FR2665653A1 - METHOD FOR CONTROLLING THE THICKNESS OF A CONTINUOUSLY CAST METAL STRIP ON A CYLINDER. - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à un procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique (5) coulée en continu sur un cylindre (1). Elle consiste à utiliser en combinaison une lame de gaz (7) dirigée vers la surface de métal contenu dans l'injecteur et un écran (9) partiellement immergé dans le dit métal. Elle trouve son application dans la fabrication directe de bandes minces ayant une surface lisse, une épaisseur régulière et dépourvue de défauts résultant de la présence d'oxydes ou d'autres impuretés.The invention relates to a method for controlling the thickness of a metal strip (5) continuously cast on a cylinder (1). It consists in using in combination a gas sheet (7) directed towards the metal surface contained in the injector and a screen (9) partially immersed in said metal. It finds its application in the direct manufacture of thin strips having a smooth surface, a regular thickness and free from defects resulting from the presence of oxides or other impurities.
Description
PROCEDE POUR CONTROLER L'EPAISSEUR D'UNE BANDEMETHOD FOR CONTROLLING THE THICKNESS OF A STRIP
METALLIQUE COULEE EN CONTINU SUR UN CYLINDRE. CONTINUOUSLY CAST METAL ON A CYLINDER.
La présente invention est relative à un procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique coulée en The present invention relates to a method for controlling the thickness of a metal strip cast in
continu sur un cylindre.continuous on a cylinder.
Il est connu de l'homme de l'art de la mise en forme des matériaux qu'on peut obtenir directement et en continu une bande métallique d'épaisseur voisine du millimètre par mise en contact d'un métal en fusion avec un cylindre métallique, refroidi qui tourne autour d'un axe horizontal; cette mise en contact étant réalisée au moyen d'un injecteur muni à son extrémité d'une ouverture en forme de U qui s'allonge parallèlement à la génératrice dudit cylindre de manière que la surface libre du matériau contenu dans l'injecteur effleure la surface du cylindre et forme lors de la rotation It is known to those skilled in the art of shaping materials that can be obtained directly and continuously a metal strip of thickness close to a millimeter by bringing a molten metal into contact with a metal cylinder , cooled which rotates around a horizontal axis; this contacting being carried out by means of an injector provided at its end with a U-shaped opening which elongates parallel to the generator of said cylinder so that the free surface of the material contained in the injector brushes the surface of the cylinder and shape during rotation
un ménisque.a meniscus.
Dans ces conditions, le matériau liquide au contact du cylindre se solidifie sous la forme d'une couche de faible épaisseur et entraîne par l'intermédiaire du ménisque une quantité supplémentaire de métal de sorte qu'on obtient Under these conditions, the liquid material in contact with the cylinder solidifies in the form of a thin layer and carries through the meniscus an additional quantity of metal so that one obtains
finalement une bande continue.finally a continuous band.
L'épaisseur de la bande produite de cette façon dépend de la vitesse de rotation du cylindre, de la hauteur du matériau en fusion dans l'ouverture de l'injecteur ainsi que des The thickness of the strip produced in this way depends on the speed of rotation of the cylinder, the height of the molten material in the opening of the injector as well as
caractéristiques de transfert de chaleur du cylindre. heat transfer characteristics of the cylinder.
Ce procédé de coulée directe en continu, encore appelé dans le langage anglo-saxon: " melt overflow ", s'il est simple dans son principe, présente néanmoins certaines difficultés d'application industrielle quand on veut, par exemple, This direct continuous casting process, also called in the English language: "melt overflow", if it is simple in principle, nevertheless presents certain difficulties of industrial application when one wants, for example,
fabriquer des bandes de largeur relativement grande. make strips of relatively large width.
En effet, le plus souvent, la bande élaborée suivant ce procédé présente des variations d'épaisseur aussi bien dans le sens longitudinal que transversal, ce qui la rend difficilement utilisable soit directement ou après avoir In fact, most often, the strip produced according to this process has variations in thickness both in the longitudinal and transverse directions, which makes it difficult to use either directly or after having
subi des traitements mécaniques et/ou thermiques. undergone mechanical and / or thermal treatments.
D'o la recherche de solutions visant à supprimer cet inconvénient qui ont abouti à la mise en oeuvre par différents inventeurs de moyens permettant de contrôler Hence the search for solutions aimed at eliminating this drawback which have resulted in the implementation by different inventors of means making it possible to control
l'épaisseur et le profil de la bande élaborée. the thickness and profile of the strip produced.
