PELTONIEMI, Raimo (4 Baintree Way, Cambridge, Ontario N1T 2H3, CA)
PELTONIEMI, Raimo (4 Baintree Way, Cambridge, Ontario N1T 2H3, CA)
NEW SEAMLESS TUBE TECHNOLOGY CORP. (4 Baintree Way, Cambridge, Ontario N1T 2H3, CA)
| Revendications 1 . Système de laminage pour la fabrication de tubes sans soudure comportant: un perceur (7) pour percer une billette et obtenir une ébauche (2) ; un laminoir continu (8) comprenant plusieurs cages de laminage (20), chaque cage de laminage (20) comprenant au moins deux cylindres (5); et un mandrin (21 ) comprenant plusieurs anneaux profilés (22) reliés entre eux par des tubes intermédiaires (23), les anneaux profilés (22) ayant un diamètre extérieur plus grand que le diamètre des tubes intermédiaires (23) et croissant de cage en cage dans la direction du laminage ; caractérisé en ce que chacun desdits au moins deux cylindres (5) comporte une gorge ayant un rayon de courbure apte à former un calibre substantiellement rond adapté à produire une section de l'ébauche (2) substantiellement ronde. 2. Le système de laminage selon la revendication 1 , dans lequel chacun desdits au moins deux cylindres (5) comporte une gorge de profil substantiellement circulaire. 3. Le système de laminage selon les revendications 1 ou 2, dans lequel le laminoir (8) est adapté pour produire un rapport d'allongement compris entre 1 .5 et 1 .0 pour chacune des cages de laminage (20). 4. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 3, comprenant au moins quatre cages de laminage (20). 5. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 4, dans lequel chacune desdites plusieurs cages de laminage (20) comprend trois ou quatre cylindres (5). 6. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 5, comportant également un canal calorifugé (36) comprenant au moins un anneau de chauffage (35) à induction apte à réchauffer les extrémités de l'ébauche (2) et égaliser la température de l'ébauche (2) sur toute sa longueur. 7. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 6, dans lequel le perceur (7) est adapté pour injecter un gaz inerte à l'intérieur de l'ébauche (2) pendant le perçage. 8. Le système de laminage selon la revendication 7, dans lequel le perceur (7) comprend une tige porte-poire (37) à travers laquelle le gaz inerte est injecté. 9. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 8, comportant également un dispositif d'injection de désoxydant (29) adapté pour injecter un désoxydant à l'intérieur de l'ébauche (2) ainsi qu'un dispositif de récupération de l'excès éventuel de désoxydant (30). 10. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 9, comportant également un dispositif d'injection de lubrifiant (33) apte à injecter un lubrifiant à l'intérieur de l'ébauche (2) ainsi qu'un dispositif de récupération de l'excès éventuel de lubrifiant (34). 1 1 . Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 10, dans lequel le mandrin (21 ) comprend une première conduite (9) permettant de transporter un médium de refroidissement et une conduite intérieure concentrique (13) permettant le retour du médium de refroidissement. 12. Le système de laminage selon la revendication 1 1 , dans lequel le mandrin (21 ) comprend également une deuxième conduite concentrique (12) permettant de transporter un médium de lubrification, et plusieurs injecteurs (14) en communication fluidique avec la deuxième conduite (12), lesdits injecteurs (14) permettant d'éjecter ledit médium de lubrification entre le mandrin (21 ) et l'ébauche (2) quand cette dernière est sur le mandrin (21 ). 13. Le système de laminage selon la revendication précédente, dans lequel chacun desdits injecteurs (14) comporte une valve (1 5) comprenant un piston (16) apte à établir une liaison fluidique entre la deuxième conduite (12) et l'extérieur du mandrin (21 ) lorsque l'ébauche (2) est placée sur le mandrin (21 ). 14. Le système de laminage selon l'une des revendications de 1 à 13, dans lequel les anneaux profilés (22) sont fabriqués dans un matériau céramique. 