EP0694356B1 - Procédé et dispositif de correction de l'ovalisation de cylindres de coulée continue de bande métallique - Google Patents

Procédé et dispositif de correction de l'ovalisation de cylindres de coulée continue de bande métallique Download PDF

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EP0694356B1
EP0694356B1 EP95420218A EP95420218A EP0694356B1 EP 0694356 B1 EP0694356 B1 EP 0694356B1 EP 95420218 A EP95420218 A EP 95420218A EP 95420218 A EP95420218 A EP 95420218A EP 0694356 B1 EP0694356 B1 EP 0694356B1
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EP
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fluid
cooling
roll body
port
discharge
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Jacques Charpentier
Marcel Cortes
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Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Pechiney Rhenalu SAS
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637Accessories therefor
    • B22D11/068Accessories therefor for cooling the cast product during its passage through the mould surfaces
    • B22D11/0682Accessories therefor for cooling the cast product during its passage through the mould surfaces by cooling the casting wheel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/08Lubricating, cooling or heating rolls internally

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for correcting thermal ovalization (or runout) appearing on cylinders continuous metal strip casting.
  • a continuous metal strip casting machine generally contains two identical cylinders located face to face, separated by a space of the thickness of the metal strip to be produced and turning in the opposite direction one of the other.
  • the liquid metal is fed on one side of the space while the strip comes out on the other side at its nominal thickness.
  • Figures 1 (longitudinal section) and 2 (cross section) give the general structure of a cylinder.
  • Cooling is usually carried out using a cooling (generally water) circulating in at least one circuit inside the cylinder body (1).
  • a cooling generally water
  • This circuit includes at least one cold water supply hole (3), under shape of a tube drilled in the cylinder body (1), parallel to its axis, opening to the outside by one of its ends, the other being closed, and extending to the right of the hoop (2) over its entire width.
  • a plurality of smaller diameter tubes (4) connect each hole supply (3) to a distribution manifold (5) sort of groove located under the hoop (2) and substantially parallel to the supply tube (3); each collector supplies water to a cooling device proper comprising a network of small channels (5) machined to the peripheral surface of the cylinder body (1) and located under the hoop in a transverse plane; the water circulates there and comes into thermal contact with the hoop and ensures its cooling.
  • the water After the water has heated up, it is removed using a identical to the power supply. It includes (see part low of fig. 1 and fig. 2) a water drain collector (7) hot, a plurality of small diameter tubes (8) connecting it to the tube evacuation (9).
  • a cylinder body has two or three or four water supply circuits and as many drainage circuits interconnected by the channels (6) of the cooling device.
  • the reciprocal arrangement of the cold and hot water circuits is good visible in particular in fig. 2 which represents the case of 2 circuits. We see their interconnection and their alternate and offset arrangement one relative to the other by 90 °. The arrows illustrate the meaning of water circulation. In the case of three or four circuits, the offset is 60 ° or 45 °
  • the cold water arriving in one of the distribution collectors (5) is then distributed in the cooling channels (6) located on the on the other side of the collector (5), heats up and is evacuated by the collectors (7) which thus collect water from two collectors distribution (5) located on either side.
  • a cooling device of this type is described in the patent FR-A-2 217 098. It shows a cylinder comprising a core (1) surrounded a hoop (7), the whole being cooled by a circulation of water in channels (2, 3, 4, 6) formed in said core (1) and opening into grooves (5) located at the core-hoop interface.
  • the Applicant has sought a method and a device aimed at reducing temperature differences in the cylinder which is effective and easy to carry out or to implement and inexpensive.
