Procédé perfectionné de fabrication d'une barre d'acier par
coulée continue.
L'invention concerne la coulée continue de métaux et, plue particulièrement, des procèdes et appareils pour la fabrication de longueurs continues de barres d'acier présentant des qualités de surface améliorées au point qu'elles conviennent
à la formation directe d'un produit ouvré.
Dans les procédés usuels de coulée continue de métaux télé que l'acier, on veree le métal fondu dans un moule vertical à extrémités ouvertes. Le moule refroidit la périphérie
du métal et solidifie une peau ou croûte sur la paroi du moule de manière à définir une barre que l'on coule en continu, dane le haut du moule, à un débit réglé de façon qu'il soit égal
à celui de retrait. Une fois que la barre chaude est sortie
du moule, on la refroidit, par exemple par des pulvérisations d'eau dirigées sur la barre eemi-solide pour former une barre entièrement solidifiée. Le refroidissement appliqué à la barre après sa sortie du moule est appelé refroidissement secondaire et il eet suffisant pour achever la solidification de la barre avant tout autre traitement.
Dans la plupart des installations de coulée continue, l'axe du moule est vertical et la barre en sort verticalement vers le bas. Une foie que la barre est complètement solidifiée, on coupe à partir de la barre en mouvement des tronçons de la longueur désirée. Etant donné qu'il est nécessaire que la barre soit complètement solidifiée avant d'être coupée, les vitesses de coulée sont limitées par des considérations de hauteur verticale. Autrement dit, il est nécessaire de limiter la vitesse de coulée afin de permettre une solidification complète dans le cadre de dimensions verticales raisonnables entre le moule
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de l'installation devient excessif.
Dans la coulée de l'acier, ces problèmes sont particulièrement préoccupants à cause de la haute température de l'acier fondu et du tempe long qui est nécessaire pour solidifier complètement la barre. Par exemple, dans des installations typiques pour la coulée continue de l'acier, une distance d'une vingtaine de mètres entre le moule et le poste de coupage n'est pas rare et même avec cette distance, il faut restreindre la vitesse de coulée en dessous de oe qui est théoriquement possible.
Pour réduire la hauteur verticale nécessaire, on a proposé de couler la barre dans un moule disposé verticalement, puis de refroidir la barre qui sort dans une zone de refroidissement secondaire disposée verticalement dans laquelle la coulée est supportée par des rouleaux. La barre est alors courbée en direction de l'horizontale par des paires de rouleaux presseurs. Dans les installations de ce genre, la barre décrit un arc d'environ 90[deg.] de aorte qu'elle se place horizontalement. Au point de tangence, la barre est redressée par des paires
de rouleaux presseurs puis elle est transportée horizontalement à un poste de coupage. Cela permet une certaine réduotion de la hauteur de la machine maie on n'obtient pas une solution satisfaisante du problème parce qu'il faut un arc de rayon relativement grand. Même avec un grand rayon, on a encore de la difficulté à courber et à redresser la coulée solidifiée sans qu'elle se fissure ou soit endommagée autrement.
On obtient une nouvelle réduction de la hauteur et de la longueur totale des machines à couler si l'on donne à la oavité de moule une forme courbe de sorte que la barre sorte du moule à l'état courbé conformément à la trajectoire courbe. Toutefois, les moules à cavité courbe ne sont pas entièrement satisfaisante. Les cavités de moule sont habituellement munies de doublages en cuivre à cause des bonnes propriétés de conduction de la chaleur de celui-ci. Les doublages en ouivre des moules courbes sont plus coûteux à fabriquer et à entretenir que des doublages de cuivre rectilignes pour cavités de moule
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nablement un moule à cavité courbe qu'un moule à cavité droite. Toutefois, la barre qui sort à l'état rectiligne d'une cavité rectiligne doit alore être courbée suivant le trajet courbe
et il faut pour cela un supplément d'espace vertical, en oomparaison de celui que nécessitent les machines à cavité de moule courbe. Ainei, dans les machines à couler connues, les avantages d'un trajet courbe de la barre en partant du moule justifient que l'on continue d'utiliser des trajets courbes maie
ces avantages sont diminuée par les difficultés susdites oonoernant les moules.
