Procédé et dispositif de coulée continue entre cylindres de produits métalliques minces aptes au laminage à froid direct

Abstract

 Selon ce procédé, on coule du métal liquide entre deux cylindres (1,2) d'axes parallèles entraînés en rotation en sens contraire et dont les parois sont refroidies. On utilise au moins un cylindre dont la génératrice est curviligne et dont le diamètre est légèrement plus faible dans sa partie axialement médiane que vers ses extrémités, et on maintient le métal au contact de la paroi dudit cylindre sur un arc plus long dans ladite partie médiane que vers lesdites extrémités.
A cette fin, le dispositif de coulée comporte une masselotte (3) dont le bord inférieur (33) des parois longitudinales (31) est en contact avec les parois desdits cylindres au dessus du col (5) entre ceux-ci, et la ligne de contact (35,35′) du bord inférieur de la paroi longitudinale de la masselotte avec ce cylindre est courbe de manière que la longueur de l'arc de la surface (6,7) de ce cylindre entre ladite ligne et ledit col soit plus importante vers le milieu de ladite paroi longitudinale que sur ses bords.

Description

[0001] La présente invention concerne la coulée entre cylindres de produits métalliques minces, tels que notamment des bandes ou feuilles d'acier.

[0002] Ce type de coulée est destiné à l'obtention par coulée de produits de faible épaisseur qui peuvent être ensuite directement laminés à froid.

[0003] Dans les installations de coulée entre cylindres, le métal liquide est déversé dans un espace de coulée défini par les portions des parois cylindriques des cylindres situées au-dessus du plan passant par les axes parallèles desdits cylindres, et par des parois d'extrémités encore appelées petites faces ou parois latérales, généralement fixes, sensiblement perpendiculaires aux axes des cylindres. Lors de la coulée, le métal liquide se solidifie progressivement au contact de parois cylindriques refroidies des cylindres en formant des peaux solidifiées qui sont entraînées par les cylindres en rotation et se rejoignent au niveau du col, c'est-à-dire au niveau dudit plan passant par les axes des cylindres, pour former le produit fini qui est extrait en continu vers le bas.

[0004] Dans certains cas, ces installations comportent également une sorte de rehausse fixe constituée de deux parois longitudinales en contact étanche avec les cylindres et deux parois frontales prolongeant vers le haut lesdites petites faces ou faisant partie intégrante de celles-ci. Cette rehausse sera par la suite désignée par le terme de "masselotte" par analogie avec la partie surmontant la lingotière ou le moule et destinée à contenir la masselotte de retrait dans les installations de coulée en lingotière fixe ou de moulage. Cette "masselotte" a notamment pour fonction, dans le cas de la coulée entre cylindres, de délimiter la surface de cylindre sur laquelle s'effectue la solidification du métal coulé, et ainsi d'assurer la régularité de cette solidification, quelque soit le niveau du métal dans la masselotte. De plus le ménisque du métal liquide n'est pas en contact avec les parois des cylindres et le risque d'entraînement des impuretés flottant sur le ménisque est ainsi considérablement réduit.

[0005] Quel que soit le cas, de nombreux problèmes subsistent quant à l'obtention d'un produit pouvant être ultérieurement directement laminé à froid. En effet une des caractéristiques souhaitée pour un produit plat destiné à être laminé à froid est de présenter un léger bombé transversal. Il est connu que ce bombé initial, par exemple de l'ordre de quelques dizaines de micromètres pour une tôle de quelques millimètres d'épaisseur, permet d'obtenir après laminage une tôle d'épaisseur constante ou tout au moins de section adéquate alors qu'une ébauche plane ou en creux n'est pas acceptable par les lamineurs.

[0006] Le problème principal que se propose de résoudre la présente invention se résume donc à obtenir un produit issu de coulée qui présente ce bombé.

[0007] Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de coulée continue entre cylindres selon lequel on coule du métal liquide entre deux cylindres d'axes parallèles entraînés en rotation en sens contraire et dont les parois sont refroidies.

