L'intention concerne un procédé et un appareil de laminage continu à chaud, avec réduction élevée, de produits
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des fils et autres produits dans une série groupée de passes de laminage.
Dans toute opération de laminage, les cylindres de travail exercent une pression sur le produit passant entre eux. Cette pression s'accompagne de forces de frottement qui résultent de la différence de vitesse entre le métal laminé et les surfaces des cylindres. Les composantes verticales de pression et de frottement des cylindres tendent à réduire la
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pression des cylindres agissent en sens opposé à celui du laminage et tendent à éjecter le métal de l'emprise, tandis crue les composantes horizontales des forces de frottement agissent dans le sens du laminage, dans la zone du retard à l'engagement, et tendent à tirer le produit vers l'intérieur de l'emprise. Dans la description qui suit, les forces agissant sur le produit dans le sens du laminage seront considérées comme des forces positives, et celles agissant sur le produit dans le sens opposé à celui du laminage seront considérées comme des forces négatives.
Lorsque l'extrémité avant d'un produit commence une passe de laminage, la somme algébrique des composantes de forces horizontales de la pression et du frottement des cylindres varie de façon continue entre l'instant de l'entrée en contact de l'extrémité avant avec les cylindres et l'instant de la sortie de cette extrémité avant de l'emprise.
Si cette somme reste positive pendant toute cette phase d'introduction, l'extrémité avant est pincée par les cylindres de travail et entraînée dans et à travers l'emprise, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à une force supplémentaire. Cette condition est désignée ci-après par l'expression 'entrée spontanée[deg.].
Par ailleurs, si la somme algébrique des composantes de forces horizontales atteint une valeur négative pendant la phase d'entrée, une force supplémentaire doit ëtre exercée sur le produit, avant la passe de laminage, afin de réaliser l'entrée. Cette condition sera désignée ci-
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Une fois que l'emprise est remplie et qu'une condition d'équilibre est atteinte, la somme de ces composantes de forces horizontales devient égale à zéro.
On a établi théoriquement que l'entrée spontanée se produit si l'angle a d'attaque est maintenu dans la plage :
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où ? est l'angle de frottement.
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l'emprise est remplie, un laminage libre se poursuit dans les limites théoriques :
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L'expression 'laminage libre" utilisée dans le présent mémoire désigne un laminage n'utilisant pas de forces supplémentaires pour pousser ou tirer le produit pendant la passe de laminage après le remplissage de l'emprise. Si l'angle d'attaque dépasse les limites théoriques du laminage libre, une force supplémentaire continue doit être exercée sur le produit, mëme après le remplissage de l'emprise. Cette condition est désignée ci-après 'laminage forcé".
Dans l'art antérieur, les programmes de travail des laminoirs continus sont classiquement conçus pour des conditions d'entrée spontanée et de laminage libre. En l'absence de pannes des appareillages ou d'autres conditions inhabituelles, ce procédé assure un passage en douceur du produit d'une passe de laminage à l'autre, ce qui est évidemment essentiel pour un travail satisfaisant du laminoir.
Cependant, il est également connu que dans toute passe de laminage donnée, la réduction réalisée est inversement proportionnelle à l'amplitude du cosirus de l'angle d'attaque. Ainsi, il apparaît que dans des laminoirs
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inférieures aux réductions maximales, une fois que les emprises sont remplies. Si les réductions réalisées lors des passes de laminage ne sont pas maximales, le nombre de ces réductions doit être augmenté pour que l'on atteigne une réduction totale donnée.
Les passes supplémentaires de laminage et les équipements associés de commande, de pilotage, de lubrification et de refroidissement par eau, etc., qu'elles nécessitent sont extrêmement coûteux. Les passes supplémentaires de laminage élèvent également de façon notable le coût de fonctionnement et d'entretien du laminoir, tout en occupant davantage d'espace, ce qui constitue un facteur de coût élevé dans toute installation donnée de laminage. Dans de nombreux laminoirs, un écartement important entre les cages accroît ce dernier facteur de coût.
