Brevet FR2498490A1 — publié le 19820730

L'invention concerne le laminage à chaud de brames métalliques en feuillards sous la forme de bobines ayant des poids spécifiques de l'ordre de 90 kg/cm de largeur, ou plus. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amé- rique N0 115 611, déposée le 28 janvier 1980, décrit un procédé de modernisation d'un laminoir à chaud pour feuil- lards par l'élimination, du train finisseur, de la seconde cage finisseuse (F2) et par la transformation de la première cage finisseuse (Fl) en une cage finisseuse réversible. Ceci a permis la transformation de laminoirs périmés ou acceptables de façon marginale afin d'atteindre la qualité des feuillards laminés à chaud, demandée actuellement par le marché, sans grands investissements ou sans interruption prohibitive de production. Il n'est pas toujours apparu pratique de transformer de tels laminoirs périmés ou acceptables de façon marginale en raison de facteurs tels que l'écartement des cages de laminage, l'agencement de la salle des machines, des contraintes de production des ins- tallations et des limitations mécaniques affectant la cage finisseuse existante Fl. Cependant, il a été possible d'établir qu'un tel agencement final est si bénéfique qu'il reste avantageux de mettre en oeuvre les techniques de laminage selon l'invention au moyen d'une installation tout à fait nouvelle ou d'autres perfectionnements apportés à des installations existantes limitées par de sévères contraintes qui empêchent l'application du procédé de moder- nisation d'un laminoir à chaud pour feuillards, décrit dans la demande précitée. Bien que des laminoirs réversibles à chaud aient été utilisés jusqu'à présent depuis de nombreuses années, aucun de ces laminoirs ne présente les très grands avantages permis par l'agencement approprié du laminoir et le procédé de laminage selon l'invention. D'un point de vue historique, les laminoirs à chaud ont été mis en oeuvre de manière à traiter la queue de la bobine qui, lors du travail, devient la partie la plus froide et donc la plus difficile à défor- mer. Les laminoirs dits "zoom" accélèrent la queue de la bobine pour limiter la perte de chaleur. Des boîtes à bobines ont également été utilisées, Ces boites ont un fonctionnement statique et, bien qu'elles réduisent la différence de température entre la tête et la queue de la bobine, elles parviennent à ce résultat en abaissant 'La température de l'extrémité la plus charj(e au niveau de celle de l'extrémité la plus froide. L'invention concerne un procédé permettant de laminer des bobines de poids élevé par centimètre de lar- geur et présentant une épaisseur uniforme et des caracté- ristiques thermiques et mécaniques uniformes d'une extrémité à l'autre. La différence de température est réduite par un procédé qui maintient une température supérieure constante, et non par un procédé qui maintient une température inférieure plus constante comme c'est le cas dans les agen- cements à boites de bobineS L'invention permet de laminer des feuillards chauds plus minces que ceux pouvant être autrement obtenus, avec un minimum de cages de laminage, tout en maintenant une cadence de production élevée. En raison des effets de conversion de température extrêmement avantageux du procédé de laminage selon l'invention, le laminoir selon l'invention permet le laminage de métaux réfractaires et d'aciers inoxydables à haute résistance. Le laminoir selon l'invention demande une puissance consi- dérablement inférieure à celle demandée par les laminoirs classiques. La longueur globale des équipements du laminoir et, par conséquent, des locaux est de la même manière sensiblement inférieure à celle des laminoirs classiques. Le coût total des investisssements reste très inférieur à celui des laminoirs classiques et, une fois construit, le laminoir selon l'invention exige moins de main-d'oeuvre pour fonctionner et être entretenu. La plus faible résistance à la déformation obtenue par le procédé de laminage selon l'invention réduit la puissance demandée par unité de réduction de section et elle se traduit par une économie d'énergie effective. De même, l'occasion qui en résulte pour abaisser la température du four et diminuer la quantité de chaleur consommée par unité de poids constitue également une économie d'énergie effective. Enfin, l'aptitude du