Brevet FR2787361A1 — publié le 20000623

I 2787361 FACE LATERALE D'OBTURATION DE L'ESPACE DE COULEE D'UNE INSTALLATION DE COULEE DE BANDES MINCES METALLIQUES L'invention concerne la coulée continue des métaux. Elle concerne plus particulièrement les installations de coulée continue de bandes minces métalliques entre deux surfaces refroidies défilantes, notamment celles du type appelé cylindres ", et très précisément les faces latérales qui obturent leur espace de coulée. La coulée de bandes minces métalliques de quelques mm d'épaisseur directement à partir de métal liquide (acier ou cuivre, par exemple) peut avoir lieu sur une installation dite de défilantes refroidies auxquelles on confère des formes incurvées. Dans la pratique, il est cependant difficile d'éviter en permanence l'apparition de solidifications dites " risques de perte de l'étanchéité de l'espace de coulée qui lui sont associés. Habituellement, on essaye de limiter l'apparition des solidifications parasites en adoptant des configurations de busette de coulée particulières. Elles visent à imposer au métal liquide se trouvant dans l'espace de coulée des conditions d'écoulement censées assurer un renouvellement permanent du métal face aux zones o les solidifications parasites sont les plus susceptibles de se produire, par exemple en amenant du métal i0 liquide sortant de la busette directement à proximité de ces zones. Cela peut cependant conduire à un déficit d'alimentation en métal liquide dans d'autres parties de l'espace de coulée. Une autre méthode consiste à prévoir une possibilité de réchauffage permanent des faces latérales pendant la coulée, voire également un réchauffage par induction du métal se trouvant dans leur voisinage. Le document JP-A-62-077155 montre une installation de coulée dont les faces latérales sont réchauffées au moyen de torches à plasma pointées sur leurs faces arrière. Le document EP-B-0 593 383 montre une installation o des éléments conducteurs (appelés " ou bandes). L'utilisation d'un réchauffage par induction a cependant pour inconvénient d'entraîner un réchauffage par effet Joule des parties métalliques des organes de support de la face latérale qui se trouvent au voisinage de l'inducteur, à l'arrière de celui-ci. De même, les champs électromagnétiques émis par l'inducteur risquent de perturber le fonctionnement des multiples capteurs et actionneurs qui gèrent le fonctionnement des organes pilotant l'application des faces latérales contre les cylindres ou les bandes. Le but de l'invention est de proposer une constitution d'un dispositif de réchauffage par induction, destiné à empêcher l'apparition de solidifications parasites sur les faces latérales d'une installation de coulée de bandes minces métalliques, qui n'influence pas le comportement des organes d'application des faces latérales et des capteurs qui gèrent leur fonctionnement. A cet effet, l'invention a pour objet une face latérale d'obturation de l'espace de coulée d'une installation de coulée de bandes minces métalliques entre deux surfaces de coulée refroidies en défilement, comportant une partie active destinée à être au contact du métal liquide et à frotter contre les côtés des surfaces de coulée, un caisson enserrant ladite partie active, un bâti, des moyens d'application de la face latérale contre les côtés des surfaces de coulée solidaires du bâti et du caisson, un inducteur disposé à l'intérieur du caisson, dont la bobine est formée par l'enroulement d'un tube en matériau conducteur intérieurement refroidi qui se prolonge vers l'arrière de la face latérale en traversant le caisson sous forme de deux branches rigides puis de conducteurs souples connectés à une alimentation en électricité et en fluide de refroidissement, caractérisée en ce que ledit inducteur comporte des moyens de blindage comprenant un écran magnétique placé derrière ladite bobine, tel qu'un empilement de ferrites, un écran électrique tel qu'une plaque en cuivre refroidie placée derrière ledit écran magnétique et le supportant, et en ce qu'au moins un fourreau entoure lesdites branches rigides et lesdits conducteurs souples sur au moins une partie de leur longueur. Dans une forme particulière de réalisation, la face latérale comporte également un suscepteur intercalé entre la couche d'isolant et la partie active ou sa plaque support, destiné à être réchauffé par le flux issu de la bobine et à transmettre sa chaleur à ladite partie active, éventuellement par l'intermédiaire de la plaque support. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à prévoir dans l'environnement de la bobine de l'inducteur des moyens de blindage efficaces, aussi bien du point de vue magnétique que du point de vue électrique. Ce blindage est obtenu en installant derrière la bobine successivement un écran magnétique, tel qu'un empilage de blocs de ferrite, et un écran électrique tel qu'une plaque en cuivre refroidie. De même, les conducteurs qui amènent le courant électrique à la bobine et qui s'étendent à l'arrière de la face latérale doivent eux aussi être isolés électriquement de leur environnement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes: - la figure I qui montre, vu de profil et en coupe selon 1-1, un premier exemple de face latérale selon l'invention - la ' _ure 2 qui montre partiellement ce même premier exemple vu de face selon II-II; - la 'Jure 3 qui montre, vu de profil et en coupe selon I-1, un second exemple de face latérale Belon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en pointillés le contour extérieur de l'un des cylindres de coulée 1, contre l'extrémité latérale 2 duquel la face latérale 3 selon l'invention:st appliquée. On a aussi situé en traits interrompus le niveau horizontal 4 du col, c'est dire de la zone o les surfaces latérales cylindriques des cylindres 1 sont séparées cd'une distance minimale, égale à l'épaisseur visée pour la bande coulée. Confonnrm&é,ent à l'art antérieur, cette face latérale 3 comporte les éléments suivants - une partie active 5 destinée à frotter contre les cylindres 1 et à être au contact direct du métal liquide; elle peut être monobloc o être formée par la juxtaposition de plusieurs éléments, réalisés dans des matériaux différents: un coeur qui assure l'essentiel des contacts avec le métal liquide et pour lequel on privilégie les propriétés isolantes, et des parties latérales qui enserrent le coeur en assurant le contact avec les cylindres 1 et pour lesquelles on privilégie les propriétés de résistance au frottement et à la corrosion par le métal liquide afin d'obtenir les contacts face latérale-cylindres les plus étanches possibles; - une plaque support 6 en matériau réfractaire, sur laquelle est fixée la partie active 5; - un caisson 7 qui enserre la partie active 5 et sa plaque support 6, et qui est constitué essentiellement par une pièce métallique refroidie par circulation interne d'eau dans des canaux non représentés; - un bâti 8 qui peut être à volonté approché ou éloigné des cylindres I et être maintenu en position; -des moyens d'application de la face latérale 3 contre les cylindres 1, qui sont solidaires à la fois du bâti 8 et du caisson 7, et qui peuvent être constitués par des vérins pilotés 9, 10 ou par des dispositifs à ressorts; ces moyens d'application sont souvent au nombre de trois comme représenté; deux d'entre eux (comme le vérin 9 de la figure 1) agissent sur la partie supérieure de la face latérale et sont disposés de part et d'autre du plan de symétrie longitudinal de l'installation de coulée (le vérin 9 se trouve donc en arrière du plan de coupe de la figure 1); le troisième moyen d'application agit sur la partie inférieure de la face latérale 3 et dans ledit plan de symétrie, par exemple dans une zone située sensiblement au niveau 4 du col de l'installation de coulée (ce qui est le cas du vérin 10 de la figure 1). Comme ces organes relèvent de l'art antérieur et ne font pas partie de l'invention, ils n'ont été représentés que de manière très schématique sur la figure 1. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, on dispose un inducteur à l'intérieur du caisson 7 et derrière la plaque support 6. Cet inducteur comporte une bobine 1 1 formée par un tube de matériau conducteur, tel que du cuivre, imprégné d'isolant, à l'intérieur duquel on fait circuler un fluide de refroidissement tel que de l'eau. Dans l'exemple représenté, le conducteur est enroulé de manière à constituer la bobine 1 d'un inducteur plan bipolaire qui permet d'assurer un retour du flux d'un pôle à l'autre. Mais il demeurerait dans l'esprit de l'invention de prévoir un inducteur unipolaire. De même, l'enroulement ne forme qu'une seule couche, mais pourrait en former plusieurs pour augmenter le flux du champ électromagnétique. Comme il est apparent sur la figure 2, le contour extérieur de la bobine 1l1 a une forme approximativement triangulaire, de manière à épouser le périmètre de l'espace de coulée défini par les surfaces extérieures cylindriques des cylindres 1, et éviter ainsi que l'action du flux de la bobine 1 1 ne vienne réchauffer les io périphéries des cylindres 1. Cet inducteur a pour fonction de réchauffer, grâce aux courants induits par le flux produit par la bobine 1, un suscepteur 12 réalisé en un matériau fortement conducteur tel que du graphite. Ce suscepteur 12 est fixé à l'arrière de la plaque support 6, et lui transmet son énergie thermique. La plaque support 6 transmet à son tour cette énergie thermique à la partie active 5 de la face latérale 3, de manière à la réchauffer pour diminuer le risque de formation de solidifications parasites de métal liquide sur sa face tournée vers l'espace de coulée. Une couche intermédiaire d'isolant 13, tel qu'un matériau fibreux à base de silice, sépare la bobine 11 et le suscepteur 12, et évite ainsi que le suscepteur 12 ne soit au contact de la bobine 11 qui, comme on l'a dit, est refroidie par circulation interne d'eau. Comme représenté, le suscepteur 12 n'a pas forcément les mêmes dimensions que la plaque support 6 et la partie active 5. Il suffit qu'il soit présent au droit de zones de la partie active 5 sur lesquelles les solidifications parasites sont susceptibles de se produire, afin de réaliser un réchauffage privilégié desdites zones. Le tube de cuivre constituant la bobine 11 se prolonge vers l'arrière de la face latérale 3 sous forme de deux branches horizontales rigides 14, 15. Des conducteurs souples creux 16, 17 sont fixés auxdites branches rigides 14, 15 et sont connectés à une installation 18 qui fournit le courant électrique qui alimente l'inducteur et l'eau qui assure son refroidissement. Afin d'éviter que les parties postérieures de la face latérale 3 et de son dispositif de maintien (dont les vérins 9, 10 et le bâti 8 sont les éléments principaux) ne soient également réchauffés par le flux issu de la bobine 1 1 de l'inducteur, il faut prévoir des moyens de blindage efficaces. Selon l'invention, on prévoit des moyens de blindage magnétique et des moyens de blindage électrique. Immédiatement derrière la bobine 11, on dispose un empilement de ferrites 19 qui assurent le blindage magnétique en arrêtant le flux magnétique qui est émis vers l'arrière de la bobine 1 1 et en le renvoyant en direction du suscepteur 5. On augmente ainsi le rendement de l'installation. Cet empilement de ferrites 19 présente un évidement 20 dans sa zone centrale, de manière à laisser le passage aux portions 21, 22 du tube de cuivre qui relient la bobine 1 1 aux branches horizontales rigides 14, 15. Les ferrites 19 sont elles-mêmes fixées sur une plaque en cuivre 23 qui assure, outre la fonction de support des ferrites 19 et de la bobine 11, le blindage électrique de l'installation. Cette plaque en cuivre 23 est refroidie sur sa face arrière par circulation d'eau dans des canaux 24. Un évidement 25 pratiqué dans la plaque en cuivre 23 laisse le passage aux portions 21, 22 du tube de cuivre. De préférence, comme représenté, les bords de la plaque en cuivre 23 sont repliés de manière à réaliser un encadrement de l'ensemble de l'inducteur et de l'isolant 13. Bien entendu, les ferrites peuvent être remplacées par tout autre matériau apte à remplir leur fonction d'écran magnétique. Les branches horizontales rigides 14, 15 du tube de cuivre formant la bobine 11 doivent également traverser le caisson 7. Pour cela, un évidement 26 est pratiqué dans ledit caisson 7. Mais pour éviter de réchauffer les pièces métalliques environnantes et de perturber les mesures effectuées par les divers capteurs présents sur l'installation, il faut également assurer un blindage efficace de ces branches horizontales rigides 14, 15. A cet effet, on dispose autour d'elles et à l'intérieur de l'évidement 26 du caisson 7 un premier fourreau 27 en cuivre, refroidi extérieurement par un serpentin 28 à circulation d'eau. Un deuxième fourreau 29 refroidi par un serpentin 