Brevet FR2435293A1 — publié le 19800404

La présente invention concerne une machine de refroidissement de fil, tige, barre ou autre produit métallique long. Un fil métallique,sortant d'une filière ou d'un laminoir, se trouve à une température généralement élevée et un refroidissement portant sur plusieurs centaines de degrés doit etre effectué sur une courte distance. Il est connu de réaliser ce refroidissement au moyen de machines du type comprenant un dispositif d'injection d'un fluide de refroidissement, un tube de refroidissement dans lequel le produit et le fluide se déplacent dans le même sens, et un dispositif d'évacuation du fluide de refroidissement. Le brevet français N" 74 21 755 décrit une machine de ce type dans laquelle le liquide de refroidissement est amené en contact avec la face arrière d'une filière à travers laquelle un fil d'acier est étiré et ce liquide est ensuite introduit dans un tube dans lequel le fil et le liquide se déplacent dans le même sens, le liquide étant recueilli à la sortie du tube. Le brevet français N" 74 OS 878 décrit également une machine du type précité dans laquelle le dispositif comporte une fente annulaire oblique orientée dans le sens de déplacement du produit et alimentée en fluide de refroidissement sous pression élevée, cette machine pouvant être utilisée à la sortie dune filière ou d'un laminoir en particulier pour l'aluminium ou ses alliages. Ces machines connues donnent satisfaction dans un certain nombre d'applications. Toutefois, le flux thermique à réaliser . de l'ordre de plusieur mégawatts par mètre carré, est fonction de la nature du produit, de sa section et de sa vitesse de défilement, ainsi que de la vitesse de refroidissement désirée. I1 en résulte que si la valeur d'un ou de plusieurs de ces paramètres est accrue, la longueur du tube de refroidissement et/ou le débit, ctest-à-dire la pression, du fluide de refroidissement, doivent être accrus corrélativement. Or, l'accroissement de la longueur du tube de refroidissement pose des problèmes de comportement du produit dans le tube tandis que l'accroissement de la pression pose des problèmes d'étanchéité et consomme de l'énergie. L'invention vise donc à réaliser une machine perfectionnée de refroidissement de fil, tige, barre ou autre produit métallique long qui présente un fonctionnement amélioré par rapport aux machines existantes et qui, notamment, permette d'éviter les problèmes évoqués ci-dessus qui se posent si l'on accroft la section et/ou la vitesse du produit et/ou le débit du fluide de refroidissement. Ces perfectionnements sont en particulier nécessaires pour refroidir du fil d'acier aux vitesses de production des laminoirs modernes, pouvant atteindre 80 m/s. A cet effet, la présente invention a pour objet une machine de refroidissement de fil, tige, barre ou autre produit métallique long, comprenant un dispositif d'injection d'un fluide de refroidissement, un tube de refroidissement dans lequel le produit et le fluide se déplacent dans le même sens ou en sens contraire, et un dispositif d'évacuation du fluide de refroidissement, caractérisée en ce qu'il est prévu, entre la zone d'introduction du fluide de refroidissement dans le dispositif d'injection et le dispositif d'évacuation au moins un rét récissement de la section de passage offerte audit produit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où le dispositif d'injection comporte une fente annulaire oblique, le diamètre interne du tube où circulent le fluide et le produit à refroidir, Just e en amont et en aval de cette fente, est inférieur à celui du tube de refroidissement en partie courante. Il y a alors un divergent en aval de la fente, dans le sens d'écoulement du fluide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une machine de refroidissement; - la Fig. 2 est une vue détaillée en coupe longitudinale du dispositif d'injection et d'une partie du tube de refroidissement d'une machine selon l'invention; - la Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale d'un tube de refroidissement d'une machine selon l'invention; - la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 3 mais montrant