  • the invention is a method of cooling continuous rolls of metal strip using a fluid
  • said metal cylinders comprising a cylinder body and a metallic hoop consisting essentially of a tube or an envelope metallic, the inner face of which surrounds said body, the other face used to receive liquid metal and to produce the strip by cooperation of two cylinders, said cylinder body comprising at minus a cooling circuit leading to the outside of the body cylinder by two inlet / outlet ends and comprising at least one cold fluid supply device (usually water), a actual cooling device where the fluid is in contact thermal with the underside of the hoop and a device evacuation of the heated fluid in contact with the hoop, characterized in which we periodically reverse the direction of circulation of the fluid in the cylinder body, the cold fluid supply device becoming the hot fluid evacuation device and vice versa.
  • the invention is particularly suitable for cylinders having the configuration described above using fig. 1 and 2, their body of cylinder with two or three or four feed devices cold water alternated with as many hot water evacuation devices, these devices being offset by 90 ° (two devices), by 60 ° (three devices) or 45 ° (four devices) and connected by a device proper cooling.
  • Continuous strip casting generally takes place between two cylinders identical, reversing the direction of the coolant according to the invention is advantageously practiced on the two cylinders. Such a process is also applicable to casting on a single cylinder by example, film casting.
  • the process according to the invention is particularly advantageous when one runs thin strips for example from 1 to 12 mm thick, or even more thin, specifically in the usual range of thickness from 5 to 12 mm where the process is very efficient, or even in the area of the weak thicknesses for example from 1 to 5 mm for which a cylinder runout is all the more harmful as the thickness is low. It is particularly suitable for casting aluminum strip or its alloys.
  • the frequency of reversing the direction of water circulation must be set in depending on the characteristics of the installation, for example diameter of cylinders, coolant flow etc ...
  • the method according to the invention has been applied to a 8 mm thick aluminum strip continuous casting installation, on cylinders with an outside diameter of 96 cm, the hoop of which had a 8 cm thick, and having an internal cooling circuit identical to that given in fig. 1 and 2.
  • the buffer tank can receive the hot fluid if it is large sufficient to cool it or if it has a autonomous cooling device.
  • valve V is assigned to supply the cylinder with cold fluid
  • valve W is assigned to the evacuation of the fluid warmed up.
  • the simultaneous operation of the three-way valves makes it possible to reverse the direction of circulation of the fluid in the cylinder without modifying the circuit fluid from the pump and discharge to the basin.
  • maneuvers can advantageously be automated or managed by microprocessor, computer ... etc ...
  • the casting machine has two cylinders (upper and lower)
  • the hot fluid evacuation circuit can be connected to said second cylinder in diversion on track V3 or W2 of the valves respective V and W which already collect the hot fluid from the first cylinder.
  • FIG. 3 illustrates a device according to the invention for a casting machine comprising two cylinders: C (upper cylinder), D (lower cylinder).
  • C1, C2 and D1, D2 represent the input / output ends, interchangeable during the reversal of direction of the fluid, of the fluid cooling circuit located inside each of the cylinders C and D respectively.

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Description

DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un procédé et un dispositif de correction de l'ovalisation (ou faux rond) thermique apparaissant sur des cylindres de coulée continue de bande métallique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une machine de coulée continue de bande métallique contient en général deux cylindres identiques situés face à face, séparés par un espace de l'épaisseur de la bande métallique à produire et tournant en sens inverse l'un de l'autre.
Le métal liquide est alimenté d'un côté de l'espace tandis que la bande sort de l'autre côté à son épaisseur nominale.
On peut produire avec un tel dispositif des bandes allant de quelques centimètres d'épaisseur à quelques millimètres ou moins.
Les figures 1 (coupe longitudinale) et 2 (coupe transversale) donnent la structure générale d'un cylindre.
Il comprend en (1) un corps de cylindre (partie centrale) qui est entouré d'une frette (2) qui reçoit le métal en fusion et sert au laminage de la bande. De ce fait il est nécessaire de refroidir l'ensemble.
Le refroidissement est habituellement effectué à l'aide d'un fluide de refroidissement (en général de l'eau) circulant dans au moins un circuit de refroidissement situé à l'intérieur du corps de cylindre (1).
