FR2515544A1

FR2515544A1 - Continuous casting plant, esp. for copper alloys - where multipart graphite mould is pressed against cooling elements to improve heat extn., so casting speeds can be increased

Info

Publication number: FR2515544A1
Application number: FR8120461A
Authority: FR
Inventors: Gerard Durand-Texte
Original assignee: Griset Ets
Current assignee: Griset Ets
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-06
Also published as: JPS58135750A; BE894741A; JPH0147270B2; FR2515544B1

Abstract

Continuous casting plant, esp. for copper alloys. The plant includes a graphite mould made of two or more parts, which are pressed against cooling elements by mechanical force exerted e.g. by jacks. The force creates flexure in the parts of the mould, so they maintain close contact with the cooling elements; i.e. so the rate of heat extn. from the mould is increased. A pref. plant is used for horizontal continuous casting, where the mould cavity is formed by two graphite elements. Jacks are used to exert compressive stress on both ends of both elements so the latter flex or bow outwards, thus making excellent contact with the cooling elements. The cooling elements may contain slots next to the graphite mould, the slots contg. a heat transfer fluid. Improved heat transfer to the cooling elements means that casting speeds can be increased.

Description

L'invention concerne une installation de coulée en continu de produits, notamment de métaux tels que des alliages de cuivre. The invention relates to an installation for the continuous casting of products, in particular of metals such as copper alloys.

Il est connu de couler en continu des métaux, et notamment des alliages de cuivre, à l'aide d'une installation (figure 1) alimentée par un creuset 1 contenant le métal en fusion. Ce creuset 1 comporte un orifice de coulée débouchant dans une filière en graphite 2, de section par exemple rectangulaire, munie d'éléments de refroidissement 3, par exemple à circulation de fluide réfrigérant. Le métal en fusion, qui est progressivement refroidi dans la filière 2 par les éléments 3, peut alors être tiré sous la forme d'un ruban 4. It is known to continuously flow metals, and in particular copper alloys, using an installation (FIG. 1) fed by a crucible 1 containing the molten metal. This crucible 1 comprises a pouring orifice opening into a graphite die 2, of for example rectangular section, provided with cooling elements 3, for example with circulation of refrigerant. The molten metal, which is gradually cooled in the die 2 by the elements 3, can then be drawn in the form of a ribbon 4.

La vitesse de travail d'une telle installation dépend des possibilités de refroidissement de l1ensemble formé par la filière 2 et les éléments 3. En effet, on ne peut tirer sur un ruban 4 que si celui-ci présente une résistance suffisante, c'est-à-dire lorsque celui-ci est suffisamment refroidi. The working speed of such an installation depends on the cooling possibilities of the assembly formed by the die 2 and the elements 3. In fact, it is only possible to pull on a strip 4 if it has sufficient strength, this is that is to say when it is sufficiently cooled.

On utilise généralement deux types de filières (figures 2, 3). Le premier type de filière est composé de deux demi-coquilles en graphite 21 - 21 usinées de façon à former le passage 22 pour le ruban de métal. Les deux demi-filières 21 sont bloquées entre les éléments de refroidissement 3, fixés l'un à l'autre par des tirants ou moyen d'assemblage 5. Two types of supply chains are generally used (Figures 2, 3). The first type of die is composed of two graphite half-shells 21 - 21 machined so as to form the passage 22 for the metal strip. The two half-dies 21 are blocked between the cooling elements 3, fixed to one another by tie rods or assembly means 5.

En plus des défauts explicités ci-dessus, cette solution nécessite un usinage coûteux des filières. In addition to the defects explained above, this solution requires costly machining of the dies.

La seconde forme de filière utilisée actuellement (figure 3) est composée de deux plaques 23, séparées par des éléments d'écartement 24, de façon à former le passage 22 pour le métal. L'ensemble ainsi constitué est, comme précédemment, bloqué entre deux éléments de refroidissement 3 reliés par des tirants 5. The second form of die currently used (Figure 3) is composed of two plates 23, separated by spacers 24, so as to form the passage 22 for the metal. The assembly thus formed is, as before, blocked between two cooling elements 3 connected by tie rods 5.

