CA1115478A

CA1115478A - Ruban metallique sans tension et a haute conductibilite thermique pour machine de coulee

Info

Publication number: CA1115478A
Application number: CA283,130A
Authority: CA
Inventors: Louis Cimetiere; Richard Gonda
Original assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA; Societe de Vente de lAluminium Pechiney SA
Current assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA; Rio Tinto France SAS
Priority date: 1976-07-27
Filing date: 1977-07-20
Publication date: 1982-01-05
Also published as: DE7723062U1; YU182477A; DE2733368C3; YU41577B; IN147678B; IT1080982B; AU501348B2; BE857156A; BR7704864A; ATA538377A; DE2733368B2; OA05724A; NO772655L; NL179883B; NZ184698A; DE2733368A1; DK333177A; RO75162A; LU77847A1; AR214525A1

Abstract

ABREGE

L'invention concerne un perfectionnement aux machines de coulée dans lesquelles le métal liquide se solidifie à l'intérieur de la gorge d'une roue. Elle consiste à remplacer le ruban d'acier généralement utilisé
pour obturer la gorge par un double ruban. Un premier ruban en cuivre ou en alliage bon conducteur de la chaleur sert à l'évacuation des calories mais il n'est pas sous tension. La tension est assurée par un ruban d'acier en deux parties s'appliquant sur les bords du ruban de cuivre et maintenant celui-ci en contact avec la roue de coulée.
L'invention s'applique particulièrement à la coulée d'ébauches en alliages d'aluminium chargés en vue de la fabrication de fil machine.

Description

~13LS~'71~

L'inventlon concerne un perfectionnement applicable aux dispositifs de coulée continue d'ebauches sur roue à gorge.
En particuller, l'invention concerne une machine et un procédé de coulee de demi-produits tals qu'ébauches pour fil machine ou largets pour bandes en alliages métalliques.
La coulée en continu d'alliages métalliques et en particulier d'aluminium sur une roue de coulée que l'on fait tourner et qui est obturee par un ruban entralné par la roue, `~
e~t fort ancienne et a déja donné naissance a plusieurs procé-dés industriels. Ce principe de coulée a surtout éte appliqué
à la coulée d'ébauches destinée6 à la production par laminage de fil machine. Dans ce procédé, l'ébauche sortant chaude de la roue de coulée est guidée vers un train de laminoirs à
chaud, puis à froid ou à tiede a la sortie desquels le fil machine est bobinée, l'ensemble des opérations s'effectuant en une seule ligne en continu.
Une machine de coulée pour la mise en oeuvre de ce procédé selon l'art anterieur est composée d'une roue de coulée ! obturee par un ruban. Une deuxieme roue permet la tension -du ruban; une roulette rapproche le ruban de la roue dans le voisinage de la zone de coulée. Le métal liquide est versé et l'ebauche coulée est guidée a la sortie de la roue vers un ¦ train de laminoirs qui la transforme en fil machine. La section de l'ébauche, de forme généralement trapézoidale, varie suivant ;~
les installations de 900 mm2 a plus de 3000 mm2; le fil machine obtenu a généralement un diametre de 7,5 mm ou 9,5 mm.
I1 est également possible de couler, suivant le même principe, des largets pouvant avoir, par exemple, de 15 a 30 mm d'épaisseur et de 200 à 40Q mm de large qui sont, ensuite, . .'.
~ 30 laminés dans la ligne, a chaud, puisa froid, pour faire des .. ~: .
bandes destinées par exemple à la fabrication de pions pour ; :
le filage par choc. ~

