Procédé et dispositif pour la fabrication d'un tube d'acier sans soudure par laminage à chaud sur mandrin

Abstract

 On commence une réduction étirage du tube dans l'axe du laminoir continu (1) dans la zone du tube où il n'y a plus de mandrin, avant la fin du laminage continu, par passage de cette zone entre des cylindres de réduction (4) situés en aval et en ligne avec le laminoir continu (1 ) ; on achève la réduction du tube avant de lâcher le mandrin et avant que ce dernier se présente devant la première cage (4). On commande l'ouverture de ces cages (4) avant de faire passer le mandrin à travers les cages de réduction (4) pour éviter tout contact du mandrin avec les surfaces de travail des cylindres de réduction.
Application particulière aux tubes minces de la gamme 100 x 4mm à 250 x 7mm (diamètre extérieur x épaisseur).

Description

[0001] L'invention concerne la fabrication d'un tube d'acier sans soudure par laminage à chaud sur mandrin.

[0002] Dans certains procédés de laminage à chaud sur mandrin long d'ébauches tubulaires par un laminoir continu ou similaire, où le mandrin est retenu pendant le laminage, on a pu disposer en aval du laminoir et selon le même axe de passe une ou plusieurs cages dites "d'extraction" dans lequel le tube vient en prise vers la fin de l'opération de laminage, ce qui a pour effet de l'extraire du mandrin tandis que ce dernier reste maintenu en amont du laminoir.

[0003] Bien que dans ce type d'installation, le mandrin soit alors rétracté en amont du laminoir pour en- tringlage de l'échauche suivante aussitôt que l'ébauche qui vient d'être laminée est dégagée, on n'est pas à l'abri d'une rupture du mandrin ou du dispositif d'accrochage qui a pour conséquence qu'une partie de tube emmandrinée traverse l'extracteur. Or, il est à noter que pour développer un effet d'extraction suffisant, les cages d'extraction doivent exercer un effort radial tel qu'il s'en suit normalement une légère diminution du diamètre du tube dont l'épaisseur n'est pas altérée. Mais, si une partie du tube vient à se présenter avec le mandrin encore à l'intérieur, les galets d'extraction ne travaillant plus à creux ont à exercer des efforts tellement considérables qu'on arrive à la rupture. Il existe des dispositifs de sécurité bien connus dans les laminoirs permettant aux cylindres des cages d'extraction de s'effacer dès que les efforts deviennent trops grands, mais l'expérience montre que ceux-ci, compte tenu des vitesses de passage du produit et des masses mises en jeu, ne fonctionnent convenablement que si l'ouverture à prévoir reste faible, et tout juste compatible avec les faibles réductions de diamètres nécessaires pour assurer l'extraction.

[0004] Compte tenu de ce qui précède, il a toujours été considéré comme industriellement impossible de réaliser des réductions de diamètre importantes sur l'extracteur proprement dit ; si le tube laminé doit subir une réduction de diamètre importantes, on ne peut donc le faire que sur un réducteur suffisamment distant de l'ensemble laminoir extracteur pour que les tubes laminés qui contiendraient encore tout ou partie de mandrin puissent être arrêtés et mis hors circuit. Les distances et temps nécessaires à cette opération de vérification et de tri éventuels sont tels que, pour les tubes laminés dans des conditions normales, la température n'est plus suffisante à l'arrivée au réducteur. Aussi les tubes laminés sont-ils systématiquement réchauffés avant réduction, d'où une perte d'énergie importante.

[0005] Dans d'autres procédés (laminoir continu) utilisant un mandrin libre ou à vitesse contrôlée avec lâcher du mandrin en fin de laminage, il est connu d'extraire le mandrin du tube laminé en dehors de l'axe de passe du laminoir, le mandrin étant envoyé vers les dispositifs de refroidissement et de recyclage tandis que le tube laminé est envoyé vers un laminoir réducteur.

[0006] Cependant, la succession des opérations (freinage et arrêt du tube emmandriné, transfert dans l'axe du démandrineur, démandrinage) est telle que l'ébauche se refroidit et n'est plus apte à subir une réduction de diamètre sans réchauffage préalable, d'où une perte appréciable d'énergie.

