Brevet FR2378863A1 — publié le 19780825

L'invention concerne un procédé et un appareil pour refroidir la surface intérieure de tuyaux métalliques. Dans un procédé connu de trempe continue d'un tuyau métallique, qui consiste à chauffer le tuyau à mesure qu'il traverse un dispositif de chauffage puis à refroidir la surface intérieure du tuyau, comme le montrent les figures 1(a) et 1(b), on effectue le refroidissement de la surface intérieure d'un tuyau métallique 1 en plaçant une buse annulaire de refroidissement 2 à l'intérieur du tuyau 1. Un dispositif de chauffage 3 destiné à la trempe est disposé à l'extérieur du tuyau0 De multiples orifices de buse 4 sont prévus dans la périphérie extérieure de la buse annulaire 2 de sorte que de l'eau de refroipissement 6 amenée par un conduit d'amenée d'eau 5 peut être projetée contre la surface intérieure du tuyau.Un inconvénient de cette disposition est que la pression d'eau est différente en chacun des divers points de la circonférènce de la buse, ce qui cause une différence dans le débit d'eau des orifices de buse 4 et, en outre, il y a d'autres facteurs nuisibles comme la retenue d'eau sur la surface intérieure du tuyau et la présence de courants d'eau s'écoulant en sens opposé à celui du mouvement du tuyau, ce qui cause~un refroidissement non uniforme et donc une trempe non uniforme du tuyau. On a proposé, pour surmonter les défauts ci-dessus, divers procédés parmi lesquels celui qui consiste à refroidir un tuyau métallique tout en le faisant tourner à mesure qu'il traverse le dispositif et celui qui consiste à refroidir un tuyau métallique au moyen d'une buse de refroidissement tournante, mais lorsqu'lu s'agit de traiter des tuyaux de grand diamètre, tous ces procédés classiques nécessitent un équipement compliqué et il est donc difficile d'entretenir cet équipement de façon satisfaisante. L'invention a pour but de fournir un procédé et un appareil pour le refroidissement de la surface intérieure d'un tuyau métallique, dans lesquels on dirige des aets de liquide de manière à créer un écoulement hélicoïdal de liquide le long de la paroi intérieure d'un tuyau métallique, de sorte que l'on surmonte tous les défauts du procédé et de l'appareil antérieurs0 L'invention a donc pour objet un procédé de refroidissement de la surface intérieure d'un tuyau métallique, dans un processus de trempe continue où l'on chauffe le tuyau à mesure qui traverse un dispositif de chauffage et où l'on refroidit ensuite la surface intérieure du tuyau en pulvérisant un liquide de refroidissement par de multiples orifices prévus dans une buse de refroidissement annulaire placée dans le tuyau, procédé caractérisé par le fait que l'on choisit la direction des jets d'agent de refroidissement projetés par les orifices-de la buse de manière à maintenir un angle vertical d'inclinaison de 30 à 700 entre ces jets et un plan de section droite du tuyau dans le sens de déplacement dudit tuyau, et un angle transversal de 30 à qOO entre chaque jet et la direction radiale associée du tuyau dans le plan transversal à la direction de déplacement de celui-ci et nue l'on projette soit de l'eau de refroidissement soit un mélange d'eau et d'air sur un grand nombre de points de la circonférence de la paroi intérieure du tuyau. Les figures 1(a) et 1(b) montrent un appareil de re froidissenent classique, respectivement en vue latérale et en coupe suivant les flèches I-I de la figure 1(a) - les figures 2(a) et 2(b) montrent un mode d'exécution de l'invention, respectivement en coupe transversale et en vue latérale, partiellement en coupe longitudinale - les figures 3(a) et 3(b) montrent un autre mode d'exécution de l'invention, respectivement en coupe longitudinale et en coupe dans la direction des flèches ITI-III de la figure 3(a), ainsi qu'un exemple de disposition permettant d'amener un mélange dteau de refroidissezent et d'air comprimé à une buse de refroidissement - les figures 4 et 5 sont des graphiques représentant respectivement le degré d'uniformité de refroidissement en fonction de