FR2737430A1 - Procede et dispositif de demarrage d'une machine de coulee continue entre cylindres - Google Patents

Procede et dispositif de demarrage d'une machine de coulee continue entre cylindres Download PDF

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    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels

Abstract

L'invention concerne les machines de coulée continue entre cylindres de bandes d'alliages d'aluminium et plus particulièrement le démarrage de celles-ci. Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent de couler des bandes de faible épaisseur. L'invention porte sur la maîtrise de l'alimentation en métal liquide et sur l'ajustement permanent de la position de l'injecteur.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEMARRAGE D'UNE MACHINE DE COULEE CONTINUE
ENTRE CYLINDRES
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine de la coulée continue entre cylindres (généralement désignée en anglais sous le terme de rollcasting) de l'aluminium et ses alliages. L'invention concerne plus particulierement la coulée de bandes d'aluminium ou alliage d'aluminium d'épaisseur
inférieure ou égale à 4,5 mm.
PROBLEME POSE
Plus d'une centaine de machines de coulée continue entre cylindres fonctionnent actuellement de manière tout à fait industrielle et produisent plus d'un million de tonnes par an de bandes d'aluminium
d'épaisseur comprise entre 6 et 10 mm.
Ces bandes sont ensuite laminées à froid jusqu'à l'épaisseur finale qui dépend de l'application visée. A titre d'exemnle une bande destinée à l'application boite boisson sera laminée à froid à partir de l'épaisseur
6/10 mm issue de la machine de coulée continue jusqu'à 0,3 mm environ.
Depuis longtemps, les fabricants et utilisateurs de ces machines de coulée continue entre cylindres se préoccupent de diminuer l'épaisseur de coulée pour réduire le nombre de passes de laminage à froid ultérieures donc les frais de transformation. Une motivation particulière est de plus apportée dans le cas fréquent o coexistent la coulée continue entre cylindres et le procédé conventionnel comportant coulée de plateaux et laminage à chaud dans un laminoir classique. Les
laminoirs à chaud classiques fournissent une bande d'épaisseur 2/3 mm.
Si les machines de coulée continue entre cylindres pouvaient fournir des bandes de cette épaisseur, la ligne de laminage à froid ultérieure pourrait recevoir indifféremment des bandes issues de coulée continue entre cylindres ou des bandes issues du procédé conventionnel avec des conséquences très favorables sur l'organisation de la production et la
productivité des laminoirs à froid.
Une autre motivation déjà ancienne pour couler plus mince résulte des études de simulation numérique du procédé de coulée continue entre cylindres. Ces études ont montré que, en coulant plus mince, on pouvait augmenter beaucoup la vitesse de coulée à tel point que la productivité de la machine de coulée en tonnes par heure et à largeur de bande constante serait augmentée si on réduisait l'épaisseur. Ces études de simultation ont été confirmées par des essais de laboratoire ou sur
ligne pilote.
On peut donc envisager grâce à la coulée à faible épaisseur de faire d'une pierre deux coups. D'une part on peut augmenter la production de la machine de coulée donc diminuer le coût de la bande. D'autre part on peut fournir une bande plus proche de l'épaisseur finale donc
nécessitant moins de frais de transformation ultérieure.
Malgré tous ces avantages potentiels, la coulée continue entre cylindres d'une bande mince (1 4,5 mm) ne s'est pas encore développée industriellement. Un des obstacles les plus importants réside dans la
difficulté du démarrage de la machine.
Le démarrage d'une machine de coulée continue conventionnelle (épaisseur de bande de 6 à 10 mm) n'est déjà pas simple. D'une part il faut assurer dans le sens large une distribution homogène du métal liquide (on coule des bandes jusqu'à 2 m de large). D'autre part dans le sens longitudinal de la bande, il faut trouver un équilibre entre une solidification trop rapide bloquant la machine et une solidification trop lente aboutissant
à des percées de métal liquide en sortie de machine.
