2023504 PROCEDE ET DISPOSITIF DE COULEE CONTINUE
DIRECTE DE PRODUITS METALLIQUES MINCES
La présente invention se rapporte au domaine des installations de coulée continue directe de produits métalliques, notamment en acier, de faible épaisseur, dans lesquelles la solidification du produit est assurée par le contact entre le métal liquide et la surface externe d'un cylindre unique ou de deux cylindres en rotation et énergiquement refroidis intérieurement.
La coulée continue directe de produits minces en acier (de l'ordre de 10 mm d'épaisseur, et moins) est actuellement expérimentée sur deux types principaux d'installation :
- d'une part des installations dans lesquelles le produit est solidifié dans une lingotière comportant deux parois mobiles constituées par les surfaces externes de deux cylindres en rotation autour des deux axes parallèles et refroidis intérieurement de fac~on énergique ;
- d'autre part, des installations dans lesquelles la surface externe d'un cylindre unique refroidi intérieurement vient lécher un bain de métal liquide, de manière à former sur le cylindre une pellicule qui se solidifie rapidement.
Les expériences en cours n'ont pas encore permis d'aboutir à l'obtention de produits totalement et constamment satisfaisants. Parmi les principaux défauts rencontrés figure la qualité insuffisante des rives du produit. Celles-ci présentent souvent des irrégularités d'épaisseur, de planéité et d'aspect, et il serait alors nécessaire de les chuter en vue d'une utilisation ultérieure du produit. Ces défauts sont d'ailleurs, 0n nature et en importance, tout à fait comparables à ceux rencontrés sur les produits fabriqués à partir de brames de coulée continue classique par laminage à chaud, que ces produits minces directement coulés en continu sont destinés à supplanter.
D'autre part, lorsque de telles installations seront en mesure de couler des bandes de grande largeur (par exemple, supérieure à 1 m), il sera intéressant d'avoir la possibilité de :- ',. ,: '~
20~3~4 couler sur la même installation des produits destinés à conserver leur largeur normale et des produits pouvant être facilement refendus pour donner une pluralité de bandes de plus faible largeur. Bien entendu, les modifications à apporter à
l'installation ne devraient pas nécessiter le changement de trop nombreuses pièces essentielles de celle-ci.
Le but de l'invention est de faciliter l'opération de chutage des rives du produit voire le refendage de ce même produit.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée continue de produits métalliques de faible épaisseur, notamment en acier, par solidification du métal liquide sur la surface refroidie d'au moins un cylindre en rotation, caractérisé en ce que, lors de la solidification du métal, sur au moins une face du produit une ligne de moindre résistance mécanique sensiblement parallèle aux rives.
L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisée en ce que l'un au moins des cylindres présente sur sa circonférence au moins une discontinuité superficielle.
Dans une forme de réalisation, cette discontinuité
superficielle est située à proximité d'une des extrémités du cylindre, et est constituée par une gravure en creux, telle qu'une rainure, qui peut être comblée par un matériau thermoisolant. Dans une autre forme de réalisation, elle est constituée par une zone en relief.
Comme on l'aura compris, le chutage des rives du produit ou son refendage, postérieurement à la coulée, est effectué selon les lignes de moindre résistance mécanique formées sur le produit pendant la solidification. Il est ainsi possible d'employer un appareillage de découpe de conception plus simple que dans le cas où le produit présente une résistance au cisaillement uniforme sur toute sa largeur.
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2023~04 :
L'invention sera mieux comprise au vu de la description qui suit, faisant référence à la planche unique de dessins sur laquelle, - la figure 1 schématise le processus de solidification du métal liquide sur la surface d'un cylindre refroidi comportant une rainure ;
- la figure 2 schématise une installation de coulée entre deux cylindres fixes l'un par rapport à l'autre, et aménagés selon l'invention.
- la figure 3 schématise une installation similaire, dont les cylindres sont translatables l'un par rapport à l'autre, et aménagés selon l'invention.
