Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
747~
La présente invention est relative à la fabriction par
coulee continue de tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal et à
un traitement thermique consécutif à cette coulée continus,
en vue de donner aux tuyaux une structure appropriée à
l'usage, par exemple, mais non exclusivement, une structure
bainitique.
On connaît par la demande de brevet au Canada n 469,628
déposee le 7 décembre, 1984 la fabrication par coulée
continue verticale ascendante d~un tube métallique en fonte,
sans utilisation d'un noyau.
On connait par le brevet FR-A-24 15 501 la fabrication
d'un tuyau en fonte par coulée continue verticale
descendante, avec utilisation d'un noyau pour former la
cavité du fût du tuyau.
Par ailleurs, on connait par le brevet FR-A-2s 22 291 la
fabrication d'un tube centrifugé en fonte à graphite
sphéroïdal à structure bainitique par traitement thermique
consécutif à coulée centrifuge.
Suivant ce brevet~ d'une part le traitement thermique
est réalisé de manière très avantageuse en commençant la
phase de trempe directement en co~uille de centrifugation, ce
qui permet de gagner un temps important et d'économiser de
l'énergie de chauffe pour le traitement thermique, et d'autre
part est obtenue une structure bainitique avantageuse par
rapport à la structure ferritique habituelle des tuyaux en
fonte. En effet, la structure bainitique du tuyau en fonte
GS permet d'améliorer notablement la limite élastique et la
résistance à la rupture pour une même valeur d'allongement
et, si l'on veut réaliser des tubes en fonte aux
caractéristiques mécaniques habituellement exigibles, un
allègement notable par réduction d'épaisseur des tuyaux en
fonte à structure bainitique par rapport aux tuyaux connus à
structure ferritique.
Le procéde connu de fabrication des tuyaux en fonte par
coulée centrifuge est un procédé de fabrication discontinue.
Il prèsente l'avantage de permettre la trempe austénitique
insitu, c'est-à-dire à l'intérieur de la coquille de
centrifuga~ion, comme le montre le brevet FR-A-25 22 291.
La Demanderesse s'est posé le problème d'obtenir un tube
en fonte à graphite spheroïdal ayant une structure détéminée,
par exemple, mais non exclusivement baintique, dans la
fabrication par coulée
3L~77~71~
continue, et notamment une structure homogene sur toute la paroi du
tube, et ceci de manière industriellement reproduckible, malgré la
faible aptitude à la trempe de la fonte à graphite sphéroldal.
Ce problème est résolu par le procedé de l'invention.
! 5 E'invention a pour objet un procede de fabrication en continu
! d'un tube en fonte à graphite spheroldal et a structure homogene et
contrôlee, choisie parmi les structures contenant de la bainite, de la
bainite et de la ferrite, ou de la ferrite et de la perlite, ce
procedé du type dans lequel on forme un tube par un procédé de coulée
~ 10 continue a l'interieur d'une filiere tubulaire refroidie, a partir
! d'une fonte ayant la composition suivante en poids : carbone, 2,5 a
1 4,0 % - Silicium, 2 a 4 ~0, Manganese, 0,1 a 0,6 %, Molybdene 0 a 0,5
%, Nickel, 0 a 3,5 %, Cuivre, 0 a 11 %, Magnésium, 0 a 0,5 %, Soufre,
I 0,1 % au maximum, Phosphore, 0,06 % au maximum, le reste étant du fer,
`. 15 ce procedé étant caracterise en ce que a la sortie de la filiere
tubulaire refroidie, on fait passer le tube en fonte qui vient d'être
engendre a travers un bain fluidise de particules refractaires solides
i refroidies a une temperature sensiblement inFer;eure a la temperature
a laquelle se trouve le tube en fonte a sa naissance a la sortie de la
20 filiere tubulaire refroidie. ..
L'invention a egalement pour objet une installation.pour la mise
en oeuvre de ce procede, cette installation du type comportant des
~ moyens de coulee continue d'un tube en fonte a graphite spheroldal,
; etant caracterisee en ce qu'elle comporte en aval de la filiere25 refroidie de coulee continue un bac de fluidisation de particules
refractaires solides, ledit bac étant pourvu d'un serpentin tubulaire
d'eau de refroidissement du bain fluidisé dans lequel est noyé le
serpentin et ledit bac comportant au moins un orifice d'entree ou de
sortie du tube devant traverser le bain fluidise desdites particules
30 dans le bac.
Grâce a ce procédé et a cette installation, le traitement
thermique de refroidissement subi par le tube en fonte a graphite
sphéroldal, en continu, a la sortie de la filiere continue, est
parfaitement unifnrme et reproductible, ce qui permet d'obtenir une
35 structure de tube bien précise et homogene. En particulier, le suivi
in,me(~iat de la coulee du tuyau en fonte par le traitement thermique en
bain fluidise de particules refractaires permet d'obtenir une
lZ7'7~7.~
trempabilite de la fonte bien supérieure a celle que l'on aurait en
laissant le tuyau coule se refroidir et en le réchauffant pour 1e
tremper ensuite. L'invention permet en effet de partir directement de
la structure non encore traitee, c'est-a-dire vierge du tuyau de fonte
5 sortant de la filiere de coulee.
