Brevet FR2100911A1 — publié le 19720324

La présente.invention concerne un procédé et un appareil de traitement de la surface de pièces métalliques,- et plus particulièrement un procédé et un appareil d'écroutage par enlèvement thermochimique de matière de la surface extérieure de barres ou 5 de tubes métalliques. Dans la technique de laminage de pièces en acier, il est classique de procéder à un traitement de la surface des pièces à un stade intermédiaire-du procédé de laminage. Ce traitement est destiné à éliminer les défauts de surface tels que les soufflures, 10 les écailles et les incrustations de calamines qui, s'ils ne sont pas supprimés, provoquent l'apparition de défauts dé la: pièce finie. Un procédé économique permettant de supprimer les défauts de surface du produit demi-fini consiste à enlever.thermochimique-ment une couche de métal sur toute la surface d'une ou de plusieurs 15 faces longitudinales de la barre à traiter au moyen d'une machine convenatle qui est de préférence intercalée dans la ligne de laminage. Grâce à ce procédé, les produits laminés sont traités pendant qu'ils sont'encore chauds sans qu'il soit nécessaire d'interrompré la fabrication continue de l'acier. 20 Dans la plupart des cas, un laminoir à acier ne doit pas . travailler uniquement une seule dimension de billettes rondes ou carrées, mais au contraire des barres, de plusieurs dimensions doivent pouvoir être laminées sur un même laminoir. En pratique sur certains laminoirs, il est courant de travailler successive-25 ment des billettes de dimensions variées. Lorsque la production doit être très élevée, le poste d'écroutage constitue fréquemment un goulot d'étranglement, notamment lorsque la fréquence du changement des dimensions des billettes augmente. En outre, plus le nombre des réglages successifs de la machine à écrouter augmente, 30 plus le risque d'erreurs de réglage augmente. Ces err^nja^euvent être également provoquées par-le fait que le régleur/des informations incorrectes de la programmation du laminage ou des opéra-téurs du laminoir. Ces erreurs de réglage d§4.a machine à écrouter risquent d'endommager cette dernière et d'influer sur la qualité 35 .de l'écroûtage des pièces semi-finies. Ces inconvénients ont été réduits par l'apparition de ma- xaire chines à écrouter auto-régleuses qui peuvent/passer successivement différentes dimensions de billettes de section carrée ou rectangulaire. Dans ces machines, la barre est entourée sur ses quatre 40 côtés par des buses d'écroutage qui sont appliquées élastiquement COPY 71 25759 2 2100911 de manière à se conformer aux différentes dimensions des barres en mouvement. ,• Bien que les machines de ce type fonctionnent d'une manière satisfaisante, lorsqu'il s'agit d'écroûter des barres carrées ou 5 rectangulaires, elles sont en,général inefficaces lorsqu'il s'agit d'écroûter des barres de section circulaire. Actuellement , l'écroûtage automatique de barres ou de tubes de section circulaire s'effectue par l'un ou l'autre de deux procédés différents. Le premier procédé consiste à utiliser une buse 10 circulaire segmentée montée sur une machine à écrouter et dans laquelle circulent les barres. Chacune de ces buses ne peut écrouter que des barres d'une dimension pouvant varier dans une plage étroite. Par exemple, une buse d'un diamètre nominal donné peut traiter des barres dont le diamètre maximal ne doit pas dépasser 15 le diamètre minimal de plus de 3,2cm. Lorsqu'il s'agit de traiter des barres de diamètre très différent, l'utilisateur doit pouvoir disposer d'un jeu de buses de différents diamètres nominaux et de pièces de rechange correspondantes. Le prix d'une buse cylindrique continue est notablement plus élevé que le prix d'une tête 20 comportant des buses rectilignes pouvant écrouter une barre dont la section est un carré circonscrit au cercle de même diamètre que la buse cylindrique. En outre, l'opération qui consiste à remplacer une buse cylindrique par une autre est relativement longue et dure entre 30 et ^5 mn, 25 Les buses continues cylindriques posent également le pro blème de leur alignement avec l'axe de la barre à écrouter. Etant donné que la barre circule sur .une table à rouleaux, la hauteur de son axe au-dessus, de la table doit.varier avec son diamètre. En général, il