[0008] Selon l'invention ce procédé est caractérisé en ce que on utilise au moins un cylindre dont la génératrice est curviligne à chaud et dont le diamètre est légèrement plus faible dans sa partie axialement médiane que vers ses extrémités, et on maintient le métal au contact de la paroi dudit cylindre sur un arc plus long dans ladite partie médiane que vers lesdites extrémités.

[0009] Comme on l'aura compris, le procédé consiste à augmenter le temps de contact du métal avec la paroi refroidie du cylindre dans la zone axialement médiane de celui-ci par rapport au temps de contact dans les zones d'extrémité, de manière à former une peau solidifiée plus épaisse vers le milieu que sur ses bords et donc à obtenir au niveau du col entre les cylindres un produit solidifié dans toute sa section transversale et présentant le léger bombé recherché, ce bombé correspondant par ailleurs au "creux" de la surface du cylindre.

[0010] Les inventeurs ont en effet constaté expérimentalement que le temps de contact, et donc la longueur de l'arc de contact, du métal sur le cylindre a une influence considérable sur l'épaisseur de la peau solidifiée. Ainsi par exemple pour un produit coulé de 2 mm d'épaisseur finale et une longueur d'arc de contact de 600 mm, toutes choses étant égales par ailleurs, une variation de 50 mm de cette longueur d'arc peut induire une variation d'épaisseur de la peau solidifiée d'environ 50 µm. Les inventeurs ont donc imaginé de se servir de cette propriété pour obtenir le bombé recherché en adaptant la longueur de l'arc de contact entre cylindre et métal à une certaine distance du plan médian vertical perpendiculaire aux axes des cylindres, en fonction de l'épaisseur du produit recherchée à cette distance mesurée à partir de l'axe longitudinal du produit, ou autrement dit, en fonction du "creux" de la surface des cylindres.

[0011] L'invention a aussi pour objet un dispositif de coulée entre cylindres comportant deux cylindres ayant des parois refroidies caractérisé en ce qu'au moins un des cylindres à une génératrice curviligne à chaud et a un diamètre légèrement plus faible dans sa partie axialement médiane que vers ses extrémités, et en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir le métal au contact de la paroi d'au moins un des cylindres sur un arc plus long dans ladite partie médiane que vers lesdites extrémités.

[0012] Préférentiellement ces moyens sont constitués par une paroi longitudinale d'une masselotte, dont le bord inférieur est sensiblement en contact avec la paroi d'un cylindre au-dessus du col entre lesdits cylindres, et la ligne de contact dudit bord inférieur avec le cylindre est incurvée.

[0013] Autrement dit, la longueur de l'arc de la surface de ce cylindre entre ladite ligne et ledit col est plus importante vers le milieu de ladite paroi longitudinale que sur ses bords.

[0014] Selon une disposition particulière de l'invention, ladite paroi longitudinale de la masselotte est généralement plane et comporte à son bord inférieur un chanfrein plus accentué vers le milieu de ladite paroi que vers ses bords.

[0015] Selon une autre disposition, ladite paroi longitudinale de la masselotte présente une concavité dirigée vers l'intérieur de la masselotte.

[0016] Ainsi qu'on l'aura sans doute déjà compris ces dispositions permettent d'assurer de manière simple et pratique la mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit ci-dessus, dans la mesure bien sûr où, lors de la coulée on maintient le niveau de métal liquide au dessus de ladite ligne de contact masselotte-cylindre.

[0017] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages ressortiront à la lecture de la description qui va être faite à titre d'exemple d'un dispositif conforme à l'invention.

[0018] On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique en perspective, partiellement en arraché, d'un dispositif de coulée entre cylindres avec masselotte ;

- les figures 2a et 2b sont des sections perpendiculaires aux axes des cylindres respectivement aux extrémités et au milieu du dispositif ;

- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 dans le cas d'une variante ;

- les figures 4a et 4b sont des sections du produit obtenu respectivement dans le cas de l'utilisation de deux et d'une seule paroi de la masselotte conformée selon l'invention.

[0019] Il est précisé que sur les figures les "creux" des cylindres et les bombés du produit obtenu ont été volontairement exagérés pour faciliter la compréhension de l'invention, étant bien noté que dans la réalité ces creux et bombés sont de l'ordre de la dizaine de micromètres.

