Brevet FR2675718A1 — publié le 19921030

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de refroidissement d'un profilé en cours de laminage. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé et un tel dispositif permettant d'établir une température homogène dans le profilé, propre à prévenir des déformations du profilé dues à des dilatations différentielles de celui-ci résultant de la présence de gradients de température. Sur la figure 1 du dessin annexé, on a représenté schématiquement un laminoir de profilés métalliques qui comprend classiquement un train de rouleaux de laminage 1 disposé entre deux postes de refroidissement 2 et 3. Le profilé passe et repasse dans les deux sens entre les rouleaux du train 1, comme indiqué par les flèches, avant de traverser un train de finition 4 puis un poste de refroidissement final 5 où il subit une trempe douce, par exemple. La distribution des températures dans un profilé en cours de laminage n'est pas uniforme. Certaines régions sont plus chaudes que d'autres, comme on peut l'observer à l'oeil nu par les différences de couleurs de la surface du profilé, qui peut varier du jaune vif au rouge sombre. Sur un profilé en I tel que celui représenté en coupe transversale à la figure 4 du dessin annexé, les zones les plus chaudes apparaissent concentrées autour des jonctions de l'âme et des ailes, ce que l'on explique par la présence, à cet endroit, d'une valeur maximale du rapport volume de matière/surface exposée qui accroît le flux thermique à travers la surface (schématisée par les contours en trait interrompu de cette figure) par rapport au flux thermique observé sur les faces parallèles de l'âme et des ailes. Les gradients de température qui en résultent sont générateurs de dilatations différentielles susceptibles de déformer le profilé. Pour tenter d'atténuer ces déformations, on a déjà proposé de refroidir le profilé, dans les postes de refroidissement 2 et 3, en faisant passer celui-ci entre des séries de buses alignées parallèlement à la direction du défilement du profilé et centrées par exemple dans le plan médian des ailes d'un profilé en I pour arroser symétriquement la surface extérieure des ailes avec de l'eau pulvérisée de refroidissement. Les buses sont circulaires et diffusent donc l'eau pulvérisée sur des surfaces circulaires du profilé, alignées parallèlement à la direction de défilement de ce profilé. Il en résulte à tout instant une certaine modulation spatiale, parallèlement à cette direction, de la largeur de la surface du profilé qui est soumise à l'aspersion d'eau pulvérisée. Les jets d'eau peuvent, en cas de chevauchement de leurs zones d'impact, interférer les uns dans les autres et établir une modulation spatiale du débit d'eau reçu, ce qui renforce encore l'inhomogénéité spatiale d'aspersion du profilé, que son défilement devant les buses traduit en une modulation temporelle défavorable à l'obtention du résultat recherché, à savoir un refroidissement continu et bien contrôlé du profilé propre à prévenir toute dilatation différentielle et donc toute déformation de celui-ci. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif de refroidissement d'un profilé en cours de laminage, propres à réduire au minimum les gradients de température dont la distribution inégale pourrait engendrer des déformations et/ou contraintes résiduelles du profilé par un refroidissement d'une intensité dont la distribution transversale reste parfaitement identique parallèlement à la direction de défilement du profilé en cours de laminage. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif, qui permettent d'assurer une distribution transversale de l'intensité de refroidissement conforme à la distribution transversale des flux thermiques à absorber pour assurer la réduction des gradients de températures. La présente invention a encore pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif permettant de moduler la couverture angulaire de la distribution d'eau de refroidissement, pour adapter le dispositif aux dimensions du profilé à traiter. On atteint ces buts de l'invention ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la présente description avec un procédé de refroidissement d'un profilé en cours de laminage, suivant lequel on arrose le profilé avec de l'eau pulvérisée par au moins un pulvérisateur linéaire allongé parallèlement à la direction de défilement du profilé et orienté de manière à confiner l'émission d'eau pulvérisée dans un dièdre s'ouvrant plus ou moins transversalement pour arroser une bande plus ou moins large de la surface extérieure du profilé. En arrosant ainsi la surface du profilé avec un pulvérisateur coextensif, on assure une parfaite homogénéité spatiale et temporelle de la distribution d'eau pulvérisée, libre d'éventuels remouillages