Appareil pour la coulée continue de métaux
La présente invention concerne la coulée continue
de métaux sous forme de bande et elle concerne en particulier des procédés et un appareil pour la coulée de métaux tels que l'aluminium ( y compris les alliages d'aluminium), le zinc, le laiton, le cuivre et d'autres métaux qui fondent a une température semblable ou à une température inférieure , entre une paire de surfaces mobiles dont l'une au moins est constituée par une courroie flexible conductrice de la chaleur.
Il a été visible depuis longtemps que l'on pourrait obtenir des économies importantes dans la production des bandes et des tôles d'aluminium si l'on pouvait couler à grande vitesse des plaques larges et minces pour le laminage
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à froid , et avec des qualités superficielles et sub-superficielles nécessaires pour donner lieu à un produit fini laminé , de qualité supérieure, lorsque la bande telle que
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ver les défauts de la coulée.
Bien que des appareils de coulée existants , utilisant une paire de courroies métalliques flexibles , écar-
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un espace de moulage, puissent être mis en oeuvre pour assurer des taux de production élevés, la bande coulée tend à être d'épaisseur inégale et à présenter des imperfections
<EMI ID=4.1> la matière qui diffère en composition de la composition moyenne de la bande coulée. Ceci s'accompagne de variations sub-superficielles de la structure métallurgique , qui
sont également une source de variations des propriétés.
Ces exsudations superficielles et ces défauts sub-superficiels proviennent de variations locales de la vitesse de congélation à la surface de la plaque ou de la bande coulée. On croit que ces variations proviennent du développement des intervalles entre des parties de la surface de
la pièce coulée et de la surface de la courroie mobile voisine. Dans ces intervalles, du liquide à bas point de fusion peut exsuder pour former les exsudations superficielles mentionnées ci-dessus.
Le but principal de la présente invention est de procurer un appareil pour la coulée continue de métaux tels que l'aluminium , dans lequel une courroie constituant l'une
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tact étroit avec la courroie pendant l'opération de coulée. En conséquence, de la chaleur peut être retirée par la courroie , de manière uniforme,et il ne se développe pas d'intervalles entre la courroie et la bande en cours de congélation , de dimensions telles qu'il en résulte un effet fâcheux sur la qualité superficielle ou sub-
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Beaucoup de constructions d'appareils ont été proposées , comportant une paire de courroies parallèles en mouvement , refroidies à l'eau, dans le but de définir un espace de moulage , les bords latéraux étroits étant fermés par des barrages de bordure.
Dans les agencements connus, les supports des courroies sont relativement largement espacés en sorte que même lorsque les courroies sont en contact avec leurs supports, les déviations des régions d'une courroie entre les supports sont assez grandes sous l'influence des fatigues imposées à la courroie, pour avoir un effet fâcheux sur la coulée. Au surplus, dans la plupart des agencements de l'art antérieur , il n'y avait pas de moyens (autres que la pression exercée par la charge métallostatique du métal fondu) pour maintenir les courroies contre leurs supports à l'extrémité d'entrée de l'espace de moulage ,où le centre de la bande ou de la plaque est encore en fusion.
Des expériences pratiques ont montré que la charge métallostatique est tout à fait insuffisante à cette fin,lorsque l'espace de moulage est agencé sensiblement horizontalement ou en faisant un petit angle avec l'horizontale , en sorte que dans les appareils de coulée du type à courroie que l'on connaît , on ne possède pas en fait une maîtrise parfaite de la trajectoire des courroies de coulée dans l'espace de moulage . Le type connu d'appareil de coulée donne par conséquent lieu à cette difficulté que la trajectoire d'une courroie est insuffisamment commandée par rapport à ses supports , pour assurer que la position des supports détermine la forme effective de l'espace de moulage entre les courroies.
L'espacement relativement grand des supports permet au surplus la déviation de régions de la courroie entre les supports ,dans une mesure telle que des intervalles puissent s'ouvrir entre la courroie et la surface du métal dans ces régions.
