Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~;~598~8
Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention
concernent de la fa~on la plus générale l'exploitation des
laminoirs à pas de pèlerin à froid pour le laminage de
tubes. I1 concerne plus particulièrement les laminoirs de
ce type utilisés pour le laminage de tubes en particulier en
acier de fort diamètre avec des taux de réduction élevés.
De tels laminoirs comportent de façon connue des cylindres à
gorge montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un
mouvement de va et vient selon l'axe de laminage, l'ébauche
de tube à laminer étant périodiquement avancée le long de
l'axe de laminage vers l'aval. Un mandrin est disposé à
l'intérieur de l'ébauche selon l'axe de laminage et en
position axiale fixe par rapport à celui-ci.
Ces laminoirs donnent d'excellents résultats pour le travail
de tubes de relativement faible section. Par contre,
lorsqu'on veut les utiliser pour laminer des tubes de forts
diamètres et forte épaisseur, de sérieuses difficultés sont
rencontrées. Malgré un arrosage intense de la surface
extérieure des ébauches de tubes, dans la zone de laminage,
on n'évite pas un échauffement très important qui se
transmet à la zone de contact entre ébauche de tube et
portée de laminage du mandrin. Il en résulte une
destruction au moins partielle du film lubrifiant qui recou-
vrait la surface interne de l'ébauche avec pour conséquence
un grippage du tube sur le mandrin.
Cela peut conduire à une détérioration rapide de la surface
du mandrin par fissuration et à l'apparition simultanée de
défauts sur la surface interne des tubes laminés.
On a recherché la possibilité d'améliorer les conditions
d'exploitation des laminoirs à pas de pèlerin à froid, en
B ~:
. ~
~S9~3~8
~- 2 -
particulier dans le cas du laminage de tubes de fortes
sections, de façon à éviter l'apparition de défauts sur la
surface interne des tubes et à prolonger la durée de vie des
mandrins.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé
permettant d'accroître les performances des laminoirs à pas
de pèlerin à froid qui comportent des cylindres montés sur
une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et
vient selon un axe de laminage et un mandrin, dont la portée
de laminage a un diamètre décroissant de l'amont vers
l'aval, procédé dans lequel:
- au moins une fois par cycle de laminage pendant le
temps où une ébauche d'un tube est libérée de l'emprise des
cylindres de laminage, cycle correspondant à un déplacement
aller et retour de la cage porte-cylindres, on effectue un
mouvement de recul du mandrin, le long de l'axe de laminage,
vers l'amont, puis un retour à sa position initiale.
On peut effectuer ce mouvement de recul puis de retour du
mandrin pendant le temps où l'ébauche est libérée de
l'emprise des cylindres au voisinage du point mort amont
et/ou du point mort aval de la cage porte-cylindres.
On peut aussi effectuer le recul du mandrin au voisinage de
l'un des deux points morts de la cage porte-cylindres et le
retour au voisinage de l'autre point mort. Dans ce cas il
ne doit pas y avoir de phase de laminage de l'ébauche dans
la période comprise entre le recul et le retour du mandrin.
L'amplitude de recul du mandrin est de préférence comprise
entre 2 et 10 fois l'amplitude de l'avance donnée à
l'ébauche avant chaque passe de laminage.
1~
lXS9828
- 2a -
Il est intéressant d'utiliser la période durant laquelle le
mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de
laminage pour effectuer la rotation du mandrin en
coordination avec la rotation de l'ébauche. En opérant de
cette façon, on peut dissocier les problèmes de rotation du
mandrin et de rotation de l'ébauche tout en assurant une
coordination des deux rotations.
On utilise de façon particulièrement avantageuse la période
durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport
à sa position de laminage pour faire circuler de façon
successive ou simultanée, un ou plusieurs fluides sous
pression dans l'espace annulaire compris entre le mandrin et
l'ébauche de tube. Il peut s'agir de fluides gazeux ou
liquides ces derniers étant, de préférence, des lubrifiants.
Ces fluides sont injectés de préférence sous une pression de
Z à 20 bars relatifs.
