Procédé et dispositif de coulée continue de produits métalliques minces

Abstract

 Procédé de coulée continue de produits métalliques minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amene au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal (1) entraîné en rotation, le métal liquide (7) étant par ailleurs contenu par un rouleau (3) de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé (10).
Le rouleau (3) est entraîné en rotation à une vitesse périphérique supérieure à celle du cylindre (1).
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé comporte des moyens (4,5) d'entraînement en rotation du rouleau (3) à une vitesse réglable, indépendamment de la vitesse du cylindre principal.

Description

[0001] La présente invention concerne la production directe de bandes ou tôles métalliques à partir du métal en fusion, et plus particulièrement la production de bandes ou tôles de faible ou très faible épaisseur, notamment en acier, par la technique dite de coulée continue sur un cylindre.

[0002] Cette technique connue consiste à couler le métal en fusion sur la paroi latérale refroidie d'un cylindre entraîné en rotation, le métal se solidifiant au contact de cette paroi, la bande ainsi formée étant maintenue au contact de la paroi, sur une partie de la circonférence de celle-ci, pour poursuivre son refroidissement. Le métal en fusion est couramment amené au contact de la paroi du cylindre par un canal réfractaire ouvert dont l'extrémité affleure ladite paroi. Le cylindre en rotation entraîne dans son mouvement le métal qui se solidifie progressivement à son contact.

[0003] Le métal en fusion doit par ailleurs être contenu dans le canal d'alimentation à sa partie supérieure. Ceci peut être assuré par une paroi supérieure réfractaire fixe liée au canal ainsi que décrit dans le document US 4274471.

[0004] Ce document révèle également l'utilisation d'un rouleau refroidi jointif avec l'extrémité de cette paroi supérieure, ce rouleau initiant la solidification de la peau supérieure du produit et limitant l'épaisseur de celui-ci.

[0005] Le document EP 0198669 révèle également l'utilisation à cette fin d'un rouleau qui est partiellement immergé dans le métal liquide et entraîné en rotation.

[0006] Il a toutefois été constaté que les produits obtenus par des procédés de ce type présentent un état de surface de qualité insuffisante. La surface est granuleuse si la solidifica­tion s'effectue uniquement à partir du cylindre principal de coulée, et l'utilisation d'un second rouleau ou cylindre de plus faible diamètre conduit à une surface du produit écaillée.

[0007] Le but de la présente invention est d'obtenir par un procédé du type décrit ci-avant, un produit ne présentant pas ces défauts de surface.

[0008] Avec cet objectif en vue, l'objet de l'invention est un procédé de coulée continue de produits minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amené au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal entraîné en rota­tion, le métal liquide étant par ailleurs contenu par un rouleau de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé.

[0009] Conformément à l'invention, le rouleau est entraîné en rotation à une vitesse telle que sa vitesse linéaire périphé­rique soit supérieure à celle du cylindre.

[0010] Selon une disposition particulière de l'invention, la survitesse du rouleau par rapport à celle du cylindre principal est de 2 à 20 %. Préférentiellement, elle est de 6 à 10 %.

[0011] Les inventeurs ont constaté que grâce à la mise en oeuvre de l'invention, les défauts de surface du produit obtenu tels que irrégularité ou écaillage sont supprimés, ou tout au moins fortement réduits.

[0012] Les inventeurs ont notamment constaté que les défauts de surface prémentionnés pouvaient être imputés à une mauvaise maîtrise de la trajectoire de la bande ou de la tôle juste en aval du "col" entre cylindre principal et rouleau, le produit ayant alors tendance à ne pas rester en contact avec le cylindre principal, alors qu'il devrait le faire sur une certaine distance circonférentielle à partir dudit col pour assurer l'uniformité du contact de la face inférieure du produit avec le cylindre. Le problème qui s'est posé aux inventeurs était de contrôler précisément la trajectoire du produit coulé dès le col pour assurer le contact intime recherché avec le cylindre principal.

[0013] Il doit être compris que l'utilisation d'un second rou­leau ou d'une série de rouleaux destinés à guider le produit, tels que montrés par le document US 4274471 précité, ne permet pas de résoudre ce problème car même si lesdits rouleaux sont rapprochés, il subsiste impérativement une certaine distance entre les points de contact du premier et du second rouleau, distance sur laquelle le maintien du produit en contact parfait avec le cylindre principal ne peut être assuré.

[0014] Les inventeurs ont pu mettre en évidence, par des expé­riences menées dans le cas de la coulée d'acier en bandes minces, que la bande a naturellement tendance à se "décoller" de la paroi du cylindre dès le col, cet effet se produisant à plus ou moins grande échelle selon les conditions de coulée, et cela même si la bande est guidée en aval du col par des moyens appro­priés.

[0015] Il apparaît en fait que c'est essentiellement la peau supérieure du produit qui a tendance à rester au contact du rouleau supérieur en aval du col, ce qui tend en conséquence à décoller la peau inférieure du cylindre.