Etant donné que les coûts des équipements de laminage, des bâtiments, de l'énergie, etc., continuent d'augmenter, il existe une demande croissante en procédés de laminage plus efficaces, réalisant une réduction importante et utilisant des équipements compacts et de plus faibles dimensions.
L'idée d'atteindre de plus fortes réductions lors des passes de-laminage n'est pas nouvelle en soi et, au fil du temps, on a avancé plusieurs propositions allant dans ce sens et comprenant, par exemple, le passage à force continu de produits entre des cylindres de travail non menés
(brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 723 834), ainsi qu'au cours de passes de laminage réalisées par des cylindres de travail menés (brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 106 318). Cependant, un problème posé par ces essais est qu'ils nécessitent l'utilisation de cylindres de travail de diamètre relativement grand, ce qui exige, par suite, la présence de paliers, de cages, de fondations, etc., massifs, et de grands bâtiments. Ainsi, les avantages résultant des réductions plus importantes sont largement compensés par des
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Dans une autre proposition décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 553 997, on cherche à atteindre des réductions importantes par l'utilisation de cylindres de travail menés de diamètre relativement faible.
Cependant, dans ce cas, les emprises sont initialement ouvertes pour recevoir librement chaque extrémité avant, puis elles sont fermées pour laminer la partie restante du produit. Le fait qu'il est impossible d'ouvrir et fermer de façon constante les emprises et le gaspillage résultant de la mise au rebut des extrémités avant non laminées rendent ce procédé inapplicable aux opérations modernes de laminage portant sur des tonnages élevés.
D'autres propositions visant à réaliser des réductions importantes comprennent l'utilisation de forges oscillantes et de laminoirs planétaires. Bien que ces essais aient rencontré un certain succès limité dans des applications particulières portant sur de faibles tonnages, elles n'ont pas été largement suivies dans l'industrie du laminage.
L'invention concerne un procédé et une machine de laminage continu à chaud d'un produit par plusieurs passes successives de laminage au cours desquelles ce produit est soumis à des réductions notablement augmentées par rapport à celles obtenues au cours d'opérations classiques de laminage, ce qui permet de diminuer le nombre de passes de laminage nécessaire pour l'obtention d'une réduction totale donnée. Le laminaqe s'effectue au moyen de cylindres de travail de diamètre relativement faible, ce qui permet de réduire notablement les dimensions de l'installation de laminage.
Ce résultat a pu ëtre obtenu par l'abandon du concept de l'entrée spontanée dans au moins l'une, et de préférence, toutes les passes de laminage autres que la première, dans une série donnée, et en faisant plutôt appel à des techniques rigoureuses d'entrée forcée pour maximiser les angles d'attaque et les réductions qui en résultent. Dans au moins l'une des passes de laminage, l'angle d'attaque est élevé à un degré tel que l'entrée spontanée est empêchée par une force contraire momentanée qui est supérieure à la force de sortie disponible, produite par l'action de laminage de la passe précédente, ce qui rend nécessaire de pousser le produit dans la passe de laminage précédente, sous une force supplémentaire exercée en avance par rapport à cette passe.
Une suite de passes conçue conformément à l'invention comprend de préférence au moins quatre passes de laminage, l'angle d'attaque de la première passe étant réglé pour permettre une entrée spontanée de l'extrémité avant du produit, les angles d'attaque des deuxième et troisième passes étant réglés pour produire des réductions augmentant progressivement sous des conditions d'entrée forcée, et la force demandée pour l'entrée dans la troisième passe de laminage étant supérieure à la force de sortie disponible et résultant de l'action de laminage de la deuxième passe, ce qui nécessite de faire appel à la force de sortie disponible de la première passe de laminage. La quatrième passe de laminage se produit également dans des conditions d'entrée forcée, mais, pour des raisons indiquées ci-après, l'angle
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inférieurs à ceux de la troisième passe de laminage.
