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GRAPHITE
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copper
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DES
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hydrogen
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helium
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mercury
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Generic
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metals
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Gene Or Protein
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Etre
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Est-a
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Physical
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3 s
(1)
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Chemical Role
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refrigerant
(1)
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Organism
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inti
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515544A1
Family ID 2093048
Probable Assignee Griset Ets
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title INSTALLATION DE COULEE EN CONTINU DE PRODUITS, NOTAMMENT DE
metals, TELS QUE DES ALLIAGES DE copper
EN Title 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
Abstract
_________________________________________________________________
A.INSTALLATION DE COULEE EN CONTINU, NOTAMMENT DE metals TELS QUE D'UN
ALLIAGE DE copper.
B.INSTALLATION COMPORTANT UNE FILIERE DE COULEE, EN GRAPHITE, BLOQUEE
ENTRE DES ELEMENTS DE REFROIDISSEMENT 3, CETTE FILIERE ETANT COMPOSEE
D'AU MOINS DEUX PARTIES 21, 22, 23, 24, INSTALLATION CARACTERISEE EN
CE QU'ELLE COMPORTE DES MOYENS CREANT DES MOMENTS DE FLEXION
APPLIQUANT LES PARTIES DE FILIERE 21, 23 CONTRE LES FACES
CORRESPONDANTES DES ELEMENTS DE REFROIDISSEMENT 3.
C.L'INVENTION S'APPLIQUE A LA COULEE CONTINUE D'UN copper ET DE SES
ALLIAGES.
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 coulee en continu de
produits, notamment de metals tels que des alliages de copper.
Il est connu de couler en continu des metals, et notamment des
alliages de copper, a l'aide d'une installation (figure 1) alimentee
par un creuset 1 contenant le metal en fusion. Ce creuset 1 comporte
un orifice de coulee debouchant dans une filiere en graphite 2, de
section par exemple rectangulaire, munie d'elements de refroidissement
3, par exemple a circulation de fluide refrigerant. Le metal en
fusion, qui est progressivement refroidi dans la filiere 2 par les
elements 3, peut alors etre tire sous la forme d'un ruban 4.
La vitesse de travail d'une telle installation depend des possibilites
de refroidissement de l1ensemble forme par la filiere 2 et les
elements 3. En effet, on ne peut tirer sur un ruban 4 que si celui-ci
presente une resistance suffisante, c'est-a-dire lorsque celui-ci est
suffisamment refroidi.
On utilise generalement deux types de filieres (figures 2, 3). Le
premier type de filiere est compose de deux demi-coquilles en graphite
21 - 21 usinees de facon a former le passage 22 pour le ruban de
metal. Les deux demi-filieres 21 sont bloquees entre les elements de
refroidissement 3, fixes l'un a l'autre par des tirants ou moyen
d'assemblage 5.
En plus des defauts explicites ci-dessus, cette solution necessite un
usinage couteux des filieres.
La seconde forme de filiere utilisee actuellement (figure 3) est
composee de deux plaques 23, separees par des elements d'ecartement
24, de facon a former le passage 22 pour le metal. L'ensemble ainsi
constitue est, comme precedemment, bloque entre deux elements de
refroidissement 3 relies par des tirants 5.
Cette solution est plus avantageuse que la prece- dente, puisqu'il n'y
a pas a usiner de filieres de forme relativement complexes dans le
graphite.
Comme la vitesse de fonctionnement de l'installation depend de
l'echange de chaleur entre le canal 22 de la filiere et les elements
3, il est indispensable que les surfaces des filieres 21, 23 et des
elements de refroidissemens 3 soient aussi bien en contact q possible.
Malheureusement (figure 4), les elements 23 ( 21) de la filiere
tendent a flechir (figure 4). Ce flechissement est essentiellement da
a la dilatation resultant du gradient de temperature a l'interieur des
elements de graphite.
Or, du fait de cette forme bombee, les elements 23 (ou 21) se
decollent des elements 3 en formant un intervalle d'air 6. Cet
intervalle d'air 6 reduit, de facon considerable, l'efficacite de
l'echange thermique et, par suite, la vitesse de fonctionnement de
l'installation.