L'introduction du fluide est faite de façon particulièrement
efficace dans l'espace annulaire compris entre la pièce de
liaison qui relie le mandrin à la tige porte-mandrin et
l'ébauche de tube, en amont de la
~.
~S9828
-- 3 --
portee de laminage du mandrin et en aval d'un premier
moyen d'étanchéité annulaire qui assure une étanchéite
dynamique entre la piece de liaison et le tube et oblige
le fluide a s'écouler vers l'aval entre la portée de lami-
nage du mandrin et l'ébauche de tube.
Un deuxieme moyen d'étanchéité annuIaire est
avantageusement disposé en aval de la portée de laminzge,
il assure une étanchéité dynamique entre le mandrin et
l'ébauche de tube et oblige le ou les fluides à retourner
vers l'amont a travers un passage ménage dans le mandrin.
Ces joints dynamiques peuvent être de tous types connus,
tels que des joints a levre, ou des joints toriques; on
peut utiliser aussi des joints métalliques tels que des
segments ou des tores à enveloppe métallique ou autres.
Selon la presente invention, il est egalement
pré w un dispositif utilisé sur un laminoir a pas de pelerin
a froid, comprenant un mandrin dont la portée de laminage a
un diametre decroissant de l'amont vers l'aval, pour effec-
tuer un mouvement de recul du mandrin le long de l'axe de
laminage en direction de l'amont, suivi d'un retour a sa
position initiale, comportant un pince-tige de type connu
qui permet de saisir la tige porte-mandrin au voisinage de
son extremite arriere, de façon a la maintenir en position
fixe le long de l'axe de laminage, caractérisé en ce que le
pince-tige est monté sur un support fixe par l'intermédiaire
d'un moyen de liaison permettant un glissement dans une
direction parallele a l'axe de laminage et en ce qu'un moyen
d'entraînement alternatif, commandé par le cycle de laminage
provoque a des instants déterminés par rapport a ce cycle
le recul du pince tige en direction de l'amont puis son
retour a la position initiale avec l'amplitude et la vitesse
voulue.
L'entraînement alternatif du pince-tige est
realisé, de préférence, au moyen d'une came. Entre la fin
du recul du pince-tige et son retour a sa position initiale
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- 3a -
on peut prevoir un temps de maintien en position de retrait.
Une application avantageuse du procede et du dis-
positif suivant l'invention concerne le cas ou on se pro-
pose d'effectuer une double avance de l'ébauche aux points
morts amont et aval. On peut alors effectuer simultanement,
au voisinage de chacun de ces deux points morts, un mouve-
ment de retrait puis de retour du mandrin qui permet une
lubrification et un refroidissement efficaces. On peut
alors effectuer deux passes de laminage à chaque cycle.
Pour empêcher ou limiter le glissement de l'ebau-
che vers l'amont, au cours de la passe de laminage en retour,
on peut relier la partie de
.
~Z59828
--4--
l'ébauche déjà laminée, en aval de la cage porte-cylindres, à un moyen
de retenue qui la maintient en position fixe par rapport au bâti du
laminoir pendant une partie au moins du trajet en retour de la cage.
S. La description détaillée et les figures ci-après présentent de faSon
non limitative les caractéristiques du procédé et du dispositif suivant
l'invention.
Figure 1 : vue d'ensemble d'un laminoir à pas de pèlerin à froid com-
10. portant le dispositif suivant l'invention.
Figures 2, 3 et 4 : vues représentant le fonctionnement du procédé sui-
vant l'invention dans le cas du laminoir représenté figure 1.
lS. Figure 5 : mandrin perfectionné pour l'exploitation du procédé suivant
l'invention.
Figure 6 : autre mandrin perfectionné pour l'exploitation du procédé
suivant l'invention.
20.
