CH647172A5 - Machine de coulee continue de metal en fusion. - Google Patents

Description

La présente invention concerne une machine de coulée continue de métal en fusion, comportant au moins une bande de coulée, qui est une bande sans fin flexible. Un dispositif élève la température de la bande de coulée sans fin pendant qu'elle tourne autour de la poulie d'entrée ou du rouleau d'étranglement (poulie d'étranglement) de la machine, en appliquant directement de la vapeur sur la surface arrière de la bande au moyen de tubes d'alimentation en vapeur enroulés munis d'orifices radiaux et d'une buse à l'une de leurs extrémités, de façon à diriger de la vapeur sur le côté arrière de la bande de coulée, immédiatement avant qu'elle entre dans la zone de coulée, à partir de la poulie d'entrée.

Les brevets U.S. Nos 3937270 et 4002197 ainsi que les brevets divisionnaires Nos 4062235 et 4082101 décrivent des machines de coulée continue à deux bandes dans lesquelles la température des bandes de coulée flexibles est élevée de manière définie avant que les bandes viennent en contact avec le métal en fusion, afin d'améliorer les conditions de coulée pendant le fonctionnement des deux bandes de coulée minces et flexibles. Les bandes de coulée tournent autour de poulies et passent le long d'une zone de coulée depuis son extrémité d'entrée jusqu'à son extrémité de sortie, et les poulies qui se trouvent à l'entrée sont appelées poulies d'entrée ou d'étranglement, ou rouleaux d'étranglement. Le préchauffage de la bande de coulée est assuré dans les brevets précités par l'utilisation d'éléments chauffants à infrarouge qui sont dirigés vers les surfaces de coulée des bandes, en étant placés à faible distance de ces surfaces. Ces éléments chauffants ont pour fonction de durcir et de sécher toute matière de revêtement présente sur les bandes, ainsi que de préchauffer les bandes pour réduire la différence de température qui apparaîtrait dans une bande froide venant soudainement en contact avec le métal chaud, en fusion, qui doit être coulé sur la bande en mouvement. Les brevet précités décrivent ou mentionnent également d'autres procédés de préchauffage de la bande de coulée qui comprennent le chauffage de rouleaux d'étrangelement creux eux-mêmes, par injection d'un fluide chaud, tel que de la vapeur, qui est dirigé à l'intérieur du rouleau d'étranglement creux. On peut également diriger un fluide chaud, tel que de la vapeur, dans des gorges profondes formées dans le rouleau d'étranglement, sous les surfaces intérieures des bandes de coulée, pour contribuer à l'élévation et à la maîtrise de la température de ces bandes. Ces procédures soulèvent la difficulté qui consiste en ce que le fait de chauffer les rouleaux d'étranglement ou de diriger de la vapeur dans les gorges profondes des rouleaux d'étranglement dissipe une quantité importante de la chaleur générée par la vapeur et applique une grande partie de cette chaleur à la poulie d'entrée ou d'étranglement et non à la surface inférieure de la bande qui intervient directement dans le processus de coulée. En outre, la commande de la température de la bande repose dans une large mesure sur la température de la poulie d'entrée ou d'étranglement et elle n'est donc pas très efficace en ce qui concerne la maîtrise de la différence de température réelle de la bande avant et après son entrée dans la zone de coulée. De plus, la poulie d'entrée ou d'étranglement est relativement massive et réagit de façon relativement lente aux changements de température, alors qu'une réaction rapide dans le préchauffage de la bande est nécessaire lorsqu'on augmente la vitesse de coulée au cours de changements des conditions de fonctionnement dans une machine de coulée à bande flexible.

L'invention a pour but de créer une machine pour la coulée de métal en fusion, dans laquelle la bande de coulée flexible est préchauffée uniformément et rapidement par application directe de vapeur à sa surface arrière, avant son entrée dans la zone de coulée, pour commander la différence de température de la bande avant et après son entrée dans la zone de coulée, afin d'accélérer le processus de coulée et d'améliorer la qualité du produit coulé.

A cet effet la machine selon l'invention est définie par la revendication 1. Ce préchauffage réduit la déformation de la bande de coulée et le gauchissement transversal le long de la région de coulée, près du point de contact entre le métal en fusion et la bande de coulée et immédiatement en aval de ce point.

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Le choc thermique subi par la bande et par les revêtements qu'elle porte est diminué, la durée de vie de la bande et des revêtements est augmentée ainsi que le rendement et la durée possible de coulée ininterrompue entre des changements de bande successifs. En outre, on peut faire fonctionner la machine plus rapidement, tout en produisant des produits coulés de meilleure qualité.

Selon un mode de réalisation de l'invention considéré à titre d'exemple, un tube d'alimentation en vapeur enroulé autour de la poulie et comportant une buse à l'une de ses extrémités est placé dans les gorges circonférentielles très profondes de la poulie afin d'appliquer directement à la surface arrière de la bande la vapeur qui est issue de la buse, dans le but de chauffer la bande sans fin avant qu'elle entre dans la zone de coulée, ce qui réduit la différence de température de la bande avant et après son entrée dans la zone de coulée, pour réduire ainsi la déformation et permettre d'augmenter la vitesse du processus de coulée ainsi que la durée de vie de la bande de coulée.

Le tube d'alimentation en vapeur enroulé peut comporter un orifice radial qui est placé de façon à projeter de la vapeur contre le côté arrière de la bande sans fin, à une position dans la gorge circon-fêrentielle de la poulie d'entrée qui est située avant l'endroit auquel le tube se termine par la buse.

La gorge circonférentielle très profonde dans laquelle se trouve le tube d'alimentation en vapeur enroulé peut également loger un tube d'alimentation en liquide de refroidissement enroulé qui a pour fonction d'amener le liquide de refroidissement, sous la forme d'un jet, sur le côté arrière de la bande de coulée lorsque celle-ci entre dans la zone de coulée.