une variante de réalisation du tube de refroidissement; et - les Fig. 5 à 7 sont des vues en coupe pri ses respectivement suivant les lignes 5-5, 6-6, et 7-7 de la Fig. 4. En se reportant tout d'abord à la Fig. 1, la machine représentée schématiquement est du type de celles décrites dans les brevets précités et comprend un dispositif 1 d'injection d'un fluide de refroidissement, un tube de refroidissement 2 dans lequel le produit 3 à refroidir se déplace dans le même sens que le fluide de refroidissement, et un dispositif 4 d'évacuation ou de sortie du fluide. L'agencement et le fonctionnement de cette machine étant connus, notamment par le brevet français N" 74 05 878, on ne décrira ici que les parties de cette machine qui font l'objet de la présente invention. On ne décrira notamment pas ici le dispositif d'évacuation du fluide de refroidissement qui peut être identique à celui du brevet en question. En se reportant à la Fig. 2, le dispositif 1 d'injection du fluide comprend une fente annulaire oblique 5 délimitée entre une lèvre annulaire 6 à travers laquelle passe le produit à refroidir tnon représenté) et une paroi annulaire centrale 7 d'un bloc 8. La lèvre annulaire 6 fait partie d'une pièce 9 en forme de couronne délimitant avec le bloc 8 un anneau 10 qui alimente la fente 5 en fluide de refroidissement et qui est lui-même relié par un ou plusieurs conduits 11 à une source de fluide de refroidissement à haute pression (non représentée), le fluide étant de préférence de l'eau mélangée ou non à des substances de traitement du produit à refroidir. Conformément å llinvention, la paroi annulaire 7 converge au niveau de la lèvre annulaire 6 jusqu'à un diamètre D0 inférieur au diamètre D1 dù tube de refroidissement 2. Les sections de diamètres Do et D i sont raccordées par un élargissement progressif 13 de la section de passage délimité par le conduit intérieur 14 en forme de cône divergent d'un élément tubulaire 15 ìxé au bloc 8. L'élément tubulaire 15 est raccordé de façon étanche au tube 2 par l'intermédiaire d'un fourreau coulissant 16 retenu par une vis de serrage 16a. Le tube 2 porte un manchon 17 soudé en 17a et comportant deux joints toriques, et un cône d'entrée facilitant l'entrée du produit à refroidir. Le fourreau coulissant 16, déplacé à volonté en cas de blocage du produit dans la machine, laisse libre un espace pour couper le produit et l'extraire du tube 2. I1 contribue en outre à l'alignement de celui-ci. On peut en disposer d' analogues le long du tube 2. Dans l'exemple décrit ci-dessus, le rétrécissement 12 et l'élargissement 13 forment ensemble un venturi qui a à la fois pour rôle de guider le produit à refroidir et de reporter vers l'aval de la fente 5 la zone haute pression du fluide de refroidissement. De préférence, le cône diver gent 14 a un angle au sommet d'environ 6". Cependant, on pourrait prendre une autre valeur pour cet angle et, au lieu du cône divergent 14, l'élargissement 13 pourrait être constitué par une discontinuité pure raccordant les diamètres Do et D1. L'intérêt de choisir Do inférieur à D1 est de pouvoir alimenter la machine avec une pression d'eau plus faible : c'est ainsi que, dans le cas d'un tube 2 de refroidissement de diamètre D1 = 30 mm et de 8 m de long, pour obtenir un écoulement de 10 m/s avec un fil de 10 mm de diamètre, une pression de 15 bars est nécessaire avec un diamètre Do = 30 mm tandis qu'une pression de 11 bars est suffisante avec un diamètre Do de 20 mm. Comme décrit dans le brevet français N" 74 05 878, on peut également prévoir en amont de la fente 5 une deuxième fente annulaire d'injection d'eau sous basse pression, ce qui permet un réglage plus aisé du dispositifi d'injection. Toutefois, cette deuxième fente n'est pas indispensable. On se reportera maintenant à la Fig. 3 qui montre une forme de réalisation d'un tube de refroidissement suivant l'invention. Ce tube est constitué d'une série de tronçons 19 de tube de diamètre D1 réunis deux à deux par des manchons 20. Les manchons 20 comportent, dans le sens de déplacement du fluide et du produit, un cône convergent 21, une partie cylindrique 22 et un cône divergent 23. De