Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
5~7
La presente invention concerne un procede et une installation
de protection d'un metal solide contre l'oxydation pendant une operation
de lamunage.
Certains procedes metallurgiques, effectues sur les metaux
solides chauffes et au contact de l'oxygène de l'air, entraînent la
formation de couches d'oxyde qui nuisent à la qualite de surface du
produit fini. Ce problème est bien connu dans le cas du traitement
thermique où l'on utilise des atmosphères contrôlees reductrices
constituees par un gaz porteur, tel que l'a~ote, l'argon ou un melange de
ces gaz avec l'hydrog~ne, auquel on ajoute eventuellement un gaz actif
(hydrocarbure). Ces atmosphères permettent soit de ma~triser l'etat de
surface du metal, soit de modifier la cQ~position superficielle du metal,
par exe~lple en le carburant, mais dans tous les cas elles evitent
l'oxydation.
Dans le cas des traitements thermiques le problème de
l'oxydation des metaux solides soumis à ces traitements est resolu grace
à l'existence d'un confinement de l'atmosphère dû au four. Toutefois, ce
confmement n'existe pas dans le cas d'autres procedes metallurgiques
tels que le laminage.
Dans le cas particulier du lamunage les problèmes d'oxydation
et de decalaminage qu'ils exigent sur une chaîne de laminage sont très
importants. En effet, les operations suivantes apparaissent
successivement sur une telle chaine de laminage :
a) Entre le four et le train deyrossisseur, le decalaminage est realise
mecaniquement et il est base sur la difference de plasticite entre
l'oxyde superficiel form~ et le metal ;
b) Au cours du degrossissage, le decalaminage est réalisé au moyen de
cages de decalaminage intercalées, fonctionnant avec de l'eau sous
pression élevée de l'ordre de 100 à 150 bars ;
c) En aval de la cage degrossisseuse, un nouveau decapage hydraulique
est effectué, avant la cage finisseuse, afin d'éliminer la calamine
formee sur la table d'attente ;
d) Enfin, un décapage à l'acide est realise après le refroidisseur, pour
éliminer les defauts de surface.
Ces multiples operations entrainent un certain nombre
d'inconvénients, à sa~ir une perte de metal par oxydation, une
consommation d'énergie supplementaire due au decalaminage à l'eau sous
1~69~5 ~
pression, une baisse sensible de la temperature du metal entra~nee par le
decalaminage à l'eau, et la recherche de debouches p~ur les sulfates et
chlorures de fer resultant du decapage acide.
Face à une telle situation, on observe acb~ellement une
tendance à une evolution probable de l'operation de lamunage. Par
exemple, dans le cas du laminage à chaud, on envisage l'utilisation du
laminoir planetaire qui permet de fortes reductions d'epaisseur en une
seule passe. Cette technique im~ose une très faible vitesse dlentree du
métal dans le laminoir planetaire afin d'eviter d'atteindre des vitesses
trop elevees en sortie. Toutefois, ceci favorise une réoxydation du metal
avant son entree dans le laminoir planetaire. Par ailleurs, un
decalamLnage mecanique par grenaillage n'est pas envisageable car il
poserait des problemes de conditions de travail, d'implantation et
d'incrustation dans le metal.
La presente invention vise à remedier à ces inconvenients en
procurant un procede permettant d'obtenir, par des moyens tres simples,
une protection du metal contre l'oxydation pendant une operation de
laminate.
A cet effet, ce procede de protection d'un metal solide contre
1'oxydation pendant une operatio~ de laminage au moyen d'un train de
laminage à bande ou d'un laminoir planetaire, est caracterise en ce que
l'on fait passer l'ebauche à laminer, en a~ont d'une ou des cages de
laminage, à travers une enceinte dans laquelle est injecte en permanence
un gaz merte.
Dans le cas où le la~inage est effectue au moyen d'un train à
bande, on realise l'inertage de l'ensemble de la table d'attente situee
en amont de la cage finisseuse.
Dans le cas où le lamunage est effectue au moyen d'un laminoir
planetaire, on réalise l'inertage dans des enceintes situees
respectivement en amont et en aval des cylindres pousseurs situes
eux-me^mes en amont des cylindres de travail.