D'autres caracteristiques et avantages apparaitront au cours de
la description qui va suivre :
Au dessin annexe, donne uniquement a titre d'exemple,
- la Fig. l est une vue schematique en coupe d'une installation
suivant l'invention a coulee continue ascendante, d'un tube sans
emboitement,
- la Fig. 2 est une vue schematique en coupe complementaire de la
Fig. l pour illustrer l'installation de traitement thermique de
l'invention,
- la Fig. 3 est une vue schematique en elevation d'un detail
mecanique de l'installation de traitement thermique de l'invention,
- la Fig. 4 est une vue schematique partielle en coupe suivant la
ligne 4-4 de la Fig. 2 d'une partie de l'installation thermique,
- la Fig. S est un diagramme de traitement thermique portant la ligne
d'evolution de temperature d'un tube en fonte, pendant le temps du
traitement thermique, pour l'obtention d'une structure bainitique,
- la Fig. 6 est une vue schematique partielle en coupe, d'une
variante d'installation de l'invention avec coulee continue
descendante d'un tube en fonte sans emboitement,
- la Fig~ 7 est un diagramme analogue a celui de la Fig. 5 d'une
variante de traitement thermique pour l'obtention d'une structure
ferrito-perlitique.
Suivant l'exemple d'execution illustre à la Fig. l, l'invention
est appliquee à la coulee continue ascendante d'un tube en fonte T.
L'installation de l'invention comporte :
1) Une alimentation en fonte liquide par bloc-siphon : un bloc-
.
siphon l, en matëriau refractaire, par exemple de type silico-
alun,ineux comporte essentiellement un conduit de coulee en L a
entonnoir de coulee 2 à sa partie superieure, constituant une
35 ~alimentation en charge et, à sa partie inferieure, un orifice de
coulee 3, en source, a la base d'une filiere de -formation du tube T.
~L2~4~
¦ 2) Un creuset refroidi extérieurement ou filiere : Dans l'axe XX
de l'orifice de coulee en source 3 est montée une f;liere tubula;re ou
creuset refroidi comprenant une chemise 4 en graphite d~axe XX dont le
diametre interieur correspond au diamètre exterieur du tube T a
5 obtenir et une enveloppe 5, par exemple en cuivre, a circulation d'eau
de refroidissen,ent qui entre par un conduit 6 et sort par un
conduit 7. La chemise 4 en graphite repose directement sur le bloc-
siphon 1. L'enveloppe de refroidissement 5 montee autour de la
chemise 4, en contact avec celle-ci, sur presque toute sa hauteur,
! 10 n'est pas en contact direct avec le bloc-siphon 1 mais en est separee
par un socle annulaire refractaire 8 d'espacement. La partie
superieure de l'enveloppe de refroidissement 5 est situee au-dessus de
la tranche superieure de la chemise en graphite 4. C'est l'ensemble
chemise 4-enveloppe 5 qui constitue le creuset refroidi ou la filiere.
3) Un dispositif de traitement thermique en trois parties :
A) Un bac de fluidisation pour immerger le tube T dans un milieur
fluidise a temperature controlee.
B) Un manchon de calorifugeage du tube T pour ralentir son
refroidissement.
20 C) Et comme connu en soi, un four-tunnel de maintien du tube r en
temperature.
a) Conformement a l'invention, le bac de fluidisation est monte
dans l'axe XX de la filiere (4-5) et du tube T en fonte a obtenir,
au-dessus de la filiere ~4-5), donc en aval de celle-ci. Il comporte
25 un recipient 9 ou bac ouvert a l'air libre a sa partie superieure,
reposant par exemple sur la tranche superieure de l'enveloppe de
refroidissement 5 ou reposant sur un bati non represente. Le bac 9 a
un fond annulaire d'axe XX presentant une ouverture circulaire 10
correspondant au diametre exterieur du tube en fonte T qui la traverse
30 librement. Au-dessus du fond annulaire a ouverture 10 et parallelement
a ce fond, est fixee une plaque poreuse 11, espacee dudit fond de
maniere a menager une chambre d'entree d'air 12 sous une pression
donnee, par exemple comprise entre 2 et ~ bar. De l'air sous pression
est admis dans la chambre 12 par un conduit 13 sous le controle d'un
35 equipement 14 comprenant par exemple un detendeur et un manometre non
representes. Au-dessus de la plaque poreuse 11 se trouve la chambre de
fluidisation ouverte a l'air libre, qui contient une certaine quantite
~ ~Z7~7.~3
de particules solides de préférence réfractaires, a fluidiser, par
exemple de sable 15, ou bien de silice ou bien d'alumine. Dans cette
chambre de fluidisation est disposé un certain nombre de spires
tubulaires 16, enroulées en hélice a un diametre compris entre le
j 5 diamètre exterieur du bac 9 et celui de l'ouverture 10. Les spires
I tubulaires 16 sont parcourues par de l~eau de refroidissement entrant
j par un conduit 17 et sortant par un conduit 18.
