Virole pour cylindre de coulée continue des métaux, notamment de l'acier, entre cylindres ou sur un cylindre

Description

[0001] La présente invention a pour objet un cylindre de coulée continue des métaux, notamment de l'acier, comportant une virole destinée à être mise au contact du métal liquide coulé, le dispositif de coulée comportant soit un seul cylindre rotatif, soit une paire de cylindres rotatifs parallèles accompagnant la coulée du métal liquide par leur rotation.

[0002] On sait que les parois des lingotières de coulée continue de métaux liquides à point de fusion élevé tel que l'acier, sont classiquement réalisées en alliage de cuivre, énergiquement refroidi par une circulation intense de fluide de refroidissement, généralement de l'eau, et revêtu superficiellement, par dépôt électrolytique d'une couche métallique à plus haut point de fusion, tel que du nickel ou du chrome. Cette couche de métal moins conducteur de la chaleur que le cuivre est destinée notamment à limiter la température maximale pouvant être atteinte par l'alliage de cuivre au contact de l'acier liquide coulé.

[0003] Or, le procédé de dépôt de nickel ou de chrome par voie électrolytique est relativement long et difficile à maîtriser parfaitement, car il faut assurer la régularité de l'épaisseur en tout point de la surface du revêtement, ce qui implique de bien maîtriser le processus, notamment ses aspects électriques. A défaut, des hétérogénéités locales des propriétés des surfaces adviennent, qui peuvent aboutir entre autres à des porosités qui conduiront à une mise au rebut prématurée des lingotières. Un tel handicap apparaît difficilement surmontable dans le cas de parois massives complexes telles que les viroles de cylindres de coulée continue.

[0004] L'invention a donc pour but de proposer une virole pour cylindre de coulée continue qui soit aisée à fabriquer et qui ait de bonnes caractéristiques mécaniques et physiques.

[0005] Suivant l'invention, la virole est en cuivre renforcé par une dispersion d'oxydes, par exemple des particules d'alumine.

[0006] On constate, de manière surprenante, que le cuivre renforcé par une dispersion d'oxyde peut supporter de très hautes températures (800 à 900°C) sans destruction irréversible de ses propriétés mécaniques.

[0007] Le cuivre renforcé par une dispersion d'oxydes (Oxide Dispersion Strengthened) - en abrégé cuivre ODS - se présente comme une matrice de cuivre pur avec une dispersion de particules d'oxydes, par exemple d'alumine, de 50 Å de diamètre comme d'ordre de grandeur, et de toute façon inférieur à 100 Å, qui bloquent, le mouvement des dislocations. Ce cuivre renforcé par dispersion d'oxydes peut être notamment réalisé par métallurgie des poudres. On atomise un alliage, par exemple cuivre-aluminium, et la poudre obtenue subit une oxydation ménagée, qui entraîne la dispersion des oxydes. Cette oxydation est effectuée, soit avant la densification, soit au cours de celle-ci. La densification se fait par filage-extrusion à chaud, soit par compression isostatique à chaud, suivie ou non d'une transformation à chaud ou forgeage et d'un écrouissage à froid. La quantité de dispersoïdes varie de 0,7 à 2,7% en volume approximativement.

[0008] Pour des caractéristiques physiques proches de celles du cuivre, ou même des alliages du cuivre, le cuivre renforcé par une dispersion d'oxydes présente des propriétés mécaniques nettement supérieures dès 350°C, l'écart croissant très rapidement au-dessus. Par ailleurs ce cuivre présente une résistance remarquable à l'adoucissement, ce qui permet de retenir le brasage comme technique d'assemblage. Ce cuivre à dispersion d'oxydes ne subit aucune transformation structurale, de sorte que sa conductibilité thermique ne dépend pas de la température, contrairement aux alliages à durcissement structural pour lesquels la température maximale admissible de travail peut être fortement réduite à la suite d'une remise en solution des précipités, liée à une surchauffe du métal.

[0009] Outre une plus grande facilité de fabrication que les alliages de cuivre revêtus électrolytiquement de nickel (ou de chrome), le cuivre renforcé par dispersion d'oxydes présente une limite d'élasticité supérieure à ces alliages classiques. Ainsi pour un alliage à 0,7% de Al₂O₃ pris à l'état brut de compression isostatique à chaud, la limite élastique-à la température ambiante est de 420 MPa, la résistance à la rupture s'élève à 490 MPa, et l'allongement à la rupture s'établit autour de 15%. Un écrouissage à froid améliore notablement la limite élastique, qui peut monter jusqu'à 500 MPa, avec une légère baisse de l'allongement à rupture.

[0010] Par ailleurs, le cuivre renforcé par une dispersion d'oxydes présente une bonne conductibilité thermique et peut être laminé à froid, ce qui permet de fabriquer des viroles pouvant être brasées sur le noyau du cylindre de coulée.

[0011] L'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite et peut comporter des variantes d'éxécution. En particulier, la dispersion d'alumine peut être remplacée par une dispersion de tout autre oxyde approprié. De même, par cuivre à dispersion d'oxydes, il faut entendre non seulement du cuivre pur mais également tout alliage du cuivre d'usage compatible avec les exigences de la coulée continue des métaux à haut point de fusion, et apte à permettre une telle dispersion, par exemple un alliage Cu-Ag, ou Cu-Cr-Ti.

Revendications

1. Virole pour cylindre de coulée continue des métaux, notamment de l'acier, entre cylindres ou sur un cylindre, destinée à être mise au contact du métal liquide coulé, caractérisée en ce qu'elle est en cuivre ou alliage de cuivre renforcé par une dispersion d'oxydes.

2. Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'oxyde est de l'alumine.

3. Cylindre de coulée continue comprenant un noyau assemblé à une virole qui l'entoure, caractérisé en ce que ladite virole est en cuivre renforcé par dispersion d'oxyde.

4. Cylindre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint d'assemblage est une brasure.