FR2670144A1

FR2670144A1 - CYLINDER FOR CONTINUOUS CASTING ON ONE OR BETWEEN TWO CYLINDERS, AND ITS MANUFACTURING METHOD.

Info

Publication number: FR2670144A1
Application number: FR9015535A
Authority: FR
Inventors: Raisson Georges
Original assignee: USINOR Sacilor SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1992-06-12
Anticipated expiration: 2010-12-07
Also published as: ES2079051T3; DE69113588D1; FR2670144B1; DK0490800T3; EP0490800A1; GR3017932T3; DE69113588T2; EP0490800B1; ATE128656T1; DE4140319A1

Abstract

The cylinder comprises an outer sleeve 6, made from a material which is a good conductor of heat, and a central core 2. The sleeve is connected to an underlying support piece 3 over their entire contact surface by means of a metallurgical connection without melting produced by diffusion welding by means of isostatic hot compression.

Description

f 2670144f 2670144

CYLINDRE POUR LA COULEE CONTINUE SUR UN OU CYLINDER FOR CONTINUOUS CASTING ON ONE OR

ENTRE DEUX CYLINDRES, ET SON PROCEDE DE FABRICATION BETWEEN TWO CYLINDERS, AND ITS MANUFACTURING METHOD

La présente invention concerne la coulée continue de bandes de métal, notamment d'acier, sur un cylindre ou entre deux cylindres Elle a plus précisément pour objet ce type de cylindres qui sont couramment constitués d'un noyau interne The present invention relates to the continuous casting of metal strips, in particular of steel, on a cylinder or between two cylinders. It more specifically relates to this type of cylinder which commonly consists of an internal core.

rigide et d'une virole externe énergiquement refroidie, au contact de laquelle le métal coulé se refroidit et se solidifie pour former la bande qui est extraite en continu du10 fait de la rotation du ou des cylindres. rigid and of an energetically cooled external ferrule, in contact with which the cast metal cools and solidifies to form the strip which is continuously extracted due to the rotation of the cylinder (s).

Couramment la virole est refroidie de l'intérieur, par exemple par circulation d'un fluide de refroidissement dans Commonly the ferrule is cooled from the inside, for example by circulation of a cooling fluid in

des canaux forés dans son épaisseur Pour assurer un refroidissement énergique du métal coulé, le matériau15 constitutif de la virole est bon conducteur de la chaleur, par exemple en cuivre ou un de ses alliages. channels drilled in its thickness To ensure vigorous cooling of the cast metal, the material 15 constituting the shell is a good conductor of heat, for example copper or one of its alloys.

Par ailleurs cette virole doit être suffisamment rigide pour ne pas se déformer sous l'effet des contraintes Furthermore, this ferrule must be rigid enough not to deform under the effect of the stresses.

mécaniques et thermiques auxquelles elle est soumise lors de20 la coulée. mechanical and thermal to which it is subjected during casting.

Elle doit également être rigidement liée au noyau du cylindre pour éviter tout déplacement relatif. It must also be rigidly linked to the cylinder core to avoid any relative displacement.

