Appareil pour la coulée continue de métaux La présente invention concerne la coulée continue
de métaux sous forme de bande et elle concerne en particulier des procédés et un appareil pour la coulée de métaux tels que l'aluminium ( y compris les alliages d'aluminium), le zinc, le laiton, le cuivre et d'autres métaux qui fondent à une température semblable ou à une température inférieure, entre une paire de surfaces mobiles dont l'une au moins est constituée par une courroie flexible conductrice de la chaleur.
Il a été visible depuis longtemps que l'on pourrait obtenir des économies importantes dans la production des bandes et des tôles d'aluminium si l'on pouvait couler à grande vitesse des plaques larges et minces pour le laminage à chaud ou des bandes épaisses et larges pour le laminage
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ver les défauts de la coulée.
Bien que des appareils de coulée existants, utilisant une paire de courroies métalliques flexibles, écartées l'une de l'autre, pour définir une zone de coulée ou un espace de moulage, puissent être mis en oeuvre pour assurer des taux de production élevés, la bande coulée tend
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superficielles provoquées par l'exsudation er. surface de la matière qui diffère en composition de la composition moyenne de la bande coulée. Ceci s'accompagne de variations sub-superficielles de la structure métallurgique, qui
sont également une source de variations des propriétés. Ces exsudations superficielles et ces défauts sub-superficiels proviennent de variations locales de la vitesse de congélation à la surface de la plaque ou de la bande coulée. Cn croit que ces variations proviennent du développement des intervalles entre des parties de la surface de
la pièce coulée et de la surface de la courroie mobile voisine. Dans ces intervalles, du liquide à bas point de fusion peut exsuder pour former les exsudations superficielles mentionnées ci-dessus.
Le but principal de la présente invention est de procurer un appareil pour la coulée continue de métaux tels que l'aluminium, dans lequel une courroie constituant l'une des surfaces d'un espace de moulage se déplace suivant une trajectoire commandée avec précision, l'agencement étant tel que le métal coulé dans l'espace du moule reste en contact étroit avec la courroie pendant l'opération de coulée. En conséquence, de la chaleur peut être retirée par la courroie, de manière uniforme, et il ne se développe pas d'intervalles entre la courroie et la bande en cours de congélation, de dimensions telles qu'il en résulte un effet fâcheux sur la qualité superficielle ou subsuperficielle de la bande ou de la plaque coulée.
Beaucoup de constructions d'appareils ont été proposées, comportant une paire de courroies parallèles en
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Dans les agencements connus, les supports des courroies sont relativement largement espacés en sorte que même lorsque les courroies sont en contact avec leurs supports, les déviations des régions d'une courroie entre les supports sont assez grandes sous l'influence des fatigues imposées à la courroie, pour avoir un effet fâcheux sur la coulée. Au surplus, dans la plupart des agencements de l'art antérieur, il n'y avait pas de moyens (autres
que la pression exercée par la charge métallostatique du métal fondu) pour maintenir les courroies contre leurs supports à l'extrémité d'entrée de l'espace de moulage, où le centre de la bande ou de la plaque est encore en fusion. Des expériences pratiques ont montré que la charge métallostatique est tout à fait insuffisante à cette fin, lorsque l'espace de moulage est agencé sensiblement horizontalement ou en faisant un petit angle avec l'horizontale, en sorte que dans les appareils de coulée du type à courroie que l'on connaît, on ne possède pas en fait une maîtrise parfaite de la trajectoire des courroies de coulée dans l'espace de moulage.
Le type connu d'appareil de coulée donne par conséquent lieu à cette difficulté que la trajectoire d'une courroie est insuffisamment commandée par rapport à ses supports, pour assurer que la position des supports détermine la forme effective de l'espace de moulage entre les courroies. L'espacement relativement grand des supports permet au surplus la déviation de régions de la courroie entre les supports, dans une mesure telle que
des intervalles puissent s'ouvrir entre la courroie et la surface du métal dans ces régions.
Dans l'appareil de coulée de la présente invention, par conséquent, les supports individuels pour la courroie sont peu espacés et la courroie est maintenue fermement contre ses supports par une force magnétique. La grandeur
de cette force magnétique et l'espacement entre les supports sont en rapport avec l'épaisseur et d'autres caractéristiques de la courroie, de façon à assurer que la courroie reste en contact avec les supports et que la région non supportée de la courroie entre les supports adjacents agisse comme élément raide qui ne dévie pas de plus de 0,05 mm
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dant la coulée. Avec cet agencement, il est possible d'assurer que la trajectoire de la courroie se conforme à un profil dicté par les positions des supports. En conséquence, il est possible d'assurer que le contour effectif de l'espace de moulage se conforme à un contour choisi à l'avance, conçu pour réaliser les conditions de coulée optimales.
Les principes de la présente invention sont applicables à des appareils de coulée pour la production de plaques minces ou de bandes dans lesquelles l'une des faces larges ou les deux faces larges de l'espace de moulage
sont limitées par une courroie flexible. Dans une construction préférée, il y aura deux courroies, mais dans certains cas, une surface de l'espace de moulage est assurée par un tambour rigide et la surface opposée , par une courroie guidée suivant les principes de la présente invention.
La force magnétique sur la courroie ferromagnétique peut être produite par l'attraction magnétique entre la courroie et une série de pièces polaires aimantées très rapprochées, qui constituent les supports, pour définir
le contour de l'espace de moulage. Dans le but de refroidir la courroie efficacement et uniformément, on préfère des systèmes de refroidissement à jets, que l'on décrira dans la suite, puisque par ce moyen, on peut obtenir une extraction de chaleur de la courroie particulièrement rapide et uniforme et qu'ainsi le gradient de température à travers la courroie et les variations de la température le long de la longueur de la courroie et en travers de la largeur de la courroie sont diminues. En conséquence, le risque de déformation thermique de la courroie est rendu minimal. Même avec une extraction régulière de chaleur sur la largeur de la courroie, le gradient de température dans la courroie et le changement de température moyenne le long de la courroie et dans le sens de la largeur de celle-ci
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ler ou à fléchir la courroie. Cependant, avec le système
de refroidissement très efficace de l'invention, ces fatigues sont maintenues à des niveaux bas et la tendance au gondolement et à la flexion est contrariée facilement par une force magnétique relativement petite.