Cette solution est plus avantageuse que la précé- dente, puisqu'il n'y a pas à usiner de filières de forme relativement complexes dans le graphite. This solution is more advantageous than the previous one, since there is no need to machine relatively complex shaped dies in graphite.

Comme la vitesse de fonctionnement de l'installation dépend de l'échange de chaleur entre le canal 22 de la filière et les éléments 3, il est indispensable que les surfaces des filières 21, 23 et des éléments de refroidissemens 3 soient aussi bien en contact q possible. As the operating speed of the installation depends on the heat exchange between the channel 22 of the die and the elements 3, it is essential that the surfaces of the dies 21, 23 and of the cooling elements 3 are as well in contact q possible.

Malheureusement (figure 4), les éléments 23 ( 21) de la filière tendent à fléchir (figure 4). Ce fléchissement est essentiellement da à la dilatation résultant du gradient de température à l'intérieur des éléments de graphite. Unfortunately (Figure 4), the elements 23 (21) of the die tend to bend (Figure 4). This deflection is mainly due to the expansion resulting from the temperature gradient inside the graphite elements.

Or, du fait de cette forme bombée, les éléments 23 (ou 21) se décollent des éléments 3 en formant un intervalle d'air 6. Cet intervalle d'air 6 réduit, de façon considérable, l'efficacité de l'échange thermique et, par suite, la vitesse de fonctionnement de l'installation. However, due to this convex shape, the elements 23 (or 21) detach from the elements 3, forming an air gap 6. This air gap 6 considerably reduces the efficiency of the heat exchange and, consequently, the operating speed of the installation.

Une solution déjà proposée a consisté à réaliser des éléments 23 (21) présentant une courbure inverse de celle représentée à la figure 4. Une fois mis en place, ces éléments 23 devraient s'appliquer étroitement contre les éléments 3. Or, outre que cette solution est extrêmement onéreuse, du fait de la forme complexe et, par suite, de l'usinage délicat des éléments de filière 23, cette solution ne donne pas les résultats escomptés. A solution already proposed has consisted in producing elements 23 (21) having a curvature opposite to that shown in FIG. 4. Once put in place, these elements 23 should be applied closely against elements 3. However, apart from the fact that this solution is extremely expensive, due to the complex shape and, consequently, the delicate machining of the die elements 23, this solution does not give the expected results.

Il est connu de bloqueur les éléments 23 contre les éléments 3 par collage, ou mieux, par vissage. Or cette dernière solution, qui permet de réaliser une liaison plus efficace que le collage, présente néanmoins des inconvénients graves car il faut usiner des taraudages dans les éléments en graphite qui, de plus, pour ne pas être fragiles, doivent être plus épais. It is known to block the elements 23 against the elements 3 by gluing, or better, by screwing. However, this latter solution, which makes it possible to achieve a more effective bond than bonding, nevertheless has serious drawbacks because it is necessary to machine threads in the graphite elements which, moreover, in order not to be fragile, must be thicker.

De plus, il est nécessaire de percer les éléments 3 pour le passage des tiges filetées. Le montage et le démontage deviennent également plus complexes et plus longs.In addition, it is necessary to drill the elements 3 for the passage of the threaded rods. Assembly and disassembly also become more complex and longer.

Un autre problème lié à la coulée en continu est celui du retrait. En effet, avec une filière à section correspondant à la figure 6A, on obtient un produit dont la section correspond à la figure 6B (dans cette figure, la concavité dans la partie centrale a été fortement exagérée). Another problem associated with continuous casting is that of shrinkage. Indeed, with a die with a section corresponding to FIG. 6A, a product is obtained whose section corresponds to FIG. 6B (in this figure, the concavity in the central part has been greatly exaggerated).

