Brevet FR2507929A1 — publié le 19821224

1. La présente invention est relative au refroi- dissement d'ébauches de tôles fortes en cours de lami- nage, ainsi qu'à une machine pour sa mise en oeuvre. Afin d'obtenir par laminage un produit présen- tant des caractéristiques optimales, il peut être inté- ressant de conduire le laminage en plusieurs phases en utilisant pour chacune d'elles des plages de températures différentes qui sont adaptées à des conditions spécifi- ques de transformation, soit pour conduire les opérations de réduction de section de la manière la plus économique, soit pour exécuter les phases de laminage dans un inter- valle de températures correspondant à des conditions par- ticulières sur le plan métallurgique pour la structure interne du métal proprement dit. Le laminage pourra ainsi commercer à une tempé- rature élevée, favorable à certains phénomènes métallur- giques, tels que la mise en solution de certains compo- sants, favorable également à une transformation rapide et économique en profitant de l'état de malléabilité du métal lié à sa température. Le laminage pourra se poursuivre en une ou plu- sieurs autres phases successives à des températures dé- croissantes adaptées chacune à des phénomènes tels que la recristallisation, la transformation de la structure interne (ainsi pour l'acier on pourra faire une partie du laminage à une température voisine de celle de la trans- formation austénitique) ou la précipitation de composés divers. Les différentes phases du laminage ainsi con- duites à des températures différentes, il est nécessaire de refroidir le produit entre ces phases Dans les méthodes actuelles de travail, ce refroidissement 2. est habituellement obtenu à l'air libre en mettant en attente dans un poste annexe prévu à cet effet, les ébau- ches en cours de laminage pour un temps nécessaire à ce refroidissement ou par mise en oeuvre d'un fluide tel que l'eau, l'air, la vapeur d'eau, ou leurs mélanges, ce fluide étant projeté à des pressions variables sur la totalité de la surface de l'ébauche à refroidir. Un inconvénient de ces méthodes habituellement utilisées, aussi bien pour le refroidissement à l'air ambiant que par aspersion d'un fluide, est de provoquer des différences notables de températures entre les dif- férentes parties du produit et, notamment; ce refroi- dissement a pour effet de refroidir davantage les rives et les extrémités des ébauches. Le refroidissement différent des rives et des extrémités du produit présente un certain nombre d'in- convénients qui sont en particulier les suivants: les parties de l'ébauche qui sont transfor- mées à une température différente, ne suivant pas le même cycle métallurgique que les autres, présentent des caractéristiques mécaniques finales qui sont différentes de celles qui sont obtenues pour le reste du produit, conduisant ainsi à une hétérogénéité des caractéristiques à l'intérieur d'une même tôle laminée On peut ainsi être conduit à éliminer par chutage les parties d'extrémités, ce qui provoque des pertes appréciables. les extrémités froides provoquent des sur- charges du couple et de la force de laminage au moment du passage de ces extrémités entre les cylindres, limi- tant ainsi la charge moyenne qu'il est possible d'obte- nir et provoquant des chocs nuisibles à la bonne tenue d'une cage de laminage et des moteurs. les rives plus froides provoquent une usure plus forte des cylindres à l'endroit des rives, r 6 dui- sant ainsi la durée des campagnes de laminage qu'il estr possible de faire sans rectifier les cylindres. Enfin, on peut noter que le refroidissement 3. du produit entre deux phases successives de la trans- formation demande un temps dont il est nécessaire de tenir compte dans l'organisation du processus de la- minage et qui ralentit la cadence de production. La présente invention a ainsi pour but de re- médier à ces inconvénients et de permettre un refroi- dissement des ébauches qui soit: plus rapide et de durée ajustable de façon à pouvoir obtenir une coordination plus exacte dans le temps des périodes de laminage et des périodes d'attente et une utilisation optimale de la cage (ou des cages) de laminage. uniforme sur toute la surface de l'ébauche afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques homogènes sur la totalité de la surface du produit. L'invention a ainsi pour objet un procédé de refroidissement d'ébauches de tôles fortes en défilement, en cours de laminage, qui consiste à refroidir la partie centrale de la surface de l'ébauche, à l'exclusion des parties périphériques qui sont constituées par les ex- trémités avant et arrière du produit, ainsi que par ses rives. Le refroidissement de ladite partie centrale en