Procédé de coulée de métaux et machine pour la mise eu oeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de coulée de métaux sous forme d'une feuille continue plus large qu'épaisse et une machine pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Un des principaux problèmes inhérent à une machine à couler les métaux classique utilisant des bandes de coulée, est apparemment posé par le gau chissement localisé de la bande métallique en raison de son contact avec le métal chaud. Lorsqu'une tôle froide, comme une bande refroidie par eau, est mise en contact avec le métal fondu, la surface de la feuille ou tôle se trouvant contre le métal chaud devient plus chaude que la surface exposée à l'eau froide. La dilatation des côtés chauds assure une flexion ou un gauchissement de la bande dans le sens du métal chaud. Simultanément, le métal fondu commence à se solidifier à partir de sa surface vers l'intérieur; mais en raison du gauchissement de la bande métallique, la transmission de chaleur du mé tal à la bande n'est pas uniforme.
Il en résulte une croissance irrégulière des grains dans le métal en cours de solidification. Le refroidissement non uni forme engendre des marques ou points poreux et un manque d'uniformité de densité du feuillard coulé. Ceci est particulièrement important si le feuillard coulé doit être laminé ou façonné, attendu qu'un trai tement supplémentaire ne peut pas être effectué avec succès.
Le problème est rendu plus complexe par le fait que le métal en cours de coulée subit un retrait im portant à mesure qu'il passe de l'état liquide à l'état solide. Ceci est particulièrement vrai pour l'alumi nium et ses alliages. A mesure que le métal se soli difie, il passe par un stade dans lequel il ne présente pratiquement pas de résistance à la traction. Le con tact de frottement entre la bande de coulée et le métal est susceptible de soumettre le métal à des efforts de traction suffisants pour provoquer un cra- quelage du produit.
La présente invention se propose notamment de fournir un procédé de coulée et une machine dans lesquels les difficultés susmentionnées sont entière ment éliminées et le produit ainsi obtenu est une barre de métal sans défaut, à grain fin, exempte de défauts superficiels et ne présentant sensiblement au cune tension interne.
Le procédé de coulée selon l'invention de métaux sous forme d'une feuille continue plus large qu'épaisse, dans lequel on utilise un revêtement tem poraire pour supporter le métal de manière qu'il soit maintenu sans contrainte pendant qu'il se solidifie et se refroidit, est caractérisé en ce qu'on coule en con tinu le métal fondu sur une feuille de revêtement formée d'une matière résistant à la chaleur du métal fondu et qui n'est pas mouillée par celui-ci, tandis qu'on empêche ledit métal fondu de s'écouler latéra lement au-delà des bords latéraux de la feuille de revêtement, en ce qu'on fait avancer ladite feuille de revêtement et le métal porté par elle sur une surface de support plane,
en ce qu'on fait adhérer ladite feuille de revêtement à la surface du métal de manière que la feuille soit obligée de se contrac ter en largeur avec le métal lorsque ce dernier se contracte, en ce qu'on expulse la chaleur du métal fondu à travers ledit revêtement et ladite surface de support pour le solidifier et le refroidir, en ce qu'on arrache ladite feuille de revêtement de la surface du métal solidifié et la ramène à son point de départ, et en ce qu'on lisse et étale ladite feuille de revêtement pour lui redonner sa largeur normale avant de couler à nouveau sur elle du métal.