Ce circuit comprend au moins un trou d'amenée d'eau froide (3), sous forme d'un tube percé dans le corps de cylindre (1), parallèlement à son axe, débouchant à l'extérieur par une de ses extrémités, l'autre étant obturée, et s'étendant au droit de la frette (2) sur toute sa largueur.
Une pluralité de tubes de plus petit diamètre (4) relie chaque trou d'amenée (3) à un collecteur de distribution (5) sorte de rainure située sous la frette (2) et substantiellement parallèle au tube d'amenée (3) ; chaque collecteur alimente en eau un dispositif de refroidissement proprement dit comprenant un réseau de petits canaux (5) usinés à la surface périphérique du corps de cylindre (1) et situés sous la frette dans un plan transversal; l'eau y circule et entre en contact thermique avec la frette et assure son refroidissement.
Après échauffement de l'eau, celle-ci est évacuée à l'aide d'un dispositif identique à celui d'alimentation. Il comprend (voir partie basse de la fig. 1 et fig. 2) un collecteur d'évacuation (7) d'eau chaude, une pluralité de tubes de petit diamètre (8) le reliant au tube d'évacuation (9).
Habituellement un corps de cylindre comporte deux ou trois ou quatre circuits d'alimentation d'eau et autant de circuits d'évacuation interconnectés par les canaux (6) du dispositif de refroidissement. L'agencement réciproque des circuits d'eau froide et eau chaude est bien visible en particulier sur la fig. 2 qui représente le cas de 2 circuits. On y voit leur interconnection et leur disposition alternée et décalée l'un par rapport à l'autre de 90°. Les flèches illustrent le sens de circulation de l'eau. Dans les cas de trois ou quatre circuits, le décalage est de 60° ou 45°
Ainsi l'eau froide arrivant dans un des collecteurs de distribution (5), se répartit ensuite dans les canaux de refroidissement (6) situés de part et d'autre du collecteur (5), se réchauffe et est évacuée par les collecteurs (7) qui récupèrent ainsi l'eau provenant de deux collecteurs de distribution (5) situés de part et d'autre.
Un dispositif de refroidissement de ce type est décrit dans le brevet FR-A-2 217 098. Il montre un cylindre comportant une âme (1) entourée d'une frette (7), le tout étant refroidi par une circulation d'eau dans des canaux (2, 3, 4, 6) pratiqués dans ladite âme (1) et débouchant dans des gorges (5) situées à l'interface âme-frette.
Avec une telle disposition des circuits de refroidissement, il apparaít des zones froides et chaudes dans la frette et le cylindre au voisinage des collecteurs et tubes d'amenée d'eau froide et d'évacuation d'eau chaude.
Cette hétérogénéité de température qui peut atteindre 4°C provoque des dilatations engendrant une déformation du cylindre appelée ovalisation ou faux rond.
Ce faux rond va se traduire par des irrégularités cycliques de l'épaisseur de la bande métallique coulée et donc en altérer la qualité ; ce défaut est d'autant plus gênant que la bande coulée est mince.
Aussi convient-il de supprimer ou minimiser ces écarts de température pour améliorer la qualité et la régularité d'épaisseur de la bande coulée. Aussi la demanderesse a recherché un procédé et un dispositif visant à diminuer les écarts de température dans le cylindre qui soit efficace et facile à réaliser ou à mettre en oeuvre et peu onéreux.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Dans un premier aspect l'invention est un procédé de refroidissement de cylindres de coulée continue de bande métallique à l'aide d'un fluide, lesdits cylindres métalliques comprenant un corps de cylindre et une frette métallique constituée essentiellement d'un tube ou d'une enveloppe métallique dont la face intérieure ceinture ledit corps, l'autre face servant à recevoir du métal liquide et à produire la bande par coopération de deux cylindres, ledit corps de cylindre comportant au moins un circuit de refroidissement débouchant à l'extérieur du corps de cylindre par deux extrémités d'entrée/sortie et comprenant au moins un dispositif d'alimentation en fluide froid (en général l'eau), un dispositif de refroidissement proprement dit où le fluide est en contact thermique avec la face inférieure de la frette et un dispositif d'évacuation du fluide réchauffé au contact de la frette, caractérisé en ce qu'on inverse périodiquement le sens de circulation du fluide dans le corps du cylindre, le dispositif d'alimentation en fluide froid devenant le dispositif d'évacuation de fluide chaud et inversement.