Dans l'appareil de coulée de la présente invention, par conséquent, les supports individuels pour la courroie sont peu espacés et la courroie est maintenue fermement contre ses supports en établissant une pression différentielle sur les faces opposées de la courroie , à l'endroit de l'espace de moulage , indépendamment de la présence de métal dans l'espace de moulage. La force assurée en établissant ainsi une pression différentielle sur les faces opposées
de la courroie soutient, en étant ordinairement beaucoup plus grande qu'elle , la force exercée vers l'extérieur que l'on obtient par la charge métallostatique et elle est engendrée commodément en établissant des états de pression inférieure à celle de l'atmosphère, sur toute la face de revers de la courroie dans la zone de coulée. Cette force
de pression différentielle et l'espacement entre les supports sont en rapport avec l'épaisseur et d'autres caractéristiques de la courroie de façon à assurer que la courroie reste en contact avec les supports et que la région non supportée de la courroie entre les supports adjacents agisse comme élément raide qui ne dévie pas de plus de
0,05 mm sous l'action des fatigues existant dans la courroie pendant la coulée. Avec cet agencement, il est possible d'assurer que la trajectoire de la courroie se conforme à un profil dicté par les positions des supports. En conséquence, il est possible d'assurer que le contour effectif de l'espace de moulage se conforme à un contour choisi à l'avance , conçu pour réaliser les conditions de coulée optimales.
Les principes de la présente invention sont applica-blés à des appareils ,le coulée pour la production de plaques minces ou de bandes dans lesquelles l'une des faces larges ou les deux faces larges de l'espace de moulage sont limitées par une courroie flexible. Dans une construction préférée, il y aura deux courroies, mais dans certains cas, une surface de l'espace de moulage est assurée par un tambour rigide et la surface opposée,par une courroie guidée suivant les principes de la présente invention.
Lorsque la courroie est de matière ferromagnétique , la force exercée vers l'extérieur sur la courroie peut être aidée par l'attraction magnétique entre la courroie et une série de pièces polaires aimantées , étroitement proches, qui constituent aussi des supports pour définir le contour de l'espace de moulage.
L'établissement d'une pression différentielle entre les faces opposées de la courroie peut être obtenu facilement en aspirant de l'eau de refroidissement à travers un espace étroit se trouvant derrière la courroie et limité par celle-ci , au moyen d'une pompe d'aspiration placée à l'extrémité de sortie de cet espace. Parmi les différents moyens possibles d'obtenir cette pression différentielle, tout en refroidissant en même temps efficacement et uniformément la courroie, on préfère des systèmes de refroidissement -ci jets fonctionnant à pression sous-atmosphérique , que l'on décrira dans la suite, puisque par ce moyen , on peut obtenir une extraction de chaleur de la courroie particulièrement rapide et uniforme et qu'ainsi le gradient de température à travers la courroie et les variations de
<EMI ID=7.1> travers de la largeur de la courroie,sont diminuas. En conséquence, le risque de déformation thermique de la
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gulière de chaleur sur la largeur de la courroie, le gradient de température dans la courroie et le changement de température moyenne le long de la courroie et dans le sens de la largeur de celle-ci produisent des fatigues thermiques qui tendent à gondoler ou à fléchir la courroie. Cependant, avec le système de refroidissement très efficace de l'invention, ces fatigues sont maintenues à des niveaux bas et la tendance au gondolement et à la flexion est contrariée facilement par une pression différentielle relativement petite.
Comme les alliages que l'on désire couler de façon continue par le présent procédé se contractent de plusieurs pourcents pendant la solidification, il est très souhaitable d'assurer des moyens pour réduire progressivement la distance entre les deux faces opposées de l'espace de moulage de façon à maintenir les faces du moule et les surfaces de la bande sensiblement en contact pour échange de chaleur efficace, tandis que le métal passe à travers la zone dans laquelle la solidification a lieu. L'emploi de supports de courroie, contre lesquels la courroie est maintenue en contact direct ,permet qu'un profil désiré quelconque soit appliqué de façon très simple à l'espace de moulage.