est nécessaire de régler le niveau des guides de 30 centrage chaque fois que le diamètre de la barre varie de plus de 9 mm. Cette opération de réglage est également longue et dure environ 20 mn. On voit, de ce fait que si les diamètres des barres à écrouter varient souvent, les réglages entraînent une perte de temps considérable, même si le.changement de diamètre de la barre 55 n'exige pas le remplacement des buses. Le second procédé d'écroutage mécanisé de. barres cylindriques consiste à faire tourner les barres sous un unique chalumeau dirigé tangentiellement, tandis que la barre se déplace parallèlement à son axe sous le chalumeau, et que ce dernier est dé-40 placé le long de la barre. Ce procédé permet d'effectuer une simple 71 25759 3 2100911 passe hélicoïdale d*écroutage sur la longueur d'une barre ronde. Le prix du matériel nécessaire est relativement peu élevé, mais la vitesse d'écroutage est également très faible. L'invention a pour objet un procédé d'écroutage thermochimi-5 que de la surface extérieure d'un« barre cylindrique, qui consiste à projeter un gaz oxydant par plusieurs buses rectilignes disposées symétriquement autour de la surface cylindrique de la barre à écrouter et qui délimitent un polygone équilatéral, chaque buse projetant le gaz oxydant sous la forme d'un jet laminaire,dirigé longi-10 tudinalement sur la barre et selon un angle aigu contre la surface de ce dernier, à faire avancer une section préchauffée de la barre entre les jets laminaires de gaz oxydant tout en faisant tourner la barre autour de son axe à une vitesse de rotation qui est fonction de sa vitesse d'avance, ce qui permet d'enlever une 15 épaisseur pratiquement uniforme de métal sur toute la surface extérieure de la barre. L'invention a également pour objet un dispositif permettant d'appliquer ce procédé et qui consiste en une machine d'écroutage comprenant plusieurs buses rectilignes dont les becs respectifs 20 sont disposés de manière à délimiter un polygone équilatéral, chacune des buses projetant un jet laminaire de gaz oxydant sous un angle aigu par rapport à l'axe de la tête d'écroutage, un dispositif convoyeur destiné à faire avancer la barre cylindrique à écrouter dans l'ouverture polygonale de la tête et qui fait également 25 tourner la barre autour de son axe longitudinal, et un'dispositif de centrage maintenant les buses à égale distance de la surface voisine de la barre à écrouter. Les jets laminaires de gaz oxydant sont engendrés par n'importe quel procédé classique dans les techniques d'écroutage. 30 De préférence, le procédé de l'invention consiste à faire passer la barre ronde dans une ouverturRectangulaire délimitée par les quatre buses d'une tête d'écroutage auto-régleuse. Dans ce cas, quatre jets laminaires de gaz sont projetés par la fente continue de chacune des buses qui sont disposées en carré autour de 35 la barre, et cette dernière se déplace longitudinalement dans une direction perpendiculaire au plan du carré délimité par les fentes de sortie des buses. Le dispositif de l'invention peut être par exemple monté sur une machine du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 300 200. L'utilisation d'une tête auto-40 régleuse permet l'écroutage de barres rondes de n'importe quel 71 25759 k 2100911 diamètre compris entre des limites très larges, et dans n'importe quel ordre sans qu'il soit nécessaire de remplacer les buses, pour empêcher un enlèvement de métal non uniforme, comme ce serait le cas si la barre ronde passait simplement dans l'ouverture carrée, 5 la barre tourne autour de son axe en passant dans l'ouverture carrée de la tête. Les facteurs qui influent sur l'épaisseur de métal enlevé sont déterminés par un procédé classique dans la technique de l'écroûtage thermochimique. Les vitesses de rotation et de translation de la barre sont de préférence synchronisées afin que 10 l'enlèvement du métal de la surface extérieure de la barre s'effectue le plus uniformément possible. On effectue ainsi une série d'écroutages hélicoïdaux qui enlèvent uniformément une épaisseur prédéterminée de métal sur tout le pourtour de la barre. N'importe quel dispositif classique permettant de faire tourner et de faire 15 avancer les barres peut être utilisé. De préférence, avant le début de l'opération