On comprend aisément que la maitrise de ces deux aspects est rendue beaucoup plus difficile encore lorsque l'on essaie de couler à des épaisseurs < 4,5 mm. C'est ce qui a longtemps bloqué le développement industriel de la coulée mince entre cylindres et c'est le problème que
résoud la présente invention.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Le premier objet de l'invention est un procédé pour le démarrage d'une machine de coulée continue entre cylindres produisant des bandes d'aluminium ou d'alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou égale à 4, 5 mm caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - mise en place d'un capteur du niveau du métal liquide dans le bac de l'injecteur mise en place d'un ou plusieurs barrage(s) amovible(s) entre le bac et la zone centrale de l'injecteur - préchauffage de l'ensemble de l'injecteur -préchauffage des cylindres de la machine de coulée - déclenchement de la rotation des cylindres - déclenchement de l'alimentation en métal liquide - ouverture du(des) barrage(s) lorsqu'est atteint dans le bac un niveau de métal liquide donné - régulation automatique du niveau du métal liquide dans le bac - ajustement de la position de l'injecteur pendant la phase de démarrage pour maintenir constante la distance entre les lèvres de l'injecteur
et les cylindres.
Le deuxième objet de l'invention est un dispositif pour alimenter en métal liquide une machine de coulée continue entre cylindres produisant des bandes d'aluminium ou d'alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou égale à 4,5 mm. Ce dispositif sert à alimenter la machine pendant toute la durée de la coulée mais il résoud également le problème critique du démarrage de la machine. Ce dispositif comprend: - un injecteur (1) destiné à amener le métal liquide entre les cylindres (51) comprenant un bac (11), une zone centrale (12) et des lèvres d'extrémité (13) - un(des) barrage(s) (14) amovible(s) entre le bac (11) et la zone centrale de l'injecteur (12) - un capteur de niveau du métal liquide (21) positionné dans le bac (11) - un actionneur (22) agissant sur le basculement du four d'alimentation ou sur la plus ou moins grande ouverture de l'orifice du four d'alimentation. - un premier régulateur (23) disposant d'une consigne de niveau, comparant à cette consigne le niveau réel fourni par ledit capteur de niveau (21) et agissant en conséquence sur ledit actionneur (22) pour respecter la loi de niveau - un support d'injecteur (41) qui peut se déplacer horizontalement dans l'axe de la coulée et verticalement perpendiculairement à l'axe de la coulée grâce à un mécanisme de déplacement (43) et qui est équipé de capteurs de position (42) - un deuxième régulateur (44) qui dispose d'une consigne de déplacement du support d'injecteur (41), la compare à la position réelle fournie par les capteurs de position (42) et provoque en conséquence le
déplacement dudit support d'injecteur (41) pour respecter la consigne.
DESCRIPTION DETAILLEE DE l'INVENTION
On peut utiliser dans le cadre de l'invention les injecteurs habituellement utilisés dans la coulée continue entre cylindres des bandes plus épaisses (6-10 mm). Ces injecteurs ont des formes très variées, comportent ou non des chicanes et des entretoises et sont fabriqués généralement dans des matériaux réfractaires comme par exemple
des fibres céramiques.
Un injecteur conventionnel est représenté fig. 3a.
Un injecteur comporte une partie supérieure (15) et une partie inférieure (16) entre lesquelles s'écoule le métal liquide. L'injecteur comporte trois zones: une zone amont appelée bac (11) qui reçoit le métal liquide en provenance du four (31), une zone centrale (12) qui peut comporter un certain nombre de chicanes et entretoises et une zone d'extrémité, côté cylindres, que l'on désigne habituellement par le
terme de lèvres (13).
Bien que les injecteurs habituels puissent être utilisés dans le cadre de l'invention, la demanderesse a mis en évidence que, dans le cas particulièrement difficile de la coulée de bande mince (S 4,5 mm), il était avantageux d'utiliser un injecteur particulier qui comporte les caractéristiques suivantes: d'une part les faces internes des deux lèvres (13) qui sont en contact avec le métal liquide sont parallèles; d'autre part l'injecteur est dessiné d'une manière telle que la distance qui sépare sa partie supérieure (15) et sa partie inférieure (16) dans la zone centrale (12), distance qui correspond à l'épaisseur de métal liquide quand la machine de coulée est en fonctionnement, est notablement supérieure à la distance qui sépare les faces internes parallèles des deux lèvres (13) à l'extrémité de l'injecteur. Il se crée ainsi une charge de métal qui s'avere très favorable au démarrage d'une
coulée de bandes minces (ô 4,5 mm) dans le cadre de l'invention.
