Brevet FR2011094A1 — publié le 19700227

La présente invention se rapporte à l'utilisation des produits laminés en acier au carbone que l'on classe habituellement dans les catégories de tôles et feuillards laminés à chaud ou laminés à chaud et à froid. L'invention concerné plus particu-5 lièrement un procédé permettant de transformer les chutes ou déchets de toutes formes de ces matières qui sont produits par les opérations normales de transformation, en un produit laminé plat» sans avoir à les passer à la refonte. Les tôles et feuillars d'acier au carbone sont utilisés en 1 {Y très grande quantité- pour la production de milliers d'objets industriels. Pour la commodité de 1* exposé, on désignera quelquefois cette Matière première par la simple expression de tôles d'acier au carbone. La fabrication d'objets en tôle produit ttae grand* quantité de chutes ou déchets. La Fig. 1 est un schéma ^ de circulation qui résume brièvement la pratique classique d* la fabrication, utilisation et mise aux riblons des tôles d'acier au carbone. Dans un exemple type, on utilise une tôle d'acier appelée SAE 1008 (norme de la 'Society of Automotive Engi-netrt") dans des opérations de transformation classique telles q*e le découpage, l'emboutissage ou formage à froid. Des millions de tonnes de tôles qui sont utilisées chaque année, une proportion pouvant atteindre environ ton tiers de la matière première est rejetée sous la forme dé chutes ou déchets. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 1, ces déchets sont actuellement renvoyés à l'aciérie où ils sont combinés à d'autres ferrailles et à de la fonte brute et refondus. Le bain de matières en fusion est soumis à des opérations classique de fabrication de l'acier et finalement coulé dans une lingottière. Le lingot obtenu est soumis à une série d'opérations classiques de laminage, bien connu dans la technique de la fabrication des tôles, et sous l'effet desquels on produit une feuille de tôle qui peut Stre utilisée pour la fabrication de nombreux articles industriels. Il est bien connu que la refonte des déchets de tôles exi-ge de grandes quantités d'énergie. Non seulement la matière deit être chauffée à son point de fusion, mais il est nécessaire de fournir une quantité supplémentaire d'énergie pour faire fondre et surchauffer cet acier. Ces opérations de refonte contribuent fréquemment à la pollution de l'air. Les lingots coulés doivent être ensuite démoulés, réchauffés et transformés en brames Par 20 25 30 40 69 20071 2. 2011094 laminage. Après avoir été ramenées à. la largeur et l'épaisseur spécifiées, ces drames;sont vérifiées ,et les parties refusées sont découpées et rejetées. Les brames sont alors prêtes à être introduites dans un laminoir à chaud dans lequel il se produit 5 des pertes importantes par calamine de laminage. 11 convient de remarquer qu'une grande partie de ces opérations et de l'énergie dépensée, ont été consacrées à une matière qui était açeptable pour la réutilisation, considérée au point de vue de l'analyse chimique, mais qui était de forme et de dimensions irrégulières. 10 Bien que l'on utilise avantageusement une certaine proportion de riblons dans les opérations d'élaboration de l'acier, le traitement des millions de tonnes de déchets de tôles d'acier au carbone de la façon décrite ci-dessus semble constituer un gaspillage de temps et de ressources. N 15 L'inventionâ donc pour but d'apporter un procédé de récupération des chutes ou déchets de tôles de métaux ferreux de formes irrégulières sans recourir à la refonte ni aux traitements consécutifs qui sont ^actuellement nécessaires.pour préparer la matière d'alimentation du laminoir de bande à chaud. 20 Un autre but plus particulier de la présente invention est de proposer un procédé de préparation etde traitement des chutes d'acier au carbone de formes irrégulières grâce auquel ces chutes peuvent être transformées directement, par laminage à chaud, en tôles ou autreB produits réutilisables sans opération de refonte. 