Outre les efforts visant à réduire l'espace vertical nécessaire à la coulée continue, on s'efforce encore d'augmenter la vitesse de coulée. Il est connu qu'un mouvement relatif
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leur à partir de la coulée en cours de solidification vers la paroi du moule et limite donc la vitesse de coulée. Jusqu'ici,
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coulé@ de l'acier, l'amplitude usuelle de l'oscillation du moule représente environ 1/10 à 1/30 de la longueur du moule, par
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les passages courbes - il faut conduire la barre en ligne droite verticale en partant du moule sur une distance suffisante afin d'éviter que le bord inférieur du moule ne frotte oontre la partie de la coulée qui se trouve à l'intérieur de son trajet arqué. Mais cela entraîne une augmentation de l'espace vertioal nécessaire. En outre, des essais ont montré qu'à de plue grandes vitesses de coulée, une barre coulée dans une cavité rectiligne et ensuite amenée à suivre un trajet courbe en partant du moule tend à présenter des défauts intérieurs et des fissures superficielles .
Un inconvénient beaucoup plus sérieux, commun aux
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avec un moule oscillant de type Junghans est la présence de marques d'oscillation ou anneaux autour de la pièce coulée, sur la surface de celle-ci. Par cuite du frottement entre la barre coulé@ qui avance et la surface oscillant@ du moule, des
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cours de solidification. Ces tensions alternées peuvent causer des fissures superficielles ou d'autres défauts de place en place le long de la pièce coulée, habituellement roue la forme d'anneaux présente sur toute la circonférence de la barre. Ces anneaux sont espacée d'une longueur 'sale . l'avancement total de la coulée entre des courses successives du moule. Autrement
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entre le début d'une course de rétraction du moule et le début de la course de rétraction suivante, on observera que les anneaux sont espacée de 5 cm. En outre, la largeur des anneaux,
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la coulée, sur laquelle on peut observer ces défauts, varie selon les conditions de l'opération de coulée. Avec un soin extrême et en opérant à une petite vitesse de coulée, on peut minimiser le* effets mais en général la largeur des anneaux
est liée à la durée de la course de rétraction du moule. Autrement dit, si la cour@@ de retour prend un quart de la durée d'un
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un quart de la surface de la cavité.
Ces anneaux sont caractérisée par une surface extérieure rugueuse de la barre coulée, fréquemment avec fissura-
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la peau de la pièce coulée précédemment modifiée, avec ensuite solidification du métal ayant fuit. La structure cristalline
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indésirables mais pas trop sérieux. Dans bien des cas, malgré les imperfections de surface, les coulées pourraient être la-
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ment de la surface est suffisant pour éliminer toutes les imperfections gênantes de la surface. Par oontre, dans le cas de l'acier, ces imperfections ne peuvent pas être tolérée@ et il n'est par possible économiquement d'enlever les imperfections par rabotage. En outre, l'économie de la coulée continue de l'acier exige une vitesse de coulée bien plus grande qu'il n'est usuel ou désirable dans la coulée des métaux non ferreux et
on a trouvé que la vitesse aoorue augmente fortement la difficulté. Ainsi, dans la coulée de métaux non ferreux avec oe type
<EMI ID=15.1> 500 om/min mais ce succès est atténué par le fait qu'aux envil'on. de ces vitesses, ainsi qu'à des vitesses supérieures, les imperfections de surface dans les zones d'anneau sont souvent extrêmement graves. Bntre les anneaux successifs, la surface
est habituellement bonne et la structure cristalline intérieure est acceptable.
Ainsi, du point de vue théorique, la forme idéale
de moule pour la ooulée continue serait un moule courbe de grande longueur mais étant donné qu'en pratique celui-ci ne peut pas exister, on utilise d'autres dispositifs.
