Brevet FR2797205A1 — publié le 20010209

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de tubes en cuivre. Elle vise aussi les tubes en cuivre obtenus par ce procédé. Elle vise encore une unité de production de tubes en cuivre, dans laquelle est mis en oeuvre ce procédé. Pour la suite de la description, un tube est défini comme ayant une longueur, un profil extérieur, un profil intérieur et une épaisseur, qui est la différence entre la dimension radiale du profil extérieur et la dimension radiale du profil intérieur, pour une section donnée. Ces tubes peuvent présenter une section uniforme ou variable le long de leur longueur. lis peuvent présenter un profil intérieur et un profil extérieur circulaires pour une- section donnée. Ou bien ils peuvent présenter un profil intérieur ou extérieur non circulaire pour une section donnée. Enfin, les tubes peuvent être rectilignes ou enroulés en couronne. Pour simplifier la description, toutes les formes possibles sont rassemblées sous le terme tube . On connait déjà des procédés de fabrication de tubes en cuivre, qui sont mis en oeuvre dans des unités de production très importantes, par exemple une production de 30000 ou de 60000 tonnes de produits finis par an. Les procédés de fabrication de tubes en cuivre comprennent plusieurs étapes successives de tranformation, généralement à partir de blocs ou billettes. On rappelle que les blocs ou billettes sont des unités de métal calibrées en forme et en poids issues de la découpe de lingots issus eux-mêmes de la fusion de ce métal dans des fours, lesdits fours de fusion étant alimentés par des lingots affinés ou par des déchets de ce métal, ou encore par l'intermédiaire de cathodes de ce métal. Un premier procédé connu de l'art antérieur comprend une première étape d'extrusion et une deuxième étape de laminage qui précèdent une étape d'étirage/enroulage et des étapes multiples d'étirage en couronnes. Un second procédé connu de l'art antérieur comprend seulement une étape d'extrusion qui précède l'étape d'étirage /enroulage et les étapes multiples d'étirage en couronnes. Suivant les procédés de l'art antérieur, l'extrusion se fait dans une filière d'extrusion dont les surface en contact avec la billette de cuivre sont lubrifiées au moyen d'un lubrifiant carboné, par exemple un bâton de graphite ou des huiles graphitées. Lesdites surfaces sont notamment les surfaces de la filière elle-même, de l'aiguille et du conteneur auquel est reliée ladite filière. Les lubrifiants carbonés présentent l'inconvénient de transmettre au cuivre extrudé des résidus carbonés. La présence de ces résidus carbonés constitue des défauts et est une cause de diminution des propriétés mécaniques des tubes obtenus. Les_ procédés de l'art antérieur comprennent environ sept à quinze étapes successives d'étirage en couronnes. Les opérations d'extrusion et/ou de laminage comprises dans les deux procédés de l'art antérieur nécessitent l'utilisation de machines très encombrantes et onéreuses, qui pour ces raisons, sont installées dans des unités de production très importantes. Depuis toujours, les unités de production de tubes en cuivre selon les procédés connus ont été développées pour aller dans le sens d'une plus grande productivité passant par un alourdissement du parc machines on a cherché à utiliser des machines de plus en plus gigantesques, pour fabriquer des volumes de plus en plus importants de produits finis en respectant des temps de cycles de plus en plus courts, et sans augmenter les effectifs de personnel. L'innovation n'a jusqu'à présent porté que sur l'amélioration des machines de fabrication. Par exemple, un premier type connu d'unité de production de tubes en cuivre emploie environ 560 personnes, pour une production annuelle de 85000 tonnes de produits finis, et sa productivité est d'environ 150 tonnes par personne, pour une énergie dépensée d'environ 0.3 kW par heure et par tonne de produit fini. D'une façon analogue, un second type connu d'unité de production de barres et/ou de tubes en cuivre emploie environ 300 personnes, pour une production annuelle de 30000 tonnes, et sa productivité est d'environ 100 tonnes par personne, pour une énergie dépensée d'environ 0.6 kW par heure et par tonne de produit fini. Les poids unitaires de produits finis traités sont des poids importants qui dépassent une centaine de kilogramme, et nécessitent une main d'oeuvre spéciale pour la manutention. De plus, les cycles de production durent plusieurs semaines, typiquement deux à trois semaines. En effet, ces procédés nécessitent des stocks intermédiaires entre leurs différentes étapes. L'inconvénient majeur de ces unités de production, est que pour rentabiliser et nourrir l'outil de production, ce sont les commandes les plus importantes en terme de volume qui sont favorisées, au minimum une tonne de produits finis, avec des stocks importants de produits finis, au détriment des commandes de faible volume ou de petites série, typiquement 200 kg de produits finis, qui ne peuvent être satisfaites. