[0001] La présente invention concerne la coulée continue de produits métalliques minces,
notamment de bandes minces en acier, selon la technique de coulée continue entre deux
cylindres contra-rotatifs, et plus particulièrement la gestion du contact et de la
lubrification entre les extrémités frontales de tels cylindres et les parois d'obturation
latérale, appliquées contre ces extrémités frontales, pour délimiter l'espace de coulée
défini entre les cylindres.
[0002] Des installations connues de coulée continue entre cylindres comportent deux cylindres
d'axes horizontaux et parallèles, refroidis intérieurement, entraînés en rotation
de sens inverse, et espacés l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'épaisseur
souhaitée du produit coulé.
[0003] Lors de la coulée, le métal en fusion est déversé dans l'espace de coulée, défini
entre les cylindres, se solidifie au contact de ceux-ci, et est extrait vers le bas,
lors de leur rotation, sous forme d'une bande mince. Pour contenir le métal en fusion,
les parois d'obturation latérale sont plaquées contre les extrémités frontales des
cylindres. De telles parois d'obturation latérale sont couramment réalisées en matériau
réfractaire, au moins dans leur partie amenée à être en contact avec le métal en fusion.
[0004] Il est donc nécessaire d'assurer l'étanchéité entre les cylindres et les parois d'obturation
latérales. Pour cela, ces parois d'obturation sont pressées contre les extrémités
des cylindres et, pour réduire le frottement induit lors de la rotation des cylindres,
une lubrification de l'interface cylindre - paroi d'obturation est habituellement
prévue, par apport d'un lubrifiant consommable ou par utilisation, au niveau de cet
interface, d'un matériau autolubrifiant.
[0005] Cependant, la réalisation effective de cette étanchéité et sa conservation tout au
long de la coulée présente de nombreuses difficultés, dues notamment :
- aux déformations géométriques des cylindres et des parois d'obturation, en particulier
en début de coulée, provoquées par les dilatations des divers éléments de l'installation,
- aux efforts exercés sur ces éléments, notamment les efforts exercés sur les parois
d'obturation, dans la direction des axes des cylindres, par le métal coulé, et qui
tendent à écarter les dites parois d'obturation des cylindres,
- à l'usure des parois d'obturation, ou des chants des parois refroidis des cylindres,
qui n'est pas toujours régulière sur toute la surface des zones en contact,
- aux éventuelles amorces d'infiltration de métal coulé entre paroi d'obturation et
cylindre, qui tendent à les écarter l'une de l'autre.
[0006] Pour tenter d'assurer au mieux cette étanchéité, et éviter des infiltrations de métal
coulé entre les cylindres et les parois d'obturation, on connaît déjà plusieurs méthodes
consistant respectivement à :
- réguler l'effort de pression des parois d'obturation contre le chant des cylindres
pour le maintenir dans une fourchette de valeur donnée,
- réguler la position des parois d'obturation pour assurer un jeu minimal entre ces
parois et les cylindres,
- mesurer ce jeu et réguler en conséquence l'effort de pression.
[0007] Aucune de ces méthodes ne s'est révélé satisfaisante, ou au moins suffisante, pour
assurer l'étanchéité tout au long de la coulée, du fait qu'il n'est possible de mesurer
que des efforts résultants s'exerçant sur la paroi d'obturation, ou une position générale
de cette paroi, sans pouvoir tenir compte des efforts ou jeux ponctuels localisés
sur des petites zones des interfaces.
[0008] Il a aussi été proposé de résoudre ce problème en provoquant une usure contrôlée
de la paroi d'obturation, par frottement des cylindres contre celle-ci, et ceci tout
au long de la coulée. Ainsi, on vise à régénérer en permanence l'interface paroi d'obturation
- cylindre, de manière à uniformiser au mieux les conditions de contact sur toute
la surface de cette interface. Ainsi, le document EP-A-546 206 décrit une méthode
selon laquelle, avant le début de la coulée, on presse fortement les parois d'obturation
contre les cylindres, pour effectuer en quelque sorte un rodage de celle-ci par abrasion
par les chants des cylindres, puis on réduit cette pression et, en cours de coulée,
on continue à déplacer les parois d'obturation vers les cylindres à une vitesse prédéterminée
pour assurer continuellement la poursuite de l'usure volontaire et tenter ainsi de
conserver un contact régulier sur toute la surface des interfaces.