Au-dessus du bac 9, et dans le même axe X-X, est montee,
i conformement à l'invention, une cheminée 33 de diamètre intérieur
10 superieur au diamètre exterieur du tube T a former. La cheminee 33
enveloppe un manchon 34 de calorifugeage, par exemple constitue d'un
feutre de fibres minérales. Il s'agit d~une cheminée 33 pour ralentir
le refroidissement naturel du tube T. ~e refroidissement du tube T est
d'autant plus lent que le manchon de calorifugeage 34 est plus épais.
15 La hauteur de la cheminée 33 est au moins égale à la longueur de tube
T à tronc~onner.
Conformément à l'invention, la cheminée 33 comporte
interieurement des galets ou rouleaux 35 de guidage et de support du
tube T. Ces galets 35, en protubérance interne par rapport au manchon
J 20 de calorifugeage 34, sont alignés parallélement aux génératrices de la
cheminée cylindrique 33 d'axe XX et a celles du tube T. Au moins une
partie des galets 35 sont motorises pour faire progresser le tube T.
Conformément à l'invention également, la cheminee 33 et le manchon de
calorifugeage 34 qu'elle contient sont montés "basculants". La
25 cheminee 33 peut basculer d'un angle de 90 en portant a la partie
inferieure, du côté du basculement, une oreille d'articulation 36
(Fig. 2-3). Sur l'oreille 36 est fixe solidairement un tourillon
i horizontal 37 d'axe YY orthogonal a l'axe XX. En vue de son
basculement, la cheminee 33 porte au dessus de l'oreille 36 une
; 30 oreille de basculement 38 sur laquelle est articulee l'extremite de la
tige 39 d'un verin 40 de basculement dont le corps est comme connu,
articule sur un bâti 41 a l'extremite opposé de la tige de piston 39
(Fig. 3). Le vérin 40 est par exemple de type hydraulique a double
effet. Sur cet exemple (Fig. 3), en position d'extension de la tige 39
35 (en trait plein) la cheminée 33 est verticale (axe X-X), et, en
position de rétraction de la tige 39 (en trait mixte), la cheminée 33
'~
~77~7~3
est horizontale (axe Xl-Xl) dans le prolongement de l'entrée du four
de maintien 44 decrit plus loin. Le verin 40 fait donc basculer la
cheminee 33 suivant la flèche AR.
c) Comme connu, un four-tunnel 44 (Fig. 2 et 4) de maintien en
5 temperature du tube T est prevu dans le prolongement du manchon 34 et
de la cheminee 33 lorsque celle-ci est couchee suivant l'axe Xl Xl,
mais s~etend suivant une direction AR2 horizontale et perpendiculaire
à l'axe Xl-Xl ou à une direction ARl parallèle à X1-Xl. Le four-tunnel
44, ouvert à ses deux extremites, comporte une ouverture d'entree 42
10 laterale d'axe Xl-Xl et une ouverture 43 de sortie, d'axe horizontal
parallèle à la direction AR2. Pour sa traversée par chaque tube T,
avec changement de direction de 90 entre l'axe Xl-Xl (ou la direction
ARl) et la direction AR2, le four tunnel 44 comporte les moyens
, suivants de support et d'avancement des tubes T successifs : il
¦ 15 comporte des rouleaux 45 escamotables de support et d'avancement du
tube T suivant des flèches AR 1 parallèles à l'axe Xl X1. En vue de
cette avancement, au moins une partie des galets 35 du manchon 34 et
des rouleaux 45 du four 4~ sont motorises d'une manière connue et non
representee. Les rouleaux 45 sont portes par des verins verticaux 47
20 destines à les escamoter au dessous des chemins de roulement 48 de
direction AR2. Les chemins de roulement 48 qui supportent les tubes T
, sont perpendiculaires aux generatrices de chaque tube T entrant dans
! le four 44. Pour faire avancer les tubes T successifs dans le four
~ tunnel 44 suivant la direction AR2 sont prevues deux chalnes sans fin
3 25 jumelees 49 portees par des roues 50 motorisees de manière non
! representee. Enfin le four-tunnel 44 comporte un certain nombr-e de
brûleurs 46 (à gaz par exemple) creant interieurement une atmosphère
I chauffante de maintien en temperature du tube T.
j 4) Un extracteur du tube : il est dispose juste a la sortie du
30 bac de fluidisation 9, mais a l'amont du dispositif de coupe K. Il est
constitue par exemple par un tronçon de cheminee 33a a manchon de
calorifugeage 34a (analogues a la cheminee 33 et au manchon 34) et il
comporte essentiellement des galets motorises 35 d'entraînement du
tube T vers le haut.
1, ~
.
.
~Zt~9L7~
5) Un d;spositi-f de coupe du tube : en aval du dispositif de
-fluidisation à bac 9 et de l'extracteur 33a est disposé un dispositif
de coupe K connu en soi, représen-té de manière symbol;que par deux
couteaux opposes. Le dispositif de coupe K est, par exemple, interpose
5 entre l'extracteur 33a et la cheminee 33.