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque l'épaisseur de métal liquide dans la zone centrale de l'injecteur est comprise entre 1,5 et 5
fois l'épaisseur du métal liquide entre les lèvres.
Un tel injecteur est représenté à la fig. 3b.
Le bac (11) qui reçoit le métal liquide en provenance du four et le répartit dans la zone centrale de l'injecteur (12) peut avoir une
largeur inférieure à la largeur de la zone centrale de l'injecteur (12).
C'est le cas représenté fig. 4a. Mais il se crée dans ce cas là des zones "mortes" dans l'écoulement du métal liquide qui rendent plus difficile la maitrise de la température du métal liquide pendant la période de démarrage. Pour le démarrage d'une coulée de bande mince (1 4, 5 mm), il est plus avantageux d'utiliser un bac dont la largeur est égale à la largeur de la zone centrale de l'injecteur (fig. 4b). Ce bac peut ou non être équipé d'un brasseur électromagnétique destiné à
homogénéiser la température du métal contenu.
Plusieurs configurations sont possibles pour le(s) barrage(s) (14) séparant le bac (11) de la zone centrale de l'injecteur (12). La figure a représente une configuration o l'injecteur est dessiné de telle manière que le passage entre le bac (11) et la zone centrale (12) est entièrement libre sur toute la largeur de l'injecteur. Dans ce cas le barrage (14) correspondant est constitué par une plaque d'un seul tenant sur toute la largeur. La figure 5b représente une configuration o le passage entre le bac (11) et la zone centrale de l'injecteur (12) est obstrué par une entretoise faisant partie intégrante de l'injecteur. Cette entretoise est percée de plusieurs orifices de passage répartis sur toute la largeur de l'injecteur. Au droit de chacun des orifices, se
trouve un barrage (14).
Toutes ces configurations sont possibles dans le cadre de l'invention.
Les matériaux utilisés pour ce(s) barrage(s) sont tous les matériaux habituellement utilisés dans la coulée d'aluminium tels que réfractaire
ou acier poteyé.
La maitrise des temperatures du métal liquide tout le long de la chaîne qui va du four aux cylindres est un point essentiel pour réussir un démarrage. Dans certaines installations, l'inertie thermique du four ou la présence de dispositifs de traitement et/ou de filtration en continu rendent plus difficile cette maitrise. Il arrive que les conditions optimales pour le démarrage en ce qui concerne la température du métal liquide soient sensiblement différentes des conditions du régime permanent et que le passage du régime de démarrage au régime permanent nécessite beaucoup de temps ce qui nuit à la productivité de la machine et à la régularité de la qualité de la bande. Il est utile dans ce cas de prévoir une réserve de métal liquide d'appoint dans un four ou une poche annexes, maintenu à une température précise. Ce métal liquide d'appoint se substitue ou s'ajoute au métal liquide en provenance du
four pendant la période de démarrage.
On peut utiliser dans le cadre de l'invention tout système de régulation de niveau habituellement utilisé dans la coulée de l'aluminium en
général. Le capteur (21) peut être inductif ou capacitif ou laser.
L'actionneur (23) peut être un actionneur à quenouille ou à trappe. La demanderesse a cependant mis en évidence qu'il était particulièrement avantageux d'utiliser pour le démarrage d'une coulée de bandes minces (1 4,5 mm) un capteur capacitif qui a l'avantage d'avoir un temps de
réponse rapide.
La loi d'évolution du niveau donnée comme consigne au régulateur (23) est dans une version simplifiée de l'invention une loi préétablie par des expérimentations préalables et simplement fonction du temps. Il est possible également de donner au régulateur (23) comme consigne une loi de niveau dépendant de la vitesse de coulée et non du temps. Il est possible enfin d'adopter une solution mixte o la loi de niveau est une loi préétablie en fonction du temps, éventuellement corrigée par la
mesure de vitesse lorsque celle-ci s'écarte d'une plage donnée.