Figures 7 et 8 : dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant
l'invention.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un laminoir à pas
25. de pèlerin à froid exploité par le procédé suivant l'invention. L'ébau-
che de tube (1) glisse autour d'une tige porte-mandrin (2) le long de
- l'axe de laminage XoXl. L'extrémité arrière (3) de la tige (2) est
~aintenue par un pince-tige (4) qui peut entra;ner la tige (2) en rota-
tion autour de son axe, et aussi la déplacer alternativement le long de
30. son axe suivant la double flèche (F). Un moyen de poussée (5) de type
connu fait avancer l'ébauche vers l'aval en discontinu, à des intervalles
de teapssynchronisés avec le9 cycles successifs de laminage de la cage
porte-cylindres (6).
35. Chaque cycle comporte un mouvement d'aller et retour de la cage (6) sui-
vant l'axe de laminage. Les cylindres de laminage (7) et (8) sont en-
trainés en rotation tantôt dans un sens tantôt dans l'autre. Ils lami-
nent l'ébauche de tube (1) au moyen de leurs gorges (9) et (10) qui
'
1~9828
--5--
coopèrent avec le mandrin, non représenté, pour allonger l'ébauche et
amincir ses parois. Les pince-tubes (11) et (12) font tourner l'ébauche
(1) en amont en sa partie laminée (13) en aval de la cage (6), pendant
les périodes où elle est libérée de l'emprise des cylindres, sans faire
5. obstacle aux déplacements du tube le long de l'axe de laminage. Le
pince-tige (4) fait tourner la tige porte-mandrin (2) en synchronisme
avec l'ébauche (1) et la déplace suivant la flèche (F) de la façon qui
va être précisée.
10. Les figures 2, 3 et 4 montrent de façon schématique le fonctionnement
du mandrin utilisé sur le laminoir de la figure 1.
La figure 2 montre le mandrin (14) monté à l'extrémité de la tige porte-
mandrin (2) en position normale de laminage à l'intérieur de l'ébauche
15. (1). Le procédé décrit comporte une seule passe de laminage pendant la
course aller de la cage porte-cylindres (6) vers l'aval. La figure 2
correspond au moment où la cage porte-cylindres (6) achève sa course en
retour vers l'amont, et libère l'ébauche (I) de son emprise dans la zone
(15) partiellement laminée.
20.
On effectue alors comme le montre la figure 3 d'une part une avance de
l'ébauche (1) et, d'autre part, un recul du mandrin (14) en direction de
l'amont, suivant XoXl, puis un retour à sa position initiale.
25. Dans le cas décrit ces déplacements sont, comme on le verra, provoqués
par l'intermédiaire du pince-tige (4) de la figure 1.
L'amplitude du recul "L" est déterminée de façon à ménager, entre la por-
tée de laminage (16) du mandrin et la paroi du tube dans la zone (15),
30. un passage annulaire (17) de relativement forte section.
En effet la seule avance d'amplitude "1" de l'ébauche de tube (1) ne pro-
voque la formation que d'un passage annulaire très étroit, comme on le
voit en (18) figure 4, après le retour du mandrin à sa position de lami-
35. nage. Ce passage est d'autant plus étroit que la pente réelle de la por-
tée de laminage d'un mandrin est bien plus faible que celle figurée sur
ces trois schémas. On règle de préférence l'amplitude "L" du recul du
mandrin à une valeur comprise entre 2 et 10 fois l'amplitude "1" de
l'avance donnée à l'ébauche.
',
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--6--
On peut ainsi atteindre, si nécessaire, une section de passsge (17)
égale ou supérieure à la section de passage qui existe entre l'ébauche
(1), en amont de la zone de laminage, et le mandrin dans sa zone de plus
forte section
5.
Le passa~e (17) ainsi ouvert, même pendant un temps très court, peut
permettre de nombreuses utilisations.
L'une des plus importantes est l'injection d'un ou plusieurs fluides li-
quides ou gazeux de façon simultanée ou successive dans l'espace compris
entre la portée de laminage (16) du mandrin et la paroi du tube dans la
zone partiellement laminée (15). Il est possible comme on va le voir de
diriger l'écoulement du ou des fluides, il est possible aussi, dans le
cas le plus fréquent où chaque cycle aller et retour de 13 cage porte-
15. cylindres (6) ne comporte qu'une passe de laminage, le plus souvent pen-
dant la course aller de la cage en direction de l'aval, de mettre le man-
drin en position de recul à partir du point mort aval et de le maintenir
ainsi jusqu'au point mort amont. On permet alors la circulation du ou
des fluides pendant environ 50% du temps opératoire.