Pour un jeu donné de conditions, une fois que les emprise? de toutes les passes de laminage sont remplies, un laminage libre a lieu. Cependant, suivant certaines variables telles que, par exemple, le coefficient prédominant de frottement et/ou l'amplitude admise de la diminution du diamètre des cylindres en raison de l'usure normale et du dressage classique, l'angle d'attaque de la troisième passe de laminage peut finalement s'élever jusqu'à un degré tel
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ce qui nécessite un laminage forcé dans la troisième passe, sous assistance continue, initialement de la deuxième passe de laminage, puis de la quatrième passe une fois que l'extrémité arrière est sortie de la deuxième passe.
Les axes des cylindres des passes successives de laminage sont de préférence orientés perpendiculairement entre eux, les cylindres n'étant pas rainurés.
Pour économiser de l'espace et tirer un avantage maximal de la résistance au flambage du produit en cours de <EMI ID=11.1>
2,0 fois le diamètre maximal des cylindres.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels :
la figure 1A est un schéma montrant un laminage dans des conditions classiques d'entrée spontanée ; la figure 1B est un schéma analogue à celui de la figure 1A, montrant un laminage dans des conditions d'entrée forcée;
les figures 2A et 2B sont des vues schématiques à
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<EMI ID=13.1> figures 1A et 1B ; la figure 3A est un graphique montrant la sommation des composantes horizontales de forces dans les conditions d'entrée spontanée de la figure 1A la figure 3B est un graphique analogue à celui de la figure 3A, montrant la sommation des composantes horizontales de forces dans les conditions d'entrée forcée de la figure 1B, un laminage forcé se produisant lors de l'utilisation de cylindres de diamètre minimal ; la figure 4 est un schéma de la machine selon l'invention ;
les figures 5A à 5E sont des coupes transversales montrant le profil du produit subissant un cycle typique de laminage conformément à l'invention ; la figure 6 est un schéma montrant la progression de l'angle neutre dans chacune des cages afin de maintenir l'équilibre dans l'équipement de laminage selon l'invention ; et <EMI ID=14.1>
de comparer un cycle de quatre passes de laminage selon l'invention à un cycle classique de passes de laminage, demandé pour réaliser la mëme réduction sur le même produit.
Etant donné que les cylindres de travail formant une paire donnée fonctionnent dans des conditions identiques, la description d'un seul cylindre suffit. Si l'on se réfère initialement aux figures 1A, 2A et 2B, un cylindre R de travail d'une paire donnée est représenté en cours de laminage d'un produit P dans des conditions classiques
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inférieur à l'angle f de frottement. Le produit est soumis simultanément à une pression RP de laminage et à un frottement F. La pression RP de laminage peut ëtre décomposée
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à la direction de laminage et en une composante horizontale
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laminage. De même, le frottement F peut être décomposé en une
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ment, alors que la figure 2B montre que dans une zone Z2
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négativement. Le passage de cette composante du signe positif au signe négatif se produit pour un angle neutre NA qui sert
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d'un laminage dans des conditions classiques d'entrée spontanée, la somme algébrique 1 des composantes
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pendant l'introduction de l'extrémité avant du produit dans
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des conditions typiques pour des cylindres ayant des diamètres maximal et minimal, respectivement, en laminage libre. Après avoir atteint l'angle neutre, les valeurs de .1-chutent à zéro pour a = 0, ce qui établit une condition d'équilibre pour l'attaque des cylindres. Cependant, dans le cas où le laminage se produisant à l'attaque rencontre l'opposition d'une force extérieure (par exemple une force négative engendrée dans une passe suivante de laminage) , pour rétablir une condition d'équilibre, l'angle neutre se déplace vers zéro (suivant les lignes pointillées de la figure 3A) , ce qui engendre une force disponible DF de sortie destinée à vaincre la force extérieure. La force maximale disponible de sortie apparaît lorsque l'angle neutre atteint la limite zéro à a = 0.