30 entoure les conducteurs souples 16, 17 sur toute leur portion o, en l'absence de blindage, ils risqueraient de la même façon de perturber le fonctionnement de la face latérale 3. La liaison entre les deux fourreaux 27, 29 est assurée par une bague en cuivre 31 qui prolonge le premier fourreau 27 et est en contact avec le deuxième fourreau 29 par l'intermédiaire d'une liaison articulée comportant une rotule 32 entourant le deuxième fourreau, et autorisant des mouvements latéraux d'un fourreau par rapport à l'autre. La liaison articulée doit pouvoir assurer la continuité électrique du blindage. Cette constitution procure au blindage des conducteurs souples 16, 17 une liberté de mouvement qui le rend capable de suivre les mouvements imposés à la face latérale 3 au cours de la coulée. Afin d'augmenter encore cette liberté de mouvement, on peut prévoir que les conducteurs souples 16, 17 soient entourés non par un seul fourreau 29 mais par une succession de tels fourreaux connectés les uns aux autres par des liaisons articulées. Si le suscepteur 12 est en un matériau combustible tel que du graphite, il est conseillé de prévoir une insufflation d'un gaz neutre, tel que de l'argon, au niveau de l'interface entre le suscepteur 12 et l'isolant 13. A cet effet, on ménage une conduite 33 à l'intérieur du caisson 7, connectée à un réservoir d'argon et débouchant vers ladite interface. On peut pratiquer des rainures 34 sur la surface de l'isolant 13 qui est au contact du suscepteur 12 afin de favoriser la circulation de l'argon sur l'interface. Pour un bon contrôle du fonctionnement de l'installation, il est préférable de se donner la.possibilité de mesurer la température du suscepteur 12. Cela peut être réalisé par visée pyrométrique en un ou plusieurs points. Dans l'exemple représenté, on pratique à cet effet des perforations 35, 36 dans le caisson 7, la plaque en cuivre 23 et l'isolant 13, de manière à pouvoir les faire traverser par exemple par des fibres optiques (non représentées) reliées à des pyromètres, ces perforations 35, 36 donnant accès à deux zones de la face arrière du suscepteur 12. On peut remplacer cette mesure par pyrométrie par des thermocouples mis au contact du suscepteur 12, ou utiliser conjointement ces deux systèmes de mesures dont les avantages et les inconvénients sont complémentaires. Les thermocouples sont plus fragiles, alors que le fonctionnement des pyromètres est susceptible d'être perturbé par les champs électromagnétiques de l'environnement. La variante de l'invention représentée sur la figure 3 (ses éléments communs avec la variante des figures I et 2 y sont désignés par les mêmes références) diffère de la version précédente en ce que, cette fois, on ne cherche plus à réchauffer la partie active 5 de la face latérale 3 par l'intermédiaire du suscepteur 12, mais on cherche à réchauffer le métal liquide présent au voisinage de ladite partie active 5. A cet effet, par rapport à la version précédente représentée sur les figures 1 et 2, on a supprimé le suscepteur 12, ainsi que les perforations 35, 36 permettant la visée pyrométrique pour le contrôle de sa température et les moyens 33, 34 d'injection d'argon à l'interface suscepteur 12-isolant 13. Pour que le champ magnétique parvienne jusqu'au métal liquide, il faut choisir de manière adéquate les dimensions des différentes parties de l'installation et les paramètres de fonctionnement de l'inducteur. A cet effet, par rapport à la version précédente, il est souhaitable de diminuer la fréquence du courant électrique parcourant l'inducteur pour augmenter l'épaisseur de pénétration du champ magnétique, et de diminuer l'épaisseur de l'isolant 13 afin de rapprocher autant que possible la bobine 11 du métal liquide sans compromettre la résistance mécanique des réfractaires de la face latérale 3, dont l'épaisseur peut être conservée. Les matériaux utilisés pour composer la plaque support 6 et la partie active 5 doivent être aussi transparents que possible au flux magnétique. De manière générale, il faut éviter d'utiliser des réfractaires présentant une conductivité électrique relativement élevée, tels que les réfractaires fortement graphités ou les carbures, tels que le carbure de silicium. A titre indicatif, on peut prévoir d'alimenter la bobine 11 de l'inducteur