Une solution deja proposee a consiste a realiser des elements 23 (21)
presentant une courbure inverse de celle representee a la figure 4.
Une fois mis en place, ces elements 23 devraient s'appliquer
etroitement contre les elements 3. Or, outre que cette solution est
extremement onereuse, du fait de la forme complexe et, par suite, de
l'usinage delicat des elements de filiere 23, cette solution ne donne
pas les resultats escomptes.
Il est connu de bloqueur les elements 23 contre les elements 3 par
collage, ou mieux, par vissage. Or cette derniere solution, qui permet
de realiser une liaison plus efficace que le collage, presente
neanmoins des inconvenients graves car il faut usiner des taraudages
dans les elements en graphite qui, de plus, pour ne pas etre fragiles,
doivent etre plus epais.
De plus, il est necessaire de percer les elements 3 pour le passage
des tiges filetees. Le montage et le demontage deviennent egalement
plus complexes et plus longs.
Un autre probleme lie a la coulee en continu est celui du retrait. En
effet, avec une filiere a section correspondant a la figure 6A, on
obtient un produit dont la section correspond a la figure 6B (dans
cette figure, la concavite dans la partie centrale a ete fortement
exageree).
Les bords 41, 41 de la bande 4 correspondent a la forme de la filiere
alors que, au milieu de cette section, les parties 42, 42 sont
concaves; cela resulte de la difference de temperature entre les
extremites de la bande et son centre. Cet effet de concavite est
accentue de facon cumulative, d'une part, parce que les filieres en
graphite presentent les conditions d'echange calorifiques les plus
mauvaises vers le centre, du fait de leur contact relativement mauvais
avec les elements de refroidissement, et, d'autre part, a cause de la
deformation des elements de filiere (voir figure 4).
La presente invention a pour but de remedier a ces inconvenients et se
propose de creer une filiere de coulee en continu, notamment pour la
coulee d'un alliage de copper, permettant de couler des rubans
d'epaisseur parfaitement reguliere, et a une vitesse de coulee
importante.
A cet effet, l'invention concerne une installation de coulee en
continu, caracterise en ce qu'elle comporte des moyens creant des
moments de flexion appliquant les parties de filiere contre les faces
correspondantes des elements de refroidissement, et notamment des
moyens exercant des efforts de compression sous le plan de la fibre
neutre transversalement a la filiere pour appliquer, par reaction, les
elements constituant la filiere contre les elements de refroidissement
sur toute la surface possible de contact.
Grace a la precontrainte laterale des parties de la filiere de coulee
en continu, on applique parfaitement le dos de ces parties de filiere
contre les elements de refroidissement, pour assurer un
refroidissement efficace des elements de la filiere.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, les surfaces de
contact des elements de refroidissement sont bombees de facon concave.
En realisant ainsi des elements de refroidissement de forme legerement
concave, on ameliore encore le contact entre les parties de la filiere
et les elements de refroidissement et on compense la forme creuse de
la bande.
Cette solution ne presente pas de difficulte particuliere, puisque les
pieces d'usure sont les elements constituant la filiere, et les
elements de refroidissement ne subissent aucune usure.
Or, les elements de la filiere sont toujours constitues par des
elements plans, simplement soumis a des contraintes laterales.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, les surfaces
concaves des elements de refroidissement sont constituees par
l'assemblage de surfaces elementaires separees par des parties en
retrait formant des canaux recevant un fluide d'echange de chaleur.
On ameliore la repartition des efforts a l'inti rieur des elements
plans constitutifs de la filiere puisqu'or realise un appui en trois
points. Cette solution a egalement l'avantage de simplifier la
fabrication de l'element de refroidissement, puisque les trois
surfaces de contact sont des surfaces planes.
