Brevet FR2112243A1 — publié le 19720616

347é8 i 2112243 La présente invention concerne un procédé et un appareil perfectionnés pour la coulée en continu de tubes en métal utilisés pour fabriquer des tuyaux sans soudure. un type d'appareil servant à couler en continu des pro-5 duits métalliques de section massive comprend une lingotière refroidie à l'eau ouverte aux deux bouts, des trains de rouleaux de guidage espacés verticalement en dessous de la lingotière, un jeu de rouleaux pinceurs entraînés par moteur en dessous des rouleaux de guidage, et un guide courbe pour la barre coulée en dessous des 10 rouleaux pinceurs. Avant le début d'une opération de coulée, on introduit une barre d'amorçage vers le haut dans la lingotière, à travers les rouleaux pinceurs et les rouleaux de guidage. On verse ensuite du métal en fusion dans la lingotière en contact avec l'extrémité supérieure de la barre d'amorçage qui descend à 15 travers les rouleaux de guidage et les rouleaux pinceurs,devant la barre coulée. Une coque de métal se solidifie sur l'extérieur de la barre coulée,à l'intérieur de la lingotière,mais le noyau reste tout d'abord liquide. Lorsque la barre coulée franchit les rouleaux de guidage, des jets d'eau pulvérisés sont projetés sur 20 sa surface de sorte que le noyau se solidifie progressivement. Initialement, l'extrémité antérieure de la barre coulée s'attache d'elle-même à l'extrémité supérieure de la barre d'amorçage, mais cette barre d'amorçage est ensuite détachée lorsque la barre coulée traverse les rouleaux pinceurs. Au début, les rouleaux pin-25 ceurs empêchent la barre d'amorçage de descendre mais, lorsque la barre coulée est en partie engagée à travers les rouleaux de guidage, les rouleaux pinceurs entraînent la barre d-'asicrçage et la barre coulée. Lorsque la barre d'amorçage a été détachée, des rouleaux cintreurs,dans le guide destiné à la barre coulée,cintrent 30 la barre coulée à 90° de telle sorte qu'elle se déplace horizontalement à partir de cet endroit pour subir d'autres traitements. On peut se référer au brevet américain Foldessy n° 3-338.297 pour obtenir une description plus complète d'un tel appareil. Les efforts faits pour appliquer des processus analo-35 gues à la coulée continue de tubes n'ont pas eu de succès. Si l'on place une lance ou un mandrin dans la lingotière pour former une cavité annulaire dans laquelle le tube est foriaé, on a difficile à refroidir et à solidifier la surface interne du tube coulé. Lorsqu'une coque interne se forme par solidification, un kO noyau liquide annulaire subsiste entre les coques interne et ex- 71 34768 2 2112243 terne et ce noyau, ne se solidifie dans la totalité de sa masse que lorsque le produit coulé est descendu à une distance appréciable en dessous de la lingotière. Ceci suscite une autre difficulté qui réside dans le fait qu'il faut maintenir la coque 5 interne concentrique à la coque externe avant que le noyau intermédiaire se solidifie complètement. A moins que les deux coques restent concentriques, le tube ne comporte pas de parois d'une épaisseur uniforme et il est inacceptable pour la fabrication de tuyaux sans soudure. 10 L'invention a pour but de procurer un procédé et un ap pareil perfectionnés pour couler en continu des tubes et pour éviter les difficultés que l'on rencontrait précédemment. L'invention a également pour but de procurer un procédé dp. type spécifié et un appareil pour le mettre en oeuvre dans lequel en 15 soumet les surfaces interne et externe d'un tube coulé à l'action de jets d'eau pulvérisés et dans lequel on utilise une technique perfectionnée pour maintenir la coque interne concentrique à la coque externe. Suivant l'invention, pour couler un tube en continu, on verse un métal en fusion de manière continue dans une ca-20 vité de lingotière annulaire, on refroidit les surfaces externe et interne du métal contenu dans la lingotière et on forme ainsi des coques externe et interne sur le tube, dans la lingotière, en laissant un noyau liquide entre les coques, on retire continuellement le tube en partie solidifié de l'extrémité inférieure de 25 la lingotière, on poursuit le refroidissement des deux surfaces du tube jusqu'à ce qu'il se solidifie dans sa totalité à un niveau situé à une certaine distance en dessous de la lingotière,on détecte toute excentricité de la coque interne entre la lingotière et le dit niveau et on corrige cette excentricité. 