On peut avantageusement employer ce dispositif d'élévation de la température de la bande sans fin avant son entrée dans la zone de coulée avec des machines de coulée à deux bandes, comme avec des machines de coulée à bande et roue. Plusieurs dispositifs sont prévus pour éviter que le liquide de refroidissement perturbe la fonction de chauffage du distributeur et des tubes de vapeur pour la poulie d'entrée inférieure dans une machine à deux bandes, et on peut également utiliser ces dispositifs dans une machine à bande et roue dans le but d'éviter que le liquide de refroidissement soit projeté sur le distributeur de vapeur et les tubes d'alimentation en vapeur.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la fig. 1 est une représentation schématique d'une machine de coulée continue à deux bandes;

la fig. 2 est une représentation schématique d'une machine de coulée continue à bande et roue;

la fig. 3 est un schéma d'un système de préchauffage par vapeur et d'un système de refroidissement par eau qui sont utilisés conjointement dans un mode de réalisation de l'invention;

la fig. 4 est une coupe en élévation d'une poulie d'entrée ou d'étranglement et des éléments voisins qui sont employés dans une machine de coulée à deux bandes comportant le préchauffage par vapeur et le refroidissement par eau;

la fig. 5 est une coupe agrandie selon la ligne 5-5 de la fig. 4, montrant ce qu'on voit lorsqu'on regarde dans une direction parallèle à une tangente à la poulie d'étranglement;

la fig. 6 est un graphique de profil de température de bande sur lequel on a tracé plusieurs courbes montrant la température d'une bande de coulée préchauffée conformément à cet exemple de réalisation de l'invention;

la fig. 7 est une coupe en élévation de la roue et de la bande de coulée avec ses poulies, dans une machine de coulée conformément à un second mode de réalisation de l'invention;

la fig. 8 est une coupe en élévation similaire à la fig. 4 qui montre un mode de réalisation modifié de la machine représentée sur la fig. 4;

la fig. 8A est similaire à la fig. 8, à l'exception du fait qu'elle montre des tubes de vapeur doubles, l'un contenant de la vapeur saturante et l'autre de la vapeur surchauffée;

la fig. 9 est une coupe partielle en élévation, similaire à une partie de la fig. 7, montrant un mode de réalisation modifié de la machine représentée sur la fig. 7;

la fig. 10 est une coupe d'une poulie d'entrée ou d'étranglement similaire à la représentation de la fig. 4, montrant un type de dispositif flexible de protection et d'essuyage qui peut être employé dans divers modes de réalisation de l'invention;

la fig. 11 est une vue de dessus agrandie d'une telle structure flexible de protection et d'essuyage, vue dans la direction 11-11 de la fig. 10;

la fig. 12 montre un autre mode de réalisation du dispositif flexible de protection et d'essuyage qui peut être employé dans divers modes de réalisation;

la fig. 13 montre l'utilisation d'un racleur moulé en une seule pièce pour le dispositif flexible de protection et d'essuyage;

la fig. 14 montre une autre structure flexible de protection et d'essuyage qui peut être employée dans les divers modes de réalisation de l'invention;

la fig. 15 montre un type de structure flexible de protection et d'essuyage destinée à être utilisée avec le mode de réalisation de buse recourbée de la fig. 8;

la fig. 16 montre un autre mode de réalisation d'une configuration flexible de protection et d'essuyage pour le mode de réalisation de buse recourbée de la fig. 8.

L'invention concerne une machine pour la coulée de métal comportant au moins une bande de coulée mince, flexible et sans fin, comme on en emploie dans les machines de coulée à deux bandes ou les machines de coulée à bande et roue. Une machine de coulée à deux bandes est représentée schématiquement sur la fig. 1 et elle est désignée globalement par la référence 10. Dans la machine de coulée continue 10 représentée sur la fig. 1, du métal en fusion 12 est introduit à partir d'une cuve 14 qui est placée à l'extrémité d'entrée de la machine. Le métal en fusion passe dans une zone de coulée C qui est située entre les surfaces avant parallèles et espacées d'une paire de bandes de coulée 16 et 18 qui sont des bandes larges, minces, flexibles et sans fin. Pendant le fonctionnement, ces bandes tournent autour de supports de bande supérieur et inférieur, portant respectivement les références 20 et 22. Les deux côtés ou bords latéraux de la zone de coulée C sont définis par une paire de barrages latéraux espacés et sans fin (non représentés) qui se déplacent entre les bandes de coulée supérieure et inférieure 16 et 18 dans la zone de coulée, et qui tournent autour du support de bande inférieur pour refermer leur chemin de déplacement. On pourra se référer aux brevets précités pour avoir des détails sur ces éléments ainsi que sur d'autres caractéristiques d'une telle machine de coulée à deux bandes.

Le support de bande supérieur 20 comporte une paire de poulies ou de rouleaux principaux, 24 et 26, situés aux extrémités amont et aval du support. De façon similaire, le support de bande inférieur 22 comporte une paire de poulies ou de rouleaux principaux, 28 et 32, à ses extrémités amont et aval. Dans la machine 10, les poulies aval ou d'évacuation, 26 et 32, ont pour fonction de mettre sous tension et de guider les bandes 16 et 18, tandis que les poulies ou rouleaux amont ou d'entrée, 24 et 28, définissent l'entrée de la région d'étranglement de la zone de coulée C, et on les utilise pour entraîner les bandes sur leurs supports respectifs. On peut également désigner les rouleaux d'entrée 24 et 28 par l'expression rouleaux ou poulies d'étranglement. Pendant que les bandes 16 et 18 tournent sur leurs poulies, elles sont refroidies par un liquide de refroidissement appliqué sur leurs surfaces arrière le long de la zone de coulée C, et un produit continu en métal coulé 15, qui peut être une brame, une plaque, une tôle, une barre ou un feuillard, est évacué par l'extrémité de sortie de la machine 10.

L'autre type de machine auquel l'invention est applicable est une machine de coulée à bande et roue représentée schématiquement sur la fig. 2 et désignée globalement par la référence 30. La machine de coulée à bande et roue 30 emploie une seule bande sans fin 34 qui est guidée de façon à tourner autour d'une roue 36, par une poulie d'entrée ou d'étranglement 38, plusieurs poulies intermédiaires 40 et

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une poulie d'évacuation 42. Le lecteur pourra consulter le brevet U.S. N° 3785428 pour avoir des renseignements supplémentaires concernant les machines de coulée continue à bande et roue (qu'on peut également appeler machines bande-roue). Dans la machine de coulée à bande et roue 30, la zone de coulée C est formée entre la roue 36 et la bande sans fin 34, lorsque celle-ci tourne entre la poulie d'entrée 38 et la poulie d'évacuation 42. Le produit coulé 15' est évacué par la sortie de la machine dans la région située entre la poulie d'évacuation 42 et la roue 36. Le métal en fusion est introduit dans la région d'entrée comme l'indique la flèche 17.

