EP0350345A1 - Procédé et dispositif de coulée continue de produits métalliques minces - Google Patents

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EP0350345A1
EP0350345A1 EP89401576A EP89401576A EP0350345A1 EP 0350345 A1 EP0350345 A1 EP 0350345A1 EP 89401576 A EP89401576 A EP 89401576A EP 89401576 A EP89401576 A EP 89401576A EP 0350345 A1 EP0350345 A1 EP 0350345A1
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cylinder
rotation
speed
wall
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Serge Heurtault
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Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/111—Treating the molten metal by using protecting powders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels

Definitions

  • the present invention relates to the direct production of metal strips or sheets from molten metal, and more particularly to the production of strips or sheets of thin or very thin, in particular steel, by the technique known as continuous casting on a cylinder.
  • This known technique consists in casting the molten metal on the cooled side wall of a cylinder driven in rotation, the metal solidifying in contact with this wall, the strip thus formed being maintained in contact with the wall, on a part of the circumference thereof, to continue cooling.
  • the molten metal is commonly brought into contact with the wall of the cylinder by an open refractory channel, the end of which is flush with said wall.
  • the rotating cylinder drives in its movement the metal which solidifies progressively on contact.
  • the molten metal must also be contained in the supply channel at its upper part. This can be ensured by a fixed refractory upper wall linked to the channel as described in document US 4274471.
  • This document also reveals the use of a cooled roller joined with the end of this upper wall, this roller initiating the solidification of the upper skin of the product and limiting the thickness of the latter.
  • Document EP 0198669 also discloses the use for this purpose of a roller which is partially immersed in the liquid metal and driven in rotation.
  • the object of the present invention is to obtain, by a method of the type described above, a product which does not have these surface defects.
  • the object of the invention is a process for the continuous casting of thin products such as sheets or strips according to which the molten metal is brought into contact with the cooled wall of a main cylinder driven in rotation, the liquid metal being moreover contained by a roller of diameter less than that of the cylinder, driven in rotation, and kept at a distance from the wall of the main cylinder by a value substantially equal to the thickness of the cast product.
  • the roller is rotated at a speed such that its peripheral linear speed is greater than that of the cylinder.
  • the overspeed of the roller relative to that of the main cylinder is from 2 to 20%. Preferably, it is 6 to 10%.
  • the inventors have found that thanks to the implementation of the invention, the surface defects of the product obtained such as irregularity or flaking are eliminated, or at least greatly reduced.
  • the inventors have noted in particular that the aforementioned surface defects could be attributed to poor control of the trajectory of the strip or of the sheet metal just downstream of the "neck" between the main cylinder and the roller, the product then having a tendency not to remain in contact with the main cylinder, when it should do so over a certain circumferential distance from said neck to ensure uniformity of contact of the underside of the product with the cylinder.
  • the problem faced by the inventors was to precisely control the trajectory of the product poured from the neck to ensure the desired intimate contact with the main cylinder.
  • the inventors have been able to demonstrate, by experiments carried out in the case of the casting of steel in thin strips, that the strip naturally tends to "peel" from the wall of the cylinder from the neck, this effect occurring at more or less large scale depending on the casting conditions, even if the strip is guided downstream of the neck by appropriate means.
  • the inventors have verified that the drive in rotation of the cylinder, in the opposite direction to that of the main cylinder, and in peripheral linear overspeed relative to the latter, makes it possible to ensure the practically perfect contact sought between the underside of the product and the main cylinder wall.
  • a device for the continuous casting of thin products of this type comprises a main cylinder driven in rotation and the side wall of which is cooled, a channel for supplying molten metal to said wall of the cylinder, and a cooling roller placed parallel to the main cylinder and at a distance from the latter substantially equal to the thickness desired for the product, this roller at least partially closing off the upper zone of the end of the supply channel.
  • the device further comprises means for driving the roller in rotation at a speed adjustable independently of the speed of the main cylinder to adjust the peripheral linear speed of the cylinder. to a value greater than that of the peripheral linear speed of the main cylinder.
  • the installation comprises a main cylinder 1 driven in rotation in the direction of arrow F1 by a motor 2.
  • the rotation speed can be adjustable to adapt to various casting conditions.
  • the cylinder 1 has a side wall 11 cooled in a conventional manner, for example by internal circulation of a cooling fluid.
  • a roller 3 is arranged parallel to the cylinder and at a distance from the latter substantially equal to the desired thickness of the metal strip 10. The side wall of this roller is also cooled. The roller 3 is rotated in the direction of the arrow F2 by a motor 4 and its speed can be adjusted by the adjustment means 5.
  • the roller 3 is positioned relative to the cylinder 1 in a sector of angle ⁇ of between 0 and 45 ° relative to the vertical.
  • a minimal clearance is provided between the end 61 of this channel and the wall of the cylinder to avoid wear thereof while avoiding liquid metal leaks.
  • an upper wall 62 of the channel is attached to the roller 62. This wall is however not necessary if the position of the surface of the liquid metal 7 can be controlled so as not to overflow above said roller.
  • a scraper 8 is disposed near the cylinder 1 at the point where the solidified strip 10 moves away from the cylinder, to guide the latter.
  • the strip 10 produced on an installation experimental tion has a thickness of about 1 mm.
  • the diameter of cylinder 1 is 660 mm and that of roller 3 is 200 mm. These values are given for information only and it is understood that the diameters may be different from the above values.
  • the ratio between the respective diameters of the cylinder and the roller can also be changed.
  • the diameter of the roller will however preferably be less than that of the cylinder.
  • the cylinder and the roller are rotated.
  • the liquid metal 7 is brought into the channel 6 and its level is preferably maintained slightly below the axis of the roller.
  • the linear peripheral speed of the roller 3 is adjusted to be greater than that of the cylinder 1.
  • the speed difference is preferably of the order of 6 to 10%, but can range from 2 to 20%.
  • the molten metal 7 solidifies and forms on each of the cooled surfaces a solidified skin whose thickness increases in the direction of casting.
  • the roller 3 is of smaller diameter than that of the cylinder 1.
  • the side walls of the cylinder and of the roller are of the same nature (copper wall) and the cooling of these is such that the heat exchange conditions at their surfaces are similar.
  • the skin 10 ′ formed on the cylinder 1 has a thickness greater than that 10 ⁇ formed on the roller 3.
  • the two skins 10 ′ and 10 ⁇ substantially meet at the neck between cylinder and roller.
  • the device and the method according to the invention make it possible to obtain a product, sheet or strip, having a good surface condition, without the defects observed previously.
  • the invention is not limited to the device and method described above by way of example.
  • the relative position of the roller relative to the cylinder can also be modified, the angle can take any value.
  • the overspeed must be adapted according to the casting conditions, the respective coolings of the cylinder and the roller, the nature and the surface condition of these, as well as their possible lubrication.
  • the method is applicable to the casting of metals other than steel.

