 8 de la plaque support 2 qui transmet à la partie active les efforts exercés par les organes de poussée, alors que dans la face latérale 14 selon l'invention, ces efforts ne sont transmis que par les bords externes 23, 23' de la plaque support 15. Mais cette situation n'est en rien gênante, puisque lesdits bords externes 23, 23' sont justement situés face aux zones de la partie active qui doivent frotter contre les cylindres, donc là o la bonne transmission des efforts des organes de poussée est particulièrement nécessaire pour garantir l'étanchéité de l'espace de coulée 12. De ce point de vue, la nouvelle configuration 15 de la plaque support est donc encore plus efficace que l'ancienne configuration 2. Le deuxième exemple de face latérale selon l'invention 24, représenté sur la figure 3 dans son état initial avant le début de la première coulée, se distingue de l'exemple précédent seulement par la configuration de la plaque centrale 25 de sa partie active. Dans ce deuxième exemple, ladite plaque centrale 25 est une simple plaque plane dont le contour épouse celui de l'ensemble insert 22-coeur 21. La cohésion de l'ensemble de la partie active de la face latérale 24 est assurée par une ceinture de préférence métallique 26 analogue à la ceinture 1 1l de la face latérale 1 de l'art antérieur précédemment décrite, alors que la configuration de la face latérale 14 de l'exemple précédent revenait à intégrer une telle ceinture à la plaque centrale 18 elle-même. La présence d'une ceinture 26 indépendante de la plaque centrale 25 est qu'elle permet de faciliter la cohésion de la plaque centrale 25 même en cas de rupture de celle-ci. Le troisième exemple de face latérale selon l'invention 27, représenté sur la figure 4 dans son état initial avant le début de la première coulée, se distingue de l'exemple précédent en ce que la plaque centrale 25 de la partie active est supprimée. C'est le même coeur 21 et le même insert 22 qui sont utilisés lors des deux coulées, successivement sur leurs deux faces. Là encore, une ceinture de préférence métallique 26 assure leur cohésion. Le quatrième exemple de face latérale selon l'invention 28, représenté sur la figure 5 dans son état initial avant le début de la première coulée, se distingue de l'exemple précédent en ce que la partie active n'est formée que d'un seul élément 29, dont les fonctions combinent celles du coeur 21 et de l'insert 22 de l'exemple précédent. Comme cet élément 29 doit assurer l'étanchéité de l'espace de coulée 12 par son contact avec les cylindres, il doit être réalisé en un matériau pour lequel les propriétés de résistance à l'usure et à la corrosion par le métal doivent être privilégiées. Mais il doit avoir aussi, optimalement, des propriétés isolantes aussi bonnes que possible et une bonne résistance aux chocs thermiques et à la fissuration, pour avoir un comportement acceptable dans sa partie centrale. Des matériaux tels que le nitrure de bore-SiAlON sont utilisables à cet effet. La présence d'une ceinture 26 entourant la partie active de la face latérale 28 n'est pas indispensable, puisque cette partie active est monobloc et qu'en principe sa cohésion est assurée. Cependant, une telle ceinture 26 est quand même conseillée, car elle peut minimiser les conséquences d'une possible fissuration de l'élément 29 pendant son utilisation. De la même façon, il est possible dans tous les exemples précédents de face latérale selon l'invention, de remplacer les assemblages insert 22, 22'- coeur 21, 21' disposés sur chaque face de la plaque centrale 18, 25 par des éléments uniques similaires à l'élément 29. On obtient ainsi une réduction du temps de préparation de la face latérale, mais en contrepartie, on augmente le coût des matériaux puisque les matériaux aptes à remplir de façon correcte à la fois la fonction d'insert et la fonction de coeur sont plus onéreux que les matériaux plus classiquement utilisés pour l'une ou l'autre de ces fonctions. L'invention peut s'appliquer non seulement aux installations de coulée entre cylindres, mais aussi à tous les types d'installations de coulée de bandes minces métalliques utilisant des faces latérales selon l'art antérieur précédemment cité que l'on applique contre les tranches de parois refroidies en défilement, telles que des installations de coulée entre bandes. REVENDICATIONS 1) Face latérale d'obturation de l'espace de coulée d'une installation de coulée continue de bandes métalliques minces entre deux parois refroidies en défilement, notamment de " coulée entre cylindres >> ou de " coulée entre bandes ", du type comportant une plaque support (15), sur la face arrière (3) de laquelle des organes de poussée exercent leur action en vue d'appliquer ladite face latérale sur les tranches desdites parois refroidies, éventuellement par l'intermédiaire d'une platine métallique (4) solidaire de la face arrière (3) de la plaque support (15), et une face active disposée contre la face avant de la plaque support (15), dont les portions latérales sont destinées à s'user au contact desdites tranches desdites parois refroidies sur une profondeur maximale " e " et une largeur " ", la plaque support (15) et la partie active étant mises au contact l'une de l'autre d'une manière permettant leur désolidarisation de manière non destructive, caractérisée en ce que la face avant de la plaque support présente dans sa partie centrale un évidement (17) dont la profondeur est supérieure à " une largeur inférieure à " 1 ". 2) Face latérale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une ceinture (26) entourant ladite partie active. 3) Face latérale selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite partie active comporte au moins un coeur (21) et un insert (22). 4) Face latérale selon la revendication 3, caractérisée en ce que sa partie active comporte une plaque centrale (18) comportant sur chacune de ses deux faces un coeur (21, 21 ') et un insert (22, 22'). 5) Face latérale selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite ceinture est intégrée de construction à ladite plaque centrale (18).