La loi de déplacement du support d'injecteur donnée comme consigne au régulateur (44) est dans une version simplifiée de l'invention une loi préétablie par des expérimentations préalables et simplement fonction du temps. Il est possible également de donner au régulateur (44) comme consigne une loi de déplacement du support de l'injecteur dépendant de la mesure du serrage des cylindres ou une loi de déplacement dépendant d'une mesure in situ de la position de l'injecteur. Il est possible enfin d'adopter des solutions mixtes o la loi de déplacement est une loi préétablie et fonction du temps, éventuellement corrigée par la mesure du serrage des cylindres et/ou de la mesure de la position de l'injecteur lorsque ces paramètres s'écartent d'une plage donnée. Le but de cet ajustement permanent de la position de l'injecteur est de maintenir entre 0,1 et 0,5 mm la distance qui sépare les lèvres des cylindres et de faire coïncider le plan central de l'injecteur avec le
plan de coulée (53) équidistant des deux cylindres.
Le déplacement précis du support d'injecteur qui permet d'ajuster le positionnement de celui-ci est assuré par tout moyen classique en mécanique compte tenu de la précision recherchée et de l'environnement particulier d'une coulée d'aluminium. Par exemple des moteurs pas à pas
conviennent parfaitement.
Le procédé et le dispositif de démarrage suivant l'invention trouvent leur pleine efficacité lorsque l'ensemble des opérations est automatisé, évitant ainsi les risques de défaillance humaine. Mais on peut également utiliser le procédé suivant l'invention en maintenant des interventions
manuelles comme par exemple l'ouverture du ou des barrages.
Dans une version complètement automatisée du procédé suivant l'invention, le processus détaillé est le suivant: - introduction manuelle des données concernant l'alliage et l'épaisseur coulée - recherche automatique dans le fichier des lois correspondantes de niveau et de déplacement de l'injecteur - recherche automatique des consignes concernant les températures au démarrage dans le bac, l'injecteur, les cylindres vérification automatique par les capteurs appropriés que ces consignes sont respectées. Vérification automatique par un capteur approprié de la fermeture du barrage - indication "Prêt au démarrage" - déclenchement manuel de la coulée - mise en route automatique de la rotation des cylindres - ouverture automatique du barrage lorsque le niveau de consigne est atteint - régulation automatique de l'alimentation en métal liquide par le couple capteur-actionneur de niveau dans le bac suivant la loi sélectionnée - ajustement automatique de la position de l'injecteur suivant la loi sélectionnée.
FIGURES
La figure 1 est une vue de en coupe schématisée d'une machine de coulée
entre cylindres.
La figure 2 est une vue de dessus schématisée d'une machine de coulée
entre cylindres.
La figure 3a représente en coupe un ensemble bac/injecteur conventionnel. La figure 3b représente en coupe un ensemble bac/injecteur suivant une
version préférée de l'invention.
La figure 4a représente en perspective un ensemble bac/injecteur o le bac a une largeur inférieure à la largeur de la zone centrale de l'injecteur. La figure 4b représente en perspective un ensemble bac/injecteur suivant une version préférée de l'invention o la largeur du bac est égale à la
largeur de la zone centrale de l'injecteur.
La figure 5a représente en perspective un ensemble bac/injecteur o le passage entre bac et zone centrale de l'injecteur est fermé par une
entretoise elle-même percée de passages espacés sur toute la largeur.