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Abstract

Procédé de coulée continue de produits métalliques minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amene au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal (1) entraîné en rotation, le métal liquide (7) étant par ailleurs contenu par un rouleau (3) de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé (10).
Le rouleau (3) est entraîné en rotation à une vitesse périphérique supérieure à celle du cylindre (1).
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé comporte des moyens (4,5) d'entraînement en rotation du rouleau (3) à une vitesse réglable, indépendamment de la vitesse du cylindre principal.

Description

  • La présente invention concerne la production directe de bandes ou tôles métalliques à partir du métal en fusion, et plus particulièrement la production de bandes ou tôles de faible ou très faible épaisseur, notamment en acier, par la technique dite de coulée continue sur un cylindre.
  • Cette technique connue consiste à couler le métal en fusion sur la paroi latérale refroidie d'un cylindre entraîné en rotation, le métal se solidifiant au contact de cette paroi, la bande ainsi formée étant maintenue au contact de la paroi, sur une partie de la circonférence de celle-ci, pour poursuivre son refroidissement. Le métal en fusion est couramment amené au contact de la paroi du cylindre par un canal réfractaire ouvert dont l'extrémité affleure ladite paroi. Le cylindre en rotation entraîne dans son mouvement le métal qui se solidifie progressivement à son contact.
  • Le métal en fusion doit par ailleurs être contenu dans le canal d'alimentation à sa partie supérieure. Ceci peut être assuré par une paroi supérieure réfractaire fixe liée au canal ainsi que décrit dans le document US 4274471.
  • Ce document révèle également l'utilisation d'un rouleau refroidi jointif avec l'extrémité de cette paroi supérieure, ce rouleau initiant la solidification de la peau supérieure du produit et limitant l'épaisseur de celui-ci.
  • Le document EP 0198669 révèle également l'utilisation à cette fin d'un rouleau qui est partiellement immergé dans le métal liquide et entraîné en rotation.
  • Il a toutefois été constaté que les produits obtenus par des procédés de ce type présentent un état de surface de qualité insuffisante. La surface est granuleuse si la solidifica­tion s'effectue uniquement à partir du cylindre principal de coulée, et l'utilisation d'un second rouleau ou cylindre de plus faible diamètre conduit à une surface du produit écaillée.
  • Le but de la présente invention est d'obtenir par un procédé du type décrit ci-avant, un produit ne présentant pas ces défauts de surface.
  • Avec cet objectif en vue, l'objet de l'invention est un procédé de coulée continue de produits minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amené au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal entraîné en rota­tion, le métal liquide étant par ailleurs contenu par un rouleau de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé.
  • Conformément à l'invention, le rouleau est entraîné en rotation à une vitesse telle que sa vitesse linéaire périphé­rique soit supérieure à celle du cylindre.
  • Selon une disposition particulière de l'invention, la survitesse du rouleau par rapport à celle du cylindre principal est de 2 à 20 %. Préférentiellement, elle est de 6 à 10 %.
  • Les inventeurs ont constaté que grâce à la mise en oeuvre de l'invention, les défauts de surface du produit obtenu tels que irrégularité ou écaillage sont supprimés, ou tout au moins fortement réduits.
  • Les inventeurs ont notamment constaté que les défauts de surface prémentionnés pouvaient être imputés à une mauvaise maîtrise de la trajectoire de la bande ou de la tôle juste en aval du "col" entre cylindre principal et rouleau, le produit ayant alors tendance à ne pas rester en contact avec le cylindre principal, alors qu'il devrait le faire sur une certaine distance circonférentielle à partir dudit col pour assurer l'uniformité du contact de la face inférieure du produit avec le cylindre. Le problème qui s'est posé aux inventeurs était de contrôler précisément la trajectoire du produit coulé dès le col pour assurer le contact intime recherché avec le cylindre principal.
  • Il doit être compris que l'utilisation d'un second rou­leau ou d'une série de rouleaux destinés à guider le produit, tels que montrés par le document US 4274471 précité, ne permet pas de résoudre ce problème car même si lesdits rouleaux sont rapprochés, il subsiste impérativement une certaine distance entre les points de contact du premier et du second rouleau, distance sur laquelle le maintien du produit en contact parfait avec le cylindre principal ne peut être assuré.