Dans un type de machine comme dans l'autre, la surface extérieure de chaque bande de coulée qui fait face à la zone de coulée C est appelée la surface ou la face avant, tandis que la surface dirigée vers l'intérieur, du côté des poulies, est appelée la surface ou la face arrière. Ces bandes de coulée sans fin sont réalisées en tôle d'acier relativement mince et la surface avant peut avoir une texture légèrement rugueuse, obtenue par sablage. On fait souvent adhérer un revêtement en matière d'isolation thermique sur une telle surface avant rendue rugueuse, afin de protéger la bande contre le flux thermique considérable auquel elle est soumise lorsque le métal en fusion provenant de l'entrée est appliqué sur la bande. Comme l'indiquent les brevets précités, on maintient également une tension longitudinale dans chaque bande pour réduire au minimum la déformation de la bande au voisinage de la région de coulée.

Conformément aux brevets U.S. N° 3937270 et 4002197, ainsi qu'aux deux autres brevets cités dans l'introduction, pour résoudre le problème de la déformation ou du gauchissement transversal en aval de l'entrée de la zone de coulée, on élève la température des bandes de coulée en avant de l'entrée de la zone de coulée. On applique ensuite un liquide de refroidissement à vitesse élevée sur les surfaces arrière des bandes à des emplacements qui coïncident avec l'entrée de la région de coulée ou qui sont très proches de l'entrée de la région de coulée. Par conséquent, on définit de façon précise le profil de température de la bande aussi bien avant qu'après son entrée dans la zone de coulée.

L'invention permet de commander avantageusement la température d'une telle bande de coulée flexible par l'application directe de vapeur, par phases, sur la surface arrière de la bande sans fin, avant qu'elle entre dans la zone de coulée, et elle permet d'éviter que le liquide de refroidissement modifie la chaleur contenue dans la vapeur, avant son application. Des essais expérimentaux effectués ont montré que le préchauffage de la bande de coulée flexible, par application directe de vapeur sur les surfaces arrière des bandes, conduisant ainsi à un préchauffage rapide par phases étagées, améliore de façon considérable la qualité du produit coulé (c'est-à-dire de l'aluminium coulé en continu), qui est produit par une machine à deux bandes. Simultanément, on peut augmenter notablement la vitesse de la machine de coulée, pour augmenter la production de produit coulé par la machine. En outre, la vitesse de production.ré-sultante est supérieure à tout ce qui a été obtenu jusqu'à présent avec l'installation de production particulière intervenant dans ces essais.

La fig. 4 montre le préchauffage de la bande par vapeur dans la machine de coulée à deux bandes 10. La poulie d'entrée inférieure 28 est représentée montée dans le support inférieur 22 qui comporte un châssis 44 comprenant des éléments d'ossature de support 46. Le châssis de support inférieur 44 porte également une structure de montage de distributeurs 48 fixée par des boulons 49 et destinée à supporter un distributeur d'alimentation en liquide de refroidissement 50 et un distributeur d'alimentation en vapeur 52.

Comme la fig. 5 le montre le mieux, cette poulie d'entrée inférieure 28 comporte plusieurs gorges circonférentielles très profondes 54 qui forment des saillies circonférentielles annulaires relativement étroites, 56, s'étendant sur une distance radiale relativement grande. En d'autres termes, la poulie 28 comporte des saillies ou des ailettes 56, très hautes et étroites, qui viennent en contact avec la surface arrière de la bande de coulée en rotation 18, lorsqu'elle passe en partie autour de cette poulie.

Comme le montrent les fig. 4 et 5, il existe des tubes d'alimentation en liquide de refroidissement enroulés, 58, qui sont branchés au distributeur d'alimentation en liquide de refroidissement 50, et il existe également des tubes d'alimentation en vapeur enroulés, 60, qui sont branchés au distributeur d'alimentation en vapeur 52. Ces tubes d'alimentation en vapeur et en liquide de refroidissement enroulés, 58 et 60, sont alignés mutuellement par paires, et chaque tube de liquide de refroidissement est enfoncé profondément dans la gorge respective 54, tandis que chaque tube de vapeur est courbé selon un arc de rayon supérieur au rayon de l'arc concentrique du tube de liquide de refroidissement associé, si bien qu'un tube de vapeur est placé du côté extérieur, en direction radiale, du tube de liquide de refroidissement, dans chaque gorge respective. Chaque tube d'alimentation en liquide de refroidissement 58 se termine par une buse 62 qui est dirigée vers le point de tangence 65 de la bande, à la périphérie de la poulie d'étranglement 28. Ce point de tangence 65 est le point auquel la bande flexible 18 se redresse et se sépare de la périphérie des ailettes hautes et étroites 56, lorsque cette bande entre dans la zone de coulée C.

Dans cette machine de coulée 10, représentée sur la fig. 1, les axes des deux poulies d'entrée 24 et 28 sont placés directement face à face, ce qui fait qu'une ligne imaginaire 64 (fig. 4) qui relie l'axe 66 de la poulie d'entrée inférieure 28 à l'axe de la poulie d'entrée supérieure passe par le point de tangence 65. Le jet de liquide de refroidissement 67 est émis à vitesse élevée par chaque buse 62 et frappe la surface arrière de la bande 18 avec un angle d'incidence relativement faible, inférieur à 25°, ce qui fait que le liquide de refroidissement provenant de ces jets respectifs 67 s'étale sur la surface arrière sous la forme d'une pellicule de liquide de refroidissement se déplaçant à vitesse élevée vers l'aval le long de la bande, dans la zone de coulée C.

Chacun des tubes d'alimentation en vapeur enroulés 60 comporte un orifice radial 68 qui précède la terminaison du tube de vapeur en une buse 70, et cet orifice radial dirige un jet de vapeur 69 de façon directement perpendiculaire, vers la surface arrière de la bande 18, à une distance angulaire B avant le point de tangence 65. Par conséquent, chaque orifice de vapeur radial 68 fait en sorte qu'un jet de vapeur 69 rencontre perpendiculairement la surface arrière de la bande de coulée pour produire une première phase, relativement abrupte, d'élévation de température de la bande, comme on l'indiquera ultérieurement en relation avec la fig. 6.