1 5. Méthode de laminage à l'aide d'un système de laminage comportant un perceur (7) ; un canal calorifugé (36) comprenant au moins un anneau de chauffage (35) ; un laminoir continu (8) comprenant plusieurs cages de laminage (20), chaque cage de laminage (20) comprenant au moins deux cylindres (5); un mandrin (21 ) fixe, le mandrin (21 ) comprenant plusieurs anneaux profilés (22) reliés entre eux par des tubes intermédiaires (23), les anneaux profilés (22) ayant un diamètre extérieur plus grand que le diamètre des tubes intermédiaires (23) et croissant de cage en cage dans la direction du laminage; chacun desdits au moins deux cylindres (5) comportant une gorge de profil substantiellement circulaire ; comportant : le perçage d'une billette à l'aide du perceur (7) pour obtenir une ébauche (2) ; l'égalisation de la température de l'ébauche (2) à l'aide du canal calorifugé (36) et dudit au moins un anneau de chauffage (35) ; et le laminage de l'ébauche (2) dans le laminoir continu (8), ledit laminage produisant une section de l'ébauche (2) substantiellement ronde à chacune des cages de laminage (20). 16. La méthode de laminage selon la revendication 1 5, dans laquelle le perceur (7) est adapté pour injecter un gaz, et où un gaz inerte est injecté à l'intérieur de l'ébauche (2) pendant ledit perçage. 17. La méthode de laminage selon les revendications 1 5 ou 16, dans laquelle le système de laminage comporte également un dispositif d'injection de désoxydant (29), et où un désoxydant est injecté à l'intérieur de l'ébauche (2) après ledit perçage. 18. La méthode de laminage selon la revendication 1 5, dans laquelle pendant ledit laminage, le rapport d'allongement est compris entre 1 .5 et 1 .0 pour chacune des cages (20). |
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un procédé de laminage à chaud de tubes en acier sans soudure, plus économique en énergie, en coûts d'outillage, en coûts d'équipement machines, en coûts de bâtiments en coûts d'installation et en coûts de transformation, avec une qualité de produits supérieure à celle produite actuellement sur les laminoirs continus à mandrin libre ou à mandrin retenu.
Etat de la technique
[0002] L'idée de base, laminer à chaud des tubes en acier dans des cages successives d'un laminoir continu, sur mandrin fixe, a déjà fait l'objet de plusieurs brevets, le plus ancien datant à notre connaissance, de 1883. Tous ces brevets n'ont pas été appliqués ou leur application a été rapidement abandonnée. Aucun de ces brevets n'a pu être appliqué industriellement de façon durable. Ces échecs ont pour cause principale, que le mandrin ne supportait pas les très fortes charges thermiques ajoutées aux charges mécaniques dues au laminage sur mandrin fixe.
[0003] Pour résoudre ce problème, on a développé des laminoirs continus où le mandrin se déplace dans le sens axial du laminage, soit avec un mandrin libre, soit avec un mandrin retenu. L'énergie thermique produite entre ébauche et mandrin, est ainsi répartie sur une longueur de mandrin suffisante pour que la température et la charge thermique sur ce mandrin soient acceptables. Le mandrin libre ou retenu, est enfilé dans l'ébauche à laminer, devant le laminoir.
[0004] Dans le cas du mandrin libre, l'ébauche et le mandrin sont introduits ensemble dans le laminoir. A chaque fois que l'ébauche entre dans une nouvelle cage, le mandrin subit une accélération. Lorsque l'ébauche est en prise dans toutes les cages, le mandrin prend une vitesse d'équilibre, intermédiaire entre les vitesses de l'ébauche, à l'entrée et à la sortie du laminoir. La vitesse du mandrin ne peut donc pas être contrôlée et dépend entre autre de la répartition des allongements entre les cages et du frottement entre mandrin et ébauche, donc de la lubrification. Les laminoirs continus à mandrin libre, sont progressivement abandonnés et à notre connaissance, il n'en a plus été construit ces dernières années.
[0005] Dans le cas du mandrin retenu à vitesse contrôlée, l'ébauche est introduite dans le laminoir par une paire de petits rouleaux (pinch-rolls). Sous l'effet du laminage, l'ébauche entraîne le mandrin à une vitesse préréglée, contrôlée par un groupe de moteurs électriques travaillant en frein, donc en génératrices. Ces moteurs sont liés au mandrin par une longue crémaillère. Le système de retenue est également utilisé pour enfiler le mandrin dans l'ébauche avant le laminage. La longueur utile de la crémaillère est donc la longueur du mandrin, plus la longueur de l'ébauche, plus la longueur du laminoir, plus la longueur de déplacement du mandrin pendant la sortie du tube du laminoir. La longueur de la crémaillère est d'environ 30 mètre ou plus. Les moteurs électriques de retenue, doivent être rapides pour enfiler le mandrin dans l'ébauche, lents pendant le laminage et travaillant en frein avec un couple élevé. Plusieurs variantes de laminoirs à mandrin retenu existent dans le monde.