Il en résulte que dans des installations industrielles o le diamètre et la largeur des cylindres sont importants, la virole est une pièce de grandes dimensions, massive et épaisse car elle doit notamment comporter les canaux de refroidissement et des moyens d'ancrage mécanique sur le noyau. Or la fabrication de telles pièces pose de nombreux problèmes Il est en particulier difficile d'obtenir lors du moulage de cette pièce une homogénité suffisante du métal qui la constitue De plus les usinages nécessaires pour la réalisation des canaux de refroidissement et des moyens de liaison au noyau sont généralement délicats à effectuer dans35 les alliages de cuivre utilisés Enfin, ces matériaux sont coûteux. Le but de la présente invention est de supprimer ou tout au moins réduire ces inconvénients, sans nuire aux caractéristiques thermiques et mécaniques de la virole.5 Avec ces objectifs en vue, l'invention a objet un cylindre pour une installation de coulée continue sur un ou entre deux tels cylindres comprenant une virole extérieure en matériau bon conducteur de la chaleur et un noyau central, caractérisé en ce que la virole est liée à une pièce de10 support cylindrique sous-jacente sur toute leur surface de contact par une liaison métallurgique sans fusion réalisée par soudage-dif fusion. Le noyau peut constituer lui-même la pièce de support, ou, préférentiellement, cette pièce de support est une pièce -annulaire dont la surface externe est cylindrique, et qui comporte à l'intérieur des moyens de liaison mécanique au noyau. La virole qui est en un matériau nécessairement bon conducteur de la chaleur, est généralement peu apte à subir d'importantes contraintes mécaniques Grâce à l'invention, on réalise en fait une pièce composite qui présente à sa As a result, in industrial installations where the diameter and width of the cylinders are large, the ferrule is a large piece, massive and thick because it must in particular include the cooling channels and mechanical anchoring means on the core. . However, the manufacture of such parts poses many problems. It is in particular difficult to obtain, during the molding of this part, sufficient homogeneity of the metal which constitutes it. Furthermore, the machining operations necessary for the production of the cooling channels and of the means of connection to the cores are generally difficult to make in35 the copper alloys used. Finally, these materials are expensive. The object of the present invention is to eliminate or at least reduce these drawbacks, without harming the thermal and mechanical characteristics of the shell. With these objectives in view, the invention relates to a cylinder for a continuous casting installation on a or between two such cylinders comprising an outer ferrule made of a material which is a good conductor of heat and a central core, characterized in that the ferrule is linked to an underlying cylindrical support part over their entire contact surface by a metallurgical bond without fusion produced by welding-dif fusion. The core can itself constitute the support part, or, preferably, this support part is an annular part whose external surface is cylindrical, and which includes inside means for mechanical connection to the core. The ferrule, which is made of a material which is necessarily a good conductor of heat, is generally not very capable of undergoing significant mechanical stresses. Thanks to the invention, a composite part is actually produced which has at its

périphérie les caractéristiques requises sur le plan thermique, et à l'intérieur les caractéristiques mécaniques nécessaires pour résister aux différentes contraintes25 mécaniques qui s'exercent sur le cylindre lors de la coulée. periphery the characteristics required on the thermal level, and inside the mechanical characteristics necessary to resist the various mechanical stresses which are exerted on the cylinder during casting.

De plus les usinages nécessaires à la liaison de l'ensemble virole- pièce de support sur le noyau du cylindre sont plus facilement réalisables sur de l'acier ou fonte dont la pièce support peut par exemple être consti;-tuée.30 Enfin la quantité nécessaire de cuivre ou d'alliage cuivreux nécessaire pour la virole peut être réduite, ce qui réduit le coût du cylindre. Selon une disposition particulière le cylindre comporte à l'interface entre la virole et la pièce de support une fine couche d'un métal ou alliage apte à être assemblé par soudage diffusion d'une part avec le métal constitutif de la In addition, the machining operations necessary for the connection of the ferrule-support part assembly to the cylinder core are more easily achievable on steel or cast iron, the support part of which can for example be made; necessary copper or copper alloy necessary for the ferrule can be reduced, which reduces the cost of the cylinder. According to a particular arrangement, the cylinder comprises at the interface between the ferrule and the support part a thin layer of a metal or alloy capable of being assembled by diffusion welding on the one hand with the metal constituting the

virole et d'autre part avec celui de la pièce de support. ferrule and secondly with that of the support piece.

Selon une variante des canaux de refroidissement sont forés dans l'épaisseur de la virole parallèlement à son axe, des canaux d'alimentation et de retour traversent l'interface virole-pièce de support et des tubes sont placés dans ces canaux d'alimentation et de retour au niveau de l'interface de manière à assurer une étanchéité entre ceux-ci et d'une According to a variant, cooling channels are drilled in the thickness of the ferrule parallel to its axis, supply and return channels pass through the ferrule-support part interface and tubes are placed in these supply channels and back at the interface so as to ensure a seal between them and a

part la virole et d'autre part la pièce de support. the ferrule on the other hand and the support part.

Selon une autre variante le cylindre comporte des rainures réalisées à l'interface virole-pièce de support, et des tubes sont placés dans ces rainures et liés de manière étanche à leurs extrémités avec d'une part la virole et According to another variant, the cylinder has grooves made at the shell-support part interface, and tubes are placed in these grooves and linked in leaktight manner at their ends with, on the one hand, the shell and

d'autre part la pièce de support.on the other hand the support piece.

L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un cylindre conforme à l'invention, caractérisé en ce que: on usine la virole et la pièce-support on place la virole autour de la pièce-support on réalise la liaison virole-pièce de support par The invention also relates to a method of manufacturing a cylinder according to the invention, characterized in that: the ferrule and the support piece are machined, the ferrule is placed around the support piece, the ferrule connection is made -piece of support by

soudage diffusion par compression isostatique à chaud. diffusion welding by hot isostatic compression.

