EP0491641B1 - Dispositif de coulée continue de bandes minces de métal, notamment d'acier - Google Patents

Description

• La présente invention a pour objet un dispositif de coulée continue de bandes minces de métal, notamment d'acier, comprenant deux cylindres parallèles refroidis, disposés en regard l'un de l'autre de manière à délimiter entre eux un espace de coulée pour le métal liquide, deux plaques de fermeture latérale de cet espace de coulée, placées aux extrémités des cylindres, un inducteur électromagnétique disposé en regard de chaque plaque pour chauffer par induction le bain de métal liquide, dans l'espace de coulée.
• Comme on le sait, il se forme une peau de métal solidifié sur la face interne des plaques de fermeture des extrémités frontales des cylindres (appelées couramment "petites faces"). Le document JP-A-02075450 montre une plaque de fermeture constituée essentiellement par un matériau réfractaire pour sa partie fonctionnelle et supportée par une plaque métallique. Le document JP-A-01249243 montre une plaque de fermeture épaisse en cuivre recouverte de dépôts de nickel et de chrome. On a proposé jusqu'à présent divers moyens pour éviter cette solidification indésirable du métal liquide sur les petites faces, notamment la mise en oeuvre d'inducteurs magnétiques disposés près de ces dernières et destinés à chauffer le métal liquide.
• Par exemple le document JP-A-62077156 décrit une installation de coulée entre cylindres comportant des inducteurs placés à proximité des petites faces pour chauffer le métal par courant de Foucault, les petites faces étant en un matériau réfractaire ou céramique, et étant suffisamment minces pour ne pas faire écran à la pénétration du champ magnétique dans le métal liquide.
• Il est toutefois difficile de réaliser avec ce type de matériau des petites faces qui soient suffisamment minces et qui aient cependant une résistance mécanique suffisante pour assurer la sécurité de l'exploitation de tels dispositifs.
• Les solutions proposées en ce sens sont relativement complexes et n'ont pas en fait donné satisfaction.
• L'invention a donc pour but de réaliser un dispositif de coulée continue de bandes minces du type précité, qui soit relativement simple et qui donne toute satisfaction en ce qui concerne l'efficacité du chauffage du métal liquide, tout en évitant un échauffement exagéré des cylindres.
• Le dispositif selon l'invention est du type selon lequel chaque plaque de fermeture est constituée en un matériau métallique, a une épaisseur nettement inférieure à la profondeur de pénétration de ladite plaque par le champ magnétique des moyens de chauffage par induction constitués par un inducteur électromagnétique, et la fréquence de ce champ magnétique est à cet effet réglée à une valeur suffisamment basse en fonction de la conductibilité électrique du matériau métallique constitutif des plaques. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ledit inducteur électromagnétique a un contour qui correspond approximativement au contour de l'espace de coulée entre les cylindres.
• On peut donc selon l'invention réaliser des petites faces de faible épaisseur, permettant le chauffage à travers celles-ci du métal liquide par induction, en choisissant convenablement la fréquence du champ magnétique de l'inducteur. La configuration de l'inducteur permet de Imiter l'échauffement des cylindres pendant la coulée.
• On sait en effet que chaque métal ou alliage peut être pénétré jusqu'à une certaine profondeur par un champ magnétique d'une fréquence déterminée.
• Il est communément admis de désigner par profondeur de pénétration, ou épaisseur de peau, d'un matériau donné l'épaisseur de ce matériau dans laquelle le champ magnétique produit la majeure partie de ses effets ; cette profondeur de pénétration d étant définie par la formule : $$\text{d =}\sqrt{\frac{\text{2}}{\text{µσω}}}$$