L'invention est particulièrement adaptée aux cylindres ayant la configuration décrite plus haut à l'aide des fig. 1 et 2, leur corps de cylindre comportant deux ou trois ou quatre dispositifs d'alimentation en eau froide alternés avec autant de dispositifs d'évacuation d'eau chaude, ces dispositifs étant décalés de 90° (deux dispositifs), de 60° (trois dispositifs) ou de 45° (quatre dispositifs) et reliés par un dispositif de refroidissement proprement dit.
La coulée continue de bande se faisant en général entre deux cylindres identiques, l'inversion de sens du fluide de refroidissement selon l'invention est avantageusement pratiquée sur les deux cylindres. Un tel procédé est applicable également à la coulée sur mono-cylindre par exemple la coulée pelliculaire.
Le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant quand on coule des bandes minces par exemple de 1 à 12 mm d'épaisseur, voire plus minces, spécifiquement dans le domaine habituel d'épaisseur de 5 à 12 mm où le procédé est très efficace, ou encore dans le domaine des faibles épaisseurs par exemple de 1 à 5 mm pour lequel un faux rond de cylindre est d'autant plus préjudiciable que l'épaisseur est faible. Il est particulièrement adapté à la coulée de bande en aluminium ou ses alliages.
La fréquence d'inversion du sens de circulation d'eau est à régler en fonction des caractéristiques de l'installation, par exemple diamètre des cylindres, débit de fluide de refroidissement etc...
Avec le procédé de l'invention on obtient un meilleur lissage des hétérogénéités de température dans les cylindres utilisant des frettes épaisses, par exemple entre 20 et 100 mm.
Il est préférable d'avoir des dispositifs d'alimentation et d'évacuation du fluide identiques.
Ainsi on arrive à limiter l'écart maximum de température dans un cylindre à quelques fractions de °C, ce qui permet de supprimer pratiquement complètement le faux-rond et d'améliorer ainsi la constance d'épaisseur des bandes coulées.
A titre d'illustration, le procédé selon l'invention a été apliqué à une installation de coulée continue de bande d'épaisseur 8 mm en aluminium, sur des cylindres de diamètre extérieur 96 cm, dont la frette avait une épaisseur de 8 cm, et ayant un circuit interne de refroidissement identique à celui donné dans les fig. 1 et 2.
En l'absence d'inversion du sens de l'eau de refroidissement, il a été mesuré en fonctionnement normal au cours de la coulée un écart maximum de température de 4°C, ce qui provoquait des variations d'épaisseur de la bande coulée de 0,04 mm dû au faux rond des cylindres.
Après avoir opéré avec inversion du sens du fluide de refroidissement a la fréquence de toutes les 5 minutes et avec le même débit que précédemment il a été obtenu des variations d'épaisseur de la bande coulée négligeables (non mesurables).