F~NCTIONNEMENT ET MISE EN OEUVRE DU TRAITEMENT THE~MIQUE DE
L'INVENTION (Fig. 1, 2 et 4).
Avant même d'introduire de la fonte liquide dans l'installation,
pour amorcer la production d'un tube T, un mannequin ou faux tube (non
10 reprësente) constitue par un manchon tubulaire en acier de meme
diametre exterieur et de même epaisseur que le tube T a obtenir est
introduit par le haut de la filiere 4-5, a travers le bac de
fluidisation et de traitement thermique 9, jusqu'a un niveau inférieur
à celui de l'extremite superieur de la chemise 4 en graphite. Puis de
1 15 la fonte liquide est introduite suivant la flèche f dans l'entonnoir 2
de coulee jusqu'à un niveau N situe legèrement au dessous de la partie
superieure de la chemise 4 de la filière 4-5. Cette fonte liquide a la
composition suivante en poids : Carbone 2,5 à 4,0 %, Silicium 2 à 4 %,
Manganèse 0,1 à 0,6 %, Molybdène O a 0,5 %, Nickel O à 3,5 %, Cuivre O
20 à 11 %, Magnesium O à 0,5 %, Soufre 0,1 % au maximum, Phosphore 0,06 %
au maximum, le reste étant du fer. Le bac 9, initialement vide de
sable, avant l'introduction du mannequin est empli de sable en 15,
dans la chambre de fluidisation, dès que le mannequin est immerge au-
, dessous du niveau N. En effet, le mannequin offre alors la paroi
, 25 tubulaire interne qui manquait pour contenir une masse de sable 15 que
! l'on peut alors introduire. L'eau de refroidissement est admise à
travers les conduits 6 et 7 pour l'enveloppe 5 et 17 et 18 pour les
¦ spires tubulaires 16.
! Comme connu, la fonte se refroidit au contact de la chemise 4
~ 30 suivant un front de solidification S de forme approximativement¦ tronconique, et s'accroche au mannequin qui est tiré vers le haut par
les galets motorises 35 de la cheminee 33a, puis la cheminee 33 et
¦ entraine, pas-à-pas, la partie de fonte solidifiée sous forme d'une
i amorce de tube T.
35~ Au plus tard, pendant que le mannequin traverse encore le bac 9
dans le sens de la flèche fl de l'air ou de l'azote comprime est admis
par le conduit 13 dans la chambre 12 d'entree de gaz de fluidisation.
i
. . . .. . . ... . ...... .. ..
~L~7~47i~3
La masse de sable 15 est alors fluidisee tout autour des spires 16 qui
sont noyees dans le bain de fluidisation 15, jusqu'a un niveau voisin
du niveau superieur du bac 9, donc sensiblement au-dessus du niveau de
la masse de sable 15, avant fluidisation, lorsqu'elle est inerte.
5 Lorsque c'est l'amorce de tube T qui remplace le mannequin a
l'interieur du bac de fluidisation 9, ,en montant suivant la fleche
fl, le traitement thermique du tube T comrnence et se poursuit en
continu au fur et a mesure de sa montee dans le sens de la fleche fl.
Le traitement thermique de bainitisation du tube T est realisé
10 dans des conditions d'evolution de temperature illustrees a la Fig. 5
et decr;tes dans le brevet FR 2 522 2gl :
lère phase (abc) trempe de bainitisation.
Sur la courbe de la Fig. 5, les temperatures (T C) sont en
ordonnees alors que les temps (t) sont en abscisses. la courbe a...h
15 de la Fig. 5 illustre l'êvolution de la temperature d'un tube en fonte
à graphite spheroidal dans le temps lorsqu'il subit le traitement
thermique de l'invention.
C'est dans le bac de fluidisation 9, où le bain de sable 15
fluidise se trouve a une temperature reglee a la valeur necessaire a
20 l'obtention de la structure desiree (par exemple par exemple entre 100
et 200C pour une structure bainitique) que s'effectue la premiere
phase du traitement thermique qui est une trempe de bainitisation,
sans chauffage, en profitant des calories du tube sortant de la
filiere 4-5. Cette temperature du bain de sable 15 comprise entre 100
25 et 200C est maintenue constante grâce a la circulation d'eau a une
temperature de l'ordre de 20C dans les conduits 17 et 18. Du debit
d'air de fluidisation entrant par le conduit 13 et de la vitesse de
circulation de l'eau depend l'intensite du refroidissement du bain de
sable 15. Le debit d'air de fluidisation et la vitesse de circulation
30 d'eau sont reglables. On part donc d'un tube T qui vient d'être forme
et solidifie et est encore a une temperature de 1100C au point a
(sortie de la filiere 4). Entre les points a et b (au niveau de la
plaque poreuse 11, la temperature du -tube T descend rapidement
d'environ 1100C a environ 850C ou a une temperature legèrement
35 superieure. Aux points a et b la structure du tube T est austenitique.