30 Suivant l'invention, il est également prévu un appareil permettant de couler un tube en continu qui comprend line lingotière tubulaire refroidie à l'eau, une lance refroidie à l'eau suspendue dans la lingotière et formant une cavité annulaire avec celle-ci, un dispositif pour verser du métal en fusion dans 3? la cavité de telle sorte qu'un tube en partie solidifié comportant des coques externe et interne solidifiées et un noyau liquide sorte de l'extrémité inférieure de la lingotière, ce tube se solidifiant dans la totalité de sa masse à un niveau inférieur, un prolongement sur la lance en dessous de la lingotiè-**0 re, au moins un tsapon sur le prolongement entre l'extrémité 71 34768 3 2112243 inférieure de la lingotière et le niveau auquel la solidification du tube est totale, et un dispositif magnétique à l'extérieur du . tube pour maintenir le tampon et la coque interne concentriques à la coque externe. 5 L'invention sera décrite ci-après,à titre d'exemple,avec référence aux dessins annexés dans lesquels : les Fig. 1 et la sont ensemble une vue en coupe verticale d'un appareil servant à couler en continu des tubes suivant l'invention; 10 la Fig. 2 est une vue en élévation de côté du mécanisme incorporé à l'appareil servant à mettre en oeuvre la barre d'ap.orçagej la Fig. 3 est une vue en coupe verticale d'une partie du nouveau prolongement de lance et du mécanisme positionneur magnétique servant à maintenir la coque interne du tube concentrique 15. à la coque externe; la Fig. ^ est une vue en élévation de côté explosée, en partie en coupe, de la partie supérieure de la barre d'amorçage et de son culot détachable; la Fig. 5 est une vue en coupe horizontale suivant la 20 ligne V-V de la Fig. 3, et la Fig. 6 est un schéma électrique. Les Fig. 1 et la illustrent ensemble une lingotière tubulaire à extrémités ouvertes et une lance tubulaire 12 qui s'étend à travers la lingotière et qui forme une cavité annulaire 25 13 avec celle-ci. La lingotière est fixée à des paires de poutrelles espacées verticalement 1^. La lance est suspendue à un raccord à rotule 15 supporté par deux poutrelles 16 espacées au-dessus des poutrelles mentionnées en premier lieu. Des mécanismes d'oscillation 17 et 18 sont reliés aux poutrelles l1*- et 16 res-30 pectivement pour faire osciller ces poutrelles avec la lingotière et la lance vers le haut et vers le bas ensemble, comme cela se pratique habituellement avec les lingotières utilisées pour couler en continu des produits de section massive. Étant donné que des mécanismes d'oscillation appropriés sont connus, 35 on ne"les a représentés que schématiquement. Un -tube coulé C est représenté sortant de l'extrémité inférieure de la lingotière. A sa sortie de la lingotière, le tube traverse des rouleaux de guidage classiques 19 et des jets d'eau pulvérisés 20. En continuant à descendre, le tube coule passe par ues rouleau:: 1+0 pinceurs classiques et des rouleaux cintreurs,non représentés. 71 34768 k 2Î12243 Une poche de coulée intermédiaire garnie de matière réfractaire 21 et un ou plusieurs chenaux de coulée également garnis de matière réfractaire 22 sont supportés au-dessus de l'extrémité supérieure de la lingotière 10, dans l'espace séparant la 5 lingotière 10 des poutrelles 16. La poche de coulée intermédiaire a la forme d'un U vu en plan et présente un passage central 23 destiné à recevoir la lance 12, ce passage ayant une dimension interne suffisante pour ne pas entraver l'oscillation de la lance. Le fond de la poche de coulée intermédiaire comporte des buses de cou-10 lée 2k dont le nombre correspond à celui des chenaux de coulée 22 et qui sont positionnées au-dessus des chenaux respectifs. La poche de coulée intermédiaire contient une alimentation de métal en fusion M, qui peut provenir d'une poche de coulée principale appropriée quelconque ou d'un récipient analogue, non représenté. L'écou-15 lement du métal par les buses est commandé par des tiroirs 25 montés à coulisse sur le fond de la poche intermédiaire. Les chenaux de coulée s'inclinent vers le bas vers la lingotière pour débiter du métal de manière continue dans la cavité annulaire 13 formée entre la lingotière et la lance. 