Un deuxième aspect de l'invention est un dispositif permettant d'effectuer une inversion du sens de circulation du fluide de refroidissement dans au moins un cylindre destiné à la coulée continue, en général de bande métallique tel que décrit plus haut, c'est-à-dire contenant au moins un circuit de refroidissement par fluide situé à l'intérieur dudit cylindre, ledit circuit situé dans le cylindre débouchant à l'extérieur par deux extrémités, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend :
  • un bassin tampon contenant ledit fluide,
  • au moins une pompe en soutirant le fluide et alimentant un circuit de fluide
  • ledit circuit de fluide comprenant une première vanne à trois voies dont une première voie V1 est alimentée par la pompe, optionnellement par l'intermédiaire d'un débimètre B, une deuxième voie V2 est reliée d'une part à une des extrémités dudit circuit de refroidissement d'autre part à une première voie W1 d'une deuxième vanne à trois voies W, une troisième voie V3 est reliée d'une part à l'autre extrémité dudit circuit de refroidissement d'autre part à une deuxième voie W2 de la vanne W, la troisième voie W3 de W étant reliée à un conduit d'évacuation du fluide chaud.
Le bassin tampon peut recevoir le fluide chaud s'il est de taille suffisante pour en assurer le refroidissement ou s'il dispose d'un dispositif autonome de refroidissement.
Il apparaít que la vanne V est affectée à l'alimentation du cylindre en fluide froid, alors que la vanne W est affectée à l'évacuation du fluide réchauffé.
La manoeuvre simultanée des vannes à trois voies permet d'inverser le sens de circulation du fluide dans le cylindre sans modifier le circuit de fluide de la pompe et d'évacuation vers le bassin.
Ces manoeuvres peuvent avantageusement être automatisées ou gérées par microprocesseur, ordinateur... etc...
Quand la machine de coulée comporte deux cylindres (supérieur et inférieur), on peut brancher le circuit d'alimentation en fluide froid du deuxième cylindre en dérivation sur la voie V2 ou W1 des vannes respectives V et W alimentant déjà en fluide froid le premier cylindre. De même on peut brancher le circuit d'évacuation de fluide chaud dudit deuxième cylindre en dérivation sur la voie V3 ou W2 des vannes respectives V et W qui recueillent déjà le fluide chaud du premier cylindre.
Mais pour avoir plus de souplesse de réglage il est préférable d'utiliser pour le deuxième cylindre un circuit identique à celui alimentant le premier cylindre, ces deux circuits pouvant être montés en dérivation sur le refoulement de la pompe.
La figure 3 illustre un dispositif selon l'invention pour une machine de coulée comportant deux cylindres : C (cylindre supérieur), D (cylindre inférieur).
C1, C2 et D1, D2 représentent les extrémités d'entrée/sortie, interchangeables lors de l'inversion de sens du fluide, du circuit de refroidissement par fluide situé à l'intérieur respectivement de chacun des cylindres C et D.
On voit de plus :
  • en R, le bassin tampon de fluide de refroidissement,
  • en P1 et P2, deux pompes de soutirage branchées en parallèle,
  • en A des vannes d'arrêt,
  • en V et W les vannes trois voies avec leurs voies respectives V1, V2, V3, W1, W2, W3 ; en particulier on voit que V1 est branchée sur le refoulement des pompes P par l'intermédiaire d'un débimètre D isolé par deux vannes d'arrêt (ce débit-mètre peut être court-circuité par un circuit S), que V2 et W1 sont reliées au point d'entrée/sortie C2 de C tandis que V3 et W2 sont reliées au point d'entrée sortie C1 et que W3 est relié à l'évacuation du fluide qui retourne au bassin R ;
  • en V' et W' les repères correspondant au cylindre D ; ils ont les mêmes significations et fonctions que pour le cylindre C.

