Procédé de laminage d'ébauches en vue de la production de gros profilés
La présente invention concerne un procédé de laminage d'ébauches en vue
de la production de gros profilés en acier, notamment de grosses poutrelles à larges ailes à hauteurs d'âme de 1 m.
Les procédés classiques de laminage font habituellement intervenir les étapes suivantes:
- On produit une section rectangulaire ou carrée (bloom) par laminage d'un lingot sur une cage comportant deux cylindres horizontaux (blooming ou break-down). Cette section rectangulaire peut aussi être produite par coulée continue avec ou sans laminage subséquent sur une cage dêgrossisseuse blooming ou break-down afin d'obtenir les dimensions souhaitées. La section doit avoir une largeur légèrement inférieure à la largeur de la première cannelure profileuse qui est ensuite utilisée.
- Cette cannelure profileuse est généralement disposée sur une cage comportant deux cylindres horizontaux (blooming ou break down).
En effectuant plusieurs passes de laminage dans cette cannelure profileuse on obtient une ébauche dont la forme est telle qu'elle permette le laminage subséquent sur les autres cages du laminoir jusqu'à l'obtention du produit fini. L'épaisseur de la section rectangulaire doit être choisie de manière à obtenir un remplissage correct de toutes les parties de la section de l'ébauche.
Ces procédés classiques! présentent plusieurs inconvénients:
- La nécessité de produire soit des lingots, soit des sections de coulée continue de forte épaisseur.
- La perte de matière due au fait que les extrémités des ébauches doivent dans certains cas être chutées avant de poursuivre le laminage sur les autres cages du laminoir.
Afin d'éliminer cesi inconvénients, on a proposé d'utiliser comme produit de départ des brames de section rectangulaire au lieu de lin-
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qui permettent d'obtenir une ébauche en soumettant la brame élargie aux extrémités à un laminage soit en cannelure profileuse classique soit en cage universelle.
L'élargissement des extrémités d'une brame soumise au refoulement est un phénomène bien connu des lamineurs, dont il faut tenir compte lors du laminage de produits de section rectangulaire. L'évolution de la forme des bords libres d'une section rectangulaire soumise au laminage
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la longueur projetée de l'arc de contact et la hauteur moyenne du produit.
Si l'on désigne par : R le rayon des cylindres
ho la hauteur initiale de la section rectangulaire
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L'élargissement est défini comme étant l'écoulement de matière s'effectuant dans la direction perpendiculaire aux directions de laminage et de réduction.
Pour un rapport g faible, l'élargissement des bords libres non-soumis à la pression de laminage directe, est localisé préférentiellement aux extrémités des bords libres conduisant à une forme évoquant un diabolo. L'épaisseur à mi-hauteur de la section n'est pas affectée par la déformation et reste constante.
Pour un rapport g élevé, l'élargissement est concentré à mi-hauteur de la section, conduisant à une forme évoquant un tonneau.
La valeur du rapport g séparant les deux modes d'élargissement est 0,6 à 0,7. Pour cette valeur limite l'élargissement des bords libres est constant sur toute la hauteur des bords libres.
Tous les procédés de laminage de poutrelles à partir de brames sont basés sur le mode d'élargissement obtenu pour des faibles valeurs du rapport g.
Cependant les procédés qui utilisent une cage universelle pour la production de l'ébauche sont difficilement applicables aux cas des poutrelles de grande hauteur et ayant des ailes extra-larges.
De même, un refoulement de la largeur de la brame dans des cannelures roulantes de largeur croissante ne permet pas de contrôler parfaitement la forme des ailes de l'ébauche. En outre, la largeur de table des duos dégrossisseurs est souvent limitée, ce qui interdit de placer une série
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grande hauteur d'âme et ayant des ailes extra-larges.
Le but de l'invention était de proposer un procédê de laminage d'ébauches aux dimensions requises et qui nécessite seulement l'intervention d'une cannelure roulante et d'une table lisse.