[0020] A la figure 1 est représentée une installation de coulée continue entre cylindres comportant deux cylindres 1 et 2 surmontés d'une masselotte 3.

[0021] Les cylindres 1, 2 sont légèrement en "creux", c'est à dire que leurs génératrices 11, 12 ne sont pas absolument rectilignes mais légèrement courbées, avec une flèche correspondant sensiblement à la valeur du bombé souhaité pour le produit coulé. Ils sont entraînés en rotation en sens contraire, selon les flèches 13, et leurs parois sont refroidies. Il est précisé que le creux des cylindres à froid peut être légèrement différent, en général supérieur, dudit bombé souhaité du produit, ceci afin de compenser à chaud leur éventuelles variations de diamètre dues à la dilatation, lors de la mise en régime thermique en début de coulée, dilatation dont les effets ne sont en général pas parfaitement identiques sur toute la longeur des cylindres.

[0022] La masselotte en matériau réfractaire comporte deux parois longitudinales 31 parallèles aux axes des cylindres et dont le bord inférieur 33 est maintenu au contact des cylindres avec un jeu fonctionnel le plus réduit possible, et deux parois frontales 32 qui constituent également dans l'exemple représenté les parois d'extrémité obturant l'espace de coulée 4 délimité par ailleurs par la portion des surfaces des cylindres au-dessus du col 5 situé au niveau du plan horizontal P passant par les axes desdits cylindres.

[0023] Conformément à l'invention, le bord inférieur desdites parois longitudinales 31 comporte un chanfrein 34 d'importance croissante à partir des extrémités vers le milieu desdites parois longitudinales 31. De ce fait la ligne de contact 35 de chaque paroi longitudinale avec le cylindre correspondant est courbe et le chanfrein 34 est donc concave. Ce chanfrein est bien visible sur les dessins de la figure 2 où la figure 2a montre une section de la paroi longitudinale 31 à une de ses extrémités et la figure 2b une section de cette paroi vers son milieu. On voit clairement que l'arc 6 sur lequel le métal coulé est en contact avec la paroi refroidie du cylindre vers son milieu, est plus long que l'arc correspondant 7 vers ses extrémités.

[0024] Lors de la coulée, le métal liquide est déversé dans la masselotte et remplit l'espace de coulée 4. Le niveau de métal liquide est régulé pour être maintenu au dessus de la ligne de contact 35 entre masselotte et cylindre. Lors de la rotation des cylindres, et du fait de ces différences de longueur d'arc de contact, le temps de contact du métal avec la paroi du cylindre est supérieur vers son milieu, ce qui conduit à une épaisseur de peau solidifiée plus importante au centre du produit que sur ses bords. Les peaux se rejoignent au niveau du col 5 et forment le produit final ayant le bombé recherché, tel que représenté à la figure 4a. Sur cette figure le produit 8 a été représenté comme constitué de deux zones bombées 8′, 8˝ issues chacune des peaux formées respectivement sur chaque cylindre. Il sera bien sûr compris qu'il n'y a pas de réelle discontinuité entre ces deux zones dans le produit fini.

[0025] A la figure 4b, on a représenté de manière similaire une coupe du produit issu d'une installation selon un autre mode de réalisation de l'invention dans laquelle un seul cylindre est en creux et seule la paroi longitudinale de la masselotte adjacente à ce cylindre présente le chanfrein décrit précédemment, le deuxième cylindre ayant alors des génératrices rectilignes et la paroi longitudinale correspondante de la masselotte étant plane jusqu'à la ligne de contact avec ledit deuxième cylindre. Dans ce cas, la peau 9′ formée sur ce deuxième cylindre est d'épaisseur constante sur toute sa largeur, seule la peau 9˝ présentant une surépaisseur vers son milieu. Du fait du faible bombé réel, cette asymétrie n'aura pratiquement pas d'influence sur le produit fini 9 qui présentera un bombé équivalent au produit 8, dans la mesure bien sûr où le "creux" du premier cylindre et le chanfrein correspondant de la paroi longitudinale de la masselotte auront été augmentés en conséquence, c'est-à-dire sensiblement doublés. Ce mode de réalisation présente l'avantage de n'avoir à réaliser un usinage en creux que sur un seul cylindre, ainsi que le chanfrein sur une seule paroi longitudinale de la masselotte.