Ainsi, pour l'acier, il a été proposé d'utiliser des supports sans fin tels que des tambour@ tournants, des roues, eto. ou des courroies sans fin ou des chaînée sans fin formées
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vement de oelle-oi pour libérer le métal solidifié. Btant donné que les surfaces de ces supporte mobiles peuvent rester immobiles relativement au métal pendant la solidification, on obtient des conditions favorables pour la solidification du métal avec une bonne structure cristalline et une surface lien@. Toutefois, s'il est vrai que ces procédés offrent certaine avantages théoriques, leur usage en pratique a été décevant. Des difficultés de construction et de fonctionnement constituent
des obstacles si nombreux à un fonctionnement pratique que ces procédé@ n'ont que très peu d'avenir dans la pratique industrielle.
Aussi, dans l'ensemble, pour la coulée continue de l'acier, on considère que l'utilisation de moules oscillante
à cavité courbe est jusqu'ici le moyen le plue satisfaisant
de réduire la hauteur de l'appareil et d'augmenter la vitesse
de coulée, malgré les inconvénient@ susdits des doublages oour-
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On a utilisé antérieurement des moulée horizontaux pour la coulée oontinue de l'aluminium et de certaine autres
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introduit dans un moule horizontal à travers un canal d'alimentation réfractaire qui traverse la paroi terminale du moule. Lorsqu'on ooule de l'aluminium, le oanal de coulée n'est pas mouille par l'aluminium fondu et il reste propre pendant le déroulement de la coulée. Par oontre, quand on coule de l'acier
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1 on ne peut pas utiliser ce type de moule horizontal à canal
de coulée réfractaire. On a trouvé que l'acier mouille le canal et se solidifie autour de celui-ci. L'acier solidifié tend
à former un faux tube s'étendant le long du moule, ce qui donne finalement une percée de métal fondu à l'extrémité de sortie
du moule.
Bn outre, il est connu que la position et la direotion du courant de métal fondu entrant a une grande influence sur le processus de solidification et donc sur le produit obtenu.
Un moule de coulée horizontal nécessite habituellement un oourant entrant horizontal de métal fondu qui vient
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du moule. Par suite, le métal en coure de solidification refond, oe qui entraîne souvent une saignée de métal fondu à l'extérieur
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elle est telle qu'il en résulte une turbulence dans la réserve de métal fondu, il se peut que des bulles de gaz et des parti-
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du métal fondu soient emprisonnées, causant des trous et des inclusions dans la coulée et aboutissant parfois même à une porosité grossière ou à une cavité de retassure dans la coulée. Dans le meilleur des cas, une barre solidifiée horizontalement présente dans sa section des variations intérieures dues aux
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particules légères tendent à flotter vers la partie supérieure de la barre. Ainsi, il se peut que le centre de la barre soit sain mais qu'une zone de porosité ou d'inclusions soit située près d'un des borde de la barre. Cette distribution excentrée des défauts est souvent plus sérieuse que les défauts du centre oar elle cause des variations imprévisibles dans la suite du traitement, par exemple dans la fabrication de tiges par laminage à chaud. Par conséquent, il est désirable que la réserve de métal fondu soit ouverte ou découverte en haut afin que les gaz emprisonnés et autres impuretés ne soient pas retenus dans la barre en cours de solidification, ou du moine, soient confi-
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Quand une coulée continue à section rectangulaire se solidifie initialement à l'intérieur d'un moule horizontal typique, les surfaces supérieure et inférieure (habituellement) plus grandes sont nécessairement exposées à un refroidissement
1 plue rapide. Par suite des effets de rétraction qui en résultent, ces surfaces, spécialement la surface supérieure, se détachent des parois du moule avant d'arriver très loin de la réserve fondue, ce qui ralentit le refroidissement initialement rapide. Etant donné que les différente borde et surfaces ne se rétractent pas tous uniformément, les vitesses de refroidissement
et donc les températures, les tensions et l'épaisseur de la croûte solidifiée diffèrent d'une surface à une autre. Ces défauts deviennent plus prononcée aux grandes vitesses de coulée et à mesure que la coulée continue de se mouvoir à travers le moule, il apparaît des zones brillantes et sombres sur la barre à sa sortie du moule. Les zones brillantes indiquent souvent des endroits de haute température où il peut se produire une refusion de la croûte d'abord solidifiée. La refusion se produit par suite du transfert de chaleur depuis l'intérieur encore chaud de la barre. En ces points de faiblesse, les tensions dans la croûte solidifiée engendrent des fissures qui peuvent causer des percées ou d'autres défauts de surface.
