Brevet FR2833871A1 — publié le 20030627

L'invention concerne la coulée continue des métaux et, plus précisément la coulée de bandes de faible épaisseur directement à partir de métal liquide. La coulée continue de bandes métalliques (notamment en acier au carbone ou inoxydable) de quelques mm d'épaisseur directement à partir de métal liquide est aujourd'hui bien connue dans la littérature. Elle est réalisée le plus souvent sur une installation dite de coulée entre cylindres . De telles installations comportent comme éléments principaux, formant la lingotière où la bande se solidifie, deux cylindres à axes sensiblement horizontaux, disposés face à face, et entraînés en rotation autour de leurs axes respectifs en sens inverses. Ces cylindres sont énergiquement refroidis intérieurement, et leurs surfaces latérales définissent une lingotière à parois mobiles sur lesquelles s'amorce la solidification de la bande sous forme de deux peaux se développant à partir des cylindres. Ces peaux se rejoignent sensiblement au niveau du col, c'est à dire de la zone où les surfaces des cylindres sont les plus proches, éloignées d'une distance correspondant à l'épaisseur de bande désirée, de manière à former la bande qui est extraite en continu de la lingotière. L'espace de coulée est délimité latéralement par deux parois en réfractaire qui sont plaquées contre les extrémités planes des cylindres, ou maintenues à très faible distance de celles-ci, de façon à éviter les fuites de métal. Ce procédé est décrit plus en détail, par exemple par le document EP-A-0 698 433. Il est également envisageable d'obtenir des bandes métalliques minces en déposant le métal liquide sur la surface en rotation d'un cylindre unique refroidi, où le métal se solidifie. On peut ainsi obtenir une bande d'épaisseur généralement plus faible que par coulée entre deux cylindres. Les bandes coulées par ces procédés sont généralement destinées à être laminées à froid pour obtenir des tôles d'épaisseurs habituelles. Entretemps, elles sont également susceptibles de subir un laminage à chaud, destiné à refermer les porosités qui ont pu se former au coeur de la bande lors de sa solidification, et à modifier sa structure. Il est particulièrement avantageux, du point de vue économique, de réaliser ce laminage à chaud grâce à une cage installée sur le chemin de la bande venant d'être coulée. Les bandes ainsi coulées doivent en général, avant leur laminage à froid, voire même de préférence avant leur premier bobinage suivant la coulée, subir un chutage de leurs rives sur une largeur de 15mm environ. En effet, ces rives sont formées à partir de portions de peaux qui se sont solidifiées dans des conditions différentes de celles qui ont conduit à la solidification des parties plus centrales de la bande, du fait notamment de la proximité des parois d'obturation latérales qui tendent à refroidir le métal plus que la normale. D'éventuelles différences entre les refroidissements procurés par les cylindres entre leurs rives et leurs parties plus centrales peuvent également survenir. Le refroidissement peut être plus énergique en rives qu'au centre ou inversement, selon la conception des cylindres. Ces différences souvent mal maîtrisées sur le processus de solidification et de refroidissement entre les rives et le restant de la bande provoquent souvent des différences dans les propriétés mécaniques de la bande selon sa largeur. Les tôles fabriquées dans ces conditions peuvent donc avoir des propriétés inhomogènes, ce qui est à éviter. Les rives de la bande peuvent également avoir une forme irrégulière, ce qui, lors des opérations de laminage ultérieures, conduit à des inhomogénéités dans les propriétés mécaniques des tôles, dues notamment aux différences locales sur le taux de laminage subi. D'autre part, si des fuites de métal liquide se sont produites entre les cylindres de coulée et les parois d'obturation latérales, les rives présentent des barbes qu'il est souhaitable d'enlever avant le laminage à froid pour éviter de détériorer la surface des cylindres de laminage. Pour toutes ces raisons, on procède à un chutage des rives à un moment donné du traitement des bandes, au moyen d'une cisaille, ou de tout autre outil d'un type classiquement utilisé sur les installations de traitement des bandes obtenues par les procédés habituels. Il est, en principe, avantageux de procéder au chutage des rives aussitôt que possible, par exemple avant le bobinage de la bande qui suit sa coulée. Cependant, si à ce stade les rives sont sensiblement plus chaudes que le restant de la bande, il y a un risque qu'elles présentent des propriétés mécaniques qui les rendent peu aptes à être séparées franchement de la bande par la cisaille, en particulier si la largeur de la zone chaude ne coïncide pas exactement avec la largeur de rives que l'on désire chuter. Ce problème peut être accru dans le cas où on procède à un laminage à chaud en ligne de la bande avant le chutage de ses rives. En effet, ce laminage à chaud est souvent précédé par une étape de réchauffage de la bande dans un four à induction. Lors de ce réchauffage, les lignes de champ ont tendance à se concentrer sur les rives de la bande, ce qui conduit à des températures en rives supérieures aux températures rencontrées sur le restant de la bande. Cette inhomogénéité persiste après le laminage à chaud, et rend un chutage des rives difficile à réaliser correctement par la suite. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de réaliser un chutage des rives satisfaisant, même lorsque les rives ont initialement une température plus élevée que ce qui serait souhaitable. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de bandes métalliques à partir de bandes coulées directement à partir de métal liquide, selon lequel on procède à un chutage des rives de la bande, caractérisé en ce que, préalablement audit chutage, on refroidit de manière forcée lesdites rives de manière à les rendre plus fragiles que le restant de la bande. Ledit métal peut être de l'acier, et ledit refroidissement des rives débute alors à une température de 950 à 1100 C. De préférence, on procède au chutage des rives immédiatement après leur refroidissement forcé. On peut procéder au chutage des rives préalablement à un bobinage de la bande. On peut procéder au refroidissement forcé des rives après un laminage à chaud de la bande, lui-même précédé par un réchauffage de la bande par induction. Préférentiellement, ledit refroidissement forcé des rives est effectué en ligne avec la coulée de la bande. L'invention a également pour objet une installation de traitement de bandes minces métalliques issues d'une installation de coulée de bandes minces directement à partir de métal liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de refroidissement forcé exclusif ou privilégié des rives de la bande. Ladite installation de refroidissement forcé des rives de la bande peut précéder une installation de chutage desdites rives. Ladite installation de refroidissement forcé des rives de la bande peut être située sur la même ligne de traitement que l'installation de coulée de bandes minces. Ladite installation de refroidissement forcé des rives peut comporter des rampes de gicleurs projetant chacun un jet de fluide de refroidissement sur une face d'une rive de la bande. Lesdites rampes peuvent être disposées au-dessus et au-dessous de la bande et lesdits gicleurs orientent lesdits jets vers l'extérieur de la bande. Lesdites rampes peuvent être disposées à côté de la bande ; alors lesdits gicleurs orientent lesdits jets vers l'intérieur de la bande, et l'installation de refroidissement forcé des rives comporte également des barrages en contact glissant avec la surface de la bande, délimitant chacun une portion de la largeur des rives de la bande constituant la zone d'action du fluide de refroidissement. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à refroidir énergiquement les rives de la bande avant leur chutage. Ce refroidissement est réalisé par une projection de fluide, sur une largeur correspondant à la largeur de la zone à chuter. 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 schématiquement en perspective (figure 1 a) une installation de coulée continue de bandes minces équipée d'un dispositif de chutage des rives de la bande, précédée par une installation de refroidissement des rives (figure 1 b) ; - la figure 2 qui montre une variante de l'installation de refroidissement des rives. L'exemple d'installation de coulée de bandes métalliques, notamment d'acier, représentée sur la figure 1 a, comporte de manière classique deux cylindres de coulée 1, l'refroidis intérieurement et entraînés en rotation en sens contraires autour de leurs axes en position horizontale. Des parois d'obturation latérales 2,2'appliquées entre les faces planes 3,3'des cylindres 1, l' délimitent avec les parois latérales des cylindres 1, l'un espace de coulée, dans lequel on déverse en continu de l'acier liquide par des moyens non représentés tels qu'une busette en réfractaire reliée à un répartiteur. On obtient ainsi la solidification et l'extraction selon les flèches 5 d'une bande 6, de 1 à 10 mm d'épaisseur généralement. Dans l'exemple représenté, de manière connue, la bande 6 traverse un four à induction 7 destiné à la réchauffer préalablement à son passage dans une cage de laminage à chaud 8 qui diminue l'épaisseur de la bande 6, par exemple de 10% ou davantage. Selon l'invention, les rives 9, 9'de la bande 6 sont ensuite soumises à un refroidissement forcé énergique, alors que le restant de la bande 6 continue à se refroidir naturellement, ou sous l'effet d'un refroidissement forcé sensiblement plus modéré. Par rives 9,9'de la