néfastes que l'on peut observer lorsqu'on utilise des jets d'eau discrets écartés les uns des autres longitudinalement avec un pas constant ou variable. Suivant l'invention on pulvérise l'eau en l'introduisant par une fente rectiligne passant entre deux autres fentes parallèles alimentées avec de l'air sous pression assurant le fractionnement et la projection de l'eau. Suivant une caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, on concentre le refroidissement dû à l'eau pulvérisée sur au moins une zone longitudinale prédéterminée de la surface du profilé, telle qu'une zone correspondant au raccordement de deux parties du profilé (une âme et une aile par exemple). Avantageusement encore, on ajuste l'ouverture du dièdre dans lequel l'eau pulvérisée est confinée, par un réglage du débit d'eau de manière à ajuster l'étalement transversal de l'eau pulvérisée sur la surface du profilé de part et d'autre d'un plan de symétrie longitudinale du pulvérisateur. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif qui comprend au moins un pulvérisateur linéaire allongé et orienté vers au moins une partie de la surface du produit, des moyens pour alimenter une fente rectiligne formant partie de ce pulvérisateur en eau de refroidissement et des moyens pour pulvériser l'eau sortant de ladite fente. Le dispositif comprend avantageusement des moyens de réglage du débit d'eau et des moyens de montage permettant le réglage de la position et/ou de l'inclinaison relative du pulvérisateur par rapport au profilé. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprend une pluralité de pulvérisateurs linéaires montés autour de l'axe de défilement du profilé pour arroser chacun une zone longitudinale prédéterminée de la surface du profilé. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma en coupe longitudinale d'un laminoir pour profilé, présenté en préambule de la présente description, - la figure 2 est un schéma en coupe transversale du dispositif de refroidissement suivant l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'un pulvérisateur linéaire utilisé dans le dispositif de la figure 2, et - la figure 4 est un schéma en coupe d'un profilé en I refroidi suivant la présente invention, schéma utile à la description du fonctionnement du procédé selon l'invention. Comme on l'a vu plus haut, le dispositif suivant l'invention est conçu pour constituer un ou plusieurs des postes de refroidissement 2,3 ou 5 du laminoir schématisé sur la figure 1. A la figure 2, il apparaît que le dispositif suivant l'invention comprend une pluralité de pulvérisateurs linéaires 6,7,8,9 supportés de manière à arroser diverses parties de la surface d'un profilé 10 porté par des rouleaux moteurs Il pour circuler sur une trajectoire T (voir figure 1) dans un laminoir. A titre d'exemple illustratif mais non limitatif, le profilé représenté est une poutre de forte section normalisée en I ou H et progresse dans le laminoir, comme il est classique, avec son âme 12 dans un plan horizontal et ses ailes 13,13' dans des plans verticaux. Les pulvérisateurs 6, 7 et 8 sont supportés par un cadre 14 alors que le pulvérisateur 9 se trouve sous le profilé, à l'intérieur d'un réservoir 15 qui draine l'eau ayant ruisselé sur le profilé dans sa traversée d'un poste de refroidissement. Les pulvérisateurs 6 et 8 sont supportés par des moyens de montage 16 permettant, comme schématisé par les flèches F1 et F2 de déplacer ces pulvérisateurs horizontalement et verticalement, respectivement, par rapport au profilé et voire même de l'incliner vers le haut ou vers le bas comme schématisé par la flèche F3. Les pulvérisateurs 6 et 8 arrosent ainsi les faces externes des ailes du profilé. Le pulvérisateur 7 est monté dans le cadre 14 au-dessus du profilé de manière à arroser son âme 12.Ce pulvérisateur 7, comme le pulvérisateur inférieur 9, peut être déplacé de haut en bas et/ou de droite à gauche, voire même incliné. On remarquera que la multiplicité de ces réglages permet d'adapter toute installation à de nombreuses conformations de profilé. Des guides ou rouleaux de centrage 17, 17' servent classiquement à guider latéralement le profilé dans sa traversée du poste de refroidissement, de même que dans les autres parties du laminoir. On a représenté à la figure 3 un pulvérisateur linéaire utilisable dans le dispositif de la figure 2. Ces pulvérisateurs sont d'un type connu, décrits dans la demande de brevet internationale WO 89/10203 déposée au nom de la demanderesse. Comme décrit dans ce document, le pulvérisateur se présente sous la forme d'un long caisson parallélépipédique 20 dont la partie inférieure est aménagée pour former deux gaines d'air indépendantes 23 et 24 séparées, dans le plan de symétrie longitudinal vertical du caisson 20, par un passage ou fente 