Selon des dispositions particulières de ce procédé: préalablement à la réalisation de la liaison virole-pièce de support, on soude ces deux pièces sur les bords de leurs surfaces en contact; l'usinage de la virole comporte la réalisation de rainures à la surface interne de celle- ci, et préalablement à la réalisation de la liaison virole-pièce de support, on place dans ces rainures des tubes qu'on lie de manière étanche à leurs extrémités d'une part à la virole et d'autre According to particular provisions of this process: prior to the completion of the ferrule-support part connection, these two parts are welded to the edges of their contacting surfaces; the machining of the ferrule includes the production of grooves on the internal surface thereof, and prior to the production of the ferrule-support part connection, tubes are placed in these grooves which are tightly connected to their ends on the one hand to the ferrule and on the other

part à la pièce de support.share to the support piece.

D'autres caractéristiques et avantages du cylindre selon l'invention et de son procédé de fabrication Other characteristics and advantages of the cylinder according to the invention and of its manufacturing process

apparaîtront dans la description qui va suivre, faite en will appear in the description which follows, made in

référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un cylindre conforme à l'invention; la figure 2 est une vue de détail du bord de l'ensemble virole-pièce de support lors de sa réalisation, selon une première variante; la figure 3 est une vue similaire dans une seconde variante; la figure 4 est une vue partielle en coupe selon la reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a view in axial half-section of a cylinder according to the invention; Figure 2 is a detail view of the edge of the ferrule-support piece assembly during its production, according to a first variant; Figure 3 is a similar view in a second variant; Figure 4 is a partial sectional view along the

ligne IV-IV de la figure 3.line IV-IV of figure 3.

Le cylindre 1 représenté à la figure 1 comporte un noyau 2, une pièce de support annulaire 3 maintenue sur le noyau par deux brides annulaires 4 et des tirants représentés uniquement par leurs axes 5.15 La virole externe 6 est assemblée sur la pièce de support 3 par soudage- diffusion, cet assemblage étant réalisé par compression isostatique à chaud, qui conduit à l'obtention d'une pièce composite virole- pièce de support, qui sera appelée par la suite virole composite.20 Le soudage-diffusion par compression isostatique à chaud permet d'obtenir une liaison par diffusion à l'état solide Cette technique d'assemblage nécessite une pression élevée et une température des pièces à assembler modérée qui n'atteint pas leur température de fusion comme c'est le cas dans le soudage classique La pression élevée des deux pièces l'une sur l'autre conduit à un contact intime des surfaces en regard et à la réalisation d'une jonction métallique sans pores par diffusion réciproque des métaux à travers l'interface.30 L'utilisation de cette technique pour la réalisation de ladite virole composite permet d'obtenir une liaison The cylinder 1 shown in FIG. 1 comprises a core 2, an annular support piece 3 held on the core by two annular flanges 4 and tie rods represented only by their axes 5.15 The external ferrule 6 is assembled on the support piece 3 by welding-diffusion, this assembly being carried out by hot isostatic compression, which leads to obtaining a composite part ferrule- support part, which will be called thereafter composite ferrule.20 Welding-diffusion by hot isostatic compression provides a diffusion bond in the solid state This assembly technique requires high pressure and a moderate temperature of the parts to be assembled which does not reach their melting temperature as is the case in conventional welding. high pressure of the two parts on each other leads to intimate contact of the facing surfaces and to the production of a metallic junction without pores by diffusio n reciprocal of metals across the interface.30 The use of this technique for the production of said composite shell makes it possible to obtain a bond

résistante de la virole 6 sur la pièce de support 3 Cette pièce 3 peut être alors réalisée en un matériau moins coûteux que celui de la virole 6, et qui, de plus, peut être plus35 facilement usiné. strength of the ferrule 6 on the support part 3 This part 3 can then be made of a less expensive material than that of the ferrule 6, and which, moreover, can be more easily machined.

