Brevet FR2453902A1 — publié le 19801107

La présente invention est relative a un procédé et à un dispositif de trempe en continu, à l'aide d'un liquide en particulier à l'eau, de produits métallurgiques allongés tels qu'en particulier mais non exclusivement des barres pleines et des tubes métalliques notamment en acier. I1 existe déjà de nombreux procédés et dispositifs de trempe en continu externe, ou interne dans le cas de tubes, de produits métalliques en vue d'accroitre la dureté du métal par un refroidissement rapide à partir d'un chauffage préalable approprié. La plupart des procédés et des dispositifs connus pour la trempe en continu consistent à chauffer au préalable le produit métallurgique à mesure qutil traverse un dispositif de chauffage puis à refroidir la surface externe, ou interne le cas échéant, du produit en le déplaçant axialement devant une ou plusieurs buses annulaires comportant chacune un grand nombre d'orifices au travers desquels le liquide de trempe est pulvérisé sur la surface du produit å refroidir. De tels procédés et dispositifs présentent en particulier l'inconvénient que les jets, séparés les uns des autres, projetés par les différents orifices de chaque buse annulaire provoquent un refroidissement plus rapide du produit métallurgique dans l'axe médian du jet qu'au voisinage de ses bords, de telle sorte que l'on risque de refroidir le produit par bandes, et non pas de façon continue, ce qui provoque des tensions locales du métal qui sont des causes de tapures de trempe. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif permettant d'éviter précisément cetanconvénient des procédés et des dispositifs antérieurement connus. Le procédé selon l'invention, pour la trempe externe et/ou interne de produits métallurgiques allongés mobiles axialement en continu préalablement chauffés et le cas échéant décalaminés, est essentiellement caractérisé par le fait que l'on forme à proximité de la surface du produit au moins un voile annulaire continu de liquide, que l'on dirige le ou chacun desdits voiles de liquide en lui conférant une conformation conique jusqu'au contact de la surface du produit et que l'on provoque sur ladite surface un écoulement continu de liquide de trempe. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour réaliser la trempe externe de produits pleins tels que des barres, ou creux tels que des tubes, le voile de liquide annulaire continu étant alors réalisé autour de la surface externe du produit, et recevant une conformation conique convergente jusqu'au contact de la surface externe du produit. Le procédé selon l'invention peut également être utilisé pour la trempe interne de produits creux tels que des tubes, auquel cas le voile de liquide annulaire continu est réalisé à l'intérieur dudit produit, et reçoit une conformation conique divergente jusqu'au contact de la surface interne du produit. De maniere particulièrement avantageuse le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour assurer simulta nément la trempe externe et la trempe interne de produits creux tels que des tubes auquel cas on met en oeuvre simultanément les deux procédés qui viennent d'être décrits en amenant chacun des voiles de liquide de conformations coniques convergente et divergente au contact des surfaces externe et interne du tube sensiblement dans la même zone annulaire du tube. De façon particulièrement avantageuse, on met en oeuvre le procédé selon l'invention sur un produit mobile axialement en translation tout en étant animé simultanément d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal. La présente invention a également pour objet à titre de produit industriel nouveau un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé décrit, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une buse annulaire présentant une sortie de liquide en direction du produit, sous forme de fente annulaire continue, agencée pour diriger le liquide vers la surface du tube selon un angle prédéterminé par rapport à l'axe longitudinal de celui-ci. Pour la trempe externe on utilise ainsi une pluralité de buses à fente annulaire, par exemple au nombre de trois disposées autour du produit à refroidir en succession dans le sens d'avance dudit produit. La fente de chacune de ces buses externes est agencée de façon à impulser le liquide de trempe en direction de la surface externe du produit selon un mouvement centripète orienté en cône. I1 est particulièrement avantageux d'associer à chacune des buses de trempe externe au moins une surface de guidage inclinée d'un angle déterminé par rapport à l'axe longitudinal du produit traité, cette surface de guidage étant avantageusement réalisée par une chemise annulaire dont la surface interne présente un profil convergent vers la surface externe du produit traité jusqu'au voisinage immédiat de cette surface, la portée convergente ainsi réalisée pouvant éventuellement être prolongée par une portée cylindrique de diamètre peu supérieur à celui du produit traité. Pour réaliser la trempe interne, la buse annulaire présente une fente susceptible d'impulser le liquide selon un mouvement centrifuge orienté en cône divergent par rapport au sens de déplacement du produit traité. Dans une forme préférée de réalisation la buse annulaire de trempe interne est disposée à l'extrémité d'une tige munie d'un conduit interne d'amenée d'un liquide, ladite buse étant réalisée à proximité de l'extrémité de la tige, cette extrémité étant en outre agencée pour empêcher tout écoulement du liquide de trempe au-delà de ladite tête vers la partie du produit chaud non encore traité dans le dispositif de trempe. De façon préférée la tige portant la buse de trempe interne est montée sur un chariot de façon à être déplaçable axialement et pouvoir, notamment dans le cas ot l'on désire effectuer une trempe à la fois externe et interne d'un tube, être amenée sensiblement à la hauteur de la zone annulaire du tube où le voile de liquide conique convergent de la première buse externe vient frapper la surface externe du tube. Dans un mode particulier de réalisation la tige supportant la buse annulaire interne présente des moyens de positionnement, notamment des ailettes afin de centrer la tige et la buse qu'elle porte à l'intérieur du tube à traiter. Des moyens, notamment sous la forme d'une pluralité de goulottes escamotables, peuvent être prévus pour supporter ladite tige, ces goulottes s'escamotant successivement vers le bas lorsqu'arrive à leur niveau le tube ayant subi le traitement de trempe et poursuivant son mouvement axial en vue d'être évacué. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement partiellement en coupe un dispositif de trempe externe selon l'invention, - la figure 2 représente un dispositif de trempe externe et interne selon l'invention, - les figures 3 et 4 représentent, selon deux positions de fonctionnement, une installation de traitement thermique mettant en oeuvre le dispositif de trempe de la figure 2. On a représente sur la figure 1 un dispositif selon l'invention pour réaliser la trempe externe de produits pleins métallurgiques pleins tels que des barres ou creux tels que des tubes. Dans la figure on a représenté à titre d'exemple le produit 1 sous la forme d'une barre, cette barre étant amenée dans le dispositif de trempe en étant entraînée sur des organes tels que des galets schématisés en 2. Le produit 1 est animé d'un mouvement de translation axiale dans le sens de la flèche A tout en étant entraîné sur lui-meme en rotation autour de son axe longitudinal comme schematisé par la flèche B. Le produit 1 reçoit ainsi un mouvement d'avance hélicoldal. Dans un mode préféré de réalisation, la vitesse axiale d'avance du produit est comprise entre 3 et 32 m/mn selon le diamètre et le cas échéant ltepaisseur du produit.De même, le produit est entraîné en rotation sur lui-me.e avec une vitesse comprise entre 1,5 et 16 tours/minute. Comme on le voit sur la figure I, le dispositif de trempe externe selon l'invention comprend essentiellement en succession trois buses d'injection annulaires 3 disposées en succession dans le sens d'avance du produit 1. Chaque buse 3 comprend un flasque 4 et un flasque 5 annulaires, assemblés pour définir entre eux une fente annulaire, de section circulaire continue 6. La largeur de la fente peut être déterminée en modifiant l'écartement mutuel des flasques 4 et 5. De préférence, cette largeur est comprise entre 1,5 et 3 mm.La forme des flasques 4 et 5 et leur disposition mutuelle est déterminée de façon qu'un liquide de trempe amené entre les flasques dans la fente 6 soit impulsé en direction de la surface externe du produit 1 selon un angle prédéterminé, le voile d'eau continu réalise dans la fente 6 étant guidé selon un cône convergent en direction de la surface externe du produit 1. Dans un mode préféré de réalisation, l'angle selon lequel le voile d'eau est ainsi impulsé en direction du cône est compris entre 30 et 45 et de préférence d'environ 37030' par rapport à l'axe longitudinal du produit traité.Afin d'assurer le guidage du voile d'eau conique convergent ainsi réalisé, le dispositif selon l'invention comprend, associée à chaque buse 3, une chemise de guidage 7 présentant une portée interne 7a dont le profil converge en direction de la surface externe de la barre 1, cette portée convergente étant prolongée par une portée annulaire 7b dont le diamètre est peu supérieur à celui du produit 1. On comprend qu'avec de telles chemises annulaires 7, le voile convergent formé est guidé jusqu'au contact de la surface externe du produit 1 réalisant sur celle-ci un écoulement d'eau continu. Grâce au dispositif décrit sur la figure 1, on peut réaliser la trempe externe de barres ou d'autres produits métallurgiques ayant des diamètres pouvant aller de 60 mm à 453 mm ou plus, en mettant en oeuvre des débits de liquides de trempe, notamment d'eau, de 400 à 800 m3/heure. On a représenté sur la figure 2 un dispositif selon l'invention pour associer la trempe externe décrite en référence à la figure 1 à une trempe interne dans le cas où le produit métallurgique à traiter est un produit creux tel qu'un tube 1'. Pour la trempe interne, il est ainsi prévu à l'extré- mité d'une tige 8, présentant un conduit interne, pour l'amenée d'un liquide de trempe, une buse annulaire d'injection formée de deux flasques 9 et 10 agencés pour définir entre eux une fente annulaire de section circulaire 11, la forme des flasques 9 et 10 étant déterminée de façon que le voile annulaire de liquide de trempe sortant par la fente 11 soit impulsé selon une conformation conique divergente par rapport au sens d'avance du tube contre la surface intérieure de celui-ci. Dans un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, l'angle du cône divergent ainsi réalisé est compris entre 40 et 500 et est de préférence de l'ordre de 45 degrés. La largeur de la fente 11 est de préférence comprise entre 2 et 6 mm. De même, la largeur de chacune des fentes 6 des buses d'injection externes 3 est comprise entre 1,5 et 3 mm. Comme on le voit sur la figure 2, la tige 8 est posi tionnée de telle façon que le voile conique divergent de liquide pour la trempe interne sortant de la fente 11 frappe la surface interne du tube 1' sensiblement dans la zone annulaire de ce tube où le voile de liquide de trempe sortant du premier injecteur externe 3 frappe la surface externe du tube 1'. Il est ainsi possible avec le dispositif selon l'invention de traiter des tubes présentant des diamètres extérieurs de 60 mm à 453 mm et plus avec des épaisseurs de 4,8 mm à 32 mm ou plus, en mettant en oeuvre un débit de liquide de trempe interné de 50 à 250 m3/heure et de préférence de 200 m3/heure. Pour le positionnement de la barre 8 dans le tube 1', il est avantageux de munir la tige 8 d'organes de positionnement tels que des ailettes 12 solidaires de la paroi externe de la tige. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 qui illustrent une installation de traitement thermique de tubes mettant en oeuvre le dispositif illustré sur la figure 2. Le dispositif selon l'invention désigné globalement par 13 reçoit un tube 1' sortant d'un four de chauffage, le tube 1' entre le four 14 et le dispositif de trempe 13 subissant le cas échéant un traitement de décalaminage. La tige 8 est montée par son extrémité opposee à celle portant la buse d'injection de liquide de trempe sur un chariot 15 mobile sur des guides 16. Pendant l'opération de trempe schématisée sur la figure 3, la tige 8 est supportée par une pluralité de goulottes escamotables 17. Ces goulottes s'escamotent de la position représentée à la figure 3 à la position représentée à la figure 4 lorsque le tube 1' arrive à leur niveau. A partir de la position représentée dans la figure 4, le tube traité après l'opération de trempe est évacué transversalement. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec une forme de réalisation préférée, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de trempe externe et/ou interne de produits métallurgiques allongés, mobiles axialement en continu, au préalable chauffés, et le cas échéant décalaminés, caractérisé par le fait que l'on forme à proximité de la surface du produit au moins un voile annulaire continu de liquide, que l'on dirige le ou chacun desdits voiles de liquide en lui conférant une conformation conique jusquau contact de la surface du produit et que l'on provoque sur ladite surface un écoulement continu de liquide de trempe. 2. Procédé selon la revendication 1 pour la trempe externe, caractérisé par le fait que le voile de liquide annulaire continu est réalisé autour de la surface externe du produit, et que l'on confère audit voile de liquide une conformation conique convergente jusqu'au contact de la surface externe du produit. 3. Procédé selon la revendication 1 pour la trempe interne de produits creux tels que des tubes, caractérisé par le fait que le voile de liquide annulaire continu est réalisé à l'intérieur dudit produit, et que l'on confère audit voile de liquide une conformation conique divergente jusqu'au contact de la surface interne du produit. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour la trempe simultanée interne et externe de produits creux tels que des tubes, caractérisé par le fait que l'on réalise au moins un voile de liquide annulaire continu autour de la surface externe du produit et un voile de liquide annulaire continu à-l'intérieur dudit produit, lesdits voiles de liquide dirigés selon des conformations coniques, convergente et divergente, étant amenés au contact des surfaces externe et interne du tube sensiblement dans la même zone annulaire du tube. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit produit est mobile axialement en translation tout en étant animé simultanément d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du produit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une buse annulaire présentant une sortie de liquide en direction du produit, sous forme de fente annulaire continue, agencée pour diriger le liquide vers la surface du produit selon un angle prédéterminé par rapport à l'axe longitudinal de celui-ci. 7. Dispositif selon la revendication 6 pour la trempe externe, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de buses annulaires disposées autour du produit à refroidir en succession dans le sens d'avance dudit produit. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la fente de chacune des buses externes est agencée de façon à impulser le liquide de trempe en direction de la surface externe du produit selon un mouvement centripète orienté en cône. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait qu'il comprend, associée à chacune des buses annulaires au moins une surface de guidage inclinée par rapport à l'axe longitudinal du produit traité. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend, associée à chacune des buses annulaires, une chemise annulaire dont la surface interne présente un profil convergent vers la surface externe du produit traité jusqu'au voisinage immédiat de cette surface, la portée convergente ainsi réalisée étant prolongée par une portee cylindrique de diamètre peu superieur à celui du produit traité. 11. Dispositif selon la revendication 6 pour la trempe interne de produits creux tels que des tubes, caractérisé par le fait qu'il comprend une buse annulaire disposée à l'extrémité d'une tige munie d'un conduit interne d'amenée d'un liquide engagée à l'intérieur dudit produit creux. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ladite tige est montée sur un chariot de façon à être déplaçable axialement. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que ladite tige présente des moyens de positionnement, notamment des ailettes, permettant de centrer la tige à l'intérieur du produit creux traité. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens, notamment des goulottes escamotables disposées en succession, pour supporter ladite tige. 15. Dispositif selon la revendication 6, pour la trempe simultanée externe et interne de produits creux tels que des tubes, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 et un dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14. 16. Dispositif selon la revendication 15,caractérisé par le fait que la buse annulaire interne est amenée sensiblement à la hauteur de la zone annulaire du tube où le voile de liquide conique convergent de la première buse-externe vient au contact de la surface externe du tube.