Mais, ces moyens qui ont fait, le plus souvent, l'objet de dépôts de demandes de brevet, ne semblent pas pour l'instant However, these means, which have most often been the subject of patent applications, do not seem for the moment
avoir apporté de véritable solution au problème posé. to have brought a real solution to the problem posed.
On peut citer, par exemple: -la demande européenne publiée sous le N O 174765, déposée sous priorité 1984 et dans laquelle pour obtenir un débit uniforme de métal sur toute la largeur de l'ouverture de l'injecteur, on met en oeuvre des barrages 36 immergés partiellement dans le bain métallique que contient l'injecteur. -le brevet TJ S N 04,771,819 déposé sous priorité 1985 et qui enseigne l'introduction d'un rouleau rotatif, refroidi et de petit diamètre qui plonge partiellement dans la partie supérieure du bain de métal liquide et dont l'écartement avec le cylindre de coulée sert à déterminer l'épaisseur de We can cite, for example: -the European application published under the NO 174765, filed under priority 1984 and in which to obtain a uniform flow of metal over the entire width of the injector opening, we use dams 36 partially submerged in the metal bath contained in the injector. -the patent TJ SN 04,771,819 filed under priority 1985 and which teaches the introduction of a rotating roller, cooled and of small diameter which partially plunges into the upper part of the bath of liquid metal and whose spacing with the casting cylinder serves to determine the thickness of
la bande.the band.
-la demande de brevet WO 89/07025, déposée sous priorité 1988, décrit également l'utilisation d'un rouleau mais qui est ici chauffé à une température supérieure à la température de fusion du métal coulé; le contrôle de l'épaisseur étant aussi obtenu par l'espacement entre le cylindre et le rouleau qui ne laisse passer qu'une couche de the patent application WO 89/07025, filed under priority 1988, also describes the use of a roller but which is here heated to a temperature above the melting temperature of the cast metal; thickness control is also obtained by the spacing between the cylinder and the roller which allows only a layer of
liquide constante dans le temps et uniforme dans l'espace. liquid constant in time and uniform in space.
-le brevet U S N 04,842,042, déposé sous prioriété 1988, dans lequel on utilise aussi un rouleau d'axe parallèle à celui du cylindre refroidi mais qui revendique des moyens de réglage d'un espace donné entre ces deux éléments indépen -the patent U S N 04,842,042, filed under priority 1988, in which one also uses a roller with an axis parallel to that of the cooled cylinder but which claims means for adjusting a given space between these two independent elements.
demment des irrégularités de surface du cylindre. correct irregularities in the cylinder surface.
-la demande de brevet W O 87/02285 dans laquelle pour obtenir une bande ayant une section transversale uniforme et un bon état de surface on dirige une lame de gaz sous faible pression à la surface du métal contenu dans l'injecteur près de l'endroit o le dit métal entre en contact avec le cylindre En ce qui concerne plus particulièrement cette dernière demande, il apparaît que la lame de gaz, bien qu'ayant des effets bénéfiques sur la qualité de la bande, peut néanmoins avoir un rôle néfaste du fait qu'elle crée des remous dans la masse de métal contenu dans l'injecteur et provoque à la fois l'apparition de vagues et une dispersion des peaux -the patent application WO 87/02285 in which to obtain a strip having a uniform cross section and a good surface condition, a blade of gas under low pressure is directed at the surface of the metal contained in the injector near the location o the said metal comes into contact with the cylinder With regard more particularly to this latter request, it appears that the gas slide, although having beneficial effects on the quality of the strip, can nevertheless have a harmful role due to the fact that it creates eddies in the mass of metal contained in the injector and causes both the appearance of waves and a dispersion of the skins
d'oxyde qui flottent à la surface.of oxide floating on the surface.
