Dispositif de coulée en continu d'une bande métallique mince, et son procédé d'utilisation.
La présente invention concerne un dispositif de coulée en continu d'une bande métallique mince, en particulier d'une bande en acier.
Le procédé de coulée en continu connaît actuellement.une très large expansion, notamment pour la production de masse de produits en acier de qualité courante. Cette évolution s'explique par les avantages qu'offre ce mode de coulée par rapport aux méthodes antérieures de coulée en lingotières. Ces avantages portent principalement sur la réduction des coûts de production, la régularité et l'homogénéité des propriétés des produits coulés et la diminution des défauts internes et superficiels. Ce dernier avantage se traduit par l'obtention d'un état de surface amélioré, qui rend possible le laminage en
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Les installations actuelles pour la coulée en continu de l'acier présentent généralement des caractéristiques comprises
dans les limites suivantes :
- épaisseur du produit coulé : 100 - 300 mm;
- vitesse de coulée : 1,5 - 3 m/min.;
- largeur maximum du produit : 3000 mm.
En raison de leur épaisseur, les produits coulés en continu
sont d'abord laminés à chaud dans un train dégrossisseur jusqu'à une épaisseur intermédiaire, puis ils sont envoyés au
train finisseur où ils sont amenés à leur épaisseur finale.
L'opération de laminage à chaud au train dégrossisseur est extrêmement coûteuse, elle consomme d'importantes quantités d'énergie, elle exige des installations énormes et par conséquent des investissements très élevés.
La présente invention propose un dispositif permettant de supprimer cette opération de laminage à chaud au train dégrossisseur, et de produire, par coulée en continu, des bandes utilisables directement au train finisseur.
Dans le domaine de la fabrication de bandes métalliques par coulée en continu, on connaît notamment le dispositif "Hazelett", dans lequel le moule est constitué de deux bandes métalliques mobiles;le métal est coulé entre ces deux bandes qui se déplacent avec lui en provoquant son refroidissement et donc sa solidification. Ce dispositif est cependant limité à la coulée de bandes d'environ 10 mm à 50 mm d'épaisseur. En effet,
en raison de la souplesse des bandes constituant le moule, la bande coulée présente souvent des variations relatives d'é-
<EMI ID=3.1> D'autre part, des bandes coulées de forte épaisseur, par exemple supérieure à 50 mm, présentent des poids élevés qui nécessitent des moyens de support importants et de fortes épaisseurs des bandes du moule.
On connaît par ailleurs un dispositif constitué essentiellement d'un cylindre refroidi tournant à grande vitesse, sur lequel on laisse tomber l'acier liquide. Avec ce dispositif, on
-produit des bandes ayant une épaisseur comprise entre 0,025 mm et 0,1 mm et une largeur ne dépassant pas 150 mm, à une vitesse comprise entre 900 et 1800 m/min. Cette technique est utilisée pour la fabrication de bandes très minces destinées à des applications électriques. En raison de la vitesse extrêmement élevée de refroidissement de l'acier au contact du cylindre rotatif, les bandes obtenues présentent un état vitreux et non cristallin inapte à une mise en oeuvre industrielle par déformation.
La présente invention a pour objet un dispositif de coulée en continu d'une bande métallique mince, d'une épaisseur de 0,3 mm à 5 mm, qui peut être soit utilisée directement à l'état brut de coulée soit être envoyée au laminoir à froid.
Un autre objectif de la présente invention est de procurer un dispositif de production de bandes métalliques minces permettant de supprimer les opérations et par conséquent les installations de laminage à chaud.
Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer un dispositif permettant de produire des bandes métalliques minces présentant une structure cristalline qui les rend aptes à subir les déformations liées à leur mise en
<EMI ID=4.1> Le dispositif de coulée en continu d'une bande métallique mince, qui fait l'objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre pouvant tourner autour de son axe longitudinal sensiblement horizontal, un deuxième cylindre adjacent au premier cylindre, pouvant tourner autour de son axe longitudinal disposé parallèlement à l'axe longitudinal du dit premier cylindre et définissant avec celui-ci un plan incliné d'environ 45[deg.] par rapport au plan vertical passant par l'axe longitudinal du dit premier cylindre, et un troisième cylindre, adjacent au premier cylindre, pouvant également tourner autour de son axe longitudinal disposé parallèlement à l'axe longitudinal du dit premier cylindre et définissant avec celui-ci un plan sensiblement horizontal passant par l'axe longitudinal du dit premier cylindre,
des premiers moyens de réglage pour faire varier l'écartement entre le premier et le deuxième cylindre, des deuxièmes moyens de réglage, pour faire varier l'écartement entre le premier et le troisième cylindre, des premiers moyens de refroidissement pour refroidir le premier cylindre, des deuxièmes moyens de refroidissement pour refroidir le deuxième, respectivement le troisième cylindre, ainsi que des troisièmes moyens de refroidissement situés entre le deuxième et le troisième cylindre, pour refroidir la bande métallique mince coulée en continu.