laminoir à accepter des matériaux provenant de la table à retard située en amont du laminoir réversible, indépendamment du produit laminé dans ce dernier, permet de moduler la vitesse de sortie du produit des laminoirs finisseurs en fonction de l'épais- seur finale, ce qui simplifie donc le processus de refroi- dissement des feuillards. En d'autres termes, un grand nombre des divers paramètres de laminage en sortie du train finisseur sont totalement indépendants des paramètres de laminage à l'entrée du laminoir réversible, ce qui n'est pas le cas des laminoirs à chaud récents ou anciens. Le laminoir à chaud pour feuillards, qui met en oeuvre le procédé selon l'invention, comporte une cage réversible de laminage à chaud pour feuillards placée en avant du train finisseur dont elle fait partie. Le laminage s'effectue par passage d'une brame de métal chauffée dans et à travers une cage dégrossisseuse et réduction de cette brame en une barre de transfert de l'ordre de 5 à 7,5 cm d'épaisseur. La barre de transfert est immédiatement passée dans la cage finisseuse réversible et dans un four enrouleur placé en aval. La barre de transfert, qui a été davantage réduite et qui constitue la pièce travaillée, est renvoyée à travers la cage réversible à chaud dans un four enrouleur placé en amont. La pièce est ensuite passée une troisième fois dans la cage réversible et dans la partie restante du train finisseur. La vitesse de laminage lors de la troisième passe à travers la cage finisseuse réversible est en conformité avec le cône de vitesse de la partie restante des cages finisseuses, alors que les vitesses de laminage des deux passes précédentes dans la cage réversible sont supérieures à la vitesse de la troisième passe et ne sont pas en relation avec ledit cône de vitesse. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un train finisseur à chaud pour feuillards à cinq capes; - les figures 1A et 1B sont des graphiques donnant des courbes de température pour un procédé de laminage existant et donnant des bobines d'un poids de 46 kg/cm de largeur; - la figure 2 est un schéma d'un train finisseur à chaud pour feuillards selon l'invention; - les figures 2A à 2C sont des graphiques indiquant les courbes de température obtenues avec le procédé de laminage selon l'invention pour produire des bobines d'un poids de 97 kg/cm de largeur; - la figure 3 est un schéma d'un autre train de laminage mettant en oeuvre le procédé de l'invention; - les figures 3A à 3C sont des graphiques donnant des courbes de température obtenues avec le procédé de laminage selon l'invention pour produire des bobines d'un poids de 179,5 kg/cm de largeur; - la figure 4 est un graphique permettant de com- parer les résultats obtenus avec des procédés antérieurs et ceux obtenus avec le procédé de laminage selon l'inven- tion; et - la figure 5 est une vue schématique d'un laminoir à chaud pour feuillards mettant en oeuvre le procédé de laminage selon l'invention. Le procédé selon l'invention met en oeuvre une cage finisseuse réversible disposée entre des fours enrou- leurs, en amont de la première cage finisseuse normale indiquée normalement en Fl. Les passes initiales à travers la cage réversible s'effectuent indépendamment du cône de vitesse du train finisseur. Seule la passe finale à travers la cage réversible, amorcée depuis son côté amont, s'effectue à une vitesse conforme au cône de vitesse du train finisseur. Ceci permet d'effectuer toutes les passes de laminage, sauf la dernière, à travers le train réversi- ble à des vitesses supérieures à la vitesse d'entrée dans Fl, imposée par le cône de vitesse. Les figures 1 à 4, qui illustrent des résultats d'un modèle mathématique, montrent de façon caractéristi- que et graphique l'avantage thermique fondamental du pro- cédé selon l'invention par rapport aux procédés de laminage à chaud mis en oeuvre dans une installation existante. Cette installation est actuellement en fonctionnement et donne divers produits industriels. Elle est équipée d'un système d'enregistrement chronologique de données basé sur un calculateur et utilisé pour vérifier la validité du modèle mathématique du procédé de laminage à chaud. L'agence- ment du train F'inisseur à chaud pour feuillards à cinq cages montré schématiquement sur la figure 1, est typique de nombreux laminoirs. Les courbes de