En outre, les tensions inégales ont une autre conséquence indésirable, à savoir qu'elles causent un t ype de dis. torsion géométrique de la barre coulée, appelée distorsion rhombique, qui est nuisible par la suite au traitement de la pièce coulée.
C'est pourquoi l'un des buts principaux de l'invention est de fournir un procédé perfectionné d'utilisation d'un appareil pour la coulée continue de l'acier.
Un autre but est de fournir une nouvelle barre d'acier obtenue par coulée continue ayant une qualité de surface améliorée en comparaison des barres antérieures.
Plus particulièrement, l'invention vise à fournir
un procédé beaucoup plue rapide de coulée continue d'une barre d'acier de qualité pour forgeage qui convient à la fabrication directe de produite ouvrée par laminage.
Afin d'atteindre ces buta, ainsi que d'autres qui apparattront mieux dans la suite de la description, l'invention proposa un procédé consistant à couler de l'acier dans un moule formé par une gorge périphérique d'une roue de coulée rotative et une bande qui clôt un tronçon de la gorge.
Selon la pratique actuelle, le moule est de préférence formé d'un métal de grande conductivité thermique, tel qu'un alliage de cuivra, et le moule est refroidi en pulvérisant directement un agent de refroidissement sur le moule ou en faiment circuler à travers celui-ci un agent de refroidissement, tel que l'eau froide.
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tion transversale, oomme on le désire, par exemple une forme semi-circulaire, carré@ ou rectangulaire. Toutefois, on a trouvé
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présentant de petite angles de dégagement (7 à 14[deg.]) sur les côtés et ayant un rapport largeur/profondeur égal ou inférieur
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Lors de la coulée, on coule l'acier fondu dans le moule et on le refroidit uniformément en évacuant de la chaleur
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peau périphérique de métal solidifié entourant le métal fondu de l'intérieur. La vitesse de dissipation de chaleur est réglée en fonction de la vitesse de coulée, par réglage du débit de circulation de l'agent de refroidissement du moule, ou autrement, de façon que la température de la surface extérieure de la peau périphérique de métal solidifié à sa sortie du moule
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pour résister à la pression ferrostatique du coeur fondu.
La barre sortante partiellement solidifiée est alors conduite le long d'un passage de soutien à une zone de refroi-
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ment final et de la solidification.
Le passage de soutien peut être formé par une série d'éléments présentant des surfaces qui engagent la barre et
la soutiennent. Les éléments peuvent comporter des agencements permettant d'y faire circuler d'un agent de refroidissement.
En outre, ces éléments peuvent comporter des agencements pour l'application directe d'une certaine quantité d'agent de refroi-
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à lubrifier le passage pour faciliter le mouvement de la barre le long de celui-ci.
A mesure que la barre se meut le long du passage de soutien, il est important de maintenir la mince peau de métal solidifié formée dans le moule pour l'empêcher de refondre par absorption de chaleur venant de l'Intérieur fondu.
A mesure que la barre quitte le passage de soutien, elle est conduite à travers une troisième zone de refroidisse-
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oation.
Pendant que la barre est conduite à travers la troisième zone de refroidissement, elle est supportée et maintenue
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la barre peut être supportée, en dessous, par une série de rouleaux parallèles peu espacée dont les axes sont située dans
un même plan. A mesure que la barre sort du passage de soutien, elle est reçue par ces rouleaux, ou par une autre structure
de soutien, sur laquelle elle peut être transportée à un poste de coupage ou à un laminoir pendant qu'on la refroidit.
