[0001] L'invention concerne la coulée continue de bandes métalliques de faible épaisseur,
effectuée directement à partir de métal liquide. Plus précisément, elle concerne l'obturation
latérale de l'espace de coulée des installations dites de "coulée entre cylindres",
appliquées notamment à la coulée de bandes d'acier ou d'alliages ferreux.
[0002] Dans ce type d'installations, dont l'application à la coulée de bandes d'acier de
quelques mm d'épaisseur est en cours d'industrialisation, l'espace de coulée est délimité
d'une part par les surfaces latérales cylindriques refroidies intérieurement de deux
cylindres horizontaux rapprochés mis en rotation en sens contraires autour de leurs
axes, contre lesquelles le métal liquide initie sa solidification, et d'autre part
par des plaques en matériau réfractaire appliquées par des moyens élastiques contre
les extrémités planes des cylindres (appelées "chants"). Ces plaques obturent latéralement
l'espace de coulée, de manière à empêcher les fuites de métal liquide hors de l'installation.
Leur bord inférieur est situé en dessous du "col", c'est à dire de la zone où les
surfaces des cylindres sont au plus près l'une de l'autre, et dont la largeur correspond
sensiblement à l'épaisseur désirée pour la bande.
[0003] Les plaques d'obturation latérale doivent impérativement être fortement préchauffées
avant la coulée, de manière à éviter que le métal liquide ne se solidifie contre elles
lors du remplissage de la lingotière (dont le fond, pendant l'opération de remplissage,
est obturé par une pièce appelée "mannequin", qui est extraite de l'espace de coulée
lorsque débute la rotation des cylindres et entraîne avec elle le début de la bande)
et dans les premiers moments de la coulée. Mais même si une telle précaution est prise,
les faces latérales constituent un point thermiquement délicat de la machine, en ce
qu'elles créent inévitablement dans leur voisinage une zone où l'extraction de chaleur
à partir du métal liquide est anormalement élevée. C'est, en particulier, le cas à
proximité des cylindres qui, comme ils sont refroidis intérieurement par circulation
d'eau, ont tendance à refroidir les faces latérales au voisinage des zones où à lieu
leur contact. Il peut en résulter que la solidification de l'acier sur les rives des
cylindres s'effectue significativement plus rapidement que sur les portions des cylindres
plus proches de leurs zones centrales, et cela peut être une source de problèmes.
En effet, normalement les "peaux" de métal qui se solidifient sur chacun des cylindres,
et dont l'épaisseur en un point donné croît progressivement au fur et à mesure de
la rotation du cylindre, doivent, pour former la bande, se rejoindre soit exactement
au niveau du col, soit très légèrement en dessous de ce niveau. Si cette jonction
des peaux se produit trop sensiblement plus bas que le col, la bande risque de ne
pas être assez solide en sortie des cylindres et de se fissurer. Elle risque également
de présenter des porosités internes. Inversement, si la jonction des peaux s'effectue
en amont du col, sous l'influence notamment de faces latérales trop froides, l'épaisseur
de la bande solidifiée au niveau du col est supérieure à la largeur nominale du col.
Il est alors nécessaire d'écarter les cylindres l'un de l'autre pour leur éviter de
fournir un effort de laminage sur la bande alors qu'ils ne sont pas conçus pour cela.
Cet écartement des cylindres est une source de défauts sur la bande, qui sont liés
aux changements qu'il entraîne sur l'épaisseur et le mode de solidification du produit.
Une autre conséquence des conditions anormales de la solidification de la bande à
proximité des faces latérales est la forte pression exercée par le métal en cours
de solidification sur la partie inférieure des faces latérales. Il arrive fréquemment
que cette pression soit suffisante pour faire reculer la face latérale sur au moins
une partie de sa hauteur, ce qui peut détruire localement l'étanchéité du contact
cylindres-faces latérales. Du métal liquide peut alors s'échapper hors de l'espace
de coulée.
[0004] Le but de l'invention est de proposer une configuration de l'installation de coulée
permettant de créer des conditions de solidification de la bande au voisinage des
faces latérales qui ne soient pas susceptibles de perturber la régularité du processus
de coulée. Elle devrait également limiter le phénomène de recul des faces latérales.
[0005] L'invention a pour objet une face latérale pour l'obturation de l'espace de coulée
d'une installation de coulée continue de bandes métalliques du type comportant deux
cylindres contrarotatifs refroidis intérieurement, à axes horizontaux, dont les surfaces
latérales cylindriques définissent un espace de coulée dont la largeur au col détermine
l'épaisseur de la bande, ladite face latérale présentant une partie active destinée
à frotter contre les chants des cylindres en cours de coulée et à faire face audit
espace de coulée, caractérisée en ce que les dimensions de ladite partie active sont
telles que son bord inférieur est destiné à être situé à une distance égale à au moins
1 mm au-dessus du col lorsque la face latérale est montée sur l'installation de coulée.