[0006] Actuellement, les laminoirs continus pour tubes sans soudure de dernière génération, sont munis de cages à 3 cylindres. Par rapport aux laminoirs continus à 2 cylindres par cage, les laminoirs à 3 cylindres par cages, présentent les avantages suivants : une amélioration de la mise au mille (yield), de meilleures tolérances, une diminution des défauts de laminage et une meilleure stabilité de laminage.
[0007] Pour séparer le tube de son mandrin, ces laminoirs sont suivis d'un extracteur en ligne composé généralement de trois à six cages à deux ou trois cylindres par cage, qui tire le tube vers l'avant alors que le mandrin est retenu. Les laminoirs actuels les plus modernes, sont appelés PQF ou FQM suivant le constructeur.
[0008] Par rapport au mandrin retenu à vitesse contrôlée, d'autres améliorations présentant de nombreux avantages peuvent être apportées par la possibilité de laminer les tubes sur un mandrin fixe.
Bref résumé de l'invention
[0009] Un but de la présente invention est de proposer un système de laminage plus simple que les systèmes de laminage connus.
[0010] Selon l'invention, un système de laminage pour la fabrication de tubes sans soudure comportant: un perceur pour percer une billette et obtenir une ébauche, un laminoir continu pour le laminage de l'ébauche, le laminoir comprenant plusieurs cages de laminage, chaque cage de laminage comprenant au moins deux cylindres; et un mandrin fixe pendant le laminage, le mandrin comprenant plusieurs anneaux profilés reliés entre eux par des tubes intermédiaires, les anneaux profilés ayant un diamètre extérieur plus grand que le diamètre des tubes intermédiaires et croissant de cage en cage dans la direction du laminage ; caractérisé en ce que chacun desdits au moins deux cylindres comporte une gorge ayant un rayon de courbure apte à former un calibre substantiellement rond adapté à produire une section de l'ébauche substantiellement ronde [0011] Selon un mode de réalisation, chacun desdits au moins deux cylindres comporte une gorge de profil substantiellement circulaire.
[0012] Selon un autre mode de réalisation, le laminoir (8) est adapté pour produire un rapport d'allongement compris entre 1 .5 et 1 .0 pour chacune des cages de laminage. [0013] Encore selon un autre mode de réalisation, le système de laminage comporte également un canal calorifugé comprenant au moins un anneau de chauffage à induction apte à réchauffer les extrémités de l'ébauche et égaliser la température de l'ébauche sur toute sa longueur. [0014] Encore selon un autre mode de réalisation, le perceur est adapté pour injecter un gaz inerte à l'intérieur de l'ébauche pendant le perçage.
[0015] Encore selon un autre mode de réalisation, le système de laminage comporte également un dispositif d'injection de désoxydant adapté pour injecter un désoxydant à l'intérieur de l'ébauche. [0016] L'invention concerne également une méthode comportant :
le perçage de la billette à l'aide du perceur ;
l'égalisation de la température de l'ébauche à l'aide du canal calorifugé et dudit au moins un anneau de chauffage ; et
le laminage de l'ébauche dans le laminoir, ledit laminage produisant une section de l'ébauche substantiellement ronde à chacune des cages de laminage.
[0017] Le système de laminage divulgué ici est plus simple et plus léger que les systèmes de laminage conventionnels, résultant dans des coûts de fabrication, d'installation et de maintenance plus faibles que pour les systèmes de laminage conventionnels.
Brève description des figures
[0018] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un système de laminage selon des modes de réalisations ; la figure 2 montre des profils d'une ébauche pour un laminoir conventionnel à mandrin retenu ; la figure 3 montre des profils de l'ébauche pour un laminoir selon un mode de réalisation ; la figure 4 montre une vue en coupe du laminoir selon un mode de réalisation : la figure 5 représente une vue en coupe d'un mandrin selon un mode de réalisation ; la figure 5bis montre une vue en coupe du mandrin et d'un injecteur ; la figure 6a illustre des déformations de l'ébauche pour un laminoir conventionnel à mandrin retenu avec cages à deux cylindres ; la figure 6b illustre des déformations de l'ébauche pour un laminoir conventionnel à mandrin retenu avec cages à trois cylindres ; la figure 6c illustre des déformations de l'ébauche pour un dispositif d'allongement selon les modes de réalisation ; la figure 7 montre un exemple de répartition des allongements entre les cages pour un mandrin retenu conventionnel et pour le mandrin fixe selon l'invention ; la figure 8 illustre la diminution du coefficient de frottement entre l'ébauche et le mandrin fixe selon l'invention en fonction de la vitesse relative entre l'ébauche et le mandrin; et la figure 9 montre un détail du système de laminage selon des modes de réalisations. Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0019] Un système de laminage selon un mode de réalisation est montré à la figure 1 . Le système de laminage comprend un four de chauffage 1 , à longerons ou rotatif, permettant de chauffer les billettes de coulée continue. Les billettes peuvent être coupées à une longueur donnée par une scie 6. Un perceur 7, comportant une tige 37 supportant une poire de perçage (non représentée), vient effectuer le perçage de la billette, formant ainsi un corps creux, appelée l'ébauche 2 ci-après. Le système de laminage comprend également un laminoir 8 pour le laminage de l'ébauche 2. Le système de laminage peut également comprendre un dispositif de refroidissement du mandrin 27, situé à côté d'une voie à rouleaux de sortie 32 du laminoir 8.
