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Procédé et dispositif pour supporter un produit métallique coulé en continu.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour supporter un produit métallique coulé en continu. L'invention vise plus particulièrement un produit large, tel qu'une brame, et plus spécifiquement encore une brame d'acier, sans être cependant limitée à cette seule application.
La description qui va suivre, consacrée à une brame d'acier, n'est donnée qu'à titre de simple illustration, avec le seul souci de bien faire comprendre l'objet de la présente invention.
On sait que, dans une machine de coulée continue d'une brame d'acier, la brame quittant la lingotière est supportée et guidée par un train de rouleaux de support pendant et après la traversée de la zone de refroidissement secondaire. Ce refroidissement secondaire est généralement réalisé par projection d'eau ; il vise essentiellement à accélérer la solidification de l'acier, et à consolider la peau solidifiée, et aussi à refroidir la machine de coulée.
Dans une machine de coulée classique, la brame est habituellement supportée par des rouleaux de diamètre relativement petit, qui sont eux-mêmes appuyés à leurs extrémités, c'est-à-dire de part et d'autre de la largeur de la brame. On constate cependant que ces rouleaux se déforment sous l'effet de la charge appliquée par la brame, et qu'ils prennent alors une courbure indésirable.
L'installation de paliers d'appui intermédiaires supplémentaires ne constitue pas une solution efficace ; en effet, si de tels paliers peuvent empêcher ou limiter la déformation des rouleaux, ils sont eux-mêmes soumis aux hautes températures régnant à proximité immédiate de la brame et ils périssent très rapidement par grippage dû à une surchauffe excessive.
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Par ailleurs, il se développe actuellement des procédés de coulée continue de brames minces, comprenant fréquemment un certain laminage des brames. Ici encore, la charge appliquée aux rouleaux provoque une déformation qui peut être prohibitive à l'égard des dimensions de la brame. En outre, la faible vitesse de laminage accroît la sollicitation thermique des rouleaux et favorise dès lors leur déformation.
L'installation de gicleurs pour le refroidissement des rouleaux par projection d'eau conduit à augmenter la complexité et l'encombrement du dispositif de refroidissement. Par ailleurs, l'utilisation de rouleaux creux à refroidissement interne accroît également la complexité du circuit de refroidissement et requiert l'emploi de rouleaux plus gros, donc plus encombrants pour assurer la même résistance mécanique que des rouleaux massifs.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé et un dispositif pour supporter un produit métallique coulé en continu, quelle que soit la largeur de ce produit, en faisant appel à des moyens simples qui préviennent toute déformation des rouleaux de support. Le procédé et le dispositif de l'invention sont applicables aussi bien en coulée continue classique qu'en coulée continue de produits minces, avec ou sans laminage.
Conformément à la présente invention, un procédé pour supporter un produit métallique coulé en continu, dans lequel on supporte ledit produit métallique au moyen d'une pluralité de rouleaux de support s'étendant suivant la largeur dudit produit métallique et se succédant le long de la trajectoire suivie par ce produit, est caractérisé en ce que l'on forme individuellement à la surface d'au moins un desdits rouleaux de support une couche d'un liquide de refroidissement sous pression s'étendant en direction longitudinale substantiellement sur toute la longueur dudit rouleau de support et en direction circonférentielle sur un arc correspondant à un angle au centre d'au moins 90.,
ladite couche de liquide de refroidissement sous pression étant substantiellement diamétralement opposée
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à la région de contact dudit rouleau de support avec le produit métallique, et en ce que l'on assure l'écoulement d'au moins une partie dudit liquide de refroidissement sous pression sur la surface latérale dudit rouleau de support, au-delà de ladite couche.
Suivant une mise en oeuvre particulière de ce procédé, on assure l'écoulement d'au moins une partie dudit liquide de refroidissement sous pression sur la surface dudit produit métallique.
Suivant l'invention, la pression régnant dans la couche de liquide de refroidissement peut être différente à chaque rouleau de support. En particulier, il peut être intéressant de faire varier progressivement ladite pression d'un rouleau de support au suivant, le long dudit produit métallique.
Conformément à un autre aspect qui a été évoqué plus haut, la présente invention concerne également un dispositif pour supporter un produit métallique coulé en continu, en application du procédé qui vient d'être décrit.