[0016] Les inventeurs ont vérifié que l'entraînement en rota­tion du cylindre, en sens opposé à celui du cylindre principal, et en survitesse linéaire périphérique par rapport à ce dernier, permettait d'assurer le contact pratiquement parfait recherché entre la face inférieure du produit et la paroi du cylindre principal.

[0017] Il est rappelé que, dans ce type de coulée, il se forme un puits liquide contenu entre deux peaux en cours de solidifi­cation. Une peau inférieure, d'épaisseur croissante à partir du point de premier contact du métal liquide avec le cylindre, se forme sur le cylindre principal, et une peau supérieure se forme de la même manière au contact du rouleau. Il est connu de rechercher un positionnement du fond du puits liquide sensi­blement au niveau du col, pour éviter, d'une part, un laminage du produit, et les efforts importants en résultant sur les cylin­dres et rouleau, dans le cas d'un fond de puits en amont du col, et d'autre part, des risques de percées dans le cas d'un fond de puits en aval du col.

[0018] Lors des expériences menées par les inventeurs, ceux-ci ont constaté que, pour une survitesse périphérique du rouleau par rapport au cylindre inférieur à environ 2 %, cette faible survitesse était insuffisante pour que la tendance à une survi­tesse de la peau supérieure par rapport à la peau inférieure, provoque, par l'effet du couplage mécanique réalisé entre les deux peaux au fond du puits liquide, le rabattement du produit vers le bas contre le cylindre principal.

[0019] A l'inverse, pour une même vitesse du cylindre et pour une même épaisseur du produit, et bien qu'en toute rigueur, une survitesse importante puisse être réalisée, si celle-ci est supérieure à environ 20 %, le fond du puits liquide risque de se trouver déplacé trop en aval du col, ceci pouvant être dû notamment à une peau trop fine formée sur le rouleau supé­rieur. Les deux peaux ne sont plus alors en bon contact mutuel et ont tendance à ne pas suivre une trajectoire commune.

[0020] Il sera bien compris que la survitesse relative du rou­leau par rapport au cylindre n'a pas pour effet de provoquer une survitesse équivalente de la peau supérieure du produit par rapport à sa peau inférieure. Il y a en fait un effet de patinage du rouleau sur la peau supérieure qui tend à "pousser" la peau supérieure dans le sens d'extraction du produit. Ce patinage tend à croître avec la survitesse, la poussée sur la peau supérieure croissant simultanément. Toutefois, il est clair que la différence de vitesse entre le rouleau supérieur et la peau qui s'y forme ne dépend pas que de la seule survitesse, mais également d'autres paramètres influant sur le "couplage" mécanique entre le rouleau et la peau supérieure du produit, tels que l'état de surface du rouleau, sa rugosité, sa propreté, etc.

[0021] Un autre objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Un dispositif de coulée continue de produits minces de ce type comprend un cylindre principal entraîné en rotation et dont la paroi latérale est refroidie, un canal d'amenée du métal liquide sur ladite paroi du cylin­dre, et un rouleau refroidissant placé parallèlement au cylindre principal et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur souhaitée pour le produit, ce rouleau obturant au moins partiellement la zone supérieure de l'extrémité du canal d'amenée.

[0022] Conformément à l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens d'entraînement en rotation du rouleau à une vitesse réglable indépendamment de la vitesse du cylindre prin­cipal pour régler la vitesse linéaire périphérique du cylindre à une valeur supérieure à celle de la vitesse linéaire périphé­rique du cylindre principal.

[0023] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va être faite à titre d'exemple d'un procédé et dispositif conforme à l'inven­tion.

[0024] On se reportera à l'unique figure annexée qui représente schématiquement une installation de coulée continue de bandes minces en acier.

[0025] L'installation comporte un cylindre principal 1 entraîné en rotation dans le sens de la flèche F1 par un moteur 2. La vitesse de rotation peut être réglable pour s'adapter à diverses conditions de coulée. Le cylindre 1 a une paroi latérale 11 re­froidie de manière classique, par exemple par circulation interne d'un fluide refroidissant.

[0026] Un rouleau 3 est disposé parallèlement au cylindre et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur recherchée de la bande métallique 10. La paroi latérale de ce rouleau est également refroidie. Le rouleau 3 est entraîné en rotation dans le sens de la flèche F2 par un moteur 4 et sa vitesse peut être réglée par les moyens de réglage 5.

[0027] Le rouleau 3 est positionné par rapport au cylindre 1 dans un secteur d'angle α compris entre 0 et 45° par rapport à la verticale.

[0028] Un canal 6 d'amenée du métal liquide, en matériau réfrac­taire, est accolé au cylindre 1. Un jeu minimal est ménagé entre l'extrémité 61 de ce canal et la paroi du cylindre pour éviter l'usure de celle-ci tout en évitant les fuites de métal liquide.

[0029] De même, une paroi supérieure 62 du canal est accolée au rouleau 62. Cette paroi n'est toutefois pas nécessaire si la position de la surface du métal liquide 7 peut être contrôlée de manière à ne pas déborder au-dessus dudit rouleau.