25. Les gaines sont fermées selon une de leur face longitudinale par des carters étanches 22 et sont alimentées en air sous pression à l'une de leurs extrémités 26.La partie intérieure des gaines comporte des moyens 27 d'éjection dirigés de l'air sous pression, lesdits moyens s'étendant longitudinalement de part et d'autre de la fente 25 par laquelle arrive l'eau de refroidissement. La partie supérieure du caisson 20 loge une chambre 28 longitudinale, alimentée en eau de refroidissement à l'une de ses extrémités par un conduit 29 connecté à la fente 25. On pourra se reporter à la demande de brevet précitée pour plus de détails concernant ces pulvérisateurs, demande où ceux-ci sont utilisés dans un tout autre agencement, pour le refroidissement de tôles et non de profilés. Comme décrit plus complètement à la demande de brevet précitée, l'eau sortant par la fente 25 d'un pulvérisateur est pulvérisée par de l'air sous pression sortant des fentes de sortie adjacentes des gaines 23, 24 du pulvérisateur. Suivant l'invention, on tire parti de la forme allongée d'un tel pulvérisateur pour disposer celui-ci parallèlement à une surface en regard allongée du profilé de manière que le brouillard d'eau pulvérisée projeté par ce pulvérisateur vienne arroser cette surface. Le caractère coextensif du pulvérisateur et du profilé en défilement permet une parfaite adéquation de l'extension spatiale de ce brouillard avec la distribution de températures à homogénéiser, comme on va l'expliquer maintenant en liaison avec le schéma de la figure 4. Sur cette figure, on a représenté seulement, pour la clarté de l'exposition, le profilé 10 et les pulvérisateurs 7 et 8 qui refroidissent respectivement une face de l'âme 12 et d'une aile 13' de ce profilé, dans le dispositif de la figure 2. Les parties 231,241, 25î et 232,242,252 des pulvérisateurs 7 et 8, respectivement, correspondent aux parties 23,24,25 du pulvérisateur de la figure 3. On a également représenté les graphes des flux thermiques de refroidissement Fx et Fy établis par les pulvérisateurs 7 et 8, respectivement, sur les surfaces en regard du profilé. Le graphe Fy fait apparaître plusieurs caractéristiques de la distribution du flux thermique de refroidissement sur l'aile 13', obtenues grâce à un pulvérisateur du type représenté à la figure 3, caractéristiques qui sont exploitées avantageusement dans le procédé et le dispositif de refroidissement suivant l'invention. Tout d'abord le graphe Fy prend la forme générale d'une courbe en cloche centrée sur le plan de symétrie du pulvérisateur 8, confondu avec celui de l'âme 12 du profilé par un montage approprié du pulvérisateur 8 dans le cadre 14 du dispositif de la figure 2. Or, comme on l'a vu plus haut, c' est au droit de la partie haute de cette cloche que la température du profilé présente une zone plus chaude, au niveau du raccordement de l'aile 13' et de l'âme 12. Cette zone plus chaude est donc refroidie plus énergiquement ce qui contribue efficacement et de manière avantageuse à l'établissement d'une température plus uniforme sur l'aile, propre à minimiser d'éventuelles dilatations différentielles et les déformations du profilé qui leur sont associées, conformément à un but essentiel de la présente invention. Sur la figure 4, on a représenté deux graphes du flux Fy, l'un en trait plein l'autre en trait interrompu. I1 apparaît que le graphe en trait plein est plus étalé que celui en trait interrompu. Suivant la présente invention, on fait varier l'étalement de la pulvérisation d'eau, et donc l'angle d'ouverture e du dièdre dans lequel l'eau pulvérisée est confinée, par un simple ajustement du débit d'eau fourni au pulvérisateur représenté sur la figure 3. On observera incidemment que le sommet du graphe ne varie pas sensiblement lorsque le débit varie. On comprend qu'il est ainsi aisé d'adapter l'angle e à la hauteur de l'aile 13' du profilé, lorsque le dispositif suivant l'invention doit être adapté au traitement de profilés de dimensions différentes. Cette deuxième caractéristique donne à ce dispositif une grande souplesse d'adaptation. Si l'on considère maintenant la distribution de flux thermique de refroidissement F: établie par le pulvérisateur 7 sur la face supérieure de l'âme 12 du profilé 10, il apparaît que cette distribution reste sensiblement constante sur toute la largeur de l'âme. Cette distribution résulte en fait d'une déformation de la distribution en cloche étudiée plus haut en liaison avec le pulvérisateur 8, par des effets de bord dus à la présence des ailes 13,13' aux extrémités de l'âme 12, de ruissellements d'eau dans les angles âme/aile renforçant localement le flux thermique de refroidissement comme schématisé en trait tireté à la figure 4. Une telle distribution uniforme convient parfaitement au refroidissement