; , . , ~ : ' Sd~'7~

La roue et le ruban doivent être evidemment énergiquement refroidis ~ l'eau, la roue par différents systèmes d'arrosage, de circulation, de projection, le ruban par projection directe ae petits jets d'eau.
Le plus sou~ent, la roie de coulée de ces machines est faite en cuivre pur ou en cuivre faiblement allié. Ce matériau, de bonne conductibilité thermique, assure en effet un refroidissement de l'ébauche aussi rapide que possible.
Le ruban est généralement en acier ordinaire. Le choix de ce matériau est guidé par un certain nombre de caractéristiques intéressantes pour cet usage: bas prix, facilité de montage par simple soudage, bonne tenue mécanique procurant un faible allongement en co~rs de fonctionnement. En revanche, l'acier ~ ;
ordinaire présente, pour cette application, un inconvénient: -~
sa conductibilité thermique, assez faible par rapport à celle du cuivre. En fait, pendant longtemps, cet inconvénient n'a ;~
pas été sensible; en effet, les roues de coulée décrites ci-dessus ont servi surtout au début à la cvulée d'aluminium non allié ou d'alliages faiblement alliés: ébauches pour flls conducteurs en A4/L, A5/L, ou A-GS/L, ébauches pour largets en A4~ A5 ou alliages faiblement chargés tels le 3003 (A-Ml) ou des alliages à faible teneur en magnésium. ~ -~
Par contre, lorsque l'on coule sur roue des alliages plus chargés, a intervalle de solidification élevée, des séries 2000 ou 7000, tels par exemple 12 2014 (A-U4SG), le 2024 (A-U4G), le 7075 (A-Z5GU), afin d'obtenir du fil de caractéristiques élevées pour applications non plus électriques mais mécaniques, on observe des défauts sur le côté de l'ébauche solidifié au contact du ruban. Ces défauts sont provoqués par le faible niveau des échanges thermiques au travers du ruban, entre le métal coulé et l'eau du refroidissement, qui entralne une refusion de métal déja solidifié. Ces défauts sont alignés 1 B - 2 - ~

4~

sur la surface côté ruban de l'ébauche, généralement sur deux lignes parallèles. Ils ressemblent a une série de lég~res boursouflures, d'exsudations, accompagnées de ségrégations et de zones poreuses. Or, au cours du laminage ulterieur, ces zones de defauts ont tendance, sous l'influence du corroyage, a donner des criques qui subsisteront jusqu'au stade de fil machine et rendront le metal impropre aux applications aux-quelles il était destiné.
On a bien tenté de remplacer le ruban d'acier par un ruban en cuivre ou en alliage cuivreux afin que, sur toute sa périphérie, le produit coulé soit entoure d'un moule homogene et de bonne conductibilité thermique. Mais, le cuivre pur est initilisable en raison de sa ductilité trop élevée qui entraîne, à froid et, a plus forte raison, à chaud, un allongement et ~
un amincissement très rapide du feuillard unilisé. L'utili~sation ~ ~-d'alliages cuivreux plus chargés et de caractéristiques mécani-ques plus élevees tels le cuprobéryllium est envisageable mais ;
on se heurte alors a des difficultés d'approvislonnement, de mise en oeuvre (de soudure en particulier~, la conductibilité
thermique étant par ailleurs abaissée par rapport à celle du - cuivre pur.
La présente invention pallie ces inconvénients.
Selon la presente invention il est prevu une `
machine de coulée de demi-produits tels qu'ébauches pour ~
fil machine ou largets pour bandes en alliages metalliques ~ ;
comprenant~

~ une roue de coulée tournant autour de son a~e, munie sur sa circonférence d'une gorge dont une partie, obturée par un ruban, forme avec ce ruban tournant à la même vitesse ` ~-linéaire que la circonférence de la roue, une lingotière recevant le métal liquide, et un ensemble de roues auxiliaires destinées a ~ - 3 -:, . . : ',, - ' . ' , ' , ::, 'f'~