Suivant l'invention, la réalisation de l'ébauche s'effectue en trois étapes:
a. Refoulement de la largeur d'une brame dans une cannelure roulante
dont les faces latérales présentent une inclinaison déterminée et dont la largeur du fond est inférieure ou égale à l'épaisseur de la brame. L'élargissement conduit au remplissage de cette cannelure et la brame présente aux extrémités, suivant la largeur, des excroissances dont la forme évoque un champignon parfaitement symétrique.
b. Refoulement sur table refouleuse de la largeur de la brame produite
suivant l'étape a. Ce refoulement a pour effet de déformer le champignon par réduction de 1' épaisseur et par élargissement jusqu'à
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cannelure profiteuse classique jusqu'à l'obtention de l'ébauche.
Suivant l'invention, une combinaison adéquate de l'angle d'inclinaison des faces de la cannelure roulante et des réductions imposées en cannelure roulante et sur table refouleuse permet d'obtenir pour chaque poutrelle une forme de pré-ébauche aux dimensions requises.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé suivant l'invention
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remplissage correct de la cannelure profileuse 11 dans le procédé classique de laminage d'une ébauche pour poutrelles à larges ailes.
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de la figure 1. On remarque que les différences d'allongement entre âme et ailes produisent une langue de laminage dont la longueur 12 constitue une perte de matière appréciable. En outre, la forte épaisseur de la
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une brame 30 comme produit de départ.On remarque que les cannelures refouleuses présentent des largeurs croissantes b31 � b32 � b33. La largeur des ailes b33 de la pré-ébauche 33 doit être suffisante pour garantit le remplissage de la cannelure profileuse 35.
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de brames comme produit de départ. Au cours du refoulement, l'allongement des extrémités 41 et 42 soumises au laminage est plus important que l'allongement du centre 43 (voir fig. 4A). L'allongement de l'âme en cannelure profileuse étant supérieur à l'allongement des ailes, il y a compensation et il en résulte une langue de laminage de l'ébauche
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procédé classique utilisant des lingots. La perte de matière est ainsi considérablement réduite.
Le refoulement simple en cannelures refouleuses de largeur croissantes ne garantit cependant pas l'obtention d'une forme correcte des ailes de la pré-ébauche. En effet le refoulement de la brame de hauteur initiale ho jusqu'à la hauteur finale hn produit une forme d'ailes qui dépend
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Comme la réalisation d'une hauteur finale hn et d'une largeur finale des ailes bn dépend de la hauteur initiale ho de la brame, on ne dispose d'aucun degré de liberté permettant de contrôler la forme des ailes lors du refoulement.
Un exemple d'un résultat défavorable obtenu par refoulement simple d'une brame en cannelures roulantes est repris en fige 5. On remarque que malgré l'obtention d'une largeur d'ailes suffisante de la préébauche SI il existe un défaut de remplissage 53 qui ne pourra pas être éliminé lors du laminage en cannelure profileuse 52.
Il est également possible que dans certaines conditions de refoulement on obtienne des ailes trop épaisses ce qui peut conduire à la formation de repliures et une largeur insuffisante des ailes de l'ébauche.
Il résulte de ces considérations que le refoulement simple de la largeur d'une brame ne permet pas de contrôler la forme et l'épaisseur dea ailes de la prê-ébauche.
Le procédé suivant l'invention, tout en réduisant le nombre des cannelures nécessaires, introduit un degré de liberté supplémentaire qui permet de contrôler la forme et l'épaisseur des ailes de la pré-ébauche
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a. Une brame 60 est soumise au refoulement dans une cannelure roulante
61 jusqu'à obtention d'un "champignon" 62.
b. La déformation du "champignon" sur table refouleuse conduit a la
formation d'une pré-ébauche 63 dont les contours s'emboîtent le plus parfaitement possible dans la cannelure profileuse.
c. Obtention de l'ébauche 64 par laminage de la pré-ébauche 63 dans une
cannelure profileuse classique.
En fige 7 il est expliqué la formation de la pré-ébauche à partir du champignon réalisé en première cannelure. On voit que le laminage sur table refouleuse engendre les phénomènes suivants:
a. Réduction de l'épaisseur du "champignon" d'une valeur
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c. annulation de l'inclinaison des facettes du "champignon"
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Le principe du procédé suivant l'invention repose donc sur les différente@ d'élargissement entre tête de largeur bo et base de largeur bl du "champignon" lorsque celui-ci est soumis à un refoulement sur table
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-champignon'. il devient possible d'obtenir des ailes de pré-ébauche de dimensions requises.