L'invention prend son origine dans l'observation selon ~ -laquelle, dans une machine de coulée continue sur un cylindre ou entre deux cylindres, une rayure accidentelle de la surface d'un cylindre aboutit à la formation de criques et d'hétérogénéités de structure sur le produit au cours de sa solidification. Le mécanisme de cette formation est illustré sur la figure 1. ; ;
L'acier liquide 1 vient au contact de la surface externe d'un ~ ~
20 cylindre 2 muni de moyens de refroidissement non représentés, - ~ --tels que des canaux internes à circulation d'eau. L'extraction de chaleur à partir du liquide opérée par le cylindre, symbolisée par les flèches 3, 3', a pour conséquence la formation d'une couche 4 de métal solidifié entre le cylindre et le métal encore liquide, couche dont l'épaisseur croit au fur et à mesure de la rotation du cylindre, jusqu'à ce que le produit complètement solidifié se sép'are de lui. Si la surface du cylindre comporte une rainure 5 suffisamment étroite pour que, grâce aux phénomènes de tension superficielle, le métal liquide ne puisse y pénétrer, la partie de la croûte solidifiée située à l'aplo~b de cette rainure subit une extraction de chaleur moindre que les parties ;~ ~-environnantes. En effet, contrairement aux parties environnantes, elle ne bénéficie pas du contact direct entre la croûte et la surface refroidie du cylindre. Il en résulte que, face à de la : ~
::
2023~04 rainure, la solidification est anormalement lente, ce qui se traduit par une épaisseur solidifiée inférieure à ce qu'elle devrait normalement être. Ce phénomène est aggravé par l'accumulation dans la partie la moins solidifiée des contraintes thermomécaniques exercées sur la croûte, qui provoque un décollement de la croûte au voisinage des bords de la rainure. Ce processus entraîne que la structure du produit présente des particularités là où la solidification a eu lieu face à d'une rainure. Ces particularités vont dans le sens d'une plus grande fragilité du produit, et sont favorables à la formation de fissures, ou criques, qui sont rédhibitoires lorsqu'elles apparaissent sur un produit destiné à être utilisé. Elles constituent, en effet, des amorces de rupture.
Ceci explique pourquoi la surface d'un cylindre de coulée doit être en principe exempte de telles rayures pouvant provoquer des défauts distribués aléatoirement. En revanche, les inventeurs ont pensé qu'il est intéressant de créer de facon délibérée, au voisinage des rives du produit et parallèlement à elles, des hétérogénéités de structure conduisant à une plus grande fragilité du produit à leur emplacement, voire à la formation immédiate de criques. Ces défauts constituent des lieux de rupture privilégiés lors du chutage des rives. Ce chutage peut donc être réalisé au moyen de machines de conception plus rudimentaire que les cisailles de rives du type de celles qui sont utilisées en aval des trains à bandes. Dans le cas de - l'inver,tion, un simple p,liage des rives est en effet suffisant pour provoquer leur séparation du reste du produit.
Dans certains cas, le frottement des rives sur les parois réfractaires qui obturent latéralement la lingotière est même suffisant pour amorcer la séparation des rives dès la solidification du produit.
La figure 2 schématise une installation de coulée continue entre deux cylindres 2, 2' qui, en cours de coulée, demeurent fixes l'un par rapport à l'autre. L'espace de coulée est obturé 2023504 CONTINUOUS CASTING PROCESS AND DEVICE
DIRECT THIN METAL PRODUCTS
The present invention relates to the field of direct continuous casting systems for metal products, especially in steel, of small thickness, in which the solidification of the product is ensured by contact between the liquid metal and the outer surface of a single cylinder or two cylinders rotating and energetically cooled internally.
Direct continuous casting of thin steel products (from about 10 mm thick, and less) is currently experienced on two main types of installation:
- on the one hand of the installations in which the product is solidified in an ingot mold with two movable walls formed by the external surfaces of two cylinders in rotation around the two parallel and cooled axes internally energetically;
- on the other hand, installations in which the external surface of a single cylinder internally cooled comes to lick a bath of liquid metal, so as to form on the cylinder a film which solidifies quickly.
Ongoing experiments have not yet succeeded obtaining products completely and constantly satisfactory. Among the main faults encountered is the insufficient quality of the product edges. These present often irregularities in thickness, flatness and appearance, and it would then be necessary to drop them for a subsequent use of the product. These defects are moreover, 0n nature and importance, quite comparable to those encountered on products made from slabs of conventional continuous casting by hot rolling, as these products Thin directly poured continuously are intended to supplant.
On the other hand, when such facilities are in operation able to sink very wide strips (for example, greater than 1 m), it will be interesting to have the possibility of : - ',. ,: '~
20 ~ 3 ~ 4 pour products intended for preserving on the same installation their normal width and products that can be easily split to give a plurality of lower bands width. Of course, the changes to be made to installation should not require too much change many essential parts of it.
The object of the invention is to facilitate the operation of falling of the edges of the product or even slitting of the same product.
To this end, the invention relates to a casting process continuous thin metal products, especially steel, by solidification of the liquid metal on the surface cooled by at least one rotating cylinder, characterized in that, when the metal solidifies, on at least one face of the produces a line of substantially less mechanical resistance parallel to the banks.
