Dispositif de fabrication en continu d'une bande métallique mince

Abstract

 Le dispositif comporte successivement un moule (3,6) dans lequel on force le métal à s'écouler de haut en bas en lame mince (15) animée d'un mouvement de giration le long de la paroi intérieure dudit moule, et dans lequel on applique au métal un refroidissement primaire, des moyens de refroidissement (6) dans lesquels on applique au métal un refroidissement provoquant la solidification complète dudit métal en un tube solide (11) et un appareil de découpage (9, 10) dudit tube suivant une ligne hélicoïdale inclinée d'un angle (α) approprié à la largeur désirée (B) de la bande métallique (12). Il comporte en outre des moyens pour distribuer le métal en fusion sur la paroi intérieure du moule, en particulier une busette à bout fermé (1) et présentant un ou plusieurs conduits latéraux de sortie du métal en fusion. Le moule est constitué d'au moins deux tronçons successifs; de préférence, le premier (3) de ces tronçons présente une section intérieure qui augmente dans le sens de l'écoulement du métal, et au moins le second (6) de ces tronçons peut tourner autour de son axe longitudinal.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif pour la fabrication en continu d'une bande métallique mince. Par bande métallique mince, il faut entendre, au sens de la présente invention, une bande de métal dont l'épaisseur ne dépasse pas environ 10 mm. Pour fixer les idées, il sera ici fait particulièrement référence à la fabrication d'une bande en acier. Il faut cependant considérer que cette application particulière n'a d'autre but que d'illustrer l'objet de la présente invention, et que le procédé est en fait applicable à tout autre métal.

[0002] Pour des raisons d'ordre essentiellement économique, on cherche ac­tuellement à produire des bandes minces directement par coulée d'acier liquide entre deux supports refroidis de largeur appropriée, ce qui permettrait de supprimer, au moins en partie, le processus de laminage à chaud.

[0003] On connaît actuellement différentes techniques, notamment la coulée entre deux rouleaux et la coulée entre deux bandes, les rouleaux, respectivement les bandes, se déplaçant de façon à entraîner la bande métallique formée.

[0004] Dans ces techniques, la maîtrise de l'écoulement du métal et des échan­ges thermiques selon la largeur de la bande métallique présente des difficultés sérieuses qui conduisent à d'importantes variations transversales dans l'épaisseur et dans la microstructure de cette bande. En outre, les rives de la bande métallique sont irrégulières et fréquemment affectées de fissures, et elles doivent être rectifiées par une opération supplémentaire de cisaillage.

[0005] On connaît également un procédé de fabrication en continu d'une bande métallique mince par coulée de métal en fusion, ladite bande présentant une largeur constante et n'étant pas sujette aux inconvénients précités; ce procédé, qui a fait l'objet par exemple du brevet US No. 2,477,030 du 26.7.1949, du brevet belge No. 546.497 du 27.3.1956 et de la demande de brevet européen No. 85.308.004.2 (publication No. 0 182 531) du 4.11.1985; ces technologies assez particulières sont normalement mises en oeuvre dans des installations comportant un tronçon de coulée horizontale.

[0006] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif particulier pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication en con­tinu d'une bande métallique mince à partir d'un métal en fusion, dans lequel on coule ledit métal par centrifugation en un tube présentant l'épaisseur désirée et en ce que l'on découpe ledit tube métallique suivant une ligne hélicoïdale, afin de former une bande continue.

[0007] Dans le dispositif de l'invention, le métal en fusion traverse suc­cessivement un moule tubulaire dans lequel on le force à s'écouler de haut en bas en lame mince animée d'un mouvement de giration le long de la paroi intérieure dudit moule, et dans lequel on lui applique un refroidissement qui provoque une solidification partielle dudit métal, ensuite un élément comportant des moyens de refroidissement secondaire provoquant la solidification complète dudit métal en un tube solide, et enfin un appareil de découpage dudit tube suivant une ligne hélicoïdale inclinée d'un angle approprié à la largeur désirée de la bande métallique.

[0008] Selon une caractéristique particulière, ledit moule est constitué d'au moins deux tronçons successifs, et au moins le second desdits tronçons peut tourner autour de son axe longitudinal.