l'angle vertical et de l'angle transversal respectivement, On décrira maintenant l'invention plus en détail à propos du mode d'exécution représenté,- On considôrera d'abord les figures 2(a) et 2(b) qui montrent un premier mode d'exécution de l'invention et sur lesquelles les parties semblables à celles des figures l(a) et 1(b) sont désignées par les mêmes références ; la buse annulaire de refroidissement 2 munie d'un grand nombre d'orifices 4 est placée à l'intérieur du tuyau métallique 1 de façon que les jets de fluide partant des orifices 4 aient une direction telle que les composantes de vitesse des jets dans le plan de la figure 2(b) fassent un angle a (appelé ci-après angle vertical) avec la direction radiale de la buse annulaire de refroidissement 2, dans le sens de déplacement du tuyau 1 et que les composantes de vitesse des jets dans le plan de la figure 2(a) fassent un angle p (appelé ci-après angle transversal) avec la direction radiale de la buse annulaire de refroidissement 20 Egalement dans l'axe de la buse annulaire 2 est disposé le conduit d'alimentation en eau 5, relié à la buse 2 par plusieurs petits conduits d'alimentation 7 qui sont reliés à la buse de manière à couper celle-ci sous un angle transversal '3i0 Une valve de réglage est reliée au conduit d'amenée d'eau 5 de manière à régler comme on le désire le débit et la pression du fluide de refroidissement, et de l'eau de refroidissement 6 ou un mélange uniforme d'eau et d'air comprimé sont amenés à la buse 2, comme on le désire. Par conséquent, si l'on amène sous une haute pression par le conduit d'alimentation 5 de l'eau de refroidissement ou un mélange d'eau et d'air, à l'étant atomisé, le fluide de refroidissement afflue à la buse de refroidissement 2 sous l'angle transversal ss1 de sorte que le fluide s'écoule en tourbillon à l'intérieur de la buse annulaire 2 et qu'il est alors pulvérisé par les orifices 4, tout en gardant l'angle vertical a et l'angle transversal P, créant ainsi un écoulement hélicoidal à grande vitesse le long de la paroi intérieure du tuyau métallique 1. Il faut que la vitesse des jets de fluide soit supérieure à 5 m/s de façon que les jets de fluide dirigés vers le haut puissent atteindre sûrement la paroi intérieure du tuyau, malgré les forces de gravité, et créer sûrement un écoulement hélicoS- dal à la surface intérieure du tuyau. En pulvérisant le fluide de refroidissement à une telle vitesse, il est possible de refroidir uniformément la surface intérieure du tuyau et d'empêcher ainsi la formation de points durs et toute retenue du fluide de refroidissement sur la surface intérieure inférieure du tuyau, et d'autre part, en choisissant convenablement la grandeur des angles vertical et transversal, il est possible d'empêcher tout écoulement opposé de fluide, à l'envers du sens de mouvement du tuyau, et d'assurer ainsi un refroidissement plus uniforme0 Le temps t nécessaire à un refroidissement de 8000C à 4000G (différence de température 40000) a été mesuré expérimentalement pour chacun de plusieurs points de la circonférence de tuyaux métalliques, au moyen de thermocouples placés au centre transversal de la paroi du tuyau. La vitesse de refroidissement V en chacun de ces points est de 400/tours exprimée en C/s.On supposera maintenant que # V repr3sente la différence entre la vitesse maximale de refroidisserent et la vitesse min i- male de refroidissement mesurée aux points considérés et Va la vitesse moyenne de refroidissement ; le degré d'uniformité de refroidissement est alors donné par AV/Va et donc, plus A 7/Va est petit, plus le degré d'uniformité devient élevé. Dans cette expérience9 les tuyaux métalliques sont refroidis par des jets de fluide de refroidissetent pulvérisés à une vitesse supérieure à 5 m/s et les valeurs résultantes d'uniformité de refroidissement, que l'on obtient en fixant l'angle transversal P à 450 et en faisant varier l'angle vertical a, ainsi qu'en fixant l'angle vertical a à 450 et en faisant varier l'angle transversal ss, sont représentées respectivement par les