20 Avant de faire démarrer une opération de coulée, on in troduit une barre d'amorçage tubulaire 26 et un culot annulaire détachable 27 dans le bas de la cavité annulaire 13. Les Fig. 2 et illustrent une construction préférée de barre d'amorçage et de mécanisme pour la mettre en oeuvre. L'extrémité supérieure de la 25 barre d'amorçage est de plus petit diamètre et s'ajuste dans une gorge 28 prévue dans la face inférieure du culot. Le culot comporte des boulons radiaux 29 qui s'étendent en travers de sa gorge 28. Le bord supérieur de la barre d'amorçage comporte une série d'encoches en L ouvertes vers le haut 35 qui reçoivent les bou-30 Ions 29 dans leurs segments horizontaux pour relier le culot à la barre d'amorçage. La face supérieure du culot porte plusieurs boulons verticaux 36. A mesure que du métal en fusion remplit la cavité de moulage annulaire 13, la barre d'amorçage et le culot sont retirés de manière continue de la lingotière. Les boulons 36 35 se noient dans la pièce coulée en partie solidifiée et attachent ainsi le culot à la pièce coulée. Au point voulu de la descente de la pièce coulée, on fait tourner la barre d'amorçage d'un petit arc en vue de la détacher du culot. Cette rotation amène les segments verticaux des encoches 35 en ligne avec les boulons 29. La *f0 barre d'amorçage descend alors plus rapidement que la pièce coulée 71 34768 5 2112243 et se détache de son culot 27. Ce dernier continue à accompagner la pièce coulée à travers les rouleaux cintreurs, etc. Le mécanisme servant à mettre en oeuvre la barre d'amorçage 26, représenté sur la Fig. 2, comprend un bâti 37 disposé en 5 dessous des rouleaux de guidage 19. L'extrémité supérieure du bâti porte un jeu de rouleaux pinceurs 38, des moteurs 39 pour entraîner ces rouleaux pinceurs et des vérins à fluide sous pression *f0 servant à amener les rouleaux pinceurs en contact avec la barre d'amorçage ou à les dégager de celle-ci. Une table ifl est montée 10 dans la partie inférieure du bâti et cette table est reliée à des vérins à fluide sous pression verticaux h2 fixés à l'extérieur du bâti pour le faire monter et descendre. La table porte une tête pouvant tourner ^3 et deux vérins à fluide Vf reliés à la tête par l'intermédiaire d'éléments de liaison mécanique appropriés ou d'en-15 grenages pour faire tourner la tête d'un petit arc dans les deux sens. La tête porte deux bras préhenseurs pivotants h*?. Un vérin à fluide lf6 relie les deux bras. Les divers vérins comportent les commandes et les raccordements habituels (non représentés) pour admettre et évacuer du fluide. 20 Pour faire monter la barre d'amorçage 26 avant d'enta mer une opération de coulée, on actionne les vérins *f0 pour engager les rouleaux pinceurs 38 avec la barre d'amorçage et on actionne le moteur 39 pour entraîner ces rouleaux pinceurs. A ce moment, les bras préhenseurs *f5 sont dégagés de la barre et on 25 actionne les vérins h2 pour faire monter la table !+l et la tête 1*3 vers leur position supérieure représentée en traits pointillés. Lorsque l'opération de coulée débute, on rétracte les rouleaux pinceurs 38. Juste avant que l'extrémité inférieure du tube coulé atteigne la position où la barre d'amorçage doit être dé-30 tachée, on actionne le vérin *f6 pour amener les bras préhenseurs *f5 en contact avec la barre d'amorçage. On actionne ensuite les vérins hb pour faire tourner la barre d'amorçage de l'arc nécessaire pour aligner les segments verticaux des encoches 35 avec les boulons 29, comme décrit plus haut. On relâche la pression qui 35 règne'dans les vérins k-2 après quoi, la barre d'amorçage maintenue par les bras préhenseurs ^5 descend. La