[0009] En outre, le premier tronçon est avantageusement équipé de moyens pour distribuer le métal en fusion sur sa paroi intérieure ainsi que de moyens pour imprimer audit métal en fusion un mouvement de giration le long de ladite paroi intérieure.

[0010] Selon une modalité avantageuse de l'invention, ledit premier tronçon présente une section intérieure qui augmente dans le sens de la pro­gression du métal en fusion à travers ledit premier tronçon.

[0011] Selon une variante particulière de cette modalité, la section inté­rieure dudit premier tronçon augmente de façon continue sur au moins une partie de la longueur de celui-ci; en particulier, cette augmen­tation continue de la section intérieure peut être régulière, de façon à donner à ce premier tronçon une forme tronconique sur la partie correspondante de la longueur de celui-ci.

[0012] Cette augmentation continue de la section intérieure peut cependant suivre une loi quelconque, par exemple une loi qui donne audit premier tronçon un profil intérieur parabolique.

[0013] Egalement selon la présente invention, ledit premier tronçon est réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur, en particulier en cuivre. De ce fait, le métal fondu peut subir un refroidissement contrôlé dans ce premier tronçon, de façon à se trouver dans un état pâteux, c'est-à-dire partiellement solidifié, à la sortie dudit premier tronçon. L'agitation énergique réalisée au cours du refroi­dissement assure une viscosité suffisamment faible du mélange pâteux.

[0014] Toujours selon la présente invention, les moyens pour distribuer le métal en fusion sur la paroi intérieure dudit premier tronçon compren­nent une busette à bout fermé et présentant un ou plusieurs conduits latéraux de sortie du métal en fusion.

[0015] Bien qu'un seul conduit de sortie puisse assurer un débit suffisant de métal en fusion, il s'est cependant avéré avantageux de prévoir au moins deux conduits de sortie, uniformément répartis sur la périphérie de la busette afin d'assurer une distribution aussi régulière que pos­sible du métal fondu dans ledit premier tronçon.

[0016] Eventuellement, lesdits conduits de sortie peuvent être orientés de façon à donner au métal en fusion qui en sort un mouvement présentant une composante tangentielle par rapport à la paroi intérieure dudit premier tronçon. Il est ainsi possible d'amorcer le mouvement de giration du métal en fusion dans loedit premier tronçon.

[0017] Cette composante tangentielle peut elle-même être inclinée par rapport à un plan horizontal, afin de limiter les effets dynamiques de l'im­pact du métal en fusion contre la paroi intérieure dudit premier tronçon.

[0018] Enfin, les moyens pour imprimer au métal en fusion un mouvement de giration le long de la paroi dudit premier tronçon peuvent être constitués par tout dispositif d'entraînement mécanique connu en soi.

[0019] Les moyens de refroidissement secondaire sont de préférence fixes et produisent une nappe d'eau qui s'écoule à grande vitesse le long du tube métallique en cours de solidification.

[0020] En aval desdits moyens de refroidissement secondaire est disposé un appareil de découpage dudit tube suivant une ligne hélicoïdale.

[0021] Cet appareil comprend des galets d'entraînement imprimant au tube métallique un mouvement combiné de progression axiale et de rotation, ainsi qu'au moins un outil de découpage orienté de façon à effectuer le découpage suivant la ligne hélicoïdale désirée.

[0022] D'autres particularités et avantages de la présente invention appa­raîtront à la lecture de la description détaillée donnée ci-dessous à titre d'exemple et dans laquelle il est fait référence aux figures annexées.

[0023] La figure I représente schématiquement une coupe longitudinale à travers un dispositif conforme à l'invention pour la fabricaion d'une bande métallique mince à partir d'acier en fusion. Le dispositif de l'invention est installé sous un récipient, non représenté, tel qu'une poche de coulée, équipé d'une busette de coulée 1. Ce dispositif se compose essentiellement d'un moule comprenant un premier tronçon H1 et un second tronçon H2, d'un système de refroidissement H3 et d'un appareil de découpage 9, 10.

[0024] Le premier tronçon H1 est constitué d'un élément tubulaire 3 pourvu d'un plateau répartiteur 2 qui assure la formation d'un film d'acier en fusion et son écoulement à la surface intérieure de cet élément tubulaire 3; il comporte également un inducteur destiné à imprimer à ce film d'acier un mouvement de rotation qui assure son bon contact avec la paroi ainsi que sa répartition uniforme le long de cette paroi. Dans la variante illustrée, l'inducteur 4 est disposé autour de l'élément tubulaire 3; il va de soi que cet inducteur 4 pourrait, sans sortir du cadre de l'invention, être disposé l'intérieur de l'élément tubulaire 3 ou même en partie à l'extérieur et en partie à l'intérieur dudit élément.