The invention also relates to an installation for the implementation of this process, characterized in that one at least of the cylinders present on its circumference at least one surface discontinuity.
In one embodiment, this discontinuity superficial is located near one end of the cylinder, and is formed by a hollow engraving, such a groove, which can be filled with a material heat insulating. In another embodiment, it is consisting of a raised area.
As will be understood, the falling of the edges of the product or its slitting, after casting, is carried out according to the lines of least mechanical resistance formed on the product during solidification. It is thus possible to use a cutting apparatus of simpler design than in the case where the product has uniform shear strength over its entire width.
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2023 ~ 04 :
The invention will be better understood in view of the description which follows, referring to the single plate of drawings on which, - Figure 1 shows schematically the solidification process of liquid metal on the surface of a cooled cylinder having a groove;
- Figure 2 shows schematically a casting installation between two cylinders fixed relative to each other, and arranged according to the invention.
- Figure 3 shows schematically a similar installation, including the cylinders are translatable relative to each other, and fitted out according to the invention.
The invention originates in the observation according to ~ -which in a continuous casting machine on a cylinder or between two cylinders, an accidental scratching of the surface of a cylinder leads to the formation of cracks and heterogeneities of structure on the product during its solidification. The mechanism of this formation is illustrated in Figure 1.; ;
The liquid steel 1 comes into contact with the external surface of a ~ ~
20 cylinder 2 provided with cooling means not shown, - ~ -such as internal water circulation channels. The extraction of heat from the liquid operated by the cylinder, symbolized by arrows 3, 3 ', results in the formation of a layer 4 of solidified metal between the cylinder and the metal still liquid, a layer whose thickness increases as the rotation of the cylinder, until the product completely solidified separates from him. If the cylinder surface has a groove 5 sufficiently narrow that, thanks to the phenomena of surface tension, the liquid metal cannot penetrate there, the part of the solidified crust located aplo ~ b of this groove undergoes less heat extraction than the parts; ~ ~ -surrounding. Indeed, unlike the surrounding parts, it does not benefit from direct contact between the crust and the cooled surface of the cylinder. It follows that, faced with : ~
::
2023 ~ 04 groove, solidification is abnormally slow, which results in a solidified thickness less than what it should normally be. This phenomenon is aggravated by the accumulation in the least solidified part of the stresses thermomechanics exerted on the crust, which causes a peeling of the crust in the vicinity of the edges of the groove. This process results in the structure of the product peculiarities where solidification took place in the face of a groove. These features go in the direction of greater fragility of the product, and are favorable for the formation of cracks, or cracks, which are crippling when they appear on a product intended for use. They constitute, in fact, incipient fractures.
This explains why the surface of a casting cylinder should in principle be free from such scratches which could cause faults distributed randomly. On the other hand, the inventors thought it was interesting to create deliberately, near the edges of the product and parallel to them, structural heterogeneities leading to greater fragility of the product in their location, even in the formation immediate from coves. These defects constitute places of privileged rupture during the fall of the banks. This fall can therefore be achieved by means of more design machines rudimentary than shears of the type of those which are used downstream of band trains. In the case of - the inversion, a simple p, binding of the banks is indeed sufficient to separate them from the rest of the product.
In some cases, the friction of the edges on the walls refractories which laterally seal the mold is even sufficient to initiate the separation of the banks from the solidification of the product.
Figure 2 shows a continuous casting installation between two cylinders 2, 2 'which, during casting, remain fixed relative to each other. The pouring space is closed
2 0 2 3 ~ 0 4 latéralement par deux parois réfractaires 7, 7' dites "petites faces" appliquées contre les extrémités des cylindres, et contre lesquelles se solidifient les rlves du produit. Les cylindres comportent sur leur circonférence au voisinage de chacune de leurs extrémités, une discontinuité superfi- cielle constituée par une rainure 5, 5', 5", 5"'. Ces rainures forment chacune sur le produit une ligne de moindre résistance mécanique proche d'une rive, et selon laquelle s'effectuera ultérieurement le chutage des rives. Bien entendu, les rainures agissant sur les faces opposées de la même rive du produit (5 et 5" d'une part, 5' et 5"' d'autre part) doivent être préférentiellement placées en regard l'une de l'autre, afin que les lignes de moindre résistance mécanique qu'elles définissent voient leurs effets s'additionner au moment du chutage des rives.