[0009] Mais cette méthode ne permet pas de prendre en compte des variations aléatoires des
conditions du contact pouvant survenir en cours de coulée, et conduit à une usure
importante des parois d'obturation, même lorsque les conditions de contact sont satisfaisantes
et ne nécessiteraient pas de provoquer une telle usure.
[0010] La présente invention vise donc à résoudre les problèmes évoqués ci-dessus et à améliorer
la gestion du contact entre les parois d'obturation et les cylindres, tout en évitant
une usure importante des dites parois d'obturation. Plus particulièrement, l'invention
vise à améliorer la connaissance de l'état réel du contact entre les parois d'obturation
et les cylindres, en permanence pendant la coulée, pour pouvoir agir en conséquence
sur les moyens d'application de la pression et de positionnement des parois d'obturation
contre les cylindres.
[0011] Avec ces objectifs en vue, l'invention a notamment pour objet un procédé de coulée
continue de produits métalliques minces entre deux cylindres contrarotatifs, selon
lequel on coule du métal en fusion dans un espace de coulée défini par les parois
cylindriques des dits cylindres et deux parois d'obturations latérales et on extrait
le produit mince solidifié selon une direction d'extraction, on exerce sur les dites
parois d'obturation un effort de poussée selon une direction parallèle aux axes des
cylindres, pour les appliquer contre les extrémités frontales des parois cylindriques,
et on mesure le dit effort, caractérisé en ce que pour évaluer l'état du contact parois
d'obturation - parois cylindriques en permanence au cours de la coulée, on mesure
les efforts d'entraînement exercés sur chaque paroi d'obturation selon la direction
d'extraction, cette mesure étant effectuée pour chaque paroi d'obturation au niveau
de chaque cylindre, et on déduit des valeurs mesurées des efforts de pression et des
efforts d'entraînement, une grandeur représentative des conditions de frottement au
niveau de chacune des surfaces de contact parois d'obturation - parois cylindriques,
on compare la valeur de la dite grandeur à une valeur de consigne prédéterminée, et
on règle au moins un paramètre de coulée en fonction du résultat de cette comparaison
pour ramener cette grandeur à la valeur de consigne.
[0012] Le procédé selon l'invention permet donc de beaucoup mieux connaître l'état réel
du contact parois d'obturation - cylindres, puisqu'il ajoute aux mesures, déjà connues,
de l'effort de poussée exercé sur la dite paroi, et de sa position, une mesure d'une
grandeur représentative des conditions de frottement, par exemple un coefficient de
frottement. Ceci permet d'apprécier les variations du frottement des surfaces en contact
par rapport à une référence, par exemple à l'état avant l'introduction du métal coulé
dans l'espace de coulée. La connaissance du frottement, en combinaison avec celle
de la position de la paroi d'obturation et de l'effort de poussée exercé sur celle-ci,
permet par exemple d'apprécier une variation de la surface de contact effective, qui
peut être due à une usure irrégulière du réfractaire, à une infiltration de métal
coulé entre cylindre et paroi d'obturation, ou encore à un positionnement de cette
dernière non parallèle à la surface frontale d'un cylindre. On peut aussi apprécier
une éventuelle insuffisance de lubrification. Il devient en conséquence possible de
réagir, manuellement ou automatiquement, pour corriger ces défauts, en tenant compte
de leurs causes, en agissant sur certains paramètres de coulée, tels que l'effort
de poussée sur la paroi d'obturation, la position de celle-ci, ou encore l'effort
de serrage des cylindres, leur vitesse, etc.