[0025] Le second tronçon H2 du moule est constitué par une lingotière 6 en cuivre, refroidie à l'eau et animée d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal. Cette lingotière est supportée par un dis­positif 7 permettant sa rotation.

[0026] Le système de refroidissement H3 comprend des moyens pour former une nappe d'eau homogène s'écoulant à grande vitesse le long du tube d'acier coulé.

[0027] Enfin, l'appareil de découpage comporte des galets 9 imprimant au tube d'acier coulé un mouvement en spirale qui assure à la fois la rotation et la progression axiale du tube d'acier. Ces galets 9 sont suivis d'un outil de découpage, par exemple d'un disque de refendage 10, qui opère le découpage du tube d'acier suivant la ligne hélicoïdale désirée.

[0028] A cet appareil de découpage peut également être associé un conduit 13 d'injection d'un gaz neutre tel que l'argon, à l'intérieur du tube d'acier coulé.

[0029] Ce dispositif fonctionne de la façon suivante.

[0030] L'acier liquide s'écoulant de la busette 1 est dévié par le plateau répartiteur 2 de façon à former un film d'acier sur la paroi inté­rieure de l'élément tubulaire réfractaire 3. L'inducteur 4 imprime à ce film d'acier un mouvement giratoire à une vitesse prédéterminée. Le film d'acier pénètre dans la lingotière 6 qui tourne autour de son axe longitudinal et qui entretient ainsi le mouvement giratoire du film d'acier. Un lubrifiant est ajouté dans la lingotière en 5. Le refroi­dissement appliqué par la lingotière 6 provoque un début de solidi­fication du film d'acier qui quitte dès lors la lingotière sous la forme d'un tube à l'état pâteux. Ce tube est refroidi énergiquement, dans le dispositif 8, par une nappe d'eau qui s'écoule à grande vitesse le long de sa surface extérieure. L'argon insufflé par le conduit 13 contribue également au refroidissement de la surface in­térieure de ce tube. A la sortie du dispositif 8, le tube d'acier solidifié 11 est saisi par des galets 9 qui lui impriment un mouvement de rotation et de progression axiale, puis le tube est découpé par un disque 10 en une bande continue 12 de largeur B.

[0031] La largeur B de la bande 12 peut être modifiée en faisant simplement varier l'angle α d'inclinaison de l'hélice de découpage, c'est-à-dire l'orientation du disque 10 et des galets 9, ainsi que la vitesse de rotation du tube 11.

[0032] A titre d'exemple, on a coulé en continu un acier présentant une sur­chauffe initiale de 25°C, à raison de 20 t/h, en un tube de diamètre extérieur D = 150 mm et d'épaisseur E = 3 mm. La vitesse d'extraction du tube était de 0,5 m/s.

[0033] Suivant la valeur de l'angle α et de la vitesse N de rotation du tube 11, on a produit des bandes de largeur B différente, suivant le tableau ci-dessous :

[0034] Les bandes obtenues présentaient une structure de solidification très fine et des propriétés homogènes dans toute leur section. Leur largeur était constante, et leurs bords étaient réguliers et sans défauts.

[0035] Le procédé de l'invention offre une grande souplesse de conduite, en raison de la facilité avec laquelle il est possible de modifier la lar­geur et l'épaisseur des bandes métalliques produites. De plus, les bandes produites ne présentent pas de défauts de profil et de pla­néité, communs et difficiles à éviter dans les autres procédés.

[0036] La figure II illustre la réalisation particulière du dispositif de l'invention, dans laquelle le premier tronçon du moule présente une forme tronconique.

[0037] Cette figure montre une busette 1, équipant un récipient de coulée non représenté dont l'extrémité est introduite dans un premier tronçon H1 du moule de coulée. Ce premier tronçon H1 est constitué d'un élément tronconique 3 en cuivre, dont la section augmente en direction du second tronçon H2. L'élément tronconique 3 est équipé de moyens, connus en soi et ncn représentés, d'une part pour le faire tourner autour de son axe longitudinal et d'autre part pour assurer son refroidissement.