avec un courant alternatif de fréquence I à 100 kHz (typiquement environ 30 kHz si on effectue le réchauffage de la partie active 5 de la face latérale 3 par l'intermédiaire d'un suscepteur 12), sous une tension de 100 à 2000 V et une intensité de 200 à 2000 A. Dans le cas o on utilise un suscepteur 12, on doit pouvoir le porter à une température de l'ordre de 1350 à 1500 C. Sans sortir de l'esprit de l'invention, on peut apporter aux installations décrites des modifications qui n'affectent pas la capacité de l'inducteur et de son environnement à réchauffer soit la partie active 5 de la face latérale 3 au moins dans ses parties les plus susceptibles d'être affectées par les solidifications parasites, soit le métal liquide lui-même au voisinage de la face latérale 3, et ceci sans perturber le fonctionnement des autres organes du dispositif de maintien et de gestion de la face latérale 3. Ainsi, on peut envisager de supprimer la plaque support 6 pour mettre la partie active 5 de la face latérale 3 directement au contact du suscepteur 12 ou de l'isolant 13. De même, on peut réduire au minimum la longueur des branches rigides 14, 15 et connecter les conducteurs souples 16, 17 presque directement sur les portions 21, 22 du tube de cuivre qui prolongent la bobine 11 de l'inducteur vers l'arrière. On peut ainsi fondre en un seul les deux fourreaux de blindage 27, 29. L'invention peut aussi être appliquée à une installation de coulée de bandes minces entre deux bandes refroidies en défilement. REVENDICATIONS 1) Face latérale (3) d'obturation de l'espace de coulée d'une installation de coulée de bandes minces métalliques entre deux surfaces de coulée refroidies en défilement telles que les surfaces latérales de deux cylindres (1) à axes horizontaux refroidis intérieurement et tournant en sens inverses ou deux bandes refroidies incurvées, du type comportant une partie active (5) destinée à être au contact du métal liquide contenu dans l'espace de coulée et à frotter contre les côtés des surfaces de coulée, et éventuellement fixée à une plaque support (6), un caisson (7) enserrant ladite partie active (5) et l'éventuelle plaque support (6), un bâti (8) pouvant être à volonté approché ou éloigné des surfaces de coulée, des moyens d'application (9, 10) de la face latérale (3) contre les côtés des surfaces de coulée solidaires du bâti (8) et du caisson (7), un inducteur disposé à l'intérieur du caisson (7), dont la bobine (11) est formée par l'enroulement d'un tube en matériau conducteur intérieurement refroidi qui se prolonge vers l'arrière de la face latérale (3) en traversant le caisson (7) sous forme de deux branches rigides (14, 15) puis de conducteurs souples (16, 17) connectés à une alimentation en électricité et en fluide de refroidissement (18), ladite bobine (I 1) étant séparé de la partie active (5) ou de sa plaque support (6) par une couche d'isolant (13), caractérisée en ce que ledit inducteur comporte des moyens de blindage comprenant un écran magnétique placé derrière ladite bobine (11), tel qu'un empilement de ferrites (19), un écran électrique tel qu'une plaque en cuivre refroidie (23) placée derrière ledit écran magnétique et le supportant, et en ce qu'au moins un fourreau (27, 29) entoure lesdites branches rigides (14, 15) et lesdits conducteurs souples (16, 17) sur au moins une partie de leur longueur. 2) Face latérale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également un suscepteur (12) intercalé entre la couche d'isolant (13) et la partie active (5) ou sa plaque support (6), destiné à être réchauffé par le flux issu de la bobine (11) et à transmettre sa chaleur à ladite partie active (5), éventuellement par l'intermédiaire de la plaque support (6). 3) Face latérale selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (33, 34) d'injection d'un gaz neutre à l'interface entre la couche d'isolant (13) et le suscepteur (12). 4) Face latérale selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des évidements (35, 36) pratiqués dans le caisson (7), l'écran électrique, l'écran magnétique et la couche d'isolant (13) permettant la mesure de la température du suscepteur (12) par visée pyrométrique. ) Face latérale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'inducteur est un inducteur bipolaire.