L'invention a egalement pour objet une installatio3~ pour la
mise en oeuvre du procede suivant l'invention, caracterisee en ce qu'elle
co~pDrte des enceintes d'inertage alimentees en gaz inerte et enfermant
la table d'attente, dans le cas où le lamunage est effectue au moyen d'un
train à bande, ou situees de part et d'autre des cylindres pousseurs,
9257
autour des ebauches à laminer, lorsque le laminage
est réalise au moyen d'un laminoir planétaire.
L'invention concerne donc une installation
pour la protection d'une ebauche en metal solide
contre l'oxydation pendant une operation de laminage,
caracterisee en ce ~u'elle compor~e en combinaison:
une cage de laminage disposee le long du
parcours de l'ebauche à laminer;
des moyens pour ~aire avancer l'ebauche le
long dudit parcours à travers la cage de laminage;
une enceinte situee le long dudit parcours
en amont de la cage de laminage, l'ébauche se
déplaçant le long dudit parcours à travers la caye de
laminage;
une pluralité de chambres de répartition de
gaz inerte disposées dans l'enceinte de fason à
diriger du gaz inerte vers l'ebauche en une pluralite
d'endroits à distance l'un de l'autre le long du
parcours de ladite ebauche, lesdites chambres de
répartition assurant des diminutions successives de
pression de gaz inerte avant que ce dernier
n'atteigne ladite ebauche et produisant une vitesse
d'éjection des gaz inférieure à environ 0,5 m/sec; et
des moyens d'injection de gaz inerte dans
les chambres de répartition de gaz situées dans
ladite enceinte.
L'invention concerne aussi un procédé pour
la protection d'une ébauche en métal solide contre
l'oxydation pendant une opération de laminage,
caractérisé par la combinaison des étapes suivantes:
l'on fait passer l'ébauche à laminer dans
un laminoir planétaire à travers une cage de
laminage;
l'on fait passer l'ébauche à travers une
enceinte en amont de la cage de laminage;
.~ .
~ 3a
l'on in~ecte un gaz inerte dans ladite
enceinte vers l'ébauche en une pluralité d'endroits à
distance l'un de l'autre le long du parcours de
l'ébauche; et
on augmente de fa~on progressive la vitesse
d'injection du gaz inerte en des points d'in~ection
successifs le long dudit parcours et l'on s'assure
que la vitesse d'in~ection de gaz inerte reste
inférieure àenviron 0 5 m/sec.
On décrira ci-après à titre d'exemples non
limitatifs diverses formes d'exécution de la
présente invention en référence au dessin annexé sur
lequel:
- la figure 1 est une vue en coupe~ verticale et
longitudinale schemati~ue d'une installation de
laminage mettant en oeuvre le procédé suivant
l'invention dans le cas d'un train de laminage à
bande;
- la figure 2 est une vue en coupe verticale et
longitudinale schématique d 7 une installation de
:~ laminage à laminoir planétaire;
- la figure 3 est une vue en perspective partielle
d'une chambre de répartition du gaz inerte;
: - la figure 4 est une vue en coupe verticale- et
! longitudinale schematique de la partie amont d'une
: enceinte d'inertage enfermant une table d'attente
:: : d'un train de laminage a bande;
- la figure 5 est une vue en coupe verticale et
: : transversale schématique faite suivant la ligne V-V.
de la figure 4;
- la figure 6 est une vue en coupe verticale et
longitudinale schematique partielle d'une variante
d'exécution d'une enceinte d'inertage.
Sur la figure 1 est représentée une
installation de laminage de brames comportant
successivement un four 1 une cage dégrossisseuse 2
~-
25~7
3b
une table d'at-tente 3, une cage finisseuse 4 et un
refroidisseur ~, à travers lesquels passent
successivement des brames 6 devant etre laminées.
Suivant l'invention, l'ensemble de la table
d'attente 3 est enfermé dans une enceinte d'inertage
7 qui comporte, au-dessus de la table proprement dite
3, plusieurs chambres de repartition de gaz inerte 8
disposées à la partie supérieure de l'enceinte
d'inertage 7 et dirigeant, vers les brames 6 se
trouvant sur la table d'attente 3, des courants de
gaz inerte dont le débit peut etre réglé
individuellement ou globalement. Ces chambres de
répartition 8 sont reliées ensemble, par
l'intermédiaire de canalisations 9, à une source 10
de gaz inerte, lequel peut être de l'azote.