La machine pour la mise en aeuvre de ce procédé est caractérisée en ce qu'elle comprend une platine horizontale ayant une surface supérieure plane définissant un large côté d'une cavité de moule, un moyen pour refroidir la platine, une bande de toile de coulée tissée recou vrant la platine, la toile de coulée étant formée de brins qui ne sont pas endommagés par la haute tem pérature du métal fondu et qui ne sont pas mouillés par ce dernier et étant également molle et souple de façon que le poids du métal fondu remplissant la cavité du moule presse la toile de coulée de haut en bas en bon contact conducteur de la chaleur avec la platine,
la toile de coulée ayant des interstices et des irrégularités superficiels qui sont imprimés sur la surface du métal lorsque ce dernier se solidifie de façon que la toile de coulée adhère par frottement à la surface du métal et soit amenée à subir un retrait en largeur avec le métal à mesure que le métal subit un retrait dans le sens transversal pendant la solidi fication et le refroidissement, et un moyen pour faire avancer la toile de coulée à travers la cavité du moule à une vitesse uniforme pendant l'écoulement du métal fondu dans l'extrémité d'entrée de la cavité du moule.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine objet de l'inven tion pour la mise en oeuvre du procédé également objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en bout de la machine à couler les métaux, à fonctionnement continu, mon trant son extrémité de réception du métal, l'ajutage d'admission du métal et le réservoir étant enlevé ; la façon dont la partie supérieure de la machine peut basculer est représentée en traits interrompus.
La fig. 2 est une vue partielle à plus grande échelle montrant l'extrémité d'entrée de la machine, le réservoir et l'ajutage d'admission du métal étant également représentés en partie ; la fig. 3 est une coupe longitudinale de la ma chine, suivant la ligne 3-3 de la fig. 1 ; la fig. 4 est une coupe partielle à plus grande échelle suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, montrant l'un des ensembles de coulée des bords ; la fig. 5 est une coupe partielle, à encore plus grande échelle, suivant la ligne 5-5 de la fig. 4 ;
la fig. 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la fig. 5 ; la fig. 7 est une coupe partielle suivant la ligne 7-7 de la fig. 4 ; la fi,-. 8 est une vue en plan de la machine dans son ensemble ; la fig. 9 est une vue de côté schématique de la machine représentée sur la fig. 8 ; la fig. 10 est une vue de face partielle, à beau coup plus grande échelle, de l'une des barres de gui dage, montrant les nervures qui ont tendance à écar ter la bande de coulée ;
la fig. 11 est une coupe partielle à encore plus grande échelle suivant la ligne 11-11 de la fig. 10 ; la fig. 12 est une vue à plus grande échelle d'une petite partie de l'une des courroies de coulée tissée, montrant d'une manière exagérée la façon dont le tissu subit un retrait dans le sens longitudinal et dans le sens transversal avec le métal à: mesure que ce dernier refroidit ; 1a fig. 13 est une coupe partielle à beaucoup plus grande échelle montrant la relation d'une platine, d'une courroie en tissu et de la pièce coulée métal lique ;
la fie.. 14 est une autre coupe partielle, analogue à celle de la fig. 13 mais à plus petite échelle, mon trant une variante de la courroie en tissu avec une bande métallique se trouvant au-dessous d'elle.
La machine à couler les métaux à fonctionne ment continu repose sur un bâti de base 1 qui com prend deux plaques verticales espacées 2. A l'inté rieur des plaques verticales 2 se trouvent deux pla ques verticales réglables 3, dont la position est déter minée par des vis de réglage 4. Les plaques verticales réglables 3 supportent entre leurs extrémités supé rieures une platine inférieure 5 dans laquelle sont incorporés des conduits appropriés ou une chambre 6 pour faire circuler un agent de refroidissement comme l'eau.
Derrière la platine 5 se trouve un rouleau de commande refroidi par eau 7. A l'extrémité anté rieure de la platine 5 se trouve une barre de guidage semi-circulaire 8. Sous le rouleau de commande 7 et la barre de guidage 8 se trouvent des rouleaux de guidage 9 qui, avec le rouleau de commande 7 et la barre de guidage 8, définissent un rectangle au tour duquel est enroulée une bande de coulée en toile tissée 10 qui sera décrite plus en détail ci-après. Entre les rouleaux de guidage 9 se trouve un rou leau oblique 11 qui peut être disposé légèrement à l'écart d'une position parallèle avec les rouleaux de guidage 9 de façon à effectuer un réglage latéral de la bande de coulée 10.