chute de température représentent la température de l'extrémité de tête et celle de l'extrémité de queue de l'acier, en des points situés immédiatement en avant de la cage Fl (comme montré sur la figure 1A) et immédiatement après la cage F5 (comme montré sur la figure 1B). La base de temps représente, en secondes, le temps de laminage pour une épaisseur finie de 2 mm, avec un poids spécifique de brames de 46 kg/cm de largeur, ce qui correspond à la capacité maximale de cette installation existante. Cette perte importante de température et la variation importante de température de la tête vers la queue du feuillard sont aux limites d'acceptabilité de ce produit sur le marché et il est impossible de produire de plus grosses bobines. Il est particulièrement important de noter que le profil de température du produit laminé (figure 1B) est tout à fait similaire à celui de la barre de transfert (figure lA). Cette caractéristique exige que le programme de laminage soit établi par l'opérateur ou par un calcula- teur pour convenir à l'extrémité de queue, ou condition du cas le plus défavorable, entraînant soit une surcharge à l'extrémité de queue, soit une sous-utilisation inévitable du laminoir à cinq cages à l'extrémité de tête et sur la plus grande partie du feuillard. La figure 2 représente le même train finisseur à chaud pour feuillards que celui de la figure 1, modifié conformément à l'invention par l'addition d'une cage finisseuse réversible RM et de deux fours enrouleurs en amont de la cage Fl. Les graphiques de chute de température, calculés par ordinateur et montrés sur les figures 2A à 2C, représentent la température de l'acier en des points situés immédiatement en avant de la cage réversible RM (figure 2A) et de la cage F1 (figure 2C) et imtédiatement après la cage F5 (figure 2C). En raison de la possibilité de transférer une tôle ébauchée plus épaisse, associée à la possibilité d'effectuer la première réduction sur la cage réversible, indépendamment de tout cône de vitesse et donc à une vitesse notablement supérieure à celle uti- lisée dans l'agencement de la figure 1, l'acier arrive à la cage réversible (figure 2A) à une température sensible- ment supérieure et avec une différence de température, entre ses extrémités, inférieure à celle présente initiale- ment (figure 1A). Trois passes sont effectuées sur la cage réversi- ble RM, réduisant la bande à une épaisseur inférieure à celle de la barre de transfert utilisée initialement, et l'acier est transféré vers le train finisseur existant à cinq cages commençant à la cage Fl. Cependant, étant donné les caractéristiques de conservation de température de la cage réversible, le profil de température est à pré- sent tout à fait différent à la cage F1 (comme montré sur la figure 1A). La figure 2B montre que la température de l'acier arrivant à la cage Fi est tout à fait uniforme et que la différence de température d'une extrémité à l'autre ne s'élève qu'à environ 27,5 C, tandis que la même position présente, sur la figure 1, une différence de température d'environ 105'C. Cet aplatissement de la courbe de tempéra- ture traduit une meilleure utilisation du laminoir continu à cinq cages et un laminage plus efficace et, étant donné que le feuillard est plus chaud d'environ 550C, il peut, par conséquent, être laminé en bobines ayant un poids par centimètre de largeur plus élevé, à des épaisseurs finies plus faibles. La base de temps pour les courbes de température des figures 2B et 2C, correspondant respectivement aux cages Fl et F5, indique, comme précédemment, en secondes, le temps de laminage, bien que, dans ce cas, l'épaisseur finie soit de 1,5 mm avec un poids spécifique de brames de 97 kg/cm de largeur, ce qui correspond à une amélioration énorme des possibilités du laminoir. La figure 4 illustre graphiquement l'amplitude de cette amélioration par comparais du procédé existant avec les possibilités modifiées, au cours du programme de laminage. La courbe CPE correspondant au procédé existant et à un poids spécifique de 46 kg/cm de largeur est développée pour une brame de 108 mm, réduite en une barre de transfert de 15,1 mm dans le train dégrossis- seur. La courbe CPN correspondant aux possibilités modifiées conformément à l'invention est développée pour une brame de 229 mm, réduite en une barre de transfert de 31,8 mm dans