d'écroutage proprement dite, il est préférable d'effectuer un préchauffage de la barre en la faisant tourner sur son axe sans qu'elle se déplace longitudinalement afin d'assurer un préchauffage efficace et un 20 amorçage uniforme de la réaction thermochimique. Toutefois, il faut noter que le préchauffage peut s'effectuer sur une barre immobile, mais en général, dans ce cas, le démarrage de l'opération exige un temps plus long. Grâce au procédé de l'invention, la barre ronde peut être 25 écroûtée "à chaudJ' ou à "froid". Par exemple, l'appareil de l'invention peut être intercalé dans la ligne de laminage et traiter •les barres pendant qu'elles sont chaudes sans interrompre la production continue de l'acier. Lorsque l'opération s'effectue sur des barres chaudes à une température d'enviroi^ll 00°C, la vitesse 30 de déplacement longitudinal de la barre peut varier entre 9 et 45 m/mn, tandis que sur les barres froides, c'est-à-dire à une température ambiante d'environ 20°C, la vitesse d'avance longitudinale est comprise entre 7 et 23 m/nm. La vitesse de rotation de la barre varie entre 12 et 75 t/mn. En conséquence, la relation 35 entre la vitesse de rotation de la barre et son déplacement axi*I est d'environ-0,26 à 8,2 t/mn/m pour des barres chaudes et d'environ 0,52 à 12,3 t/mn/m pour les barres froides. Bien entendu, ces valeurs varient avec les diamètres des barres, les conditions de fonctionnement et la conception des buses utilisées. 71 25759 5 ;2100911 La t§te auto-régleuse de la machine à écrouter peut être de n'importe quel type connu. Dans les machines de ce type, les buses d'éeroûtage peuvent se rapprocher et s'appliquer directement contre la surface extérieure de la barre disposée dans l'ouverture 5 carrée délimitée par les quatre buses„ L'invention permet d'utiliser une machine à écroûter auto- VOV.T A . régleuse classique/ écrouter des barres rondes, et de ce fait, il est possible d'écroûter grande vitesse des barres d'un diamètre quelconque pouvant varier par exemple entre 76 mm et 276 mm sur un 10 seul modèle de machine". Ceci était jusqu'ici impossible à réaliser en raison des temps morts entraînés, par le réglage ou l'échange des buses circulaires. Pour traiter des tubes dont le diamètre est compris par exemple entre 100 et 250 mm, le prix de 1'outillage nécessaire ne représente qu'environ 10$ du prix de la série de bu-15 ses circulaires qu'il est nécessaire d'utiliser pour traiter la même gamme de tubes par les procédés d'écroutage connus. En outre, le dispositif de l'invention permet 1'éeroûtage thermochimique de barres rondes sans qu'il soit nécessaire d'écarter ces dernières de la ligne de production normale du laminoir. 20 Les buses de la machine auto-régleuse utilisées dans l'invention se ferment automatiquement à partir d'une position d'ouverture maximale et viennent_porter directement contre la barre qui est déjà en positioxjûe travail. Dans le cas des machines classiques à buses circulaires, les barres doivent être introduites dans l'ouverture 25 de diamètre fixe de la buse et être guidées par un mécanisme de centrage séparé, puis leur alignement avec la buse doit être maintenu pendant l'opération d'écroutage par un autre mécanisme de guidage indépendant de la buse proprement dite/et qui est en général constitué par un Jeu de sabots articulés. Un mauvais aligne-30 ment, soit des guides de centrage, soit des sabots articulés,fait frotter la barre contre la buse ce qui détériore cette dernière. Les buses d'écroutage de l'invention, montées sur la machine auto-régleuse, ne risquent pas d'être endommagées par une fausse manoeuvre de l'opération, contrairement aux bUses circulaires uti-35 Usées dans les autres procédés classiques. D'-autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description, non limitative qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, et illustrant à titre d'exemple deux modes de réalisation dé l'invention. iiA La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une 71 25759 2100911 machine auto-régleuse à écrouter thermochimiquement les barres, utilisée pour écrouter des barres rondes, conformément au procédé de l'invention; la figure 2 est une vue frontale schématique de l'appareil 3 de la figure l, montrant; la disposition des quatre buses délimitant