Comme les alliages que l'on désire couler de façon continue par le présent procédé se contractent de plusieurs pourcents pendant la solidification, il est très souhaitable d'assurer des moyens pour réduire progressivement la distance entre les deux faces opposées de l'espace de moulage de façon à maintenir les faces du moule et les surfaces de la bande sensiblement en contact pour échange de chaleur efficace, tandis que le métal passe à travers la zone dans laquelle la solidification a lieu. L'emploi de supports de courroie très rapprochas, contre lesquels la courroie est maintenue en contact direct par l'attraction magnétique exercée par les pièces polaires .1 étiques fixes permet qu'un profil désiré quelconque soit appliqua de façon
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dont les supports de courroie font partie, l'espace de moulage peut être agencé de façon à se rétrécir progressivement dans la zone dans laquelle le métal subit une solidification. La grandeur dont les faces du moule s'approchent progressivement l'une de l'autre , variera avec l'épaisseur de la bande, et dans le cas de la bande la plus mince, cette grandeur peut n'être pas supérieure à quelques dixièmes de millimètre. Il est possible de prévoir des éléments supports capables de tourner, qui commandent le contour d'une courroie en mouvement, pour obtenir ce degré de précision et
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dans la forme de réalisation préférée de l'appareil, la courroie est amenée à glisser sur des supports de courroie immobiles, conven�blement usinés.
Le transfert de chaleur de la plaque ou de la bande coulée à l'enu de refroidissement, en passant par une courroie métallique interposée, suppose une chute de température trèc grande à l'interface métal/courroie, une chute de température modeste à travers la courroie et une chute de température également modeste à l'interface entre courroie et eau. Il est souhaitable de rendre petites les varia-. tions de l'élévation de température de la courroie sur sa longueur et sur sa largeur, parce que ceci diminue les fatigues thermiques qui pourraient autrement faire que la courroie se gondole et quitte la trajectoire qui lui est destinée et qui est définie de manière précise par les supports. L'augmentation du coefficient de transfert de
<EMI ID=8.1> moyenne de la courroie pour un taux donné de transfert de chaleur à l'interface métal/courroie. Même lorsqu'un revêtement isolant n'a pas été prévu pour la courroie, à
la surface adjacente à 1' aluminium fondu, on a trouvé
qu'il était possible d'obtenir des coefficients de transfert de chaleur courroie/eau suffisants pour maintenir l'élévation moyenne de température de la courroie à des niveaux qui sont compatibles avec l'obligation d'éviter des gondolements thermiques. On a trouvé que les dimensions physiques du système de refroidissement par jets de l'invention sont aisément compatibles avec la présence de supports très rapprochés, pour la trajectoire de la courroie, parce qu'avec des courroies de métal des épaisseur:- qui conviennent aux exigences de la flexibilité, l'invention est capable d'obliger les courroies à rester en contact à glissement, avec les supports écartés de distances qui sont seulement de l'ordre de 30 à 50 fois l'épaisseur
de la courroie. Cette contrainte, en association avec l'écartement étroit des supports, a pour effet de rendre
la courroie flexible extrêmement résistance au gondolement.
Chaque courroie constitue une surface d'échange de chaleur à travers laquelle la chaleur provenant du métal en
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de la courroie. La vitesse à laquelle la tôle ou la plaque peuvent être .coulées dépend de la vitesse à laquelle la chaleur peut être transférée, à travers la courroie, à l'eau de refroidissement.
Pour obtenir ce transfert de chaleur important, il
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ticulièrement efficace pour augmenter cette turbulence. On a trouvé qu'en projetant un volume suffisamment élevé d'eau sous forme de jets dirigés suivant un grand angle vers la surface, à travers une série d'orifices très rapprochés; de la chaleur peut être enlevée environ trois fois plus rapidement de la courroie, que dans le cas des systèmes classiques dans lesquels un écoulement turbulent de l'eau est produit le long de la surface de la courroie.
Comme le volume de l'eau appliquée est très grand, il faut prévoir dee moyens pour recueillir l'eau appliquée à chaque courroie. La zone de coulée d'un appareil de coulée du présent type est de préférence munie d'un système de refroidissement de courroie qui comprend une enceinte fermée, maintenue sensiblement étanche et se présentant à la surface de revers de la courroie, dans la zone de coulée, cette enceinte ou enveloppe ayant des supports de courroie très rapprochés qui sont maintenus en contact à coulisse-
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forcent une partie mineure de l'étendue de l'enveloppe qui est en face de la courroie. De préférence, l'eau qui entre est fournie à :'ne première chambre de compensation et de là sur la courroie, à travers des orifices formés dans une paroi faisant face à la surface dorsale de la courroie. Une
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l'eau provenant de l'espace entre la courroie et la paroi, au moyen de tubes de drainage rigides, de grand diamètre, qui-s'étendent à travers la chambre d'entrée. Ces tubes servent à raidir l'ensemble. Les supports de courroie de l'enveloppe sont de préférence arranges de façon que toutes les régions de la courroie qui sont directement opposées au métal coulé soient en contact direct avec l'eau pendant une majeure partie du temps de passage de la courro:
par la zone de coulée. De préférence, les supports de courroie sont formés de barres étroites, s'étendant transversalement par rapport à l'enveloppe, les orifices donnant naissance aux jets étant arrangés en une ou plusieurs lignes transversales entre des barres voisines. Ces barres peuvent cependant être remplacées par de,-/goujons espacés suivant les principes déjà évoqués.