La figure 5b représente en perspective un ensemble bac injecteur suivant une version préférée de l'invention o le passage entre bac et zone centrale de l'injecteur est entièrement libre et o le barrage est
constitué d'une plaque d'un seul tenant sur toute la largeur.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour le démarrage d'une machine de coulée continue entre cylindres produisant des bandes d'aluminium ou alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou égale à 4,5 mm caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: mise en place dans le bac (11) alimentant la zone centrale de l'injecteur (12) d'un capteur de niveau (21) mise en place d'un ou de plusieurs barrage(s) amovible(s) (14) entre le bac (11) et la zone centrale de l'injecteur (12) 10. préchauffage du bac (11) et de la zone centrale de l'injecteur (12) préchauffage des cylindres (51) de la machine de coulée déclenchement de la rotation des cylindres (51) déclenchement de l'alimentation en métal liquide ouverture du ou des barrage(s) (14) lorsque le métal liquide atteint dans le bac (11) un niveau donné régulation du niveau du métal liquide dans le bac (11) ajustement de la position de l'injecteur afin de maintenir constante la distance entre les lèvres de l'injecteur (13) et les
cylindres (51).
2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les différentes séquences sont déclenchées d'une manière entièrement automatique. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de régulation du niveau du métal liquide dans le bac est une loi
préétablie et fonction du temps.
4. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de déplacement du support d'injecteur est une loi préétablie et fonction
du temps.
5. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de régulation du niveau du métal liquide dans le bac est une loi
fonction de la vitesse de coulée.
6. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de déplacement du support d'injecteur est une loi fonction du serrage
des cylindres.
7. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, en fonction d'une mesure in situ de la distance entre les lèvres de l'injecteur et les cylindres, le support d'injecteur se déplace pour maintenir
cette distance entre 0,1 et 0,5 mm.
8. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de régulation du niveau du métal liquide dans le bac est une loi
fonction du temps et fonction de la vitesse de coulée.
9. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de déplacement du support d'injecteur est une loi fonction du temps et
fonction du serrage des cylindres.
10.Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la loi de déplacement du support d'injecteur est une loi fonction du temps et fonction de la mesure in situ de la distance qui sépare les lèvres de
l'injecteur et les cylindres.
ll.Dispositif pour alimenter en métal liquide une machine de coulée continue entre cylindres produisant des bandes d'aluminium ou alliage d'aluminium d'épaisseur inférieure ou égale à 4,5 mm comprenant: - un ensemble bac/injecteur (11,12,13) destiné à amener le métal liquide entre les cylindres - un ou plusieurs barrage(s) amovible(s) (14) permettant d'obstruer puis de libérer le passage du métal liquide entre le bac (11) et la zone centrale de l'injecteur (12) - un capteur de niveau (21) du métal liquide dans le bac (11) - un actionneur (22) agissant sur le basculement du four d'alimentation ou sur la plus ou moins grande ouverture de l'orifice de four d'alimentation - un premier régulateur (23) disposant comme consigne d'une loi de niveau, comparant à cette consigne le niveau réel fourni par le capteur de niveau et agissant en conséquence sur l'actionneur (22) pour respecter la loi de niveau - un support d'injecteur (41) qui peut se déplacer horizontalement dans l'axe de la coulée et verticalement perpendiculairement à cet axe et qui est équipé de capteurs de position(42) - un deuxième régulateur (44) disposant comme consigne d'une loi de déplacement, comparant à cette consigne la position réelle fournie par le capteur de position (42) et provoquant en conséquence le déplacement du support d'injecteur (41) pour respecter la consigne. 12.Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce que l'extrémité de l'injecteur côté cylindres comporte des lèvres (13)
dont les faces internes au contact du métal liquide sont parallèles.
13.Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce que l'épaisseur de métal liquide dans la zone centrale de l'injecteur (12) est notablement supérieure à l'épaisseur de métal
liquide entre les lèvres d'extrémité (13).
14.Dispositif suivant la revendication 13 caractérisé en ce que l'épaisseur de métal liquide dans la zone centrale de l'injecteur (12) est comprise entre 1,5 et 5 fois l'épaisseur de
métal liquide entre les lèvres d'extrémité (13).
15.Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce que le bac (11) a la même largeur que la zone centrale de l'injecteur (12), que le passage entre le bac (11) et la zone centrale de l'injecteur (12) est libre sur toute la largeur et que le barrage (14) est une
plaque d'un seul tenant sur toute la largeur.
16.Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6
caractérisé en ce que le capteur de niveau (21) du métal liquide dans le bac (11) est un capteur capacitif.
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