20.
Les figures 5 et 6 décrivent deux types de mandrin particulièremnt bien
adaptés à l'exploitation du procédé suivant l'invention.
On voit figure 5 un mandrin (19) à l'intérieur d'une ébauche de tube (20)
en cours de laminage. Une pièce de liaison (22), assemblée par une jonc-
tion filetée (29) avec le mandrin, raccorde celui-ci à la tige creuse
porte-mandrin (21). Un passage (23) met en communication l'intérieur (24)
de la tige (21) avec l'espace annulaire (25) compris entre la pièce (22)
et l'ébauche de tube (20) en amont de la portée de laminage (26) du man-
. drin. Un premier moyen d'étanchéité annulaire est constitué par un jointdynamique à lèvre (27) placé dans une gorge (28) formée autour de la
pièce de liaison (22). Il est ainsi possible, en faisant arriver un
fluide sous pression par l'intérieur (24) de la tige (21), de le faire
passer par (23) dans l'espace annulaire (25) à partir duquel il s'écoule
vers l'aval, entre la portée de laminage (26) du mandrin et l'ébauche de
tube (20), chaque fois que le recul du mandrin libère le passage. On
peut remplacer le joint à lèvre par un autre type de joint tel qu'un
lXS~828
--7--
joint torique. On peut utiliser aussi un joint métallique tel qu'un
segment. Par ailleurs l'assemblage entre la pièce de liaison ~229 et le
mandrin (19) peut être effectué par tout moyen tel que soudage, brasage
ou autre. On peut aussi réaliser ces deux pièces en un seul ensemble
5. monobloc ; de même la jonction entre la pièce de liaison (22) et la tige
porte-mandrin (21) peut être réalisée par tout moyen convenabletel que
vissage, soudage, brasage ou autre.
A la figure 6 est représenté un deuxième type de mandrin (30) comportant
10. comme celui de la figure 5 une portée de laminage (31). Il est logé à
l'intérieur d'une ébauche de tube (32) en cours de laminage. Une pièce
de liaison (34) est raccordée d'une part au mandrin (30) par la jonction
filetée (35) et d'autre part à la tige creuse porte-mandrin (33).
15. Un premier moyen de passage (36) met en communication l'intérieur (37)
de la tige (33) avec l'espace annulaire (38), compris entre la pièce de
liaison (34) et l'ébauche de tube (32) en amont de la portée de laminage
(31).
20. Cet espace est fermé en amont par le joint dynamique à lèvre (39) logé
dans la gorge (40).
En aval de la portée de laminage (31), un deuxième moyen d'étanchéité an-
nulaire est constitué par le joint dynamique (42) logé dans la gorge (43)
25. Ce joint de conception analogue à ceux décrits plus haut est avantageu-
sement métallique, par exemple sous forme de segment. Il peut comporter
plusieurs éléments successifs, ce qui peut aussi être le cas du premier
moyen d'étanchéité.
30. Un deuxième moyen de passage, constitué par les canaux radiaux (45) et
(46) et le canal longitudinal (44), relie l'espace annulaire (47) en
amont du joint (42) avec l'espace annulaire (48) en amont du joint
(39). Ainsi, à chaque recul du mandrin (30), on peut faire circuler
un ou plusieurs fluides sous pression provenant de la tige creuse en
35. (37) à travers le passage (36) puis dans l'espace annulaire (38) et
ensuite entre la portée de laminage (31) et l'ébauche (32) vers l'aval.
Ce ou ces fluides retournent ensuite vers l'amont à travers les canaux
(45), (44) et (46) et à travers l'espace annulaire (48). On peut
lX59828
envisager ~ussi d'organiser en sens inverse la circulation de ce ou
ces fluides.