de l'âme dont l'épaisseur constante n'exige pas de renforcements locaux du flux de refroidissement, hormis à la jonction avec les ailes. Ainsi, dans son application au refroidissement d'un profilé, il apparaît que le dispositif suivant 1 'invention permet d'établir des flux de refroidissement adaptés aussi bien à une aile qu'à l'âme du profilé, ceci avec des pulvérisateurs d'un type unique, possibilité qui illustre encore la souplesse d'adaptation du dispositif de refroidissement suivant 1' invention. Suivant une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, la position latérale et extérieure des pulvérisateurs par rapport aux moyens de guidage 17,17' permet de disposer ces pulvérisateurs très près du laminoir 1, voire à l'intérieur même de ce laminoir, là où leur action est la plus efficace. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi on pourrait utiliser des gaz autres que l'air et des liquides autres que l'eau dans les pulvérisateurs du dispositif suivant l'invention. De même, l'invention n' est pas limitée au refroidissement du profilé représenté et s'étend au contraire à tout type de profilés, en H, en U, à des cornières, etc..., l'adaptation de la distribution en cloche du flux de refroidissement à tel ou tel type de profilé, en présence notamment d'un raccordement de parties du profilé, relevant des connaissances normales de l'homme de métier exploitant les enseignements de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'un profilé en cours de laminage, caractérisé en ce qu'on arrose le profilé (10) avec de l'eau pulvérisée par au moins un pulvérisateur linéaire (6,7,8,9) allongé parallèlement à la direction de défilement du profilé (10) et orienté de manière à confiner l'émission d'eau pulvérisée dans un dièdre s'ouvrant plus ou moins transversalement pour arroser une bande plus ou moins large de la surface extérieure du profilé. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on pulvérise l'eau en l'introduisant par une fente (25) rectiligne passant entre deux autres fentes (23, 24) parallèles alimentées avec de l'air sous pression assurant le fractionnement et la projection de l'eau. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on concentre le refroidissement dû à l'eau pulvérisée sur au moins une zone longitudinale prédéterminée de la surface du profilé. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite zone correspond au raccordement longitudinal de deux parties (12,13;12',13') du profilé. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on ajuste l'ouverture (o) du dièdre dans lequel est confinée l'eau pulvérisée par un réglage du débit d'eau. 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on ajuste la position et/ou l'inclinaison relative du pulvérisateur par rapport à la surface du profilé à arroser. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un pulvérisateur linéaire allongé (6,7,8,9) et orienté vers au moins une partie de la surface du profilé (10), des moyens (29) pour alimenter une fente rectiligne (25) formant partie de ce pulvérisateur en eau de refroidissement et des moyens (23,24,26) pour pulvériser l'eau sortant de ladite fente. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de pulvérisation alimentent en air sous pression deux fentes (23,24) longitudinales séparées par la fente (25) alimentée en eau. 9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que la pulvérisation présente un plan de symétrie parallèle à la direction de défilement du profilé, ce plan de symétrie coïncidant avec un plan de symétrie longitudinal de la face arrosée du profilé. 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit plan de symétrie du pulvérisateur (6,8) passe par un raccordement longitudinal de deux parties (12,13;12',13') du profilé (10). 11. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage du débit d'eau, pour ajuster l'ouverture e du dièdre dans lequel est projetée l'eau pulvérisée. 12. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de montage (16) permettant le réglage de la position et/ou de l'inclinaison relative du pulvérisateur par rapport au profilé. 13. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de pulvérisateurs linéaires (6,7,8,9) montés autour de l'axe de défilement du profilé (10) pour arroser chacun une zone longitudinale prédéterminée de la surface du profilé. 14. Dispositif conforme à la revendication 13, adapté au refroidissement d'un profilé symétrique en I ou H, caractérisé en ce qu'il comprend deux pulvérisateurs (6,8) établissant des flux de refroidissement à distribution en cloche sur la face extérieure des ailes (13,13') du profilé et deux pulvérisateurs (7,9) établissant des flux de refroidissement à distribution sensiblement uniforme sur les deux faces opposées de l'âme (12) du profilé.