D'o l'invention qui consiste en un procédé pour contrôler l'épaisseur d'une bande métallique coulée en continu sur un cylindre dans lequel on met en contact le métal à l'état liquide avec la paroi latérale refroidie d'un cylindre en rotation sur laquelle il se solidifie, le dit métal étant amené par l'intermédiaire d'un injecteur dont l'extrémité s'ouvre suivant une fente le long de la génératrice du cylindre de manière que sa surface libre effleure la dite paroi et dans lequel on dirige vers la dite surface une lame de gaz qui s'allonge le long de la génératrice du cylindre caractérisé en ce que l'on immerge partiellement dans le métal contenu dans l'injecteur, sur une faible profondeur et à proximité du cylindre, un écran qui s allonge suivant la largeur de la bande et qui est séparé du Hence the invention which consists of a method for controlling the thickness of a metal strip continuously cast on a cylinder in which the metal in contact in liquid state is brought into contact with the cooled side wall of a cylinder in rotation on which it solidifies, the said metal being brought in via an injector, the end of which opens in a slot along the generatrix of the cylinder so that its free surface touches the said wall and in which is directed towards said surface a gas slide which elongates along the generator of the cylinder characterized in that it is partially immersed in the metal contained in the injector, to a shallow depth and near the cylinder, a screen which extends along the width of the strip and which is separated from the
cylindre par la lame de gaz.cylinder by the gas slide.
Ainsi, l'invention est réalisée par l'adjonction dans un dispositif classique de coulée du type melt overflow d' un écran qui est partiellement immergé dans le métal contenu dans l' injecteur et qui influe sur les phénomènes pouvant se manifester à la surface dudit métal En particulier, toute perturbation telle que, par exemple, les vagues provenant de l'alimentation en métal frais ou les remous causés par la lame d'air, se trouve confinée à une zone réduite de la surface et son effet est ainsi passablement réduit. Cette atténuation des ondulations de surface a pour résultats: -une stabilisation du ménisque -un meilleur contrôle du profil d'épaisseur de la bande coulée -une amélioration de la surface supérieure de la bande car on évite l'entraînement d'un film de liquide de faible Thus, the invention is achieved by the addition in a conventional casting device of the melt overflow type of a screen which is partially immersed in the metal contained in the injector and which influences the phenomena which may occur on the surface of said metal In particular, any disturbance such as, for example, the waves coming from the supply of fresh metal or the eddies caused by the air gap, is confined to a reduced area of the surface and its effect is thus considerably reduced . This attenuation of the surface ripples results in: -a stabilization of the meniscus -a better control of the thickness profile of the cast strip -an improvement of the upper surface of the strip since the entrainment of a film of liquid is avoided weak
épaisseur avec le métal déjà solidifié. thickness with the metal already solidified.
En outre, la présence d'un écran assure un blocage des In addition, the presence of a screen ensures blocking of
impuretés et des oxydes flottant à la surface du métal. impurities and oxides floating on the surface of the metal.
L'écran est réalisé à partir d'un matériau non mouillé par le métal et résistant à son action chimique Ce peut être, par exemple, du graphite ou une céramique Il ne doit pas se déformer à chaud et sa mise en place nécessite généralement un préchauffage par tout moyen connu à une température voisine de celle du métal Sa forme est le plus souvent celle d'une plaque de longueur voisine de celle de la fente de l'injecteur et son épaisseur comprise,de préférence entre 5 et 50 mm, dépendra de la nature du métal mis en oeuvre. Cet écran est immergé dans le métal contenu dans l'injecteur à une profondeur comprise de préférence entre 1 et 5 mm, la hauteur totale de métal étant le plus souvent comprise entre et l O Omm Son plan forme avec la surface du métal un angle compris de préférence entre 10 et 90 degrés; les meilleurs résultats sont néanmoins obtenus entre 30 et 60 degrés. La distance de l'écran au cylindre est de préférence comprise entre 2 et 5 mm tandis que la distance écran-buse d'injection de gaz destinée à créer la lame de gaz est au The screen is made from a material not wetted by the metal and resistant to its chemical action It can be, for example, graphite or a ceramic It must not be deformed when hot and its installation generally requires a preheating by any known means at a temperature close to that of the metal Its shape is most often that of a plate of length close to that of the slot of the injector and its thickness comprised, preferably between 5 and 50 mm, will depend of the nature of the metal used. This screen is immersed in the metal contained in the injector to a depth preferably between 1 and 5 mm, the total height of metal being most often between and O Omm Its plane forms with the surface of the metal an angle included preferably between 10 and 90 degrees; the best results are nevertheless obtained between 30 and 60 degrees. The distance from the screen to the cylinder is preferably between 2 and 5 mm while the distance from the screen to the gas injection nozzle intended to create the gas slide is at
minimum de lmm.minimum of lmm.