Certaines des barres supports ou toutes celles-ci, ou les goujons, sont des pièces polaires magnétiques pour appliquer une force magnétique à la courroie.Les orifices des jets des différentes lignes sont de préférence décalés ou disposés en quinconce les uns par rapport aux autres .L'intervalle entre orifices de jets dans la même ligne latérale ne dépasse de préférence pas 25 mm et la dimension et la distribution des orifices sont telles que lorsqu'une petite différence de
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la chambre d'entrée et la chambre de sortie, de l'eau est appliquée à la surface de la courroie à raison de 40 à
<EMI ID=15.1> tique, d'une forme d'appareil de coulée suivant l'invention ; - figure 2, une vue en plan d'une forme d'agencement pour soutenir les courroies et appliquer l'agent refroidissant; <EMI ID=16.1> la figure 2, à plus grande échelle;
- figure 4, une coupe suivant la ligne 4-4 de la <EMI ID=17.1>
- figure 5, une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2;
- figure 6, une vue en plan partielle de l'auge ou caniveau ;
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en position active;
- figure 8, une vue en plan par dessous d'un support magnétique pour la courroie;
- figure 9, une coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8 ; et <EMI ID=19.1> rieure et inférieure, 2. Un moteur d'entraînement à vitesse variable 3 fait tourner un arbre 4 par l'intermédiaire de la chaîne 5 et de la roue à chaîne 6. Le mouvement est
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traînement de la courroie de coulée inférieure 2 par l'intermédiaire des roues à chaîne 7 et 8 et de la chaîne
<EMI ID=21.1> passer à la poulie supérieure 2 par la chaîne 11 qui passe autour de roues à chaîne supérieure et inférieure 12 et
de poulies 14 tournant folles, dont l'une est portée par un bras 14' à mouvement de pivotement,pour tendre la chaîne 11.Les courroies de coulée 15 passent respectivement autour des poulies d'entraînement 2 et des poulies de tension 16 qui sont montées à rotation dans des coulisses
17 guidées dans des b�tis de coulisses 18 qui sont reliés
à pivotement par des pivots 19 au bâti principal 1 et auxquels on peut appliquer une force de tension de courroie de coulée, prédéterminée, par l'intermédiaire de cylindres pneumatiques 20. Les coulisses 17 sont déplaçables longi-
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ment 21 dans le but de diriger les courroies de coulée.
La courroie supérieure 15 porte une paire de barrages de bordure 22 qui se présentent sous forme de courroies d'une matière élastique résistante à la chaleur et therraiquement isolante. Ces barrages de bordure sont légèrement compressibles de façon à assurer un joint satisfaisant dans la zone de coulf'e lorsqu'on a pris des dispositions pour la rétrécir longitudinalement, comme expliqué précédemment. Une forme de matière convenable pour de tels barrages de bordure se présente sous forme d'un noyau de métal blanc
ou de caoutchouc qui est entouré d'une toile d'asbeste tissée et qui est fourni dans l'industrie pour être utilisé comme joint de conduites à vapeur. L'agencement des barra-
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gures 6 pt 7 et on en donnera ci-après une description plus détaillée. L'un des ensembles pour soutenir et refroidir les courroies de coulée 15 dans la zone de coulée est repré-sente aux fijures 2 à 5. Les courroies sont refroidies par de l'eau qui leur est appliquée par l'intermédiaire d'enveloppes 26 à agent refroidissant, que l'on décrira ciaprès. De l'eau est aspirée dans les enveloppes 26 par des conduits d'alimentation 27 sous l'action de pompes d'aspiration (non montrées) qui sont reliées à des conduits de sortie 29 de façon à maintenir une pression réduite sur le côté des courroies qui est en contact avec l'eau.
L'enveloppe 26 est formée d'une structure fermée rigide ayant une fenêtre 30 à sa surface supérieure ( en considérant l'enveloppe comme soutenant la courroie inférieure de la figure 1). L'enveloppe comporte une paroi ho-
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32 d'une chambre de sortie 33. De l'eau est fournie à la chambre 32 par le conduit d'alimentation 27 et elle est aspirée de la chambre 33 par un conduit de sortie 29 relié à une pompe d'aspiration.
La chambre 32 est limitée par une cloison supérieure épaisse 34 dont la surface extérieure est légèrement en retrait par rapport à la surface 35 de l'enveloppe qui entoure la fenêtre 30. La partie ombrée de la surface 35
(figure 2) est revêtue d'une matière anti-friction. Des barres de support de courroie étroites 36 , dont certaines ou toutes sont des aimante ou des pièces polaires magnétiques, s'étendent sur toute la largeur de la fenêtre 30 et la surface supérieure des barres a été meulée de façon à être de niveau avec l'étendue voisine de la surface 35.
Des canaux pour eau, peu profonds, 37, s'étendent entre les barres supports 36, la surface extérieure de la cloison 34 et la courroie supérieure 15. Des orifices pour jets, très rapprochas, vont de la chambre d'admission 32 dans le plancher des canaux 37 et sont agences de façon à envoyer des jets d'eau sensiblement perpendiculairement à la surface de la courroie 15. Des canaux collecteurs d'eau, relativement profonds, 39, s'étendent transversalement à la longueur des canaux 37 et sont reliés par des tubes 40 à la chambre de sortie 33.
Comme on le verra, dans l'appareil représenté, il y a deux lignes d'orifices à jets 38, décalées l'une par rapport à l'autre entre chaque paire de barres supports de courroie 36. L'espacement longitudinal entre les barres 36 est d'environ 20 mm et on verra que l'espacement entre orifices adjacents 38 de la même ligne, est semblable. Le diamètre des orifices individuels 37 est d'environ 5 mm.