25 Suivant un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, pour atteindre ces buts, ainsi que d'autres, on recueille initialement les déchets ou chutes de tôles d'acier au carbone de formes irrégulières ; on les aplatit (si nécessaire) et on les découpe en petits morceaux que l'on peut désigner par les termes 30 de plaquettes ou fragments. La dimension maximale de ces fragments est de préférence comprise entre environ 3 et environ 50 mm. On élimine l'huile et les autres impuretés des fragments, si nécessaire, par dégraissage ou brûlage, de façon que les surfaces des fragments soient propres pour subir le traitement con-35 sécutif. On prépare une tôle d'acier au carbone, de forme allongée, ayant à peu près la même composition chimique que les fragments et ayant à peu près, la même largeur que la nouvelle tôle qu'il s'agit de produire. On dispose cette tôle horizontalement. On relèvç de préférence les bords de cette tôle sur une largeur 40 pouvant atteindre environ 100 mm de chaque côté afin de retenir 69 20071 3" 2011094 «un la surface qui est nar-allleurs nlane. On déverse les fragments Tes fragments/propres sur la tole, qui forme une auge, de façon que, en majeure partie, ces fragments soient placés parallèlement ou à psu près parallèlement à la tôle et qu'ils se recouvrent mutuellement. Cette disposition à plat et à recouvrement 5 est obtenue, dans un mode préféré de mise en oeuvre, par une vibration appropriée de la tôle porteuse. L'ensemble comprenant la tôle porteuse et les fragments (qui, dans uneopération continue, peut être d'une longueur pratiquement sans fin) est ensuite introduit dans un four approprié qui contient une atmosphère 10 réductrice. Cet ensemble est chauffé dans le four à une température d'environ 980 à 1200*C, de préférence environ 1100°C, après quoi la masse de fragments non encore liés, toujours sous atmosphère réductrice, est comprimée par des cylindres appropriés pour former une feuille ou bande d'un seul tenant ayant une densité 15 supérieure à 90 % de la densité de l'acier au carbone. Dans un mode de réalisation préféré, tous les vides initialement compris entre les fragments sont éliminés et un certain allongement de la masse ainsi unifiée est obtenu dans la première passe de laminage. Si l'on a obtenu une unification suffisante dans la première pas-20 se de laminage, avec une densité de 90 % et plus, la feuille ou bande ainsi formée subit ensuite d'autres opérations de laminage, conformément à la pratique classique des aciéries. Les phases consécutives de laminage à chaud oU de laminage à chaud puis à froid produisent une feuille d'une épaisseur prédéterminée qui 25 est entièrement appropriée pour la réutilisation. On aconstaté que, en appliquant le procédé suivant l'invention, on peut transformer des chutes de toutes formes sans refonte en un produit en acier laminé à plat qui est à tous égards équivalent aux produits analogues obtenus en partant de l'acier fondu et qu'il est effec-30 tivement impossible de distinguer de l'acier fondu. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est, ainsi qu'il a déjà été dit plus haut, un 35 schéma de circulation représentant le cycle classique de traitement des tôles d'aciers dans la technique antérieure ; la Fig. 2 est un schéma de circulation d'un cycle de traitement d'une tôle d'acier conformément à la présente invention ; la Fig. 3 est une représentation schématique du procédé hO suivant l'invention, qui montre certains des équipements utili 69 20071 4. 2011094 ses dans une forme préférée de réalisation de l'invention ; la Fig. 4 est une vue en coupe en perspective suivant la. . ligne 4-4 de la Pig. 3 et montrant le chargement des fragments d'acier sur la tôle porteuse. 5 la Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 3 et montrant la tôle porteuse et les fragments au moment où l'ensemble pénètre dans la ligne de pincement de cylindres appropriés pour être utilisés dans le procédé suivant l'inventi© la Fig. 6 est une vue encoupe en perspective suivant la li«» 10 gne 6-6 de la Fig. 3 et montrant la bande comprimée au momesi où elle quitte la première cage de cylindres ; la Fig. 7 est une vue en perspective d'une tôle d'acier réalisée par le procédé suivant l'invention. Dans la fabrication de nombreux articles industrielss an N 15 soumet ordinairement une tôle d'acier au carbone d'environ 6 os d'épaisseur à des opérations d'emboutissage, de formage à froid* de découpage ou équivalents. C'est de cette façon que l'on pr©*= duit les pièces intérieures et extérieures des automobiles;, les éléments des appareils ménagers et des instruments agricoles 20 ainsi que de