Selon une réalisation préférée de l'invention, le dit premier cylindre est un cylindre creux, entourant un arbre intérieur spatialement fixé, autour duquel il peut tourner. Le diamètre du dit arbre intérieur est sensiblement plus petit que le diamètre intérieur du cylindre creux, de façon à ménager entre ceux-ci un certain espace. Le cylindre creux prend appui sur
le dit arbre intérieur par l'intermédiaire d'organes di.sposés dans le dit espace et fixés de préférence à cet arbre intérieur.
<EMI ID=5.1> Egalement selon l'invention, les dits premiers et deuxièmes moyens de réglage comprennent des organes d'appui constitués par des paliers à film d'huile supportant intérieurement le dit premier cylindre creux. Une modification de la pression d'huile dans ces paliers permet de faire varier la distance entre le cylindre creux et son arbre intérieur. Dans ce cas, les deuxième et troisième cylindres sont de préférence fixes dans l'espace.
Selon une autre forme de réalisation, les dits premiers et deuxièmes moyens de réglage sont constitués par des appareils permettant de déplacer les deuxième et troisième cylindres par translation de leur axe respectif dans le plan que cet axe forme avec l'axe du premier cylindre, le dit premier cylindre étant dans ce cas fixe dans l'espace.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dits premiers moyens de refroidissement comprennent des gicleurs disposés dans l'espace ménagé entre le cylindre creux et le dit arbre intérieur, et projetant un agent réfrigérant sur la paroi interne du dit cylindre creux, au moins dans la région de ce cylindre qui est en contact avec le produit coulé.
Pour favoriser le refroidissement, le dit cylindre creux est avantageusement réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple en cuivre.
Toujours selon l'invention, les dits deuxièmes moyens de refroidissement comprennent une enveloppe d'agent réfrigérant couvrant au moins une partie de la surface latérale du deuxième, respectivement du troisième cylindre.
Selon encore une autre particularité de l'invention, les dits troisièmes moyens de refroidissement comprennent des gicleurs
<EMI ID=6.1> mier cylindre comprise entre le deuxième et le troisième cylindre.
Le dispositif de l'inventio n et son procédé de mise en oeuvre seront à présent exposés de façon détaillée en se,référant au mode de réalisation préféré illustré par les dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 montre, en coupe transversale, la disposition relative des cylindres et la trajectoire de la bande coulée, et la Figure 2 illustre l'évolution de l'épaisseur de métal solidifiée dans la bande, en fonction du temps.
Faisant référence en premier lieu à la figure 1, un premier cylindre creux 1 en cuivre, d'un diamètre extérieur de 1300 mm, prend appui sur un arbre intérieur 2 par l'intermédiaire de paliers à film d'huile 3 et 4 non jointifs. Ce cylindre 1 tourne dans le sens dextrorsum. Pour la clarté du dessin, on n'a représenté que deux paliers à film d'huile 3 et 4, mais on comprend que de tels paliers sont montés sur toute la surface latérale de l'arbre 2 couverte par le cylindre creux 1. De part et d'autre de chacun de ces paliers 3 et 4 sont disposés des gicleurs 5 permettant d'assurer le refroidissement désiré du cylindre creux 1 par projection d'eau sur sa paroi interne.
Un deuxième et un troisième cylindre 6 et 7, pourvus chacun d'une enveloppe d'eau de refroidissement, respectivement 8 et 9, sont disposés parallèlement au cylindre creux 1; les axes
de ces deux cylindres 6 et 7, spatialement fixes, définissent avec l'axe du cylindre creux deux plans faisant entr'eux un angle de 45[deg.] et l'axe du troisième cylindre 7 se trouve dans
le plan horizontal passant par l'axe du cylindre creux 1.
Dans le présent exemple, les deux cylindres 6 et 7 ont un diamètre de 600 mm; ils tournent dans le sens senestrorsum.