D'un côté des plaques verticales 2 se trouve une console de montage 12 qui supporte à pivot un bâti 13 sur un arbre pivot 14. Le bâti 13 comprend des plaques latérales espacées 15 qui sont reliées à leurs extrémités inférieures par une platine supérieure 16, analogue à la platine inférieure 5 excepté qu'elle est légèrement plus courte. Des conduits de refroidisse ment appropriés ou une chambre de refroidissement 17 sont prévus dans la platine supérieure 16.
Derrière la platine supérieure 16 se trouve un rouleau de commande refroidi par eau 18 et devant la platine supérieure se trouve une barre de guidage semi-cylindrique 19 correspondant à la barre de gui dage 8. Au-dessus de la barre de guidage et des rou leaux de commande, pour définir avec eux l'angle d'un rectangle, se trouvent deux rouleaux de guidage 20, et entre la barre de guidage 19 et l'un des rou leaux de guidage 20 se trouve un rouleau oblique 21 correspondant au rouleau 11. Une bande de coulée 10 identique à la barde de coulée qui passe sur la platine inférieure 5 est enroulée autour du rouleau de commande, des rouleaux de guidage et de la barre de guidage.
Du fait que la platine supérieure 16 est plus courte que la platine inférieure 5, les rouleaux de guidage 20 sont espacés d'une plus grande dis tance de la platine supérieure 16 que les rouleaux de guidage 9 le sont de la platine inférieure 5, de façon à pouvoir utiliser des bandes de coulée identi ques 10.
Le bâti 13 est muni d'un contrepoids 22 et d'une vis de basculement appropriée 23 dans le but de dé placer la platine supérieure 16 et son ensemble asso cié entre la position indiquée en traits pleins et la position indiquée en traits interrompus sur la fig. 1.
Deux bâtis 25 sont supportés de façon appro priée par des consoles 24 derrière la platine infé rieure 5 et l'ensemble associé, comme indiqué en partie sur la fig. 3, et supportent une paire d'ensem bles de coulée des bords 26 qui sont destinés à pivo ter entre la position en traits pleins et la position en traits interrompus représentée schématiquement sur la fig. 8. Comme on le voit en particulier sur les fig. 4, 5, 6 et 7, chaque ensemble de coulée 26 comprend un pignon<I>27a</I> et une roue de guidage<I>27b</I> autour de laquelle passe une chaîne 28.
Le pignon et les roues de guidage<I>27a</I> et<I>27b</I> présentent des axes verticaux et l'axe du pignon postérieur 27a peut coïncider avec l'axe de rotation du bâti 25 sur la console de montage correspondante 24. La roue antérieure 27b de chaque ensemble de coulée 26 se trouve légèrement en avant de la pla tine inférieure 5. Le plan défini par les roues 27a et 27b et la chaîne 28 de chaque ensemble se trouve entre les bandes de coulée inférieure et supérieure. Chaque chaîne 28 présente une série de segments de coulée des bords 29 reliés aux maillons de la chaîne de façon que cette dernière soit rectiligne, les extré mités des segments étant en relation continue les unes avec les autres.
L'un des brins de chaque chaîne est disposé de façon que les segments 29 portés par eux passent entre les bandes de coulée supérieure et inférieure.
Entre les roues<I>27a</I> et<I>27b</I> de chaque ensemble 26 s'étend un bâti de liaison 30 présentant un élé ment en U de retenue 31 dans lequel est disposée une barre d'appui 32, qui s'appuie contre le dos de la chaîne correspondante 28 pour guider les seg ments de coulée 29 entre les bandes de coulée 10. La barre latérale est soutenue par des vis de fixa tion et sa surface en regard de la chaîne est profilée de façon qu'avec un réglage correct des vis de fixa tion, les segments de coulée 29 puissent être déplacés vers l'intérieur de manière à passer entre les roues antérieure et postérieure<I>27a</I> et<I>27b</I> pour compenser le retrait latéral de la pièce coulée métallique entre elles.