~7~47,~
g
¦ Du point b tentree dans le bain 15 de fluidisation) au point c
(sortie du bain 15 de fluidisation), la chute de température du tube
T est brutale (de 850C a environ 5~0C) et s'effectue en un temps
très court, pendant la traversee du bac de fluidisation 9 ou le tube T
5 est leche sur toute sa surface par le bain de sable fluidise 15
¦ maintenu par le serpentin 16 a une temperature de l'ordre de 100 a
j 200C. C'est une trempe de bainitisation. Le bain fluidise 15 effectue
donc un veritable drainage intense de calories hors du tube T formé et
~ ceci de manière uniforme sur toute la paroi du tube T immerge dans 1e
i 10 bain de sable 15, de maniere que chaque point du tube T subisse le
¦ meme traitement thermique.
i 2) Phase intermediaire c d e de sortie du bac 9 et de traversee
.
! de l'extracteur 33a et de la cheminee 33.
A peine sorti du bac de fluidisation 9 le tube T entre dans
15 l'extracteur 33a qui tout en le protegeant contre le refroidissement,
l'entraine par ses rouleaux motorises 35 vers la cheminee 33 de
refroidissement naturel et lent qui se trouve dans la position d'axe
vertical, à travers le dispositif de coupe K. Sur la courbe des
temperatures de la Fig. 5, l'entree dans la cheminee 33 correspond au
20 point d. Donc l'intervalle de traversée de l'extracteur 33a entre le
bac 9 et la cheminee 33, ou se situe le dispositif de coupe ou de
tronçonnage K correspond au tronçon de courbe c d, avec une legere
baisse de temperature de la paroi exterieure du tube T : le point d
- est a une temperature proche de 480C.Le refroidissement du tube T
25 dans cette cheminee 33 est lent en raison du manchon de calorifugeage
34 de la cheminee 33. A la sortie de la cheminee 33, au point e, le
tuyau T est a une temperature de l'ordre de 350C.
Le tronçonnage du tube T est realise au moyen du dispositif de
coupe K, quand la longueur voulue de tube T est a l'interieur de la
30 cheminee 33.
3) Seconde phase de traitement thermique - maintien en temperature
-
(zone comprise entre les tronçons elfl et e2f2 de la courbe de la
Fig. 5) : pour consolider ou fixer la structure bainitique
precedemment obtenue~ on transporte le tube T tronçonne a l'in-terieur
35-du four-tunnel 44 en le deplaçant suivant une direction ARl parallele
a l'axe horizontal Xl Xl de la cheminee 33 basculee. Pour ce faire,
(Fig.2 et 31 apres tronçonnage du tube T a longueur voulue par le
'i
~Z779~78
~dispositif K, le verin 40 est actionne de manière à faire basculer la
¦cheminee 33 et le tube T qu'elle contient et supporte, d'un angle de
i90 dans le sens de la flèche AR autour de l'axe YY du tourillon 37.
ILa cheminee 33 bascule jusqu'a fin de cnurse de tige 39 du verin 40
'5 (portion en trait mixte a la Fig. 3~. Elle passe ainsi de la position
jd'axe vertical XX a la position d'axe horizontal Xl Xl dans le
¦prolongemen-t et au voisinage de l'entree 42 du four-tunnel 44. be tube
T, supporte par les galets 35 au cours de ce basculement ainsi que
dans la nouvelle position Xl Xl se trouve ainsi pret a entrer dans le
110 four-tunnel 44. Les galets motorises 35 puis les rouleaux motorisés 45
entraines en rotation font entrer le tube T dans le four-tunnel 44. A
l`interieur du four 44, le tube T, tout en continuant sa progression
horizontale, subit un changement de direction à 90 vers la nouvelle
direction AR2 qui le mène jusqu'à la sortie 43 du four 44. Ce
! 15 changement de direction s'effectue de la manière suivante : les verins
47 escamotent les rouleaux 45 du dessous des cheminees de roulement 48
de sorte que le tube T est depose sur les cheminees 48 et les chaines
Isans fin motrices 49 qui l`entrainent dans la nouvelle direction AR2
jusqu'a la sortie 43 du four. Ee four-tunnel 44 est chauffe par les
20 brûleurs a gaz 46 a une temperature telle que le tube T avançant le
long du four-tunnel 44 a une vitesse reglable (par reglage de vitesse
d'entrainen,ent des chaines motrices 49) soit maintenu à une
temperature constante isotherme comprise entre deux limites (deux
isothermes): d'une part une limite superieure (tronçon elfl ou
25 isotherme de 450C de la Fig. 5) et d'autre part une limite inferieure
(troncon e2f2Ou isotherme de 250C). Entre les limites elfl et e2f2,
le maintien en temperature du tube T s'effectue suivant un tronçon
intermediaire ou isotherme e f , compris entre 250C et 450C,
(Fig. 5), c'est dans la cheminee 33 que le tube T passe de la
30 temperature d (entree de la cheminee 33) à la temperature e (sortie
de la cheminee 33 et entree dans le four 44) comprise entre les
temperatures el et e2, respectivement de 450C et 250~C. Cette phase
de traitement thermique en four de maintien 44 assure la stabilite de
la bainite et eventuellement de l'austenite residuelle dans la matrice
35 de la structure. C'est le maintien de bainitisation qui assure une
~LZt7~B
ll
8 structure bainitique ou austenitique bainitique homogene. Au dela des
points fl ou f2, le tube T est refroidi comme decrit plus loin au
paragraphe 4).