Le procédé suivant l'invention permet ainsi
de limiter la formation de calamine sur les brames 6
se trouvan-t sur la table d'attente 3, avant leur
passage dans le train finisseur 4.
~9~5~7
D~ls l'exemple illustré sur la figure 2, le procédé suivant
l'invention est applique a l'inertage de brames laminees au moyens d'un
laminoir planétaire. Ce laminoir comporte, à la sortie d'une
décalamineuse mecanique 11, un premier ensemble de cylindres pousseurs
12, lequel est 5UiVi d'un ensemble de cylindres de travail 13. Pour
assurer la protection de la brame 14 en cours de laminage, on prévoit en
outre des enceintes d'inertage 15 et 16 analogues, dans leur principe, à
l'enceinte d'inertage 7, l'enceinte d'inertage 15 etant disposee entre la
décalamineuse 11 et l'ensemble de cylindres pousseurs 12 tandis que
l'autre enceinte d'inertage 16 est disposee entre les cylindres pousseurs
12 et l'ensemble de cylindres de travail 13. Là encore, chacune des
enceintes d'inertage 15, 16 comporte plusieurs chambres de repartition 8
disposees au-dessus de la brame et dirigeant vers cette dernière des
courants de ga~ inerte en provenance de sources correspondantes 10.
De manière inattendue, on a constate que l'application du
procedé selon l'invention dans le cas d'un train planetaire tel que
decrit sur la figure 2 permettait non seulement d'abaisser la rugosite de
la surface du produit lamine avant l'etape de decapage final~ mais
également d'abaisser néttement la rugosité après decapage, permettant
d'atteindre une rugosite de surface proche de celle obtenue pour les
memes produits sur un train à bande (sans inertage).
LR tableau ci-dessous montre les resultats comparatifs obtenus.
: : sans : avec inertage : reference
inertage train à bande
N ESSAI 1 2 3 4 5 6
m :R~: 23 ~ 9 : 8 : 8 :12 : 8
: avant :RP: 10 : 4 : 4 : 3 : 3 : 6 : 5
: decapage:RA:1.5 : 0.7 : 0.8 : 0.7 : 0.8 : 0.6 : 1 :
: ~m :R~: 24 :31 : 21 : 16 : 19 :14 : 11
: après :RP: 12~5 : 15 : 10 : 7 :7.5 : 5 : 6
: decapage:RA: 3.7 : 4.2 : 2.2 : 1.8 : 2.1 : 1.3 :
.
_ _ _ __ _ __ :
Dans ce tableau, RT = rugosite to-tale (mlcrons)
,, ~
~ ~ ~}~ ~ 57~
RP = profondeur moyenne
RA = différence moyenne avec RP
Les Eigures 3A et 3B représentent une vue schématique d'un exem-
ple de realisation d'une chambre de répartition 8 selon l'invention.
Celle-ci, de forme parallélépipédique est reliée par une canalisation 9
à la source de gaz inerte, et s'étend parallèlement et transversalement
au-de6sus des brames d'acier. La canalisation 9 débouche dans une chambre
de détente 108 limitée par une cloison verticale 18 reliée a la face
supérieure 109 de ladite chambre 8. Cet-te cloison e~t placée devant
l'arrivée de gaz iner-te, sous pression, et est chargée d'assurer la
détente de ce gaz, de sorte que la pression Pl dans la chambre 108 est
inferieure à la pression atmosphérique. La largeur de cette cloison (sa
dimension parallèle à la fente 21) sera de pre~érence inférieure à 5 fois
le diamètre D de la canalisation 9, celle-ci débouchan-t dans un plan de
symétrie vertical de la chambre 8, plan perpendiculaire à la fen-te 21, de
manière a assurer une symétrie de répartition du gaz inerte dans ladite
chambre. La distance d3 entre la cloison 18 et la canalisation 9 est
telle que la variation de pression entre la chambre de détente 108 et la
chamhre de répartition 8 est inférieure ou égale à 0,4 mbars. L'arrête
inférieure de la cloison 18 délimite, avec les parois 110 et 111, ainsi
que la cloison 19, la chambre de répartition du gaz inerte, dans laquelle
la pression du gaz s'homogénise. Cette cloison 19 est solidaire de la
face 111 de la chambre 8, sur toute sa longueur. Les cloisons 18 et 19 du
fait de leurs positions et de leurs dimensions relatives (la cloison 19 se
termine par une arrête horizontale située à une distance dl au-dessus de
llarrête inférieure de la cloison 18) définissant une première chicane
pour le passage du gaz inerte.