préférence les cônes convergent et divergent ont un angle au sommet d'environ 6". Du côté du dispositif d'injec Eion,qui qui est par exemple celui de la Fig. 1 ou celui de la Fig. 2, le tube 24 remplit un rôle équivalent à l'élément tubulaire 19 et peut prolonger le tube 2 de la Fig. 2. Dans cet exemple, les tronçons 19 et 24 sont reliés aux manchons 20 par des pièces tubulaires 25 formant collier et qui sont soudées aux tronçons 19 et 24. Ce mode de réalisation du tube 2al' avantage d'être facile à fabriquer. toutes les pièces utilisées ayant des formes géométriques simples. En outre, il permet de réaliser un tube de longueur quelconque à partir de pièces identiques de trois types différents. Naturellement, au lieu de plusieurs manchons 20, on pourrait n'en utiliser qu'un seul. La partie cylindrique 22 n'est pas nécessaire, mais elle a l'avantage de procurer une certaine longueur d'appui pour le fil qui glisse sur elle, ce qui diminue les usures. Elle peut être revêtue d'une couche anti-usure. On se reportera maintenant aux Fig. 4 à 7 qui montrent une autre forme de réalisation du tube 2 suivant laquelle ce dernier est constitué alternativement de tronçons 26 de section circulaire et de diamètre D1 et de tronçons aplatis. Suivant exemple représenté, les tronçons aplatis successifs 27a et 27b ont leur aplatissement orienté suivant deux plans perpendiculaires entre eux A-A et B-B. Bien entendu, on pourrait ne prévoir qu'un seul tronçon aplati, c'est-à-dire un seul rétrécissement de la section de passage, ou bien plusieurs tronçons aplatis suivant des directions principales faisant entre elles des angles différents de 90". En alternant ainsi les aplatissements dans deux ou plus de deux plans on assure le centrage du produit dans le tube de refroidissement.D'une manière générale, ce second mode de réalisation a, par rapport au mode de réalisation précédent, l'avantage de laisser une section de passage plus importante pour le fluide de refroidissement. Enfin, on notera que les rétrécissements locaux du tube, s'il en est prévu plusieurs, peuvent être régulièrement ou irrégulièrement espacés. Ces rétrécissements peuvent en outre revêtir d'autres formes que celles décrites ci-dessus, en particulier la forme de discontinuités brusques constituées, par exemple, par une succession de tronçons de tubes de sections progressivement décroissantes suivie éventuellement d'une succession de tronçons de tubes de sections croissantes. Toutefois, les deux modes de réalisation décrits ci-dessus sont préférés car > du fait qu'ils offrent un rétrécissement progressif de la section du passage, ils évitent à la tête du produit de buter contre ces rétrécissements lors de l'introduction de ce produit dans le tube. Les rétréci ssements locaux des tubes 2 décrits ci-dessus ont un r81e de guidage du produit: - dans le cas de fils de petits diamètres, ces fils, aux vitesses de production des laminoirs modernes, vibrent transversalement, ce qui provoque leur rupture dans les tubes de refroidissement classiques si ces vibrations ont une trop grande amplitude. Les rétrécissements locaux permettent de limiter ces vibrations à des amplitudes où ce danger n'existe plus. - pour les fils de gros diamètres, tiges, barres ou autres produits longs équivalents tels que des tubes, il est nécessaire de centrer le produit dans le tube afin d'obtenir un refroidissement homogène sur le périmètre du produit, ce que permettent les rétrécissements locaux. L'utilisation d'un dispositif d'injection de diamètre Do inférieur à celui D1 du tube de refroidissement contribue dans les deux cas à la fonction correspondante. On notera cependant que le dispositif d'injection avec rétrécissement peut être utilisé en combinaison avec un tube classique et qu'à l'inverse le tube 2- suivant l'invention peut être associé à un dispositif d'injection conventionnel. La section des tubes 2 doit être choisie en fonction de la section du produit à refroidir. A cet égard, on notera que l'invention n'est pas limitée au refroidissement de produits de section circulaire. On peut être alors éventuellement amené à prévoir des profilés de forme correspondante pour le