le train dégrossisseur. De plus, étant donné que la charge de laminage et la puissance demandée sont notablement inférieures en raison de la température plus élevée et, par conséquent, du plus faible effort de tension contenu, un certain laminage "zoom" peut être utilisé pour améliorer encore les propriétés thermomécaniques présentées par le produit d'une extrémité à l'autre. Il est important de noter dans le cas particulier considéré, que le poids spécifique accru de la bobine en ce qui concerne la forme de réalisation de la figure 2, n'est pas limité par le procédé de laminage comme cela est mis en évidence par le profil de la tempé- rature finale, mais uniquement par les limitations physi- ques des fours, des enrouleurs, des transporteurs et d'autres équipements auxiliaires, extérieurs aux laminoirs. Les données correspondant aux figures 2A à 2C ont été obtenues après addition de la cage finisseuse réversible à un laminoir existant. Ce laminoir particulier présente des possibilités de produit limitées par des appareillages auxiliaires tels que le four existant à brames et les possibilités des enrouleurs en aval. Par la mise en oeuvre du procédé de laminage selon l'invention et -par une projection au-delà des limitations des équipements auxiliaires existant dans l'exemple de la figure 2, il apparaît que le procédé selon l'invention permet le laminagede brames d'un poids de 179,5 kg/cm de l"-ur à une zpaisseur finale de 1,5 mm, comme montré sur la figure 3. Cette amélioration (montrée sur la figure 3) constituée par la possibilité de laminer des bobines de 178 kg/cm de 'Largeur, ne présen- tant que de légères différences de température de la tête à la queue, représente un bond de deux générations dans la technologie du laminage. En outre, dans les cas o il n'est pas rationnel ou économique de reconstruire des aciéries existantes du fait que la production d'acier exige de nombreuses unités de production disposées en série et du fait également que le vieillissement de l'une quelconque des unités peut affecter la viabilité de l'en- semble de l'installation, ou bien avec de nouveaux risques, il est tout à fait possible de considérer de nouvelles aciéries. Il est possible d'utiliser le même concept que celui soutenant la présente invention, à savoir un procédé de modernisation d'un laminoir à chaud pour feuillards, dans un nouveau laminoir à chaud pour feuillards peu coûteux. Ce concept est particulièrement bien adapté pour de petits producteurs d'acier, en particulier des aciéries, et il convient particulièrement aux besoins des pays en voie de développement. Cette nouvelle configuration de laminoir peut produire 1 000 000 à 1 250 000 tonnes par an de bandes et feuillards chauds, à un coût d'investissement inférieur à celui demandé par des installations classiques, tout en satisfaisant les besoins du marché. Le laminoir à chaud pour feuillards selon l'in- vention est basé sur les mêmes techniques de conservation de température que celles décrites dans la demande N0 115 611 précitée. Un tel laminoir est représenté sur la figure 5. Il comporte un four 10 de chauffage des brames à traverse danseuse, une cage duo ou quarto dégrossisseuse réversible 12 à refouleur vertical, une courte table 14 de sortie, une cisaille volante et une boite 16 de décala- minage, une cage quarto réversible 18 équipée d'un four enrouleur amont 20 et d'un four enrouleur aval 22, trois cages quarto finisseuses 24, 26 et 28, et une table 30 d'évacuation équipée d'un dispositif 32 à eau de refroi- dissement et d'un enrouleur 34. Des brames de 23 à 30 cm d'épaisseur et d'une longueur pouvant atteindre 10,5 m sont chauffées à la tempé- rature de laminage dans le four 10, amenées à la cage dégrossisseuse réversible 12 et réduites, au cours d'un certain nombre de passes, en une barre de transfert de 2,5 à 7,5 cm d'épaisseur. La distance comprise entre la cage dégrossisseuse réversible 12 et la cage finisseuse réversible 18 est juste supérieure à la longueur de sortie de la barre de transfert à i'ant6pénultième passe dans la cage dégrossisseuse 12 de manière que la barre soit dégagée à la fois de la cage dégrossisseuse 12 et de la cage finisseuse réversible 18. Cet agencement permet de donner à l'installation de laminage la longueur minimale. Lors de la dernière passe, la barre de transfert sortant de la cage