De préférence, la section dans un plan vertical de la chambre
de détente (soit d3 x d4) sera sensiblement égale à la section de la pre-
mière chicane (soit d2 x dl) afin d'éviter tout phénomène d'accélération
des gazv
Les parois 109, 112 et la cloison 19 définissent une chambre de
répartition du gaz 102, créant une seconde chicane dans le trajet dudit
gaz qui doit s'évacuer par la fente 21, de largeur reglable, située sur
la face inférieure 111 de la chambre 8, ladite fente s'étendant sur toute
la largeur de la chambre 8, parallèlement aux arrêtes de celle-ci. La
pression P2 dans cette chambre est telle que la di~férence de pression
(P2 - Pl) ~npose une vitesse d'éjection des gaz par la fente 21
~Z'
~692~
inférieure à 0,5 m/s. La largeur plus ou moins importante de cette fente
permet de faire varier le debit, à vitesse des gaz constante. Dans ce
but, le volet 22 qui contrôle l'ouverture de la fente peut
avantageusement cooperer avec le circuit de mesure d'oxygène au voisinage
de la brame mentionne plus bas. Il suffit, par exemple de faire un
echantillonnage de la valeur mesurée de concentrati~n d'oxygène, à des
intervalles de temps déterminés et lorsque la différence entre la valeur
mesurée et la valeur de consigne est superieure ~ une valeur
prédéterminee, ccmmander l'avance dans un sens ou dans l'autre du volet,
sur une longueur prédéterminée. On obtient ainsi un contrôle automatique
du débit en fonction de lioxygène présent.
Le réglage du débit de gaz inerte, par exemple d'azote, peut
être effectué automatiquement en fonction de la pression partielle
d'oxygène au voisinage de la brame. Pour cela, on mesure la concentration
en oxygène à proximité de la brame à l'aide d'une sonde dont le signal
est comparé à une valeur de consigne. Lorsque la valeur mesurée est
supérieure à la valeur de consigne, ceci déclenche la commande de débit
de gaz inerte (ou l'augmentation de la valeur de dé~bit) de la chambre
correspondante jusqu'à ce que la valeur mesuree par la sonde redevienne
inférieure à la valeur de consigne. Cette régulation peut être effectuée
pour l'ensemble des chambres de répartition 8 d'une m~me enceinte
d'inertage (à l'aide d'une seule sonde) ou de préférence individuellement
pour chacune de ces chambres 8. Dans ce cas, ceci permet de co~parer la
valeur mesurée par chaque sonde à oxygene à une valeur de consigne
différente selon chaque chambre. On peut par exemple tolérer plus
d'oxy~ène aux extrémités de la table d'attente que dans la partie
centrale.
Si on se réfère maintenant aux figures 4 et 5, on y voit une
mcdification de l'installation permettant de tenir compte du fait que,
dans certains cas, les brames 6 arrivent du four avec une forme incurvee
vers le haut, à leur partie antérieure. De ce fait~ ces brames 6
pourraient venir heurter la paroi frontale et transversale 7a, située en
amont, de chaque enceinte d'inertage 7. Pour remédier à cet inconvénient,
suivant ~me variante d'execution de l'invention, la partie superieure de
l'enceinte d'inertage 7 est ntée pivotante autour d'un axe horizontal
et longitudinal 23 s'étendant d'un coté de la table d'attente 3 et cette
partie supérieure de 1'enceinte d'inertage 7 est accouplée à un
,
~692~
dispositif elevateur tel qu'un verin 24. De ce fait, si une brame 6 vient
heurter, du fait de sa cambrure, la paroi frontale 7a, il suffit de
sculever, au moyen du verin 24, la partie superieure de l'enceinte
d'inertage 7, en la faisant pivoter autour de l'axe longitudinale 23,
pour permettre ~ la brame de passer.