La figure 3 schématise une installation de coulée dans laquelle le cylindre 2 est fixe et le cylindre 2' mobile sur son axe, comme indiqué par la flèche. Ces cylindres sont dits "translatables" l'un par rapport à l'autre. La petite face 8 respectivement 8' est solidaire de l'extrémité latérale du cylindre 2 respectivement 2' et repose de fason coulissante sur la surface de travail du cylindre 2' respectivement 2. Ce dispositif a pour effet de permettre de changer la largeur du produit, y compris pendant la coulée elle-même. Etant donné la multiplicité des positions que peuvent, prendre les cylindres l'un par rapport à l'autre, il n'est pas possible de les rainurer de manière à toujours faire coopérer leurs rainures respectives, contrairement au cas précédent. En conséquence, sur chaque cylindre, on ne ménage qu'une rainure unique 5, 5' disposée au voisinage de l'extrémité du cylindre solidaire de la petite face 8, 8'. De cette fason, les lignes de moindre résistance mécanique formées sur le produit sont seulement au nombre d'une par rive.
Leur effet doit donc être suffisamment marqué pour permettre quand même le chutage aise des rives dans des conditions analogues à celles du cas précédent.
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Dans le cas de la coulée sur un seul cylindre rainuré à ses deux extrémités, là encore on ne peut former sur le produit qu'une seule ligne de moindre résistance mécanique par rive, puisque la solidification de l'une des faces du produit s'effectue de manière libre. Cependant, cet inconvénient est minimisé par le fait que les produits coulés suivant cette technique sont en général plus minces que ceux coulés entre deux cylindres. Le chutage des rives s'en trouve donc facilité.
Les rainures doivent être d'une part suffisamment étroites et nettement dessinées pour que les forces de tension superficielle empêchent le métal liquide de pénétrer au fond des rainures, et, d'autre part, suffisamment larges et profondes pour créer une rupture significative dans le mode de refroidissement du produit. Des dimensions possibles pour les rainures sont de l'ordre de 0,5 mm pour la largeur, et 0,5 mm pour la profondeur.
La section de la rainure peut être de forme quelconque, telle que triangulaire, ou, de préférence, sensiblement carrée ou rectangulaire. Ces dernières formes sont en effet les plus aptes à éviter les infiltrations de métal liquide dans la rainure, car elles provoquent une rupture de la surface du cylindre plus franche que ne le ferait une rainure de section triangulaire.
D'autre part, la rainure peut être comblée par un matériau thermoisolant. Ceci permet de créer une ligne de moindre résistance mécanique de plus grande largeur qu'avec une rainure simple, car ainsi on s'affranchit des problèmes d'infiltration du métal au fond de la rainure.
Les lignes dei moindre résistance mécanique doivent être suffisamment éloignées des rives pour permettre le bon fonctionnement de l'outil de découpe et garantir le chutage complet des parties défectueuses, sans toutefois imposer l'enlèvement d'une quantité excessive de produit sain. La largeur chutée peut être, par exemple, de lO mm de part et d'autre du produit.
j '23~-04 Comme on l'a dit, le procédé peut être également appliqué
pour faciliter le refendage du produit. Dans ce cas, des rainures sont ménagées sur les cylindres, cette fois sensiblement à
l'écart des rives, de manière à former sur le produit une ou plusieurs lignes de moindre résistance mécanique correspondant aux lignes selon lesquelles sera ultérieurement effectué le refendage. Ainsi, par exemple, la transformation d'une machine permettant habituellement de couler un produit unique de 1500 mm de large en une machine permettant d'obtenir en fin de compte deux produits de 750 mm de large ne nécessite que le remplacement du ou des cylindres classiques normalement utilisés par un ou des cylindres comportant une rainure sur leur circonférence médiane, et la mise en oeuvre d'un outil de refendage. Celui-ci peut être disposé sur la machine de coulée en aval des cylindres, ou être indépendant de la machine et n'agir sur les produits que postérieurement à leur coulée et à leur bobinage.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples ~ --décrits. D'autres moyens de création de lignes de moindre résistance mécanique près des rives du produit sont envisageables. On peut imaginer, en particulier, de remplacer les rainures sur les cylindres par tout autre modèle de gravure en creux, tel qu'un ensemble de plusieurs rainures proches les unes des autres, ou même par des zones en relief, telles que des nervures ou des picots, qui diminueraient localement l'épaisseur du produit et faciliteraient ainsi la découpe de ses rives ou son refenqage. D'autre part,i si l'orientation générale des lignes de~
moindre résistance mécanique est sensiblement parallèle aux rives, ces lignes peuvent présenter des ondulations.
Enfin, l'invention est également applicable au cas où les cylindres présentent sur toute leur surface une rugosité
particulière obtenue par une série de gravures de faible largeur et de faible profondeur (de l'ordre de 0,1 mm), qui ont pour but de favoriser l'entraînement du produit par le ou les cylindres et d'améliorer son état de surface. Par leurs dimensions et leur - ' , action, elles se distinguent ainsi nettement des rainures selon l'invention qui forment des lignes de moindre résistance mécanique dans des zones déterminées du produit.