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des procédés de fabrication et des unités de production de l'art antérieur. Le procédé selon l'invention se propose de fournir les commandes de volume important et les commandes de faible volume, tout en améliorant la rentabilité des unités de production et leur productivité. Contrairement aux innovations de l'art antérieur, qui ont toujours porté sur l'amélioration des machines, l'invention propose un nouveau procédé de fabrication de tubes en cuivre, dont la mise en oeuvre est plus simple et plus souple que celle des procédés de l'art antérieur, et qui permet de réduire à la fois les délais et les coûts de fabrication. Ce procédé est mis en oeuvre dans des unités de production spécifiques. Selon l'invention, le procédé de fabrication de tubes en cuivre, à partir de billettes issues de la découpe de lingots issus eux-mêmes de la fusion de cuivre dans des fours, lesdits fours de fusion étant alimentés par des lingots affinés ou par des déchets de cuivre, ou encore par l'intermédiaire de cathodes de cuivre, comprend une étape d'extrusion des billettes dans une presse à filer, pour obtenir des ébauches de tubes en couronnes, ladite étape étant effectuée sans étapes complémentaires de laminage et d'étirages multiples. Selon un autre aspect ou mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, on utilise une presse à filer spécifique, par laquelle la force appliquée aux billettes est beaucoup plus faible qu'avec les presses de l'art antérieur, et la pression appliquée est beaucoup plus grande qu'avec les presses de l'art antérieur. Selon encore un autre aspect ou mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, la lubrification des surfaces en contact avec le cuivre extrudé, notamment celles de la filière d'extrusion, de l'aiguille de la filière et du conteneur auquel est reliée la filière, est réalisée avec un lubrifiant minéral. Le lubrifiant minéral est de préférence du silicate de magnésium hydraté ou talc. Un avantage du procédé selon l'invention est qu'en supprimant des étapes de laminage et d'étirage/enroulage multiples qui étaient indispensables dans les procédés de l'art antérieur, elle réduit le nombre d'opérations nécessaires, la durée de fabrication, et nécessite moins de personnel. Un autre avantage du procédé selon l'invention est qu'il supprime le phénomène de pollution des tubes en cuivre par des résidus carbonés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et qui est illustrée par les deux figures annexés - la figure 1 illustre schématiquement les deux procédés de l'art antérieur mentionnés ci-dessus ; - la figure 2 illustre schématiquement le procédé selon l'invention. Comme représenté sur la figure n 1 qui illustre les procédé de l'art antérieur, les billettes subissent tout d'abord une opération d'extrusion dans des presses à filer. Ainsi des billettes de section circulaire présentant sensiblement une longueur 60 cm et un diamètre 35 cm deviennent des tubes présentant sensiblement une longueur 9 m et un diamètre 10,2 cm, et une épaisseur de 11 mm. Puis ces tubes subissent, selon le procédé n 1 de l'art antérieur (repère 1 de la figure n 1) une opération de laminage dans un laminoir. Ainsi ils sont transformés en tubes sensiblement de longueur 150 m, de diamètre 40 mm, et d'épaisseur 2 mm. Cette étape est inexistante dans le procédé n 2 de l'art antérieur (repère 2 de la figure n 1). Ensuite, selon le procédé n 1 et selon le procédé n 2, ces tubes résultants subissent une opération d'étirage/enroulage et sont transformés en couronnes. Ces tubes en couronne présentent sensiblement un diamètre extérieur de 34 mm et une épaisseur de 1,7 mm. Les tubes en couronnes subissent alors des étapes multiples et successives d'étirage en couronne (repère 3 de la figure 1). Les couronnes peuvent ensuite subir (repère 4 de la figure 1) des étirages multiples en continu, suivis d'un dressage et d'une coupe à longueur pour obtenir des tubes rectilignes de longueur commerciale, avant que ne soit effectuée