La presente invention sera decrite plus en detail a l'aide des dessins
annexes dans lesquels
- la figure 1 est une vue, en coupe schematique, d'une installation
connue de coulee en continu d'un alliage de
copper
- la figure 2 est une vue en coupe transversale, d'un premier mode de
realisation d'une filiere de coulee en continu, connue;
- la figure 3 est une vue, en coupe transversale, d'un autre mode de
realisation d'une filiere de coulee continue selon l'art anterieur;;
- la figure 4 est un schema explicatif de la deformation des elements
constitutifs de la filiere sous l'effet des contraintes thermiques
- la figure 5 est une vue en coupe d'un mode de realisation d'un
element constitutif d'une filiere a courbure inverse
- lss figur 6A, 6B representent respectivement une vue en coupe
theorique d'un produit realise en coulee continue et une vue en coupe
dd produit obtenu, les deformations ayant ete exagerees
- la figure 7 est un schema de principe de deux installations l'une a
droite, l'autre a gauche.
- les figures 8, 9, 10 sont des schemas explicatifs de la figure 7
- la figure ll est un schema d'un autre mode d'application d'un moment
de flexion.
- les figures 12A, 12B montrent une variante de realisation de
l'invention
- la figure 13 est un schema de principe d'une autre variante de
l'invention
- les figures 14, 15 montrent deux modes de realisation de la variante
selon la figure 13.
Selon la figure 7, l'installation selon l'invention qui est
representee en coupe schematique au niveau de la filiere, est composee
d'elements de refroidissement 3, appliques contre les parties 23 de la
filiere, les parties 23 etant ellesmemes separees par des elements
d'ecartement 24 de facon a definir une filiere, par exemple de section
rectangulaire.
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 filiere 23 pour exercer des efforts de
compression F, du cote oppose a celui des elements de refroidissement
3, par rapport au plan 26 de la fibre neutre dans chaque partie de
filiere 23.
La figure 8 montre l'action des moyens de compression 25 sur une
partie 232 de la filiere.
De facon schematique la resultante F, des efforts de compression
exerces sur les faces laterales 231 de la partie 23, doit etre
appliquee sur la zone 232 de chaque face laterale 231 situee par
rapport au plan de la fibre neutre 26, du cote oppose de la face 233
d'appui de la partie 23 contre la surface de contact de son element de
refroidissement 3.
La distance d entre la fibre neutre et la ligne de la resultante F
permet de calculer le moment M = F x d exerce sur la partie 23 et
tendant a faire flechir cette partie 23 comme l'indique la figure 9.
Comme (figure 10) l'element de refroidissement 3 s'oppose au
flechissement de la partie 23, les forces fi reparties, a la distance
di de chaque element d'ecartement 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 reactions
correspondantes) diminuent a mesure que di augmente et qu'il existe
une zone mediane Z dans laquelle les efforts sont nuls.
La figure ll montre comment creer des moments de flexion en exercant
des efforts F1 sur les extremites des par- ties de filiere 23, situees
au-dela des elements d'ecartement 24.
Selon la figure l2A, une premiere solution pour arriver a une
meilleure repartition des efforts et, par suite, une meilleure
application de la partie 23 contre l'element de refroidissement, on
realise un element 3' a courbure;-oncaee
La figure 12 re une fili des parties 3', concaves.
Une autre solution pour repartir differemment les efforts est
representee aux figures 13, 14, 15.
Selon la figure 13, l'element de refroidissement 3" a une face d'appui
pour la partie 23 qui comporte des zones laterales 31 pour s'appuyer
sur la partie 23 au droit des elements d'ecartement 24, une zone
centrale 33 et des cavites intermediaires 32.
Dans ces conditions, les efforts fi (ou les reactions) ne s'exercent
principalement que dans la zone 33, ce qui est une garantie d'une
bonne application entre les pieces 23 et 3", puisqu'aucun contact
n'est possible ailleurs que dans les zones 31, 33, 31.
Les cavites 32 peuvent recevoir un fluide bon conducteur de chaleur
tel que de l'hydrogen ou de l'helium ou encore du mercury.