Lorsqu'on maintient une différence de pression de l'ordre de 0,3 kg/cm <2> entre les chambres 32 et 33, on trouve que l'eau est appliquée au dos de la courroie à raison d'environ 45 litres/cm /heure, et dans la coulée d'une plaque d'aluminium, ceci conduit à un échange de chaleur d'environ 24 calories/cm�/seconde. Même lorsque l'espacement des jets est diminué et qu'on augmente sensiblement
le débit de l'eau de refroidissement, le taux d'extraction
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L'appareil est conçu de telle façon que Même avec les conditions de pression réduite prévues à la face postérieure de la courroie, il n'y aura sensiblement pas de flèche des courroies entre supports voisins. Pour obtenir cet état de choses, l'espacement entre les barres supports
36 est de préférence limité de façon à n'être pas supérieur à 50 fois, et de préférence non supérieur à 20 à 50 fois l'épaisseur de la courroie d'acier 15 qui a elle-même une épaisseur de 0,5 à 1,5 mm.
Le système de refroidissement qui a été décrit cidessus a pour effet de maintenir la chute thermique à travers la courroie à une valeur d'environ 30[deg.]C. Dans ce
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saire pour maintenir la courroie supérieure 15 en contact a avec les barres 36 sur toute la largeur de la courroie.
A la figure 1, l'espacement entre les courroies 15
à l'entrée de la zone de coulée est commandé en gros par
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du support de l'enveloppe et il est encore commandé de façon fine par le moyen de vis de réglage agissant sur des barres tirants 41 de façon à monter le bâti en sorte que des plaques d'arrêt 42 puissent être élevées et abaissées. L'enveloppe supérieure 2b est montre dans des tourillons 43 en sorte que le rétrécissement de la cavité du moule entre les courroies 15 puisse être modifié par un mouvement angulaire de l'enveloppe supérieure 26 dans ses paliers à tourillons 43, l'aide du levier 44 que l'on presse vers le
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une plaque d'arrêt 46 en contact avec une butée réglable 47. Une butée supérieure 48 est prévue comme butée de sûreté. L'un des avantages de cet agencement est que si la butée 47 est réglée pour donner lieu à un rétrécissement excessif de l'espace de moulage, le métal solidifié à l'extrémité de sortie de l'espace de moulage inclinera l'enveloppe 26 vers
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La butée 47 peut être alors rétablie pour assurer des propriétés superficielles optimales pour la bande qui sort de l'espace de moulage.
L'auge ou caniveau 23 (figure 6) est munie d'une partie de nez 50 qui est agencée, en position active, pour s'étendre dans l'espace entre les courroies. Des guides
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et ont une légère élasticité de façon à presser le barrage du côté arrivée contre le côté de la partie de nez 50 de l'auge en formant ainsi un joint à l'entrée à la zone de coulée, si bien qu'une charge d'alimentation appropriée ou un bain de métal convenable puisse être maintenu dans l'auge 23 pendant l'opération de coulée.
Aux figures 8 à 10, on a représenté un appareil qui
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de soutenir et de refroidir les courroies. Dans la zone de coulée définie par la cavité du moule, la trajectoire de
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polaires magnétiques,associée à une série 117 d'aimants stratifiés. Les courroies 15 sont refroidies à l'eau,cette eau pouvant contenir un agent lubrifiant dispersible dans
7.'.eau et circulant à travers les canaux dans les séries de pièces polaires 1'16 en sorte que le revers des courroies dans la zone de coulée soit en contact direct avec l'eau
de refroidissement. Lorsque l'eau de refroidissement contient un lubrifiant, elle est remise en circulation continue à travers un échangeur de chaleur associé (non montré). En variante, lorsqu'on n'utilise pas d'agent lubrifiant, on peut rejeter l'eau de refroidissement. L'en-
<EMI ID=33.1> façon semblable et comprend des plaques d'acier 121 séparées par des espaceurs d'aluminium 122.Les extrémités saillantes ou bords des plaques 121 sont cha�.freinées , comme montré
à la figure 10, et on définit ainsi une série de canaux 123 pour le passage d'agent de refroidissement en contact avec le revers de la courroie 15. Les plaques 121 et 122 sont de préférence d'une épaisseur de 6 mm, les plaques 121 s'amin-
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pour être d'une profondeur d'environ 25 mm.
De chaque côté de la série 116, on a prévu des pla- ques latérales 124 qui s'amincissent dans le sens longitu-
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de pièces polaires 121 soient agencées en faisant un léger angle d'inclinaison dans la direction de la courroie 15
pour égaliser l'usure au revers de la courroie lorsqu'elle se déplace au-dessus des pièces polaires.
De l'eau de refroidissement qui est utilisée à contrecourant par rapport au mouvement de la courroie pénètre
par une chambre de compensation 125 formée dans une boite
126 et sort p�r une chambre de compensation 127 contenue
dans une boite 128.
A l'extrémité d'entrée de l'eau, les pièces polaires
116 ont un profil extérieur courbe et la voie d'eau qui part de la chambre de compensation 125 a un profil intérieur de forme correspondante pour envoyer l'eau de refroidie sèment sur la surface intérieure de la courroie. Les pièces polairec et la voie d'eau à l'extrémité de sortie d'eau ont des profils intérieur et extérieur semblables, sauf que les es-
<EMI ID=36.1> droit de l'extrémité d'entrée de la courroie et du métal fondu. Ceci assure que la courroie soit refroidie complètement, immédiatement avant son contact avec le métal fondu, et évite la déformation de la courroie, qui pourrait autrement se produire au cas où le métal fondu viendrait en contact avec la courroie avant l'application d'eau de refroidissement.
Dans un agencement, l'ensemble magnétique 117 étaitun bloc magnétique que l'on trouve dans le commerce, avec une densité de flux magnétique moyenne de 120 gauss au contact de chaque plaque 121 avec la courroie 15.