dispositif d'injection, le tube de refroidissement et éventuellement le dispositif de sortie ou d'évacuation. Toutefois, un même tube peut être utilisé pour une gamme de sections donnée, par exemple un tube de diamètre 25 mm permet de refroidir des fils de diamètre compris entre 5, 5 et 14 mm. Cependant , la section des tubes doit laisser un passage suffisant pour le fluide de refroidissement. Une installation de refroidissement peut être constituée de plusieurs machines suivant l'invention séparées les unes des autres par une certaine distance le long de laquelle le produit n'est pas refroidi, permettant ainsi, entre chaque refroidissement, l'homogénéisation de sa température dans une section droite. A titre d'exemple, une installation pour refroidir de 1000"C à 600"C environ des fils d'acier depuis un diamètre de 5, 5 mm (vitesse de défilement 75 m/s) jusqu'à un diamètre de 14 mm (vitesse de défilement 15 m/s) comprend une première machine de refroidissement de 6 mètres de long, suivie d'une longueur non refroidie de 11 mètres elle-même suivie d'une autre machine de refroidissement de 7 mètres. Dans ces machines, la pression d' injection d'eau est réglable entre 1 et 23 bars, la vitesse de circulation 3 d'eau peut atteindre 20 m/s et le débit 80 m /h par machine. Les tubes de refroidissement ont un diamètre de 25 mm avec des rétrécissements d'un diamètre de 20 mm. Une autre installation pour refroidir des barres de diamètre de 12 à 38 mm de 1100 à 8500C environ comprend trois machines de 6 mètres séparées les unes des autres par quelques mètres. Les vitesses de circulation d'eau et les pressions d'injection sont les mêmes que pour l'installation précédente. La grande différence de diamètre entre les barres les plus fines et les plus grosses nécessite dé prévoir deux ou, de préférence, trois tubes de refroidissement interchangeables et de diamètres différents, par exemple 25 mm, 35 mm et 50 mm. De même, les dispositifs d'injection sont interchangeables pour s'adapter au diamètre des tubes. - REVENDICATIONS 1. - Machine pour le refroidissement de fil, tige, barre ou autre produit métallique long, comprenant un dispositif d'injection d'un fluide de refroidissement, un tube de refroidissement dans lequel le produit et le fluide de refroidissement se déplaçent dans le même sens ou en sens contraire, et un dispositif d'évacuation du fluide de refroidissementvdans laquelle le dispositif d'injection comporte une fente annulaire oblique orientée dans le sens de déplacement du fluide et alimentée en fluide sous pression élevée, caractérisée en ce qu'un rétrécissement de la section de passage offerte audit produit est ménagé dans le dispositif d'injection au niveau de la fente annulaire. 2. - Machine suivant la revendication 1, dans laquelle au moins un venturi est prévu dans le tube de refroidissement, caractérisée en ce que la section de sortie du venturi est supérieure à la section nominale du tube de refroidissement. 3. - Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle au sommet du cône divergent du venturi est d'environ 6". 4. - Machine suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'angle au sommet du cône convergent du venturi est d'environ 6". 5. - Machine suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit tube de refroidissement est constitué d'une série de tronçons de tube réunis deux à deux par un manchon formant ledit venturi. 6. - Machine suivant la revendication 1,dans laquelle ledit tube de refroidissement comporte au moins un rétrécissement, caractérisée en ce que ledit rétrécissement est constitué par un aplatissement du tube. 7. - Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ledit tube est constitué de tronçons de tube de section alternativement circulaire et aplatie. 8. - Machine suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les tronçons aplatis successifs ont leur aplatissement orienté suivant deux plans perpendiculaires entre eux. 9. - Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'injection du fluide et le tube de refroidissement sont raccordés de façon étanche par l'intermédiaire d'un fourreau coulissant retenu par un organe d'arrêt.