La figure 14 montre une variante de la figure 13 dans le cas d'un
element de refroidissement 3"'a surface de contact concave. Cette
surface comporte des zones d'appui 34, 36, 34 aux bords et au milieu
ainsi que des cavites 35 remplies de fluide conducteur (hydrogen,
helium, mercury).
Cette solution combine les avantages des zones d'appui et de la
surface concave.
La figure 15 montre une solution particulierement avantageuse a
realiser.
En effet, l'element de refroidissement 3presente une face concave
obtenue par trois segments de droites 37, 38, 37. Comme la partie 23,
soumise aux efforts de compression, se courbe de facon continue, il
subsiste des cavites 39 entre le contour polygonal 37, 38, 37 et le
contour a courbure continue de la partie 23.
Comme precedemment, ces cavites 39 peuvent recevoir un fluide
conducteur de la chaleur.
Cette derniere solution est particulierement inte- ressante pour sa
realisation et son utilisation. Sa realisation est simple puisqu'il
suffit de faire dans la partie 3IV une cavite dont la section a une
forme polygonale (dont le nombre de segments n'est pas limite a
trois).
L'efficacite de cette solution est egalement tres grande du fait a la
fois des zones d'appui et de la forme en cone des cavites.
De plus, les formes concaves des surfaces des elements de
refroidissement et, par suite, des parties des filieres, permettent de
compenser la forme creuse de la bande et qui est normalement due au
retrait.
De facon generale et en variante a la figure 11, les moments de
flexion crees, par des efforts de compression exerces a l'exterieur
des elements d'ecartement 24 peuvent par exemple etre obtenus par la
mise en place de cales entre les extremites des parties de filieres
21, 23 et la face correspondante des elements 3, au-dela des elements
d'ecartement 4, en exercant un effort de traction par les tirants 5.
Suivant une autre variante non representee, les moyens creant des
moments de flexion sont des moyens permettant d'injecter un composant
reagissant 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 a faire flechir la partie de filiere.
Claims
_________________________________________________________________
REVEND I CA T IONS
10) Installation de coulee en continu, notamment de metals tels que
d'un alliage de copper, installation comportant une filiere de coulee,
en graphite, bloquee entre des elements de refroidissement (3), cette
filiere etant composee d'au moins deux parties (21, 21, 23, 24),
installation caracterisee en ce qu'elle comporte des moyens creant des
moments de flexion appliquant les parties de filiere (21, 23) contre
les faces correspondantes des elements de refroidissement (3).
20) Installation selon la revendication 1, caracterisee en ce que les
moyens creant des moments de flexion sont des moyens exercant des
efforts de compression sur les faces laterales (231) des parties (21,
23), sur une zone (232) de ces parties laterales situees du cote
oppose de la surface (233) de contact avec les elements de
refroidissement, par rapport au plan de la fibre neutre de la partie
(23) pour appliquer chaque partie (21, 23) de la filiere contre la
surface de contact (31) de l'element de refroidissement (3)
correspondant.
30) Installation selon la revendication 2, caracterisee en ce que la
surface de contact de l'element de refroifissement (3) pour la partie
de filiere (23) est concave.
40) Installation selon la revendication 2, caracterisee en ce que la
surface de l'element de refroidissement (3", 3"') comporte des zones
d'appui (31, 34) laterales et une zone d'appui (33, 36) mediane pour
la partie (23) de la filiere.
50) Installation selon la revendication 4, caracterisee en ce que les
zones d'appui (31, 34, 33, 36) sont separees par des cavites (32, 35)
contenant un fluide conducteur thermique.
60) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 a 4,
caracterisee en ce que la surface concave d'appui de l'element (3il) a
une section polygonale.
70) Installation selon la revendication 1, caracterisee en ce qu'elle
comporte des moyens exercant des efforts de compression sur les
parties de filiere a l'exterieur des elements d'ecartement (24).
8 ) Installation selon la revendication 1, caracterisee en ce que les
moyens creant des moments de flexion sont des moyens pour injecter
dans la couche des parties de filiere (23), situee du cote de
l'interface filiere/elements de refroidissement, un composant dilatant
cette couche.
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