La virole composite ( 3,6) peut comporter à l'interface entre la virole 6 et la pièce support 3 une fine couche d'un métal ou alliage, par exemple du nickel, qui est apte à être assemblé par compression isostatique à chaud avec l'un et5 l'autre des métaux constitutifs de la virole et de la pièce de support, ce qui permet par exemple de réaliser celles-ci en des métaux difficilement assemblables directement par cette technique. La virole 6 est réalisée en un matériau présentant une bonne conductibilité thermique et des caractéristiques de résistance mécanique suffisantes à des températures relativement élevées, supérieures à 400 C, tel que par exemple un alliage Cu-Cr-Zr de préférence à l'état hypertrempé.15 La pièce de support est un matériau présentant de bonnes caractéristiques mécaniques à la température ambiante, facilement usinable, et dont le coefficient de dilatation est préférentiellement égal ou supérieur à celui du matériau de la virole, tel que par exemple de la fonte austénitique GS à The composite ferrule (3,6) may comprise at the interface between the ferrule 6 and the support part 3 a thin layer of a metal or alloy, for example nickel, which is capable of being assembled by hot isostatic compression with one and the other of the constituent metals of the shell and of the support piece, which makes it possible for example to produce these in metals which are difficult to assemble directly by this technique. The ferrule 6 is made of a material having good thermal conductivity and sufficient mechanical strength characteristics at relatively high temperatures, above 400 C, such as for example a Cu-Cr-Zr alloy preferably in the hyper-soaked state. 15 The support part is a material having good mechanical characteristics at room temperature, easily machinable, and whose coefficient of expansion is preferably equal to or greater than that of the shell material, such as for example austenitic cast iron GS at

20 à 22 % de Ni.20 to 22% of Ni.

De manière générale, la fabrication de la virole composite comporte les étapes suivantes: les ébauches de la virole et de la pièce de support sont réalisées classiquement par exemple par moulage; les surfaces destinées à être soudées sont usinées de manière que la virole puisse être mise en place autour de la pièce-support avec un jeu réduit Avant assemblage, les surfaces sont préparées, cette préparation pouvant consister en un nettoyage, décapage, ou traitement mécanique ou chimique, par exemple nickelage électrolytique sur une épaisseur de 50 à l O Ogm; une fois assemblées, une soudure est réalisée sur les bords de l'interface 9 entre la virole 6 et la pièce de support 3 pour assurer l'étanchéité de l'interface; J les deux pièces ainsi assemblées sont soumises alors à une compression isostatique à chaud, par exemple à 9000 C, sous une pression de 100 Mpa pendant une heure, pour réaliser la liaison par soudage-diffusion.5 La virole composite ainsi obtenue peut ensuite être usinée, ou subir les traitements thermiques spécifiques nécessaires à l'obtention des caractéristiques métallurgiques requises pour son utilisation. Il peut être avantageux de réaliser certains usinages In general, the manufacture of the composite shell comprises the following steps: the blanks of the shell and of the support part are produced conventionally, for example by molding; the surfaces intended to be welded are machined so that the ferrule can be placed around the support part with a reduced clearance Before assembly, the surfaces are prepared, this preparation possibly consisting of cleaning, pickling, or mechanical treatment or chemical, for example electrolytic nickel-plating over a thickness of 50 to O Ogm; once assembled, a weld is made on the edges of the interface 9 between the ferrule 6 and the support part 3 to seal the interface; J the two parts thus assembled are then subjected to hot isostatic compression, for example at 9000 ° C., under a pressure of 100 Mpa for one hour, to make the connection by welding-diffusion. The composite shell thus obtained can then be machined, or undergo the specific heat treatments necessary to obtain the metallurgical characteristics required for its use. It may be advantageous to carry out certain machining operations

de la virole 6 préalablement à son assemblage sur la pièce support 3. of the ferrule 6 prior to its assembly on the support part 3.