Claims (11)

  1. Procédé de refroidissement de cylindres de coulée continue de bande métallique à l'aide d'un fluide, lesdits cylindres métalliques comprenant un corps de cylindre (1) et une frette métallique (2) constituée essentiellement d'un tube ou d'une enveloppe métallique dont la face intérieure ceinture ledit corps de cylindre (1), l'autre face recevant du métal liquide et produisant la bande par coopération de deux cylindres, ledit corps de cylindre (1) comportant au moins un circuit de refroidissement débouchant à l'extérieur du corps de cylindre par deux extrémités d'entrée/sortie et comprenant au moins un dispositif d'alimentation en fluide froid, un dispositif de refroidissement proprement dit où le fluide est en contact thermique avec la face inférieure de la frette et un dispositif d'évacuation du fluide réchauffé au contact de la frette, caractérisé en ce qu'on inverse périodiquement le sens de circulation dudit fluide dans le corps du cylindre, le dispositif d'alimentation en fluide froid devenant le dispositif d'évacuation de fluide chaud, et inversement.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation en fluide froid comporte au moins un tube d'amenée de fluide (3) percé dans le corps de cylindre (1) parallèlement à son axe et débouchant à l'extérieur par une de ses extrémités, une pluralité de tubes (4) de plus petits diamètres reliant le tube d'amenée (3) à un collecteur de distribution (5) substantiellement parallèle audit tube (3) et situé sous la frette (2), un dispositif de refroidissement comportant un réseau de petits canaux (6) usinés à la surface périphérique du corps de cylindre (1) dans un plan transversal à son axe et permettant au fluide d'entrer en contact thermique avec la frette (2), un dispositif d'évacuation du fluide identique audit dispositif d'alimentation et comportant successivement un collecteur d'évacuation (7) relié à une pluralité de tubes de petits diamètres (8) reliés eux-mêmes à un tube d'évacuation (9) débouchant à l'extérieur, ledit dispositif de refroidissement reliant le collecteur de distribution (5) et le collecteur d'évacuation (7).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de cylindre (1) comporte deux dispositifs d'alimentation en fluide et deux dispositifs d'évacuation alternés et décalés de 90°, reliés par les dispositifs de refroidissement (6).
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de cylindre (1) comporte trois dispositifs d'alimentation en fluide et trois dispositifs d'évacuation alternés et décalés de 60°, reliés par les dispositifs de refroidissement (6).
  5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de cylindre (1) comporte quatre dispositifs d'alimentation en fluide et quatre dispositifs d'évacuation alternés et décalés de 45°, reliés par les dispositifs de refroidissement (6).
  6. Dispositif de circulation du fluide de refroidissement circulant dans au moins un cylindre destiné à la coulée continue contenant au moins un circuit de refroidissement ledit circuit débouchant à l'extérieur par deux extrémités d'entrée/sortie, permettant en particulier de pratiquer le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'inversion du sens de circulation du fluide de refroidissement.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin tampon (R) contenant ledit fluide, au moins une pompe (P) en soutirant le fluide et alimentant un circuit de fluide comprenant une première vanne à trois voies dont une première voie V1 est alimentée par la pompe, une deuxième voie V2 est reliée d'une part à une des extrémités dudit circuit de refroidissement, d'autre part à une première voie W1 d'une deuxième vanne à trois voies W, une troisième voie V3 est reliée d'une part à l'autre extrémité dudit circuit de refroidissement, d'autre part à une deuxième voie W2 de la vanne W, la troisième voie W3 de W étant reliée à un conduit d'évacuation du fluide chaud.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres de coulée dont les extrémités d'entrée/sortie du circuit de refroidissement de chacun d'eux sont branchées en dérivation respectivement sur les voies V2 ou W1 d'une part, V3 et W2 d'autre part.
  9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres de coulée, le premier étant branché sur le circuit comportant les vannes trois voies V et W comme indiqué dans la revendication 4, le deuxième étant branché sur un deuxième circuit identique comportant des vannes trois voies V' et W', les deux dits circuits étant montés en dérivation sur le refoulement de la pompe.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les vannes trois voies sont manoeuvrées simultanément et de préférence sont automatisées.
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement d'un cylindre est celui décrit dans les revendications 1 à 5.
EP95420218A 1994-07-29 1995-07-26 Procédé et dispositif de correction de l'ovalisation de cylindres de coulée continue de bande métallique Expired - Lifetime EP0694356B1 (fr)

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