  • Les inventeurs ont pu mettre en évidence, par des expé­riences menées dans le cas de la coulée d'acier en bandes minces, que la bande a naturellement tendance à se "décoller" de la paroi du cylindre dès le col, cet effet se produisant à plus ou moins grande échelle selon les conditions de coulée, et cela même si la bande est guidée en aval du col par des moyens appro­priés.
  • Il apparaît en fait que c'est essentiellement la peau supérieure du produit qui a tendance à rester au contact du rouleau supérieur en aval du col, ce qui tend en conséquence à décoller la peau inférieure du cylindre.
  • Les inventeurs ont vérifié que l'entraînement en rota­tion du cylindre, en sens opposé à celui du cylindre principal, et en survitesse linéaire périphérique par rapport à ce dernier, permettait d'assurer le contact pratiquement parfait recherché entre la face inférieure du produit et la paroi du cylindre principal.
  • Il est rappelé que, dans ce type de coulée, il se forme un puits liquide contenu entre deux peaux en cours de solidifi­cation. Une peau inférieure, d'épaisseur croissante à partir du point de premier contact du métal liquide avec le cylindre, se forme sur le cylindre principal, et une peau supérieure se forme de la même manière au contact du rouleau. Il est connu de rechercher un positionnement du fond du puits liquide sensi­blement au niveau du col, pour éviter, d'une part, un laminage du produit, et les efforts importants en résultant sur les cylin­dres et rouleau, dans le cas d'un fond de puits en amont du col, et d'autre part, des risques de percées dans le cas d'un fond de puits en aval du col.
  • Lors des expériences menées par les inventeurs, ceux-ci ont constaté que, pour une survitesse périphérique du rouleau par rapport au cylindre inférieur à environ 2 %, cette faible survitesse était insuffisante pour que la tendance à une survi­tesse de la peau supérieure par rapport à la peau inférieure, provoque, par l'effet du couplage mécanique réalisé entre les deux peaux au fond du puits liquide, le rabattement du produit vers le bas contre le cylindre principal.
  • A l'inverse, pour une même vitesse du cylindre et pour une même épaisseur du produit, et bien qu'en toute rigueur, une survitesse importante puisse être réalisée, si celle-ci est supérieure à environ 20 %, le fond du puits liquide risque de se trouver déplacé trop en aval du col, ceci pouvant être dû notamment à une peau trop fine formée sur le rouleau supé­rieur. Les deux peaux ne sont plus alors en bon contact mutuel et ont tendance à ne pas suivre une trajectoire commune.
  • Il sera bien compris que la survitesse relative du rou­leau par rapport au cylindre n'a pas pour effet de provoquer une survitesse équivalente de la peau supérieure du produit par rapport à sa peau inférieure. Il y a en fait un effet de patinage du rouleau sur la peau supérieure qui tend à "pousser" la peau supérieure dans le sens d'extraction du produit. Ce patinage tend à croître avec la survitesse, la poussée sur la peau supérieure croissant simultanément. Toutefois, il est clair que la différence de vitesse entre le rouleau supérieur et la peau qui s'y forme ne dépend pas que de la seule survitesse, mais également d'autres paramètres influant sur le "couplage" mécanique entre le rouleau et la peau supérieure du produit, tels que l'état de surface du rouleau, sa rugosité, sa propreté, etc.
  • Un autre objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Un dispositif de coulée continue de produits minces de ce type comprend un cylindre principal entraîné en rotation et dont la paroi latérale est refroidie, un canal d'amenée du métal liquide sur ladite paroi du cylin­dre, et un rouleau refroidissant placé parallèlement au cylindre principal et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur souhaitée pour le produit, ce rouleau obturant au moins partiellement la zone supérieure de l'extrémité du canal d'amenée.
  • Conformément à l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens d'entraînement en rotation du rouleau à une vitesse réglable indépendamment de la vitesse du cylindre prin­cipal pour régler la vitesse linéaire périphérique du cylindre à une valeur supérieure à celle de la vitesse linéaire périphé­rique du cylindre principal.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va être faite à titre d'exemple d'un procédé et dispositif conforme à l'inven­tion.
  • On se reportera à l'unique figure annexée qui représente schématiquement une installation de coulée continue de bandes minces en acier.
  • L'installation comporte un cylindre principal 1 entraîné en rotation dans le sens de la flèche F1 par un moteur 2. La vitesse de rotation peut être réglable pour s'adapter à diverses conditions de coulée. Le cylindre 1 a une paroi latérale 11 re­froidie de manière classique, par exemple par circulation interne d'un fluide refroidissant.