Dans le cas représenté à la figure 2, des canaux de refroidissement 7 sont forés dans la virole parallèlement à son axe, ainsi que des perçages 10 destinés à permettre15 l'alimentation ou le retour d'un fluide de refroidissement. Des perçages 10 ' correspondants sont réalisés dans la pièce de support 3 Dans ce cas, après mise en place de la virole autour de la pièce support, des tubes Il sont introduits dans les perçages 10 et 10 ' de manière à recouvrir20 l'interface 9 et assurer l'étanchéité de celui-ci, cette étanchéité étant par ailleurs assurée sur les bords de la virole par les soudures 12 Les tubes 11 permettent donc d'une part d'assurer l'étanchéité de l'interface nécessaire lors de l'opération de compression isostatique à chaud, et25 d'autre part d'équilibrer la pression à l'intérieur des canaux de refroidissement 7 pour éviter le risque d'une déformation de ceux-ci du fait des hautes pressions appliquées à la périphérie de la virole. Dans le cas représenté aux figures 3 et 4, des canaux de refroidissement 7 sont situés à l'interface virole-pièce de support Des rainures 13 sont usinées à l'intérieur de la virole 6 avant son assemblage sur la pièce de support 3 On notera qu'il est plus facile d'usiner de telles rainures que de forer des orifices sur une grande longueur Des tubes 1435 sont placés dans ces rainures et, après mise en place de la In the case shown in Figure 2, cooling channels 7 are drilled in the shell parallel to its axis, as well as holes 10 intended to allow the supply or return of a cooling fluid. Corresponding holes 10 'are produced in the support part 3 In this case, after the ferrule has been placed around the support part, tubes II are introduced into the holes 10 and 10' so as to cover the interface 9 and seal it, this seal being also provided on the edges of the shell by the welds 12 The tubes 11 therefore allow on the one hand to seal the interface required during the hot isostatic compression operation, and on the other hand to balance the pressure inside the cooling channels 7 to avoid the risk of their deformation due to the high pressures applied at the periphery of the shell . In the case shown in FIGS. 3 and 4, cooling channels 7 are located at the shell-support part interface. Grooves 13 are machined inside the shell 6 before it is assembled on the support part. that it is easier to machine such grooves than to drill holes over a long length Tubes 1435 are placed in these grooves and, after installation of the

virole sur la pièce support, soudés à leurs extrémités 15. ferrule on the support part, welded at their ends 15.

L'étanchéité de l'interface 9 est ainsi assurée, de même que The tightness of the interface 9 is thus ensured, as is

l'équilibrage en pression de l'intérieur des tubes 14. pressure balancing inside the tubes 14.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci- dessus à titre d'exemples. En particulier la compaction isostatique à chaud peut être réalisée par la technique consistant à enrober les pièces assemblées par un container étanche à l'extérieur The invention is not limited to the embodiments described above by way of examples. In particular, hot isostatic compaction can be carried out by the technique of coating the assembled parts with a sealed container outside.

duquel la pression est appliquée.from which pressure is applied.

Claims

1) Cylinder for a continuous casting installation on one or between two such cylinders comprising an outer ferrule (6) made of a material which is good conductor of heat and a central core (2), characterized in that the ferrule is linked to a part support (3) cylindrical underlying, over their entire contact surface, by a metallurgical bond without fusion produced by diffusion welding.

2) Cylinder according to claim 1, characterized in that the support part (3) is an annular part whose external surface is cylindrical, and which comprises

inside the mechanical connection means to the core.

3) Cylinder according to claim 1, characterized in that the core constitutes the support part.

4) Cylinder according to claim 1, characterized in that the support part (3) is made of an alloy whose coefficient of expansion is equal to or greater than that of the material of the shell (6).

5) Cylinder according to claim 1, characterized in that

that the ferrule is made of copper or copper alloy.

6) Cylinder according to claim 1, characterized in that the support part is made of steel or cast iron.

7) Cylinder according to claim 1, characterized in that it comprises at the interface (9) between the ferrule and the support part a thin layer of a metal or alloy capable of being assembled by welding- diffusion of a on the one hand with the metal constituting the shell and on the other hand with that of the support piece.

8) cylinder according to claim 1, characterized in that cooling channels (7) are drilled in the thickness of the ferrule parallel to its axis, channels

supply and return pass through the ferrule-support part interface and tubes (11) are placed in these supply and return channels at the level of the

has a face so as to ensure a seal between them and on the one hand the ferrule and on the other hand the support part.

9) Cylinder according to claim 1 characterized in that it comprises grooves (13) made at the ferrule-support part interface, and tubes (14) are placed in these grooves and tightly connected at their ends with on the one hand the ferrule and on the other hand the support piece.

10) A method of manufacturing a cylinder according to claim 1, characterized in that: the ferrule and the support piece are machined the ferrule is placed around the support piece;

the ferrule-support part connection is made by diffusion welding by hot isostatic compression.

11) Method according to claim 10, characterized in that prior to the completion of the ferrule-support part connection, these two parts are welded to the edges of their contacting surfaces.

12) Method according to claim 10, characterized in that the machining of the ferrule comprises the production of grooves on the internal surface thereof, and prior to the realization of the ferrule-support part connection, place in these grooves of the tubes which are tightly connected at their ends on the one hand to the shell and on the other

share to the support piece.