Fig. 1 montre que la lingotière 10 comprend une douille interne remplaçable *f9, de préférence en cuivre, espacée de sa paroi extérieure.Des cloisons horizontales annulaires 50 divisent *f0 l'espace séparant la douille de la paroi extérieure de la lingotiè- 71 34768 6 2112243 re en plusieurs compartiments 51• Des chicanes annulaires verticales ^2 sont de préférence montées dans ces compartiments. Les parties inférieure et supérieure des compartiments comportent des entrées et des sorties d'eau 53 et 5b respectivement. La lance 12 5 comprend une douille extérieure remplaçable 55> également de préférence en cuivre, et des tubes extérieur, intermédiaire et intérieur,espacés et concentriques 56, 57 6"k 58 dans la douille. Les tubes forment des passages de circulation d'eau entre la'douille et le tube intérieur 58. Une entrée d'eau 59 et une sortie 60 10 sont raccordées aux parties supérieures du tube extérieur $6 et du tube intermédiaire 57 respectivement. Une autre entrée d'eau 61 est raccordée à l'extrémité supérieure du tube intérieur 58. Sur la Fig. 3, un prolongement de lance tubulaire 6*+ est suspendu à un raccord à rotule 65 à l'extrémité inférieure de la 15 lance 12. Le prolongement de lance est formé de deux sections reliées bout à bout par un raccord à rotule 66. Le prolongement de lance communique avec le tube intérieur 58 de la lance. De l'eau introduite dans le tube intérieur s'écoule vers le bas par ce tube et par ce prolongement de lance et sort par des ajutages 67 20 prévus dans ce prolongement. Avec la construction que l'on vient ainsi de décrire, du métal en fusion versé dans la cavité annulaire 13 est refroidi extérieurement par de l'eau qui circule autour de la douille 49.Ce métal est refroidi intérieurement par de l'eau qui circule dans la 25 douille 55 ainsi que par de l'eau débitée par les ajutages 67. De l'eau peut encore être pulvérisée sur la surface externe du tube coulé en dessous de la lingotière au moyen d'ajutages classiques 20, comme décrit plus haut.Ce système provoque la solidification de coques externe et interne E et I dont l'épaisseur va en augmentant pro-30 gressivement sur le tube coulé , laissant un noyau liquide L entre les deux coques. A une certaine distance en dessous de la lingotière, .le tube coulé se solidifie dans la totalité de sa masse. L'invention, comme décrit ci-après, évite la difficulté qui réside dans le fait que les deux coques tendent à ne pas 35 rester parfaitement concentriques lorsque le tube coulé se déplace entre l'extrémité inférieure de la lingotière et le niveau où il se solidifie dans la totalité de sa masse. Suivant l'invention, un tampon annulaire refroidi à l'eau 68 est monté sur la section supérieure du prolongement de 71 34768 7 2112243 lance 64 et deux tampons semblables 69 et 70 sont montés sur la section inférieure du prolongement de' lence 64 (Fig» 1 et la). Le tsnpcn supérieur 63 est disposé juste en dessous du raccord à rotule 65 et à une courte dis-5 tance seulement en dessous de la lingotière 10. Le tampon inférieure 70 est disposé juste au-dessus du niveau où le produit se solidifie dans la totalité de sa masse. Les tampons sont en matière magnétique, de préférence en acier doux. La coque interne ûu tube coulé, glisse contre les tampons de sorte que les tampons 10 servent à positionner cette coque. Deux premiers aimants positionneurs opposés 71 et 71a et deux seconds aimants positionneurs 72 et 72a sont montés en face du tampon supérieur 68,près de la coque externe, Fig. 5* Immédiatement au-dessus des deux paires d'aimants positionneurs, 15 sont disposées des paires d'aimants détecteurs agencées de manier© analogue, l'une de ces paires étant indiquée en 73 et 73a aux Fig. 1 et 6. Des aimants positionneurs et détecteurs semblables sont montés en face de chaque autre tampon 69 et 70 dont on n'a pas repris la description.Puisque le tube coule: est chaud et qu'il 20 se trouve au-dessus de son point de Curie, ses effets magnétiques sont négligeables malgré qu'il puisse être, en une matière ferreuse. Si la coque interne tend à s'excentrer à un niveau