De préférence, la paroi latérale de l'écran constituant son épaisseur et qui plonge dans le métal présente un profil arrondi obtenu par un usinage soigneux; toutefois, un profil composé d'une partie rectiligne inclinée par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écran prolongé par une partie arrondie située du côté du cylindre est plus favorable car elle évite la formation de zones mortes dans Preferably, the side wall of the screen constituting its thickness and which plunges into the metal has a rounded profile obtained by careful machining; however, a profile composed of a rectilinear part inclined with respect to the perpendicular to the plane of the screen extended by a rounded part situated on the side of the cylinder is more favorable since it avoids the formation of dead zones in
la partie amont de l'injecteur.the upstream part of the injector.
La génératrice de la partie arrondie du profil peut être rectiligne et parallèle à la génératrice du cylindre mais, de préférence, elle présente une courbure dans un plan The generator of the rounded part of the profile can be straight and parallel to the generator of the cylinder but, preferably, it has a curvature in a plane
horizontal ou vertical ou dans les deux plans en même temps. horizontal or vertical or in both planes at the same time.
Dans le cas d'une génératrice courbe, la courbure est choisie de manière à imposer une action de la buse de gaz variable sur la largeur du produit et agir par ce biais sur la forme du produit pour couler des bandes ayant un profil In the case of a curved generator, the curvature is chosen so as to impose an action of the variable gas nozzle on the width of the product and act through this on the shape of the product to cast strips having a profile
transversal d'épaisseur particuliere. transverse of particular thickness.
En ce qui concerne la lame de gaz, elle est obtenue au moyen d'une buse classique dans le domaine de la coulée telle que celle qui est décrite, par exemple, dans la demande WO 87/02285 et qui se compose deux demicoquilles fixées l'une contre l'autre à l'aide de boulons et présentant sur leur face en regard une partie en creux qui délimite une As regards the gas slide, it is obtained by means of a conventional nozzle in the field of casting such as that which is described, for example, in application WO 87/02285 and which consists of two fixed half-shells l '' against one another using bolts and having on their opposite face a hollow part which delimits a
chambre à l'intérieur de laquelle est placée une membrane. chamber inside which is placed a membrane.
Cette chambre est en relation d'un côté avec une source de gaz et de 1 'autre avec une fente de largeur comprise entre 0,2 et 2 mm qui crée un jet de gaz régulier sur toute la largeur de la bande La vitesse du gaz à la sortie de la buse est généralement comprise entre 1 et 200 m/sec et de This chamber is in relation on one side with a gas source and on the other with a slit of width between 0.2 and 2 mm which creates a regular jet of gas over the entire width of the strip The speed of the gas at the outlet of the nozzle is generally between 1 and 200 m / sec and from
préférence entre 20 et l O Om/sec. preferably between 20 and O Om / sec.
Cette buse peut être montée sur un chassis permettant d'ajuster sa position et son orientation en fonction des conditions d'utilisation et notamment de la position de l'injecteur de coulée L'orientation est repérée par rapport This nozzle can be mounted on a chassis making it possible to adjust its position and its orientation as a function of the conditions of use and in particular of the position of the casting injector. The orientation is marked with respect to
à la tangente au cylindre au point o on quitte le bain. at the tangent to the cylinder at the point where we leave the bath.
Ainsi, l'axe de la buse peut former avec cette tangente un angle compris entre O et 90 degrés mais de préférence entre et 45 degrés La distance embouchure de la buse à la surface du métal contenu dans l'injecteur se situe normalement entre 2 et 20 mm Dans tous les cas, la distance minimum entre le cylindre et la buse doit être supérieure à 2 mm pour tenir compte de la déformation à chaud du cylindre Thus, the axis of the nozzle can form with this tangent an angle between 0 and 90 degrees but preferably between and 45 degrees The mouth distance of the nozzle to the surface of the metal contained in the injector is normally between 2 and 20 mm In all cases, the minimum distance between the cylinder and the nozzle must be greater than 2 mm to take account of the hot deformation of the cylinder
et de l'épaisseur de la bande.and the thickness of the strip.
Quant au gaz, il doit être sec et parfaitement déshuilé; ce peut être de l'air sec mais, de préférence un gaz neutre tel que l'argon ou l'azote Sa température est de préférence As for the gas, it must be dry and perfectly de-oiled; it can be dry air but, preferably a neutral gas such as argon or nitrogen Its temperature is preferably
voisine de celle du métal.close to that of metal.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure jointe qui représente en coupe verticale une vue d'une machine de The invention will be better understood using the attached figure which represents in vertical section a view of a machine for
coulée équipée d'un écran selon l'invention. casting equipped with a screen according to the invention.