[0007] L'invention.concerne un procédé de fabrication d'un tube d'acier sans soudure, dans lequel on lamine à chaud dans un laminoir continu une ébauche de tube emmanchée sur un mandrin, on impose au mandrin une vitesse contrôlée pendant le laminage, on sépare le tube du mandrin et on lâche le mandrin à la fin du laminage pour qu'il sorte du laminoir continu en suivant le tube ; elle vise à éviter les inconvénients ci-dessus.

[0008] Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'on commence une réduction du tube dans l'axe du laminoir dans la zone du tube où il n'y a plus de mandrin, avant la fin du laminage du tube, par passage de cette zone du tube entre des cylindres de réduction situés en aval et en ligne avec le laminoir continu, en ce qu'on achève la réduction du tube et par là même son extraction hors du mandrin avant de lâcher le mandrin et avant que le mandrin qui suit le tube se présente devant ces cages, et en ce qu'on commande l'ouverture des cages avant de faire passer le mandrin à travers les cages de réduction, pour éviter tout contact du mandrin avec les surfaces de travail des cylindres de réduction.

[0009] Ce procédé permet d'obtenir à creux des réductions importantes de diamètre et, éventuellement, d'épaisseur du tube, ces dernières étant rendues possibles par l'importance même de la réduction de diamètre,ceci dans l'axe de passe du laminoir continu à une distance très faible et sans aucune manutention du produit, de sorte que le temps qui s'écoule entre le passage d'une section considérée de produit dans le laminoir et son passage dans le réducteur est très faible et ne nécessite pas de réchauffage intermédiaire, d'où une économie d'énergie importante et une grande simplification de l'installation dont l'investissement aussi bien que le coût d'opération et d'entretient sont réduits de façon très substantielle.

[0010] Le mandrin est ensuite envoyé vers les circuits de refroidissement, de contrôle éventuel et de recyclage vers l'entrée du laminoir..

[0011] Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprend un laminoir continu, des moyens pour accompagner le mandrin à vitesse contrôlée pendant le laminage de l'ébauche, des cages de réduction en aval du laminoir continu et en ligne avec lui, des moyens pour soutenir le mandrin pendant son passage dans les cages de réduction sans contact avec les cages et des moyens pour commander l'ouverture des cages avant le passage du mandrin.

[0012] Ce dispositif peut être considéré comme la combinaison d'un laminoir continu travaillant sur mandrin long à vitesse contrôlée pendant le laminage et laché en fin de laminage, avec un laminoir réducteur particulier.

[0013] On décrira ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en référence aux Figures du dessin joint sur lequel :

. La Figure 1 est un schéma d'une installation conforme à l'invention ;

. La Figure 2 et la Figure 3 sont des coupes transversales schématiques de deux réalisations d'une cage du laminoir extracteur ;

. La Figure 4 est un diagramme espace/ temps des vitesses du tube et du mandrin dans l'installation ; et

. La Figure 5 représente schématiquement les cages du laminoir lors de différentes phases du procédé.

[0014] Les Figures concernent le laminage sur mandrin long et la réduction dans une même chaude chaude, c'est-à-dire sans réchauffage intermédiaire, d'un tube mince obtenu dans un procédé reproductible à retenue de mandrin contrôlée.

[0015] Par tube "mince", on désigne un tube de la gamme 100 x 4 (mm) à 250 x 7 (mm), la première et la deuxième valeurs désignant respectivement le diamètre extérieur et l'épaisseur de la paroi du tube.

[0016] Par réduction importante, on entend des valeurs du rapport diamètre sortant/diamètre entrant jusqu'à 3 et même plus.

[0017] L'installation comporte essentiellement (Figure 1) un laminoir continu 1 et un laminoir réducteur-extracteur 2 (pour réduire le tube et le séparer du mandrin) en ligne avec le laminoir continu. La distance L entre la dernière cage du laminoir continu et la première cage du laminoir réducteur-extracteur, aussi réduite que possible, est de l'ordre d'une longueur de tube, soit par exemple une distance de l'ordre de 10 mètres.

[0018] Les deux laminoirs sont en synchronisme de vitesse, la vitesse de sortie du laminoir continu étant par exemple de 2 à 5 m/s, en sorte que l'intervalle de temps entre le laminage et la réduction est généralement inférieur à la minute.

[0019] Les nombres de cages des laminoirs sont choisis en fonction des besoins, de façon connue en soi.