Le distributeur 52 reçoit de la vapeur sous pression, par exemple à une pression dans la plage de 35 à 140 kPa au-dessus de la pression atmosphérique. La partie supérieure de cette plage correspond au niveau de pression préféré car, comme le montre la fig. 6, un niveau de pression d'alimentation de 105 kPa est considérablement plus efficace qu'un niveau de 35 kPa pour produire la première phase désirée d'élévation de la température de la bande. En d'autres termes, une pression d'au moins 35 kPa est nécessaire et le niveau préféré de la pression d'alimentation en vapeur en 71 est de 70 kPa, tandis que l'optimum est d'environ 105 à 140 kPa pour couler de l'aluminium. Les courbes de la fig. 6 sont relatives à de la vapeur saturante.

Lorsqu'on coule un produit métallique 15 et 15' ayant une température de fusion supérieure, par exemple du cuivre, on peut avantageusement surchauffer la vapeur d'alimentation 71 dans la plage de 110 à 330° C au-dessus de la température de la vapeur saturante.

Les orifices radiaux 68 dans les tubes de vapeur 60 se trouvent à une distance angulaire dans la plage de 45 à 90° avant le point de tangence 65. Si on augmente cet angle B très au-delà de 90°, cette première phase de préchauffage perd de son efficacité du fait que la bande commence à se refroidir excessivement. Si, d'autre part, on diminue cet angle B au-dessous de 45°, cette première phase de préchauffage ne dispose pas d'un temps suffisant pour atteindre sa pleine efficacité. Ensuite, la buse 70 qui se trouve à l'extrémité du tube d'alimentation en vapeur 60 dirige une plus grande quantité de vapeur en un jet 73, sous un angle d'incidence très faible, inférieur à 10°. Dans cet exemple représenté sur la fig. 4, le jet de vapeur 73 issu

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de la buse 70 est projeté contre la surface arrière de la bande sous une incidence presque rasante. Ce jet de vapeur 73 issu de la buse élève encore davantage la température de la bande de coulée avant le point de tangence 65 auquel la bande entre dans la zone de coulée C.

La buse de vapeur 70 est placée à une distance angulaire A avant le point de tangence 65 qui est comprise dans la plage de 20 à 45°, et l'orifice de vapeur radial 68 est placé au moins 20° avant la buse. En d'autres termes, la valeur minimale de B—A est au moins d'environ 20°. Dans cet exemple, les distances angulaires A et B sont respectivement d'environ 35° et 70°, comme on le voit également sur la fig. 6.

Par conséquent, la température de la bande de coulée est rapidement élevée, en deux phases, en avant du point de tangence 65, et l'application du liquide de refroidissement issu de la buse 62 sur la surface arrière de la bande de coulée 18 est commandée de façon précise afin de coïncider étroitement avec l'application de métal en fusion contre la surface avant de cette bande.

Ce préchauffage en deux phases par application directe de vapeur sur la face arrière de la bande de coulée augmente considérablement les performances, aussi bien du point de vue de la qualité du produit que de la vitesse de coulée, en résolvant pratiquement le problème de la déformation ou du gauchissement transversal immédiatement en aval du point de tangence 65, à l'endroit auquel le métal en fusion 12 est le plus chaud et rencontre initialement la bande de coulée.

Comme le montre la fig. 4, il existe un ensemble de rouleaux de soutien de bande 72 comportant des ailettes 74 qui sont destinés à supporter et à guider la bande de coulée qui se déplace vers l'aval le long de la zone de coulée C, comme l'indique la flèche 75. Les ailettes présentes sur ces rouleaux de soutien 72 permettent à la pellicule de liquide de refroidissement (non représentée) de continuer à se déplacer à grande vitesse et d'être partiellement décollée et remplacée par une quantité supplémentaire de liquide de refroidissement à vitesse élevée appliqué à des emplacements prédéterminés sur la surface arrière de la bande de coulée, le long de la zone de coulée C, comme il est connu dans la technique des machines de coulée à deux bandes.

La fig. 6 montre le profil de température de la bande en fonction de la distance avant le point de tangence 65, exprimée à la fois en centimètres et en degrés, pour trois valeurs différentes de la pression d'alimentation dans le distributeur d'alimentation en vapeur 52, mesurée en 71 (fig. 4). On utilise de la vapeur saturante pour les tests de la fig. 6, en l'absence de tout métal en fusion. Dans cet exemple, la poulie 28 a un diamètre d'environ 60 cm, ce qui fait qu'une distance angulaire de 90° correspond à peu de chose près à une distance circonférentielle de 47 cm. Comme on le voit sur les trois courbes 77, 79 et 81 qui sont tracées, lorsque la bande atteint l'orifice radial 68 du tube de vapeur enroulé 60, sa température est élevée rapidement, puis diminue légèrement jusqu'à ce qu'elle atteigne l'orifice d'extrémité ou la buse de vapeur 70 et, à ce moment, elle est à nouveau élevée rapidement, avant le point de tangence 65.

Dans l'exemple tracé sur la fig. 6, le jet de liquide de refroidissement à grande vitesse 67 vient initialement en contact avec l'arrière de la bande à un point situé 3,2 mm avant le point de tangence 65. Ces jets de liquide de refroidissement sont désignés par l'expression eau de la zone d'étranglement sur la fig. 6. Dès que cette eau de refroidissement rencontre la bande en l'absence de métal en fusion, la bande est refroidie rapidement, comme le montre la pente raide des courbes 77, 79 et 81. On note que plus la pression de vapeur en 71 dans le distributeur d'alimentation 52 est élevée, plus l'élévation de la température de la bande est grande. On note également qu'on obtient une température de la bande de coulée qu'on peut très bien définir et qui est augmentée rapidement en deux phases, ce qui réduit ou supprime la déformation de la bande de coulée et augmente la durée de vie de telles bandes, et permet également d'augmenter la vitesse du processus de coulée et de produire un meilleur produit.