[0020] Dans un mode de réalisation, un gaz inerte tel que l'azote est injecté à l'intérieur de l'ébauche 2 pendant l'opération de perçage, de sorte à empêcher ou limiter la formation d'oxyde. L'injection peut être réalisée à travers la tige 37.
[0021] Après l'opération de perçage, pendant le retrait de la tige 37 et l'évacuation de l'ébauche 2, il se forme un oxyde sur la surface de l'ébauche 2. Cet oxyde est particulièrement nuisible sur la surface intérieure de l'ébauche 2. Afin de d'éliminer ou de limiter cet oxyde, le système de laminage peut comprendre un dispositif d'injection de désoxydant 29 permettant d'injecter sur la surface intérieure de l'ébauche 2 un produit désoxydant, liquide ou en poudre, tel que borax, sels, silicate de potassium ou autre silicate, graphite, huile, produits minéraux, avec des additifs et des liants pour hautes températures. Le dispositif d'injection de désoxydant 29 produit un mouvement spiral en éventail du produit désoxydant lors de l'injection. Un mouvement rotatif est également imprimé au déplacement axial de l'ébauche 2, de sorte que le produit désoxydant mouille toute la surface intérieure de l'ébauche 2. Les conditions d'injection du dispositif d'injection de désoxydant 29, tels que la pression d'application, le débit, la quantité injectée, le temps d'injection et le réglage du mouvement spiral en éventail, peuvent être contrôlés par ordinateur et peuvent être ajustés automatiquement en fonction du diamètre intérieur et de la longueur de l'ébauche 2. Le système de laminage peut également comprendre un dispositif de récupération du surplus de désoxydant, montré en 30 à la figure 1 .
[0022] Un lubrifiant est utilisé afin de réduire le frottement entre le mandrin 21 et l'ébauche 2 pendant le laminage. Le lubrifiant, liquide ou en poudre, tel que graphite, huile, borax, sels, silicate de potassium ou autre silicate, produits minéraux, avec des additifs et des liants pour hautes températures, peut être injecté dans l'ébauche 2 à l'aide d'un dispositif d'injection de lubrifiant montré en 33 à la figure 1. Un dispositif de récupération de lubrifiant peut également être disposé en 34. Le dispositif d'injection de lubrifiant 33 peut comprendre les caractéristiques du dispositif d'injection de désoxydant 29. [0023] Toujours après l'opération de perçage, après l'injection du produit désoxydant, l'ébauche 2 est transférée jusqu'au dispositif d'injection de lubrifiant 33, situé avant la table d'entrée du laminoir 8. Pendant ce transfert, les extrémités de l'ébauche 2 se refroidissent plus rapidement que son milieu. Les extrémités plus froides peuvent être responsables de fortes usures du mandrin 21 et de sa mise hors service.
[0024] Dans un mode de réalisation, on remédie à cet inconvénient en déplaçant l'ébauche 2 dans un canal calorifugé 36 et en disposant sur ce canal 36, entre le perceur 7 et le laminoir 8, un ou deux anneaux de chauffage à induction 35, permettant de légèrement surchauffer les extrémités de l'ébauche 2 et d'égaliser la température de l'ébauche 2 sur toute sa longueur. Pendant le passage de l'ébauche 2 dans le canal calorifugé 36 et le ou les anneaux de chauffage à induction 35, l'ébauche 2 est, en plus du déplacement axial, animée d'un mouvement rotatif imprimé par des rouleaux obliques (non représentés). La température de l'ébauche 2 est contrôlée pendant son passage dans les anneaux de chauffage 35 et la vitesse de l'ébauche 2 est ajustée en conséquence. [0025] Dans un mode de réalisation préféré, le laminoir 8 comporte six cages de laminage 20, chaque cage 20 comprenant au moins deux cylindres 5 (voir figure 4). Les cylindres 5 comprennent une gorge (non représentée) en contact avec l'ébauche 2 et exercent une pression sur l'ébauche 2, contre le mandrin 21 de sorte à effectuer le processus de laminage. Dans laminoir 8 de l'invention, le mandrin 21 est fixe pendant le laminage. Le laminage s'effectue typiquement à température élevée, généralement vers 1 100 à 1200°C.