[0006] L'invention a également pour objet une installation de coulée continue de bandes
métalliques du type comportant deux cylindres contrarotatifs refroidis intérieurement,
à axes horizontaux, dont les surfaces latérales cylindriques définissent un espace
de coulée dont la largeur au col détermine l'épaisseur de la bande, et deux faces
latérales d'obturation de son espace de coulée, caractérisée en ce que lesdites faces
latérales sont du type précédemment décrit.
[0007] Comme on l'aura compris, selon l'invention la partie active de la face latérale,
c'est à dire sa partie qui est au contact soit des chants des cylindres, soit du métal
liquide renfermé par l'espace de coulée, est interrompue non pas en dessous du col
comme il est habituel, mais au-dessus de celui-ci. On laisse ainsi de part et d'autre
du col un espace libre où le métal n'est au contact d'aucun matériau réfractaire et
n'exerce donc aucune pression sur les faces latérales. Ainsi, le métal présent face
à cet espace libre ne peut pas provoquer de recul des faces latérales, même si sa
fraction solidifiée est anormalement élevée. D'autre part, cet espace libre donne
la possibilité au métal solidifié ou en cours de solidification de s'étendre vers
l'extérieur de l'espace de coulée, ce qui limite les efforts que doivent supporter
les rives des cylindres.
[0008] Les inventeurs se sont aperçu que les conditions de refroidissement de l'acier à
l'intérieur de la lingotière, avec les paramètres de coulée usuels, étaient telles
que dès un niveau qui peut se situer quelques cm au-dessus du col, la solidification
du métal sur les bords de l'espace de coulée, quoique pas encore complète, est déjà
suffisamment avancée pour qu'il ne se produise aucune fuite significative de métal
liquide vers l'extérieur de la machine, même si le métal n'est plus retenu par les
faces latérales. Ils en ont déduit que la suppression de la partie inférieure des
faces latérales de l'art antérieur était possible. Cette suppression rend la machine
de coulée plus tolérante à de légers écarts dans le processus de solidification de
la bande. En effet, avec l'invention, une épaisseur des peaux solidifiées sur les
rives des cylindres un peu plus importante que prévu dans les derniers mm ou cm précédant
le col ne provoque plus de recul des faces latérales et les risques de perte d'étanchéité
dans les niveaux supérieurs de l'espace de coulée qui leur sont associés. D'autre
part, les parties de la bande solidifiées à l'excès ont la possibilité de s'étendre
latéralement si les cylindres exercent sur elles un effort de compression, ce qui
rend sensiblement moins probable la nécessité d'écarter les cylindres pour minimiser
les contraintes qu'ils subissent.
[0009] L'invention procure ainsi une plus grande stabilité des conditions de coulée, qui
va dans le sens d'une meilleure qualité globale de la bande et d'une fiabilité plus
élevée de l'installation de coulée.
[0010] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en
référence aux figures annexées suivantes:
- la figure 1 qui schématise vue de face (figure 1a) et de profil (figure 1b) en coupe
selon Ib-Ib une face latérale de coulée continue entre cylindres selon l'art antérieur;
- la figure 2 qui schématise vue de face (figure 2a) et de profil (figure 2b) en coupe
selon IIb-IIb une face latérale de coulée continue entre cylindres selon l'invention.