De préférence, dans la troisième zone de refroidissement, le refroidissement est effectué par application uniforme d'un agent de refroidissement sur la surface de la barre, par exemple par des pulvérisations d'eau dirigées contre les surfaces.
Il est évident que ces étapes de procédé sont notablement différentes du procédé Junghans (type Concast) industriellement utilisé pour la formation d'une barre d'acier coulée. Chose plus importante, il n'y a jamais aucun mouvement relatif entre le moule et l'acier fondu en cours de solidification, comme cela existe dans tous les procédés de coulée antérieurs de ce type et, par conséquent, la mince croûte de métal solidifié ne risque pas de crever, causant des percées, des saignées ou d'autres défauts de surface.
En outre, dans la disposition de coulée décrite plue haut, la barre coulée, dont l'épaisseur de croûte augmente, suit un trajet de rayon croissant jusqu'à ce qu'elle devienne horizontale. Ainsi, la barre coulée ne subit que peu ou pas
du tout de contraintes mécaniques dirigées dans la direction opposée pendant qu'elle est encore fragile.
Une autre différence importante est que l'invention prévoit de faire varier la vitesse de transfert de chaleur en coordination avec le processus de solidification. Par exemple, étant donné que l'on introduit le métal fondu en continu dans une roue froide, le transfert de chaleur est très rapide et
il s'ensuit un refroidissement rapide tandis que, par la suite, le transfert de chaleur est plue lent, permettant un développe-
l ment oorreot du front de solidification. Un refroidissement rapide cet désirable lorsqu'on coule des aciers à faible teneur
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La longueur oontinue de barre coulée obtenue présente une qualité de surface très supérieure à celle des barres cou-
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peuvent facilement dépasser ici 600 cm/min et peuvent atteindre 900 om/min. La surface est exempte de fissures, de rides
ou de plis normalement associée aux marques d'oscillation et, par suite, elle présente une surface lisse, exempte de marques d'oscillation et d'autres défauts. En outre, grâce au procédé de coulée original et à la grande vitesse de coulée, la barre brute de coulée présente à sa surface une couche d'oxyde plus mince que les barres antérieures.
La description qui va suivre en regard des dessine annexée, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure 1 est une vue schématique d'un exemple d'appareil convenant à la pratique de l'invention, cet appareil comprenant une machine à couler munie d'une roue de coulée rotative pourvue d'une gorge périphérique et d'une bande métallique sans fin qui clôt un tronçon de la gorge. La figure 2 est une photographie d'une section de la barre de coulée continue produite selon l'invention, montrant ses surfaces lisses. La figure 3 est une photographie d'une barre de coulée continue fabriquée industriellement par un procédé antérieur <EMI ID=36.1>
qui donnent une surface très rugueuse.
La figure 4 est une vue en coupe de la barre coulée selon l'invention, montrant sa surface très lisse. La figure 5 est une vue en coupe de la barre de la figure 3, montrant à nouveau le profil rugueux de la surface.
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concernent un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention. Toutefois, il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux détails exacte indiqués car d'autres variantes équivalentes, comprises dans le cadre de l'invention, peuvent être mises en oeuvre.
On considérera maintenant plue en détail les dessins, les mêmes références désignant des parties semblables sur toutes les figures= la figure 1 montre une roue de coulée 10 présentant une gorge à sa périphérie et une bande flexible ou courroie sans fin 11 appliquée contre une partie de sa périphérie grâce à trois roues de soutien de courroie 12, 14 et 15. La roue 12 est placée près du point de la roue de coulée 10 ou
de l'acier fondu est déversé par un bassin ou ouve de coulée
16 dans un moule M formé par la bande 11 et une gorge périphérique G de la roue de coulée 10. La roue de soutien de courroie
15 @et placée tangentiellement et extérieurement au point de
la roue de coulée 10 où.du métal partiellement solidifié sort de la roue 10.