[0026] La figure 4 montre une vue en coupe du laminoir 8 selon un mode de réalisation. Plus particulièrement, la figure 4 montre trois cages de laminage 20 comportant chacune deux, trois ou quatre cylindres 5, l'ébauche creuse 2, et le mandrin 21 . Le mandrin 21 comporte des parties travaillantes formées par des anneaux profilés 22, et des tubes
intermédiaires 23 qui relient les anneaux 22 entre eux. Les anneaux profilés 22 ont un diamètre extérieur plus grand que le diamètre des tubes intermédiaires 23, de sorte que seuls les anneaux profilés 22 participent à la déformation de l'ébauche 2 contre les cylindres 5. Le diamètre extérieur des anneaux profilés 22 croît de cage en cage dans la direction du laminage, vers la droite sur la figure 4, afin de maintenir un diamètre moyen de l'ébauche 2 constant dans toutes les cages 20. Il est entendu que cette condition théorique idéale, ne pourra pas être toujours réalisée en pratique.
[0027] Les anneaux profilés 22 peuvent être fabriqués d'un ou plusieurs métaux, d'alliages métalliques, de matériaux composites ou encore formés de plusieurs couches de matériaux différents, ou/et d'une base métallique recouverte d'une couche mince métallique ou non métallique. Les anneaux 22 sont préférablement fabriqués dans un matériau dur tel que les céramiques. Alternativement, les anneaux 22 peuvent être traités en surface ou en profondeur. [0028] La figure 5 représente une vue en coupe du mandrin 21 dans un mode de réalisation. Dans l'exemple de la figure 5, l'intérieur du mandrin 21 comprend une première conduite concentrique 9 permettant de transporter un médium de refroidissement, tel un liquide de
refroidissement, ainsi qu'une conduite intérieure concentrique 13
permettant le retour du liquide de refroidissement. [0029] La figure 5bis montre une vue en coupe du mandrin 21 dans une variante du mode de réalisation où le mandrin 21 comprend également une deuxième conduite concentrique 12. Dans cette configuration, la première conduite 9 peut être utilisée pour transporter le liquide de refroidissement, la conduite intérieure concentrique 13 permettant le retour du liquide de refroidissement de sorte à ce que le liquide de refroidissement circule de façon continue. Le liquide de refroidissement permet de limiter l'échauffement du mandrin 21 pendant l'opération de laminage. La deuxième conduite 12 est utilisée pour transporter un médium de lubrification, liquide ou en poudre. Le mandrin 21 peut également comprendre des injecteurs, dont l'un est montré par le numéro 14 à la figure 5bis, préférablement disposés sur les tubes intermédiaires 23, en communication fluidique avec la deuxième conduite 12 via une valve 1 5. Les injecteurs 14 traversent la paroi du mandrin 21 et permettent d'éjecter le médium de lubrification de la deuxième conduite 12, entre le mandrin 21 et l'ébauche 2. Les injecteurs peuvent être contrôlés par ordinateur. Dans l'exemple de la figure 5bis, la valve 1 5 est formée d'un piston 16 coulissant dans un alésage 18. En l'absence de l'ébauche 2, le piston 16 est maintenu dans une position élevée par un ressort 17 obstruant la communication fluidique entre la deuxième conduite 12 et l'extérieur du mandrin 21.
Lorsque l'ébauche 2 est placée sur le mandrin 21 , celle-ci enfonce le piston 16, établissant une liaison fluidique entre la deuxième conduite 12 et l'extérieur du mandrin 21, de sorte à laisser pénétrer le médium de lubrification entre le mandrin 21 et l'ébauche 2.
