Brevet FR2349387A1 — publié le 19771125

Le procédé qui fait l'objet de l'invention résulte des travaux de Monsieur Michel DONZE. Il concerne, de la façon la plus générale, le découpage des produits métallurgiques tels que lingots, billettes, barres, bandes continues ou non, en acier ordinaire ou allié, ou en acier inoxydable. Le procédé s'applique plus particulièrement aux opérations de coupe systématique, le plus souvent automatisées qui sont effectuées, par exemple, sur les brames de coulée continue en acier, en général ordinaire ou faiblement allié. Ces brames ov des épaisseurs de l'ordre de 100 à 500 mm et des largeurs d'environ à 2 m. Leur découpage en longueurs bien déterminées doit permet;rt~ d'obtenir des états de surface de coupe satisfaisants ne nécessitant, si possible, aucune réparation. Lorsqu'il est effectué directement sur la brame sortant de la lingotière de coulée continue, le découpage ne doit pas perturber le processus de coulée. On préfère souvent c,-e-- les brames en grandes longueurs sur le chantier de coulée puis les recouper ensuiilti ~-; longueurs d'utilisation en fonction des besoins. Un procédé d'oxycoupage au chalumeau est utilisé depuis plusieurs années déjà, avec succès, pour effectuer ces opérations. Plus récem ment, on a envisagé d'expérimenter aussi des chalumeaUx à plasma. Qu'il s'agisse de la coupe initiale sur le chantier de coulée ou des coupes ultérieures, les opérations de coupe sont faite habituellement, au moyen d'un chalumeau d'oxycoupage monté sur un support placé au-dessus de la brame qui est disposée a peu pres horizontalement. Ce support se déplace sur des rails ou sur des glissières disposés transversalement par rapport à la #r-me, qui sont rendus solidaires de celle-ci pendant la durée de la coupe. L'axe du chalumeau est sensible#'-.' t-' ical et le jet est dirigé de haut en bas :ainsi, grâce aux dispositions adoptées, la coupe est effectuée suivant un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de la brame.Le chalumeau comporte, d'une part, une alimentation en combustible qui peut être du gaz de ville, de l'hydrogène, de l'aeétylène, ou encore du propane, du butane ou d'autres hydrocarbures et, d'autre part, une alimentation en comburant l'oxygène. Une opération de coupe commence par un préchauffage de la zone de départ du chalumeau, au droit d'une des faces latérales de la brame. Ce préchauffage est effectué avec un faible excès d'pxygène. Lorsque le métal fond; le débit d'oxygène est considérablement accru et le régime de coupe est établi. Le mouvement transversal du support mobile est enclanché et le chalumeau se deplace en direction du bord oppose de la brame. Le jet d'oxygène et de gaz de conr bustion surchauffe le métal liquide qui se forme et l'expulse vers le bas en me temps que les oxydes métalliques. Suivant l'épaisseur des brames, on emploie des chalumeaux dont les diamètres de buse sont plus ou moins importants et qu'on alimente avec des pres sions de gaz plus ou moins fortes. La largeur de la saignée effectuée dans la brame dépend de ces facteurs. Pour une brame d'environ 100 mn d'épaisseur, cette largeur est de l'ordre de 5 mn ; elle peut atteindre 10 mm ou un peu plus pour des brames atteignant 4 à 500 mm d'épaisseur. La vitesse de coupe est de l'ordre de 10' à 20 m/heure, ce qui permet de couper une brame de 2 m de largeur en un temps de l'ordre de 8 à 15 mn, compte tenu du délai de mise en place et de préchauffage. Ce procédé de découpage au chalumeau à l'oxygène présente, cependant, l'inconvénient d'entraîner la formation, sur les bords de la saignée, au niveau de la face inférieure de la brame, de bourrelets épais de métal solidifié. Ces bourrelets se forment par solidification d'une partie du métal qui est liquéfié par le chalumeau sur les parois de la saignée qu'il effectue dans la brame. Ce métal est entraîné vers le bas, une certaine quantité tombe sous forme de gouttelettes au-dessous de la brame mais une partie mouille les deux arêtes constituées par l'intersection des parois verticales de la saignée avec la face inférieure de la brame, ainsi que cette face elle-meme sur une largeur de quelques centimètres. Ce film liquide se solidifie progressivement au contact du métal de la brame mais il est alimenté pendant un temps suffisant pour former un bourrelet qui peut atteindre plusieurs centimètres d'épaisseur, dans le cas de brames de 450 mm d'épaisseur. L'expérience a montré que des brames comportant de tels bourrelets ne pouvaient pas etre laminées à chaud en l'état. Ces bourrelets sont très durs et, quand on les laisse, endommagent les cylindres de laminoirs. Ils contiennent, en effet, un mélange de métal et d'oxyde généralement plus dur que le métal constituant la brame. Il est donc nécessaire d'éliminer ces bourrelets, ce qui peut etre fait au moyen de burins pneumati- ques, de meules, ou meme de chalumeaux d'oxycoupage de puissance plus réduite. Pour cette opération, il faut nécessairement retourner les brames, ce qui introduit dans le circuit des produits une opération supplémentaire couteuse en équipements et en personnel qu'il n'est pas toujours facile d'intégrer dans le processus de fabrication, en particulier, dans le cas où les brames sont recoupées à la demande, juste avant leur mise en oeuvre. Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet d'éviter, de façon pratiquement totale, la formation de ces bourrelets de forte dureté et, par conséquent, permet de supprimer les opérations annexes qui étaient nécessaires pour les éliminer. Il simplifie donc considérablement l'opération de découpage des brames qui peut etre entièrement automatisée si cela est nécessaire. Il est basé sur l'idée inattendue d'effectuer le découpage de ces brames au moyen d'un ou plusieurs chalumeaux placés non pas au-dessus de la brame, mais au-dessous de celle-ci, le jet gazeux issu du ou des chalumeaux étant alors dirigé de bas en haut et non pas de haut en bas. Dans ces conditions et, moyen nant un réglage convenable du ou des chalumeaux, on a constaté que le métal qui se liquéfie à l'intérieur de la saignée ne s'écoule plus vers le bas. Ceci s'es plique sans doute par l'action du courant gazeux extremement rapide qui tend à refouler ce liquide vers le haut. On évite ainsi totalement la formation sur les deux arêtes inférieures situées de part et d'autre de la saignée d'une zone de mouillage avec apport progressif de liquide se solidifiant au fur et à mesure.A la partie supérieure de la saignée, les gaz s'échappent à grande vitesse entraînant généralement de petites quantités de phases liquides et/ou solides. On a constaté que les phases ainsi entraînées se présentaient sous forme de particules de faible densité apparente comportant principalement des oxydes métal liques. Ceci peut s'expliquer par un mécanisme d'arrachement d'une partie des oxydes formés à la surface du film liquide, qui mouille les parois de la saignée, par le courant gazeux à grande vitesse. L'expérience a permis de constater que le dépôt de ces particules, lorsqu'il existe, est de faible volume, de faible adherence et de faible compacité et ne perturbe pas les opérations ultérieures de transformation des produits découpés, en particulier, par laminage. Il est donc tout à fait inutile de l'éliminer. L'exemple, non limitatif ci-après, décrit un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention dans le cas du découpage de brames de coulée continue, en acier ordinaire à environ 0,010 % de carbone, d'environ 2 mètres de large et de 400 mm d'épaisseur. De telles brames sont coulées à la vitesse d'environ 1 m/mn et sont encore à une température d'environ 500 à 7000 C dans la zone de coupe. Celle-ci est située sur la partie horizontale du parcours des brames après que celles-ci aient été déviées par des moyens connus de lthomme de l'art de leur direction de déplacement initiale qui était orientée de haut en bas. Les figures I, 2 et 3 représentent le dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une vue en élévation d'une brame reposant sur un chemin de roulement avec un dispositif comportant un chalumeau d'oxycoupage placé au-dessous de la brame. La figure 2 est une vue en plan par-dessous de la figure I. La figure 3 représente le détail de la buse d'éjection du chalumeau et de la saignée réalisée dans la brame. Comme le montrent les figures 1 et 2, le dispositif de coupe comporte un chariot (12) qui peut se déplacer le long de la brame (1) au moyen des galets (13) et (14) qui prennent appui sur les faces supérieures et inférieures de la brame. Des vis de blocage (15) permettent dtimmobiliser le chariot par rapport àla brame, lorsqu'on veut effectuer une opération de coupe. Le chalumeau (6) est placé au-dessous de la brame et son jet est dirigé de bas en haut. Ce chalumeau est porté par un bras horizontal (5) qui coulisse transversalement par rapport à l'axe de la brame au moyen des paliers (8) et (9) le long des glissiè res (10) et (11) elles-mêmes solidaires du chariot (-12).Ce déplacement transversal est commandé par le moteur (16) fixé au chariot qui entrain en rotation la vis (20) au moyen des poulies(17) et (19) et de la courroie (18). En tournant, la vis (20) provoque le