[0013] L'invention a aussi pour objet un dispositif de coulée continue entre cylindres de
produits métalliques minces, comportant :
- deux cylindres ayant des axes de rotation parallèles et des parois cylindriques refroidies,
disposés symétriquement par rapport à un plan médian d'extraction, et entraînés en
rotation de sens contraire,
- deux parois d'obturation latérales disposées contre les extrémités frontales des dites
parois cylindriques,
- des moyens de poussée pour appliquer les dites parois d'obturation contre les parois
cylindriques avec un effort de poussée, et
- des moyens de mesure de l'effort de poussée,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de l'effort de frottement
exercé sur les dites parois d'obturation par les cylindres lors de leur rotation.
[0014] Préférentiellement, les moyens de mesure de l'effort de frottement comportent, pour
chaque paroi d'obturation, deux capteurs d'efforts pour mesurer les efforts de frottement
exercés sur la dite paroi d'obturation par chacun des cylindres. Ainsi, on peut encore
améliorer la connaissance de l'état du contact paroi d'obturation - cylindre, en appréciant
séparément cet état au niveau de chaque cylindre.
[0015] Selon une disposition particulière, les capteurs d'efforts sont situés respectivement
de part et d'autre du dit plan médian et la paroi d'obturation est supportée, dans
la direction d'extraction, uniquement par deux moyens de supports placés respectivement
vers les extrémités latérales de la dite paroi, et les dits capteurs d'efforts sont
situés dans les dits moyens de support.
[0016] Cette disposition permet une réalisation simple du dispositif, les dits moyens de
support pouvant par exemple être des axes dynamométriques fixés horizontalement sur
la structure de maintien et de réglage en position de la paroi d'obturation, et sur
lesquels la dite paroi est simplement accrochée.
[0017] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être
faite à titre d'exemple d'un dispositif conforme à l'invention, de coulée continue
entre cylindres de bandes minces en acier, et de sa mise en oeuvre.
[0018] On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un dispositif de coulée,
- la figure 2 est une vue frontale de la paroi d'obturation et de son support.
[0019] Sur le dessin de la figure 1, on voit l'extrémité d'un des cylindres 1, 1', de l'installation
et un ensemble 2 d'application d'une paroi d'obturation 3 contre le chant 11 des cylindres.
Cet ensemble 2 est lui-même supporté, de manière connue en soi, sur un bâti 4 de l'installation
de coulée.
[0020] L'ensemble 2 comporte un chariot principal 5, guidé en translation selon la direction
des axes des cylindres, sur le bâti 4. Le déplacement du chariot principal est commandé
par un vérin 6 qui permet de régler la position de l'ensemble 2, et donc de la paroi
d'obturation 3, par rapport aux cylindres 1, ainsi que d'appliquer la paroi 3 contre
le chant des cylindres avec un effort réglable.
[0021] Le chariot principal 5 porte un chariot secondaire 7 guidé horizontalement sur le
dit chariot principal 5, et donc déplaçable transversalement à la direction des axes
des cylindres, par un vérin représenté schématiquement en 8, pour régler la position
transversale de la paroi d'obturation 3 par rapport aux cylindres.
[0022] Le chariot secondaire comporte à sa partie supérieure deux pions 9, 9' qui s'étendent
horizontalement, dans la direction des axes des cylindres, et sont disposés symétriquement
par rapport au plan médian longitudinal P de l'installation.
[0023] La paroi d'obturation 3, en matériau réfractaire est maintenue sur une plaque de
support 10 comportant deux oreilles 12 à sa partie supérieure.
[0024] Chacune des oreilles comporte un alésage 13, 13', qui s'engage sur un pion 9, 9'.
[0025] L'un des pion 9 est engagé pratiquement sans jeu dans l'alésage correspondant 13,
tandis que l'autre alésage 13' est réalisé sous forme d'un trou oblong horizontal,
de manière à permettre une dilatation différentielle entre la plaque de support 10
et le chariot secondaire 7 sans brider les pions 9, 9'.
[0026] Ainsi, la paroi d'obturation 3 et son support 10 sont simplement suspendus sur les
pions 9, 9', lesquels comportent des moyens de mesure des efforts s'exerçant sur ceux-ci,
transversalement à leurs axes. Pratiquement, les pions 9, 9' constituent des axes
dynamométriques, permettant de mesurer les efforts exercés sur ceux-ci par le support
10, ces efforts résultant du poids de l'ensemble support 10 et paroi d'obturation,
de l'effet d'entraînement vers le bas de la paroi 3 par le métal coulé, et surtout
du frottement de cette paroi contre les chants des cylindres, lors de leur rotation.