figures 4 et 5.On voit par ces résultats exoérimentaux que l'angle vertical a doit être de préférence choisi entre 30 et 700 et nue l'angle transversal ss doit aussi être ce préférence choisi entre 30 et 900. D'autre part, la valeur de 1 doit de prférence être choisie entre 30 et 600 si l'on veut assurer un écoulement régulier d'eau de refroidissement. On décrira maintenant, à propos des figures 3(a) et 3(b), un deuxième mode d'exécution de l'inv-ention dans leauel on mélange de l'eau de refroidissement et de l'air comprimé et on amène le mélange à une buse de refroidisser.ent. Dans ce mode d'exécution, un conduit double 9 comprenant un conduit d'amenée d'eau 5 situé au centre et un conduit à air comprimé 8 disposé autour du conduit 5 est placé au centre d'un tuyau métallique 1 et de petits conduits d'amenée d'eau 10 et de petits conduits d'amenée d'air Il partent respectivement des conduits 5 et 8. Chacun des petits conduits 10 et Il muni d'une valve de réglage 12 et d'un manomètre 13 est relié à l'un de plusieurs petits conduits d'amenée 7 du même type que dans le premier mode d'exécution. De cette manière, en réglant convenablement les valves tout en observant les lectures des manomètres, il est possible d'amener de l'eau et de l'air à une pression appropriée, ce qui assure facilement une pression uniforme des jets de fluide de refroidissement partant des orifices de la buse et un réglage facile de la vitesse de refroidissement. On voit donc par la description ci-dessus que l'invention est utile à de nombreux égards, à savoir, qu'un effet de refroidissement uniforme est assuré grâce au fait que la surface intérieure d'un tuyau métallique est couverte uniformément par un écoulement hélicoïdal de fluide créé par des jets de fluide de refroidissement à grande vitesse projetés d'une buse à position fixe, sous des angles vertical et transversal prédéterminés, et en outre, qu'il n'y a aucun problème d'entretien étant donné qu'on n'utilise aucun mécanisme tournant. REVEISICAUIONS 1) Procédé de refroidissement de la surface intérieu- re d'un tuyau métallique, dans un processus de trempe continue où l'on chauffe le tuyau à mesure qu'il traverse un dispositif de chauffage et où l'on refroidit ensuite la surface intérieure du tuyau en pulvérisant un liquide de refroidissement par de multiples orifices prévus dans une buse de refroidissement annulaire placée dans le tuyau, procédé caractérisé par le fait que l'on choisit la direction des jets d'axent de refroidissement projetés par les orifices de la buse de manière à maintenir un angle vertical d'inclinaison de 30 à 700 entre ces jets et un plan de section droite du tuyau dans le sens de déplacement dudit tuyau, et un angle transversal de 30 à 900 entre chaque jet et la direction radiale associée du tuyau dans le plan transversal à la direction de déplacement de celui-ci et que l'on projette le fluide de refroidissement, à une vitesse de jets supérieure à 5 m/s, sur un grand nombre de points de la circonférence de la paroi intérieure du tuyau. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide de refroidissement est l'eau. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide de refroidissement est un mélange d'air et d'eau. 4) Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chacun des orifices de la buse présente la forme voulue pour diriger le fluide de refroidissement sous un angle vertical de 30 à 700 et sous un angle transversal de 30 à 900 et que plusieurs petits conduits d'alimentation sont reliés à la buse chacun par une extrémité de manière à couDer la buse sous un angle de 30 à 600 et sont reliés par leur autre extrémité à un conduit à fluide de refroidissement. 5) Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le conduit à fluide de refroidissement est un conduit unique à eau de refroidissement. 6) Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le conduit à fluide de refroidissement est de structure double comprenant un conduit à eau de refroidissement et un conduit à air comprimé assemblés et raccordés entre eux.