[0026] Théoriquement le bord inférieur 33 de la paroi longitudinale 31 devrait aussi avoir une courbure correspondant au "creux" du cylindre pour maintenir un jeu fonctionnel constant sur toute sa longueur entre ladite paroi et le cylindre. Toutefois ce "creux" étant pratiquement très faible, même si ledit bord inférieur est rectiligne, ce qui facilite la fabrication de la masselotte, il y a peu de risques d'infiltrations du métal liquide par le dit jeu. Par contre, comme cela a déjà été expliqué, la variation d'épaisseur solidifiée nécessaire pour assurer le bombé voulu du produit coulé et la solidification uniforme du produit au niveau du col 5, nécessite une variation importante de la longueur de l'arc de contact sur laquelle s'effectue la solidification des peaux.

[0027] A titre d'exemple, sont données ci-dessous des valeurs de chanfreins, dans une installation expérimentale pour la coulée de bande de 2 mm nécessaires pour obtenir un bombé de la bande de l'ordre de 50 µm.

	Chanfrein sur deux parois		Chanfrein sur une seule paroi
Longueur moyenne de l'arc de contact	300 mm	600 mm	300 mm	600 mm
Valeur du chanfrein	12,2 mm	24,4 mm	24,7 mm	49,4 mm

[0028] L'invention n'est pas limitée au dispositif décrit ci-dessus à titre d'exemple. On pourra également utiliser une masselotte telle que représentée à la figure 3, dont les parois longitudinales 31′ présentent une concavité dirigée vers l'espace de coulée régulière sur toute la hauteur desdites parois. Autre­ ment dit dans cette variante, les parois longitudinales de la masselotte ne présentent pas de chanfrein à leurs bords inférieurs, mais c'est la courbure générale de ces parois qui détermine une ligne courbe 35′ de contact masselotte-cylindre et donc la variation de la longueur d'arc de contact recherchée.

[0029] On pourra aussi pour limiter la longueur de l'arc de contact vers les bords des cylindres, remplacer la masselotte décrite précédemment par tout moyen permettant de confiner le métal liquide selon la géométrie particulière souhaitée, tels que par exemple une paroi horizontale ou oblique, ou encore des moyens de confinement sans contact avec le métal coulé.

Revendications

1) Procédé de coulée continue entre cylindres selon lequel on coule du métal liquide entre deux cylindres (1,2) d'axes parallèles entraînés en rotation en sens contraire et dont les parois sont refroidies, caractérisé en ce que on utilise au moins un cylindre dont la génératrice est curviligne à chaud et dont le diamètre est légèrement plus faible dans sa partie axialement médiane que vers ses extrémités, et on maintient le métal au contact de la paroi dudit cylindre sur un arc plus long dans ladite partie médiane que vers lesdites extrémités.

2) Dispositif de coulée entre cylindres comportant deux cylindres (1,2) ayant des parois refroidies caractérisé en ce qu'au moins un des cylindres à une génératrice curviligne à chaud et a un diamètre légèrement plus faible dans sa partie axialement médiane que vers ses extrémités, et en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir le métal au contact de la paroi d'au moins un des cylindres sur un arc plus long dans ladite partie médiane que vers lesdites extrémités.

3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués par une paroi longitudinale (31) d'une masselotte (3), dont le bord inférieur (33) est sensiblement en contact avec la paroi d'un cylindre au-dessus du col (5) entre lesdits cylindres, et la ligne de contact (35,35′) dudit bord inférieur avec le cylindre est incurvée.

4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite paroi longitudinale (31) de la masselotte est généralement plane et comporte à son bord inférieur un chanfrein (34) plus accentué vers le milieu de ladite paroi que vers ses bords.

5) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite paroi longitudinale de la masselotte présente une concavité dirigée vers l'intérieur de la masselotte.

Dessins