[0011] La face latérale 1 selon l'art antérieur représentée schématiquement sur la figure
1 comprend une plaque support 2, dans laquelle est encastrée la partie active 3 de
la face latérale 1, c'est à dire sa portion destinée, pendant la coulée, à venir au
contact des chants 4 des cylindres 5, 5' (dont seuls les contours ont été représentés
en pointillés sur la figure 1a), de l'acier liquide que renfermera l'espace de coulée
6 de la machine et, en dessous du niveau du col 7 où les cylindres 4, 4' sont au plus
près l'un de l'autre, de la bande solidifiée. Des moyens (non représentés) connus
en eux-mêmes assurent l'application de la face latérale 1 contre les chants 4 des
cylindres 5, 5'. Ils autorisent, grâce à des ressorts ou des vérins, des retraits
temporaires de la face latérale 1 en cas d'infiltration de métal entre sa partie active
3 et le chant 4 d'un cylindre 5, 5', ou d'effort excessif exercé par la bande en cours
de solidification sur sa partie inférieure. On pourra se reporter, notamment, au document
EP-A-0 698 433 pour la description d'un exemple (non limitatif) de tels moyens. La
partie active 3 est, dans l'exemple représenté, divisée en deux portions. La portion
8 en double arc de cercle qui, lorsque la face latérale 1 est montée sur la machine,
constitue la zone de contact avec les chants 4 des cylindres 5, 5', le voisinage immédiat
de cette zone de contact et la zone entourant le col 7, est construite en un premier
matériau réfractaire. Sa qualité essentielle est une dureté élevée pour qu'elle résiste
aussi bien que possible au frottement des chants 4 des cylindres 5, 5' et (autour
du col 7) de la bande en cours de solidification ou déjà solidifiée. Elle est, par
exemple, en SiAlON® ou en nitrure de bore. Elle peut être constituée d'une seule pièce
ou de plusieurs pièces jointives et solidaires les unes des autres. Son bord inférieur
9 est situé en dessous du niveau du col 7, de manière à réaliser une obturation latérale
totale de l'espace de coulée 6. La portion 10 restante de la partie active 3 est en
un matériau réfractaire présentant un pouvoir isolant élevé, tel que la silice ou
l'alumine. La partie active 3 de la face latérale 1 est en saillie par rapport à la
plaque support 2 d'une épaisseur égale au moins à son usure maximale tolérable au
cours de la coulée, par exemple 10 mm. Au cours de la coulée, les portions de la partie
active 3 qui sont au contact des chants 4 des cylindres 5, 5' s'usent essentiellement
par frottement, avec pour conséquence que, peu à peu, les autres portions de la partie
active 3, qui ne s'usent qu'à une vitesse plus modérée car elles ne sont au contact
que de l'acier, liquide ou en cours de solidification, pénètrent légèrement à l'intérieur
de l'espace de coulée 5. En variante, toute la partie active 3 de la face latérale
1 peut être constituée par une pièce unique.
[0012] Sur la figure 2 qui représente une face latérale 11 selon l'invention montée sur
l'installation de coulée, les éléments communs avec ceux de la figure 1 sont désignés
par les mêmes références. Selon l'invention, pour les raisons qui ont été dites, le
bord inférieur 12 de la partie active 3 de la face latérale 11 qui assure le contact
avec les cylindres 5, 5' et obture la partie inférieure de l'espace de coulée 6 est
situé non plus sous le col 7, mais à une distance "d" au-dessus de celui-ci. Cette
distance "d" peut être très faible, jusqu'à 1 mm, si on parvient habituellement à
réguler avec une grande précision la croissance des peaux solidifiées sur les rives
des cylindres 5, 5', et si la proportion de matière solide présente dans le métal
non encore intégralement solidifié dans cette région de l'espace de coulée 6 est susceptible
de passer très rapidement de 0 à 100%. Ces paramètres dépendent, notamment, de la
nuance coulée. Les nuances d'acier les plus chargées en carbone et en éléments d'alliage
divers, telles que les aciers inoxydables, ont des intervalles de solidification (l'écart
entre les températures de liquidus et de solidus) plus larges que ceux des nuances
d'acier ordinaires ou des alliages fer-nickel, et cela rend plus délicate la maîtrise
de leurs conditions de solidification. Surtout, ce large intervalle de solidification
implique que l'on commence à observer un taux important de matière solide au voisinage
de la face latérale 11 à des niveaux relativement élevés de l'espace de coulée 6.
Pour ces aciers à large intervalle de solidification, il faut donc prévoir une distance
"d" plus importante que pour les nuances à intervalle de solidification étroit qui
se solidifient rapidement une fois atteinte la température de liquidus. Dans la pratique,
une distance "d" comprise entre 10 et 40 mm est convenable pour les nuances d'aciers
inoxydables les plus courantes, coulées sous forme de bandes d'épaisseur 3 mm avec
des cylindres de diamètre 1500 mm et des vitesses de coulée de l'ordre de 1 m/mn.
Le choix optimal de la distance "d" dépend aussi de la pression ferrostatique régnant
dans la partie inférieure de l'espace de coulée, donc de la géométrie de l'installation
de coulée et du niveau nominal de la surface de l'acier liquide présent dans l'espace
de coulée. On a ainsi obtenu de bons résultats avec une distance "d" de 1 à 7 mm sur
une machine équipée de cylindres de diamètre 600 mm, lors de la coulée d'aciers au
carbone peu alliés et d'alliages fer-silicium.
