Brevet FR3006216A1 — publié le 20141205

Outil de découpage présentant une tête de découpe montée sur une perche La présente invention concerne un outil de découpage présentant une tête de découpe montée sur une perche. Elle trouve application notamment dans le domaine de la sidérurgie. En effet, les aciéries produisent des aciers de différentes nuances sous des formes variées. Il s'agit de brames, de tôles et plus particulièrement de bobines. Une bobine représente une tôle enroulée sur elle-même de plusieurs centaines de mètres de longueur. Elle a une largeur comprise entre 0,80 m et 2,20 m et son diamètre varie entre 2 m et 2,40 m. Elle pèse de 10 à 40 tonnes. Certaines de ces bobines sont rebutées pour défaut de conformité quant à la composition de l'acier ou à la géométrie. Elles doivent être retournées à l'aciérie pour refonte. Compte tenu de la masse et du volume, il est impossible de refondre une bobine directement. Il faut auparavant la découper en morceaux. A l'heure actuelle, la découpe d'une bobine est faite manuellement par un opérateur en recourant à la technique de l'oxycoupage. Suivant un premier mode opératoire, l'opérateur tient à pleines mains un chalumeau et coupe la bobine spire par spire, sur le côté. Cette technique est longue et très dangereuse. Suivant un second mode opératoire, un chalumeau est monté sur une tête de découpe qui figure à une extrémité d'une longue perche. Cette perche est montée en son milieu sur un support muni de roues. L'opérateur guide le chalumeau en manipulant l'autre extrémité de la perche. La découpe manuelle présente de nombreuses limitations. En premier lieu, il est difficile d'assurer la sécurité de l'opérateur. En effet, selon la nuance de l'acier, certaines bobines sont très dangereuses. Lorsqu'il s'agit d'acier dynamique (par exemple de l'acier à ressort), la bobine est un véritable réservoir d'énergie. Elle peut exploser à tout moment lors de la découpe. Des accidents mortels sont déjà survenus. Une solution consiste à placer la bobine dans un bunker formé de cloisons d'acier remplies de béton. L'opérateur, à l'extérieur du bunker, découpe la bobine au travers d'une meurtrière. Cette solution, il faut en convenir, est très lourde à mettre en oeuvre. En second lieu, il est difficile de préserver la santé de l'opérateur. La 35 découpe d'une bobine est un travail très pénible qui dure plus d'une heure. L'opérateur est debout en position statique, il travaille à l'extérieur ; il baigne dans un environnement hostile (fumées toxiques, bruits, stress...). En troisième lieu, le chalumeau est parfois trop proche de la bobine, entraînant la dégradation rapide de sa tête. Le changement fréquent de la tête 5 entraîne un surcoût en matériel et en temps. Pour préserver l'opérateur, il convient de motoriser et d'automatiser le déplacement de la perche. La découpe manuelle se fait généralement sur une bobine au sol sur une de ses génératrices. L'opérateur coupe la bobine en introduisant la perche par le 10 centre au fond de la bobine, puis en la reculant. Le chalumeau est dans l'axe de la perche, si bien que l'angle entre l'axe de la bobine et le chalumeau est relativement réduit. Il s'ensuit que la longueur à découper est sensiblement plus importante que l'épaisseur de la bobine. Le trait de coupe est très large, ce qui entraîne une grande quantité de matière en fusion et une forte dépense 15 d'énergie. La présente invention a ainsi pour objet d'optimiser la découpe d'une bobine posée horizontalement sur le sol. Selon l'invention, un outil de découpage est constitué par une perche dont une extrémité supporte une tête de découpe, la tête de découpe étant 20 pourvue d'un chalumeau ; cet outil est remarquable en ce que, le chalumeau figurant dans un plan contenant l'axe de la perche, il présente un angle d'inclinaison avec cet axe. Il convient toutefois que le chalumeau ne soit pas perpendiculaire à l'axe de la perche car il pourrait être endommagé en fin de découpe si la bobine vient 25 s'écraser sur lui. Ainsi, de préférence, l'angle d'inclinaison est compris entre 600 et 80°. Avantageusement, la tête de découpe est également munie d'une buse secondaire d'apport de gaz. Suivant un mode de réalisation privilégié, les canalisations d'alimentation 30 et de refroidissement du chalumeau circulent dans la perche. Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, la perche est munie d'un organe de refroidissement. Préférentiellement, l'extrémité libre de la perche est assujettie à un support et motorisée. 35 Alternativement, l'extrémité libre de la perche est assujettie à un robot. Avantageusement, la perche est munie de capteurs de position. L'outil de découpage peut alors comprendre des moyens pour déterminer la position de la perche en fonction des informations reçues de ces capteurs. De même, cet outil de découpage peut comprendre des moyens pour s entraîner un retrait rapide de la perche en fonction des informations reçues des capteurs. Lorsque l'on pratique une découpe unique de la bobine, le résultat de cette opération est aléatoire. On ne sait pas quelle nouvelle forme va prendre la bobine découpée : aplatie, délaminée, explosée. Il faut en général manipuler les 10 morceaux issus de la découpe pour les rassembler et il faut procéder à au moins une découpe additionnelle. Un autre objet de la présente invention consiste à faciliter la récupération des morceaux issus de la découpe. Selon l'invention, la tête de découpe comporte au moins un chalumeau 15 additionnel. On pratique ainsi plusieurs découpes simultanées. A titre d'exemple, la tête de découpe comporte quatre chalumeaux. Avantageusement, les chalumeaux sont agencés tous les 900 sur le pourtour de la tête de découpe. 20 De préférence, aucun chalumeau ne figure dans un plan vertical. Suivant un mode de réalisation préférentiel, l'un des chalumeaux est orienté à 45° par référence à la verticale. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif 25 en se référant aux figures qui représentent : la figure 1, un schéma d'un outil de découpage selon l'invention vu de côté, la figure 2, un schéma de cet outil de découpage monté sur un support, 30 la figure 3, un schéma de ce même outil positionné dans une bobine à découper, et la figure 4, une vue d'un outil de découpage muni de quatre chalumeaux, plus particulièrement : o la figure 4a un schéma en vue de côté, et 35 o la figure 4b un schéma en vue de face au niveau de la tête de découpe. En référence à la figure 1, l'outil de découpage comporte essentiellement une perche 10 à une extrémité de laquelle est fixée une tête de découpe 11. Cette tête de découpe 11 supporte un chalumeau 12 et une buse secondaire 13 d'apport de gaz. Le chalumeau 12 figure dans un plan qui contient l'axe de la perche et il est fortement incliné par rapport à cet axe. L'angle d'inclinaison a entre l'axe du chalumeau 12 et l'axe de la perche 10 vaut typiquement 75°, il est de préférence compris entre 60° et 80°. Un angle d'inclinaison trop réduit rendrait la découpe difficile car 10 l'épaisseur à couper serait trop importante. Un angle d'inclinaison trop élevé permettrait au métal en fusion de retomber sur la tête de découpe et de l'endommager. Un angle trop élevé ne favoriserait pas le flux d'air frais au coeur de la bobine. 15 Un angle trop élevé ne permettrait pas de protéger la tête de découpe en fin de découpe. Il faut en effet impérativement que la tête de découpe soit sortie du coeur de la bobine avant que celle-ci ne soit détruite. La buse secondaire 13 d'apport de gaz est située à proximité du chalumeau 12; elle est destinée à augmenter le pouvoir calorifique pour obtenir 20 une profondeur de coupe plus importante. Elle est ainsi conçue pour injecter dans la saignée de coupe une quantité supplémentaire de gaz afin d'augmenter la température et de maintenir la fusion. Le chalumeau 12 est constitué par une buse de chasse centrale entourée par une buse périphérique. La buse périphérique génère une flamme 25 de chauffe et la buse de chasse génère un flux destiné à chasser le métal en fusion pour éviter qu'il ne retombe sur la tête de découpe 11. La buse de chasse est alimentée avec un gaz sous pression, de l'oxygène par exemple. Les canalisations d'alimentation du chalumeau 