  • Un rouleau 3 est disposé parallèlement au cylindre et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur recherchée de la bande métallique 10. La paroi latérale de ce rouleau est également refroidie. Le rouleau 3 est entraîné en rotation dans le sens de la flèche F2 par un moteur 4 et sa vitesse peut être réglée par les moyens de réglage 5.
  • Le rouleau 3 est positionné par rapport au cylindre 1 dans un secteur d'angle α compris entre 0 et 45° par rapport à la verticale.
  • Un canal 6 d'amenée du métal liquide, en matériau réfrac­taire, est accolé au cylindre 1. Un jeu minimal est ménagé entre l'extrémité 61 de ce canal et la paroi du cylindre pour éviter l'usure de celle-ci tout en évitant les fuites de métal liquide.
  • De même, une paroi supérieure 62 du canal est accolée au rouleau 62. Cette paroi n'est toutefois pas nécessaire si la position de la surface du métal liquide 7 peut être contrôlée de manière à ne pas déborder au-dessus dudit rouleau.
  • Un racleur 8 est disposé à proximité du cylindre 1 au point où la bande 10 solidifiée s'écarte du cylindre, pour guider celle-ci.
  • A titre d'exemple, la bande 10 réalisée sur une installa­ tion expérimentale a une épaisseur d'environ 1 mm. Le diamètre du cylindre 1 est de 660 mm et celui du rouleau 3 de 200 mm. Ces valeurs sont données à titre indicatif et il est bien entendu que les diamètres peuvent être différents des valeurs ci-dessus. Le rapport entre les diamètres respectifs du cylindre et du rouleau peut aussi être modifié. Le diamètre du rouleau sera cependant préférentiellement inférieur à celui du cylindre.
  • Lors de la coulée, le cylindre et le rouleau sont entraî­nés en rotation. Le métal liquide 7 est amené dans le canal 6 et son niveau est maintenu de préférence légèrement en dessous de l'axe du rouleau.
  • La vitesse périphérique linéaire du rouleau 3 est réglée pour être supérieure à celle du cylindre 1. L'écart de vitesse est de l'ordre de 6 à 10 % de préférence, mais peut aller de 2 à 20 %.
  • Au contact des parois refroidies du cylindre 1 et du rouleau 3, le métal en fusion 7 se solidifie et forme sur chacune des surfaces refroidies une peau solidifiée dont l'épaisseur croît dans le sens de coulée. Dans le cas de l'exemple précité, le rouleau 3 est de diamètre inférieur à celui du cylindre 1. Les parois latérales du cylindre et du rouleau sont de même nature (paroi en cuivre) et le refroidissement de celles-ci est tel que les conditions d'échange thermique à leurs surfaces sont similaires. De ce fait, et parce que, dans le présent exem­ple, la longueur jusqu'au col de l'arc de contact du métal coulé avec le rouleau 3 est inférieure à la longueur correspondante avec le cylindre 1, aussi parce que la vitesse linéaire périphé­rique du rouleau 3 est supérieure à celle du cylindre 1, la durée de contact du métal coulé avec la paroi du rouleau est inférieure à la durée de contact avec le cylindre. En consé­quence, la peau 10′ formée sur le cylindre 1 a une épaisseur supérieure à celle 10˝ formée sur le rouleau 3. Les deux peaux 10′ et 10˝ se rejoignent sensiblement au niveau du col entre cylindre et rouleau.
  • Il doit être cependant bien compris qu'il n'y a pas une limite précise entre peaux et métal liquide, le métal passant progressivement de l'état liquide à l'état solide par une zone pâteuse. La position de cette zone peut être ajustée en jouant notamment sur les vitesses de rotation du cylindre et du rouleau ou sur l'intensité du refroidissement des parois du cylindre et du rouleau. On visera à obtenir un produit solidifié dans toute sa section en aval du col.
  • Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent d'obtenir un produit, tôle ou bande, présentant un bon état de surface, sans les défauts observés antérieurement.
  • L'invention n'est pas limitée au dispositif et procédé décrit ci-avant à titre d'exemple.
  • On pourra notamment utiliser un moteur unique d'entraî­nement pour le cylindre et le rouleau en interposant entre ceux-­ci un variateur de vitesse, la vitesse de coulée pouvant par exemple être réglée de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres par minute.
  • La position relative du rouleau par rapport au cylindre pourra également être modifiée, l'angle pouvant prendre une valeur quelconque.
  • De même, la survitesse devra être adaptée en fonction des conditions de coulée, des refroidissements respectifs du cylindre et du rouleau, de la nature et de l'état de surface de ceux-ci, ainsi que de leur éventuelle lubrification.
  • Bien entendu, le procédé est applicable à la coulée d'au­tres métaux que l'acier.