[0013] De préférence, afin de réduire les sollicitations mécaniques qui s'exercent sur lui
et pourraient entraîner sa dégradation rapide et incontrôlée, le bord inférieur 12
de la partie active 3 de la face latérale 11 qui fait face à l'espace de coulée 6
ne présente pas d'angle vif, mais un arrondi 13 dont le rayon de courbure peut, par
exemple, être de l'ordre de 10 à 20 mm. La même fonction peut être assurée par un
biseautage du bord inférieur 12, selon un plan incliné, par exemple, à 45°.
[0014] On peut prévoir également la possibilité de refroidir la tranche de la bande par
projection d'un fluide (eau, azote ou argon liquide...) entre le bord inférieur de
la partie active 3 de la face latérale 11 et le col 7. Ce refroidissement peut être
réalisé de manière permanente, afin de s'assurer que la rive de la bande est toujours
suffisamment solidifiée pour éviter qu'elle ne se déchire en laissant échapper du
métal liquide. Il peut aussi être réalisé seulement lorsqu'on observe l'initiation
d'une telle déchirure de la rive, ou lorsque le suivi des paramètres de coulée fait
suspecter des risques d'apparition d'une telle déchirure. Comme moyens d'amenée de
fluide de refroidissement sur la tranche de la bande, on peut utiliser, par exemple,
un ou plusieurs conduits 14 traversant la plaque support 2 et débouchant dans l'espace
15 compris entre la plaque support 2, les chants 4 des cylindres 5, 5' et le col 7.
Mais on peut imaginer d'autres moyens d'amenée de fluide, qui seraient éventuellement
indépendants de la face latérale 11, tels que un ou des gicleurs qui seraient disposés
sous la face latérale 11 et orientés vers la tranche de la bande.
[0015] Un indicateur de l'efficacité de l'invention est le nombre de reculs de la face latérale
que l'on observe pendant la coulée. On a ainsi constaté que ce nombre pouvait être
divisé par trois sur l'ensemble d'une coulée, par rapport à l'utilisation de faces
latérales descendant jusque sous le col. L'amélioration est encore plus sensible lorsqu'on
considère les premières minutes de la coulée, pendant lesquelles le fonctionnement
de la machine de coulée n'est pas toujours parfaitement stabilisé. Ces constatations
ont été faites lors de la coulée d'acier inoxydable austénitique de type SUS 304 coulé
en bandes de 3 mm d'épaisseur, avec une distance "d" égale à 25 mm et un diamètre
de cylindres de 1500 mm.
[0016] L'adaptation de telles faces latérales à une installation de coulée déjà existante
peut, le cas échéant, nécessiter d'apporter quelques modifications au mannequin, de
manière à ce que tout l'espace de coulée 6 soit obturé latéralement lors de son remplissage,
avant le début de la coulée.
[0017] Il va de soi que l'application de l'invention n'est pas limitée à la configuration
précise de face latérale qui vient d'être donnée en exemple, mais est applicable à
toute autre configuration qui autorise une interruption de la partie active au-dessus
du col.
[0018] Bien entendu, l'invention est applicable non seulement à la coulée entre cylindres
de bandes d'acier et autres alliages ferreux, mais de tout autre métal susceptible
d'être coulé par cette méthode.
1. Face latérale (11) pour l'obturation de l'espace de coulée (6) d'une installation
de coulée continue de bandes métalliques du type comportant deux cylindres (5, 5')
contrarotatifs refroidis intérieurement, à axes horizontaux, dont les surfaces latérales
cylindriques définissent un espace de coulée (6) dont la largeur au col (7) détermine
l'épaisseur de la bande, ladite face latérale (11) présentant une partie active (3)
destinée à frotter contre les chants (4) des cylindres (5, 5') en cours de coulée
et à faire face audit espace de coulée (6), caractérisée en ce que les dimensions de ladite partie active (3) sont telles que en usage son bord inférieur
(12) est situé à une distance (d) égale à au moins 1 mm au-dessus du col (7) lorsque
la face latérale (11) est montée sur l'installation de coulée.
2. Face latérale selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bord inférieur (12) présente un arrondi (13) face à l'espace de coulée (6).
3. Face latérale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit bord inférieur (12) présente un biseautage face à l'espace de coulée (6).
4. Face latérale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite partie active (3) est montée sur une plaque support (2), et en ce que ladite plaque support (2) comporte au moins un conduit (14) qui la traverse et débouche
dans l'espace (15) compris entre la plaque support (2), les chants (4) des cylindres
(5, 5') et le col (7), ledit conduit (14) pouvant être connecté à des moyens d'injection
d'un fluide de refroidissement.