12 et de la buse secondaire 13 d'apport de gaz ne sont pas représentées. Elles circulent à 30 l'intérieur de la perche 10 pour sortir à son extrémité libre. Elles sont ainsi protégées contre : les chocs lors des transports et de la mise en oeuvre au travers de la bobine, les éventuelles projections ou retombées de métal en fusion, 35 la hausse de température due au rayonnement et à la convection. Un réseau de fluide ou de flux d'air destiné à refroidir la perche elle-même peut également être intégré dans la perche. En référence à la figure 2, l'extrémité libre de la perche 10 est solidaire d'un socle 20. Le socle 20 est assujetti à un support rectiligne selon lequel il est 5 apte à se déplacer en translation. A titre d'exemple, le support 21 est un rail muni d'une crémaillère et le socle 20 est muni d'un pignon motorisé qui vient s'engrener sur cette crémaillère. Le déplacement de la perche 10 par rapport au support 21 peut être généré par tout autre système, qu'il soit pneumatique, hydraulique ou même 10 robotique (dans ce dernier cas one se limite pas à un mouvement rectiligne). Le système peut être perfectionné, notamment en munissant la perche de capteurs de position qui indiquent sa position par rapport au centre de la bobine et en intégrant un organe de traitement de l'information. Il est alors possible de gérer certaines phases telles que : 15 mouvement d'accostage, positionnement en début de coupe, positionnement en cours de coupe, positionnement en fin de coupe dégagement d'urgence par retrait rapide de la perche, 20 définition de la vitesse d'avancement. Ces différentes phases peuvent être gérées en manuel, en semi-automatique, ou en automatique intégral. On précisera par ailleurs que les capteurs de position peuvent également détecter un mouvement de morceaux de bobine pour anticiper une correction de 25 trajectoire ou pour déclencher un dégagement d'urgence avant une éventuelle collision avec la perche. En référence à la figure 3, la bobine 30 est posée à peu près horizontalement sur le sol le long d'une de ses génératrices. Le sol est en effet souvent très irrégulier. Il s'agit là d'une opération simple compte tenu des engins 30 existants. La seule précaution à prendre est de positionner la perche 10 par rapport à l'axe de la bobine 30. Cet agencement permet une bonne évacuation des calories par la création d'un flux d'air circulant au coeur de la bobine 30. 35 Si la bobine était posée verticalement sur le sol, ou bien si elle était surélevée par rapport au sol, il serait délicat de la positionner et la mise en place de la perche au-dessus d'elle serait compliquée. La perche serait exposée à de très fortes températures car la circulation d'air serait minime, ce qui aurait pour conséquence que la chaleur monterait le long de la perche. La découpe se fait en reculant, c'est-à-dire que la perche 10 traverse le 5 coeur de la bobine 30 de sorte que la tête de découpe 11 soit à l'extérieur de la bobine 30 avant que la découpe ne commence. Alors le chalumeau est allumé à distance puis la flamme est réglée de manière optimale. Après un temps de chauffe, il est prêt pour la découpe. 10 Le recul de la perche 10 est alors actionné. La tête de découpe 11 recule alors suivant la perche à une vitesse prédéfinie. La découpe commence lorsque la flamme du chalumeau 12 interfère avec la bobine. Elle se prolonge jusqu'à ce que la tête de découpe 11 soit entièrement sortie de la bobine et que la flamme du chalumeau n'interfère plus 15 avec la bobine. En référence aux figures 4a et 4b, la tête de découpe 41 est modifiée car elle comporte maintenant plusieurs chalumeaux, quatre dans le cas présent. Le nombre des chalumeaux ne doit pas être considéré comme une limitation de l'invention. 