[0027] Par ailleurs, le support 10 est en butée par sa face arrière, dans la direction des
axes des cylindres, contre d'autres axes dynamométriques 14, 14', 14'' fixés sur le
chariot secondaire 7, et qui constituent des moyens de mesure de l'effort horizontal
d'application de la paroi 3 contre les cylindres. Deux de ces axes dynamométriques
14, 14' sont disposés dans la partie supérieure de l'ensemble 2, de part et d'autre
du plan P, et le troisième axe dynamométrique 14" est situé vers l'extrémité inférieure
de cet ensemble.
[0028] Le support 10 a donc trois zones d'appui, disposées en triangle, et les différents
axes dynamométriques précités permettent ainsi d'évaluer la répartition des efforts
de poussée de la paroi 3 contre les cylindres, autant dans la direction verticale
(axes 9, 9'), que dans la direction horizontale (axes 14, 14', 14''). On peut donc
ainsi mesurer la valeur de la composante de cet effort de poussée relative à chaque
cylindre séparément, et en la combinant avec la valeur de l'effort mesuré par l'axe
dynamométrique 9, 9' situé du côté correspondant, évaluer un coefficient de frottement
spécifique à chacune des interfaces paroi d'obturation - cylindres.
[0029] Ainsi, si on appelle
F
V1 la force verticale mesurée par l'axe dynamométrique 9,
F
V2 la force verticale mesurée par l'axe dynamométrique 9',
F
H1 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14,
F
H2 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14',
F
H3 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14'',
F
V la force verticale de friction exercée sur la paroi d'obturation et
F
H la force d'application globale de la paroi contre les cylindres,
on a


[0030] Comme F
H3 est la force d'application de la paroi d'obturation, dans la partie inférieure de
la paroi, elle peut se décomposer en une force kF
H3 d'application sur le cylindre 1 et une force (1 - k)F
H3 d'application sur l'autre cylindre 1', k variant de 0 à 1 selon que le bas de la
paroi d'obturation s'appuie uniquement sur un cylindre, uniquement sur l'autre, ou
sur les deux à la fois, k représentant la répartition de F
H3 entre les deux cylindres.
[0031] La comparaison de F
H1 et kF
H3 à F
H2 et (1 - K)F
H3 donne une image des états d'application de la paroi d'obturation contre chacun des
cylindres. Les ordres de grandeur des coefficients de frottement de la paroi d'obturation
contre chacun des cylindres s'exprimant
par

pour le cylindre 1
et

pour le cylindre 1'
[0032] Les axes dynamométriques 9, 9', 14, 14', 14'' sont reliés à des moyens 15 de calcul
et de régulation, qui peuvent soit afficher des données représentatives de ces coefficients
de frottement, pour indiquer d'éventuelles anomalies à l'opérateur et lui permettre
d'y remédier en agissant sur divers paramètres de la coulée, soit agir directement
sur ces paramètres, par exemple sur l'effort d'application de la paroi 3 contre les
cylindres en agissant sur la pression d'alimentation du vérin 6 ou sur la position
de la paroi par rapport au chant des cylindres, en commandant un déplacement adéquat
du dit vérin.
[0033] Le dispositif comporte également des capteurs de position 16, schématiquement représentés
figure 2, par exemple placés au niveau du support 10, et préférentiellement disposés
en triangle, comme les axes dynamométriques 14, 14', 14''. Ces capteurs permettent
de détecter des déplacements du support 10 de la paroi 3, soit par rapport à une référence
fixe, soit par rapport aux chants des cylindres, ou les deux, et ceci de manière indépendante
pour les différentes zones de la paroi d'obturation.