déplacement de l'écrou (21) solidaire du bras (5). Le chalumeau est raccordé par des canalisations (22) aux arrivées d'oxygène et de propane non représentées. De même, des disposisifs non représentés commandent la mise en route ou L'arrêt du moteur (16), sa rotation dans un sens ou dans l'autre et permettent de faire varier sa vitesse de façon à pouvoir régler le déplacement du chalumeau dans un sens ou dans un autre dans une gasie de vitesse pouvant varier de O à 30 mlheure. Le déplacement de la brame, au fur et à mesure de la coulée, s'effectue dans le sens de la flèche. Elle est supportée par des rouleaux tels que (2) et (3).La rigidité de la brame est suffisante pour pouvoir supprimer les rouleaux de support sur une longueur de l'ordre d'une dizaine de mètres, de façon à permettre le fonctionnement du dispositif de coupe qui accompagne le déplacement de la brame pendant toute la durée de la coupe. Pour effectuer une coupe, on commence par déplacer le chariot (12) dans un sens contraire à celui de la flèche de façon à l'amener au voisinage du dernier rouleau (3) qui supporte la brame en amont. Le chariot est alors solidari sé avec la brame par serrage des vis (15). Le chalumeau (6) est d'un type classique pour l'oxycoupage ; il comporte une flamme de chauffe oxygène#ropane ain 3 si qu une arrivée d'oxygène de coupe réglable entre 20 et 100 m à l'heure sous une pression de 2 à 20 bars avec un diamètre de buse de 0,15 à 0,20 mm. Son orientation est réglable dans un plan perpendiculaire à l'axe de la brame suivant un angle de O à 300 par rapport à laverticale. Pour effectuer la coupe, on allume la flamme de chauffe puis on déplace-le chalumeau par commande du moteur (16) de façon à amener la flamme en contact avec un bord latéral de la brame. Quand le métal commence à fondre, on ouvre l'arrivée d'oxygène de coupe et on met en route le mouvement de déplacement transversal automatique du chalumeau à une vitesse d'environ 20 m/heure. Dans ces conditions, il se forme dans la bram me une saignée (4) de 6 à 15 mm de -large dont les parois sont verticales. Des moyens d'entraînement connus, mais non représentés, permettent d'exercer sur la partie de la brame qui se trouve de l'autre côte de la saignée par rapport au poste de coulée un effort de traction suffisant pour éviter l'étranglement de 1:a saignée vers la fin de la coupe ce qui risquerait de ressouder partiellement la brame. On voit sur la figure 3 qui représente la brame en coupe pendant l'opé- -stion d'oxycoupage qu'il ne se forme pas de surépaisseur sur les bords inférieurs (23) et (24) de la saignée. Par contre, sur les bords supérieurs, et à leur voisinage immédiat, sur la surface supérieure de la brame, il se forme des dépôes (25) et (26) de faible densité apparente et très friables. Ces dépôts sont constitués de particules faiblement agglomérées à base d'oxyde et de métal. L'expérience a montré qu'il est inutile d'éliminer ces dépôts par un moyen quelconque, car ils ne perturbent pas les opérations de transformation ultérieure. La durée de la coupe, compte tenu des temps morts est d'environ 8 minutes. Pendant ce temps là, la brame a avancé d'environ 8 mitres. Il suffit alors de desserrer les vis (15) pour désolidariser le chariot (12) d'avec la brame et attendre que la longueur voulue de brame ait à nouveau défilé. On peut alors ramener le chariot à son point de départ au voisinage du rouleau (3) et reccnrr mencer l'opération. Dans le cas des brames en acier inoxydable, le même procédé de découpage peut être utilisé ; il faut simplement, en général, introduire dans la flamme, du fer sous forme de poudre ou de fil, pour apporter un supplément de calories. Le procédé qui vient d'etre décrit dans cet exemple peut être mis en oeuvre de nombreuses façons sans sortir du domaine de l'invention. Le dispositif assurant le déplacement transversal du chalumeau par rapport à la brame, tout en permettant au chalumeau d'accompagner la brame dans son déplacement longitudinal, peut présenter des caractéristiques différentes de celles qui sont décrites dans l'exemple. En particulier, il est possible d'automatiser de façon complète le cycle opératoire comportant la solidarisation du dispositif avec la brame, l'allumage du chalumeau, la coupe, l'extinction du chalumeau, la désolidarisation du dispositif d'avec la brame, le retour au point de départ et, enfin, la mise en route du cycle suivant. Les conditions de réglage du chalumeau oxycoupeur dépendent de nombreux facteurs expérimentaux : vitesse de coupe, épaisseur du métal à couper etc...La distance entre la buse du chalumeau et le