Afin de faciliter l'utilisation de la barre d'ap pui 32, les chaînes 28 sont du type ayant des galets 35 qui roulent sur le bord de la barre. En outre, les chaînes sont munies de pattes 36 qui se trouvent au-dessus et au-dessous de la barre ou piste comme on le voit en particulier sur la fig. 6. Une ou plu sieurs des vis de fixation 34 peuvent faire saillie dans des logements associés ménagés dans la barre 32 de façon à empêcher la barre de se déplacer lon gitudinalement.
Devant la barre de guidage 8 se trouve une barre transversale 37 à laquelle est soudé un dis positif de serrage inférieur 38 du bloc d'ajutage qui coopère avec un dispositif de serrage supérieur 39 du bloc d'ajutage pour fixer un bloc d'ajutage 40 entre eux. Les extrémités des dispositifs de serrage 38 et 39 faisant face aux barres de guidage infé rieure et supérieure 8 et 19 sont biseautées pour dé gager les bandes de coulée 10. Le bloc d'ajutage 40 est en une matière réfractaire appropriée et s'étend entre les bandes de coulée 10 dans la région où les bandes de coulée se déplacent sur leurs platines res pectives et sont en relation parallèle.
L'épaisseur du bloc d'ajutage 40 est sensiblement égale à l'épaisseur de la barre de métal à couler et présente une série de passages axiaux 41. Au voi sinage des extrémités latérales du bloc d'ajutage 40, les passages 41 divergent de façon à répartir unifor mément le métal fondu sur les bandes de coulée. Le bloc d'ajutage se trouve légèrement en arrière des roues antérieures 27b des ensembles de coulée 26, comme on le voit sur la fig. 4.
En avant du bloc d'ajutage 40 se trouve un ré servoir 42 présentant un ajutage approprié 43 qui peut être amené en regard du bloc d'ajutage 40, comme représenté sur la fig.. 2. Le métal fondu con tenu dans le réservoir 42 est déchargé par l'ajutage 43 et le bloc d'ajutage 40 dans l'espace compris entre les bandes de. coulée 10 et les segments de cou lée 29. Un tube 44 réservé à un agent de refroidisse ment est prévu sous le dispositif de serrage infé rieur 38 pour réduire au minimum la déformation du dispositif de serrage inférieur, comme représenté sur la fig. 2.
En arrière des consoles de montage 24, c'est- à-dire en arrière du rouleau de commande 7, se trouve un ensemble de 'commande d'avance 45. L'en semble de commande d'avance comprend une char pente qui supporte un jeu de rouleaux inférieurs 46 et un jeu de rouleaux supérieurs 47. Ces rouleaux sont réglés de façon à venir au contact des surfaces opposées du métal coulé et à tirer le métal solide à mesure qu'il sort d'entre les bandes de coulée. Des rouleaux latéraux 48 sont prévus pour effectuer un réglage latéral du métal coulé solide passant entre les rouleaux 46 et 47.
Les ensembles de coulée inférieur et supérieur comprennent respectivement la platine inférieure 5, la platine supérieure 16, les ensembles de coulée marginaux 26 et l'ensemble de commande d'avance 45 et sont synchronisés en fonctionnement par un moyen de commande approprié représenté en partie sur la fig. 1, se trouvant d'un côté du bâti de base 1. A titre illustratif, on va se référer à la vue schémati que de la fig. 9.
Le moyen de commande comprend un moteur 49 qui transmet une force à un moyen de réglage de vitesse 50 ayant des prises de force appropriées 51, 52 et 53 reliées respectivement à l'ensemble de com mande d'avance 45, au rouleau de commande infé rieur 9 et au rouleau de commande supérieur 18. En outre, une prise de force qui comprend les pignons coniques 54 représentés sur la figure 3 actionne les pignons postérieurs des ensembles de coulée margi naux 26.