[0030] Les figures 4 et 5 montrent que le contact entre l'ébauche 2 et le mandrin 21 se fait uniquement dans les cages 20. Seuls les anneaux 22 situés dans les cages effectuent la déformation. Les anneaux 22 sont reliés par les tubes intermédiaire 23 dont le diamètre est plus faible que le diamètre intérieur de l'ébauche 2. Il n'y a donc pas de frottement entre l'ébauche et le mandrin 21 entre les cages 20. Le frottement entre
l'ébauche et le mandrin 21 est donc fortement réduit par rapport à un mandrin retenu conventionnel à vitesse contrôlée. Lorsque toutes les cages 20 du laminoir 8 sont en prise sur l'ébauche 2, la longueur de frottement entre l'ébauche 2 et le mandrin 21 est, avec le mandrin fixe 21 , 25 à 30 fois plus faible qu'avec un mandrin retenu conventionnel. La traction sur le mandrin fixe 21 sera notablement réduite. De même, l'énergie thermique produite par frottement et par conduction entre l'ébauche 2 et le mandrin 21 , sera réduite de façon considérable. La diminution de la traction sur le mandrin 21 ainsi que la forte diminution du frottement, contribue à la réduction de l'énergie totale nécessaire au laminage.
[0031] En maintenant le mandrin 21 fixe, on augmente la vitesse relative entre l'ébauche 2 et le mandrin 21 . Il est connu que toutes autres choses restant égales, le coefficient de frottement diminue lorsque la vitesse relative entre les surfaces en frottement augmente. La figure 8 illustre ce phénomène. L'énergie de frottement et donc aussi l'énergie thermique induite, seront réduites d'autant.
[0032] Lors de l'opération de laminage dans le laminoir 8, l'ébauche 2 subit un allongement lors se son passage dans chacune des cages 20. [0033] Dans un mode de réalisation, on limite l'allongement maximum par cage 20 afin de diminuer la charge thermique sur le mandrin 21 ou sur les anneaux 22 qui le constitue. Par exemple, le laminage peut être réalisé avec un allongement correspondant à un rapport d'allongement au dessous de 2, par exemple compris entre 2 et 1 . Préférablement, le rapport d'allongement est compris entre 1 .5 et 1 .0. La charge thermique peut également être diminuée en répartissant l'allongement sur un plus grand nombre de cages 20. Par exemple, le laminoir 8 peut comporter une ou deux cages 20 en plus par rapport à un laminoir continu de dernière génération, c'est-à-dire comporter plus de quatre cages 20. La figure 7 montre un exemple de répartition des allongements entre les cages 20. [0034] Dans les laminoirs continus conventionnels à mandrin retenu, afin d'éviter une trop forte pression sur toute la circonférence du mandrin et d'empêcher l'avancement de l'ébauche sur le mandrin, le profil de la gorge des cylindres est tel qu'il entraîne une ovalisation de la section de l'ébauche lors de son passage dans la cage. Sur la figure 2 correspondant à un laminoir continu conventionnel à trois cylindres par cage, on voit aisément qu'une partie de la déformation se fait transversalement. Hors, seule la déformation axiale, dans le sens du laminage, contribue à l'allongement de l'ébauche 2. La déformation transversale est donc une déformation parasite redondante.
[0035] Dans un mode préféré de réalisation, les cylindres 5 comportent une gorge circulaire ayant un rayon de courbure définissant un calibre substantiellement rond à toutes les cages 20, adapté à produire une section de l'ébauche 2 substantiellement ronde. La figure 3 montre le profil extérieur d'entrée 3 et le profil extérieur de sortie 4 de l'ébauche 2, pour une telle gorge circulaire. Comme visible dans la figure 3, la déformation de l'ébauche 2 est uniquement axiale, et les déformations parasites redondantes sont essentiellement supprimées. Compte tenu de la suppression de la déformation parasite redondante, pour un même allongement de la même ébauche 2, l'énergie de déformation nécessaire est donc plus faible avec le laminoir 8 selon ce mode de réalisation. Dans la figure 3, sont également visibles le profil intérieur d'entrée 10 de l'ébauche 2 et le profil intérieur de sortie 1 1 , à l'entrée et à la sortie de la cage 20, respectivement. Le profil intérieur de sortie 1 1 est plus grand que le profil intérieur d'entrée 10 dû à l'action des anneaux profilés 22.
[0036] Le calibre rond à toutes les cages 20 entraîne une déformation radiale constante sur toute la périphérie du calibre, donc la vitesse axiale est quasi constante dans toute la section de l'ébauche 2, résultant dans une déformation tangentielle quasi nulle des profils 3, 4, 10, 1 1 de l'ébauche 2. Les défauts induits par des tentions axiales sont donc substantiellement éliminés, ce qui contribue à l'augmentation de la mise au mille (yield). [0037] La réduction de l'allongement maximum par cage 20 et la forte réduction du frottement entre l'ébauche 2 et le mandrin 21 comme discuté ci-dessus, permettent de prévoir le calibre rond à toutes les cages 20.