En conformant l'ensemble dont les supports de courroie font partie, l'espace de moulage peut être .agencé de façon à se rétrécir progressivement dans la zone dans laquelle le métal subit une solidification. La grandeur dont les faces du moule s'approchent progressivement l'une de l'autre , variera avec l'épaisseur de la bande, et dans le cas de la bande la plus mince, cette grandeur peut n'être pas supérieure à quelques dixièmes de millimètre.
Il est possible de prévoir des éléments supports capables de tourner qui commandent le contour d'une courroie en mouvement , pour obtenir ce degré de précision et ces dispositifs tombent dans le cadre de l'invention , mais dans la forme de réalisation préférée de l'appareil, la courroie est amende à glisser sur des supports de courroie immobiles , convenablement usinés.
Le transfert de chaleur de la plaque ou de la bande
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et eau. Il est souhaitable de rendre petites les variations de l'élévation de température de la courroie sur sa longueur et sur sa largeur , parce que ceci diminue les fatigues thermiques qui pourraient autrement faire que la
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destinée et qui est définie de manière précise par les supports. L'augmentation du coefficient de transfert de
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moyenne de la courroie pour un taux donné de transfert de
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revêtement isolant n'a pas été prévu pour la courroie , à la surface adjacente à l'aluminium fondu , on a trouvé qu'il était possible (l'obtenir des coefficients de transfert de chaleur courroie/eau suffisants pour maintenir l'élévation moyenne de température de la courroie à des niveaux qui sont compatibles avec l'obligation d'éviter des gondolements thermiques. On a trouvé que les dimensions physiques du système de refroidissement par jets de l'invention sont aisément compatibles avec la présence de supports étroitement proches , pour la trajectoire de la courroie , parce qu'avec des courroies de métal des épaisseur:
qui conviennent aux exigences de la flexibilité , l'inventeur est capable d'obliger les courroies à rester en contact à glissement,avec les supports écartés de distances qui sont seulement de l'ordre de 30 à 50 fois l'épaisseur
de la courroie. Cette contrainte, en association avec l'écartement étroit des supports , a pour effet de rendre
la courroie flexible extrêmement résistante au gondolement.
Chaque courroie constitue une surface d'échange de chaleur à travers laquelle la chaleur provenant du métal en voie de solidification est transférée à l'eau au côté opposé
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peuvent être coulées dépend de la vitesse à laquelle la chaleur peut être transferée,à travers la courroie , à l'eau de refroidissement.
Pour obtenir ce transfert de chaleur important, il est nécessaire d'augmenter la turbulence dans la couche limite , à l'interface courroie/eau et on a trouvé que le système de refroidissement par jets , préféré, selon l'inventicn, dans lequel des jets d'eau sont diriges sur la surface de revers de la courroie en faisant un grand angle
<EMI ID=14.1> sous forme de jets dirigés suivant un grand angle vers la surface, à travers une série d'orifices étroitement espa-
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plus rapidement de la courroie , que dans le cas des systèmes classiques dans lesquels un écoulement turbulent de l'eau est produit le long de la surface de la courroie.