quelconque, une ou plusieurs paires d'aimants détecteurs décèlent le fait que le tampon correspondant 68, 69 et 70 est décentré par rap-25 port aux aimants à la suite de quoi les deux aimants positionneurs correspondants interviennent pour ramener le tampon en position de centrage et rétablir la concentricité. Les aimants positionneurs ont été représentés disposés avec leurs pôles dans le même plan horizontal et il s'agit là de 30 l'agencement que l'on utilise pour des tubes coulés de diamètre relativement grand (par exemple 25,4cm ou davantage).Pour des diamètres plus petits, les fuites de flux et les limitations d'espace rendent cet agencement moins pratique. Par conséquent, on peut placer chaque aimant avec ses pôles dans le même plan vertical, l'un au-35 dessus- de l'autre. La Fig. 6 illustre schématiquement ,1e circuit électrique dans lequel on connecte deux aimants positionneurs 71 et 71a et les deux aimants détecteurs correspondants 73 et 73a. Les circuits prévus pour les autres aimants sont semblables. Les aimants 71 *f0 71a comportent des enroulements 76 et 76a. les aimants 73 et 73a 71 34768 8 2112243 comportent les enroulements 77 et 77a. Le circuit est excité à partir d'une source de courant alternatif appropriée connectée aux lignes 78. Le primaire d'un transformateur 79 est branché sur les 5 lignes 78. Une extrémité du secondaire du transformateur est connectée à une extrémité de chaque enroulement 77 et 77a des aimants détecteurs 73 et 73 a par l'intermédiaire de condensateurs correspondants 80 et 80&.L'autre extrémité du secondaire est connectée à l'autre extrémité des enroulements 77 et 77a par l'intermédiaire 10 de résistances 81 et 8la respectivement. Cette extrémité du secondaire est mise à la terre comme indiqué en 82. On connecte une résistance plus puissante 83 et un redresseur à semi-conducteurs 8*f en série l'un avec l'autre et en parallèle avec la résistance 81, et une résistance semblable 83a ainsi qu'un redresseur 8Lfa en pa-15 rallèle avec la résistance 8la. Aussi tant que le tampon 68 est centré, les deux enroulements 77 et 77a sont dans un état de presque résonance avec leurs condensateurs en série 80 et 80a. Les enroulements et les condensateurs laissent passer du courant dans les résistances 81 20 et 8la et produisent une chute de tension alternative à cet endroit. L'addition des résistances 83 et 83a en série avec les redresseurs 8^ et 8!fa permet de capter une chute de tension continue aux bornes de sortie de mesure 85 et 85a. Dans des conditions d'équilibre, les bornes 85 et 85a sont à un faible potentiel po-25 sitif égal par rapport à la terre. Si, par exemple, le tampon 68 est déplacé vers la gauche, l'entrefer qui existe entre le tampon et l'aimant détecteur diminue, l'inductance de ce côté du circuit augmente et le circuit cesse d'être en résonance. Le courant qui passe par la résistance 81 est plus faible que celui qui passe par 30 la résistance 8la, abaissant ainsi le potentiel positif sur la borne 85 et élevant le potentiel sur la borne 85a. On connecte les bornes d'entrée des amplificateurs de puissance en courant continu 88 et 88a aux lignes 78. On connecte les bornes de sortie de ces amplificateurs aux enroulements corres-35 pondants 76 et 76a des aimants positionneurs 71 et 71a. On connecte les bornes de commande des amplificateurs aux bornes 85 et 85a et aux masses 89 et 89a. Lorsque le potentiel sur la borne 85 tombe, comme décrit plus haut, le courant qui passe dans l'enroulement 76 tombe également et l'aimant 71a exerce une force plus ifO puissante sur le tampon que sur 1*aimant 71. Le tampon revient 71 34768 9 2112243 ainsi dans une position concentrique et la résonance du circuit est rétablie. Une action semblable se produit au niveau de l'un quelconque des autres aimants pour maintenir les tampons concentriques à tout moment. 5 II ressort de la description qui précède que l'inven tion procure un procédé et un appareil simples et sûrs peur couler des tubes en continu et maintenir une épaisseur de paroi uniforme. Le dispositif magnétique assure que les tampons restent centrés dans le tube coulé et empêche ainsi tout manque d'uni-10 formité. 