CA1277478C

CA1277478C - Procede et installation pour la fabrication continue de tuyaux en fonte a graphite spheroidal a structure controlee

Info

Publication number: CA1277478C
Application number: CA000498949A
Authority: CA
Inventors: Rio Bellocci; Claude Bak; Yves Gourmel; Michel Pierrel
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1985-01-04
Filing date: 1986-01-03
Publication date: 1990-12-11
Anticipated expiration: 2007-12-11
Also published as: JPS61177324A; JPH0615693B2; YU44943B; FR2575683A1; TR22514A; DD247621A5; FI80621C; EG17408A; ES550663A0; EP0190458A1; SI8710516A8; YU44536B; US4800949A; YU51687A; FI860009L; ZA859748B; AU5146485A; YU200685A; FI860009A0; SI8512006A8

Abstract

A la suite de la formation d'un tuyau en fonte à graphite sphéroïdal dans une filière de coulée continue, le tuyau en fonte subit un traitement, thermique. Le tuyau en fonte subit une trempe en traversant en continu un bac placé à l'aval d'une filière de coulée continue, et contenant un bain de sable fluidisé. De cette façon on obtient une structure homogène pour le tuyau en fonte, et reproductible industriellement.

Description

747~

La présente invention est relative à la fabriction par coulee continue de tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal et à
un traitement thermique consécutif à cette coulée continus, en vue de donner aux tuyaux une structure appropriée à
l'usage, par exemple, mais non exclusivement, une structure bainitique.
On connaît par la demande de brevet au Canada n 469,628 déposee le 7 décembre, 1984 la fabrication par coulée continue verticale ascendante d~un tube métallique en fonte, sans utilisation d'un noyau.
On connait par le brevet FR-A-24 15 501 la fabrication d'un tuyau en fonte par coulée continue verticale descendante, avec utilisation d'un noyau pour former la cavité du fût du tuyau.
Par ailleurs, on connait par le brevet FR-A-2s 22 291 la fabrication d'un tube centrifugé en fonte à graphite sphéroïdal à structure bainitique par traitement thermique consécutif à coulée centrifuge.
Suivant ce brevet~ d'une part le traitement thermique est réalisé de manière très avantageuse en commençant la phase de trempe directement en co~uille de centrifugation, ce qui permet de gagner un temps important et d'économiser de l'énergie de chauffe pour le traitement thermique, et d'autre part est obtenue une structure bainitique avantageuse par rapport à la structure ferritique habituelle des tuyaux en fonte. En effet, la structure bainitique du tuyau en fonte GS permet d'améliorer notablement la limite élastique et la résistance à la rupture pour une même valeur d'allongement et, si l'on veut réaliser des tubes en fonte aux caractéristiques mécaniques habituellement exigibles, un allègement notable par réduction d'épaisseur des tuyaux en fonte à structure bainitique par rapport aux tuyaux connus à
structure ferritique.
Le procéde connu de fabrication des tuyaux en fonte par coulée centrifuge est un procédé de fabrication discontinue.
Il prèsente l'avantage de permettre la trempe austénitique insitu, c'est-à-dire à l'intérieur de la coquille de centrifuga~ion, comme le montre le brevet FR-A-25 22 291.
La Demanderesse s'est posé le problème d'obtenir un tube en fonte à graphite spheroïdal ayant une structure détéminée, par exemple, mais non exclusivement baintique, dans la fabrication par coulée 3L~77~71~