A cet effet, un dispositif pour supporter un produit métallique coulé en continu, qui comprend une pluralité de rouleaux de support s'étendant suivant la largeur dudit produit métallique et se succédant le long de la trajectoire suivie par ce produit, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paroi adjacente respectivement à l'un desdits rouleaux de support, en ce que ladite paroi épouse à distance la forme dudit rouleau de support de façon à définir avec celui-ci une portion de volume annulaire, en ce que ladite portion de volume annulaire s'étend en direction longitudinale substantiellement sur toute la longueur dudit rouleau de support et en direction circonférentielle sur un arc correspondant à un angle au centre d'au moins 90',
ladite portion de volume annulaire étant substantiellement diamétralement opposée à la région de contact dudit rouleau de support avec le produit métallique, et en ce que ladite portion de volume annulaire est pourvue de moyens d'entrée et de moyens de sortie d'un liquide de refroidissement.
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Suivant une réalisation particulière de ce dispositif, ladite paroi constitue la face concave de la cavité d'un palier hydraulique, qui est coaxiale audit rouleau de support.
Selon une autre caractéristique du dispositif de l'invention, il est prévu le long des bords longitudinaux de ladite portion de volume annulaire, des moyens d'étranglement, de préférence réglables, pour faire varier la section de sortie de ladite portion de volume annulaire le long desdits bords longitudinaux.
Selon encore une autre caractéristique du dispositif de l'invention, il est prévu des moyens de guidage prolongeant ladite paroi dans la direction circonférentielle au-delà desdits moyens d'étranglement, lesdits moyens de guidage épousant également la forme dudit rouleau de support et s'étendant jusqu'à une faible distance du produit métallique coulé en continu.
Suivant une caractéristique supplémentaire du dispositif de l'invention, les moyens de guidage précités sont pourvus, à leur extrémité proche du produit métallique, d'ailettes sensiblement parallèles audit produit métallique et orientées vers l'extérieur par rapport au rouleau de support auquel lesdits moyens de guidage sont associés.
L'invention sera maintenant décrite en détail en faisant référence à l'unique figure annexée, qui illustre un dispositif conforme à l'invention appliqué au support, avec laminage, d'une brame mince en acier. coulée en continu.
Cette figure ne constitue qu'une représentation schématique, sans échelle particulière, ne comportant que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Par ailleurs, elle ne montre qu'un seul rouleau de support, mais il va de soi qu'un nombre quelconque de rouleaux de support d'une installation de coulée continue peuvent être appuyés conformément aux enseignements de la présente invention. Cette figure montre une coupe à travers un dispositif conforme à l'invention, coupe qui est effectuée suivant un plan
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perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit rouleau de support.
Dans cette vue en coupe, on a représenté une brame de coulée continue 1, provenant d'une lingotière de type connu (non représentée) et se déplaçant dans le sens indiqué par la flèche 2. Pour simplifier le dessin, on n'a reproduit qu'une demi-épaisseur de la brame.
Comme on le voit dans la figure, la brame subit ici un laminage sous l'action de rouleaux 3, dont un seul est représenté.
Du côté opposé du rouleau de support 3 par rapport à la brame 1, est disposé un palier 4 qui prend appui sur une assise fixe, par exemple sur le bâti de la machine de coulée. Il faut souligner que la position de ce palier 4 est en principe fixe pendant une opération de coulée continue ; cette position peut cependant être modifiée pour des opérations de coulée différentes, notamment en fonction de l'épaisseur de la brame ou du taux de réduction de cette épaisseur. On indiquera également que le palier 4 s'étend sur toute la longueur du rouleau de support 3, c'est-à-dire au moins sur la largeur de la brame 1. Avec un tel palier, il est évidemment inutile de prévoir des rouleaux d'appui du rouleau de support 3. Le palier 4 présente une cavité semi-cylindrique 5, tournée vers la brame 1, dans laquelle est logé le rouleau de support 3.
La cavité 5 est de préférence coaxiale au rouleau de support 3, et celui-ci est disposé de façon à définir avec la cavité 5 une portion de volume annulaire 6 dont la hauteur radiale est de préférence constante. La portion de volume annulaire 6 communique par une pluralité de passages 7 avec une source de liquide de refroidissement sous pression, non représentée. Ces passages 7 peuvent être disposés de toute manière appropriée ; ils sont de préférence répartis uniformément suivant la longueur du palier 4.