Une série de gicleurs 10 sont montés entre les deuxième.et
<EMI ID=7.1> Dans ce dispositif, l'acier liquide 11 est déposé sur le cylindre creux 1 en amont du deuxième cylindre 6. Il s'écoule
dans l'espace compris entre le cylindre creux 1 et ce deuxième cylindre 6; cet espace peut être modifié au moyen des paliers
à film d'huile 3, de façon à obtenir une répartition uniforme
de la veine 12 d'acier liquide suivant la longueur des cylindres. Les couches extérieures de la veine d'acier, en contact avec les surfaces métalliques des cylindres 1 et 6, se refroidissent rapidement, de sorte qu'à la sortie de l'emprise formée par les cylindres 1 et 6, ces couches extérieures de la veine sont solidifiées. La veine se déplace avec le mouvement
du cylindre 1 et gagne la région située entre les cylindres 6
et 7; dans cette région, l'intrados de la veine continue à se refroidir par contact avec le cylindre 1, tandis que l'extrados est refroidi au moyen des gicleurs 10. L'épaisseur de la partie solidifiée de la veine augmente ainsi au cours du temps. Le refroidissement se poursuit pendant le mouvement de la veine entre les cylindres 6 et 7, de telle façon que le produit, en l'occurrence la bande d'acier, soit complètement solidifié lorsqu'il atteint l'emprise formée par les cylindres 1 et 7.
La valeur de l'écartement entre les cylindres 1 et 7 est réglée au moyen des paliers à film d'huile 4, de façon à obtenir, à
la sortie de cette emprise, une bande d'acier 13 présentant
le profil d'épaisseur désiré. Le couple nécessaire à cette opération est de préférence appliqué par le cylindre 7.
La figure 2 représente le profil de solidification d'une bande d'acier d'une épaisseur de 1 mm, se déplaçant avec le cylindre 1 à une vitesse de 1 m/s.
L'instant 0 correspond à la veine d'acier entièrement liquide, avant son entrée dans l'emprise entre les cylindres 1 et 6.
A la sortie de cette emprise (t = 0,1 s), la bande est solidifiée en peau et l'épaisseur des couches solidifiées va aug- ��
menter jusqu'à atteindre la totalité de la section à l'entrée dans l'emprise entre les cylindres 1 et 7 (t = 0,6 s). La zone hachurée représente la partie solidifiée de la bande.
A la sortie du dispositif, le refroidissement de la bande 13 peut se poursuivre, par exemple au moyen d'un système de refroidissement - non représenté - par projection d'eau semblable à 10.
Après le refroidissement, la bande peut être laminée de façon usuelle pour être portée à son épaisseur finale. En particulier, elle peut être laminée à froid, sans décapage préalable, en utilisant des lubrifiants solides suivant une proposition antérieure du même demandeur.
Une bande d'acier coulée dans le dispositif de la présente invention présente une structure cristalline fine qui lui permet de subir ultérieurement des opérations de formage.
Revendications
1. Dispositif de coulée en continu d'une bande métallique mince, caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre pouvant tourner autour de son axe longitudinal sensiblement horizontal, un deuxième cylindre, adjacent au premier cylindre, pouvant tourner autour de son axe longitudinal disposé parallèlement à l'axe longitudinal du dit premier cylindre et définissant avec celui-ci un plan incliné d'environ 45[deg.] par rapport au plan vertical passant par l'axe longitudinal du
dit premier cylindre, et un troisième cylindre, adjacent au premier cylindre,pouvant également tourner autour de son axe longitudinal disposé parallèlement à l'axe longitudinal du
dit premier cylindre et définissant avec celui-ci un plan sensiblement horizontal passant par l'axe longitudinal du dit premier cylindre, des premiers moyens de réglage pour faire varier l'écartement entre le premier et le deuxième cylindre, des deuxièmes moyens de réglage pour faire varier l'écartement entre le premier et le troisième cylindre, des premiers moyens de refroidissement pour refroidir le premier cylindre, des deuxièmes moyens de refroidissement pour refroidir le deuxième, respectivement le troisième cylindre, ainsi que des troisièmes moyens de refroidissement, situés entre le deuxième et le troisième cylindre, pour refroidir la bande métallique mince coulée en continu.
Device for continuously casting a thin metal strip, and method of using it
The present invention relates to a device for continuously casting a thin metal strip, in particular a steel strip.
The continuous casting process is currently experiencing a very wide expansion, in particular for the mass production of steel products of current quality. This evolution is explained by the advantages that this casting method offers compared to previous methods of casting in molds. These advantages relate mainly to the reduction of production costs, the regularity and uniformity of the properties of the cast products and the reduction of internal and surface defects. This last advantage results in obtaining an improved surface condition, which makes rolling possible.
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Current installations for the continuous casting of steel generally have characteristics understood
within the following limits:
- thickness of the cast product: 100 - 300 mm;
- casting speed: 1.5 - 3 m / min .;
- maximum width of the product: 3000 mm.