ramener le ruban a la position de coulée, la machine étant caractérisee en ce que le ruban est en metal meilleur conduc-teur que l'acier, qu'il est soumis a une contrainte de tension nulle ou tras faihle, qu~il est applique sur la roue de coulée par deux rubans d'acier paralleles mis en tension par les xoues auxiliaires et appuyant sur les parties laterales du ruban de cuivre reposant sur les bords de la ~orge.
De préférence le ruban en métal meilleur conducteur que l'acier est le cuivre.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le ruban de cuivre est guidé avant sont entrée sur la roue d'appui precedant la roue de coulee par passage entre deux feutres imprégnés de lubri~iant et les deux rubans d'acier sont maintenus parallèles par des dispositifs de guidage repartis en différents points de leur parcours.
Selon la présente invention, il est prevu un procédé
de coulee de demi-produits tels qu'ebauches pour fil machine ou largets pour bandes en alliages métalliques consistant a combiner sur une même machine un premier ruban fait en metal meilleur conducteur thermique que l'acier pour assurer des échanges thermiques entre une ébauche et l'eau de refroidis-sement et deux rubans d'acier qui assurent l'application du premier ruban sur la roue de coulee et entra~nent le premier ruban et les roues auxiliaires.
De préférence, le premier ruban est en cui~re.
Dans les procédes~p~ecedemment decrits, ces deux fonctions, thermique et mecanique, étaient remplies par le ruban d'acier i4~

Les configurations de ces machines son-t assez variées suivant le nombre de roues auxiliaires et l'endroit d'alimentation et de sortie du métal coulé, et vont être decrite a tltre d'exemple de façon non limitative en faisant reférence aux dessins annexés dans lesquels:
--la figure 1 représente une machine de coulée munie :
de deux xoues et d'une roulette, - la figure 2 représente une machine à trois roues ~;
(Properzi, brevet GB 1,143,263), :
- la figure 3, une machine a quatre roues (Pechiney, brevet FR 1,178,580), spécialement destinée a la coulee de ~ ~.
"., larget, - la figure 4, une machine à cinq roues ~brevet US 3,416,596), - la figure 5 représènte une machine de coulee utilisant le dispositif selon la présente invention, ;~ - -- les figures 6 à 8 représentent des variantes de ~;
,, ~ : .
réalisation de la presente invention. .

:~ Sur la figure 1, le repere :L designe la machine de : 20 coulee composee d'une roue de coulee 2 obturee par un ruban ~ ` ;
, 3. Une deuxieme roue 4 permet la tension du ruban; une roulette 5 rapproche le ruban de la roue dans le voisinage de ~::
: ~ la zone de coulee. Le métal liquide est verse en 6 et l'ebau-.
che coulee 7 est guidée à la sortie de la roue vers un train de laminoirs 8 qui la transforme en fil machine 9. .
Le schema general de la machine de coulee selon la présente invention est représenté sur la figure 5. Il s'agit d'une machine de coulée à quatre roues dans laquelle le métal ~:
liquide est versé par la goulotte de coulee 10 à proximlté de la génétratrice supérieure de la roue de coulée 11 mais la position de la goulotte n'a pas d'incidence dans l'invention .:
que nous décrivons; l'invention s'applique tout aussi bien a ". . ,J

. , ,-, ., : : . .
, , , - , , :.: , . .,, ~ .
. , , .,: :
.. . .. .. . .. .

ll1r~

une roue de coulee alimentée par une goulotte en posi-tion verticala ou en position oblique; la circonference de cett0 roue comporte une goxge représentee sulvant la coupe AA' sur la figure 6. L1ebauche coulee se solidifie dans l'espace delimite entre ce-tte gorge et le ruban qui l'obture, la roue et le ruban etant re.froidis ~ l'eau.