On a trouvé qu'avec cet agencement, une pression d'environ 0,2 kg/cm peut être maintenue derrière la courroie sans qu'il y ait de fuite importante. Avec une chute de pression de 0,2 kg/cm , on a trouvé possible de maintenir l'écoulement de l'eau le long des canaux 123 à un débit suffisant pour maintenir l'élévation de la température de la courroie à moins de 80[deg.]C au-dessus de la température de l'eau de refroidissement. Pour égaliser la température sur la largeur de la courroie et par suite diminuer la déformation, on fournit de préférence de l'eau chaude aux canaux
123 qui sont opposés à la bande extérieure froide de la courroie, c'est-à-dire vers l'extérieur des barrages de bordure 22. La température de l'eau est prise semblable à celle de la courroie en contact avec le métal, et sera
<EMI ID=37.1> des canaux à eau froide soit modifié pour tenir compte de différentes largeurs de la bande coulée. La longueur de la zone de coulée entre les courroies, dans la construction représentée, est de 22,5 cm environ et ceci permettra de
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mètres/minute pour une épaisseur de 2,5 mm et à 3 mètres/ minute pour une épaisseur de 7,5 mm. A ces vitesses, la solidification a lieu sur l'étendue des 15 premiers centimètres environ de la zone de coulée.
Avec cet agencement, on a trouvé possible de tirer la courroie sur la surface des pièces polaires avec une traction d'environ 2 kg/cm de largeur de la série des pièces polaires 116 , et cette force peut Etre réduite par
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dans l'eau de refroidissement. Le lubrifiant porté sur la surface de la courroie aide à la lubrifier et réduit le frottement lorsqu'on la tire par-dessus les surfaces extérieures courbes des boîtes de la chambre de compensation,
126 et 128, aux extrémités de la zone de coulée.
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de refroidissement et de support peut être modifié de diverses façons. C'est ainsi que les pièces polaires magnétiques et les canaux à eau peuvent être disposés transversalement au lieu de l'être longitudinalement par rapport à la courroie.
Dans certains cas, lorsque le taux voulu d'extrac tion de chaleur à travers la courroie est faible, les pla-
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étant formés au moyen de rainures dans les faces latérales des plaques 121 et 122. les^parties de bord des plaques d'aluminium agissent ainsi comme conducteurs pour le transfert de chaleur de la courroie à l'agent de refroidissement passant dans les passages définis à l'intérieur.
On comprendra que l'inclinaison relative des ensembles magnétiques supérieur et inférieur 117 et des séries de pièces polaires 116 peut être commandéede la même manière qu'expliqué à la figure 1, par le cylindre à air 45 et les leviers et butées qui lui sont associés.
Les éléments supports (qu'il s'agisse de barres
ou de goujons séparés) peuvent être usinés pour se trouver dans un plan commun* de façon à imposer un profil plat à
la courroie dans la zone de coulée. En variante, il peut être souhaitable d'y prévoir une très légère courbure longitudinale (correspondant par exemple à un rayon de 50 mètres) ou de lui donner une forme plus complexe.
Ce qui précède s'applique lorsqu'on utilise deux courroies essentiellement parallèles. Dans un appareil où une'surface de la zone de coulée est constituée d'un tambour refroidi à l'eau, les supports de courroies sont usinés de façon à définir une surface qui s'approche progressivement de la surface du tambour de façon à assurer un rétrécissement de la cavité du moule, mais avec courbure.
Cependant, on préfère de beaucoup utiliser deux courroies.
REVENDICATIONS
,1.- Appareil pour la coulée continue de métal sous l'orme de bande, dans lequel le métal fondu est introduit dans un espace de moulage défini entre une paire de surfaces mobiles opposées, dont l'une au moins est-constituée d'une courroie flexible conductrice de la chaleur, munie dans la zone de coulée de plusieurs supports de courroie espacés, en contact avec la surface de revers de la courroie, et des moyens pour appliquer un agent de refroidissement à la courroie, caractérisé en ce que la courroie est maintenue fermement contre ses supports par une force magnétique de façon telle qu'elle se déplace suivant une trajectoire prédéterminée, et l'espacement des supports de la courroie étant en rapport tel avec les caractéristiques de la courroie qu'une région non soutenue de celle-ci, se trouvant entre des supports adjacents, joue le rôle d'un élément raide.
Apparatus for continuous casting of metals The present invention relates to continuous casting
metals in strip form and in particular relates to methods and apparatus for casting metals such as aluminum (including aluminum alloys), zinc, brass, copper and other metals which melt at a similar or lower temperature between a pair of moving surfaces, at least one of which is a flexible, heat-conducting belt.
It has long been seen that significant savings in the production of aluminum strip and sheet could be obtained if wide and thin plates for hot rolling or thick and thick sheets could be cast at high speed. wide for rolling
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ver the defects of the casting.
Although existing casting apparatus, using a pair of flexible metal belts, spaced apart from each other, to define a casting zone or a mold space, can be used to ensure high production rates, the cast tape stretches
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superficial caused by exudation er. area of the material which differs in composition from the average composition of the cast strip. This is accompanied by sub-superficial variations of the metallurgical structure, which
are also a source of variations in properties. These superficial exudations and these sub-superficial defects arise from local variations in the rate of freezing at the surface of the cast plate or strip. It is believed that these variations arise from the development of the intervals between parts of the surface of
the casting and the surface of the neighboring walking belt. In these intervals, low melting point liquid may exude to form the surface exudations mentioned above.
The main object of the present invention is to provide an apparatus for the continuous casting of metals such as aluminum, in which a belt constituting one of the surfaces of a molding space moves in a precisely controlled path, l The arrangement being such that the metal cast in the mold space remains in close contact with the belt during the casting operation. As a result, heat can be removed by the belt in a uniform manner, and no gaps develop between the belt and the belt being frozen, of such dimensions as to result in an adverse effect on the temperature. surface or sub-surface quality of the cast strip or plate.
Many apparatus constructions have been proposed, comprising a pair of parallel belts in
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In known arrangements, the belt supports are relatively widely spaced so that even when the belts are in contact with their supports, the deviations of the regions of a belt between the supports are quite large under the influence of the fatigue imposed on the machine. belt, to have an adverse effect on the casting. Moreover, in most of the arrangements of the prior art, there were no means (other
than the pressure exerted by the metallostatic load of the molten metal) to hold the belts against their supports at the entrance end of the molding space, where the center of the strip or plate is still molten. Practical experiments have shown that the metallostatic load is quite insufficient for this purpose, when the molding space is arranged substantially horizontally or at a small angle with the horizontal, so that in casting apparatus of the type with belt that we know, we do not in fact have perfect control of the trajectory of the casting belts in the molding space.