continue, et notamment une structure homogene sur toute la paroi du tube, et ceci de manière industriellement reproduckible, malgré la faible aptitude à la trempe de la fonte à graphite sphéroldal.
Ce problème est résolu par le procedé de l'invention.
! 5 E'invention a pour objet un procede de fabrication en continu ! d'un tube en fonte à graphite spheroldal et a structure homogene et contrôlee, choisie parmi les structures contenant de la bainite, de la bainite et de la ferrite, ou de la ferrite et de la perlite, ce procedé du type dans lequel on forme un tube par un procédé de coulée ~ 10 continue a l'interieur d'une filiere tubulaire refroidie, a partir ! d'une fonte ayant la composition suivante en poids : carbone, 2,5 a 1 4,0 % - Silicium, 2 a 4 ~0, Manganese, 0,1 a 0,6 %, Molybdene 0 a 0,5 %, Nickel, 0 a 3,5 %, Cuivre, 0 a 11 %, Magnésium, 0 a 0,5 %, Soufre, I 0,1 % au maximum, Phosphore, 0,06 % au maximum, le reste étant du fer, `. 15 ce procedé étant caracterise en ce que a la sortie de la filiere tubulaire refroidie, on fait passer le tube en fonte qui vient d'être engendre a travers un bain fluidise de particules refractaires solides i refroidies a une temperature sensiblement inFer;eure a la temperature a laquelle se trouve le tube en fonte a sa naissance a la sortie de la 20 filiere tubulaire refroidie. ..
L'invention a egalement pour objet une installation.pour la mise en oeuvre de ce procede, cette installation du type comportant des ~ moyens de coulee continue d'un tube en fonte a graphite spheroldal, ; etant caracterisee en ce qu'elle comporte en aval de la filiere25 refroidie de coulee continue un bac de fluidisation de particules refractaires solides, ledit bac étant pourvu d'un serpentin tubulaire d'eau de refroidissement du bain fluidisé dans lequel est noyé le serpentin et ledit bac comportant au moins un orifice d'entree ou de sortie du tube devant traverser le bain fluidise desdites particules 30 dans le bac.
Grâce a ce procédé et a cette installation, le traitement thermique de refroidissement subi par le tube en fonte a graphite sphéroldal, en continu, a la sortie de la filiere continue, est parfaitement unifnrme et reproductible, ce qui permet d'obtenir une 35 structure de tube bien précise et homogene. En particulier, le suivi in,me(~iat de la coulee du tuyau en fonte par le traitement thermique en bain fluidise de particules refractaires permet d'obtenir une lZ7'7~7.~

trempabilite de la fonte bien supérieure a celle que l'on aurait en laissant le tuyau coule se refroidir et en le réchauffant pour 1e tremper ensuite. L'invention permet en effet de partir directement de la structure non encore traitee, c'est-a-dire vierge du tuyau de fonte 5 sortant de la filiere de coulee.
D'autres caracteristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre :
Au dessin annexe, donne uniquement a titre d'exemple, - la Fig. l est une vue schematique en coupe d'une installation suivant l'invention a coulee continue ascendante, d'un tube sans emboitement, - la Fig. 2 est une vue schematique en coupe complementaire de la Fig. l pour illustrer l'installation de traitement thermique de l'invention, - la Fig. 3 est une vue schematique en elevation d'un detail mecanique de l'installation de traitement thermique de l'invention, - la Fig. 4 est une vue schematique partielle en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 2 d'une partie de l'installation thermique, - la Fig. S est un diagramme de traitement thermique portant la ligne d'evolution de temperature d'un tube en fonte, pendant le temps du traitement thermique, pour l'obtention d'une structure bainitique, - la Fig. 6 est une vue schematique partielle en coupe, d'une variante d'installation de l'invention avec coulee continue descendante d'un tube en fonte sans emboitement, - la Fig~ 7 est un diagramme analogue a celui de la Fig. 5 d'une variante de traitement thermique pour l'obtention d'une structure ferrito-perlitique.
Suivant l'exemple d'execution illustre à la Fig. l, l'invention est appliquee à la coulee continue ascendante d'un tube en fonte T.
L'installation de l'invention comporte :
1) Une alimentation en fonte liquide par bloc-siphon : un bloc-.
siphon l, en matëriau refractaire, par exemple de type silico-alun,ineux comporte essentiellement un conduit de coulee en L a entonnoir de coulee 2 à sa partie superieure, constituant une 35 ~alimentation en charge et, à sa partie inferieure, un orifice de coulee 3, en source, a la base d'une filiere de -formation du tube T.