bande 6, on entend des portions s'étendant chacune à partir de l'un des bords de la bande 6 sur une largeur qui peut atteindre 25mm, et qui sont ensuite chutées lors d'une étape antérieure au laminage à froid de la bande 6. Dans l'exemple représenté, ce chutage est réalisé immédiatement après le refroidissement forcé, et précède un bobinage de la bande 6. Dans l'exemple de la figure 1, l'installation de refroidissement forcé est constituée par des rampes 10,10', 10"comportant des gicleurs projetant chacun un jet 11 de fluide de refroidissement sur la bande 6. Ce fluide, de manière connue, peut être de l'eau, un mélange eau/air, de l'air, de l'azote liquide, etc, pourvu qu'il soit projeté en quantité suffisante pour obtenir l'effet de refroidissement souhaité sur les rives 9,9'de la bande 6. Des rampes 10,10', 10"sont de préférence présentes au-dessus et au-dessous de chaque rive 9,9' de manière à refroidir les deux faces de chaque rive. En toute rigueur, pour obtenir une égalité du refroidissement sur les deux faces de chaque rive, il faut tenir compte du fait que le fluide de refroidissement peut ruisseler sur la face supérieure bien au-delà de la zone d'impact du jet 11 issu d'un gicleur donné, alors qu'un tel ruissellement est beaucoup plus limité sur la face inférieure de la bande 6. Il faudra donc, si on désire obtenir un refroidissement des rives 9, 9' rigoureusement symétrique sur les deux faces de la bande 6, compenser ce phénomène, par exemple, en projetant davantage de fluide de refroidissement sur la face inférieure de la bande. Ce phénomène est connu en coulée continue classique et l'homme du métier saura y remédier à l'aide de ses connaissances normales et des modèles mathématiques du refroidissement de la bande qu'il a à sa disposition pour le cas particulier de son installation de coulée. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les rampes 10,10', 10" projettent des jets 11 de fluide orientés vers l'extérieur de la bande 6. De cette façon, le fluide ne ruisselle pas vers la zone centrale de la bande 6, dont le refroidissement se poursuit donc naturellement. On limite ainsi l'effet du refroidissement aux rives 9,9'délimitées par les lignes en pointillés 12,12'. On peut compléter cette limitation de la localisation de l'effet du refroidissement en couvrant par un ou des capots tout ou partie de la zone centrale de la bande 6 qui ne doit pas être refroidie, ce ou ces capots étant maintenus à une faible distance de la surface de la bande 6. Dans la variante représentée sur la figure 2, les rampes 10,10'sont placées à côté, et non au-dessus ou au-dessous de la bande 6 et projettent leurs jets 11 de fluide de refroidissement vers l'intérieur de la bande 6. On évite un ruissellement du fluide vers la zone centrale de la bande en disposant, en contact glissant avec la surface de celle-ci, un barrage 13,13'qui délimite strictement la zone d'action du fluide de refroidissement à une portion 14,14'de la longueur des rives 9,9'. Cette solution présente, par rapport à la précédente, l'avantage de laisser la surface de la zone centrale plus largement dégagée, ce qui facilite son observation. De plus, les rampes 10,10'se trouvent ainsi à l'écart du rayonnement issu de la bande 6, et n'ont donc pas besoin de moyens de protection ou de refroidissement complexes pour éviter leur détérioration. Après l'installation de refroidissement des rives qui vient d'être décrite, la bande traverse une installation de chutage des rives, symbolisée par des scies circulaires 15,15', étant entendu que tout dispositif connu pouvant assurer cette fonction sur la bande 6 en défilement est utilisable (de tels dispositifs sont connus et utilisés notamment sur les lignes de laminage). Après quoi, la bande 6 est enroulée sous forme d'une bobine 16 autour d'un mandrin 17 en rotation. La bobine 16 peut ensuite être expédiée vers l'installation assurant le traitement suivant de la bande 6, qui peut être un laminage à froid, un recuit-décapage précédant un laminage à froid, etc. Par le refroidissement accéléré des rives 9,9', on cherche à conférer à celles-ci une structure métallurgique présentant un changement brusque par rapport à la structure du restant de la bande 6, ce changement allant dans le sens d'une plus grande cohésion du métal. L'installation de chutage des rives a plus d'efforts à faire pour provoquer une découpe à leur niveau que si les propriétés mécaniques de la bande 6 étaient sensiblement homogènes sur toute sa largeur, mais ce surcroît d'efforts se traduit par une coupe nette, ne nécessitant pas d'ébavurage ultérieur. L'installation de refroidissement des rives d'une bande mince coulée en continu selon l'invention n'est pas forcément placée en ligne avec l'installation de coulée. Elle peut être placée à tout endroit de la chaîne d'élaboration où la température de la bande dépasse 