défilement est notamment obtenu par projection d'un fluide de refroidissement à l'aide de rampes disposées parallèlement à la surface de l'ébauche et perpendicu- lairement à la direction de défilement de cette dernière, la projection n'étant déclenchée, respectivement pour chaque rampe, qu'après le passage du bord avant de l'é- bauche et étant arrêtée avant le passage du bord arrière de l'ébauche, dans le sens du défilement, et la longueur utile de projection de chaque rampe étant réglée pour être inférieure à la dimension de l'ébauche dans une direction perpendiculaire au défilement. Le refroidissement peut être obtenu par tout fluide approprié tel que par exemple de l'eau pulvérisée par un gaz sous pression et délivrée sous forme d'une nappe bidimentionnelle homogène à partir des rampes Ce gaz peut notamment être de l'air. 4. Selon un premier mode de réalisation de l'in- vention, le refroidissement est réalisé sur la ligne de rouleaux ellemême de la table à rouleaux d'une cage de laminage. Selon un deuxième mode de réalisation, le re- froidissement est réalisé latéralement à la ligne de rou- leaux de la table à rouleaux d'une cage de laminage, par transfert de l'ébauche hors de cette ligne, dans une di- rection perpendiculaire à l'axe de cette ligne. Pour mettre en oeuvre le procédé de refroidis- sement, il est donc nécessaire de placer l'ébauche dans une position dans laquelle elle est soumise au processus de refroidissement accéléré, pendant que le laminage se poursuit sur d'autres produits. Selon le type d'installation de laminage dont on dispose, et en fonction du nombre de postes de refroi- dissement accéléré dont on peut disposer, on peut réali- ser notamment les dispositions suivantes. Dans le cas d'une installation comportant une seule cage de laminage, si on veut effectuer le refroi- dissement dans la ligne des rouleaux, il faut disposer de deux postes de refroidissement, l'un en amont et l'au- tre en aval de la cage, pour permettre un enchaînement des opérations, ou encore utiliser un dispositif permet- tant de faire passer une ébauche au-dessus de l'autre, la première étant envoyée sur la cage de laminage, tandis que la seconde est envoyée vers le poste de refroidisse- ment. Dans le cas o on dispose de deux cages de la- minage, le poste de refroidissement peut être placé dans la ligne des rouleaux entre les cages de laminage La première phase de laminage est effectuée sur la première cage, l'ébauche passe ensuite dans le poste de refroi- dissement accéléré, puis, après le temps d'attente néces- saire pour homogénéiser suffisamment la température entre la surface et l'intérieur de l'ébauche, est envoyée vers la deuxième cage pour la dernière phase de laminage. Un poste de refroidissement placé latéralement 5. à la ligne des rouleaux de laminage permet d'exécuter l'opération de réglage de la température en dehors de la ligne de laminageet de réintégrer l'ébauche dans la ligne de laminage au moment nécessaire pour l'enchainement op- timal des opérations. L'utilisation d'un poste de refroidissement placé latéralement à la ligne des rouleaux de laminage permet de réduire la longueur totale des tables à rou- leaux qui sont nécessaires pour le laminage. L'invention a également pour objet une machine permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette machine étant remarquable notamment en ce qu'elle comprend des moyens de support et de guidage de l'ébauche, et des moyens de refroidissement occultables commandés en fonc- tion du passage de l'ébauche de façon à ne refroidir l'ébauche que sur une partie centrale de sa surface, à l'exclusion des parties périphériques. Les moyens de refroidissement sont constitués d'un ensemble de rampes de projection d'un fluide de re- froidissement, parallèles les unes aux autres et à la surface de l'ébauche et disposées perpendiculairement à la direction de déplacement de l'ébauche, ces rampes étant placées au-dessus et au-dessous de l'ébauche et commandées par des détecteurs de passage et de dimension de l'ébauche. Les rampes de projection du fluide de refroi- dissement sont conçues pour délivrer un jet se présentant sous forme d'une nappe bidimentionnelle qui atteint l'é- bauche suivant la normale à sa surface Cette nappe est ainsi par exemple constituée d'un jet d'eau pulvérisée par un gaz sous pression tel que l'air. Un exemple d'une telle rampe est constitué d'un corps creux comportant en regard de la surface de l'ébauche une fente allongée à bords parallèles. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés qui représentent seulement un mode d'exécution. Sur ces dessins La Fig 1 est une vue générale en perspective 6. d'une machine de refroidissement d'ébauches selon la pré- sente invention disposée latéralement à une ligne de la- minage; la Fig 2 est une vue en perspective de la ma- chine de refroidissement d'ébauches selon la présente invention; et la Fig 3 est une vue schématique sur laquelle est montré le principe du refroidissement central sur une ébauche en cours de refroidissement. Sur la Fig 1 est représentée une machine de refroidissement 1 selon l'invention disposée latéralement à une ligne de laminage 2 comportant une cage de laminage 3 dans laquelle est engagée une ébauche 4 Après son pas- sage dans la cage de laminage 3, l'ébauche 4 est entraî- née sur la table à rouleaux 5 jusqu'à une position repré- sentée en 4 a o elle est alors évacuée de la table à rou- leaux pour être dirigée dans une direction perpendiculaire à l'axe de la ligne de rouleaux et introduite dans la machine de refroidissement 1. Les moyens de transfert de l'ébauche 4 a en direc- tion de la machine 1 afin de permettre son introduction dans cette dernière sont constitués dans le mode de réali- sation représenté par un ensemble de chainessans fin 6 a, 6 b, 6 c, 6 d, etc embrassant respectivement deux séries de roues à chaîne 7 a, 7 b, 7 c, etc et 8 a, 8 b, etc, qui sont solidaires de deux arbres 9 et 10 montés sur un bâti non représenté pouvant être animé d'un mouvement de trans- lation verticale représenté par la flèche en 11 Les chaînes 6 a, 6 b, 6 c, etc sont insérées entre deux rouleaux de la table à rouleaux 5 et, lorsque l'ensemble est re- levé, soulèvent l'ébauche 4 a et l'entraînent, comme indiqué par la flèche 12, vers la machine de refroidisse- ment 1 o elle est introduite. Ce dispositif de transfert à chaînes comporter de préférence un fonctionnement en deux phases, la pre- mière réalisant un mouvement rapide de translation de l'ébauche 4 a pour l'évacuer hors de la ligne 2, puis la deuxième réalisant un mouvement lent compatible avec la vitesse d'introduction dans la machine 1. Cette machine de refroidissement comporte une série de lignes de galets 13 dont la longueur est supé- rieure à la dimension maximale de l'ébauche que l'on veut refroidir Chaque ligne de galets est espacée par exemple de 650 à 900 mm, de sorte que l'on dispose entre elles, et à un niveau plus bas, des rampes inférieures 14 de pul- vérisation d'un fluide de refroidissement, parallèles aux lignes de galets 13 Des rampes supérieures 15 de pulvé- risation d'un fluide de refroidissement, parallèles aux lignes de galets 13 sont disposées de façon analogue mais au-dessus de la ligne-de galets, de façon à pouvoir pul- vériser un fluide de refroidissement sur la partie supé- rieure de l'ébauche Des lignes de galets supplémentaires 16 permettent de dégager complètement l'ébauche de la zone des rampes afin d'éventuellement les stocker, ou pour homogénéiser leur température avant réintroduction sur la ligne de laminage 2. Dans la disposition de la machine de refroidis- sement, placée latéralement à la ligne de laminage, les lignes de galets 13 sont perpendiculaires aux rouleaux de la table 5. Des détecteurs de passage de l'ébauche, qui peuvent être par exemple constitués de couples comprenant une source lumineuse et une cellule photoélectrique 17 et 17 a, 18 et 18 a, 19 et 19 a, déclenchent le fonctionne- ment des rampes 14 et 15 respectives correspondantes dès- que l'extrémité avant de l'ébauche, dans le sens de son déplacement, est passée et arrêtent le fonctionnement de ces rampes avant le passage de l'extrémité arrière de l'ébauche Ainsi, pour l'ébauche représentée en traits mixtes à la position 4 b, le couple de détecteurs 19, 19 a, mettra en fonctionnement les rampes inférieures et supé- rieures correspondantes, dès que l'extrémité avant sera passée, afin que les nappes bidimentionnelles de fluide de refroidissement délivrées par les rampes n'atteignent la surface de l'ébauche que sur une partie située en-deçà des zones immédiatement adjacentes à l'extrémité avant, alors que le couple de détecteurs 17 et 17 a interrompra le fonctionnement des rampes de pulvérisation inférieures 8. et supérieures correspondantes, afin que les zones adja- centes à l'extrémité arrière de la surface de l'ébauche ne soient pas soumises au refroidissement par les nappes de fluide projeté. Selon une variante, les détecteurs de passage de l'ébauche peuvent être constitués par des détecteurs de pression placés sur les lignes mêmes de galets. On peut également prévoir dans le dispositif de commande de la mise en fonctionnement des rampes un dispositif de temporisation afin de ne commander le dé- clenchement de la pulvérisation du fluide de refroidis- sement qu'à partir de deux couples de détecteurs de pas- sage placés respectivement à l'entrée et à la