Claims (4)

1) Procédé de coulée continue de produits minces tels que tôles ou bandes selon lequel le métal en fusion est amené au contact de la paroi refroidie d'un cylindre principal entraîné en rotation, le métal liquide étant par ailleurs contenu par un rouleau de diamètre inférieur à celui du cylindre, entraîné en rotation, et maintenu à distance de la paroi du cylindre principal d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du produit coulé, et on règle les vitesses du cylindre (1) et du rouleau (3) pour que le fond du puits liquide soit sensiblement au niveau du col entre cylindre et rouleau, procédé caractérisé en ce que le rouleau (3) est entraîné en rotation à une vitesse telle que sa vitesse linéraire périphérique soit supérieure à celle du cylindre (1).
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la survitesse périphérique du rouleau (3) par rapport à celle du cylindre (1) est de 2 à 20 %.
3) Dispostif de coulée continue de produits minces comprenant un cylindre principal entraîné en rotation et dont la paroi latérale est refroidie, un canal d'amenée du métal en fusion sur ladite paroi du cylindre, et un rouleau refroidissant placé parallèlement au cylindre principal et à une distance de celui-ci sensiblement égale à l'épaisseur souhaitée pour le produit, ce rouleau obturant au moins partiellement la zone supérieure de l'extrémité du canal d'amenée, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (4,5) d'entraînement en rotation du rouleau (3) à une vitesse réglable indépendamment de la vitesse du cylindre principal (1).
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rouleau (3) est situé par rapport au cylindre (1) dans un secteur d'angle (α) compris entre 0 et 45° par rapport à la verticale.
EP89401576A 1988-07-06 1989-06-07 Procédé et dispositif de coulée continue de produits métalliques minces Expired - Lifetime EP0350345B1 (fr)

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FR8809275A FR2633852B1 (fr) 1988-07-06 1988-07-06 Procede et dispositif de coulee continue de produits metalliques minces

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Publication Number Publication Date
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EP (1) EP0350345B1 (fr)
JP (1) JPH0263651A (fr)
KR (1) KR900001442A (fr)
CN (1) CN1017319B (fr)
AT (1) ATE69565T1 (fr)
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BR (1) BR8903329A (fr)
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DE (1) DE68900449D1 (fr)
ES (1) ES2027455T3 (fr)
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