' ' '7~

L'ébauche solidifiée sort en 12 là ou le ou les rubans quittent la roue de coulée en suivant la roue d'échappe~lent 13 puis la roue de renvoi 14 et, enfin, la roue d'appui 15 qui ramène le ou les rubans dans la zone de coul~e. Dans le procedé de l'art antérieur, le ruban est un ruban unique d'acier qui suit le trajet: roue de coulée 11, roue d'échappement 13, roue de renvoi 14, roue d'appui 15 comme indiqué sur la figure et qui recouvre toute l'ébauche en s'appuyant sur les côtés de la gorge 16. ;~
Selon l'invention, on utilise un ruban de cuivre 17 et un ensemble de deux rubans d'acier 18: le ruban de cuivre est lâche et n'est soumis, a aucun moment, a une contrainte de traction. Les rubans d'acier sont, au contraire, tendus de facon a appuyer le ruban de cuivre sur la roue dans la zone de coulee et a transmettre le mouvement aux roues auxiliaires.
Le ruban de cuivre recouvre, co~ne indiqué sur la figure 6, la gorge de la roue et s'appuie sur les bords; les ~: . . . .
deux rubans d'acier sont tendus parallelement: ils viennent ~ ;
recouvrir les parties latérales du ruban de cuivre et 1'appliquer contre les bords de la gorge, comme représenté
sur la figure 6, entre le point d'alimentation en métal liquide et la sortie de l'ébauche. Le ruban de cuivre est donc maintenu fermement contre la gorge par ces rubans d'acier sans subir, `~
lui-même, de tension. En dehors du contact avec la roue de coulée il est-lâche. Il suffit de le pincer légerement, par exemple entre deux feutres imprégnés de lubrifiant l9 et dis-posés un peu avant la roue d'appui pour le guider et assurer sa présentation correcte sur cette roue. Les deux rubans d'acier comme indiqué sur la figure 6, appuient le ruban en cuivre sur les bords de la gorge. Ils sont donc paralleles et doivent être maintenus sur tout le trajet à distance constante. Il faut donc prévoir, a divers endroits, des . , , , .: . ., ~, :
,, , . :' t'7~3 dispositifs de yuidage de ces deux rubans qui maintiennent leur distance mutuelle cons-tante. Ces dispositifs schéma-tisés sur la figure 5 par le rep2re ~0 peuvent être, par exemple, réalisés de la façon très simple rep~ésen-tée en coupe sur la figure 7: les ruhans d'acier 18 glissent le long des butées 21 montées sur une plaquette support 22. Ces butées seront, par exemple, des roulements a billes pour éviter toute usure ou arrachement sur les flancs des rubans d'acier.
Tout autre sys-teme de guidage peut également convenir. ;
Ce dispositi de double ruban permet un refroidisse- -ment énergique de l'ébauche au travers du ruban de cuivre bon conducteur refroidi directement par des rampes d'aau ou des pulvérisateurs. En raison de leur disposition, les rubans d'acier n'ont à aucun moment de contrainte thermique à supporter.
Llexpérience pxouve que le ruban de cuivre non '~
sollicité en traction subit seulement un échauffement dans son -~ ~
parcours en contact avec la roue de coulée et ~ue ce seul ~ - -échauffement ne produit pas de déformations gênantes pour une marche industrielle.
~ La qualité métallurgique de l'ébauche coulée est considérablement améliorée en particulier dans le cas des alliages: les défauts liés aux irrégularités de solidification, ~ '~
cote ruban, disparaissent complètement non seulement a ~ ' l'examen visuel, mais aussi aux contrôles micrographiques ou par ressuage. En outre, le laminage ulterieur jusqu'au diametre du fil machine ne'fait apparaltre aucune crique, quel ~' que soit l'alliage.
Le dispositif qui vient d'être decrit s'applique ' aussi à tout systeme de coulee à nombre quelconque de roues ;~
dans lequel la roue de coulee est exterieure a la boucle ~' constituée par le ruban tel que, par exemple, represente sur : ,, ' - 7 - ; '' ' la figure 4. Mals, il s'applique ~galement aux machines de coulée dans lesquelles la roue de cou]ée est in-térieure a la boucle du ruban. La seule di~férence es~ que, dans ce cas, le ruban de cuivre sera à l'intérieur de la boucle alors que, pour les autres machines, il est à l'extérieur de la boucle.
Il n'est d'ailleurs pas du tout indispensable que le ruban de cuivre suive exac-tement le même trajet que les rubans d'acier ~ ~
et passe sur les memes roulettes, cela n'est nullement une ~ ' condition de l'invention. Par exemple, si l'on se reporte au dessin de la figure 5, on peut très bien réaliser une roue dans laquelle les rubans d'acier passent directement de la ~ ;
roue dléchappement 13 a la roue d'appui 15 sans passer sur la -!,, ~ , .
roue de renvoi 14, le ruban de cuivre continuant le circuit complet qui a été défini plus haut.
Enfin, toute la description a été faite pour un ,; .- :
ruban en cuivre pur; il est bien évident que l'utilisation d'un ruban en alllage cuivreux plus ou moins allié, ou un ruban d'alliage d'aluminium pour la coulée de métaux à bas point de fusion fait également partie de l'invention. Mais ~
d'un double point de vue, technique et économique, l'invention ~-présente surtout de l'intérêt dans le cas d'un ruban en `
matériau bon conducteur et facile à braser ou à souder.
Pour maintenir les rubans d'acier paralleles, on peut imaginer de les réunir de loin en loin par des entretoises, `~
c'est à-dire d'utiliser un ruban d'acier tel que représenté
sur la figure 8 dans lequel les reperes 23 désignent les deux parties du ruban qui appuient le ruban de cuivre sur les bords de la gorge tandis que le centre du ruban est largement ajouré
afin de permettre le refroidissement direct du ruban de cuivre sauf aux endroits ou on a laissé subsister les entretoises 24.
Ce dispositif, bien que possible, est cependant moins avanta-geux que le dispositif à deux rubans indépendants car il ~ .