nombreux autres objets utiles. Ces opérations de transformation donnent naissance à une grande quantité de chutes ou déchets d'acier au carbone. Environ 80 % des produits en tôle laminée à plat qui sont produits aux Etats-Unis d'Amérique sont fabriqués à partir d'acier dont la composition comprend, en 25 poids, 0,03 à 0,12 % de carbone, 0,20 à 0,60 % de manganèse, 0,04 % au maximum de phosphore, des quantités aussi faibles qïie possible des autres éléments, le complément étant à peu près en totalité du fer. Ce sont les déchets et chutes de ces aciers au carbone qui sont particulièrement appropriés pour être trams- 30 formés en produits réutilisables par le procédé de la préseat© invention. Ainsi qu'on l'a indiqué brièvement dans le schéma de circulation de la Fis. 2, les déchets d'acier, qui atteignent fréquemment une porportion égale au tiers de la matière de ajjipës part, peuvent être récupérés sous une forme appropriée £î- 35 cation à chaud entre des cylindres pour se transformer en uns feuille réutilisable. On collecte les chutes de toutes dimensions d'aciers au carbone d'une composition telle que, par exemple l'acier de la norme SAE 1008 de la "Society of utomative Engineers", on les 40 aplatit et on les découpe en fragments plats ayant une disent BAD ORIGINAL 69 20071 5 2011094 sion maximale comprise dans l'intervalle allant d'environ 3 à 50 mm. On préfère pour l'utilisation conformément au procédé suivant l'invention des fragments de cette dimension parce que ce sont les fragments qui peuvent être facilement nettoyés et con-5 ditionnés pour subir ensuite la chauffe et l'unification. Il est préférable que ces fragments soient en majeure partie plats de façon à pouvoir être plus facilement arrangés et alignés pour être efficacement transformés par compression en une tôle réutilisable. 10 Les opérations d'aplatissement et de fragmentation peuvent être réalisées par des appareils classiques de laminage et de découpage ou par des machines spécialement conçues pour exécuter ces opérations en continu, ces opérations constituant une partie de l'ensemble des phases de la fabrication conforme au procédé 15 suivant l'invention. Si, en combinaison avec le traitement de transformation qui a donné naissance aux chutes, de l'huile de lubrification ou autres matières organiques, ou encore des débris, se jcont accumulés sur la surface des fragments, il est préférable de les enlever. Ceci peut s'effectuer par un dégraissa-20 ge classique à la vapeur ou par brûlage. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 3, les chutes de toutes formes 10 sont initialement aplaties et découpées en fragments 12 que l'on fait ensuite passer dans un four rotatif approprié 14, dans lequel l'huile et les autres matières combustibles ou volatiles sont 25 éliminées par combustion ou évaporation. A ce stade, les fragments 12 sont prêts à être -comprimés par laminage à chaud pour former une tôle réutilisable de haute densité* Conformément au procédé suivant l'invention, il est préférable d'accumuler les fragments 12 dans une trémie d'alimen-30 tation vibrante appropriée 16 qui est disposée au-dessus d'une feuille porteuse 18 de tôle d'acier au carbone disposée horizontalement, qui a à peu près la même composition que les fragments. Les deux bords (34 sur les Fig. 4 et 5)de la feuille porteuse 18 sont relevés pour former une auge de façon que les fragments 35 puissent être entassés dans cette auge sous une épaisseur pouvant atteindre environ 100 mm. Un vibrateur approprié 20 est placé au-dessous de la feuille porteuse 18 pour faire vibrer cette feuille et les fragments, ce qui oblige les fragments 12 à s'empiler et à.s'ali;,ner pour 40 se placer parallèlement à la tôle porteuse ou à plat par rapport 69 20071 6 2011094 à cette tôle, avec un certain recouvrement partiel entre les divers fragments, La Fig. 4 représente plus clairement un exemple de disposition des. fragments 12 et de la t9le porteuse 18* On remarquera sur la Fig. 4 que, en majeure partie, les fragments 5 sont à plat par rapport à la tôle porteuse et qu'il existe un recouvrement mutuel entre les divers fragments. Lorsqu'on traite des déchets d'acier de la norme SAE 1008 , on utilise de préférence une tÔlè porteuse d'acier de la norme SAE 1008 qui a une épaisseur suffisante pour assurer le transport de la masse