Le long des bords longitudinaux de la cavité 5, sont montés des talons 8, qui peuvent être fixés à différentes distances du rouleau de support 3. Les doubles flèches expriment les possibilités de déplacement des talons 8. Ces talons 8 constituent des organes
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d'étranglement qui permettent de faire varier, ensemble ou séparément, les sections longitudinales d'extrémité de la portion de volume annulaire 6.
Les talons 8 peuvent être munis de joues 9 qui épousent à distance la forme du rouleau de support 3 et qui définissent avec celui-ci des prolongements 10 de la portion de volume annulaire 6.
Enfin, à leur extrémité la plus proche de la brame 1, les joues 9 peuvent comporter des ailettes 11 disposées parallèlement à la surface de la brame 1. Ces ailettes 11 définissent avec la brame 1 des tronçons de canal 12,13, de largeur respectivement ei et e2, qui s'étendent transversalement sur toute la largeur de la brame 1, en dessous et au-dessus de la zone de contact de la brame 1 avec le rouleau de support 3.
En application de la présente invention, ce dispositif fonctionne de la façon suivante.
Une brame 1 quittant une lingotière de coulée continue, non représentée, présente une peau solidifiée de faible épaisseur, indiquée par une zone pointillée, qui entoure un coeur encore liquide, correspondant à la partie hachurée. Cette brame descend verticalement, suivant la direction de la flèche 2, et elle pénètre dans la zone de refroidissement secondaire symbolisée par l'ensemble de rouleau de support illustré dans la figure.
La brame 1 arrive en contact avec une paire de rouleaux de support 3, dont un seul est représenté, qui la supportent et, éventuellement, réduisent son épaisseur, selon l'effort qu'ils exercent sur la brame. Cet effort est lui-même le résultat d'une pression appliquée au rouleau de support 3 par un liquide de refroidissement sous pression, introduit dans la portion de volume annulaire 6 par les passages 7. Ce liquide de refroidissement sous pression est fourni par une pompe ou par tout autre dispositif approprié, non représenté.
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Les talons 8 sont ajustés dans une position où ils assurent la valeur désirée de la section de sortie de la portion de volume annulaire 6.
Comme on le comprend aisément, une diminution de cette section de sortie entraîne une augmentation de la perte de charge due aux talons 8 et provoque par conséquent une augmentation de la pression appliquée par le liquide de refroidissement au rouleau de support 3. Il en résulte évidemment un accroissement de l'effort exercé par le rouleau de support 3 sur la brame. Le réglage de la position des talons 8 permet dès lors de modifier le serrage des rouleaux de support 3 sur la brame 1.
En particulier, le dispositif de l'invention permet soit de supporter simplement la brame, soit d'effectuer un laminage de cette brame par une modification de l'effort exercé par les rouleaux de support 3. La figure illustre le cas d'un laminage qui opère une réduction d'épaisseur égale à 2 x (e-e), ej et e2 étant les distances entre la surface de la brame et le plan des ailettes 11, respectivement après et avant le rouleau de support 3. Dans le cas où l'on supporte simplement la brame, la réduction d'épaisseur est nulle puisque l'on respecte alors la condition el = e2.
Par ailleurs, le liquide de refroidissement sous pression, généralement l'eau, circule dans la portion de volume annulaire 6, puis dans les prolongements 10 et enfin dans les canaux 12,13, d'où il s'écoule le long de la brame. Il assure ainsi le refroidissement intense non seulement du rouleau de support 3, mais aussi du palier 4 et de la brame 1. Le palier 4 n'est donc plus exposé à une surchauffe et il n'est plus sujet au grippage. Le rouleau de support 3 est uniformément appuyé sur toute sa longueur et il ne se déforme pas, même sous les efforts élevés requis pour le laminage de la brame. Enfin, la brame elle-même conserve la section désirée puisque ses grandes faces sont correctement supportées.
Le débit du liquide de refroidissement sous pression peut être modifié, suivant les applications, en changeant le débit d'alimentation et/ou la position des talons 8.
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L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et illustré. Il va de soi que diverses modifications peuvent y être apportées par un homme de métier sans sortir du cadre défini par les revendications qui suivent. En particulier, l'angle au centre correspondant à la portion de volume annulaire 6 ainsi que le mode d'alimentation de celle-ci peuvent être adaptés aux besoins spécifiques de chaque application.