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, ~IL11~4~ ~

introduit, en xaison des entretoises 24 des fluctuations dans les conditions de refroidissement.
Le dispositif décrit peut s'appliquer non seulemen-t à la production d'ébauches trapézo~`dales pour la fabrication de fil machine telles que représentees sur la figure 6, mais également à la production de largets pour la fabrication de , .
bandes. En outre, bien que ce dispositif soit paxticulierement intére`ssan~ pour les alliages d'aluminium des séries 2000 et 7000, il peut s'appliquer a tous les alliages d'aluminium et également a de nombreux métaux, non seulement plus fusibles -que l'aluminium tels le zinc, le plomb, mais également moins -. .~: . , fusibles comme le cuivre et ses alliages.
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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Machine de coulée de demi-produits tels qu'ébauches pour fil machine ou largets pour bandes en alliages métalliques comprenant: une roue de coulée tournant autour de son axe, munie sur sa circonférence d'une gorge dont une partie, obturée par un ruban, forme avec ce ruban tournant à la même vitesse linéaire que la circonférence de la roue, une lingotière recevant le métal liquide, et un ensemble de roues auxiliaires destinées à ramener le ruban à la position de coulée, carac-térisée en ce que le ruban est en métal meilleur conducteur que l'acier, qu'il est soumis à une contrainte de tension nulle ou très faible, qu'il est appliqué sur la roue de coulée par deux rubans d'acier parallèles mis en tension par les roues auxiliaires et appuyant sur les parties latérales du ruban de cuivre reposant sur les bords de la gorge.

2. Machine de coulée selon la revendication 1, carac-térisée en ce que le ruban de cuivre est guidé avant son entrée sur la roue d'appui précédant la roue de coulée par passage entre deux feutres imprégnés de lubrifiant et en ce que les deux rubans d'acier sont maintenus parallèles par des disposi-tifs de guidage répartis en différents points de leur parcours.

3. Machine de coulée selon la revendication 1, dans laquelle le métal meilleur conducteur que l'acier est le cuivre.

4. Machine de coulée selon la revendication 3, dans laquelle ledit ruban de cuivre recouvre ladite gorge de la roue de coulée et s'appuie sur les bords de la gorge les deux rubans d'acier étant tendus parallèlement et venant recouvrir les parties latérales du ruban de cuivre et l'appliquer contre les bords de ladite gorge, entre le point d'alimentation en métal liquide et la sortie de l'ébauche.

5. Machine selon la revendication 4, dans laquelle le ruban en cuivre est pincé entre deux feutres imprégnés de lubrifiant et disposés avant une roue d'appui précédent la roue de coulée, ces feutres guidant le ruban en cuivre et assurant sa présentation correcte sur la roue d'appui.