The known type of casting apparatus therefore gives rise to this difficulty that the path of a belt is insufficiently controlled with respect to its supports, to ensure that the position of the supports determines the effective shape of the molding space between them. belts. The relatively large spacing of the supports further allows the deviation of regions of the belt between the supports, to such an extent that
gaps may open between the belt and the metal surface in these regions.
In the casting apparatus of the present invention, therefore, the individual supports for the belt are closely spaced and the belt is held firmly against its supports by magnetic force. The height
of this magnetic force and the spacing between the supports are commensurate with the thickness and other characteristics of the belt, so as to ensure that the belt remains in contact with the supports and that the unsupported region of the belt enters. adjacent brackets act as a stiff member that does not deviate more than 0.05mm
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before casting. With this arrangement, it is possible to ensure that the path of the belt conforms to a profile dictated by the positions of the supports. As a result, it is possible to ensure that the effective contour of the molding space conforms to a pre-selected contour designed to achieve the optimum casting conditions.
The principles of the present invention are applicable to casting apparatus for the production of thin plates or strips in which one of the wide faces or both wide faces of the mold space
are limited by a flexible belt. In a preferred construction there will be two belts, but in some cases one surface of the mold space is provided by a rigid drum and the opposite surface by a guided belt in accordance with the principles of the present invention.
The magnetic force on the ferromagnetic belt can be produced by the magnetic attraction between the belt and a series of closely spaced magnetized pole pieces, which constitute the supports, to define
the outline of the molding space. In order to cool the belt efficiently and uniformly, jet cooling systems, which will be described later, are preferred, since by this means particularly rapid and uniform heat extraction can be obtained from the belt and thus the temperature gradient across the belt and the temperature variations along the length of the belt and across the width of the belt are reduced. As a result, the risk of thermal deformation of the belt is minimized. Even with even heat extraction across the width of the belt, the temperature gradient across the belt and the average temperature change along and across the width of the belt
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Loosen or flex the belt. However, with the system
cooling efficiency of the invention, such fatigue is kept low, and the tendency to buckle and bend is easily thwarted by relatively small magnetic force.
Since the alloys which it is desired to continuously cast by the present process contract by several percent during solidification, it is very desirable to provide means for gradually reducing the distance between the two opposite sides of the molding space. so as to keep the mold faces and the web surfaces substantially in contact for efficient heat exchange, while the metal passes through the area in which solidification takes place. The use of very close belt supports, against which the belt is kept in direct contact by the magnetic attraction exerted by the pole pieces. 1 fixed labels allows any desired profile to be applied in a manner
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of which the belt supports are a part, the molding space can be arranged to gradually narrow in the area in which the metal undergoes solidification. The magnitude by which the faces of the mold gradually approach each other will vary with the thickness of the strip, and in the case of the thinnest strip, this magnitude may not be greater than a few tenths. millimeter. It is possible to provide rotating support elements which control the contour of a moving belt to achieve this degree of precision and
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in the preferred embodiment of the apparatus, the belt is slid over stationary, suitably machined belt supports.
The heat transfer from the cast plate or strip to the cooling enu, via an interposed metal belt, assumes a very large temperature drop at the metal / belt interface, a modest temperature drop across the belt and an equally modest temperature drop at the belt-water interface. It is desirable to make the varia-. increase in temperature of the belt over its length and width, because this decreases the thermal fatigue that could otherwise cause the belt to buckle and leave the path intended for it and which is precisely defined by media. The increase in the transfer coefficient of
<EMI ID = 8.1> belt average for a given rate of heat transfer at the metal / belt interface. Even when an insulating coating has not been provided for the belt,
the surface adjacent to the molten aluminum, it was found
that it was possible to obtain sufficient belt / water heat transfer coefficients to maintain the average temperature rise of the belt at levels which are compatible with the obligation to avoid thermal buckling. It has been found that the physical dimensions of the cooling system by jets of the invention are easily compatible with the presence of very close supports, for the trajectory of the belt, because with metal belts of thickness: - which are suitable for flexibility requirements, the invention is capable of causing the belts to remain in sliding contact, with the supports apart by distances which are only on the order of 30 to 50 times the thickness
of the belt. This constraint, in association with the narrow spacing of the supports, has the effect of making
the flexible belt extremely resistant to buckling.
Each belt provides a heat exchange surface through which heat from the metal in
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of the belt. The rate at which the sheet or plate can be cast depends on the rate at which heat can be transferred, through the belt, to the cooling water.
To achieve this important heat transfer, it
<EMI ID = 10.1> jet cooling system, preferred, according to the invention, in which jets of water are directed at the back surface of the belt at a wide angle
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particularly effective in increasing this turbulence. It has been found that by projecting a sufficiently large volume of water in the form of jets directed at a large angle towards the surface, through a series of closely spaced orifices; heat can be removed about three times faster from the belt than in conventional systems in which a turbulent flow of water is produced along the surface of the belt.
Since the volume of water applied is very large, provision must be made for collecting the water applied to each belt. The casting zone of a casting apparatus of the present type is preferably provided with a belt cooling system which comprises a closed enclosure, maintained substantially sealed and present at the back surface of the belt, in the zone of. casting, such enclosure or casing having closely spaced belt supports which are held in sliding contact.
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force a minor portion of the extent of the casing that is in front of the belt. Preferably, the incoming water is supplied to the first compensation chamber and from there to the belt, through orifices formed in a wall facing the back surface of the belt. A
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water from the space between the belt and the wall, by means of rigid, large diameter drainage tubes which extend through the inlet chamber. These tubes are used to stiffen the assembly. The casing belt supports are preferably arranged so that all areas of the belt which are directly opposite the cast metal are in direct contact with water for a major portion of the belt transit time:
by the casting area. Preferably, the belt supports are formed of narrow bars, extending transversely with respect to the casing, the orifices giving rise to the jets being arranged in one or more transverse lines between neighboring bars. These bars can however be replaced by, - / studs spaced according to the principles already mentioned.