dégrossisseuse 12 a une épaisseur de 2,5 à 7,5 cm et elle sort à vitesse élevée afin d'arriver dans la cage finisseuse réversible 18 alors que son extrémité de queue se trouve encore dans la cage dégrossisseuse 12. De cette manière, la barre de transfert perd très peu de chaleur et la baisse de température de la tête à la queue de la barre est minimale, comme c'est le cas du laminoir réversible montré schématiquement sur la figure 2. Lors de la troisième passe dans la cage réversible 18, la vitesse de la bande est accordée au cône de vitesse des trois cages continues 22, 24 et 26 et la bande arrive à ces cages continues de la même manière qu'à l'agence- ment des cages réversibles, en avant du train finisseur existant. Cependant, dans ce cas, on confère à l'installa- tion un couple et une force de séparation suffisants pour permettre une réduction suffisante dans les trois cages par rapport à celle réalisée avec les cinq cages. Ceci est pratique car, avec la conception d'un train réversible placé en avant du train continu, l'acier est laminé à une température beaucoup plus élevée et sa résistance à la déformation est notablement plus faible. Le train réversible 18 est équi-ë d'unA dispositif hydraulique automatique de commande d'épaisseur qui règle l'écartement des cylindres lors des trois passes, ce qui a pour résultat l'obtention d'une épaisseur uniforme, d'une extrémité à l'autre, lorsque la barre entre dans les trois cages continues et en sort. Le débit massique à travers les cages finisseuses de tout train finisseur donné est constant. Lors de la réduction d'épaisseur de la pièce, la vitesse de cette dernière augmente et le cône ou la synchronisation de vitesse des diverses cages finisseuses est basé sur ce principe. En utilisant le train réversible conformément à l'invention, il est possible d'atteindre des débits massi- ques très supérieurs à ceux du train finisseur et totale- is ment indépendants de ces derniers, au cours de toutes les passes, sauf la dernière, dans le train réversible. Le débit massique ne doit êtresynchronisé avec le cône de vitesse du train finisseur que lors de la dernière passe dans le train réversible. Par ce concept, on obtient un procédé de laminage dans lequel l'uniformité de la tempé- rature et le dimensionnement du produit peuvent être obtenus d'une manière plus économique et plus aisée que par les procédés connus jusqu'à présent. De plus, un autre avantage accessoire notable est ressorti de l'étude des programmes de laminage pour des laminoirs à chaud pour feuillards existants. En raison de la nature de la chute de température des brames chauffées et des caractéristiques de conservation de température selon l'invention, il est possible d'abaisser la chute de température de l'acier à la sortie du four sans affecter les caractéristiques de fonctionnement du train finisseur. Ceci permet d'importantes économies d'énergie et un accroissement de la production du four, car le four de réchauffage demande moins de combustible et moins de temps, par tonne d'acier, pour amener les brames à la température de laminage. REVENDICATIONS 1. Procédé de laminage à chaud de brames métalli- ques en feuillards dans un laminoir à chaud pour feuillards comprenant un train dégrossisseur (12) en ligne, une cage réversible (18) sur les côtés amont et aval de laquelle se trouvent des fours enrouleurs (20, 22) et un train finis- seur (24, 26, 28) auquel un cône de vitesse synchronisée est associé, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une brame chauffée dans et à travers le train dégrossisseur pour former une barre de transfert, à faire passer cette barre de transfert dans un sens et dans l'autre à travers le train réversible et à la faire pénétrer dans les fours enrouleurs et sortir de ces der- niers, au cours de passes initiales de réduction, pour former une pièce travaillée, le train réversible étant commandé indépendamment du cône de vitesse, et à faire passer la pièce du four enrouleur amont à travers le train réversible, en une passe de réduction finale, et la faire pénétrer dans le train finisseur, à une vitesse conforme au cône de vitesse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les passes de réduction initiale sont effectuées à des vitesses sensiblement supérieures à celle de la passe de réduction finale. 