La figure 1B montre un cylindre R' de travail qui lamine le produit P dans des conditions d'entrée forcée, conformément à une caractéristique de l'invention, avec un angle d'attaque aFE plus grand que l'angle de frottement de <EMI ID=26.1>
du produit. Au cours d'une phase négative initiale d'entrée
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composantes horizontales de forces prend initialement une valeur négative croissante, ce qui produit une force négative croissante OF d'opposition qui atteint une valeur maximale à
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positif. Pour réaliser l'entrée, la valeur négative de[pound], en tout point donné pendant l'introduction de l'extrémité avant dans l'emprise, doit être vaincue par l'application d'une force positive supplémentaire sur le produit, en avant de la passe de laminage, ce qui réalise une condition d'entrée forcée. Selon l'invention, cette force positive supplémentaire est appliquée par la force disponible de sortie d'une ou plusieurs passes de laminage précédentes, lorsque leurs angles neutres respectifs NA se rapprochent de zéro. Lors de l'utilisation de cylindres neufs ayant un
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valeur 2 finit par atteindre zéro à a = 0. Un laminage libre se produit donc dans des conditions d'équilibre dans la passe de laminage. Cependant, lorsque le diamètre des cylindres
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ce qui résulte en apparition d'une condition de laminage forcé au cours de laquelle une force supplémentaire doit être exercée en continu sur le produit pour vaincre la valeur négative DF après le remplissage de l'emprise.
La figure 4 représente schématiquement une installation 10 de laminage selon l'invention. Cette <EMI ID=34.1>
constituées par des paires complémentaires de cylindres 12 de travail. Les cylindres de travail de chaque passe sont commandés par des moyens classiques (non représentés) . Les cylindres 12 de travail sont supportés entre des paliers 14
(seuls les paliers des cylindres horizontaux étant représentés), et ces paliers sont eux-mêmes supportés par une structure de cages représentée schématiquement en 16. Les cylindres de travail sent de préférence sans rainures et ont
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cylindres ayant subi le nombre admissible maximal d'opérations de dressage..L'écartement S des passes de laminage est maintenu à un minimum absolu, de préférence
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neufs. Les axes des cylindres des passes successives sont orientés perpendiculairement entre eux, ce qui évite d'avoir à tordre le produit lorsqu'il progresse d'une passe à la suivante.
Les figures 5A à 5E représentent un cycle typique de laminage selon l'invention, h étant la hauteur du produit
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la largeur du produit (mesurée parallèlement aux axes des cylindres) , et A étant l'aire de la section droite. Le tronçon d'entrée est généralement une billette carrée dont les angles sont légèrement arrondis et dont la hauteur et la
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laminage de manière à présenter, en section, la forme d'un rectangle orienté horizontalement, à bords arrondis, de
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L'expression 'rectangle à bords arrondis" utilisée dans le présent mémoire désigne une section droite sensiblement rectangulaire, présentant deux côtés opposés sensiblement plats et deux autres côtés opposés légèrement convexes.
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produit de manière à former un rectangle orienté
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section A2. La passe de laminage P3 réduit davantage le produit en formant un autre rectangle à bords arrondis, orienté horizontalement et ayant pour dimensions h3 et w3 et
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produit pour former un autre rectangle orienté verticalement,
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et P4 sont de préférence compris dans les plages indiquées
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Un exemple du procédé de l'invention sera à présent décrit pour le laminage d'une billette d'acier de
18 0 x 180 mm, en quatre passes, dans les condit ions de laminage suivantes :
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Lorsqu'on utilise des cylindres neufs ayant un diamètre Dmax de 510 mm, la figure 6 montre comment les angles neutres de chacune des passes changent pendant le laminage, l'angle neutre étant indiqué en degrés, à gauche sur cette figure. D'autres données concernant les quatre passes de laminage sont regroupées dans le tableau I cidessous.
fMT.t�n
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a - angle d'attaque en degrés
r = pourcentage de réduction de section OF - force maximale d'opposition (daN)
<EMI ID=52.1> ..,.�
NA - angle neutre en degrés
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20,8[deg.], a été choisi pour permettre une entrée spontanée de
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valeur relativement modérée, à savoir 12,9 %, et la force de
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à 38 590 daN si l'angle neutre NA passe de 5,21[deg.] à zéro. La
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condition de laminage.