5. Installation de coulée continue de bandes métalliques du type comportant deux cylindres
(5, 5') contrarotatifs refroidis intérieurement, à axes horizontaux, dont les surfaces
latérales cylindriques définissent un espace de coulée (6) dont la largeur au col
(7) détermine l'épaisseur de la bande, et deux faces latérales d'obturation de son
espace de coulée, caractérisée en ce que lesdites faces latérales sont du type selon l'une des revendications 1 à 4.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour projeter un fluide de refroidissement sur la tranche
de la bande au-dessus du col (7).
1. Side wall (11) for confining the casting space (6) of a continuous roll caster installation
of the two-roll type, for the production of metallic strips, comprising two contra-rotating,
internally cooled and horizontally oriented rollers (5, 5'), the cylindrical side
walls of which define a casting space (6), whose neck size (7) determines the thickness
of the strip, said side wall (11) showing an active part (3) meant for rubbing against
the edges (4) of the cylinders (5, 5') during casting and facing said casting space
(6), characterised in that the dimensions of said active part (3) are such that, during operation, its lower
edge (12) is situated at a distance (d) equal to at least 1 mm above the neck (7),
if the side wall (11) is fitted to the caster installation.
2. Side wall according to claim 1, characterised in that said lower edge (12) shows a rounding (13) facing the casting space (6).
3. Side wall according to claim 1 or 2, characterised in that said lower edge (12) shows a bevelling facing the casting space (6).
4. Side wall according to one of the claims 1 to 3, characterised in that said active part (3) is fixed on a supporting plate (2), and in that said supporting plate (2) comprises at least one conduit (14) which traverses it
and leads to the space (15) comprised between the supporting plate (2), the edges
(4) of the cylinders (5, 5') and the neck (7), said conduit (14) being connectable
to injection means for the injection of a cooling medium.
5. Continuous roll caster installation of the two-roll type, for the production of metallic
strips, comprising two contra-rotating, internally cooled and horizontally oriented
rollers (5, 5'), the cylindrical side walls of which define a casting space (6), whose
neck size (7) determines the thickness of the strip, and comprising two side walls
for confining its casting space, characterised in that said side walls are of type according to one of the claims 1 to 4.
6. Installation according to claim 5, characterised in that it comprises means to project a coolant onto the section of the strip above the neck
(7).
1. Seitenwand (11) zur Abdichtung des Gießraumes (6) in einer Stranggießeinrichtung in
Zweirollenbauart zum Herstellen metallischer Bänder, umfassend zwei gegenläufige,
innen gekühlte, horizontalachsige Rollen (5, 5'), deren zylindrische Seitenflächen
einen Gießraum (6) definieren, dessen Kragenweite (7) die Banddicke festlegt, wobei
die Seitenwand (11) ein Aktivteil (3) aufweist, welches zur Reibung an den Kanten
(4) der Zylinder (5, 5') während des Gießvorgangs bestimmt ist und das dem Gießraum
(6) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Aktivteils (3) so sind, daß, In Betrieb, sein unterer Rand (12)
in einem Abstand (d) von mindestens 1 mm oberhalb des Kragens (7) liegt, wenn die
Seitenwand (11) auf der Gießeinrichtung montiert ist.
2. Seitenwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand (12) eine, gegenüber dem Gießraum (6) liegende Kantenabrundung (13)
aufweist.
3. Seitenwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand (12) eine gegenüber dem Gießraum (6) liegende Abschrägung aufweist.
4. Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivseil (3) auf einer Trägerplatte (2) angebracht ist und daß diese Trägerplatte
(2) mit wenigstens einer Leitung (14) ausgestattet ist, die sie durchquert und in
den Raum (15) zwischen der Trägerplatte (2), den Kanten (4) der Zylinder (5, 5') und
dem Kragen (7) mündet, wobei die Leitung (14) mit einem Einspritzmittel für ein flüssiges
Kühlmedium verbunden werden kann.
5. Stranggießeinrichtung in Zweirollenbauart, zum Herstellen metallischer Bänder, umfassend
zwei gegenläufige, innen gekühlte, horizontalachsige Rollen (5, 5'), deren zylindrische
Seitenflächen einen Gießraum (6) definieren, dessen Kragenweite (7) die Banddicke
festlegt, und mit zwei Seitenwänden zur Abdichtung ihres Gießraums, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände gemäß einer der Ansprüche 1 bis 4 ausgeführt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Mittel ausgestattet ist um eine Kühlflüssigkeit auf den Abschnitt des Bandes
oberhalb des Kragens (7) zu spritzen.