[0020] L'homme de,métier connaît le laminoir continu et le laminoir réducteur, aussi ne décrira-t-on que les modifications apportées par la présente invention au laminoir réducteur pour la mise en oeuvre du nouveau procédé.

[0021] Ces modifications comprennent

- des dispositifs de commande 3 pour écarter complètement et rapidement les cylindres des cages de réduction à une section de passage entre les cylindres nettement supérieure au diamètre du mandrin ;

- des dispositifs mécanisés 5 de soutien du mandrin, situés entre les cages de réductions, susceptibles de venir se placer autour ou simplement au-dessous de l'axe de passe pour y maintenir le mandrin lors de son passage de telle sorte que le mandrin ne puisse à aucun moment venir au contact avec les cylindres de réduction en position ouverte, ce qui entraînerait une détérioration des surfaces de travail du mandrin et des cylindres, les rendant rapidement inaptes à un laminage correct ;

- des dispositifs de détection 6 de l'arrivée du tube et du mandrin devant le laminoir réducteur 2 commandant les mécanismes 3 au moment opportun pour l'ouverture des cages 4 à la grandeur qui convient ;

- des dispositifs de régulation pour régler la vitesse des cages du laminoir réducteur en relation précise avec la vitesse de celles du laminoir continu, évitant tout défaut sur le produit qui pourrait résulter d'une différence de vitesse inadéquate entre le laminoir continu et le laminoir réducteur lorsque les laminoirs sont simultanément en prise sur le tube.

[0022] Il n'est pas nécessaire de décrire en détails ces dispositifs qui sont connus en soi. Toutefois, à titre d'exemples, on décrira ci-après, en référence aux Figures 2 et 3, deux réalisations d'une cage du laminoir réducteur-extracteur.

[0023] Les Figures 2 et 3 montrent différentes réalisations d'une cage du laminoir extracteur.

[0024] La Figure 2 illustre une cage 4 du type à deux cylindres 8 et 9. Les quatre empoises 10 coulissent dans des lumières ménagées dans la cage.

[0025] Un coin double 11 et une pièce analogue 12 respectivement pour la partie haute et basse de la cage permettent de rapprocher ou d'écarter les cylindres 8 et 9 sous l'action de vérins 13 et 14. La position rapprochée correspond à la réduction et au démandrinage qui s'ensuit, la position écartée au passage du mandrin à travers le laminoir extracteur.

[0026] Au cas où le mandrin serait "avalée l'effort anormal provoquerait une montée de pression dans les vérins 13 et l4 et une soupape de décharge s'ouvrirait. Par double sécurité, des boites à casser 15 sont intercalées entre les vis de serrage 16 et la face d'appui.

[0027] La Figure 3 représente une cage 4 du type à trois cylindres 17, 18, 19.

[0028] Les roulements de cylindres sont logés dans des empoises 20 coulissantes.

[0029] Trois coins doubles pentés 21, 22, 23 permettent de rapprocher ou d'éloigner respectivement les cylindres 17, 18, 19.

[0030] La position rapprochée correspond à l'opération de réduction et de démandrinage qui s'en suit alors que la position écartée correspond au passage du mandrin dans le laminoir extracteur.

[0031] Trois vérins 24, 25, 26 assurent les mouvements en question.

[0032] Au cas où le mandrin serait avalé, l'effort anormal provoquerait une montée de pression dans les vérins et l'ouverture d'une soupape de décharge.

[0033] On remarquera que les cages s'ouvrent automatiquement si l'arrière du mandrin dépasse par accident une certaine position.

[0034] Le graphique de la Figure 4 permet de comparer les déplacements relatifs du mandrin et de l'ébauche E (qui deviendra le tube T) lors du laminage puis de la réduction du tubé.

[0035] Pour tout ce qui concerne le laminage de l'ébauche dans le laminoir continu, on peut se reporter au brevet français n° 72 31888 déposé le 8 septembre 1972 qui décrit un procédé de fabrication d'un tube métallique sans soudure, dans un laminoir continu, sur mandrin. Dans ce procédé, comme dans le cas présent, le mandrin M est d'abord retenu de façon à avancer avec une vitesse contrôlée, par exemple à vitesse constante, puis il est libéré, lorsque l'opération de laminage est terminée, pour sortir du laminoir continu à la suite de l'ébauche devenue tube T.