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élève le pourcentage de la réduction r2 de 36,5 %. Dans ce cas, la répartition des composantes horizontales de force est telle que toute entrée spontanée est empêchée par une force
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forcée est réalisée dans la passe de laminage P2, car la
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neutre de cete passe tend vers zéro. Le produit sort de la passe de laminage P2 dans des conditions d'équilibre, avec un angle neutre de 2,59[deg.] et la possibilité de produire une force maximale disponible de sortie de 21 815 daN. La figure 3B montre que dans de telles conditions de laminage libre, les
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apparaissent lors des phases initiales de l'entrée du produit.
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angle d'attaque a3 encore plus grand, à savoir de 43,2[deg.], ce qui entraîne une réduction importante r3 de 47,8 %. Dans ce cas, la répartition des composantes horizontales de force est telle que toute entrée spontanée est empêchée par une force
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la passe précédente P2 de laminage. Pour qu'il soit possible de procéder à une entrée forcée dans la passe P3 de laminage, la force DF2 doit être augmentée d'une force supplémentaire disponible de sortie exercée sur le produit, en avant de la passe P2 de laminage. Cette force disponible supplémentaire
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passe P3 de laminage au moyen de forces horizontales de
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Comme montré sur la figure 6, pendant que ceci se produit,
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déplace de 5,21[deg.] vers zéro. Le produit sort de la passe de laminage P3 dans des conditions d'équilibre, avec un angle <EMI ID=72.1>
<EMI ID=73.1> figure 3B.
La quatrième passe de laminage P4 présente un
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de 45,3 % et une force d'opposition OF4 de 11 209 daN. La force nécessaire pour réaliser l'entrée dans la passe P4 de laminage provient de nouveau des forces disponibles et combinées DF2 et DF3 de sortie, l'angle neutre NA de la passe de laminage P3 passant de 0,86[deg.] à zéro et l'angle neutre NA
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de la passe de laminage P4 dans des conditions d'équilibre, avec un angle neutre NA de 3,00[deg.] et une force maximale
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Lorsque les cylindres de laminage s'usent et doivent ëtre redressés, leurs diamètres diminuent progressivement, ce qui a un effet sur les angles d'attaque,
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dans chaque passe de laminage. Dans l'exemple décrit cidessus, une diminution du diamètre des cylindres à 435 mm est considérée comme possible. Les conditions de laminage dans chaque passe de laminage, utilisant des cylindres de 435 mm, sont groupées dans le tableau II.
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qu'une diminution à 435 mm du diamètre des cylindres de travail entraîne un accroissement des angles d'attaque a de chaque passe de laminage, ce qui s'accompagne d'une diminution des forces de sortie DF et d'une augmentation des forces maximales d'opposition OP. La variation la plus importante se produit dans la passe de laminage P3 où, même après le remplissage de l'emprise, une force négative de
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conditions d'entrée forcée et de laminage forcé, régnant dans la passe de laminage P3 (représentée par la courbe Dmin de la <EMI ID=82.1> la force disponible de sortie DF2 jusqu'à ce que l'extrémité arrière du produit se dégage de la passe de laminage P2.
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donc que, lorsqu'une condition de laminage forcé apparaît dans la passe de laminage P3, il est essentiel de maintenir une condition de laminage libre dans la passe de laminage P4 pour que l'extrémité arrière du produit soit tirée de manière sûre dans la passe P3. C'est la raison pour laquelle l'angle
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valeur inférieure à celle de l'angle d'attaque de la passe de laminage P3.