Some or all of the support bars, or the studs, are magnetic pole pieces for applying magnetic force to the belt. The jets of the different lines are preferably offset or staggered with respect to each other. The gap between jet orifices in the same lateral line preferably does not exceed 25 mm, and the size and distribution of the orifices are such that when a small difference in
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inlet chamber and outlet chamber, water is applied to the surface of the belt at the rate of 40 to
<EMI ID = 15.1> tick, of a form of casting apparatus according to the invention; FIG. 2, a plan view of one form of arrangement for supporting the belts and applying the cooling agent; <EMI ID = 16.1> FIG. 2, on a larger scale;
- figure 4, a section along line 4-4 of <EMI ID = 17.1>
- Figure 5, a section along line 5-5 of Figure 2;
- Figure 6, a partial plan view of the trough or gutter;
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in active position;
FIG. 8, a plan view from below of a magnetic support for the belt;
FIG. 9, a section taken on line 9-9 of FIG. 8; and <EMI ID = 19.1> upper and lower, 2. A variable speed drive motor 3 rotates a shaft 4 through chain 5 and chain wheel 6. The movement is
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dragging of the lower casting belt 2 via chain wheels 7 and 8 and the chain
<EMI ID = 21.1> go to upper pulley 2 through chain 11 which goes around upper and lower chain wheels 12 and
idle rotating pulleys 14, one of which is carried by an arm 14 'with a pivoting movement, to tension the chain 11. The casting belts 15 pass respectively around the drive pulleys 2 and the tension pulleys 16 which are rotatably mounted behind the scenes
17 guided tours in 18 backstage buildings that are connected
pivoted by pivots 19 to the main frame 1 and to which a predetermined casting belt tensioning force can be applied by means of pneumatic cylinders 20. The slides 17 are movable lengthwise.
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ment 21 for the purpose of directing the casting belts.
The upper belt 15 carries a pair of border dams 22 which are in the form of belts of an elastic heat resistant and thermally insulating material. These border dams are slightly compressible so as to ensure a satisfactory seal in the coulf'e zone when arrangements have been made to narrow it longitudinally, as explained above. A suitable form of material for such border dams is in the form of a white metal core.
or rubber which is wrapped in a woven asbestos web and which is supplied in industry for use as a gasket in steam lines. The arrangement of the bars
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gures 6 pt 7 and a more detailed description will be given below. One of the assemblies for supporting and cooling the casting belts 15 in the casting zone is shown in splits 2 to 5. The belts are cooled by water applied to them through casings 26 with cooling agent, which will be described below. Water is sucked into the casings 26 through supply conduits 27 under the action of suction pumps (not shown) which are connected to outlet conduits 29 so as to maintain a reduced pressure on the side of the tubes. belts that are in contact with water.
The envelope 26 is formed of a rigid closed structure having a window 30 on its upper surface (considering the envelope to support the lower belt of FIG. 1). The envelope has a wall ho-
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32 from an outlet chamber 33. Water is supplied to the chamber 32 through the supply duct 27 and is sucked from the chamber 33 through an outlet duct 29 connected to a suction pump.
The chamber 32 is bounded by a thick upper partition 34, the outer surface of which is slightly set back from the surface 35 of the casing which surrounds the window 30. The shaded part of the surface 35
(figure 2) is coated with an anti-friction material. Narrow belt support bars 36, some or all of which are magnets or magnetic pole pieces, extend across the width of window 30 and the top surface of the bars has been ground so as to be flush with it. extent close to the surface 35.
Shallow water channels 37 extend between the support bars 36, the outer surface of the bulkhead 34, and the upper belt 15. Very closely spaced jets openings extend from the inlet chamber 32 into the chamber. floor of the channels 37 and are arranged so as to send jets of water substantially perpendicular to the surface of the belt 15. Relatively deep water collecting channels 39 extend transversely to the length of the channels 37 and are connected by tubes 40 to the outlet chamber 33.
As will be seen, in the apparatus shown there are two lines of jet orifices 38, offset from each other between each pair of belt support bars 36. The longitudinal spacing between the bars 36 is about 20mm and it will be seen that the spacing between adjacent holes 38 on the same line is similar. The diameter of the individual holes 37 is about 5 mm.
When a pressure difference of the order of 0.3 kg / cm <2> is maintained between chambers 32 and 33, it is found that water is applied to the back of the belt at a rate of approximately 45 liters / cm / hour, and in the casting of an aluminum plate, this leads to a heat exchange of about 24 calories / cm / second. Even when jet spacing is reduced and significantly increased
cooling water flow rate, extraction rate
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The apparatus is designed in such a way that Even with the reduced pressure conditions expected at the rear face of the belt, there will be substantially no deflection of the belts between neighboring supports. To achieve this state of affairs, the spacing between the support bars
36 is preferably limited so as not to be greater than 50 times, and preferably not greater than 20 to 50 times the thickness of the steel belt 15 which itself has a thickness of 0.5 to 1. , 5 mm.
The cooling system which has been described above has the effect of maintaining the thermal drop across the belt at a value of about 30 [deg.] C. In this
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necessary to keep the upper belt 15 in contact a with the bars 36 over the entire width of the belt.
In figure 1, the spacing between the belts 15
at the entrance to the casting area is ordered wholesale by
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of the casing support and it is still finely controlled by means of adjusting screws acting on tie bars 41 so as to mount the frame so that stop plates 42 can be raised and lowered. The upper casing 2b is shown in journals 43 so that the narrowing of the mold cavity between the belts 15 can be altered by angular movement of the upper casing 26 in its journal bearings 43, using the lever. 44 that we press towards the
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a stopper plate 46 in contact with an adjustable stopper 47. An upper stopper 48 is provided as a safety stopper. One of the advantages of this arrangement is that if the stopper 47 is set to cause excessive shrinkage of the molding space, the solidified metal at the exit end of the molding space will tilt the casing 26. towards
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The stopper 47 can then be re-established to ensure optimum surface properties for the strip which exits the molding space.