6. Machine selon la revendication 5, dans laquelle des dispositifs de guidage sont prévus à divers endroits pour maintenir les deux rubans d'acier parallèles et à distance constante.

7. Machine selon la revendication 6, dans laquelle lesdits dispositifs sont des butées montées sur une plaquette support le long desquelles les rubans d'acier glissent.

8. Machine selon la revendication 7, dans lequel lesdites butées sont des roulements à billes.

9. Machine selon la revendication 3, dans laquelle les rubans d'acier passent directement d'une roue d'échappe-ment à une roue d'appui sans passer sur une roie de renvoi, le ruban de cuivre faisant le circuit complet roue de coulée, roie d'échappement, roie de renvoi, et roie d'appui.

10. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le ruban meilleur conducteur que l'acier est un ruban en alliage cuivreux plus ou moins allié.

11. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le ruban meilleur conducteur que l'acier est un ruban d'alliage d'aluminium pour la coulée de métaux à bas point de fusion.

12. Machine selon la revendication 3, dans laquelle lesdits rubans d'acier, sont formés d'un seul ruban d'acier comprenant deux parties qui appuient le ruban de cuivre sur les bords de la gorge de la roue de coulée, tandis que le centre dudit ruban d'acier est largement ajouré afin de per-mettre un refroidissement direct du ruban de cuivre, sauf aux endroits où on laisse subsister des entretoises.

13. Procédé de coulée de demi-produits tels qu'é-bauches pour fil machine ou largets pour bandes en alliages métalliques consistant à combiner sur une même machine un premier ruban fait en métal meilleur conducteur thermique qua l'acier pour assurer des échanges thermiques entre une ébauche et l'eau de refroidissement et deux rubans d'acier qui assurent l'application du premier ruban sur une roue de coulée et entraînent le premier ruban et des roues auxiliaires.

14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on utilise comme premier ruban un reban en cuivre.

15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ledit ruban de cuivre est lâche et n'est soumis, à aucun moment, à une contrainte de traction, tandis que les rubans d'acier sont, au contraire, tendus de façon à appuyer le ruban de cuivre sur la roue dans la zone de coulée et à transmettre le mouvement aux roues auxiliaires.

16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la roue de coulée possède une gorge et deux bords, et ledit ruban de cuivre recouvre ladite gorge de la roue de coulée et d'appuie sur lesdits bords, l'es deux rubans d'acier étant tendus parallèlement et venant recouvrir les parties latérales du ruban de cuivre et l'appliquer contre les bords de ladite gorge entre le point d'alimentation en métal liquide et la sortie de l'ébauche.

17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel on fait pincer ledit ruban en cuivre entre deux feutres imprégnés de lubrifiant et disposés avant une roue d'appui précédent la roue de coulée, ces feutres guidant le ruban en cuivre et assurant sa présentation, correcte sur la roue d'appui.

18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel on prévoit, à divers endroits, des dispositifs de guidage pour maintenir les deux rubans d'acier parallèles et à dis-tance constante.

19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel lesdits dispositifs sont des butées montées sur une plaquette support le long desquelles les rubans d'acier glissent.

20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel lesdites butées sont des roulements à billes.

21. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on fait passer les rubans d'acier directement d'une roue d'échappement à une roue d'appui sans passer sur une roue de renvoi, le ruban de cuivre faisant le circuit complet roue de coulée, roue d'échappement, roue de renvoi, et roue d'appui.

22. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on utilise comme premier ruban un ruban en alliage cuivreux plus ou moins allié.

23. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on utilise comme premier ruban un ruban d'alliage d'aluminium pour la coulée de métaux à bas point de fusion.

24. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on utilise comme rubans d'acier, un seul ruban d'acier compre-nant deux parties qui appuient le ruban de cuivre sur les bords d'une gorge de la roue de coulée, tandis que le centre dudit ruban d'acier est largement ajouté afin de permettre un refroidissement direct du ruban de cuivre, sauf aux endroits où on laisse subsister des entretoises.