Pour eliminer l'inconvenient precite, on peut prevoir d'autres
moyens, par exemple en soulevant l'ensemble de la partie superieure de
l'enceinte d'inertage 7 suivant un mouvement de translation verticale.
Dans la variante d'exécution illustree sur la figure 6,
l'enceinte d'inertage 7 comporte une pluralité de chambres de repartition
25 qui sont constituees par des boîtes cylindriques ouvertes à leur
partie inferieure et raccordees à la paroi horizontale supérieure 7b de
l'enceinte d'inertage 7, le long d'orifices 26 menages dans cette paroi
7b pour l'entree du gaz inerte. Chacune des chambres de repartition 25
est surmontee d'une chambre de detente 27, egalement cylindrique et de
plus petit diamètre, et qui est raccordee, par la canalisation 9, à la
source de gaz inerte 10. Dans cette chambre de detente 27 est monte un
ecran horizont l 28 formant chicane. Les bo~tes ou ch~mbres de
repartition 25 sont disposees, dans la partie amont de l'enceinte
d'inertage 7, de maniere à assurer un debit et une repartition appropriee
des courant de gaz inerte introduits dans l'enceinte d'inertage. Ces
courant à d~bit important assurent une forte dilution de la quantite
d'oxygene qui est aspiree dans l'enceinte d'inertage 7, lorsqu'une brame
6 y penetre.
Comme on peut le voir sur la figure 6, l'enceinte d'inertage 7
peut egalement comporter, en dessous de la table d'attente 3, des rampes
de diffusion de gaz inerte 29 dirigeant des courants de ce gaz vers le
haut/ en direction des rouleaux de la table d'attente 3, paur diluer dans
cette zone l'oxygène qui est entrainé par les rouleaux de la table
d'attente 3.
;La p æoi ~rontale amont 7a de l'enceinte d'inertage 7 presente
naturellement une ouverture de dimensions suffisantes pour permettre le
passage des bram~es 6. Cette ouverture peut être fermee en permanence,
pour eviter l'entree de l'oxygene exterieur, au moyen dlun rideau gazeux
~(gaz inerte) souffle en travers de cette ouverture. Celle-ci peut être
;egalement obturee par une porte etanche 31 coulissant verticalement et
pouvant etre abaissée pour fermer l'ouverture de la paroi frontale 7a,
.
1269257
tant qu'une brame 6 ne doit pas 8tre introduite dans l'enceinte
d'inertage 7.
La figure 7 représente un exe~ple de réalisation
particulierement performant du procéde selon l'invention.
Les brames Bl, B2~ ~.. sont en attente sur le tapis T dans
l'enceinte H qui est remplie de gaz inerte. Celui-ci est injecte par les
chambres Hl, H2 et H3 ayant respectivement une vitesse d'injection de gaz
Vl, V2 et V3 et plac~es successivement et respectivement à une distance
Ll, L2 et L3. Le sens d'avance des brames est indique par la flèche E'4.
Dans ces conditions, on a constate, de manière inattendue, qu'on obtenait
moins de calamine sur les brames (cxydation) en augmentant
progressivement la vitesse d'éjection des gaz des chambres Hl, H2 et H3
et non en instaur~nt une plus forte vitesse (et donc un plus fort debit)
à l'entrée de l'enceinte H, soit dans la chambre Hl, comme on avait pu le
penser jusqu'alors. Bien entendu, la vitesse d'ejection doit rester
inferieure à 0,5 m/s.
A titre d'exemple et pour une chambre H de 20 mètres de long,
dans laquelle sont en attente des brames à une temperature de l'ordre de
1150C, on a place trois chambres à des distances respectives Ll = 3
mètres, L2 = 6 mètres et L3 = 6 ~tres. Les vitesses Vl, V2 et V3 etaient
respectivement de 0,16 mls, 0,33 m/s et de 0,5 m/s. On obtient ainsi des
brames ayant les qualites de rugosite n~ntionnées dans les tableaux plus
haut sous la rubrique "~m avant décapage - avec inertage" (essais 3, 4, 5
et 6).