Le tube T sort du four-tunnel 44 a une temperature conlprise entre
5 450C et 250C entre les points f2 et fl pour être refroidi en
troisieme et derniere phase comme decrit plus loin au paragraphe 4).
C`est donc à l'interieur de la zone hachuree de la Fig. 5 comprise
entre les tron~ons elfl et e2f2 (tronçon e f en trait interrompu) que
se situe le maintien a ten,perature constante du tube T. La structure
10 bainitique ou eventuellement bainitique-austenitique est homogene et
offre les caracteristiques mecaniques op~imales indiquees au brevet
FR-A 2 522 291.
4)Troisieme et dernière phase de refroidissement à l'air libre :
(troncon fl gh ou f2 gh) : à la sortie du four tunnel 44, le tube T se
15 refroidit à l'air libre jusqu'a la temperature ordinaire, par exemple
comprise entre 5 et 25C, suivant le tronçon flg, en peu de temps et,
; conserve finalement cette temperature qui est celle de l'air exterieur
(tron~on gh). Le tube T en fonte à graphite spheroidal possede alors
une structure bainitique ou une structure mixte bainite-austenite.
¦ 20 On peut former et traiter thern,iquement ainsi des tubes en
fonte, de preference des tubes d'adduction d'eau, de diamètres
nominaux de 60G a 2500 mrn et plus particulièrement de lûOO à 1600 mm
avec des epaisseurs comprises entre 5 et 20 mm. Ce procede et cette
installation sont donc particulierement avantageux pour la fabrication
¦ 25 de tubes en fonte T de grands diametres et d'epaisseur relativement
faible.
AYANTAGES
La première phase de trempe debute au point b de la courbe de la
~ Fig. 2 en profitant de la chaleur du tube T forme sans apport de
j 30 calories, pour amener le tube T à la temperature de 800-850C environ.
Grâce à la combinaison "filière 4-5 + bac 9" on obtient une
aptitude à la trempe du tube r de fonte à graphite sphéroldal beaucoup
j plus elevee que l'aptitude à la trempe d'un tube en fonte à graphite
spheroidal T que l'on aurait laisse se refroidir puis que l'on aurait
35 rechauffe jusqu'a une température de 800 à 850C pour realiser une
trempe bainitique.
277~7l~
12
L'utilisation du bac 9 a bain de sable fluidisé 15 assure
l'uniformite de temperature du tube T sur toute sa longueur et sur
toute sa paroi cylindrique et assure la fidelite, la reproductibilite
du traitement thermique.
En outre, l'utilisation du bain de sable fluidise lS, ou de tout
autres particules convenables d'un materiau solide corr,me moyen
d'evacuation ou de drainage des calories du tube T vers l'exterieur,
au lieu d'eau de refroidissement, est une securite en raison de la
proximite du bain de fonte F.
Comme on l'a vu au preambule, grâce a la succession immediate ou
a l'enchainement de la filiere (4-5) et du bac 9, c'est-a-dire grâce a
la combinaison de la filiere 4-5 et du bac 9 de fluidisation,
permettant la trempe de bainitisation (troncon b c de la Fig. 5)
immed;atement â la naissance du tube T, c'est-à-dire à la sortie de
15 la filiere 4-5, on obtient une aptitude a la trempe beaucoup plus
elevee que l'aptitude a la trempe d'un tube que l'on aurait laisse se
refroidir jusqu'à une temperature inferieure à celle de l'eutectoide
(700 à 750C), puis que l'on aurait rechauffe jusqu'à une température
de 850C pour realiser ensuite une trempe bainitique. L'invention
20 permet donc d'obtenir avec certitude la structure bainitique desiree.
Comme on le verra plus loin, elle permet egalement d'obtenir avec
certitude d'autres structures dependant de la temperature du bain de
sable fluidise 15. En raison de la facilite de reglage de temperature
du bain fluidise 15 (par reglage de la temperature et du debit d'eau
25 circulant dans le serpentin 16) et en raison de l'uniformite de
temperature du tube T traite par le bain de sable fluidise 15, sur
toute la longueur du tube T, ce traitement thermique est parfaiternent
fidèle et reproductible industriellement.
VARIANTES -
Suivant l'exemple d'execution de la Fig. 6, le procede et
l'installation de traitement thermique de l'invention sont appliques
à une coulee verticale continue descendante d'un tube en fonte T.
Une telle installation, du type decrit dans le brevet
FR A 2 415 501 est realisee autour d'un axe XX de coulee continue.
35 Elle comporte
- une alimentation en fonte liquide
- des moyens de formage d'un tube en fon-te
~I Z779~713
~,
13
- une installation de traitement thermique du tube en fonte.