  

  où :
• µ est la perméabilité magnétique du matériau considéré,
• σ est sa conductibilité électrique,
• ω est la pulsation du courant inducteur.
• Dans cette profondeur de pénétration ou de peau, sont ainsi générés des courants de Foucault induits par le champ magnétique. Pour le cuivre, la profondeur de pénétration est de l'ordre de 7 mm pour une fréquence de 50 Hertz. Dans ces conditions, une petite face constituée par une plaque métallique, notamment en cuivre, dont l'épaisseur est nettement inférieure à la profondeur de pénétration du champ magnétique, peut être considérée comme transparente, au moins partiellement, au champ magnétique. Cela permet d'obtenir un chauffage du métal liquide en contact avec la petite face, des courants de Foucault étant également induits dans le métal liquide et développant une effet Joule.
• Suivant une caractéristique de l'invention, les moyens de chauffage comprennent un inducteur électromagnétique basse fréquence disposé au voisinage de chaque plaque et dont le contour correspond approximativement au contour de l'espace de coulée entre les cylindres. Ce contour particulier limite les lignes de force du champ magnétique dans les cylindres, et ainsi un chauffage non souhaité de ces derniers.
• Suivant une autre particularité de l'invention, l'inducteur est formé par une bobine dont les spires sont empilées suivant un axe perpendiculaire à la plaque associée, et dont le contour correspond sensiblement à celui de l'espace de coulée.
• D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent deux formes de réalisation à titre d'exemples non limitatifs.
• La figure 1 est une vue en élévation frontale partielle d'un dispositif de coulée continue de bandes minces de métal selon une première forme de réalisation de l'invention.
• La figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la Fig. 1.
• Les figures 3 et 4 sont des vues correspondant respectivement aux Fig. 1 et 2 d'une seconde forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
• Le dispositif représenté aux Fig. 1 et 2 est destiné à la coulée continue de bandes minces de métal, notamment d'acier, entre deux cylindres 1 parallèles, refroidis de manière connue en soi, disposés horizontalement en regard l'un de l'autre de manière à déterminer entre eux un espace de coulée 2 pour un bain 3 de métal liquide.
• Le dispositif comprend en plus deux plaques métalliques 4 ou "petites faces" de fermeture de l'espace de coulée 2, placée aux extrémités frontales opposées des cylindres 1 afin d'obturer l'espace 3 de manière étanche. Des canaux 5 de refroidissement des plaques 4 par circulation d'un fluide de refroidissement tel que l'eau, sont fixés aux plaques 4 de manière connue en soi, par exemple par brasage.
• Le dispositif est par ailleurs pourvu d'un inducteur électromagnétique de chauffage du bain 3 qui dans la forme de réalisation décrite, comprend une bobine 6 d'induction magnétique basse fréquence, disposée en regard de chaque plaque 4 et reliée à une alimentation non représentée. Le contour 10 de chaque bobine 6 correspond approximativement au contour de l'espace de coulée 3 entre les cylindres 1, comme cela est visible à la Fig. 1. Les spires 6a de la bobine 6 sont empilées suivant un axe XX perpendiculaire à la plaque associée 4, passant par le centre de l'espace de coulée 3. La bobine 6 est maintenue en place par un support qui peut être constitué par exemple par une plaquette 7 dans laquelle a été ménagé un évidement 7a dont le contour correspond sensiblement à celui de l'espace de coulée 3, vu en section transversale. Les spires 6a sont donc maintenues dans ce logement 7a par compression sur les parois de celui-ci. La partie supérieure du support 7 a été enlevée sur la Fig. 2 pour la commodité de la description.
• Les canaux ou tuyaux 5 de refroidissement, de section quelconque, par exemple carrée ou rectangulaire, jouent également le rôle de raidisseurs pour assurer la tenue mécanique et la rigidité de l'ensemble.
• La tôle constituant chaque petite face 4 a une épaisseur e inférieure à la profondeur de pénétration du flux magnétique émis par la bobine 6 pour une basse fréquence donnée, et pour un métal ou alliage déterminé. Ainsi dans le cas où les petites faces 4 sont en cuivre, et pour une fréquence de 50 Hertz du courant d'alimentation de la bobine 6 et donc du champ magnétique induit, e sera inférieure à 7 mm, valeur de la profondeur de pénétration du flux magnétique dans la petite face 4, et préférentiellement d'environ 1 mm. Cette dernière est alors sensiblement transparente au champ magnétique qui génère des courants de Foucault dans le bain 3, réchauffant celui-ci au voisinage des petites faces 4 et empêchant sa solidification.
• La puissance thermique fournie au métal solide et liquide par le flux magnétique de l'inducteur 6 compense la perte de chaleur due au contact du métal liquide sur les faces froides des plaques 4, ce qui stabilise l'épaisseur de la pellicule solidifiée.
• Il convient de noter que le générateur de puissance à 50 Hertz peut être un simple transformateur, peu onéreux.
• En variante, pour faciliter l'étanchéité des petites faces 4 avec les cylindres 1 et pour limiter les risques d'usure par frottement, il est avantageux de revêtir les faces intérieures des plaques 4, au contact avec le métal liquide 3, d'une couche mince appropriée, de quelques dizaines de microns d'épaisseur, par exemple en nickel électrolytique ou en molybdène. Il est également possible de disposer, au moins dans certaines zones des petites faces 4, une couche de réfractaire jouant le rôle d'isolant thermique.
• Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, illustrée aux Fig. 3 et 4, l'inducteur électromagnétique comprend une bobine 8 dont les spires 8a sont superposées suivant le même axe XX perpendiculaire à la plaque associée 4, et un empilement 9 de tôles magnétiques 9a perpendiculaires à ladite plaque 4, les spires 8a étant enroulées autour de cet empilement 9. Ce dernier et la bobine 8 ont un contour 10 correspondant sensiblement à celui de l'espace de coulée 3, et ayant donc, comme dans la réalisation des Fig. 1 et 2, des côtés concaves 11 de courbure correspondant à celle des cylindres 1, un côté supérieur 12 sensiblement horizontal et un côté inférieur 13 bombé.
• L'empilement 9 constitue un noyau concentrateur du flux magnétique émis par la bobine 8. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le cas où un inducteur simple soulève des difficultés du fait de la puissance à installer, ou encore parce que celle-ci se disperse de manière excessive en dehors du volume à chauffer. En effet, seul le bain 3 de métal liquide doit être chauffé, à l'exclusion des cylindres 1 et du reste de l'installation de coulée.
• Les petites faces 4 peuvent être réalisées en tout métal ou alliage approprié, outre le cuivre ou un alliage de cuivre, cité uniquement à titre d'exemple. Dans tous les cas l'épaisseur e des petites faces 4 est nettement inférieure à la profondeur de pénétration d'un champ magnétique d'une basse fréquence donnée, généralement inférieure à 100 Hertz, ce qui permet de réaliser des petites faces 4 particulièrement minces par rapport à celles utilisées jusqu'à présent.
• Il est ainsi possible d'utiliser dans des installations de coulée entre cylindres, des petites faces métalliques tout en conservant les avantages d'un chauffage par induction du métal coulé qui se trouve à proximité de ces petites faces, et en assurant un rendement satisfaisant de ce chauffage.