Les bords 41, 41 de la bande 4 correspondent à la forme de la filière alors que, au milieu de cette section, les parties 42, 42 sont concaves ; cela résulte de la différence de température entre les extrémités de la bande et son centre. Cet effet de concavité est accentué de façon cumulative, d'une part, parce que les filières en graphite présentent les conditions d'échange calorifiques les plus mauvaises vers le centre, du fait de leur contact relativement mauvais avec les éléments de refroidissement, et, d'autre part, à cause de la déformation des éléments de filière (voir figure 4). The edges 41, 41 of the strip 4 correspond to the shape of the die while, in the middle of this section, the parts 42, 42 are concave; this results from the temperature difference between the ends of the strip and its center. This concavity effect is accentuated cumulatively, on the one hand, because the graphite dies have the worst heat exchange conditions towards the center, due to their relatively poor contact with the cooling elements, and, on the other hand, because of the deformation of the die elements (see Figure 4).

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une filière de coulée en continu, notamment pour la coulée d'un alliage de cuivre, permettant de couler des rubans d'épaisseur parfaitement régulière, et à une vitesse de coulée importante. The present invention aims to remedy these drawbacks and proposes to create a continuous casting die, in particular for the casting of a copper alloy, making it possible to cast ribbons of perfectly regular thickness, and at a speed of significant flow.

A cet effet, l'invention concerne une installation de coulée en continu, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens créant des moments de flexion appliquant les parties de filière contre les faces correspondantes des éléments de refroidissement, et notamment des moyens exerçant des efforts de compression sous le plan de la fibre neutre transversalement à la filière pour appliquer, par réaction, les éléments constituant la filière contre les éléments de refroidissement sur toute la surface possible de contact. To this end, the invention relates to a continuous casting installation, characterized in that it comprises means creating bending moments applying the die parts against the corresponding faces of the cooling elements, and in particular means exerting forces. compression under the plane of the neutral fiber transversely to the die to apply, by reaction, the elements constituting the die against the cooling elements over the entire possible contact surface.

Grâce à la précontrainte latérale des parties de la filière de coulée en continu, on applique parfaitement le dos de ces parties de filière contre les éléments de refroidissement, pour assurer un refroidissement efficace des éléments de la filière. Thanks to the lateral prestressing of the parts of the continuous casting die, the back of these die parts is perfectly applied against the cooling elements, to ensure effective cooling of the elements of the die.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces de contact des éléments de refroidissement sont bombées de façon concave. According to another characteristic of the invention, the contact surfaces of the cooling elements are curved concave.

En réalisant ainsi des éléments de refroidissement de forme légèrement concave, on améliore encore le contact entre les parties de la filière et les éléments de refroidissement et on compense la forme creuse de la bande. By thus producing slightly concave shaped cooling elements, the contact between the parts of the die and the cooling elements is further improved and the hollow shape of the strip is compensated for.

Cette solution ne présente pas de difficulté particulière, puisque les pièces d'usure sont les éléments constituant la filière, et les éléments de refroidissement ne subissent aucune usure. This solution does not present any particular difficulty, since the wearing parts are the elements constituting the die, and the cooling elements do not undergo any wear.

Or, les éléments de la filière sont toujours constitués par des éléments plans, simplement soumis à des contraintes latérales. However, the elements of the sector are always constituted by planar elements, simply subjected to lateral constraints.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces concaves des éléments de refroidissement sont constituées par l'assemblage de surfaces élémentaires séparées par des parties en retrait formant des canaux recevant un fluide d'échange de chaleur. According to another characteristic of the invention, the concave surfaces of the cooling elements are formed by the assembly of elementary surfaces separated by recessed parts forming channels receiving a heat exchange fluid.

On améliore la répartition des efforts a l'inti rieur des éléments plans constitutifs de la filière puisqu'or réalise un appui en trois points. Cette solution a également l'avantage de simplifier la fabrication de l'élément de refroidissement, puisque les trois surfaces de contact sont des surfaces planes. The distribution of the forces inside the flat elements constituting the die is improved since gold provides support at three points. This solution also has the advantage of simplifying the manufacture of the cooling element, since the three contact surfaces are flat surfaces.