1) une alimentation en fonte liquide (partiellement representéel : un
t
bassin de coulee 19 à la partie superieure de l'installation
! 5 appartient à une poche de coulee sous basse pression, non
~ representee, ou eventuellement à un four electrique reverbère,
¦ dont la capacite est soumise à la pression d'un gaz neutre tels
que l'azote ou l'argon. Le bassin de coulee 19 comporte à sa
~ partie inferieure un orifice de coulee 20 d'axe XX.
3 10 2J Moyens de formage d'un tube en fonte : l'orifice de coulée 20 est
traversé axialement par un noyau 21 en graphite qui donne la forme
~ intêrieure du tube T à obtenir et par la tête 22 d'une filière 23
¦ egalement en graphite donnant la forme extérieure du tube T à
j obtenir. Le noyau 21 est un cylindre creux contenant
¦ 15 intérieurement un dispositif de chauffage, par exemple un
¦ inducteur 24 en forme de serpent;n refroidi par eau. La filière 23
menage avec le noyau 21 un espace annula;re 2S correspondant aux
dimensions interieures et extérieures du tube T à obtenir, espace
à l'interieur duquel la fonte F doit se solidifier progressivement
suivant un front de solidification à partir de la paroi de la
filière 23. La tête de filière 22 menage avec l'orifice de coulee
20 un espace annulaire comble par un manchon refractaire isolant
26, le manchon 26 etant destine à faire obstacle à d'eventuels
flux de refroidissement de la fonte liquide sortant du bassin 19.
La filière tubulaire 23 dont la part;e inferieure est situee à la
même hauteur que la partie inferieure du noyau 21, est entouree
avec jeu annulaire par une chemise tubulaire 27 en metal ou
alliage metallique bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre,
qui s'evase en bassin 28 à sa partie super;eure et qui sert de
recipient à une enveloppe 29 de metal l;quide à bas point de
fusion (plomb ou eta;n par exemple) en contact intime avec la
filière 23 sur toute la hauteur de celle-ci à l'exception de la
tête 22. L'enveloppe de metal l;qu;de 29 à bas pointde fusion est
alimentee soit par le haut par un conduit 30, soit par le bas par
35~ un conduit 31 qui sert egalement à l'evacuation du metal liquide
de refroidissement 29 lorsque c'est necessaire. La chemise 27 est
,1 ~27~7~
14
elle-même enveloppée étroiten,ent par un manchon creux 32 de
' refroidissement à circulation d'eaut dont la paro; ;nterne est en
! contact avec la paroi externe de la chem;se 27.
Comme connu, c'est juste à la sort;e de l'espace annula;re 25
5 entre le noyau 21 et la filière 23 qu'un tube T e-st formé, solidifié
complètement.
- 3~) Installation de traitement thermique :
Au-dessous de la filière 23, dans l'axe XX de celle-ci, et à une
, distance appropriee de la partie inférieure de la filière 23, est
n,onté un bac 9 de fluidisation à fond annulaire presentant une
ouverture 10 pour le passage du tube T et à plaque poreuse
! annulaire 11 présentant également une ouverture pour le passage du
I tube T. Le bac 9 contient au-dessus de la plaque poreuse 11 un
j bain de sable fluidisé 15 refroidi par un serpentin tubulaire
hélicoidal à spires 16 refroidies par eau. Le bac de fluidisation
9 reçoit le tube T traité thermiquement par sa partie superieure
au lieu de le recevoir par son ouverture 10 comme dans l'exemple
précédent. Cependant, l'évolution de température du tube T
s'effectue avant et pendant la traversée du bac 9 de fluidisation
suivant la même courbe passant par les points a,b,c, de la Fig. 5
(traitement de trempè de bainitisation).
Un extracteur 33b à enveloppe de calor;fugeage 34b et à rouleaux
motorises 35 d'entraînement puis une cheminee 33 à manchon de
calorifugeage 34 font suite au bac 9 et précèdent un four-tunnel de
25 maintien à brûleurs à gaz, non representé, mais qui n'est autre que le
four 44 des Fig. 2 et 4. Entre l'extracteur 33b et la cheminée 33 est
interposé un dispositif de coupe K du tube T. Comme aux Fig. 1 à 3, la
cheminee comporte à sa partie inferieure une oreille 36 et un
tourillon 37 d'axe YY de basculement ainsi qu'une oreille 38 et des
30 mo~ens de basculement d'un anyle de 90 qui ne sont pas représentes.
Le traitement thermique complet suivant l'invention a lieu dans
les n,ênr,es conditions que dans l'exemple des Fig. 1,2,3,4 et 5 suivant
- les trois phases illustrees à la Fig. 5, c'est-à-dire la phase de
trempe d'austénitisation-bainitisation d'abord suivant le tronçon a,b
35 entre la filiere 23 et le bac de fluidisation 9, ensuite suivant le
tronçon b,c de chute brutale de température pour la bainitisation à
travers le bac 9 de fluidisation et enfin, après la coupe du tube T,
~;~t7~47~3
suivant un troncon ef horizontal (ou isotherme ef)situé dans la zone
hachuree comprise entre l'isotherme supérieure elfl (de 450C) et
l'isotherme in-Ferieure e2f2 (250C) se produit une stabilisation de
temperature a l'interieur du four-tunnel de maintien 44. Le traitement
5 thermique s'acheve par la phase finale fl ou f2,g,h de refroidissement
a l'air libre du tube T sorti du four 44 de maintien de bainitisation.