[0034] Ces capteurs permettent ainsi de détecter et d'évaluer soit un déplacement global
du support dans la direction des axes, soit une inclinaison de la paroi par rapport
au plan de référence normal, perpendiculaire aux axes des cylindres. Ces déplacements
peuvent être dans le sens d'un éloignement des cylindres, ce qui se produit par exemple
si du métal coulé s'infiltre entre la paroi 3 et le chant d'un cylindre, et tend à
les écarter. Ces déplacements peuvent aussi être dans le sens d'un rapprochement vers
les cylindres, par exemple suite à une usure du matériau réfractaire de la paroi 3,
conduisant à une diminution momentanée de l'effort d'appui de cette paroi sur le cylindre
situé du côté où s'est produite l'usure et à une réaction en réponse du vérin 6 qui
déplace l'ensemble 2 jusqu'à ce que le dit effort d'appui revienne à un niveau suffisant.
[0035] Au vu de l'exemple ci-dessus, on aura déjà compris tout l'intérêt de pouvoir mesurer
simultanément la position du support de la paroi 3 par rapport à un repère fixe, ou
directement la position de cette paroi par rapport aux cylindres, et l'effort correspondant
à la pression exercée par la paroi 3 sur l'un ou 'autre des cylindres.
[0036] En y ajoutant une mesure des efforts verticaux s' exerçant en cours de coulée sur
la dite paroi 3, on améliore encore la connaissance que l'on peut avoir de l'état
du contact entre paroi et cylindre, et ceci également pour chaque cylindre.
[0037] Par exemple, à effort d'appui constant de la paroi sur le chant d'un cylindre, mesuré
par un des axes dynamométriques 14, 14', 14'', une augmentation de l'effort vertical
mesuré par un axe dynamométrique 9, 9', pourra être révélatrice d'un défaut de lubrification.
[0038] En mesurant les efforts verticaux et l'effort d'appui de la paroi 3, on peut en déduire
un coefficient de frottement à l'interface entre la paroi et un des cylindres, et
donc la composante horizontale de l'effort de frottement qui s'ajoute à la force d'écartement
des cylindres générée par le métal coulé, et en mesurant la force totale de serrage
des cylindres, c'est-à-dire la force exercée pour maintenir ceux-ci à la bonne distance
l'un de l'autre, on peut en déduire par différence la part de cette force correspondant
précisément à la force générée par le métal coulé, ce qui est un indicateur de l'état
de solidification du produit coulé.
[0039] La combinaison de ces différentes mesures permet donc d'obtenir de nombreux renseignement
supplémentaires sur l'état du contact paroi - cylindres et de corriger les paramètres
de la coulée en conséquence pour maintenir l'installation de coulée dans un état optimal,
en permettant que des débuts de dégradation constatés soient rapidement corrigés et
avant que ces dégradations ne deviennent irrémédiables et provoquent l'arrêt de la
coulée.
[0040] En particulier, on pourra, soit manuellement soit automatiquement, régler l'effort
de pression de la paroi d'obturation sur les cylindres, ou la position de cette paroi,
en fonction des variations de coefficients de frottements détectées.
[0041] Pour améliorer encore la connaissance de l'état du contact paroi - cylindre, on pourra
encore placer sur la paroi d'obturation, ou son support, un capteur de vibrations,
un accroissement des vibrations détectées étant également révélateur d'une dégradation
de l'état de ce contact.
[0042] Il est aussi à noter que, même si la paroi d'obturation et son support se sont pas
articulés par rapport au chariot intermédiaire ou à l'ensemble 2, les jeux fonctionnels
inévitables dans cet ensemble conduisent à ce que la dite paroi et son support puissent
subir des rotations limitées de leur plan général qui est théoriquement perpendiculaire
aux axes des cylindres. Ceci permet d'ailleurs d'éviter qu'un jeu important ne se
crée par exemple entre la paroi et l'un des cylindres, suite à une usure plus prononcée
du côté de ce cylindre que de l'autre. Pour un tel cas, sous l'effort de la poussée
exercée par le vérin 6, la paroi 3 sera appliquée contre les cylindres en étant légèrement
oblique. Un effort de poussée accru conduira alors à un accroissement du frottement
préférentiellement du côté où l'usure était moindre, et à une usure prépondérante
de ce côté, tendant à ramener la paroi dans une orientation normale de son plan général,
précisément perpendiculaire aux axes des cylindres. Le même effet pourrait se produire
dans le cas où l'usure serait plus prononcée vers le bas que vers le haut de la paroi
d'obturation.