A l'extérieur de la roue de soutien de courroie 15 est placée une section de refroidissement allongée 18 qui cons. titue un moyen de refroidissement destiné à recevoir la barre d'acier coulée partiellement solidifiée sortant de la roue de coulée 10 et ajuste le refroidissement de la barre d'acier en vue de sa solidification complète. La section de refroidissement 18 comprend de multiples rouleaux de soutien 19 supportés par le cadre 20 de la section de refroidissement et de multiples distributeurs 21 et 21', les distributeurs 21 étant disposée au-dessus et en dessous du trajet P du métal à travers
la section de refroidissement et les distributeurs 21' étant
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Les rouleaux de soutien 19 peuvent être entraînée
ou non car l'inclinaison des rouleaux 19 relativement à la partie inférieure de la roue de coulée est graduelle et, dans la plupart des situations, la résistance à la compression longitudinale de la barre d'acier chaude qui sort de la roue de cou-
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pente, pratiquement sans aucun risque de rupture. Toutefois, quand on désire aider la barre coulée à monter le parcours in-
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Oomme le montre la figure 1, les rouleaux 19 sont mis en rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre de sorte que la barre 0 qui repose dessus est éloignée de la roue de coulée 10.
De multiplie rouleaux supérieure 26 sont montés au-dessus du
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due peuvent tira placée de part et d'autre du trajet P de manière à retenir aussi la barre sur son trajet.
Les distributeurs 21 et 21' sont disposée de sorte que
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vement la vitesse de refroidissement de chaque côté du métal 0. Le fluide de refroidissement, habituellement l'eau, est déchargé sur la barre coulé* chaude par de multiples bute classiques
(non représentées).
A mesure que la barre coulé@ C sort de la section
de refroidissement 18, elle se rend à un laminoir (non représenté) ou à un autre appareil de traitement qui fait suite.
Si on le désire, la barre peut être reçue entre deux rouleaux presseurs 36 de structure classique facilitant son mouvement.
La barre montra sur la figure 2 est fabriquée par
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se exempte de marques d'oscillation ou autres défauts importante. Lorsqu'on coule un acier ayant une teneur en carbone d'environ
<EMI ID=44.1> on peut obtenir la mesure de rugosité de surface d'après un profil agrandi du contour de la surface en mesurant les écarte, relativement à une surface moyenne théorique, en plusieurs points le long. du profil du contour, puis en divisent l'écart cumulatif total par le nombre de points mesurés. En variante, on peut obtenir directement la meure de rugosité de surface en lisant l'affichage d'instruments connus dans la technique (voir norme
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surface et affichant en continu la rugosité moyenne. Sur le produit de l'invention, ces méthodes de moeurs donnent une valeur intérieure à environ 0,025 mm.
Un autre facteur important est la profondeur moyenne
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fauts de surface dde aux marques d'oscillation susdites. Cet échantillon est fabriqué industriellement par un procédé anté-
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de rugosité moyenne de la surface est supérieure à 0,0254 mm/ 2,54 cm.
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qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalente technique@, sans sortir pour cola du cadra de l'invention.
REVENDICATIONS
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(a) couler du métal fondu dans un moule clos qui avance de façon continue et qui est formé par au moins une surface sana fin se déplaçant conjointement avec d'autres surfa-
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(b) refroidir le moule de aorte que le métal fondu commence à et solidifier sur les parois du moule avec formation d'une peau de métal solide autour d'un coeur fondu;
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de la sortie de la partie fermée du moule, et
(d) refroidir la barre coulée par application directe et/ou indirecte de pulvérisations d'agent de refroidissement,
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(e) on règle les étape@ (a) à (d) de manière à obtenir une longueur continue de barre d'acier coulée dont la mesure de rugosité de surface est inférieure à environ 0,0254 mm, la profondeur moyenne de tous défauts de surface étant inférieure à environ 2,54 mm.
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