Comme le volume de l'eau appliquée est très grand, il faut prévoir des moyens pour recueillir l'eau appliquée à chaque courroie. La zone de coulée d'un appareil de cou-
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refroidissement de courroie qui comprend une enceinte fermée , maintenue sensiblement étanche et se présentant à la surface de revers de la courroie , dans la zone de coulée, ceLte enceinte ou enveloppe ayant des supports de courroie très rapprochés qui sont maintenus en contact à coulissement ou à roulement avec la surface de la courroie et qui forment une partie mineure de l'étendue de l'enveloppe qui est en face de la courroie. De préférence, l'eau qui entre est fournie à une première chambre de compensation et de là sur la courroie, à travers des orifices formés dans une paroi faisant face à la surface dorsale de la courroie. Une
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chambre d'entrée et elle est montée de façon à recueillir l'eau provenant de l'espace entre la courroie et la paroi, au moyen de tubes de drainage rigides, de grand diamètre, qui s'étendent à travers la chambre d'entrée. Ces tubes servent à raidir l'ensemble. Les supports de courroie de
<EMI ID=18.1> pendant une majeure partie du temps de passage de la courroie par la zone de coulée. De préférence encore, les supports
de courroie sont formés de barres étroites de matière anti-friction ,s'étendant transversalement par rapport à l'enveloppe, les orifices donnant naissance aux jets étant arrangés en une ou plusieurs lignes transversales entre
des barres voisines. Ces barres peuvent cependant être remplacées par des goujons espacés suivant les principes déjà évoqués. Les orifices des jets des différentes lignes sont de préférence décalés ou disposés en quinconce les
une par rapport aux autres. L'intervalle entre orifices
de jet dans la même ligne latérale ne dépasse de préfé-
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orifices sont telles que lorsqu'une petite différence de pression,par exemple de 0,3 kg/cm" , est maintenue entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie, de l'eau est
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courroie contre les barres de support prévues pour elle, en sorte que la courroie se trouve maintenue suivant une trajectoire étroitement définie et que la courroie est tirée à travers l'appareil, en contact avec ces barres pour maintenir une cavité de moulage bien définie et stable ou
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sent mémoire, on y voit, en - Figure 1, une vue en élévation latérale , schématique, d'une forme d'appareil de coulée suivant l'invention ;
- figure 2, une vue en plan d'une forme d'agencement pour soutenir les courroies par une pression différentielle et appliquer l'agent refroidissant;
- figure 3, une vue en plan de la partie entourée de <EMI ID=22.1>
- figure 4, une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2;
- figure 5, une coupe suivant la ligne 5-5 de la <EMI ID=23.1>
- figure 6, une vue en plan partielle de l'auge ou caniveau ; et
- figure 7, une vue latérale de l'auge ou caniveau en position active.
L'appareil représenté à la figure 1 est constitué d'un châssis support assemblé,l, sur lequel sont montées
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rieure et inférieure , 2. Un moteur d'entraînement à vitesse variable 3 fait tourner un arbre 4 par l'intermédiaire
de la chaîne 5 et de la roue à chaîne 6. Le mouvement est
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traînement de la courroie de coulée inférieure 2 par l'intermédiaire des roues à chaîne 7 et 8 et de la chaîne d'entraînement 9. Le mouvement est pris de la poulie 2 d'entraînement de la courroie de coulée inférieur�our
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autour de roues à chaîne supérieure et inférieure 12 et de poulies 14 tournant folles, dont l'une est portée par un bras 14' à mouvement de pivotement pour tendre la chaîne 11. Les courroies de coulée 15 passent respectivement autour des poulies d'entraînement 2 et des poulies de tension 16 qui sont montres à rotation dans des coulisses 17 guidées dans des bâtis de coulisses 18 qui sont reliés à pivotement par des pivots 19 au bâti principal 1 et auxquels on peut appliquer une force de tension de courroie de coulée , prédéterminée, par l'intermédiaire de cylindres pneumatiques 20. Les coulisses 17 sont déplaçables longitudinalement dans les bâtis 18 à l'aide de moyens d'ajustement 21 dans le but de diriger les courroies de coulée.