une ouverture carrée de largeur réglable, dans laquelle les carres cylindriques métalliques se déplacent longitudinalement; la figure 3 est une vue frontale schématique d'un dispositi permettant d'avancer une barre ronde tout en lui imprimant si-10 nultanément un mouvement de rotation, ce dispositif d'entraînemen' comprenant un galet à axe oblique; la figure 4 est une vue en plan du dispositif représenté sur la figure 3, et la figure 5 est une vue en plan d'un autre type de disposi-15 tif commandant à la fois l'entraînement longitudinal et la rotation d'une barre ronde et qui peut être utilisé en coopération avec la machine auto-régleuse à quatre buses de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement une machine à écrouter auto-régleuse à quatre buses, composés d'un bâti 10 20 sur lequel sont montés quatre blocs 11, 12, 13 et 14. Des buses d'écroutage 15, 16, 17 et 18 sont montés sur la face antérieure de ces blocs , et leurs bords intérieurs 21, 22, 23 et 24 délimitent une ouverture carrée 19. Le principe permettant de délimiter une ouverture carrée 19 de côté réglable au moyen des quatre buses 25 15, 16, 17 et 18 est illustré par la figure 2. La machine représentée sur la figure 1 est du type décrit dans le brevet des .Etats-Unis d'Amérique n° 3 300 200 précité, et ses éléments ne sont mentionnés qu'à titre de référence. Une barre métallique B, de section circulaire, qui peut être une barre pleine ou un tube, 30 est introduite dans l'ouverture 19, La flèche rectiligne de la figure 1 indique le sens de déplacement axial de la barre B dans l'ouverture 19, et la flèche circulaire indique son sens de rotation. On voit que les buses 15, 16, 17 et 18-peuvent s'écarter ou se rapprocher les unes des autres et délimitent une ouverture 35 carrée de côté variable permettant le passage de barres cylindriques de différents diamètres. Les fentes de passage de gaz se ferment automatiquemait dans les sections superposées des buses qui sont, disposées à l'extérieur de l'ouverture carrée, conformément au procédé connu. 40 Les figures J> et & illustrent une forras de ré a 11 -sa t oajlu^ COPY 71 25759 2100911 dispositif d'avancement de la barre B dans l'ouverture 19 de la machine à écrouter. Ce dispositif comprend une série de patins à billes 31 fixés par l'intermédiaire d1entretoises 34 sur une table en V 35 reposant sur des pieds 36. Les billes des patins 31 peu-5 vent tourner dans tous les sens et de ce fait, la barre peut se déplacer longitudinalement tout en tournant sur elle-même avec un frottement minimal. Les patins 31 comprennent une bille 32 contenue dans un corps 33 et qui est supportée par plusieurs portées à billes 38. La barre B à écrouter peut être entraînée selon n'impor-10 te quel rapport vitesse d'avancement/vitesse de rotation par un galet 37 à axe oblique. La vitesse d'entraînement du galet 37 est réglable ainsi qugl'angle sous lequel il vient en contact avec la barre B. En réglant le galet d'entraînement 37 à l'angle d'attaque représenté sur la figure 4 et en le faisant tourner dans le sens 15 de la flèche circulaire de cette figure, la barre B tourne dans le sens de la flèche curviligne de la figure 3 et se déplace simultanément dans le sens de la flèche rectiligne de la figure 4. La figure 5 montre une variante du dispositif commandant la rotation et le déplacement longitudinal simultanés de la barre B 20 dans l'ouverture 19 de la machine à écrouter. Ce dispositif comprend une série de rouleaux entraînés 51 et plusieurs galets à billes fous 53. En raison du décalage angulaire entrai'axe longitudinal de la barre B et d^L'axe 52 des rouleaux entraînés 51, la-barre a tendance à se déplacer dans une direction perpendiculaire 25 à l'axe 52, c'est-à-dire vers le haut et vers la droite sur la figure 5. Cependant, son déplacement vers la droite est contenu par les galets à billes 53 montés sur un axe fixe et cette réaction latérale est convertie en mouvement de rotation de la barre. Les galets de guidage 54 ont uniquement pour effet d'empêcher la barre 30 de rouler vers la gauche dans le cas où le sens d'entraînement des rouleaux 52 est inversé. Les galets 54 sont montés élastiquement et sont rappelés par exemple par des ressorts reliés à un bâti non représenté, et de ce fait, ils s'adaptent aux:, différents