950oC, de manière à ce que l'effet métallurgique désiré pour ce refroidissement soit obtenu. Il n'est d'ailleurs pas toujours nécessaire que l'installation 15,15'de chutage des rives 9,9'suive immédiatement l'installation de refroidissement selon l'invention, à moins que ce refroidissement n'ait été efficace au point que la rupture des rives 9,9'risque de se produire d'une manière spontanée au cours des manipulations subies par la bande 6 avant le chutage des rives 9,9'. Une telle rupture spontanée incontrôlable peut présenter des dangers pour le personnel et le matériel si elle survient à un endroit non prévu pour recevoir les rives 9,9'découpées. Un autre avantage à enchaîner directement le refroidissement et le chutage est qu'on ne laisse ainsi pas aux rives 9, 9'le temps de subir un revenu sous l'effet de la chaleur en provenance du restant de la bande 6. Un tel revenu serait susceptible de ramener les rives 9,9'à une structure métallurgique et à des propriétés mécaniques plus proches de celles du restant de la bande 6, ce qui atténuerait l'effet du refroidissement des rives. En variante, l'étape de refroidissement des rives 9,9'peut être confondue avec une étape de refroidissement forcé subi par l'ensemble de la bande 6 pour des raisons métallurgiques. Au cours de cette étape, il faut alors exécuter un refroidissement sensiblement plus fort sur les rives 9,9'que sur le reste de la bande 6 pour mettre l'invention en oeuvre. On réalise donc ainsi un refroidissement non plus exclusif, mais seulement privilégié des rives 9,9'. Le cas qui a été décrit est celui d'une bande 6 coulée entre cylindres, mais il va de soi que l'invention est aussi applicable au cas où la bande mince 6 a été coulée par un autre procédé. Le procédé selon l'invention est aussi applicable à d'autres métaux que l'acier si ceux-ci sont aptes à être coulés directement en bande mince, comme l'aluminium, le cuivre et leurs alliages. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de bandes métalliques à partir de bandes (6) coulées directement à partir de métal liquide (4), selon lequel on procède à un chutage des rives (9,9') de la bande (6), caractérisé en ce que, préalablement audit chutage, on refroidit de manière forcée lesdites rives (9,9') de manière à les rendre plus fragiles que le restant de la bande (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal est de l'acier, et en ce que ledit refroidissement des rives (9,9') débute à une température de 950 à 1100 C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on procède au chutage des rives (9, 9') immédiatement après leur refroidissement forcé. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on procède au chutage des rives (9,9') préalablement à un bobinage de la bande (6). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on procède au refroidissement forcé des rives (9,9') après un laminage à chaud de la bande (6), lui-même précédé par un réchauffage de la bande (6) par induction. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit refroidissement forcé des rives (9,9') est effectué en ligne avec la coulée de la bande (6). 7. Installation de traitement de bandes minces métalliques (6) issues d'une installation de coulée de bandes minces directement à partir de métal liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de refroidissement forcé exclusif ou privilégié des rives (9,9') de la bande (6). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite installation de refroidissement forcé des rives (9,9') de la bande (6) précède une installation (15,15') de chutage desdites rives (9,9'). 9. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que ladite installation de refroidissement forcé des rives (9,9') de la bande (6) est située sur la même ligne de traitement que l'installation de coulée de bandes minces. 10. Installation selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que ladite installation de refroidissement forcé des rives (9,9') comporte des rampes (10,10', 10") de gicleurs projetant chacun un jet (11) de fluide de refroidissement sur une face d'une rive (9, 9') de la bande (6). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdites rampes (10,10', 10") sont disposées au-dessus et au-dessous de la bande (6), et en ce que lesdits gicleurs orientent lesdits jets (11) vers l'extérieur de la bande (6). 12. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdites rampes (10,10', 10") sont disposées à côté de la bande (6), en ce que lesdits gicleurs orientent lesdits jets (11) vers l'intérieur de la bande (6), et en ce que l'installation de refroidissement forcé des rives (9,9') comporte également des barrages (13,13') en contact glissant avec la surface de la bande (6) délimitant chacun une portion (14,14') de la largeur des rives (9,9') de la bande (6) constituant la zone d'action du fluide de refroidissement.