71 3476Ô 2112243 RBVEHDXCATI0H3 1.- Procédé pour couler un tube en continu, caractérisé en ce qu'on coule du métal en fusion en continu dans une cavité de moulage annulaire, on refroidit les surfaces externe et 5 interne du métal dans la lingotière et on forme ainsi des coques externe et interne sur le tube à l'intérieur de la lingotière en laissant un noyau liquide entre les coques, on retire continuellement ' le tube en partie solidifié de l'extrémité .inférieure de la lingotière, on continue à refroidir les deux 10 surfaces du tube jusqu'à ce qu'il se solidifie dans la totalité de sa masse à un niveau espacé en dessous de là lingotière, on détecte toute excentricité de la coque interne entre la lingotière et le dit niveau et on corrige cette excentricité. 15 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte l'excentricité et on la corrige par voie magnétique . 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la coque interne glisse sur des tampons refroidis à l'eau en 20 matière magnétique disposés entre la lingotière et le dit niveau et les tampons sont sollicités magnétiquement pour détecter et corriger toute excentricité de la coque interne. if.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit une bari-e d'amorçage tubulaire dans la lingotiè-25 re par le bas avant de faire débuter une opération de coulée et on la détache du tube en partie solidifié en lS. faisant tourner d'un petit arc* ^ ^ . 5.- Appareil servant a couler un .tube en continu suivant les revendications 1 à caractérisé en ce qu'il comprend une lingotière refroidie à l'eau, 30 une lance refroidie à l'eau suspendue dans la lingotière et formant une cavité annulaire entre eux, un dispositif pour couler du métal en fusion dans la cavité de telle sorte qu'un tube en partie solidifié comportant des coques externe et interne solidifiées et un noyau liquide,sorte de l'extrémité inférieure de la lin-35 gotière, ce tube se solidifiant dans la totalité de sa masse à un niveau inférieur, un prolongement sur la lance en dessous de la lingotière, au moins un tampon sur le prolongement entre l'extrémité inférieure de là lingotière et le niveau où le tube se solidifie dans la totalité de sa masse et un dispositif magné-tique autour du tube pour maintenir le tampon et la coque 71 34768 ii 2112243 interne concentriques avec la coque externe. 6.- Appareil suivant la revendication 5? caractérisé en ce que le dispositif magnétique comprend des paires opposées d'aimants détecteurs et d'aimants positionneurs disposées en face 5 du tampon, les aimants détecteurs réagissant a tout décalage de la position du tampon pour modifier la force d'attraction exercée par les aimants positionneurs en vue de ramener le tampon dans une position concentrique à la coque externe. 7.- Appareil suivant la revendication 5 5 caractérisé en 10 ce que le prolongement est formé de sections et comprend des raccords à rotule qui relient le prolongement à la lance et les sections bout à bout, au moins un tampon étant prévu, sur chaque section et un dispositif magnétique correspondant étant prévu en face de chaque tampon. 15 8.- Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les prolongements sont tubulaires et sex'vent à amener de l'eau de refroidissement au tampon, des ajutages étant prévus sur les prolongements pour projeter de l'eau de refroidissement sur la surface interne du tube coule on dessous do la lingotière* 20 9.- Appareil suivant la revendication 5? caractérisé en ce qu'il comprend raie barre d'amorçage tubulaire, un culot porté par la barre, un dispositif pour introduire la barre d'amorçage dans l'extrémité inférieure de la cavité, et un dispositif pour faire, tourner la barre d'amorçage d'un petit arc pour la détacher 25 du culot. • 10.- Appareil suivant la. revendication 9, caractérisé en ce que la barre d'amorçage présente des encoches en L dans son bord supérieur et le culot comporte des boulons reçus dans les encoches pour relier le culot et la barre d'amorçage. SAD ORIGINAL -