La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue, en coupe schématique, d'une installation connue de coulée en continu d'un alliage de cuivre
- la figure 2 est une vue en coupe transversale, d'un premier mode de réalisation d'une filière de coulée en continu, connue ;
- la figure 3 est une vue, en coupe transversale, d'un autre mode de réalisation d'une filière de coulée continue selon l'art antérieur ;;
- la figure 4 est ùn schéma explicatif de la déformation des éléments constitutifs de la filière sous l'effet des contraintes thermiques
- la figure 5 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un élément constitutif d'une filière à courbure inverse
- lss figur 6A, 6B représentent respectivement une vue en coupe théorique d'un produit réalisé en coulée continue et une vue en coupe dd produit obtenu, les déformations ayant été exagérées
- la figure 7 est un schéma de principe de deux installations l'une à droite, l'autre à gauche.The present invention will be described in more detail with the aid of the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic sectional view of a known installation for continuous casting of a copper alloy
- Figure 2 is a cross-sectional view of a first embodiment of a known continuous casting die;
- Figure 3 is a view, in cross section, of another embodiment of a continuous casting die according to the prior art;
- Figure 4 is a diagram explaining the deformation of the constituent elements of the die under the effect of thermal stresses
- Figure 5 is a sectional view of an embodiment of a component of a die with reverse curvature
- lss figur 6A, 6B respectively represent a theoretical sectional view of a product produced by continuous casting and a sectional view dd product obtained, the deformations having been exaggerated
- Figure 7 is a block diagram of two installations one on the right, the other on the left.

- les figures 8, 9, 10 sont des schémas explicatifs de la figure 7
- la figure ll est un schéma d'un autre mode d'application d'un moment de flexion.- Figures 8, 9, 10 are explanatory diagrams of Figure 7
- Figure ll is a diagram of another mode of application of a bending moment.

- les figures 12A, 12B montrent une variante de réalisation de l'invention
- la figure 13 est un schéma de principe d'une autre variante de l'invention
- les figures 14, 15 montrent deux modes de réalisation de la variante selon la figure 13.- Figures 12A, 12B show an alternative embodiment of the invention
- Figure 13 is a block diagram of another variant of the invention
- Figures 14, 15 show two embodiments of the variant according to Figure 13.

Selon la figure 7, l'installation selon l'invention qui est représentée en coupe schématique au niveau de la filière, est composée d'éléments de refroidissement 3, appliqués contre les parties 23 de la filière, les parties 23 étant ellesmêmes séparées par des éléments d'écartement 24 de façon à définir une filière, par exemple de section rectangulaire. According to Figure 7, the installation according to the invention which is shown in schematic section at the die, is composed of cooling elements 3, applied against the parts 23 of the die, the parts 23 being themselves separated by spacers 24 so as to define a die, for example of rectangular section.

L'installation comporte des moyens permettant d'exercer des moments de flexion, par exemple des moyens de compression 25 agissant sur les bords des parties de filière 23 pour exercer des efforts de compression F, du côté opposé à celui des éléments de refroidissement 3, par rapport au plan 26 de la fibre neutre dans chaque partie de filière 23.The installation comprises means making it possible to exert bending moments, for example compression means 25 acting on the edges of the die parts 23 to exert compression forces F, on the side opposite that of the cooling elements 3, relative to the plane 26 of the neutral fiber in each part of the die 23.

La figure 8 montre l'action des moyens de compression 25 sur une partie 232 de la filière. FIG. 8 shows the action of the compression means 25 on a part 232 of the die.

De façon schématique la résultante F, des efforts de compression exercés sur les faces latérales 231 de la partie 23, doit être appliquée sur la zone 232 de chaque face latérale 231 située par rapport au plan de la fibre neutre 26, du côté opposé de la face 233 d'appui de la partie 23 contre la surface de contact de son élément de refroidissement 3. Schematically, the resultant F, the compression forces exerted on the lateral faces 231 of the part 23, must be applied to the zone 232 of each lateral face 231 situated relative to the plane of the neutral fiber 26, on the opposite side of the face 233 of support of part 23 against the contact surface of its cooling element 3.

La distance d entre la fibre neutre et la ligne de la résultante F permet de calculer le moment M = F x d exercé sur la partie 23 et tendant à faire fléchir cette partie 23 comme l'indique la figure 9. The distance d between the neutral fiber and the line of the resultant F makes it possible to calculate the moment M = F x d exerted on part 23 and tending to cause this part 23 to flex as indicated in FIG. 9.