De façon plus détaillée, on distingue un cylindre de coulée 1 et un injecteur 2 contenant sur une hauteur h le métal 3 qui forme un ménisque 4 au contact du cylindre et se solidifie en une bande 5; une buse 6 crée une lame de gaz 7 par la fente 8; l'écran 9 selon l'invention présente à son In more detail, there is a casting cylinder 1 and an injector 2 containing over a height h the metal 3 which forms a meniscus 4 in contact with the cylinder and solidifies into a strip 5; a nozzle 6 creates a gas plate 7 through the slot 8; screen 9 according to the invention presents at its
extrémité 10 une partie arrondie immergée dans le métal. end 10 a rounded part immersed in the metal.
L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants The invention can be illustrated using the following application examples
EXEMPLE 1 -EXAMPLE 1 -
On a coulé sur un cylindre en alliage de cuivre une bande de largeur 500 mm constitué par un alliage d'aluminium du type A strip 500 mm wide consisting of an aluminum alloy of the type was cast on a copper alloy cylinder.
3003 suivant les normes de l'Aluminium Association. 3003 according to the standards of the Aluminum Association.
Le cylindre tournait avec une vitesse linéaire de 2 m/sec, la température du métal dans l'injecteur était comprise The cylinder rotated with a linear speed of 2 m / sec, the temperature of the metal in the injector was included
entre 680 et 690 OC et sa hauteur de 50 mm. between 680 and 690 OC and its height of 50 mm.
En ce qui concerne la lame de gaz constituée par de l'argon à 700 'C circulant à la vitesse de 40 m/sec, elle était créée par une buse munie à son extrémité d'une fente de largeur lmm placée à une distance de 8 mm de la surface du métal et dont l'axe était incliné de 30 degrés par rapport à la tangente au cylindre Quant à l'écran, il était réalisé avec une plaque parallèlipipédique en un matériau réfractaire commercial du type monalite G 3 d'épaisseur 5 mm, de longueur égale à celle de l'injecteur, ayant un profil d'extrémité en partie rectiligne et en partie courbe, inclinée de 60 degrés par rapport à la surface du métal contenu dans l'injecteur, distante du cylindre de 3 mm et immergée sur une profondeur As for the gas blade formed by argon at 700 ° C circulating at a speed of 40 m / sec, it was created by a nozzle provided at its end with a slot of width lmm placed at a distance of 8 mm from the surface of the metal and whose axis was inclined 30 degrees relative to the tangent to the cylinder As for the screen, it was made with a parallelipipedic plate of a commercial refractory material of the monalite G 3 thickness 5 mm, of length equal to that of the injector, having a partly straight and partly curved end profile, inclined by 60 degrees relative to the surface of the metal contained in the injector, 3 mm from the cylinder and submerged to a depth
de 5 mm.5 mm.
On a obtenu une bande de 0,8 mm d'épaisseur moyenne présentant un aspect de surface de qualité supérieure à celle obtenue sans l'utilisation d'écran, les mesures au rugosimètre donnant respectivement des valeurs de Ra de 4 A strip of 0.8 mm of average thickness was obtained having a surface appearance of higher quality than that obtained without the use of a screen, the measurements with the roughness meter giving respectively Ra values of 4
suivant l'invention et de 12 um suivant l'art antérieur. according to the invention and 12 μm according to the prior art.
Cependant, on observait des variations d'épaisseur sur la largeur pouvant atteindre 5 % et notamment une surépaisseur However, there were variations in thickness over the width of up to 5% and in particular an excess thickness
au voisinage des rives.near the shores.
EXEMPLE 2 - Une coulée a été réalisée dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1 hormis le fait que la génératrice de la courbure du profil était courbe de sorte que sa distance au cylindre était à ses extrémités inférieure de lmm à celle EXAMPLE 2 - A casting was carried out under the same conditions as those of Example 1 except that the generator of the profile curvature was curved so that its distance to the cylinder was at its ends less than 1 mm than that
qui la sépare en son milieu.that separates it in the middle.
Dans ces conditions, la rugosité était comparable à celle de l'exemple 1 mais, par contre, les variations d'épaisseur Under these conditions, the roughness was comparable to that of Example 1 but, on the other hand, the variations in thickness
étaient inférieures à 1 %.were less than 1%.
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