On applique à titre d'exemple le procédé suivant l'invention, en utili-
5. sant ce mode de lubrification, et ce type de mandrin representé figure
5. On lamine dans ces conditions des ébauches de tubes d'acier, de
type AISI 321, ayant un diamètre extérieur de 133 mm et une épaisseur
de 20 mm. La cadence est de 120 cycles de laminage à la minute avec
une seule passe de laminage et une seule avance par cycle. Le tube
10. obtenu a 88, 9 mm de diamètre extérieur et 13,4 mm d'épaisseur. Au
voisinage du point mort amont de chaque cycle, l'ébauche est avancée
de 9,4 mm et le mandrin recule de 30 mm avec retour à sa position ini-
tiale. On injecte sous une pression d'environ 10 bars relatifs ~ lu-
brifiant de type connu dans l'espace (25).
15. Ce lubrifiant circule, de la façon qui vient d'être décrite, autour de
la portée de laminage (26) du mandrin (19), à chaque recul de ce
mandrin. On obtient ainsi des tubes laminés à la cadence d'environ
150 mètres par heure. On constate que l'état de surface de la paroi
interne de ces tubes est excellent.
20.
L'invention concerne égalementun dispositif qui permet d'effectuer de
façon simple les mouvements de recul puis de retour du mandrin, de
façon synchronisée avec les cycles aller et retour de la cage porte-
cylindres.
25.
Les figures 7 et 8 montrent, de façon schématique, un mode de réalisa-
tion d'un pince-tige dont la fonction est celle de celui représenté en
(4) figure 1.
30. Ce pince-tige (49) enserre une tige porte-mandrin (50) au voisinage
de son extrémité amont (51). Il maintient la tige (50) en position
fixe le long de l'axe XOX1 pendant les passes de laminage. Il la
fait aussi tourner autour de son axe par fraction de tour comme décrit
précédemment.
35.
Il est monté sur un support fixe (52) par l'intermédiaire d'une
plaque de base (53) qui coulisse dans une glissière (54) paral-
lèlement à l'axe xoxl~ comme le montre la double flèche (F).
259828
g
Le glissemen~ du pince-tige (49) est contrôlé par une pièce de retenue
(R), disposée dans le prolongement de la glissière. Cette pièce est cons-
tituée de deux éléments rigides allongés semblables (55) et (56),
disposés bout à bout, et articulés l'un par rapport à l'autre autour
5. de l'axe (57). L'extrémité libre de l'élément (55) est articulée autour
de l'axe (58), monté sur la pièce fixe (52).
L'extrémité libre de l'élément (56) est articulée autour de l'axe (59),
monté à l'extrémité avant de la plaque de base (53). Les axes (57),(58)
. e~t (59) sont parallèles entre eux et perpendiculaires au plan de la fi-
gure. Une came (60) tourne autour d'un axe (61), parallèle aux axes pré-
cédents.
Elle actionne un poussoir (62) par l'intermédiaire d'un galet (63). Ce
15. poussoir est articulé autour de l'sxe (57) et permet donc d'écsrter cet
axe de la droite qui joint les axes (58) et (59). La distance entre les
axes (58) et (59) est alors réduite et le pince-tige (49) est alors dé-
placé vers l'amont en entra;nant la tige porte-mandrin (50) et donc le
msndrin qui est fixé à son extrémité sval.
20.
En donnsnt su bossage (64) de la came (60) le profil voulu, et en entra;-
nant la came t60) à une vitesse rigoureusement déterminée psr rspport
aux déplacements de la cage porte-cylindres, on réalise, aux instants
voulus, le recul du mandrin vers l'amont, puis son retour à sa position
25. initiale, avec l'amplitude voulue et dans un intervalle de temps rigou-
reusement déterminé.
Le galet (63) est maintenu en appui sur la came (60) par le bras (65),
qui est articulé autour de l'axe (66) et qui est tiré par le ressort de
30, rappel (67). De nombreuses modifications ou variantes de ce dispositif
peuvent être réalisées qui ne sortent pas du domaine de l'invention.
; De même le procédé suivant l'invention peut comporter de très nombreuses
modifications qui ne sortent pas non plus du domaine de l'invention.
.