[0038] La busette 1 présente un bout fermé, et deux conduits de sortie latéraux 14, inclinés vers le bas en direction de la paroi intérieure de l'élément tronconique 3.

[0039] Le diamètre de la section de sortie de l'élément tronconique 3 est légèrement inférieur au diamètre de la section d'entrée du second tronçon H2 du moule de coulée.

[0040] Par ailleurs, le second tronçon H2 du moule de coulée et le système de refroidissement H3 sont conformes à ceux du dispositif représenté à la figure I et décrits ci-avant.

[0041] Cette modalité du dispositif de l'invention fonctionne de la façon sui­vante.

[0042] Le métal en fusion, en particulier l'acier, provenant du récipient de coulée non représenté, s'échappe de la busette 1 par les conduits la­téraux 14. Il arrive en contact avec la paroi intérieure de l'élément tronconique 3 et, du fait de la rotation de ce dernier, il forme un film de métal uniforme 15 sur cette paroi intérieure.

[0043] L'inclinaison de la paroi intérieure tournante force le métal à pro­gresser vers le bas, tandis que les moyens de refroidissement, non représentés, provoquent l'apparition d'une fraction solidifiée qui confère au métal un état pâteux.

[0044] Le métal pâteux pénètre alors dans le second tronçon H2 du moule, puis dans le système de refroidissement H3, comme cela a été décrit dans le document cité dans l'introduction.

[0045] A titre d'exemple de mise en oeuvre de ce dispositif, on a utilisé un tronçon tronconique H1 ayant une longueur de 0,35 m, une section de sortie de 0,15 m de diamètre et un angle d'ouverture de 30°. On a coulé un acier présentant une surchauffe initiale de 25 °C, avec un débit de 20 t/h; l'élément tronconique tournait à une vitesse de 1100 tr/min. Dans ces conditions, la vitesse du film d'acier à la sortie de l'élément tronconique était de 10 m/s et la fraction solide dans l'acier y atteignait 30 %.

[0046] Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la réalisation qui vient d'être décrite et illustrée. Diverses modifications peuvent y être apportées, en particulier dans le profil intérieur du premier tronçon du moule de coulée, sans quitter le cadre défini par les revendications qui suivent.

Revendications

1. Dispositif pour la fabrication en continu d'une bande métallique mince à partir d'un métal en fusion, caractérisé en ce qu'il comporte successivement un moule dans lequel on force le métal à s'écouler de haut en bas en lame mince animée d'un mouvement de giration le long de la paroi intérieure dudit moule, et dans lequel on applique au métal un refroidissement primaire, des moyens de refroidissement dans les­quels on applique au métal un refroidissement provoquant la soli­dification complète dudit métal en un tube solide et un appareil de découpage dudit tube suivant une ligne hélicoïdale inclinée d'un angle approprié à la largeur désirée de la bande métallique.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens pour distribuer le métal en fusion sur la paroi intérieure du moule.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les­dits moyens pour distribuer le métal en fusion sur la paroi intérieure dudit premier tronçon comprennent une busette à bout fermé et présentant un ou plusieurs conduits latéraux de sortie du métal en fusion.

4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moule est constitué d'au moins deux tronçons successifs, et en ce qu'au moins le second desdits tronçons peut tourner autour de son axe longitudinal.

5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le premier tronçon comprend des moyens pour imprimer au métal en fusion un mouvement de giration le long de sa paroi intérieure.

6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'au moins un desdits tronçons du moule est pourvu de moyens de refroidissement pour provoquer une solidification partielle dudit métal.

7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit premier tronçon présente une section inté­rieure qui augmente dans le sens de la progression du métal à travers ledit premier tronçon.

8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ladite section intérieure augmente suivant une loi qui donne audit premier tronçon un profil intérieur parabolique, sur la partie correspondante de la longueur de celui-ci.

9. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit appareil de découpage comprend des galets d'entraînement dudit tube métallique en rotation et en progression axiale ainsi qu'au moins un outil de découpage orienté de façon à effectuer ledit découpage suivant la ligne hélicoïdale désirée.

10. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour introduire un gaz protecteur à l'intérieur dudit tube métallique solidifié.

Dessins