métal à couper est variable ; dans le cas des brames de forte épaisseur, cette distance est généralement de l'ordre 100 ± 50 mm. On peut envisager aussi de remplacer le chalumeau oxycoupeur par un chalumeau à plasma. Le procédé qui vient d'être décrit peut aussi s'appliquer, comme on l'a dit plus haut, au découpage en morceaux de longueurs plus faibles de brames de coulée continue déjà tronçonnées en grande longueur ou, éventuellement, de brames obtenues par transformation de lingots au moyen d'un blooming. Il s'agit là, dans la plupart des cas, d'opérations effectuées sur des brames à température proche de I#ambiante. Pour celà, il suffit de pouvoir placer ces brames sur des supports convenables à peu près horizontalement, de façon à laisser au-dessous un passage suffisant pourla mise en place d'un dispositif d'entraînement d'un chalumeau d'oxycoupage du genre décrit dans l'exemple, ce chalumeau étant placé au-dessous de la brame et son jet étant dirigé de bas en haut. Il est possible aussi d'utiliser le procédé pour éliminer des parties défectueuses dans des brames obtenues, par exemple, par coulée continue. Il est connu, en particulier, que ces brames, quand elles sont de grande largeur, ont quelquefois des défauts importants sur une rive. On peut alors, en montant la brame sur un support convenable, installer au-dessous de celle-ci un chalumeau oxycoupeur entraîné mécaniquement dans une direction, en général parallèle à l'axe de la brame, et à une distance telle du bord défectueux de celle-ci, que la coupe permette d'éliminer substantiellement cette zone de bord defectueuge. On peut ainsi effectuer au chalumeau des coupes de plusieurs dizaines de mètres de long sur des brames défectueuses. Comme dans le cas de la coupe transversale, ces coupes effectuées avec la flamme du chalumeau orientée de bas en haut permettent d'éviter toute formation de bourrelet solide qu'il serait particu lièrement coûteux d'éliminer sur de grandes longueurs. On peut aussi appliquer la coupe en long au refendage des brames en vue d'obtenir des brames de largeur plus faible. Ceci se justifie pour des commandes de tonnages limités pour lesquels la mise en route d'un équipement de coulée en largeur plus faible ne serait pas justifiée ; le procédé peut également être utilisé en substituant au chalumeau oxycoupeur un chalumeau à plasma. Dans ce cas également, la coupe au moyen d'un jet de plasma orienté de bas en haut, permet d'éviter ou de réduire considérablement la formation de bourrelets. Enfin, dans lecas où on désire accélérer le découpage des brames, en particulier sur des installations de coulée continue, on peut réaliser la saiguée au moyen de deux chalumeaux partant sur des bords opposés et allant à la rencontre l'un de autre. On peut ainsi diviser presque par deux le temps de coupe. REVENDICATIONS 10) - Procédé pour découper des produits métallurgiques ferreux se présentant sous forme de bandes d'épaisseur supérieure à 50 mn et pouvant atteindre 500 mm ou plus, au moyen d'un ou plusieurs chalumeaux d'oxycoupage ou d'un ou plusieurs chalumeaux à plasma, caractérisé en ce que la bande à découper est disposée de façon que son axe longitudinal et sa grande largeur se trouvent sensiblement à l'horizontal au voisinage de la zone à découper et en ce que la saignée est effectuée au moyen d'un ou plusieurs chalumeaux qui se déplacentt. au-dessous de lavande, son ou leur (s) jet(s) gazeux étant dirigé(s) de bas en haut. 20) - Procédé suivant revendication I, caractérisé en ce que le découpage est effectué sur une bande en mouvement issue d'une installation de coulée continue. 3o) - Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la buse du chalumeau se déplace à une distance de 100 ± 50 mm de la face inférieure du produit à découper, et en ce que cette buse fait un angle de O à 300 avec la normale à cette face. 4 ) - Procédé suivant revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est appliqué au refendage de bandes larges ou à l'élimination de parties défectueuses de ces bandes, en particulier au voisinage des bords 50) - Dispositif permettant de découper des produits métallurgiques ferreux sous forme de bandes d'épaisseur supérieure à 50 mm, caractérisé entre qu'il comporte un ou plusieurs chalumeaux d'oxycoupage ou à plasma, ainsi que un ou des moyens de déplacement de ce ou ces chalumeaux, ce ou ces moyens de déplacement étant conçus pour faire circuler le ou les chalumeau(x) au-dessous de la bande à couper en prenant appui sur un support solidarisé ou non avec la bande et en ce que le ou les jets gazeux issus du ou des chalumeau