de 10 fragments à. travers le four et la première cage de laminage. Si l'on a à entasser des déchets d'acier SAE 1008 sur une épaisseur d'environ 75 mm sur la tôle porteuse, on a constaté qu'une tôle d'acier SAE 1008 de 1,50 mm d'épaisseur est appropriée pour ttre utilisée comme tôle porteuse. Cette matière peut se présenter eij. 15 bobines que l'on déroule, les bords étant ensuite relevés par une aachine automatique appropriée (non représentée), de telle sorte qu'on peut ainsi adopter un traitement & peu près continu. Lorsque les fragments 12 ont été déposés et empilés, de façon qu'ils soient en majeure partie déposés à plat et avec re-20 couvrement mutuel sur la tôle porteuse 18, on introduit cette tôle et les fragments dans un four 22. Ce four 22 peut comporter n'importe quel moyen de chauffage approprié, par exemple des Moyens de chauffage parrayonnement, capables de porter la température de la feuille porteuse et des fragments à environ 980 à 25 1200*C pour le laminage à chaud. Dans le cas de l'acier SAE 1008 il est préférable de chauffer à environ 1100*C. Le four doit contenir une atmosphère réductrice. On peut citer comme exemple d'une atmosphère appropriée, une atmosphère qui comprend en volume, 40 % d'hydrogène, 20 % d'oxyde de carbone et 40 % d'azote. 30 Un autre exemple d'une atmopshère appropriée est l'atmosphère qui comprend, en volume, 2 à 40 % d'hydrogène, le reste étant constitué par de l'azote. Le four et l'atmosphère qui sont appropriés pour être utilisés conformément à la pésente invention ne sont pas d'une nature exceptionnelle, en ce qui concerne 35 leur fonction et on ne les décrira donc pas avec plus de détails dans le présent mémoire. Avant de sortir de l'atmosphère non oxydante protectrice, la feuille porteuse 18 et les fragments 12 chauffés passent entre des cylindres 24 appropriés sous l'effet desquels ils sont 40 comprimés et réunis en une feuille ou bande ayant une densité 69 20071 7. 2011094 15 20 25 supérieure à 90 % et de préférence d'environ 100 % à celle de l'acier au carbone. Les cylindres 24 doivent être capables de travailler sur un métal ayant les températures définies plus haut et de sou-5 mettre les fragments à des pressions de l'ordre de 700 à 2000 kg/cm , sous l'effet desquelles l'unification est obtenue. Le diamètre et les autres caractéristiques de construction des cylindres ne sont pas particulièrement critiques. On a dajà mis au point de nombreux cylindres pour le laminage de différents 10 produits en acier et certains de ces cylindres peuvent facilement être adaptés pour être utilisés conformément à la présente invention. Bien que les Fig. 3 et 5 ne représentent que deux cylindres, on peut adapter d'autres agencements de cylindres. Naturellement, les cylindres doivent être aussi larges que la bande à former et, ainsi qu'on peut le voir sur la vue en coupe de la Fig. 5, les cylindres sont de préférence adaptés pour contenir^! ess^bords de la feuille porteuse et les fragments de façon à permettre d'obtenir des rives de .bonne qualité et de maintenir la largeur de la bande formée pendant la phase de compression. Les cylindres 24 représentés en coupe sur la Fig. 5 sont de la forme en Z déjà connue. On a constaté que, normalement, la densité des fragments entassés et arrangés dans et sur la feuille porteuse est d'environ 35 à 50 % de la densité de 1' acier massif. Si les fragments non encore liés sont comprimés pour former une pièce massive mais avec un très faible allongement, dans le sens de la longueur ou de la largeur, l'épaisseur de la bande laminée qui sort de la première passe est légèrement inférieure à la moitié de l'épaisseur des fragments entassés. Toutefois, il est extrê-30 mement difficile de comprimer les fragments libres à une densité de 100 % sans leur imposer un certain allongement longitudinal. Dans l'application de la présente invention à des fragments d'acier SÀE 1008, on détermine habituellement des allongements longitudinaux de 30 à 60 % dans le passage entre les 35 cylindres 24. La Figo 6 montre la bande pratiquement exempte de vides que l'on peut jpoduire par les cylindres à profil en Z en une seule passe. L'intérieur 28 de la bande 26 est une structure exempte de vides. Toutefois, il n'est pas exceptionnel d'obtenir, à ce stade du traitement, des irrégularités de surface 30 â