Dans le cas de la fig. 6, chaque buse de vapeur a un diamètre d'orifice de 2,54 mm, tandis que chaque orifice d'évacuation radial

68 a un diamètre de 1,57 mm. Ainsi, l'aire de section droite de chaque orifice de buse est 2,6 fois supérieure à l'aire de section droite de chaque orifice d'évacuation radial, ce qui permet d'évacuer presque trois fois plus de vapeur par les jets de buse 67 que par les jets radiaux 69, du fait que ces jets de buse assurent la seconde phase d'élévation de température, qu'on peut considérer comme l'impulsion finale d'élévation de la température de la bande. Cette impulsion finale d'élévation de température nécessite considérablement plus d'énergie calorifique que la première phase de préchauffage.

Sur la fig. 6, la vitesse de coulée correspond à un déplacement de la bande à la vitesse de 6 m/min. Les tubes de vapeur 60 sont courbés sur un arc de 150° centré sur l'axe 66 de la poulie d'entrée 28.

On va maintenant considérer la fig. 3 qui représente un système de préchaufïage par vapeur et de refroidissement qui est utilisé dans ce mode de réalisation. Le système comprend une source de liquide de refroidissement sous pression, 76, ce liquide consistant par exemple en eau contenant des agents anticorrosion et qui est mise sous pression par une pompe centrifuge de grande puissance. Cette source de liquide de refroidissement 76 débite dans une conduite 87 qui est branchée à un manomètre de pression de source 78 et qui contient plusieurs robinets d'arrêt 80 et un manomètre 82, adjacent au distributeur de liquide de refroidissement 50. Ce dernier alimente plusieurs tubes enroulés d'alimentation en liquide de refroidissement, 58, qui sont logés dans les gorges circonférentielles profondes 54 de la poulie d'étranglement 28, comme décrit ci-dessus. Une source de vapeur sous pression 84, par exemple une chaudière du type Bryan Steam Boiler (à chauffage au gaz, à chauffage au mazout ou à chauffage mixte), de la firme Bryan Steam Corporation, Peru, Indiana, E.U.A., est branchée par une conduite 89 à un monomètre 86. La conduite de pression 89 contient plusieurs robinets d'arrêt de vapeur 88, et un manomètre 90 est placé en position adjacente au distributeur de vapeur 52. Ce distributeur de vapeur 52 alimente plusieurs tubes d'alimentation en vapeur 60, comme décrit ci-dessus. La conduite de vapeur 89 qui mène au distributeur 52 est également branchée par une soupape de décharge 93 à une conduite de décharge 91 qui s'élève jusqu'à un orifice de mise à l'air libre 85, sur le toit, afin d'évacuer l'excès de vapeur.

La fig. 7 montre l'utilisation de tubes de vapeur enroulés 60 et de tubes d'alimentation en liquide de refroidissement enroulés 58 dans une machine de coulée du type bande-roue 30, décrite brièvement en relation avec la fig. 2. Les tubes d'alimentation en vapeur 60 et les tubes d'alimentation en liquide de refroidissement 58 sont logés de façon juxtaposée dans les gorges circonférentielles très profondes 54 de la poulie d'entrée 38 de la machine de coulée 30, de façon à produire une commande de température et un préchauffage avantageux de la bande, d'une manière similaire à celle décrite en relation avec la machine à deux bandes de la fig. 4. Une différence de ce mode de réalisation consiste en ce qu'on n'utilise qu'une seule bande 34, ce qui fait qu'une seule poulie 38 loge les tubes d'alimentation en vapeur et en liquide de refroidissement emboîtés. De plus, une autre différence consiste en ce que la bande 34 est courbée autour de la périphérie de la roue 36 en aval du point 65A, définissant ainsi une configuration cylindrique de grand diamètre, tandis que, sur la fig. 4, la bande 18 a une configuration plane en aval du point 65. Les buts de ce système de préchauffage de bande par la vapeur, en plusieurs phases, représenté sur la fig. 7 sont les mêmes que ceux décrits précédemment.

On notera que le point 65 A est le point d'inflexion de la courbure de la bande, auquel la bande flexible 34 se sépare des ailettes 56 de la poulie d'entrée 38 et commence à se déplacer autour de la roue 36. Ce point 65A est situé suf une ligne imaginaire 64 qui passe par l'axe 95 de la roue 36 et également par l'axe 97 de la poulie d'entrée 38. Des rouleaux d'extraction 99 guident le produit coulé 15' qui sort de la machine du type bande-roue 30.

La fig. 8 montre une modification du mode de réalisation de la fig. 4 qui consiste en ce que le tube d'alimentation en vapeur 60 et le tube d'alimentation en liquide de refroidissement 58 ne sont plus juxtaposés de façon concentrique à l'intérieur des gorges circonfé-

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rentielles profondes 54 de la poulie d'étranglement 28, mais sont enroulés autour de côtés opposés de la poulie d'entrée 28 dans les gorges circonférentielles profondes, et chaque tube de liquide de refroidissement 58 se termine par une buse 94 de type recourbé de façon à diriger le jet de liquide de refroidissement 67 vers l'aval, près du point de tangence 65.

Parmi les avantages qu'on obtient en faisant en sorte que les tubes d'alimentation en liquide de refroidissement soient courbés autour du côté de la poulie d'entrée qui est opposé à celui où se trouvent les tubes d'alimentation en vapeur, figurent ceux résultant du fait qu'on dispose de plus de place dans les gorges profondes 54 pour les tubes de vapeur. Ainsi, les tubes de vapeur 60 peuvent être isolés, comme le montre le revêtement d'isolation thermique représenté en 101. Cette isolation thermique 101 peut s'étendre sur toute la longueur des tubes d'alimentation en vapeur 60 ou elle peut ne s'étendre que sur une partie de leur longueur. De plus, ces tubes de vapeur 60 peuvent être ovalisés pour assurer un débit de vapeur plus élevé, et une troisième phase de préchauffage peut être établie au moyen d'un orifice d'évacuation radial 68' placé à un angle D avant l'orifice 68. Cet angle D est approximativement égal à B—A. Ainsi, l'orifice 68' précède l'orifice 68 d'une distance angulaire approximativement égale à celle de laquelle l'orifice 68' précède la buse 70. De plus, en séparant les tubes d'alimentation en vapeur et en liquide de refroidissement, on réduit la tendance à l'apparition d'un transfert de chaleur entre la vapeur chaude et le liquide de refroidissement qui est approximativement à la température ambiante lorsqu'il est introduit initialement dans le distributeur de liquide de refroidissement 50.