[0036] Sur la Figure 4, les références ont les significations suivantes :

A1 : axe première cage du laminoir continu

A2 : axe dernière cage du laminoir continu

A3 : axe première cage du réducteur-extracteur

A4 : axe dernière cage du réducteur-extracteur

TA : durée d'approche et de remplissage du laminoir continu

TV : durée de sortie du tube du laminoir continu

TE : durée d'extraction du mandrin hors du tube

VM : vitesse du mandrin durant le laminage

VSLC : vitesse de sortie du tube du laminoir continu

VSLR : vitesse de sortie du tube du laminoir réducteur-extracteur

VEM : vitesse d'évacuation du mandrin.

[0037] On voit sur la Figure que :

a) on impose au mandrin une vitesse contrôlée (ici constante) VM pendant le laminage ;

b) on commence la réduction de l'ébauche du tube avant la fin du laminage (point X) ;

c) on achève la réduction du tube (point Y) avant de lâcher le mandrin (point Z).

[0038] La Figure 5 représente des schémas (a), (b), et (c) des dispositions relatives des cylindres des cages du laminoir réducteur-extracteur (supposé à trois cages), du tube T et du mandrin M, respectivement au cours des phases I, II et IIIède la Figure 4 :

schéma (a) laminage de l'ébauche sur le mandrin et, simultanément, réduction du tube,

schéma (b) : extraction et réduction du tube,

schéma (c) : passage du mandrin dans le laminoir réducteur-extracteur.

[0039] Le laminoir extracteur comprend de préférence un nombre élevé de cages et, par exemple, au moins cinq cages, comme cela a été représenté sur la Figure 1. Sur la Figure 5, on a représenté seulement les deux cages extrêmes et la cage centrale de ce laminoir pour la commodité de la figure mais on comprendra qu'il s'agit bien d'un laminoir à cinq cages comme dans le cas de la Figure 1.

Revendications

1. - Un procédé de fabrication d'un tube d'acier sans soudure, dans lequel on lamine à chaud dans un laminoir continu une ébauche de tube emmanchée sur un mandrin, on impose au mandrin une vitesse contrôlée pendant le laminage, on sépare le tube du mandrin et on lâche le mandrin à la fin du laminage pour qu'il sorte du laminoir continu en suivant le tube, caractérisé en ce qu'on commence une réduction du tube (T) dans l'axe du laminoir (1) dans la zone du tube où il n'y a plus de mandrin (M), avant la fin du laminage du tube, par passage de cette zone du tube entre des cylindres (8, 9 ; 17, 18, 19) de cages de réduction (4) situées en aval et en ligne avec le laminoir continu (1), en ce qu'on achève la réduction du tube avant de lâcher le mandrin et avant que le mandrin qui suit le tube se présente devant ces cages (4), et en ce qu'on commande l'ouverture des cages (4) avant de faire passer le mandrin à travers lesdits cylindres, pour éviter tout contact du mandrin avec les surfaces de travail desdits cylindres.

2. - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande l'ouverture des cages (4) avant de lâcher le mandrin.

3. - Un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1 ou 2, qui comprend un laminoir continu et des moyens pour accompagner le mandrin à vitesse contrôlée pendant le laminage de l'ébauche, caractérisé en ce qu'il comprend des cages (4) de réduction du tube (T) en aval du laminoir continu (1) et en ligne avec lui, des moyens (5) pour soutenir le mandrin (M) pendant son passage dans les cages de réduction (4) sans contact avec les cylindres moyens (8, 9 ; 17, 18, 19) de ces cages et des moyens (3) pour commander l'ouverture des cages (4) avant le passage du mandrin (M).

4. Un dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs de détection (6) de l'arrivée du tube et du mandrin devant les cages de réduction (4) pour commander les moyens (3) qui commandent l'ouverture des cages (4).

5. - Les tubes d'acier sans soudure fabriqués selon un procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou fabriqués au moyen d'un dispositif selon la revendication 3 ou 4.

6. Les tubes d'acier sans soudure selon la revendication 5, caractérisés en ce qu'ils font partie de la gamme 100 x 4 à 250 x 7 mm.

7. - Les tubes d'acier sans soudure selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisés en ce que le rapport de réduction (diamètre sortant/diamètre entrant) est de 3 ou davantage.

Dessins