Les vitesses des diverses prises de force sont coordonnées de façon que les courroies de cou lée et les segments de coulée se déplacent essentielle ment à la même vitesse, et l'ensemble de commande d'avance 45 est réglé pour déplacer la matière cou lée à la vitesse correcte pour réduire au minimum les efforts de tension ou de compression dans la matière à mesure qu'elle est coulée.
Il est essentiel au fonctionnement de la machine que les bandes de coulée 10 soient formées en une matière tissée capable de subir un retrait à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de façon à suivre le retrait du métal à mesure qu'il refroidit de son état fondu à son état entièrement solide.
Il s'est avéré que pour couler l'aluminium, on peut utiliser une toile de verre pour les bandes de coulée. Ceci est vrai même si la toile de verre se ramollit ou s'affaiblit si elle est chauffée à la tem pérature de l'aluminium fondu. En pratique, ceci ne se produit pas en raison du contact entre la toile de verre et la platine refroidie.
En d'autres termes, bien que la toile de verre présente des propriétés calorifuges, elle est capable de conduire la chaleur de façon à empêcher une destruction de la surface qui est en contact avec le métal fondu. En pratique, une seule courroie en toile de verre peut supporter un fonctionnement continu de plusieurs jours sans être remplacée. La toile de verre est relativement peu coûteuse et peut être rem placée à la fin de chaque opération normale.
Les propriétés isolantes de la toile de verre dif fusent la chaleur du métal fondu à la platine refroi die de façon à protéger la platine d'un choc thermi que excessif et, par conséquent, la durée de vie en service de la platine est prolongée dans une grande mesure. Les platines fixes atteignent un état de gra dient de température stable et constant pendant l'opé ration de coulée et ne sont pas soumises à un chauf fage et à un refroidissement alternés, comme dans le cas des bandes de coulée.
Le tissu tissé présente un avantage particulier par rapport à une bande en tôle ou solide, une pla tine ou une enveloppe de rouleau. Lorsqu'une telle bande métallique est chauffée d'un côté et refroidie de l'autre côté, ou qu'il existe une différence de tem pérature, le côté chaud se dilate par rapport au côté froid et, en raison de sa nature rigide, la bande se soulève et se déforme à partir du côté froid. Ceci ne se produit pas avec un tissu tissé souple.
En outre, si la bande métallique est protégée à l'encontre d'un gauchissement ou si l'élément est une platine ou un rouleau fortement renforcé, la sur face se dilate encore et est soumise à une compres- sion. Si la surface est chauffée et refroidie de façon répétée, il en résulte une fatigue thermique et la sur face se craquèle ou se fissure . Ceci ne se produit pas en utilisant un tissu tissé souple.
Une autre particularité plus importante résultant de l'utilisation d'un tissu tissé est qu'il peut se con tracter ou subir un retrait librement en corrélation précise avec le retrait du métal à mesure qu'il passe de l'état fondu à l'état entièrement solide. Le métal, qui ne mouille pas la matière tissée, recouvre les interstices et provoque apparemment un blocage mu tuel mécanique superficiel avec la surface, de façon que lorsque chaque tronçon de métal correspondant à la distance comprise entre les brins adjacents de la matière tissée subit un retrait, les brins se rap prochent facilement l'un de l'autre sans conférer d'effort de traction au métal en cours de coulée.
Ceci est particulièrement important pendant le stade cri tique dans lequel le métal est essentiellement à l'état semi-solide et presque dépourvu de résistance à la traction. Au cours de ce stade critique, une résistance quelconque au retrait du métal engendre des fissures ou des vides dans le métal. En fait, l'obtention de ce retrait libre du métal a posé l'un des problèmes principaux de la machine à couler classique.