On notera que, si oh le désire, on peut établir sur la fig. 4 une telle troisième phase de préchauffage par vapeur, au moyen d'un orifice d'évacuation radial 68' situé à une distance angulaire D en avant de l'orifice 68.

En ce qui concerne le mode de réalisation à buses recourbées pour le liquide de refroidissement (encore appelé mode de réalisation à enroulement inversé) qui est représenté sur la fig. 8, on voit sur la fig. 9 un mode de réalisation similaire à tubes de liquide de refroidissement enroulés de façon inverse, avec des tubes d'alimentation en vapeur disposés du côté opposé. Le mode de réalisation de la fig. 9 est incorporé dans la machine de coulée du type bande-roue 30 de la fig. 7. Un avantage de cette configuration consiste en ce qu'elle isole les tubes de liquide de refroidissement et de vapeur, si bien que la vapeur n'est pas refroidie avant d'être appliquée à la bande. Bien qu'on puisse employer des tubes d'alimentation en vapeur isolés, il peut être souhaitable de séparer ces différents tubes d'alimentation dont les fonctions, en ce qui concerne la température, sont diamétralement opposées.

Pour bénéficier de tous les avantages du préchauffage par vapeur en plusieurs phases de la bande qui se trouve sur le support inférieur d'une machine à deux bandes, l'action de l'eau de refroidissement, une fois qu'elle est appliquée à la surface arrière de la bande, doit être maîtrisée en ce qui concerne: a) sa chute directe sur le distributeur de vapeur et les tubes de vapeur, et b) son dépôt et sa circulation le long des surfaces des gorges circonférentielles très profondes 54 de la poulie d'entrée, cela l'amenant en contact avec les tubes et le distributeur de vapeur. On désire utiliser le liquide de refroidissement pour limiter la température de la bande dans la zone de coulée C et non pour abaisser la température de la vapeur avant que celle-ci soit appliquée à la surface arrière de la bande.

La fig. 10 montre un mode de réalisation d'une structure flexible de protection et d'essuyage 100, destinée à maîtriser la circulation de l'eau de refroidissement après que la buse 62 l'a appliquée sur la surface arrière de la bande 18. Dans ce mode de réalisation, une lame d'essuyage flexible 102, en forme de doigt, est étroitement adaptée au profil de chacune des gorges circonférencielles très profondes 54 de la poulie d'étranglement 28, comme on le voit également sur la fig. 11. La structure 100 constituée par l'ensemble de ces lames d'essuyage 102 est positionnée au-dessus du distributeur de vapeur 52 et des tubes 60, à la manière d'un toit, pour éviter que l'eau de refroidissement tombe directement sur ces éléments. Chaque lame flexible 102 est associée à un support rigide de renfort 104 et à un tube de distribution d'air 105, tous montés sur un distributeur d'alimentation en air 106, comme le montrent les fig. 10 et U. Ces lames 102 essuient elles-mêmes le liquide de refroidissement pour l'éliminer des gorges 54. Le jet d'air provenant de l'extrémité de chacun des tubes de distribution d'air 105 contribue à enlever l'eau présente à la face inférieure des lames d'essuyage 102, en forme de doigt.

Sur la fig. 12, une variante du mode de réalisation des fig. 10 et 11 utilise une structure de protection et d'essuyage 100A à deux étages, dans laquelle il existe un second écran à doigts flexibles, 108, positionné par un joint aux silicones 110 à un emplacement situé à une faible distance au-dessous des tubes de distribution d'air 105, de façon à établir une région fermée 109 entre les deux lames d'essuyage parallèles et distantes, 102 et 108, et entre la poulie 28 et le joint aux silicones 110 situé entre les lames d'essuyage 102 et 108, dans le but de recueillir l'eau qui s'y dépose sous l'action des jets d'air et de ces deux lames d'essuyage. La cuvette 112 comporte un rebord 113 qui se prolonge vers l'avant et qui constitue un support rigide pour l'ensemble de lames d'essuyage flexibles 108, d'une manière similaire à celle selon laquelle la plaque rigide 104 supporte l'autre ensemble de lames d'essuyage flexibles 102. On notera que chacune de ces lames de support 104 et 113 comporte des encoches 115 (fig. 11) pour définir un espace destiné à recevoir les ailettes 56 de la poulie. Ces encoches 115 sont un peu plus larges que les encoches de dégagement alignées qui sont formées dans les lames d'essuyage respectives, comme il ressort de la fig. 11.

La configuration de la fig. 12 nécessite un débit d'air moindre que celui de la configuration décrite en relation avec la fig. 10 et, de plus, elle définit de façon plus précise la circulation de l'air dans la région 109, pour éviter que de l'air à vitesse élevée perturbe accidentellement l'écoulement du liquide de refroidissement issu des buses 62.

Dans la configuration d'essuyage 100B qui est représentée sur la fig. 13, il existe un racleur 114 en caoutchouc raide qui est moulé en forme de doigt, en une seule pièce, de manière à être élastique mais raide, et ce racleur présente une configuration encochée qui se conforme à la configuration des gorges circonférentielles très profondes 54 du rouleau d'étranglement 28. Cette structure d'essuyage 114 est placée au-dessus du distributeur de vapeur 52 et des tubes de vapeur 60, à la manière d'un toit, pour éviter que l'eau tombe directement sur ces éléments, et ce toit canalise de lui-même le liquide de refroidissement de façon à l'éloigner et à le diriger dans une gouttière ou une cuvette 117, formée d'un seul tenant avec la structure d'essuyage.

Dans la configuration d'essuyage 100C qui est représentée dans le mode de réalisation de la fig. 14, des fonctions similaires sont accomplies par un ensemble de lames d'essuyage flexibles 102 qui est monté sur un support rigide de renfort 104, et ces lames et le support sont encochés d'une manière similaire à celle représentée sur la fig. 11, pour recevoir les ailettes 56 de la poulie. On notera qu'on peut également employer les configurations d'essuyage 100,100A, 100B et 100C des fig. 10 à 14 avec une machine du type bande-roue représentée sur la fig. 7, afin de protéger le distributeur de vapeur 52 et les tubes de vapeur 60 contre le liquide de refroidissement.