The trough or channel 23 (Figure 6) is provided with a nose portion 50 which is arranged, in the active position, to extend into the space between the belts. Guides
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and have a slight elasticity so as to press the dam on the arrival side against the side of the nose portion 50 of the trough thereby forming a seal at the entrance to the casting zone, so that a charge of A suitable feed or a suitable metal bath can be maintained in the trough 23 during the casting operation.
In Figures 8 to 10, there is shown an apparatus which
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to support and cool the belts. In the casting zone defined by the mold cavity, the trajectory of
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magnetic poles, associated with a 117 series of laminated magnets. The belts 15 are cooled with water, this water possibly containing a lubricating agent dispersible in
7. '. Water and flowing through the channels in the sets of pole pieces 1'16 so that the reverse side of the belts in the casting area is in direct contact with the water
cooling. When the cooling water contains a lubricant, it is continuously recirculated through an associated heat exchanger (not shown). Alternatively, when no lubricating agent is used, the cooling water can be rejected. The en
<EMI ID = 33.1> similar fashion and includes steel plates 121 separated by aluminum spacers 122. The protruding ends or edges of the plates 121 are chafed, as shown.
in Figure 10, and thus defines a series of channels 123 for the passage of cooling agent in contact with the back of the belt 15. The plates 121 and 122 are preferably 6 mm thick, the plates 121 amin-
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to be about 25mm deep.
On each side of the 116 series, side plates 124 are provided which tapers in the longitudinal direction.
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pole pieces 121 are arranged at a slight angle of inclination in the direction of the belt 15
to even out wear on the back of the belt as it travels over the pole pieces.
Cooling water which is used countercurrent to the movement of the belt enters
by a clearing house 125 formed in a box
126 and leaves by a clearing house 127 contained
in a box 128.
At the water inlet end, the pole pieces
116 have a curved outer profile and the waterway leading from the compensation chamber 125 has a correspondingly shaped inner profile to send the chilled water sown onto the inner surface of the belt. The polar parts and the waterway at the water outlet end have similar inside and outside profiles, except that the
<EMI ID = 36.1> right of input end of belt and molten metal. This ensures that the belt is cooled completely, immediately before it comes into contact with the molten metal, and prevents warping of the belt, which might otherwise occur should the molten metal come into contact with the belt prior to the application of water. cooling.
In one arrangement, the magnetic assembly 117 was a commercially available magnetic block, with an average magnetic flux density of 120 gauss at the contact of each plate 121 with the belt 15.
It has been found that with this arrangement, a pressure of about 0.2 kg / cm can be maintained behind the belt without significant leakage. With a pressure drop of 0.2 kg / cm, it has been found possible to maintain the flow of water along the channels 123 at a rate sufficient to keep the rise in temperature of the belt below 80. [deg.] C above the cooling water temperature. In order to equalize the temperature across the width of the belt and thereby reduce the deformation, hot water is preferably supplied to the channels.
123 which are opposite the cold outer band of the belt, that is to say towards the outside of the border dams 22. The temperature of the water is taken similar to that of the belt in contact with the metal, and will be
<EMI ID = 37.1> of the cold water channels be modified to accommodate different widths of the cast strip. The length of the casting zone between the belts, in the construction shown, is approximately 22.5 cm and this will allow
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meters / minute for a thickness of 2.5 mm and at 3 meters / minute for a thickness of 7.5 mm. At these speeds, solidification takes place over the extent of the first 15 centimeters or so of the casting zone.
With this arrangement, it has been found possible to pull the belt over the surface of the pole pieces with a pull of about 2 kg / cm width of the pole piece 116 series, and this force can be reduced by
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in the cooling water. Lubricant on the surface of the belt helps lubricate the belt and reduces friction when pulled over the curved outer surfaces of the compensation chamber boxes,
126 and 128, at the ends of the casting zone.
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cooling and support can be changed in various ways. This is how the magnetic pole pieces and the water channels can be arranged transversely instead of being longitudinally relative to the belt.
In some cases, when the desired rate of heat removal through the belt is low, the plates
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being formed by means of grooves in the side faces of the plates 121 and 122. the edge portions of the aluminum plates thus act as conductors for the transfer of heat from the belt to the cooling medium passing through the passages defined in inside.
It will be understood that the relative inclination of the upper and lower magnetic assemblies 117 and of the series of pole pieces 116 can be controlled in the same way as explained in FIG. 1, by the air cylinder 45 and the levers and stops which are associated with it. .
Support elements (whether they are bars
or separate studs) can be machined to be in a common plane * so as to impose a flat profile
the belt in the casting area. As a variant, it may be desirable to provide it with a very slight longitudinal curvature (corresponding for example to a radius of 50 meters) or to give it a more complex shape.
The above applies when using two essentially parallel belts. In an apparatus where one surface of the casting zone consists of a water cooled drum, the belt supports are machined to define a surface which gradually approaches the surface of the drum so as to ensure a narrowing of the mold cavity, but with curvature.
However, it is much preferred to use two belts.
CLAIMS
1.- Apparatus for the continuous casting of metal under the strip elm, in which the molten metal is introduced into a molding space defined between a pair of opposing movable surfaces, at least one of which consists of a thermally conductive flexible belt provided in the casting area with a plurality of spaced belt supports in contact with the back surface of the belt and means for applying a cooling agent to the belt, characterized in that the belt is held firmly against its supports by a magnetic force such that it moves in a predetermined path, and the spacing of the supports of the belt being so commensurate with the characteristics of the belt that an unsupported region of this, located between adjacent supports, acts as a stiff element.