leur finition. Les tubes obtenus sont dits tubes écrouis en longueur droite. Les dimensions commerciales sont par exemple des tubes de longueur 4 ou 5 m, de diamètre 12 mm, et d'épaisseur 1 mm. Selon une variante (repère 5 de la figure 1), les couronnes après les étirages multiples peuvent ne pas être transformées en tubes droits écrouis et rester sous forme de couronnes qui subissent une opération de finition : coupe en couronnes de longueur commerciale, et de recuit final. Puis dans tous les cas, pour les tubes droits et pour les tubes en couronnes, ont lieu des opérations classiques de conditionnement avant stockage et/ou livraison aux clients. Le procédé selon l'invention relève d'une logique différente de celle qui prévaut depuis toujours, et va au contraire à l'encontre des pratiques habituelles auxquelles se réfère l'homme du métier. Selon l'invention, on se donne pour objectif une production annuelle beaucoup plus faible que celles des procédés de l'art antérieur : soit environ 5000 tonnes annuelles de produits finis, au lieu de 30000 ou 85000 tonnes. Le procédé selon l'invention supprime les opérations de laminage et d'étirages multiples classiques et ne comprend qu'une opération d'extrusion spécifique, au moyen d'une presse à filer de puissance nominale donnée, bien plus faible que dans l'art antérieur, et avec une pression prédéterminée appliquée aux billettes, qui est bien plus importante que dans l'art antérieur. Selon l'invention, illustrée schématiquement à la figure 2, on part de billettes qui présentent un poids sensiblement égal, aux pertes de transformations près, au poids du produit fini désiré, typiquement une vingtaine de kg. Les billettes sont directement transformées en tubes dont les dimensions sont proches de celles du produit fini, par un passage dans une presse à filer spécifique. Cette extrusion se fait de préférence par filage de tubes en couronne sous eau, à une température d'environ 900 C, et conduit à des ébauches de tubes en couronnes. Ensuite, et suivant le type de produits finis désirés, le procédé se décompose en quatre possibilités alternatives - Si les produits issus de la presse à filer présentent déjà les côtes désirées par l'utilisateur et qu'elles doivent être livrées à l'état recuit, ils peuvent être directement contrôlés conditionnés et livrés : repère 1 de la figure 2. - Sinon, si les produits doivent être livrés à l'état écroui ou si des côtes particulières ont été demandées, les produits issus de la presse à filer sont traités comme des ébauches de tubes en couronnes qui se rapprochent des produits finis recherchés : repères 2, 3, 4 de la figure 2. Dans ce cas, les ébauches de tubes en couronnes sont - soit soumises à un étirage de finition, en une passe maximum, puis recuites pour une livraison en couronne : repère 3 de la figure 2, - soit soumises à une passe d'étirage/dressage de finition, pour obtenir des portions rectilignes qui sont coupées à longueur pour une livraison en tubes rectilignes : repère 2 de la figure 2, - soit soumises à une passe d'étirage en couronnes de finition, puis recuites pour une livraison en couronne : repère 3 de la figure 2, - soit soumises à une passe d'étirage de finition en couronnes et une passe d'étirage/dressage de finition, pour obtenir des portions rectilignes qui sont coupées à longueur pour une livraison de tubes rectilignes ayant des côtes particulières, généralement des très petites épaisseurs, de l'ordre de 0,4 mm : repère 4 de la figure 2, Dans tous les cas, se déroule ensuite une phase classique de conditionnement avant stockage et livraison. Des opérations de contrôles de qualités sont également prévues pour chaque variante du procédé. Des exemples de procédé selon l'invention, conduisant à l'obtention de tubes à section uniforme circulaire et de diamètres intérieur et extérieur uniformes, sont décrits ci-après: Premier exemple (repère 1 de la figure 2) - on part de billettes de diamètre120 mm, pesant 21 kg, - on procède à une opération d'extrusion, dans une presse à filer avec aiguille, du type à sortie sous eau, à 900 C, - on obtient une ébauche de tube en couronnes de longueur 67 m, de diamètre 12 mm et d'épaisseur 1 mm, pour un diamètre de couronne de 1400 mm, - on pratique alors une opération de déroulage, une coupe des extrémités, suivie d'une opération de réenroulage pour obtenir une couronne de dimension commerciale, et pesant 20 kg. Deuxième exemple (repère 2 de la figure 2 - on part de billettes de diamètre 120 mm, pesant 21 kg, - on procède à une opération