~L2~4~

¦ 2) Un creuset refroidi extérieurement ou filiere : Dans l'axe XX
de l'orifice de coulee en source 3 est montée une f;liere tubula;re ou creuset refroidi comprenant une chemise 4 en graphite d~axe XX dont le diametre interieur correspond au diamètre exterieur du tube T a 5 obtenir et une enveloppe 5, par exemple en cuivre, a circulation d'eau de refroidissen,ent qui entre par un conduit 6 et sort par un conduit 7. La chemise 4 en graphite repose directement sur le bloc-siphon 1. L'enveloppe de refroidissement 5 montee autour de la chemise 4, en contact avec celle-ci, sur presque toute sa hauteur, ! 10 n'est pas en contact direct avec le bloc-siphon 1 mais en est separee par un socle annulaire refractaire 8 d'espacement. La partie superieure de l'enveloppe de refroidissement 5 est situee au-dessus de la tranche superieure de la chemise en graphite 4. C'est l'ensemble chemise 4-enveloppe 5 qui constitue le creuset refroidi ou la filiere.
3) Un dispositif de traitement thermique en trois parties :
A) Un bac de fluidisation pour immerger le tube T dans un milieur fluidise a temperature controlee.
B) Un manchon de calorifugeage du tube T pour ralentir son refroidissement.
20 C) Et comme connu en soi, un four-tunnel de maintien du tube r en temperature.
a) Conformement a l'invention, le bac de fluidisation est monte dans l'axe XX de la filiere (4-5) et du tube T en fonte a obtenir, au-dessus de la filiere ~4-5), donc en aval de celle-ci. Il comporte 25 un recipient 9 ou bac ouvert a l'air libre a sa partie superieure, reposant par exemple sur la tranche superieure de l'enveloppe de refroidissement 5 ou reposant sur un bati non represente. Le bac 9 a un fond annulaire d'axe XX presentant une ouverture circulaire 10 correspondant au diametre exterieur du tube en fonte T qui la traverse 30 librement. Au-dessus du fond annulaire a ouverture 10 et parallelement a ce fond, est fixee une plaque poreuse 11, espacee dudit fond de maniere a menager une chambre d'entree d'air 12 sous une pression donnee, par exemple comprise entre 2 et ~ bar. De l'air sous pression est admis dans la chambre 12 par un conduit 13 sous le controle d'un 35 equipement 14 comprenant par exemple un detendeur et un manometre non representes. Au-dessus de la plaque poreuse 11 se trouve la chambre de fluidisation ouverte a l'air libre, qui contient une certaine quantite ~ ~Z7~7.~3 de particules solides de préférence réfractaires, a fluidiser, par exemple de sable 15, ou bien de silice ou bien d'alumine. Dans cette chambre de fluidisation est disposé un certain nombre de spires tubulaires 16, enroulées en hélice a un diametre compris entre le j 5 diamètre exterieur du bac 9 et celui de l'ouverture 10. Les spires I tubulaires 16 sont parcourues par de l~eau de refroidissement entrant j par un conduit 17 et sortant par un conduit 18.
Au-dessus du bac 9, et dans le même axe X-X, est montee, i conformement à l'invention, une cheminée 33 de diamètre intérieur 10 superieur au diamètre exterieur du tube T a former. La cheminee 33 enveloppe un manchon 34 de calorifugeage, par exemple constitue d'un feutre de fibres minérales. Il s'agit d~une cheminée 33 pour ralentir le refroidissement naturel du tube T. ~e refroidissement du tube T est d'autant plus lent que le manchon de calorifugeage 34 est plus épais.
15 La hauteur de la cheminée 33 est au moins égale à la longueur de tube T à tronc~onner.
Conformément à l'invention, la cheminée 33 comporte interieurement des galets ou rouleaux 35 de guidage et de support du tube T. Ces galets 35, en protubérance interne par rapport au manchon J 20 de calorifugeage 34, sont alignés parallélement aux génératrices de la cheminée cylindrique 33 d'axe XX et a celles du tube T. Au moins une partie des galets 35 sont motorises pour faire progresser le tube T.
Conformément à l'invention également, la cheminee 33 et le manchon de calorifugeage 34 qu'elle contient sont montés "basculants". La 25 cheminee 33 peut basculer d'un angle de 90 en portant a la partie inferieure, du côté du basculement, une oreille d'articulation 36 (Fig. 2-3). Sur l'oreille 36 est fixe solidairement un tourillon i horizontal 37 d'axe YY orthogonal a l'axe XX. En vue de son basculement, la cheminee 33 porte au dessus de l'oreille 36 une ; 30 oreille de basculement 38 sur laquelle est articulee l'extremite de la tige 39 d'un verin 40 de basculement dont le corps est comme connu, articule sur un bâti 41 a l'extremite opposé de la tige de piston 39 (Fig. 3). Le vérin 40 est par exemple de type hydraulique a double effet. Sur cet exemple (Fig. 3), en position d'extension de la tige 39 35 (en trait plein) la cheminée 33 est verticale (axe X-X), et, en position de rétraction de la tige 39 (en trait mixte), la cheminée 33 '~