[0038] Les allongements et les profils de l'ébauche 2 déterminent les déformations plus ou moins importantes des extrémités de l'ébauche 2. Les figures 6a à 6c montrent schématiquement la forme de l'une des extrémités de l'ébauche 2 après le laminage, ou du tube à chaud 19, dans différents type de laminoirs. Plus particulièrement, la figure 6a se rapporte à un laminoir conventionnel à mandrin retenu avec cages à deux cylindres, la figure 6b se rapporte à un autre laminoir conventionnel à mandrin retenu avec cages à trois cylindres, et la figure 6c se rapporte au laminoir 8 comportant les cages 20 à trois cylindres 5, selon les modes de réalisation permettant d'obtenir un calibre rond à toutes les cages 20.
[0039] Les figures 6a à 6c montrent qu'avec des allongements limités et des calibres ronds à toutes les cages comme préconisé par la présente invention, on évite la coupe des extrémités. De plus, la mise au mille est considérablement améliorée par les extrémités du tube à chaud 19 ne nécessitant aucune coupe après l'étape de laminage à chaud. Cette suppression des coupes à chaud, permet de laminer en simple longueur sans altérer la mise au mille. Dans ce cas, il est possible de supprimer les scies à chaud.
[0040] Dans les procédés conventionnels, on lamine les ébauches minces dans la mesure du possible en double longueur, ce qui permet d'améliorer la mise au mille en se limitant, pour deux tubes finis, à deux coupes aux extrémités du tube au lieu de quatre. Selon les modes de réalisation permettant d'obtenir un calibre rond, les coupes aux extrémités du tube à chaud 19 ne sont plus nécessaires et un laminage en simple longueur peut être réalisé sans pénaliser la mise au mille. Il est bien entendu que la présente invention peut aussi être appliquée au laminage en double longueur. [0041] La figure 9 montre en plus de détails le laminoir 8. Dans la figure 9, le mandrin 21 est retenu par une prolonge 24 qui est fixée, pendant l'opération de laminage, à une traverse de retenue 25, laquelle est appuyée contre la première des cages de laminage 20 par l'intermédiaire de longerons 26. Un fois le laminage terminé, le mandrin 21 peut être déplacé par une grue mécanique 28.
[0042] Le système de laminage comprend également un dispositif de dépôt et de refroidissement 27 du mandrin 21 , le dispositif 27 étant placé latéralement à la voie à rouleaux 32 de sortie du laminoir 8. Cette disposition ainsi que la suppression de la lubrification des mandrins et l'importante diminution de longueur de ceux-ci, simplifie notablement la circulation des mandrins 21 . Avec des cycles courts, la capacité de
production n'est pas affectée par le laminage en simple longueur.
[0043] Le système de laminage selon les modes de réalisations comporte plusieurs avantages, comprenant, d'une part, la simplification du dispositif de laminage par :
la suppression d'un système de retenue mobile du mandrin constitué par une longue crémaillère utilisée dans les systèmes de laminage conventionnels, y compris des moteurs électriques pour la retenue et le déplacement de la crémaillère ;
la simplification importante de la circulation des mandrins 21 , due à la suppression de la lubrification de ces mandrins 21 et à l'importante diminution de longueur de ceux-ci ;
la suppression d'un laminoir extracteur en ligne ou la suppression d'un dispositif d'extraction du mandrin hors ligne, nécessaires dans les systèmes de laminage conventionnels ;
la calibration ronde à toutes les cages 20, évitant les extrémités irrégulières du tube à chaud 19 à la sortie du laminoir 8, rendant possible la suppression des coupes aux extrémités du tube 19 ; et la suppression des coupes aux extrémités du tube 19 permettant, pour un laminage des tubes 19 en simple longueur, la suppression des scies à chaud.
[0044] Le système de laminage selon les modes de réalisations comporte, en outre, des avantages tels que :
la suppression des déformations redondantes, la réduction des allongements par cage 20 et une sensible diminution des frottements, entraînant une forte réduction des charges mécaniques, des couples et des puissances ;
la réduction des allongements par cage 20 et la réduction des charges mécaniques permettant la diminution du diamètre des cylindres 5 ;
la réduction des charges et la diminution du diamètre des cylindres 5 permettant de réduire le poids et le volume des cages 20, d'où une facilité de manipulation à la fabrication et à l'exploitation du système de laminage ; et
la réduction du poids des cages 20 permettant d'alléger les structures du bâtiment, de réduire les charges d'un pont roulant et d'alléger des fondations supportant le système de laminage.