diamètres des barres B. Le bâti et le dispositif d'entraînement des rouleaux 35 ne sont pas représentés, ce dispositif étant classique. Le procédé et les dispositifs- d'écroutage de l'invention, peuvent être utilisés en coopération avec une machine à écrouter d'une conception ou d'un modèle différents de ceux de la machine décrite précédemment, Bien que le procédé de l'invention puisse 40 être utilisé pour écrouter soit des barres froides soit des barres COPY 71 25759 8 2100911 chaudes, en adaptant le dispositif de l'invention à un convoyeur à rouleaux classiques d'un train de laminage, il est évident que les barres produites par ce dernier peuvent être successivement traitées aans manutention supplémentaire tandis qu'elles sont à le haute température et circulent entre un laminoir et/laminoir aval suivant. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, et nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 25759 9 2100.911 ?3^.c:QigATio:TS 1 - Procédé d'écroutage therraochi.vâque de la surface extérieure d'une pièce métallique cylindrique, caractérisé en ce qu'l] consiste à projeter un gaz oxydant par plusieurs buses rectilignes 5 disposées de manière à délimiter entre elles un polygone équilatéral symétrique par rappport à la surface cylindrique de la pièce à écrouter, chacune des buses projetant le gaz oxydant sur toute sa longueur en un jet laminaire dirigé selon un angle aigu par rapport à l'axe longitudinal de la pièce contre la surface 10 extérieure de cette dernière, à faire avancer une partie préchauffée de la pièce dans la zone de projection des jets laminaires de gaz oxydant tout en imprimant à la pièce un mouvement de rotation autour de son axe, en synchronisme avec sa vitesse d'avancement^ afin d'enlever une épaisseur de métal pratiquement uni- 15 forme/toutes les zones successives de la surface extérieure de la pièce. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 'jets laminaires de gaz oxydant sont projetés par plusieurs buses d'éeroûtage, dont les ouvertures de sortie du gaz 20 délimitent entre elles un carré entourant la surface cylindrique de la pièce à écrouter. 3 - Procédé:selon la revendication 2,' caractérisé en ce que lorsque la pièce à écrouter est une pièce en acier chaude,sa vitesse de rotation autour de son axe est comprise entre 12 et 25 75 t/mn et en ce qu'elle avance à une vitesse comprise entre 9,1 et 45,7 m/mn. '4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque la pièce cylindrique est une pièce en acier dont la température est voisine de la température ambiante, elle tourne 30 à une vitesse comprise entre 12 et 75 t/mn et en ce qu'elle avance à une vitesse comprise entre 6,1 et 22,9 m/mn. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce est préchauffée à sa température d'amorçage de combustion en tournant sur son axe avant 35 de/passer dans les jets laminaires de gaz oxydant . 6 - Appareil d'écroutage thermochimique de barres métalliques rondes, caractérisé en ce qu'il comprend une machine à écrouter équipée d'une tête d'écroutage comportant plusieurs buses rectilignes dont les ouvertures de sortie sont disposées de ^-0 manière à délimiter un polygone équilatéral entre elles chaque COPY 71 25759 io 2100911 buse projetant un jet laminaire de gaz oxydant selon un angle aigu par rapport à l'axe de la tête d'écroutage, un dispositif convoyeur faisant avancer axialement la barre cylindrique à écrouter dans l'ouverture polygonale de la tête d'écroutage tout en faisant 5 simultanément tourner la barre autour de son sxe longitudinal, et un dispositif de centrage maintenant les fentes de sortie du gaz de chaque buse à égale distance de la paroi voisine de la barre à écrouter. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il 10 comporte un dispositif permettant de modifier le rapport de la vitesse d'avance à la vitesse de rotation de la barre à écrouter. 8 - Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le polygone équilatéral délimité par les buses est un carré. 15 9- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de centrage comprend un mécanisme déplaçant les buses entre une position d'ouverture maximale et une position d'écroutage à laquelle une partie de chaque buse est en contact avec la surface extérieure de la barre à écrouter.