Lors de l'entrée forcée de l'extrémité avant du produit dans la passe de laminage P4' la force maximale
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Les tableaux III et IV illustrent certaines des modifications que l'on peut prévoir lors du laminage du mëme produit avec un coefficient de frottement plus élevé, -à savoir de 0,4.
TABLEAU III
(D = 510 mm)
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TABLEAU IV
(D = 495 mm)
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Le tableau III montre qu'avec un coefficient de frottement plus élevé et des cylindres de diamètre maximal, il est possible de réaliser une entrée forcée dans la passe
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est pratiquement inexistante et ceci devient rapidement impossible dès que le diamètre des cylindres diminue sous l'effet de l'usure normale. Pour un diamètre D de 495 mm, l'entrée forcée dans la passe de laminage P3 demande de nouveau l'association des forces disponibles de sortie des
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Le tableau V montre que, pour les exemples des tableaux I à IV, dans toute passe de laminage donnée demandant une entrée forcée, le rapport des forces positives disponibles de sortie DF aux forces maximales négatives d'opposition (parfois augmentées des forces négatives de sortie pendant un laminage forcé) est maintenu volontairement à une valeur telle qu'un facteur de réserve d'au moins 1,5 soit respecté.
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un laminage forcé.
Un facteur de sécurité de cette amplitude est considéré plus que suffisant pour assurer un laminage continu lorsque des conditions telles que la température du produit, le coefficient de frottement, etc. subissent des variations normales.
Le tableau VI montre la réduction moyenne par passe et la réduction totale par séries pour les exemples décrits précédemment.
TABLEAU VI
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A titre de comparaison, si un cycle de quatre passes du procédé de laminage de l'art antérieur décrit dans
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conditions de laminage analogues, avec entrée spontanée et laminage libre, la réduction maximale possible, avec des cylindres de 435 mm, est de 64,4 %. Le progrès réellement important apporté par l'invention au domaine du laminage apparaît ainsi de manière évidente à l'homme de l'art.
L'importance de l'utilisation des forces disponibles de sortie de deux passes successives de laminage pour effectuer une entrée forcée dans une passe située en aval peut apparaître en se référant, par exemple, au
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pour vaincre la force OF3, on a, avec un facteur de sécurité de 1,5 :
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Dans ces conditions, il serait nécessaire de limiter ou à 35,8[deg.], conduisant à un pourcentage de réduction très inférieur, à savoir de 26,2 %, dans la passe de laminage
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Les figures 7A et 7B permettent de comparer l'installation à quatre passes de laminage de la figure 1 à une installation classique de laminage continu. L'installation classique (figure 7B) utilise des cylindres de
700 mm, placés dans des cages placées à des intervalles de
3000 mm et chaque passe de laminage est conçue pour des conditions d'entrée spontanée et de laminage libre. Si le même produit est laminé dans les deux laminoirs, par exemple une billette d'acier de 180 x 180 mm, réduite à une section rectangulaire d'environ 47 x 108 mm, le laminoir classique demande une passe supplémentaire de laminage. De plus, il faut environ 75 % d'espace supplémentaire pour loger l'équipement classique de laminage.
Il apparaît donc que l'invention concerne un <EMI ID=104.1>
d'espace qu'avec les procédés et les équipements classiques.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'installation décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.
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produit (P) avec réduction importante, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le produit dans plusieurs
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forces horizontales dans au moins une passe de laminage autre que la première passe soit telle qu'une entrée spontanée soit empêchée par une force maximale d'opposition qui est supérieure à la force disponible de sortie produite par l'action de laminage dans la passe précédant ladite passe autre que la première passe, et à exercer une force supplémentaire sur le produit, en avant de ladite passe de laminage précédente, cette force supplémentaire ayant une amplitude suffisante, lorsqu'elle est associée à la force disponible de sortie de la passe précédente, pour vaincre la force maximale d'opposition et réaliser ainsi une entrée forcée du produit dans ladite passe autre que la première passe.
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de laminage sont orientés perpendiculairement entre eux, les cylindres (12) des passes de laminage pouvant notamment être sans rainures.