Les configurations d'essuyage 100D et 100E des fig. 15 et 16 peuvent être employées dans des machines à deux bandes utilisant les buses d'étranglement à enroulement inverse ayant la configuration de buses recourbées qui est représentée sur la fig. 8, et elles peuvent également être utilisées dans des machines du type bande-roue ayant une configuration similaire d'application de liquide de refroidissement à tubes à enroulement inversé et à buses recourbées, comme le montre la fig. 9. Dans ce type particulier d'installation, il est extrêmement difficile d'extraire le liquide de refroidissement qui se trouve dans les gorges circonférentielles profondes 54 dans lesquelles sont logés ces tubes d'étranglement à enroulement inversé 58, une fois que l'eau est entrée dans les gorges sous les tubes. On utilise,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

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65

7

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de ce fait, une configuration de protection 100D comportant de longues lames flexibles 102 et des supports rigides de renfort 104 qui s'élèvent jusqu'à venir au-dessous des buses recourbées 94. Les lames 102 sont des éléments flexibles ou moulés comme ceux utilisés pour l'ensemble de doigts d'essuyage destinés à racler les côtés des ailettes 56 de la poulie d'étranglement, de la manière décrite ci-dessus en relation avec les fig. 10-14. Cette configuration de protection et d'essuyage 100D utilise le support de renfort raidi 104 du fait que l'écran doit être raisonnablement rigide pour éviter une déformation susceptible de se produire sous l'effet d'une perturbation de la configuration ou de l'application, au niveau de l'étranglement, des jets d'eau issus des buses recourbées 94. Il existe également des écrans ou des déflecteurs rigides 119 qui isolent le liquide de refroidissement par rapport au distributeur et aux tubes de vapeur, 52 et 60.

La fig. 16 représente une autre configuration d'essuyage 100E dans laquelle l'écran d'essuyage, comprenant l'ensemble de lames flexibles 102 et le support rigide de renfort 104, est fixé à la face inférieure des tubes d'alimentation en liquide de refroidissement à enroulement inversé, 108, dans le but d'extraire l'eau présente dans les gorges 54 et de protéger le distributeur de vapeur 52 et les tubes de vapeur 60. En outre, on voit qu'un revêtement d'isolation thermique 116 est appliqué au distributeur et aux tubes de vapeur pour empêcher ou tout au moins pour réduire la perte de chaleur de la vapeur. Au lieu du revêtement isolant 116, on peut employer une structure coaxiale comprenant un tube de vapeur et un manchon isolant, dans laquelle le tube intérieur acheminant la vapeur est placé à l'intérieur d'un autre tube ou manchon isolant.

Bien qu'un second ensemble d'orifices radiaux d'évacuation de vapeur 68' soit représenté sur certaines figures, on considère actuellement comme préférable d'employer un seul ensemble de ces orifices d'évacuation 68, ce qui correspond aux courbes 77, 79 et 81 tracées sur la fig. 6.

L'installation de production dans laquelle une machine de coulée à deux bandes a été équipée du système de préchauffage par vapeur à deux phases et du système de refroidissement représentée sur les fig. 3, 4 et 5 a fait apparaître des améliorations considérables. Avant un tel préchauffage par vapeur, l'installation nécessitait des brûleurs à acétylène fonctionnant continuellement et dirigés vers les surfaces avant des deux bandes, pour former des revêtements de suie dans le but de couler en continu des brames d'aluminium de qualité commerciale acceptable. La vitesse de production moyenne était de 6,9 m/min, et la vitesse la plus rapide à laquelle cette installation ait jamais fonctionné pour produire des brames d'aluminium commercialement acceptables était de 8,1 m/min.

Sans préchauffage des bandes par vapeur en deux phases, on constatait de façon régulière que la surface des régions extérieures de la brame coulée 15 sortant de cette machine de coulée à deux bandes était à une température supérieure à celle de la surface de la partie intérieure ou centrale de la brame, avec un écart s'élevant jusqu'à 33° C, le centre étant toujours le plus froid. Lorsqu'on applique de la vapeur conformément à l'invention, les températures sur la brame 15 sont plus symétriques et les surfaces des régions intérieure et extérieure de la brame sortant de la machine sont approximativement à la même température, tandis que le centre est un peu plus froid. L'utilisation du préchauffage des bandes par vapeur en deux phases permet d'employer des revêtements de bande plus minces, grâce à quoi la machine de coulée peut fonctionner plus rapidement tout en améliorant les surfaces de la brame coulée. Le préchauffage des bandes évite que les bandes se déforment et perdent le contact avec les surfaces de la brame au cours de sa solidification, ce qui améliore ces surfaces.

En utilisant le dispositif de préchauffage de bandes par vapeur en deux phases qui sont représentées sur les fig. 3, 4 et 5, et en appliquant ce préchauffage uniquement à la bande inférieure, avec une pression dans le distributeur de vapeur (vapeur saturante) de

105 kPa au-dessus de la pression atmosphérique, on est parvenu à couler une brame acceptable au point de vue commercial à une vitesse de 7,5 m/min, sans utiliser de brûleurs à acétylène pour l'une ou l'autre des bandes.

s En utilisant le préchauffage par vapeur en deux phases pour les deux bandes dans cette même installation, on est parvenu à couler une brame acceptable au point de vue commercial à 7,5 m/min, sans utiliser de brûleurs à acétylène pour aucune des bandes, à condition que la pression de vapeur saturante dans le distributeur d'alimenta-îo tion en vapeur, en 71, soit supérieure ou égale à 70 kPa (au-dessus de la pression atmosphérique).

Pour les deux essais indiqués ci-dessus, le revêtement isolant sur les faces avant des deux bandes était relativement épais.

On a effectué d'autres essais sur cette installation en utilisant des 15 revêtements isolants plus minces sur les faces avant des deux bandes, et en faisant fonctionner les brûleurs à acétylène pour former un revêtement mince de suie sur les faces avant des deux bandes. L'installation est alors capable de fonctionner pendant toute la journée à 8,85 m/min tout en produisant des brames acceptables au point de 20 vue commercial. Cette vitesse était la vitesse maximale possible pour le système d'entraînement de la machine considérée.