La fig.8 montre différentes formes d'ailes 81,82 et 83 de pré-ébauche obtenues en modifiant la valeur de l'angle d'inclinaison de la première cannelure. La forme d'aile 81 est réalisée à partir d'un champignon ayant un angle d'inclinaison égal a 10X et une épaisseur égale à 0,198 m. Le nombre de passes effectuées en cannelure refouleuse et sur table refouleuse étaientrespectivement de 3 et de 17. Pour obtenir la forme d'aile 82, l'angle d'inclinaison et l'épaisseur du champignon valaient respectivement 50% et 0,2048 m; le nombre de passes en cannelure et sur table étaient respectivement de 11 et de 9. La forme d'aile
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égal à 80% et une épaisseur égale à 0,2147 m. Le nombre de passes en cannelure et sur table étaient respectivement de 15 et de 5.
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Les deux ailes 91 et 92 sont obtenues en partant de brames ayant une hauteur de 1,80 m et une épaisseur de 0,3 m. Le champignon avait un
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refouleuse et 11 passes sur table lisse alors que L'aile 92 a subi 6' passes en cannelure refouleuse et 14 passes sur table lisse. On remarque que l'épaisseur des ailes est essentiellement déterminée par l'épaisseur du "champignon" produit en cannelure refouleuse.
<EMI ID=24.1> pré-ébauche 102 a une hauteur hl, la réduction de hauteur valant 4 hl.
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largeurs minimales et maximales (tête et base) du champignon valent respectivement bo et bl. Après passage sur table lisse la pré-ébauche
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Les ailes de la pré-ébauche 103 présentent des largeurs minimales et maximales valant respectivement b3 et b2. L'épaisseur de l'aile vaut e2
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Afin de laminer des pré-ébauches aux dimensions requises il faut pouvoir calculer la déformation en fonction des conditions imposées.
La fige Il_ montre pour différentes hauteurs ho de la brame de départ l'élargissement de la base du "champignon" en fonction de la réduction imposée. L'angle d'inclinaison du "champignon" a été maintenu égal à
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Pour un angle**! , l'élargissement de la base du "champignon" peut être exprimé par la relation suivante:
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Les coefficients al et a2 sont fonctions de la largeur initiale ho de la brame et peuvent être exprimés par les équations suivantes:
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Pour un angle ^-^ et une largeur initiale donnée, lea relations (1), (2) et (3) permettent de déterminer la largeur bl de la base du champignon pour une réduction absolue Ah. donnée.
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être exprimée par la relation suivante:
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l'évolution de la largeur moyenne des ailes de la pré-ébauche en fonction de la réduction imposée sur table refouleuse. Cette évolution peut
s'exprimer par la relation suivante:
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Le coefficient a3 est une fonction linéaire de la hauteur hl de la
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la relation suivante:
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La fig.13 montre la réduction de l'épaisseur du "champignon" en fonc-
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Les différents coefficients intervenant dans les relations (1) - (9) doivent être déterminés expérimentalement pour différentes valeurs de
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l'ébauche qu'on désire obtenir.
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et he et hp (hauteur).
A partir des dimensions de l'ébauche, on peut déterminer les dimensions
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(9).
La fige 16 montre un schéma de calcul qui conduit à la détermination des principaux paramètres du procédé suivant l'invention. Ce calcul sera effectué avantageusement sur ordinateur.
En utilisant le procédé suivant l'invention, il a été possible de laminer des poutrelles jusqu'à une hauteur d'âme de 1 m et jusqu'à des largeurs d'ailes de 0,425 m en partant de brames de dimension 2 x 0,3 m2.
Le refoulement de brames de grande largeur Aur table refouleuse peut cependant provoquer des phénomènes d'oblicité indésirables. Afin de garantir une stabilité suffisante à la brame on prévoit au milieu de la table refouleuse un profilage du cylindre qui assure le guidage de la brame en cours de laminage.
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et 174) peuvent être éliminés par refoulement de la brame sur la table refouleuse constituée par l'âme de la cannelure profileuse classique.
La table refouleuse peut être remplacée par une cannelure roulante comportant un profilage en fond de cannelure. Dans ce cas, les flancs de la cannelure roulante assurent un guidage latéral à l'engagement de la brame au cours des dernières passes de refoulement.