[0045] De plus, la suppression de l'extracteur, la grande simplification de la circulation des mandrins 21 , la suppression de la crémaillère, entraînent une réduction de la surface occupée par les équipements. En effet, dans une installation conventionnelle de laminoir continu, la distance entre l'arrière de la crémaillère et la sortie de l'extracteur est de l'ordre de 70 à 80 mètres alors qu'avec le système de laminage à mandrin fixe de
l'invention, la longueur des équipements équivalents est d'environ 40 mètres.
[0046] Le système de laminage selon les modes de réalisations permet également de diminuer les coûts fixes, tels que : la diminution du coût des équipements dû à la simplification de l'installation, à la suppression du dispositif de retenue mobile du mandrin et à la suppression de l'extracteur ;
la diminution du coût des bâtiments, dû à la réduction des surfaces, des structures telles que les ponts roulant, les fondations et l'installation des équipements de production.
[0047] Des avantages du système de laminage comprennent également une diminution des coûts variables de transformation, tels que :
une réduction des coûts de l'outillage, en particulier des mandrins 21 , où seuls les anneaux 22 situés dans les cages 20 sont sujet à l'usure, contrairement aux longs mandrins des laminoirs conventionnels avec une longueur de travail de 10 à 14 mètre, dont les coûts sont très importants ; mais aussi dû à une usure plus faible des cylindres 5 comme les forces, couples, énergies et puissances étant plus faibles qu'avec un laminage conventionnel ;
la diminution des quantités de consommables par la suppression de la lubrification des mandrins 21 et par la récupération des excès de désoxydant et de lubrifiant ;
la diminution de l'énergie consommée par la suppression des déformations redondantes, par la réduction de l'énergie de frottement et par le contrôle de la température ;
l'amélioration importante de la mise au mille par la suppression à chaud des coupes aux extrémités du tube 19, par la diminution des rejets, par la réduction des défauts et par la diminution des arrêts de production due à la simplification du système de laminage ; et
la diminution des coûts de fonctionnement due à la simplification de la conduite de l'équipement de production, de la réduction de
l'entretien et de la diminution de la main d'œuvre nécessaire.
[0048] Le système de laminage selon les modes de réalisations permet d'obtenir une meilleure qualité des tubes 19. En effet, la calibration ronde à toutes les cages 20 induit une vitesse axiale à peu près constante dans toute la section de l'ébauche 2 et un diamètre moyen de l'ébauche 2 presque constant pendant le laminage, entraînant une vitesse axiale quasi constante dans toute la section de l'ébauche 2. Cette vitesse axiale presque constante réduit fortement les tensions de déformation, particulièrement les tensions axiales et tangentielles qui sont très faibles, alors que la déformation radiale s'effectue quasi uniquement sous compression. En outre, la réduction des allongements par cage 20 s'ajoute à cette réduction significative des tensions de déformation. D'autre part, la suppression du frottement entre les cages 20, contribue également à la réduction des tensions. Cette importante réduction des tensions, entraîne une notable diminution des défauts tant extérieur qu'intérieur sur les tubes 19. Par ailleurs, la calibration ronde à toute les cages 20, le maintien d'un diamètre moyen constant pendant le laminage et la réduction de l'allongement par cage 20, assurent une excellente qualité géométrique, de tolérances et de rotondité des tubes 19.
[0049] La suppression de la lubrification des mandrins 21 , l'injection du lubrifiant comme du désoxydant directement dans l'ébauche 2, ainsi que la récupération des excès de désoxydant et de lubrifiant, diminue
notablement la pollution ambiante.
Numéros de référence employés sur les figures four de chauffage
ébauche
profils extérieur d'entrée
profils extérieur de sortie
cylindres
scie
perceur
laminoir continu
première conduite
profil intérieur d'entrée
profil intérieur de sortie
deuxième conduite
conduite intérieure
injecteur
valve
piston
ressort
alésage
Tube à chaud
cage de laminage
mandrin
anneaux profilés
tube intermédiaire
prolonge
traverse de retenue
longerons
dispositif de dépôt et de refroidissement
grue magnétique
dispositif d'injection de désoxydant
dispositif de récupération du surplus de désoxydant
voie à rouleaux de sortie du laminoir
dispositif d'injection de lubrifiant
dispositif de récupération de lubrifiant
anneau de chauffage à induction
canal calorifugé
tige supportant une poire de perçage
Next Patent: DEVICE FOR PARTIALLY SEVERING A WORKPIECE