Claims (4)

1. Dispositif de coulée continue de bandes minces de métal, notamment d'acier, comprenant deux cylindres (1) parallèles refroidis, disposés en regard l'un de l'autre de manière à délimiter entre eux un espace de coulée (2) pour le métal liquide (3), deux plaques (4) de fermeture latérale de cet espace de coulée placées aux extrémités des cylindres et constituées en un matériau métallique, un inducteur électromagnétique (6,8) disposé au regard de chaque plaque (4) et dans son voisinage pour chauffer par induction le bain de métal liquide dans l'espace de coulée, chaque plaque de fermeture (4) ayant une épaisseur (e) inférieure à la profondeur de pénétration (d) de ladite plaque par le champ magnétique de l'inducteur (6,8), caractérisé en ce que ledit inducteur électromagnétique (6,8) a un contour (10) qui correspond approximativement au contour de l'espace de coulée (2) entre les cylindres (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur est formé par une bobine (6) dont les spires (6a) sont empilées suivant un axe (XX) perpendiculaire à la plaque associée (4), et dont le contour (10) correspond sensiblement à celui de l'espace de coulée.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur comprend une bobine (8) dont les spires (8a) sont superposées suivant un axe (XX) perpendiculaire à la plaque associée (4), et un empilement (9) de tôles magnétiques (9a) perpendiculaires à ladite plaque, autour duquel est enroulée la bobine, cet empilement et la bobine ayant un contour (10) correspondant sensiblement à celui de l'espace de coulée (2).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces intérieures des plaques (4) de fermeture en contact avec le métal liquide (3) sont revêtues d'une couche mince de nickel électrolytique, ou de molybdène, ou d'une couche de réfractaire formant isolant thermique.

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