Comme (figure 10) l'élément de refroidissement 3 s'oppose au fléchissement de la partie 23, les forces fi réparties, à la distance di de chaque élément d'écartement 24 formant un appui sont tells que
M = z Mi soit F x d = E fixdi
Or, le calcul montre que ces forces d'appui fi (ou les réactions correspondantes) diminuent à mesure que di augmente et qu'il existe une zone médiane Z dans laquelle les efforts sont nuls.As (FIG. 10) the cooling element 3 opposes the deflection of the part 23, the forces fi distributed, at the distance di from each spacing element 24 forming a support are such that
M = z Mi let F xd = E fixdi
Now, the calculation shows that these support forces fi (or the corresponding reactions) decrease as di increases and there is a median zone Z in which the forces are zero.

La figure ll montre comment créer des moments de flexion en exerçant des efforts F1 sur les extrémités des par- ties de filière 23, situées au-delà des éléments d'écartement 24. FIG. 11 shows how to create bending moments by exerting forces F1 on the ends of the die parts 23, located beyond the spacer elements 24.

Selon la figure l2A, une première solution pour arriver à une meilleure répartition des efforts et, par suite, une meilleure application de la partie 23 contre l'élément de refroidissement, on réalise un élément 3' à courbure ;-oncaee
La figure 12 re une fili des parties 3', concaves. According to FIG. 12A, a first solution to arrive at a better distribution of the forces and, consequently, a better application of the part 23 against the cooling element, an element 3 ′ with curvature is produced;
Figure 12 re a thread of parts 3 ', concave.

Une autre solution pour répartir différemment les efforts est représentée aux figures 13, 14, 15. Another solution for distributing the forces differently is shown in Figures 13, 14, 15.

Selon la figure 13, l'élément de refroidissement 3" a une face d'appui pour la partie 23 qui comporte des zones latérales 31 pour s'appuyer sur la partie 23 au droit des éléments d'écartement 24, une zone centrale 33 et des cavités intermédiaires 32. According to FIG. 13, the cooling element 3 "has a bearing face for the part 23 which includes lateral zones 31 for pressing on the part 23 in line with the spacing elements 24, a central zone 33 and intermediate cavities 32.

Dans ces conditions, les efforts fi (ou les réactions) ne s'exercent principalement que dans la zone 33, ce qui est une garantie d'une bonne application entre les pièces 23 et 3", puisqu'aucun contact n'est possible ailleurs que dans les zones 31, 33, 31. Under these conditions, the forces fi (or the reactions) are exerted mainly only in the zone 33, which is a guarantee of a good application between the parts 23 and 3 ", since no contact is possible elsewhere than in zones 31, 33, 31.

Les cavités 32 peuvent recevoir un fluide bon conducteur de chaleur tel que de l'hydrogène ou de l'hélium ou encore du mercure. The cavities 32 can receive a good heat conducting fluid such as hydrogen or helium or even mercury.

La figure 14 montre une variante de la figure 13 dans le cas d'un élément de refroidissement 3"'à surface de contact concave. Cette surface comporte des zones d'appui 34, 36, 34 aux bords et au milieu ainsi que des cavités 35 remplies de fluide conducteur (hydrogène, hélium, mercure). FIG. 14 shows a variant of FIG. 13 in the case of a cooling element 3 "′ with a concave contact surface. This surface has support zones 34, 36, 34 at the edges and in the middle as well as cavities 35 filled with conductive fluid (hydrogen, helium, mercury).

Cette solution combine les avantages des zones d'appui et de la surface concave. This solution combines the advantages of the support zones and the concave surface.

La figure 15 montre une solution particulièrement avantageuse à réaliser. Figure 15 shows a particularly advantageous solution to achieve.