d'extrusion, dans une presse à filer aveec aiguille, du type à sortie sous eau, à 900 C, - on obtient une ébauche de tubes en couronnes de longueur 47 m, de diamètre 12,5 mm et d'épaisseur 1,4 mm, pour un diamètre de couronne de 1400 mm, - on procède alors à une opération d'étirage/dressage à coupe à longueur pour obtenir des tubes rectilignes de longueur 5 m, de diamètre extérieur 12 mm et d'épaisseur 1 mm, et pesant 1,55 kg. Troisième exemple (repère 3 de la figure 2) - on part de billettes de diamètre 120 mm, pesant 21 kg, - on procède à une opération d'extrusion, dans une presse à filer aveec aiguille, du type à sortie sous eau, à 900 C, - on obtient une ébauche de tubes en couronnes de longueur 47 m, de diamètre 15 mm et d'épaisseur 1,2 mm, pour un diamètre de couronne de 1400 mm, - on procède alors à une opération d'étirage de couronne à couronne et enroulage simultané pour obtenir des tubes de dimensions commerciales, soit un diamètre extérieur de 12 mm et une épaisseur de 0,5 mm, présentés en couronnes de 20 kg. Quatrième exemple (repère 4 de la figure 2 - on part de billettes de diamètre 120 mm, pesant 21 kg, - on procède à une opération d'extrusion, dans une presse à filer aveec aiguille, du type à sortie sous eau, à 900 C, - on obtient une ébauche de tubes en couronnes de longueur 47 m, de diamètre 17 mm et d'épaisseur 1,2 mm, pour un diamètre de couronne de 1400 mm, - on procède alors à une opération d'étirage de couronne à couronne et enroulage simultané pour obtenir des tubes de dimensions commerciales, soit de diamètre extérieur 15 mm et d'épaisseur 1,15 mm, présentés en couronnes de 20 kg. - on procède ensuit à une opération d'étirage/dressage à coupe à longueur pour obtenir des tubes rectilignes de longueur 5 m, de diamètre extérieur 12 mm et d'épaisseur 0,5 mm, et pesant 0,8 kg. Ensuite tous les produits obtenus font l'objet d'un contrôle et d'un conditionnement, selon des méthodes classiques, et sont stockés et livrés aux clients. Ainsi le procédé selon l'invention prévoit une seule étape d'extrusion dans une presse à filer, là où il y a dans l'art antérieur des étapes d'extrusion, de laminage, d'étirage/enroulage, puis d'étirages multiples pour obtenir les dimensions voulues. II a été constaté selon l'invention que, contrairement aux préjugés de l'homme du métier, le fait de ne procéder qu'à une seule étape d'extrusion au lieu de plusieurs étapes progressives d'extrusion, de laminage et d'étirages multiples, ne nuit pas à la qualité du produit fini, ce qui constitue un résultat pour le moins surprenant. Le procédé selon l'invention va à l'encontre de la pratique habituelle de l'homme du métier, qui consiste à installer des unités de production de plus en plus importantes pour rentabiliser les machines à extruder, à laminer et à étirer, machines qui nécessitent de disposer d'un espace considérable. Cette démarche habituelle de l'homme de métier se traduit dans la pratique par une concentration des moyens de production dans des unités importantes, dimensionnées pour loger des machines gigantesques. Au contraire, selon l'invention, on utilise des presses à filer de dimensions plus modestes, qui s'intègrent dans des unités de production de volume beaucoup plus faible. Des exemples de presses à filer utilisées sont réunis dans le tableau 1, où sont comparés deux exemples de procédés selon l'art antérieur, et un exemple de procédé selon l'invention. Les machines sont caractérisées par la force et par la pression appliquées aux billettes, pour des billettes ayant des dimensions adaptées au procédé en question. Diamètre / poids force pression des billettes appliquée appliquée Procédé n 1 de 35 cm 31,5. 105 daN environ l'art antérieur 500 kg 40 daN/mm2 Procédé n 2 de 60 cm 60. 105 daN environ l'art antérieur 1000 kg 20 daN/mm2 Procédé selon 12 cm 9 . 105 daN sensiblement l'invention 21 kg 80 daN/mm2 Tableau 1 Les avantages du procédé selon l'invention sont nombreux. Les unités de production dans lesquelles peut être mis en oeuvre ce procédé sont des unités beaucoup plus légères que les unités de l'art antérieur, et leurs performances sont améliorées. Typiquement il y a une seule presse à filer par unité de production. Avec le procédé selon l'invention, une unité de production de 20 personnes peut produire 5000 tonnes annuelles de produits finis, pour une consommation énergétique d'environ 0,18 kW par heure et par tonne. La rentabilité d'une telle unité de production est donc supérieure à celle des unités de production de l'art antérieur, et sa consommation