Due to their thickness, continuously cast products
are first hot rolled in a roughing train to an intermediate thickness, then they are sent to the
finishing train where they are brought to their final thickness.
The hot rolling operation with the roughing gear is extremely expensive, it consumes large amounts of energy, it requires huge installations and consequently very high investments.
The present invention provides a device for eliminating this hot rolling operation on the roughing train, and for producing, by continuous casting, strips which can be used directly at the finishing train.
In the field of manufacturing metal strips by continuous casting, the "Hazelett" device is known in particular, in which the mold consists of two movable metal strips, the metal is poured between these two strips which move with it causing its cooling and therefore its solidification. This device is however limited to the casting of strips of approximately 10 mm to 50 mm thick. Indeed,
due to the flexibility of the bands constituting the mold, the cast band often presents relative variations in
<EMI ID = 3.1> On the other hand, very thick cast strips, for example greater than 50 mm, have high weights which require significant support means and large thicknesses of the mold strips.
A device is also known which essentially consists of a cooled cylinder rotating at high speed, onto which the liquid steel is dropped. With this device,
-products of strips having a thickness between 0.025 mm and 0.1 mm and a width not exceeding 150 mm, at a speed between 900 and 1800 m / min. This technique is used for the manufacture of very thin strips intended for electrical applications. Due to the extremely high rate of cooling of the steel in contact with the rotary cylinder, the strips obtained have a glassy and non-crystalline state unsuitable for industrial processing by deformation.
The subject of the present invention is a device for continuously casting a thin metal strip, with a thickness of 0.3 mm to 5 mm, which can either be used directly in the raw casting state or be sent to the rolling mill. Cold.
Another object of the present invention is to provide a device for producing thin metal strips making it possible to eliminate the operations and consequently the hot rolling installations.
Yet another object of the present invention is to provide a device for producing thin metal strips having a crystal structure which makes them capable of undergoing the deformations associated with their implementation
<EMI ID = 4.1> The device for continuously casting a thin metal strip, which is the subject of the present invention, is essentially characterized in that it comprises a first cylinder which can rotate around its substantially horizontal longitudinal axis , a second cylinder adjacent to the first cylinder, which can rotate about its longitudinal axis disposed parallel to the longitudinal axis of said first cylinder and defining therewith an inclined plane of approximately 45 [deg.] relative to the passing vertical plane by the longitudinal axis of said first cylinder, and a third cylinder, adjacent to the first cylinder, which can also rotate around its longitudinal axis arranged parallel to the longitudinal axis of said first cylinder and defining therewith a substantially horizontal plane passing by the longitudinal axis of said first cylinder,
first adjustment means for varying the spacing between the first and second cylinder, second adjustment means, for varying the spacing between the first and third cylinder, first cooling means for cooling the first cylinder, second cooling means for cooling the second, respectively the third cylinder, as well as third cooling means located between the second and the third cylinder, for cooling the thin metallic strip continuously cast.
According to a preferred embodiment of the invention, said first cylinder is a hollow cylinder, surrounding a spatially fixed inner shaft, around which it can rotate. The diameter of said inner shaft is substantially smaller than the inner diameter of the hollow cylinder, so as to provide a certain space between them. The hollow cylinder is supported on
said inner shaft by means of organs di.sposés in said space and preferably fixed to this inner shaft.
<EMI ID = 5.1> Also according to the invention, said first and second adjustment means comprise support members constituted by oil film bearings internally supporting said first hollow cylinder. A modification of the oil pressure in these bearings makes it possible to vary the distance between the hollow cylinder and its inner shaft. In this case, the second and third cylinders are preferably fixed in space.
According to another embodiment, said first and second adjustment means are constituted by devices making it possible to move the second and third cylinders by translation of their respective axis in the plane that this axis forms with the axis of the first cylinder, the said first cylinder being in this case fixed in space.
According to another characteristic of the invention, the said first cooling means comprise nozzles arranged in the space formed between the hollow cylinder and the said inner shaft, and projecting a cooling agent on the internal wall of the said hollow cylinder, at least in the region of this cylinder which is in contact with the cast product.
To promote cooling, said hollow cylinder is advantageously made of a material which is a good conductor of heat, for example copper.
Still according to the invention, said second cooling means comprise a jacket of refrigerant covering at least part of the lateral surface of the second, respectively of the third cylinder.
According to yet another feature of the invention, the so-called third cooling means comprise nozzles
<EMI ID = 6.1> 1st cylinder between the second and the third cylinder.