[0043] L'invention n'est pas limitée aux dispositions particulière du dispositifs, ni aux
modes de mise en oeuvre décrits précédemment à titre d'exemple.
[0044] En particulier, le nombre et la disposition des différents capteurs d'effort et/ou
déplacement, pourront être modifiées sans sortir du champ de l'invention.
1. Procédé de coulée continue de produits métalliques minces entre deux cylindres contrarotatifs,
selon lequel on coule du métal en fusion dans un espace de coulée défini par les parois
cylindriques des dits cylindres (1, 1') et deux parois d'obturations latérales (3)
et on extrait le produit mince solidifié selon une direction d'extraction, on exerce
sur les dites parois d'obturation un effort de poussée selon une direction parallèle
aux axes des cylindres, pour les appliquer contre les extrémités frontales (11) des
parois cylindriques, et on mesure le dit effort, caractérisé en ce que pour évaluer
l'état du contact parois d'obturation - parois cylindriques en permanence au cours
de la coulée, on mesure les efforts d'entraînement exercés sur chaque paroi d'obturation
selon la direction d'extraction, cette mesure étant effectuée pour chaque paroi d'obturation
au niveau de chaque cylindre, et on déduit des valeurs mesurées des efforts de pression
et des efforts d'entraînement, une grandeur représentative des conditions de frottement
au niveau de chacune des surfaces de contact parois d'obturation - parois cylindriques,
on compare la valeur de la dite grandeur à une valeur de consigne prédéterminée, et
on règle au moins un paramètre de coulée en fonction du résultat de cette comparaison
pour ramener cette grandeur à la valeur de consigne.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle le dit effort de pression
en fonction des valeurs de la grandeur mesurée représentative des conditions de frottement.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la position de la
paroi d'obturation en fonction des valeurs de la grandeur mesurée, représentative
des conditions de frottement.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite grandeur représentative
des conditions de frottement est le coefficient de frottement.
5. Dispositif de coulée continue entre cylindres de produits métalliques minces, comportant
:
- deux cylindres (1,1) ayant des axes de rotation parallèles et des parois cylindriques
refroidies, disposés symétriquement par rapport à un plan médian (P) d'extraction,
et entraînés en rotation de sens contraire,
- deux parois (3) d'obturation latérales disposées contre les extrémités frontales
(11) des dites parois cylindriques,
- des moyens de poussée (6) pour appliquer les dites parois d'obturation contre les
parois cylindriques avec un effort de poussée, et
- des moyens (14, 14', 14'') de mesure de l'effort de poussée, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens (9, 9') de mesure de l'effort de frottement exercé sur les dites
parois d'obturation par les cylindres lors de leur rotation.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure de
l'effort de frottement comportent, pour chaque paroi d'obturation, deux capteurs d'efforts
(9, 9') pour mesurer les efforts de frottement exercés sur la dite paroi d'obturation
par chacun des cylindres.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs d'efforts
(9, 9') sont situés respectivement de part et d'autre du dit plan médian (P).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi d'obturation (3)
est supportée, dans la direction d'extraction, uniquement par deux moyens de supports
(9, 9') placés respectivement vers les extrémités latérales de la dite paroi, et les
dits capteurs d'efforts sont situés dans les dits moyens de support.
9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte
en outre, des capteurs de position (16) pour mesurer la position des parois d'obturation
(3) par rapport aux extrémités frontales (11) des parois cylindriques.
10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que chaque paroi
d'obturation comporte un capteur de vibrations.
11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les moyens
de mesure de l'effort de poussée comportent, pour chaque paroi d'obturation, des capteurs
d'efforts (14, 14') disposés de part et d'autre du plan médian (P) pour mesurer l'effort
de poussée au droit de chaque cylindre.