Afin de montrer le retrait de la matière tissée qui se produit à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, on va se référer à la fia. 12. En cours de retrait, les brins individuellement ne chan gent pas de dimension ; mais les espaces compris entre les brins diminuent. Il est inutile que la matière constituant les brins subisse un retrait proportionnel au retrait du métal coulé, du fait que la diminution de l'espace entre les brins ne fait que légèrement aug menter les ondulations des brins individuels. Un tra vail important n'est pas nécessaire pour le réaliser par conséquent, aucune résistance appréciable au re trait n'est transmise de la matière tissée au métal coulé.
La corrélation entre le retrait de la matière tissée et le métal coulé est probablement améliorée par le fait que le métal en recouvrant l'espace com pris entre les brins effectue un blocage mécanique superficiel, comme représenté par les ondulations A du métal coulé B, comme représenté sur la fig. 13. Une condition importante de la matière utilisée pour les bandes de coulée est qu'elle ne soit pas mouillée par le métal fondu et les fibres de verre satisfont à cette condition.
Bien qu'il se soit avéré satisfaisant d'utiliser une bande de coulée 10 constituée uniquement par une matière tissée, il est possible d'utiliser une bande de coulée stratifiée ayant une couche externe en matière tissée et une couche interne en matière en feuille, comme représenté sur la fig. 14. Dans ce cas, la couche externe 10a peut être en toile de verre ou tissu, tandis que la couche interne lob peut être en tôle. La tôle constitue en fait une platine mobile et en fait, son côté intérieur peut venir en contact di rect avec un agent de refroidissement.
Attendu que les minces bandes métalliques sont encore plus sen- Bibles au choc thermique qu'une platine épaisse, la fonction d'une matière tissée, en particulier s'il s'agit d'une matière ayant des qualités isolantes, comme une toile de verre, est particulièrement avantageuse.
Du fait que le métal a tendance à soumettre les bandes de coulée 10 latéralement à un retrait, pen dant la coulée, il est souhaitable d'utiliser un moyen classique pour provoquer un allongement latéral des bandes de coulée. Il est coutumier, en pratique, de prévoir dans une machine utilisant des bandes trans porteuses en tissu ou matière analogue des rouleaux spéciaux qui sont rainurés ou autrement agencés pour frotter latéralement sur la toile pour atteindre ce résultat.
Un moyen permettant d'y parvenir est représenté sur les fig. 10 et 11. Ce moyen consiste essentielle ment à prévoir des rainures rudimentaires ou peu profondes 55 dans les barres de guidage 8 et 19. Les rainures sont ménagées hélicoïdalement vers la droite et vers la gauche à partir du centre des barres de guidage de façon à exercer une force de frotte ment latéral sur les bandes de coulée 10 à mesure qu'elles passent sur elles. On doit noter que la toile de verre présente, de façon inhérente, un certain degré d'élasticité qui par lui-même a tendance à agir de façon à provoquer un étalement latéral de la toile de fibre de verre, dès qu'elle n'est plus sou mise à l'effet du retrait du métal.
Il est très souhaitable que les surfaces des platines soient aussi planes que possible dans les conditions de fonctionnement. Même si elles sont refroidies par eau, il se produit un certain gauchissement ou une certaine flexion des côtés soumis à la chaleur provenant du métal. Bien que cela puisse être théo riquement compensé par un meulage initial en creux des surfaces, il est difficile de le réaliser en pratique. On peut effectuer également une compensation en plaçant des réchauffeurs en forme de bandes 56 au- dessous et au-dessus des platines 5 et 16, respective ment.
Ces réchauffeurs dilatent les côtés éloignés de la platine d'une façon correspondant à la dilatation de ses côtés rapprochés. En réglant la chaleur appli quée et en déterminant judicieusement l'emplace ment des réchauffeurs en forme de bandes, on ob tient une compensation satisfaisante de façon à pou voir régler la section droite de la matière en cours de coulée.