The device of the invention and its implementation method will now be explained in detail with reference to the preferred embodiment illustrated by the accompanying drawings, in which Figure 1 shows, in cross section, the relative arrangement cylinders and the trajectory of the cast strip, and Figure 2 illustrates the evolution of the thickness of metal solidified in the strip, as a function of time.
Referring first to Figure 1, a first hollow cylinder 1 of copper, with an outer diameter of 1300 mm, is supported on an inner shaft 2 by means of oil film bearings 3 and 4 not joined . This cylinder 1 rotates in the dextrorsum direction. For clarity of the drawing, only two oil film bearings 3 and 4 have been shown, but it is understood that such bearings are mounted on the whole lateral surface of the shaft 2 covered by the hollow cylinder 1. From on either side of each of these bearings 3 and 4 are arranged nozzles 5 making it possible to provide the desired cooling of the hollow cylinder 1 by spraying water onto its internal wall.
A second and a third cylinder 6 and 7, each provided with a jacket of cooling water, respectively 8 and 9, are arranged parallel to the hollow cylinder 1; the axes
of these two cylinders 6 and 7, spatially fixed, define with the axis of the hollow cylinder two planes making between them an angle of 45 [deg.] and the axis of the third cylinder 7 is in
the horizontal plane passing through the axis of the hollow cylinder 1.
In the present example, the two cylinders 6 and 7 have a diameter of 600 mm; they turn in the direction senestrorsum.
A series of nozzles 10 are mounted between the second. And
<EMI ID = 7.1> In this device, the liquid steel 11 is deposited on the hollow cylinder 1 upstream of the second cylinder 6. It flows
in the space between the hollow cylinder 1 and this second cylinder 6; this space can be modified by means of the bearings
with oil film 3, so as to obtain a uniform distribution
of the stream 12 of liquid steel along the length of the cylinders. The outer layers of the steel stream, in contact with the metal surfaces of cylinders 1 and 6, cool quickly, so that at the exit of the grip formed by cylinders 1 and 6, these outer layers of the veins are solidified. The vein moves with movement
of cylinder 1 and reaches the region between cylinders 6
and 7; in this region, the lower surface of the vein continues to cool in contact with the cylinder 1, while the upper surface is cooled by means of nozzles 10. The thickness of the solidified part of the vein thus increases over time . The cooling continues during the movement of the stream between the cylinders 6 and 7, so that the product, in this case the steel strip, is completely solidified when it reaches the grip formed by the cylinders 1 and 7.
The value of the spacing between the cylinders 1 and 7 is adjusted by means of the oil film bearings 4, so as to obtain, at
the exit from this right-of-way, a steel strip 13 presenting
the desired thickness profile. The torque necessary for this operation is preferably applied by the cylinder 7.
FIG. 2 represents the solidification profile of a steel strip with a thickness of 1 mm, moving with the cylinder 1 at a speed of 1 m / s.
The instant 0 corresponds to the entirely liquid steel stream, before it enters the right-of-way between cylinders 1 and 6.
At the exit of this right-of-way (t = 0.1 s), the strip is solidified in skin and the thickness of the solidified layers goes up � �
lie until reaching the entire section at the entrance to the right-of-way between cylinders 1 and 7 (t = 0.6 s). The hatched area represents the solidified part of the strip.
On leaving the device, the cooling of the strip 13 can continue, for example by means of a cooling system - not shown - by spraying water similar to 10.
After cooling, the strip can be rolled in the usual way to bring it to its final thickness. In particular, it can be cold rolled, without prior pickling, using solid lubricants according to an earlier proposal from the same applicant.
A steel strip cast in the device of the present invention has a fine crystalline structure which allows it to undergo subsequent forming operations.
Claims
1. Device for continuously casting a thin metal strip, characterized in that it comprises a first cylinder which can rotate around its substantially horizontal longitudinal axis, a second cylinder, adjacent to the first cylinder, which can rotate around its longitudinal axis arranged parallel to the longitudinal axis of said first cylinder and defining therewith an inclined plane of approximately 45 [deg.] relative to the vertical plane passing through the longitudinal axis of
said first cylinder, and a third cylinder, adjacent to the first cylinder, which can also rotate around its longitudinal axis disposed parallel to the longitudinal axis of the
said first cylinder and defining therewith a substantially horizontal plane passing through the longitudinal axis of said first cylinder, first adjustment means for varying the spacing between the first and second cylinder, second adjustment means for making vary the spacing between the first and the third cylinder, first cooling means for cooling the first cylinder, second cooling means for cooling the second, respectively the third cylinder, as well as third cooling means, located between the second and the third cylinder, to cool the thin metal strip continuously cast.