énergétique est beaucoup plus faible. Les délais de fabrication sont considérablement réduits : on passe de cycles de deux ou trois semaines à des cycles de trois ou quatre jours, et on évite les stocks intermédiaires. Les dimensions d'une telle unité de production sont donc beaucoup plus faibles, et on peut envisager d'installer des unités de production près des zones urbaines, ce qui diminue les coûts de transport pour livrer les . produits finis aux utilisateurs. Cette situation est encore favorisée par le fait que les petites unités de production génèrent des pollutions moindres que les les grandes unités, et peuvent donc être rapprochées des centres urbains. Un autre avantage est que les productions envisagées dans les unités de production dans lesquelles est mis en oeuvre le procédé selon l'invention sont des productions dont le volume annuel est beaucoup plus faible que celui des unités de production de l'art antérieur : environ 5000 tonnes au lieu de 30000 ou 85000 tonnes. Par conséquent, des commandes de faible quantité peuvent être satisfaites et des niches de marché peuvent être développées. Cette situation est encore améliorée par le fait que la proximité de la production et des utilisateurs permet une meilleure communication et une meilleure écoute des besoins des utilisateurs. L'invention concerne également les variantes et adaptations qui sont accessibles à l'homme du métier à la lecture de la présente description. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes en cuivre, à partir de billettes en cuivre, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'extrusion des billettes dans une presse à filer pour obtenir des ébauches de tubes en couronnes, et en ce que ladite étape est effectuée sans étapes complémentaires de laminage et d'étirages multiples. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on utilise une presse à filer qui applique aux billettes une force très inférieure aux forces appliquées par les presses de l'art antérieur, et une pression très supérieure aux pressions appliquées par les presses de l'art antérieur. 3. -Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce la lubrification de la filière d'extrusion, de l'aiguille de la filière et du conteneur auquel est reliée la filière, et de toutes les surfaces en contact avec le cuivre extrudé, est réalisée avec un lubrifiant minéral. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le lubrifiant minéral est du silicate de magnésium hydraté. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite les étapes successives - déroulage et réenroulage en couronnes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite les étapes successives - étirage et dressage, - coupe à longueur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite les étapes successives - étirage en couronnes, - recuit des couronnes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite les étapes successives - étirage en couronnes, - étirage et dressage, - coupe à longueur. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une ou plusieurs opérations de contrôle, et une opération finale de conditionnement. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise des billettes dont le poids unitaire est égal au poids du produit fini, augmenté du poids de matière enlevée au cours de fa réalisation du produit fini. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on part de billettes de 12 cm de diamètre, et pesant 21 kg. 12. Procédé selon la revendications 11, caractérisé en ce qu'on utilise une presse à filer spécifique, de type à sortie sous eau, ayant qui applique aux billettes une force spécifique de sensiblement 900000 daN, et une pression spécifique de sensiblement 80 daN/mm2 13. Tube en cuivre, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 14. Unité de production de tubes en cuivre, caractérisée en ce qu'il y est mis en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 15. Unité de production selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle emploie au maximum une vingtaine de personnes, toutes fonctions confondues. 16. Unité de production selon la revendication 14 ou 15, caractérisée en ce que sa puissance énergétique installée maximale est de 1500 kW. 17. Unité de production selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisée en ce qu'elle produit environ 5000 tonnes de produits finis par an. 18. Unité de production selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisée en ce qu'elle consomme une énergie d'environ 0,18 kW par heure et par tonne.