Une première variante du procédé consiste à utiliser, au lieu de la
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"champignon", des cylindres verticaux pour le laminage de l'ébauche.
Dans ce cas, le laminage de l'ébauche est effectué comme le montrent
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La fig. 18, montre la formation du "champignon" par refoulement d'une brame de hauteur ho et d'épaisseur eb. Les cylindres horizontaux comportent la cannelure 181 servant à la formation des "champignons" et
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formée par l'âme et les faces intérieures des ailes de l'ébauche 183 représentées en pointillés.
La largeur 1 de cette cannelure doit être au moins égale à la hauteur
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d'une moitié d'aile de l'ébauche, mesurée à partir de son extrémité jusqu'à l'âme.
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cours de l'étape précédente. La réduction de largeur est effectuée au moyen de cylindres verticaux entraînés 191 disposés comme en cage slabbing universelle ou dans une cage séparée. La largeur est réduite par refoulement jusqu'à l'obtention de la largeur finale be de
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Au cours du refoulement par les cylindres verticaux, les cylindres horizontaux ont une fonction de guidage, l'âme ne subissant aucune ou seulement une faible pression de laminage.
La pré-ébauche est ensuite laminée jusqu'au stade de l'ébauche finale moyennant la réduction de l'épaisseur d'âme jusqu'à la valeur finale
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d'épaisseur de l'âme, les cylindres verticaux sont maintenus en position fixe, leur écartement correspondant à la largeur d'ébauche. Au cours de
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par les cylindres verticaux.
L'intérêt de cette variante réside dans le fait qu'on peut supprimer les passes de refoulement avec âme en position verticale telles
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classique. Il en résulte une productivité accrue.
Un autre avantage par rapport au laminage en cannelure profileuse classique est l'obtention d'une meilleure forme des extrémités de l'ébauche. En effet, lors du laminage en cannelure profileuse, la forme des extrémi-
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de l'extrémité où il y a absence d'âme en raison de l'allongement sélectif lors du refoulement.
La fig.22A montre une pré-ébauche 220 d'épaisseur eb et la fig.22B l'ébauche 2Z2 d'épaisseur e inférieure à eb, présentant des "oreilles"
221 qui proviennent d'un débordement localisé dans les cordons de la cannelure profileuse provoqué par l'absence d'âme à cet endroit. Le phénomène peut causer des difficultés d'engagement au refoulement. Afin de le limiter, il est nécessaire d'effectuer des passes de refoulement supplémentaires. A la perte de productivité qui en résulte s'ajoute la nécessité de chuter une plus grande partie des extrémités de l'ébauche avant de poursuivre le laminage en cage universelle. En effectuant le laminage avec des cylindres verticaux entraînes, comme décrit précédemment, ce phénomène n'apparaît pas.
Une deuxième variante du procédé suivant l'invention consiste à effectuer également la première étape du procédé, c.-à-d. la formation du "champignon", entre cylindres verticaux. Dans ce cas, la première cannelure refouleuae est disposée sur les cylindres verticaux 231, la brame étant
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formation des ailes, est effectuée en refoulant la brame sur la partie
1 lisse des cylindres verticaux, comme le montre la fige 24, cette étape ainsi que les étapes suivantes étant identiques aux étapes correspon-
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ments en cannelure et sur table lisse, il faut que les cylindres verticaux soient déplaçables suivant leurs axes verticaux. La deuxième variante du procédé suivant l'invention (fig.23,24) permet de se sous-
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male des cylindres de la cage horizontale, la plus grande largeur de brame utilisable étant déterminée par l'écartement maximal entre cylindres verticaux.
Le principe du procédé suivant l'invention peut également être appliqué pour le laminage d'autres gros profilés comme p.ex. de palplanches à inertie en forme de Z ou de U, de palplanches plates sollicitées en traction sur les griffes, des fers U à ailes parallèles etc.
Revendications
1. Procédé de laminage d'ébauches en vue de la production de poutrelles
caractérisé en ce que l'on utilise comme produit de départ une brame de section rectangulaire à partir de laquelle on fabrique une préébauche en procédant à un refoulement dans une cannelure roulante, dont la largeur de fond est inférieure à égale à l'épaisseur de la brame utilisée et dont les faces latérales sont inclinées d'un angle
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seur des ailes de l'ébauche.