rai-40 son de l'insuffisance du travail et de la déformation de la cou- ' g#® 69 20071 8 2011094 che superficielle. Le fait que les fragments étaient initialement disposés à peu près à plat par rapport à la tôle porteuse et avec un certain recouvrement, combiné à l'utilisation de l'opération de laminage à chaud, a permis aux fragments de se souder facile- 5 ment entre eux et à la tôle porteuse, avec élimination rapide et pratiquement totale des vides et de l'atmosphère du four entraînée. A ce stade, la bande 26 est résistante et prête à être travaillée conformément à un procédé de fabrication des tôles dlacier plus ou bandes ou moins classique appliquée à des Tjrames/ayant à peu près la 10 même épaisseur. Ces opérations comprennent les phases telles que le laminage à chaud dans d'autres cages 36, en vue de réduire l'épaisseur ét d'augmenter la longueur de la bande et, en même temps, d'améliorer la qualité de sa surface. Lorsque la bande a été réduite à peu près à l'épaisseur désirée, on la soumet à des opéra*-15 tions de décalatsinage ou décapage et on l'enroule en bobines. La matière qui doit être soumise à des opérations de laminage à froid peut être ensuite choisie et traitée de la façon appropriée. La tôle 32 de la Fig. 7 représente un tronçon d'un exemple type de tôle produit conformément à la présente invention. 20 On admet que la tôle porteuse ne forme pas plus d'environ 5 % en poids du produit laminé plat final. Il est donc clair que de nombreuses opérations donnant environ ce pourcentage du produit final, ou des opérations équivalentes devront être reprises pour répondre aux conditions exigées de la tôle porteuse. 69 20071 9. 2011094 REVENDICATIONS 1. Procédé de transformation de déchets de toutes formes de métaux ferreux laminés à plat en une tôle réutilisable, caractérisé en ce qu'on transforme les déchets en fragments plats (12) 5 ayant une dimension maximale de 500 mm ou moins, on dépose ces fragments sur une tôle porteuse en métal ferreux disposée horizontalement et ayant à peu près la même composition que les fragments, ces fragments étant arrangés de façon à être en majeure partie à recouvrement entre eux et à peu près parallèles à la tô-10 le porteuse, on chauffe ces fragments et la tôle porteuse dans une atmosphère réductrice pour les porter à une température d'environ 980 à 1200°C, on fait passer les fragments et la tôle porteuse chauffée entre des cylindres (24) avant qu'ils ne sortent de ladite atmosphère, pour souder les fragments en une bande de 15 métal ferreux (26) ayant une densité au moins égale à 90 % de la densité du métal ferreux massif, et on lamine ensuite la bande nouvellement formée en la faisant passer dans une série de cages de cylindre* (36) pour produire un produit en métal ferreux laminé à plat reconstitué d'une largeur et d'une épaisseur prédéterminées. 20 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les déchets proviennent d'acier au carbone et en ce que la tôle porteuse est une tôle d'acier au carbone ayant à peu près la largeur de la tôle reconstituée qu'il s'agit d'obtenir. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en 25 ce que les déchets sont présentés sous la forme de petits fragments plats de dimensions maximales comprises entre environ 3 et environ 50 mm, et que l'on entasse sur la tôle porteuse sous une épaisseur pouvant atteindre 100 mm. 4. Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé 30 en ce que, en faisant passer la tôle porteuse et les déchets chauds entre des cylindres (24) avant d'avoir fait sortir les déchets de l'atmosphère réductrice, on imprime aux- fragments plats une déformation plastique dans laquelle on les aligne et on"les soude pour former une bande plate (26) dense d'épaisseur pouvant attein-35 dre 50 mm, la densité de cette bande étant d'au moins 95 % de la densité du métal ferreux. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une opération initiale consistant à aplatir et à découper les déchets. 40 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précé 69 20071 10' 2011094 dentes, caractérisé en ce qu'on dépose en continu les fragments ou petits morceaux plats sur la tôle porteuse en une couche d'épaisseur uniforme et qu'on imprime des vibrations à la tôle et aux fragments qu'elle porte, pour donner à ces derniers un ar-5. rangement approprié.