Les avantages sont les mêmes que precedemmen-t en ce qui concerne
le traitement thermique, la seule difference avec l'exemple precedent
residant dans le mode de fabricatiGn du tube T en utilisant le noyau
10 21, et en faisant progresser le tube T vers le bas suivant la fleche
f2.
Obtention d'une structure autre que bainitique :
_
Si l'on veut obtenir une structure autre que bainitique, par
exemple une structure de bainite + perlite ou de ferrite + perlite à
15 pourcentage de perlite parfaitement contrôle, alors que les
traitements thermiques anterieurs ne permettaient pas de reproduire le
pourcentage de perlite d'un traitement à l'autre, ni meme d'une
extremite de tube a l'autre, le traitement de l'invention le permet,
de maniere fidele et industriellement reproductible. Dans le cas de la
ZO structure ferrite + perlite, la cheminee 33 est supprimee.
De meme, le traitement de l'invention permet de reproduire une
structure de bainite + ferrite.
Pour une structure de bainite + ferrite, la temperature du bain
fluidise 15 doit etre comprise entre 100 et 200C comme pour la
25 bainite seule.
Pour une structure de ferrite + perlite a pourcentages
determines de chacune des phases ferrite et perlite, la temperature du
bain flu;dise 15 doit être telle que la vitesse de refroidissement du
tube T traversant ce bain 15 soit constante. En d'autres termes la
30 vitesse de refroidissement constante du tube T a travers une bande
triphasee alpha+gamma+graphite representee en hachures au diagramme
thermique de la Fig. 7 ~la bande~ ~ ~ +G est ainsi appelee parce
qu'elle illustre le domaine de transformation eutectolde de la fonte
ou coexistent les trois phases ferrite, austenite et graphite du
35 diagramme ternaire "fer, carbone, silicium") donne naissance aux
proportions choisies de ferrite et de perlite.
~; :77~
16
Ea vitesse constante et réglable de passage du tuyau T a travers
le bain fluidise 15 engendre une vitesse de refroidissement constante
`, à travers la bande triphasee (~ + ~+G) et garantit donc une proportion
, constante et prealablement choisie de chacune des phases : ferrite et
i 5 perlite. L'intensite du refroidissement peut etre reglee comme dans le
cas de la trempe bainitique par le choix du débit d'air de
¦ fluidisation (conduit 13) et le choix de la vitesse de circulation
d'eau dans le serpentin 16. Si l'on veut diminuer l'intensite du
~ refroidissement, ont peut supprimer toute circulation d'eau dans le
', 10 serpentin 16, ou meme remplacer le serpentin 16 par un moyen de
chauffage. Ce moyen de chauffage peut etre par exemple une resistance
I electrique chauffante noyee dans le bain fluidise 15 ou enveloppant le
¦ bac metallique 9 ou encore disposee de maniere a chauffer l'air de
¦ fluidisation (conduit 13). Comme moyen de chauffage, on peut egalement
¦ 15 employer des braleurs a gaz.
Pour obtenir cette structure de ferrite + perlite, on procede
suivant le diagramme "temperature, temps" de la Fig. 7.
Première phase (abc)
Sur ce diagramme, le point a correspond à la naissance du tube T
20 hors de la filière 4-5. Il est le même que dans le premier exemple
(Fig. 5) : la temperature est de 1 100C. A l'entree du bain fluidise,
la temperature du tube T est de 850C au point b, comme à la Fig. 5. A
la sortie du bain fluidise, au point c, la temperature du tube T est
descendue à une valeur superieure à 600C. Il est à noter que la
25 baisse de temperature suivant le diagramme de la Fig. 7 entre les
points b et c est beaucoup moins brutale et beaucoup plus progressive
que dans le traitement suivant le diagramme de la Fig. 5.
Entre les points b et c se situe la bande triphasee (~+ ~ +G)
(zone de transformation eutectolde de la fonte) dans un intervalle de
30 temperatures comprises entre 770 et 810C ou la vitesse de
refroidissement du tube T est constan-te. La bande (~ ~+G) est
hachuree.
Deuxieme et derniere phase (ck).
Debouchant a l'air libre a la sortie du bain fluidise 15 et
35`n'ayant plus de cheminee 33 a traverser, le tube T subit un
refroidissement naturel à l'air libre illustre par le troncon de
courbe ck.
.
~277~715
Le traitement thermique en continu de l'invention permet un
reglage precis du taux de chaque phase en presence (phase ferrite et
phase perlite) du fait de la constance des parametres suivants :
- vitesse d'extraction du tube T,
- vitesse de re~Croidissement du meme tube,
- temperatures en tous les points de l'installation qui sont
compris entre les points _ (naiss~nce du tube T hors de la filiere 4-
5) et c (sortie du tube T du bain fluidise 15).
-