La courroie supérieure '5porte une paire de barrages de bordure 22 qui se présentent sous forme de courroies d'une matière élastique résistante à la chaleur et thermiquement isolante. Ces barrages de bordure sont légèrement compressibles de façon à assurer un joint satisfaisant dans la zone de coulée lorsqu'on a pris des dispositions pour la rétrécir longitudinalement , comme expliqué précédemment. Une forme de matière convenable pour de tels barrages de bordure se présente sous forme d'un noyau de métal blanc
ou de caoutchouc qui est entouré d'une toile d'asbeste tissée et qui est fourni dans l'industrie pour être utilisé comme joint de conduites à vapeur. L'agencement des barrages de bordure 22par rapport à l'auge 23 est montré aux figures 6 et 7 et on en donnera ci-après une description plus détaillée. L'un des ensembles pour soutenir et refroidir les courroies de coulée 15 dans la zone de coulée est représenté aux figures 2 à 5. Les courroies sont refroidies par de l'eau qui leur est appliquée par l'intermédiaire d'en-veloppes 26 à agent refroidissant , que l'on décrira ciaprès. De l'eau est aspirée dans les enveloppes 26 par des conduits d'alimentation 27 sous l'action de pompes d'aspi-
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L'enveloppe 26 est formée d'une structure fermée rigide ayant une fenêtre 30 à sa surface supérieure ( en considérant l'enveloppe comme soutenant la courroie inférieure de la figure 1). L'enveloppe comporte une paroi horizontale 31 qui sépare une chambre d'admission ou d'entrée
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aspirée de la chambre 33 par un conduit de sortie 29relié
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La chambre 32 est limitée par une cloison supérieure épaisse 34 dont la surface extérieure est légèrement en retrait par rapport à la surface 35 de l'enveloppe qui entoure la fenêtre 30. La partie ombrée de la surface 35
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barres de support de courroie étroites 36 s'étendent sur toute la largeur de la fenêtre 30 et la surface supérieure des barres a été meulée de façon à être de niveau avec l'étendue voisine de la surface 35.
Des canaux pour eau, peu profonds, 37 ,s'étendent entre les barres supports 36, la surface extérieure de la cloison 34 et la co'-rroie supérieure 15. Des orifices pour jets, étroitement proches, vont de la chambre d'admission
32 dans le plancher des canaux 37 et sont agencés de façon à envoyer des jets d'eau sensiblement perpendiculairement à la surface de la courroie 15. Des canaux collecteurs d'eau,
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la longueur des canaux 37 et sont reliée par des tubes 40
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Comme on le verra, dans l'appareil représenté, il y a deux lignes d'orifices à jets 38 ,décalées l'une par rapport l'autre .entre chaque paire de barres supports de courroie 36. L'espacement longitudinal entre les barres 36
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ve que l'eau est appliquée au dos de la courroie à raison
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d'environ 45 litres/cm'/ heure et dans la coulée d'une plaque d'aluminium, ceci conduit à un échange de chaleur
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ment des jets est diminué et qu'on augmente sensiblement
le débit de l'eau de refroidissement, le taux d'extraction
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L'appareil est conçu de telle façon que même avec les conditions de pression réduite prévues à la face postérieure de la courroie, il n'y aura sensiblement pas de flèche des courroies:entre supports voisins , de façon que
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le métal qui se solidifie dans la zone de coulée. Pour obtenir cet état de choses , l'espacement entre les barres
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Le système de refroidissement qui a été décrit cidessus a pour effet de maintenir la chute thermique à travers la courroie à une valeur d'environ 30[deg.]C. Dans ce cas, on calcule qu'une pression différentielle d'environ
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supérieure 15 en contact avec les barres 36 sur toute la largeur de la courroie. Cependant, on préfère arranger les choses de façon que la chambre de sortie 33 soit maintenue à une pression d'au moins 0,3 kg/cm en dessous de la pression atmosphérique pour donner un coefficient de sécurité suffisant.
A la figure 1, l'espacement entre les courroies 15 à l'entrée de la zone de coulée est commandé en gros par
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du support de l'enveloppe et il est encore commandé de façon fine par le moyen de vis de réglage agissant sur des barres tirants 41 de façon à monter le bâti en sorte que des plaques d'arrêt 42 puissent être élevées et abaissées.
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en sorte que le rétrécissement de la cavité du moule entre les courroies 15 puisse être modifié par un mouvement angulaire de l'enveloppe supérieure 26 dans ses paliers à tourillons 43, à l'aide du levier 44 que l'on presse vers le bas au moyen ('un cylindre pneumatique 45 de façon à amener
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l'espace de moulage, le métal solidifié à l'extrémité de sortie de l'espace de Moulage inclinera l'enveloppe 26 vers
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La butée 47 peut être alors rétablie pour assurer des propriétés superficielles optimales pour la bande qui sort de
l'espace de moulage.