On a changé le système d'entraînement de la machine pour permettre une vitesse plus élevée et la machine de coulée a pu alors fonctionner à 9,3 m/min, tout en produisant une brame d'aluminium 25 acceptable au point de vue commercial, de qualité supérieure à celle qu'on obtient normalement avec cette installation.

On a également effectué sur cette installation d'autres essais qui ont confirmé que l'invention procure réellement des avantages extrêmement importants. On a par exemple effectué des changements, 30 comme en arrêtant le préchauffage par vapeur, et des fissures ou des retassures sont apparues presque immédiatement dans la brame coulée. Les indications qu'on vient de donner font ressortir les caractéristiques principales de ces essais.

Les configurations de protection et d'essuyage qui sont représen-35 tées sur les fig. 10-14 n'ont pas été employées dans ces essais, et on , pense que leur utilisation entraînera d'autres améliorations.

Le préchauffage par vapeur en deux phases a permis d'utiliser la même paire de bandes de coulée pendant plus de deux semaines de production ininterrompue pendant toute la journée.

40 La matière à base d'aluminium qui a été coulée dans ces essais est un alliage d'aluminium N° 3105 modifié. Ses limites de composition sont les suivantes:

Limites de l'alliage d'aluminium

45 Elément

Silicium (Si) Fer (Fe)

Cuivre (Cu) Manganèse (Mn) Magnésium (Mg) Zinc (Zn) Chrome (Cr) Titane (Ti)

Limites de pourcentage

0,35 au maximum 0,90 au maximum 0,22 au maximum 0,70-0,80 0,25-0,35 0,35 au maximum 0,10 au maximum 0,15 au maximum

55 De plus : pourcentage de (Mn+Mg) = 1,0 à 1,20% au maximum Aluminium (Al) Complément

La fig. 8A montre une modification du mode de réalisation de la fig. 8 qui consiste à utiliser des tubes d'alimentation en vapeur doubles 60 et 60A pour préchauffer la bande. Le tube 60 dirige de la 60 vapeur saturante vers la surface arrière de la bande 18 pour préchauffer cette dernière à une température voisine de celle de la vapeur saturante. Le tube d'alimentation 60A dirige de la vapeur surchauffée à haute température, pour produire une impulsion thermique finale intense destinée à préchauffer la bande 18 jusqu'à une 65 température notablement supérieure à la température de saturation, juste avant que la bande entre dans la région de moulage.

10 feuilles dessins

Claims (7)

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1. Machine de coulée continue de métal en fusion, comprenant au moins une bande de coulée, sans fin, flexible, qui tourne autour de poulies à gorges circonférentielles et qui passe le long d'une zone de coulée, depuis l'extrémité d'entrée jusqu'à l'extrémité de sortie de la zone de coulée, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de préchauffage par vapeur de la bande de coulée qui comprend des tubes d'alimentation en vapeur enroulés (60 ou 60A), chacun d'eux comportant une buse (70 ou 70A) à son extrémité, les tubes d'alimentation en vapeur et les buses étant placés dans les gorges circonférentielles de façon à appliquer de la vapeur issue des buses sur la face arrière de la bande sans fin, dans le but de préchauffer cette bande avant qu'elle entre dans la zone de coulée (C).

2. Machine de coulée continue de métal en fusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tube d'alimentation en vapeur enroulé (60) comporte un ou plusieurs orifices radiaux (68 ou 68'), chacun de ces orifices étant espacé par rapport à la buse (70) sur le tube d'alimentation en vapeur (60).

2

REVENDICATIONS

3. Machine de coulée continue de métal en fusion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des tubes d'alimentation en liquide de refroidissement enroulés (58) avec l'un d'eux placé dans chacune des gorges circonférentielles (54) en compagnie d'un tube d'alimentation en vapeur enroulé (60 ou 60A), chaque tube d'alimentation en liquide de refroidissement enroulé (58) comportant une buse (62 ou 94) qui est placée de façon à diriger un jet de liquide de refroidissement sur la face arrière de la bande sans fin (18 ou 34) près de l'emplacement auquel cette bande sans fin entre dans la zone de coulée (C).

4. Machine de coulée continue de métal en fusion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des tubes d'alimentation en liquide de refroidissement enroulés (58) avec l'un d'eux juxtaposé avec un tube d'alimentation en vapeur (60 ou 60A) dans chacune des gorges circonférentielles de la poulie d'entrée, chacun de ces tubes d'alimentation en liquide de refroidissement comportant une buse (62 ou 94) qui est placée en avant de la buse (70 ou 70A) du tube d'alimentation en vapeur juxtaposé dans les gorges circonférentielles respectives, grâce à quoi le tube d'alimentation en vapeur préchauffe la bande avant sont entrée dans la zone de coulée (C) et le tube d'alimentation en liquide de refroidissement refroidit la bande sans fin lorsqu'elle entre dans la zone de coulée et vient en contact avec le métal en fusion.

5. Machine de coulée continue de métal en fusion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube d'alimentation en liquide de refroidissement (58), enroulé de façon inverse, placé dans chacune des gorges circonférentielles (54) de la poulie d'entrée, chacun de ces tubes d'alimentation en liquide de refroidissement enroulé de façon inverse comportant à son extrémité une buse recourbée (94) dans le but d'inverser brusquement la direction du liquide de refroidissement avant son évacuation par la buse recourbée, de façon qu'il soit projeté sur la surface arrière de la bande sans fin (18 ou 34) près de l'entrée (65 ou 65A) de la zone de coulée (C) et qu'il circule dans la direction générale de la zone de coulée.

6. Machine de coulée continue de métal en fusion selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un écran d'essuyage flexible et à lames (102, 114) qui est placé dans les gorges circonférentielles (54) et se conforme à leur configuration, afin d'essuyer le liquide de refroidissement pour l'extraire des gorges circonférentielles et afin d'éviter que le liquide de refroidissement évacué vienne en contact avec les tubes d'alimentation en vapeur (60).

7. Machine de coulée continue de métal en fusion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'un second tube d'alimentation en vapeur (60A) est placé dans une gorge circonférentielle et comporte une buse (70A) qui dirige de la vapeur surchauffée (73A) contre la surface arrière de la bande, en aval de la buse de vapeur (70).