sortie de la machine de refroidissement, compte tenu de la vitesse de déplacement connue de l'ébauche. Des détecteurs de dimension de l'ébauche dans une direction perpendiculaire à la direction de dépla- cement de cette dernière sont placés respectivement à l'avant et à l'arrière de la machine, de façon à opérer une occultation de la longueur totale de pulvérisation des rampes 14 et 15 pour ne pas envoyer le fluide de re- froidissement sur les bords latéraux de l'ébauche 4 b en cours de refroidissement Ces détecteurs de dimension peuvent être par exemple également constitués de couples source lumineuse-cellule photoélectrique 20 et 20 a, 21 et 21 a, etc, la longueur de pulvérisation efficace de la rampe étant calculée pour qu'elle soit inférieure à la dimension de l'ébauche mesurée par ces détecteurs. Les lignes de galets sont animées en rotation par des moteurs électriques non représentés qui permet- tent de faire avancer l'ébauche de la ligne 2 de laminage vers les galets 16 ou inversement Ces lignes de galets peuvent être entraînées en rotation dans les deux sens de sorte qu'il est possible de faire subir à l'ébauche un deuxième passage dans la machine de refroidissement ou d'animer l'ébauche 4 b en refroidissement d'un mouve- ment d'oscillation sous les rampes de pulvérisation de fluide de refroidissement. 9. L'opération de refroidissement étant terminée, l'ébauche 4 b est renvoyée vers le dispositif de trans- fert à chaînes qui la reprend par un mouvement de trans- lation en sens inverse Le dispositif de transfert à chaînes est alors placé en position haute et ramène l'ébauche 4 b en position 4 a, puis les chaînes sont redes- cendues à un niveau inférieur à la partie supérieure de la table à rouleaux et l'ébauche est à nouveau entraînée dans un mouvement de translation vers la position 4 c pour les opérations de laminage ultérieures. On peut également, par inversion du sens de rotation des rouleaux de la table à rouleaux, ramener l'ébauche 4 a en direction de la cage de laminage 3. Il est également possible, à l'aide du dispo- sitif de transfert à chaînes de placer l'ébauche en attente dans une position 4 d de l'autre côté de la ligne de laminage par rapport à la machine 1. Sur la Fig 2, on a représenté en perspective la machine décrite précédemment sur la Fig 1 avec ses rampes supérieures 15 et inférieures 14 de pulvérisation qui sont respectivement alimentées en fluide de refroi- dissement par une conduite collectrice supérieure 22 et une conduite inférieure 23. Les rampes inférieures 14 sont disposées entre des lignes de galets 13 munies de moteurs électriques d'entraînement 24 L'ébauche 4 b en cours de refroidisse- ment reçoit un ensemble de rideaux de fluide de refroi- dissement supérieurs 25 et inférieurs 26 sur une partie centrale qui laisse à découvert une partie périphérique constituée par les extrémités avant et arrière, ainsi que par les rives de l'ébauche 4 b. 10. L'aspersion uniquement de la partie centrale de l'ébauche est représentée schématiquement à la Fig 3 sur laquelle on peut constater que la surface de l'ébauche soumise à aspersion présentant une petite dimension (a) et une grande dimension (b), est inférieure à la surface totale de l'ébauche dont la petite dimension est (A) et la grande dimension (B). L'aspersion de l'ébauche selon la dimension (a) est obtenue grâce à la mise en route et à l'arrêt des rampes de pulvérisation par l'intermédiaire des détecteurs de passage qui ont été décrits précédemment Par contre, l'aspersion selon la dimension (b) est obtenue grâce aux détecteurs de dimension de l'ébauche qui occultent une partie de la longueur totale des rampes de pulvérisation de façon à ne soumettre au refroidissement par des rideaux d'eau que la dimension (b). L'invention a été décrite précédemment en réfé- rence à une machine de refroidissement disposée latéra- lement par rapport à la ligne de laminage, mais il est également possible de placer ce poste de refroidissement dans la ligne des rouleaux de la table de laminage. Dans ce cas, les rampes de refroidissement sont placées au-dessus et audessous du passage de l'ébauche, entre les rouleaux de la table à rouleaux de laminage. La distance entre axes des rouleaux de laminage est'en général comprise entre 700 et 1000 mm et permet ainsi l'implantation de ces rampes de pulvérisation d'un fluide de refroidissement. On dispose entre chaque rouleau un ensemble de rampes de pulvérisation inférieures et supérieures, la longueur de ces rampes étant égale à celle des rouleaux de la table à rouleaux Des dispositifs d'occultation commandés par des détecteurs de dimension de l'ébauche dans une direction perpendiculaire à la direction de dé- placement de