L'auge ou caniveau 23 (figure 6) est munie d'une partie de nez 50 qui est agencée, en position active, pour s'étendre dans l'espace entre les courroies. Des guides formant barrages latéraux 51sont fixés au coté de l'auge 23
et ont une légère élasticité de façon à presser le barrage du côté arrivée contre le côté de la partie de nez 50 de l'auge en formant ainsi un joint à l'entrée à la zone de coulée, si bien qu'une charge d'alimentation appropriée ou
un bain de métal convenable puisse être maintenu dans l'au-
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chambres peut être soutenu par l'attraction magnétique qui maintiendra la courroie en contact avec les barres sup-
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coefficient de frottement.
On comprendra que ce système d'application d'agent de refroidissement peut être utilisé dans des appareils dans lesquels la zone de coulée est arrange en direction
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der à maintenir les courroies en contact avec les supports.
Lorsque les courroies sont utilisées en position horizon-
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entre la chambre d'entrée 32 et la chambre de sortie 33 pour faire passer des jets d'eau à travers les orifices de jets 38.
Il est possible de considérer que seule la courroie supérieure 15 serait maintenue en contact avec les barres supports 36 par la pression différentielle , le poids du métal sur la courroie inférieure servant à maintenir la courroie inférieure en contact avec.l'ensemble inférieur des barres supports. Il est cependant manifestement préférable d'appliquer une aspiration aux chambres de sortie des deux enveloppes supérieure et inférieure 26.
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avec beaucoup de succès pour couler des bandes d'aluminium et d'alliages d'aluminium présentant d'excellentes qualités de surface.
Lorsque la matière coulée est de l'aluminium de qualité commerciale, qui se solidifie dans une gamme de températures très étroite, il a été trouvé qu'il �tait possible, dans l'appareil de la figure 1, dans lequel la
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la matière à une vitesse de 275 cms/minute à une épaisseur de 12 mm en s'arrangeant pour que la réparation des courroies soit d'environ 0,6 mm de moins à l'extrémité de sor-
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-les températures comprises dar.s une gamme étendue, par exemple de 110[deg.]C, on a trouve' que l'on pouvait couler une bande d'alliage d'une épaisseur de 12 mm à une vitesse
de 2<2>5 en/minute sans qu'il apparaisse des exsudats superficiels lorsque l'intervalle entre les courroies était d'environ 0,5 mm de moins à l'extrémité de sortie qu'à l'extrémité d'entrée.
Les éléments de support peuvent être usines de façon à se trouver dans un plan commun en sorte d'imposer un profil plat à la courroie dans la zone de coulée. En variante, il peut être souhaitable d'avoir une très légère courbure
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forme plus compliquée.
Ce qui procède s'applique lorsqu'on utilise deux courroies essentiellement parallèles. Dans un appareil où une surface de la zone de- coulée est constituée d'un tambour refroidi à l'eau, les supports de courroies sont usinés de façon à définir une surface qui s'approche progressivement
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ment de la cavité du moule, mais avec courbure.
Cependant, on préfère de beaucoup utiliser deux courroies.
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1.- Appareil pour la coulée continue de métal sous forme de bande , dans lequel le métal fondu est introduit dans un espace de moulage défini entre une paire de surfaces mobiles opposées, dont l'une au moins est constituée d'une courroie flexible conductrice de la chaleur , munie dans la zone de coulée de plusieurs supports de courroie espacés , en contact avec la surface de revers de la courroie, et des moyens pour appliquer un agent de refroidissement à la courroie, caractérisé en ce que la courroie est maintenue fermement contre ses supports par une différence
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roie et se présentant indépendamment de la présence de métal dans le moule , et l'espacement des supports de la courroie étant en rapport tel avec les caractéristiques
de la courroie qu'une région non soutenue de celle-ci, se trouvant entre des supports adjacents, joue le rôle d'un élément raide.