3. Procédé de laminage à chaud de brames métalli- ques en feuillards, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une brame métallique chauffée dans et travers une cage dégrossisseuse (12) et réduire ladite brame en une barre de transfert ayant une épaisseur de l'ordre de 2,5 à 7,5 cm, à faire passer cette barre de transfert im- médiatement vers et entre les cylindres de travail d'une cage finisseuse réversible (18) afin de réduire l'épaisseur de ladite barre, à faire passer la pièce travaillée immé- diatement dans un four chauffé (22), situé sur le côté aval de la cage finisseuse réversible, et à l'enrouler dans ce four, à décharger la pièce du four chauffé aval et à la renvoyer dans la cage finisseuse réversible pour qu'elle subisse une nouvelle réduction, à faire passer immédiatement la pièce dans un four chauffé (20) situé sur le côté amont de la cage et à l'enrouler dans le four, puis à dérouler et décharger la pièce du four enrouleur amont et la faire passer entre les cylindres de travail de la cage finisseuse réversible pour qu'elle y subisse une nouvelle réduction, la vitesse de laminage de cette passe étant conforme au cône de vitesse lors des passes suivantes dans des cages finisseuses continues et les vi- tesses de laminage des deux passes précédentes dans la cage réversible étant supérieures à la vitesse de La troi- sième passe et étant indépendantes dudit cône de vitesse, le procédé consistant en outre à faire passer ensuite immédiatement la pièce travaillée successivement dans plu- sieurs cages finisseuses continues (24, 26, 28) o son épaisseur est davantage réduite, puis à refroidir le feuillard et à le bobiner sur un enrouleur final (34). 4. Procédé de laminage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le poids initial des brames arrivant à la cage dégrossisseuse est suffisant pour que l'on obtienne une bobine finie ayant un poids spécifique d'au moins 90 kg/cm de largeur. 5. Procédé de laminage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la brame arrivant initialement au train dégrossisseur présente une épaisseur de l'ordre de 23 à 30 cm et est réduite, dans le train dégrossisseur, à une épaisseur de l'ordre de 2,5 à 7,5 cm. 6. Procédé de laminage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur finale du feuillard est de l'ordre de 1,25 à 2,0 mm et en ce que le poids spé- cifique de la bobine est de l'ordre de 90 kg/cm de largeur ou plus. 7. Procédé de laminage à chaud de brv.ic- iie;acllues en feuiIlard? et de m. er en 13cbiDnes an un po0 e if ique de l'ordre de 90 kX^/c^. de lae eur ou plus, caracstrâpé en ce qu'il consiste à faire passer une brame métallique chauffée dans et à travers un train dégrossisseur (12) et réduire la brame en une barre de transfert, à faire passer immédiatement cette barre de transfert entre les cylindres de travail d'une cage finisseuse réversible (18) pour en réduire l'épaisseur, à faire passer immédiatement la pièce travaillée dans un four chauffé (22) situé sur le côté aval de la cage finisseuse réversible et l'enrouler dans le four, à décharger la pièce du four chauffé aval et la refaire passer dans la cage finisseuse réversible pour la réduire davantage, à faire passer immédiatement la pièce et l'enrouler dans un four chauffé (20) situé sur le côté amont de la cage réversible, à dérouler et décharger ensuite la pièce du four enrouleur amont et la faire passer entre les cylindres de travail de la cage finisseuse réversible pour la réduire davantage, la vitesse de lami- nage de cette troisième passe étant conforme au cône de vitesse pour les passes suivantes dans des cages finisseuses continues, à faire passer ensuite immédiatement et successi- vement la pièce dans plusieurs cages finisseuses continues (24, 26, 28) pour la réduire davantage, et à refroidir ensuite le feuillard formé et le bobiner sur un enrouleur final (34). 8. Procédé de laminage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste également à maintenir le profil de température de la pièce travaillée arrivant dans les cages continues de manière que la différence de tempé- rature entre son extrémité avant et son extrémité arrière soit constamment inférieure à 550C. 9. Procédé de laminage selon la revendication 7, dans lequel le profil de température du feuillard fini présente une chute de l'ordre de 550C ou moins d'une extré- mité à l'autre.