[0030] Un racleur 8 est disposé à proximité du cylindre 1 au point où la bande 10 solidifiée s'écarte du cylindre, pour guider celle-ci.

[0031] A titre d'exemple, la bande 10 réalisée sur une installa­ tion expérimentale a une épaisseur d'environ 1 mm. Le diamètre du cylindre 1 est de 660 mm et celui du rouleau 3 de 200 mm. Ces valeurs sont données à titre indicatif et il est bien entendu que les diamètres peuvent être différents des valeurs ci-dessus. Le rapport entre les diamètres respectifs du cylindre et du rouleau peut aussi être modifié. Le diamètre du rouleau sera cependant préférentiellement inférieur à celui du cylindre.

[0032] Lors de la coulée, le cylindre et le rouleau sont entraî­nés en rotation. Le métal liquide 7 est amené dans le canal 6 et son niveau est maintenu de préférence légèrement en dessous de l'axe du rouleau.

[0033] La vitesse périphérique linéaire du rouleau 3 est réglée pour être supérieure à celle du cylindre 1. L'écart de vitesse est de l'ordre de 6 à 10 % de préférence, mais peut aller de 2 à 20 %.

[0034] Au contact des parois refroidies du cylindre 1 et du rouleau 3, le métal en fusion 7 se solidifie et forme sur chacune des surfaces refroidies une peau solidifiée dont l'épaisseur croît dans le sens de coulée. Dans le cas de l'exemple précité, le rouleau 3 est de diamètre inférieur à celui du cylindre 1. Les parois latérales du cylindre et du rouleau sont de même nature (paroi en cuivre) et le refroidissement de celles-ci est tel que les conditions d'échange thermique à leurs surfaces sont similaires. De ce fait, et parce que, dans le présent exem­ple, la longueur jusqu'au col de l'arc de contact du métal coulé avec le rouleau 3 est inférieure à la longueur correspondante avec le cylindre 1, aussi parce que la vitesse linéaire périphé­rique du rouleau 3 est supérieure à celle du cylindre 1, la durée de contact du métal coulé avec la paroi du rouleau est inférieure à la durée de contact avec le cylindre. En consé­quence, la peau 10′ formée sur le cylindre 1 a une épaisseur supérieure à celle 10˝ formée sur le rouleau 3. Les deux peaux 10′ et 10˝ se rejoignent sensiblement au niveau du col entre cylindre et rouleau.

[0035] Il doit être cependant bien compris qu'il n'y a pas une limite précise entre peaux et métal liquide, le métal passant progressivement de l'état liquide à l'état solide par une zone pâteuse. La position de cette zone peut être ajustée en jouant notamment sur les vitesses de rotation du cylindre et du rouleau ou sur l'intensité du refroidissement des parois du cylindre et du rouleau. On visera à obtenir un produit solidifié dans toute sa section en aval du col.

[0036] Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent d'obtenir un produit, tôle ou bande, présentant un bon état de surface, sans les défauts observés antérieurement.

[0037] L'invention n'est pas limitée au dispositif et procédé décrit ci-avant à titre d'exemple.

[0038] On pourra notamment utiliser un moteur unique d'entraî­nement pour le cylindre et le rouleau en interposant entre ceux-­ci un variateur de vitesse, la vitesse de coulée pouvant par exemple être réglée de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres par minute.

[0039] La position relative du rouleau par rapport au cylindre pourra également être modifiée, l'angle pouvant prendre une valeur quelconque.

[0040] De même, la survitesse devra être adaptée en fonction des conditions de coulée, des refroidissements respectifs du cylindre et du rouleau, de la nature et de l'état de surface de ceux-ci, ainsi que de leur éventuelle lubrification.

[0041] Bien entendu, le procédé est applicable à la coulée d'au­tres métaux que l'acier.

Revendications

1) Procédé de coulée continue de produits minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amené au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal entraîné en rotation, le métal liquide étant par ailleurs contenu par un rouleau de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé, et on règle les vitesses du cylindre (1) et du rouleau (3) pour que le fond du puits liquide soit sensiblement au niveau du col entre cylindre et rouleau, procédé caractérisé en ce que le rouleau (3) est entraîné en rotation à une vitesse telle que sa vitesse linéraire périphérique soit supérieure à celle du cylindre (1).

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la survitesse périphérique du rouleau (3) par rapport à celle du cylindre (1) est de 2 à 20 %.

3) Dispostif de coulée continue de produits minces comprenant un cylindre principal entraîné en rotation et dont la paroi latérale est refroidie, un canal d'amenée du métal en fusion sur ladite paroi du cylindre, et un rouleau refroidissant placé parallèlement au cylindre principal et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur souhaitée pour le produit, ce rouleau obturant au moins partiellement la zone supérieure de l'extrémité du canal d'amenée, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (4,5) d'entraînement en rotation du rouleau (3) à une vitesse réglable indépendamment de la vitesse du cylindre principal (1).

4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rouleau (3) est situé par rapport au cylindre (1) dans un secteur d'angle (α) compris entre 0 et 45° par rapport à la verticale.

Dessins