20 La tête de découpe 41 comporte donc : - un premier chalumeau 42 associé à une première buse secondaire 43, un deuxième chalumeau 44 associé à une deuxième buse secondaire 45, 25 un troisième chalumeau 46 associé à une troisième buse secondaire 47, - un quatrième chalumeau 48 associé une quatrième buse secondaire 49. Les quatre chalumeaux 42, 44, 46, 48 sont uniformément répartis si bien 30 qu'il y a un angle de 90° dans un plan perpendiculaire à l'axe de la perche 10 entre deux quelconques chalumeaux adjacents. Les chalumeaux 42, 44, 46, 48 sont orientés de sorte qu'aucun d'entre eux ne figure dans un plan vertical, ceci pour éviter les dommages causés par une retombée de métal en fusion. Avantageusement, l'angle d'orientation entre 35 l'un des chalumeaux 42 et la verticale vaut 45°. En adoptant cette valeur, on obtient une meilleure tenue des portions découpées jusqu'à la découpe totale. En effet, la portion supérieure qui figure entre les deux chalumeaux supérieurs 42, 48 joue le rôle d'une clef de voûte. Des avantages supplémentaires de la présente invention sont maintenant indiqués. En premier lieu, la présence d'un opérateur à proximité de la bobine n'est plus nécessaire durant les phases de découpe. Le risque d'accident est supprimé et il n'y a plus de travail dans des conditions pénibles. En second lieu, l'impact environnemental est réduit suite à l'optimisation des découpes (vitesse et distance des flammes). L'énergie requise est moins 10 importante et les flammes sont produites en moins grande quantité. En troisième lieu, la sérénité de l'employeur se voit confortée car le risque d'accident est supprimé. En quatrième lieu, la productivité est accrue car la bobine est découpée en quatre fois moins de temps s'il y a quatre chalumeaux. L'opérateur est ainsi 15 beaucoup moins mobilisé. En cinquième lieu, la capacité de production est augmentée car un même opérateur peut superviser la découpe de plusieurs bobines simultanément. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été 20 choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. 10 2) 3) 15 4) 20 5) 25 6) 30 7) 8) 35 REVENDICATIONS1) Outil de découpage constitué par une perche (10) dont une extrémité supporte une tête de découpe (11, 41), ladite tête de découpe étant pourvue d'un chalumeau (12, 42, 44, 46, 48), caractérisé en ce que ledit chalumeau (12, 42, 44, 46, 48) figurant dans un plan contenant l'axe de la perche (10), il présente un angle d'inclinaison (a) avec cet axe. Outil de découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle d'inclinaison (a) est compris entre 60° et 80°. Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite tête de découpe (11) est également munie d'une buse secondaire d'apport de gaz (13, 43, 45, 47, 49). Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canalisations d'alimentation et de refroidissement dudit chalumeau (12, 42, 44, 46, 48) circulent dans ladite perche (10). Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite perche (10) est munie d'un organe de refroidissement. Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre de ladite perche (10) est assujettie à un support 21 et motorisée. Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité libre de ladite perche (10) est assujettie à un robot. Outil de découpage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite perche (10) est munie de capteurs de position.9) Outil de découpage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déterminer la position de ladite perche (10) en fonction des informations reçues desdits capteurs. 10) Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour entraîner un retrait rapide de ladite perche (10) en fonction des informations reçues desdits capteurs. 11) Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tête de découpe (11) comporte au moins un chalumeau additionnel (44, 46, 48). 12) Outil de découpage selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite tête de découpe (11) comporte quatre chalumeaux (42, 44, 46, 48). 13) Outil de découpage selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits chalumeaux (42, 44, 46, 48) sont agencés tous les 90° sur le pourtour de ladite tête de découpe (11). 14) Outil de découpage selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'aucun chalumeau (42, 44, 46, 48) ne figure dans un plan vertical. 15) Outil de découpage selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'un desdits chalumeaux (42) est orienté à 45° par référence à la verticale.