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-r~ 2 0 2 3 ~ 0 4 laterally by two refractory walls 7, 7 'called "small faces "applied against the ends of the cylinders, and against which solidify the rolls of the product. Cylinders have on their circumference in the vicinity of each of their ends, a surface discontinuity constituted by a groove 5, 5 ', 5 ", 5"'. These grooves each form on the product a line of least mechanical resistance close to a bank, and according to which the fall will take place later shores. Of course, the grooves acting on the faces opposite from the same edge of the product (5 and 5 "on the one hand, 5 'and 5 "'on the other hand) should preferably be placed in look at each other, so that the lines of least mechanical strength they define see their effects add up when the banks fall.
Figure 3 shows schematically a casting installation in which the cylinder 2 is fixed and the cylinder 2 'movable on its axis, as indicated by the arrow. These cylinders are said "translatable" relative to each other. The little face 8 respectively 8 'is integral with the lateral end of the cylinder 2 respectively 2 'and slidingly rests on the working surface of the cylinder 2 'respectively 2. This device has the effect of allowing the width of the product, including during casting itself. Given the multiplicity of positions that can take cylinders relative to each other, it is not possible to groove them so as to always make their respective grooves cooperate, unlike the previous case. As a result, on each cylinder, only a single groove 5, 5 ′ is arranged at the near the end of the cylinder attached to the small face 8, 8 '. In this way, the lines of least mechanical resistance formed on the product are only one in number per bank.
Their effect must therefore be sufficiently marked to allow still the fall makes the banks comfortable under conditions similar to those of the previous case.
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In the case of casting on a single cylinder grooved at its two ends, again we cannot form on the product only one line of less mechanical resistance per bank, since the solidification of one of the faces of the product is done freely. However, this drawback is minimized by the fact that the products cast according to this techniques are generally thinner than those poured between two cylinders. The fall of the banks is therefore facilitated.
On the one hand, the grooves must be sufficiently narrow and clearly drawn so that the tension forces surface prevent liquid metal from entering the bottom of grooves, and, on the other hand, sufficiently wide and deep to create a significant break in the cooling mode of the product. Possible dimensions for the grooves are 0.5 mm for the width, and 0.5 mm for the depth.
The section of the groove can be of any shape, such as triangular, or, preferably, substantially square or rectangular. These latter forms are indeed the most apt to avoid liquid metal infiltration in the groove, because they cause the cylinder surface to break more frank than a triangular section groove would do.
On the other hand, the groove can be filled with a material heat insulating. This creates a line of lesser greater mechanical resistance than with a groove simple, because in this way we get rid of infiltration problems metal at the bottom of the groove.
Lines of less mechanical resistance must be far enough from the shore to allow good operation of the cutting tool and guarantee the fall complete of defective parts, without however imposing removal of an excessive amount of healthy product. The width dropped may be, for example, 10 mm on either side of the product.
j '23 ~ -04 As mentioned, the process can also be applied to facilitate the splitting of the product. In this case, grooves are arranged on the cylinders, this time substantially at away from the banks, so as to form one or more on the product several lines of corresponding lower mechanical resistance the lines along which the slitting. So, for example, the transformation of a machine usually allowing to pour a single product of 1500 mm wide in a machine allowing to get in the end two 750 mm wide products only need replacement of the conventional cylinder (s) normally used by one or more cylinders having a groove on their median circumference, and the implementation of a slitting tool. This can be arranged on the casting machine downstream of the cylinders, or be independent of the machine and only act on the products after their casting and their winding.
Of course, the invention is not limited to the examples ~ -described. Other ways of creating lesser lines mechanical strength near the edges of the product are possible. One can imagine, in particular, to replace the grooves on the cylinders by any other engraving model in hollow, such as a set of several grooves close together from others, or even by raised areas, such as ribs or spikes, which locally decrease the thickness of the product and would thus facilitate the cutting of its edges or its rewind. On the other hand, i if the general orientation of the lines of ~
lower mechanical resistance is substantially parallel to banks, these lines may have undulations.
Finally, the invention is also applicable to the case where the cylinders have a roughness over their entire surface particular obtained by a series of narrow width engravings and shallow (of the order of 0.1 mm), which aim to promote the entrainment of the product by the cylinder or cylinders and to improve its surface condition. By their dimensions and their - ' , action, they are clearly distinguished from grooves according to the invention which form lines of least resistance mechanical in specific areas of the product.
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