En effet, l'élément de refroidissement 3présente une face concave obtenue par trois segments de droites 37, 38, 37. Comme la partie 23, soumise aux efforts de compression, se courbe de façon continue, il subsiste des cavités 39 entre le contour polygonal 37, 38, 37 et le contour à courbure continue de la partie 23. Indeed, the cooling element 3 has a concave face obtained by three straight segments 37, 38, 37. As the part 23, subjected to compression forces, curves continuously, there remain cavities 39 between the polygonal contour 37, 38, 37 and the continuously curved outline of part 23.

Comme précédemment, ces cavités 39 peuvent recevoir un fluide conducteur de la chaleur. As before, these cavities 39 can receive a heat conducting fluid.

Cette dernière solution est particulièrement inté- ressante pour sa réalisation et son utilisation. Sa réalisation est simple puisqu'il suffit de faire dans la partie 3IV une cavité dont la section a une forme polygonale (dont le nombre de segments n'est pas limité à trois). This last solution is particularly interesting for its realization and its use. Its realization is simple since it suffices to make in the part 3IV a cavity whose section has a polygonal shape (the number of segments is not limited to three).

L'efficacité de cette solution est également très grande du fait à la fois des zones d'appui et de la forme en cône des cavités. The effectiveness of this solution is also very high due to both the support zones and the cone shape of the cavities.

De plus, les formes concaves des surfaces des éléments de refroidissement et, par suite, des parties des filières, permettent de compenser la forme creuse de la bande et qui est normalement due au retrait. In addition, the concave shapes of the surfaces of the cooling elements and, consequently, of the parts of the dies, make it possible to compensate for the hollow shape of the strip and which is normally due to shrinkage.

De façon générale et en variante à la figure 11, les moments de flexion créés, par des efforts de compression exercés à l'extérieur des éléments d'écartement 24 peuvent par exemple être obtenus par la mise en place de cales entre les extrémités des parties de filières 21, 23 et la face correspondante des éléments 3, au-delà des éléments d'écartement 4, en exerçant un effort de traction par les tirants 5. In general and as a variant in FIG. 11, the bending moments created, by compression forces exerted outside the spacers 24 can for example be obtained by placing shims between the ends of the parts of dies 21, 23 and the corresponding face of the elements 3, beyond the spacing elements 4, by exerting a tensile force by the tie rods 5.

Suivant une autre variante non représentée, les moyens créant des moments de flexion sont des moyens permettant d'injecter un composant réagissant au moins avec une partie de la couche, sur une certaine profondeur pour provoquer un allongement de cette couche et par suite un moment tendant à faire fléchir la partie de filière. According to another variant not shown, the means creating bending moments are means making it possible to inject a component reacting at least with part of the layer, over a certain depth to cause an elongation of this layer and consequently a tending moment. to flex the die part.

Claims

RESELL I CA T IONS

10) Continuous casting installation, in particular of metals such as a copper alloy, installation comprising a casting die, made of graphite, blocked between cooling elements (3), this die being composed of at least two parts (21, 21, 23, 24), installation characterized in that it comprises means creating bending moments applying the die parts (21, 23) against the corresponding faces of the cooling elements (3).

20) Installation according to claim 1, characterized in that the means creating bending moments are means exerting compressive forces on the lateral faces (231) of the parts (21, 23), on an area (232) of these lateral parts located on the opposite side of the surface (233) in contact with the cooling elements, with respect to the plane of the neutral fiber of the part (23) to apply each part (21, 23) of the die against the surface of contact (31) of the corresponding cooling element (3).

30) Installation according to claim 2, characterized in that the contact surface of the cooling element (3) for the die part (23) is concave.

40) Installation according to claim 2, characterized in that the surface of the cooling element (3 ", 3" ') comprises lateral support zones (31, 34) and a support zone (33, 36 ) median for the part (23) of the die.

50) Installation according to claim 4, characterized in that the bearing zones (31, 34, 33, 36) are separated by cavities (32, 35) containing a thermal conductive fluid.

60) Installation according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the concave support surface of the element (3il) has a polygonal section.

70) Installation according to claim 1, characterized in that it comprises means exerting compressive forces on the die parts outside the spacers (24).

8) Installation according to claim 1, characterized in that the means creating bending moments are means for injecting into the layer of die parts (23), located on the side of the die / cooling elements interface, a component expanding this layer.