cette dernière,permettent d'ajuster la lon'g gueur de pulvérisation efficace de la rampe afin d'em- pêcher une pulvérisation de fluide de refroidissement sur les rives de l'ébauche et éviter ainsi un refroidis- sement des rives plus important que celui de l'ensemble 11. de l'ébauche. L'ébauche est engagée à vitesse constante dans le groupe de rampes de pulvérisation, l'action de chacune de ces rampes étant initiée un peu après le passage de l'extrémité avant de l'ébauche et interrompue un peu avant le passage de l'extrémité arrière de l'ébauche de façon à limiter l'écart de température entre les extrémités et les rives, d'une part, et la majeure partie du reste de l'ébauche, d'autre part. La machine fonctionne sur le même principe lors- qu'elle est disposée latéralement ou dans la ligne des rouleaux de la table à rouleaux de laminage, le sens du déplacement de l'ébauche étant toujours penpendiculaire aux rampes de pulvérisation du fluide de refroidissement. Le dispositif en ligne dans la table à rouleaux évite de transférer l'ébauche latéralement, mais présente l'inconvénient d'augmenter la longueur nécessaire de la table à rouleaux, ce qui amène à augmenter d'autant la longueur de la ligne de laminage Le choix entre les deux systèmes est donc à faire en fonction du coût total d'investisse- ment nécessaire Dans les installations existantes, le choix est, de plus, conditionné par les équipements en place, notamment le nombre et l'implantation des cages de laminage disponibles. 12. REVENDICATIONS 1 Procédé de refroidissement d'ébauches de tôles fortes en défilement en cours de laminage, caractérisé en ce qu'il consiste à ne refroidir que la partie cen- trale de la surface de l'ébauche, à l'exclusion des parties périphériques. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement de ladite partie centrale de l'ébauche en défilement est obtenu par projection d'un fluide de refroidissement à l'aide de rampes dis- posées parallèlement à la surface de l'ébauche et per- pendiculairement à la direction de défilement de cette dernière, la projection n'étant déclenchée, respective- ment pour chaque rampe, qu'après le passage de l'extré- mité avant de l'ébauche et étant arrêtée avant le pas- sage de l'extrémité arrière de l'ébauche dans le sens du défilement et la longueur utile de projection de chaque rampe étant réglée pour être inférieure à la di- mension de l'ébauche dans une direction perpendiculaire au défilement. 3 Procédé suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau pulvérisée par un gaz sous pression. 4 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le refroi- dissement est réalisé sur la ligne de rouleaux même de la table à rouleaux d'une cage de laminage. Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidisse- ment est réalisé latéralement à la ligne de rouleaux de la table à rouleaux d'une cage de laminage, par trans- fert de l'ébauche hors de cette ligne dans une direction perpendiculaire à l'axe de cette ligne. 6 Machine pour le refroidissement d'ébauches de tôles fortes en défilement, en cours de laminage, comprenant des moyens de support et de guidage de l'é- bauche ( 13), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de refroidissement occultables ( 14, 15) commandés 13. en fonction du passage de l'ébauche de façon à ne refroi- dir l'ébauche que sur une partie centrale de sa surface, à l'exclusion des parties périphériques. 7 Machine selon la revendication 6, caractéri- sée en ce que ces moyens de refroidissement sont consti- tués d'un ensemble de rampes de projection d'un fluide de refroidissement parallèles les unes aux autres et à la surface de l'ébauche et disposées perpendiculairement à la direction de déplacement de l'ébauche, ces rampes étant placées au-dessus et au-dessous de l'ébauche et commandées par des détecteurs de passage ( 16, 16 a; 17, 17 a; 18, 18 a; etc > et de dimension de l'ébauche ( 19, 19 a; 20, 20 a; etc). 8 Machine selon la revendication 6 ou 7, carac- térisée en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau pulvérisée par un gaz sous pression sous forme d'une nappe bidimentionnelle atteignant l'ébauche norma- lement à sa surface. 9 Machine selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle est placée dans l'axe de la ligne des rouleaux de la table à rou- leaux de la cage de laminage, les rampes étant parallèles aux rouleaux et disposées respectivement au-dessus et au- dessous de la table à rouleaux. 10 Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle est placée la- téralement à la ligne des rouleaux de la table à rouleaux de la cage de laminage, de telle sorte que ses rampes de projection soient perpendiculaires aux rouleaux de la table.