~77~7~3 est horizontale (axe Xl-Xl) dans le prolongement de l'entrée du four de maintien 44 decrit plus loin. Le verin 40 fait donc basculer la cheminee 33 suivant la flèche AR.
c) Comme connu, un four-tunnel 44 (Fig. 2 et 4) de maintien en 5 temperature du tube T est prevu dans le prolongement du manchon 34 et de la cheminee 33 lorsque celle-ci est couchee suivant l'axe Xl Xl, mais s~etend suivant une direction AR2 horizontale et perpendiculaire à l'axe Xl-Xl ou à une direction ARl parallèle à X1-Xl. Le four-tunnel 44, ouvert à ses deux extremites, comporte une ouverture d'entree 42 10 laterale d'axe Xl-Xl et une ouverture 43 de sortie, d'axe horizontal parallèle à la direction AR2. Pour sa traversée par chaque tube T, avec changement de direction de 90 entre l'axe Xl-Xl (ou la direction ARl) et la direction AR2, le four tunnel 44 comporte les moyens , suivants de support et d'avancement des tubes T successifs : il ¦ 15 comporte des rouleaux 45 escamotables de support et d'avancement du tube T suivant des flèches AR 1 parallèles à l'axe Xl X1. En vue de cette avancement, au moins une partie des galets 35 du manchon 34 et des rouleaux 45 du four 4~ sont motorises d'une manière connue et non representee. Les rouleaux 45 sont portes par des verins verticaux 47 20 destines à les escamoter au dessous des chemins de roulement 48 de direction AR2. Les chemins de roulement 48 qui supportent les tubes T
, sont perpendiculaires aux generatrices de chaque tube T entrant dans ! le four 44. Pour faire avancer les tubes T successifs dans le four ~ tunnel 44 suivant la direction AR2 sont prevues deux chalnes sans fin 3 25 jumelees 49 portees par des roues 50 motorisees de manière non ! representee. Enfin le four-tunnel 44 comporte un certain nombr-e de brûleurs 46 (à gaz par exemple) creant interieurement une atmosphère I chauffante de maintien en temperature du tube T.
j 4) Un extracteur du tube : il est dispose juste a la sortie du 30 bac de fluidisation 9, mais a l'amont du dispositif de coupe K. Il est constitue par exemple par un tronçon de cheminee 33a a manchon de calorifugeage 34a (analogues a la cheminee 33 et au manchon 34) et il comporte essentiellement des galets motorises 35 d'entraînement du tube T vers le haut.

1, ~
.

.

~Zt~9L7~

5) Un d;spositi-f de coupe du tube : en aval du dispositif de -fluidisation à bac 9 et de l'extracteur 33a est disposé un dispositif de coupe K connu en soi, représen-té de manière symbol;que par deux couteaux opposes. Le dispositif de coupe K est, par exemple, interpose 5 entre l'extracteur 33a et la cheminee 33.
F~NCTIONNEMENT ET MISE EN OEUVRE DU TRAITEMENT THE~MIQUE DE
L'INVENTION (Fig. 1, 2 et 4).
Avant même d'introduire de la fonte liquide dans l'installation, pour amorcer la production d'un tube T, un mannequin ou faux tube (non 10 reprësente) constitue par un manchon tubulaire en acier de meme diametre exterieur et de même epaisseur que le tube T a obtenir est introduit par le haut de la filiere 4-5, a travers le bac de fluidisation et de traitement thermique 9, jusqu'a un niveau inférieur à celui de l'extremite superieur de la chemise 4 en graphite. Puis de 1 15 la fonte liquide est introduite suivant la flèche f dans l'entonnoir 2 de coulee jusqu'à un niveau N situe legèrement au dessous de la partie superieure de la chemise 4 de la filière 4-5. Cette fonte liquide a la composition suivante en poids : Carbone 2,5 à 4,0 %, Silicium 2 à 4 %, Manganèse 0,1 à 0,6 %, Molybdène O a 0,5 %, Nickel O à 3,5 %, Cuivre O
20 à 11 %, Magnesium O à 0,5 %, Soufre 0,1 % au maximum, Phosphore 0,06 %
au maximum, le reste étant du fer. Le bac 9, initialement vide de sable, avant l'introduction du mannequin est empli de sable en 15, dans la chambre de fluidisation, dès que le mannequin est immerge au-, dessous du niveau N. En effet, le mannequin offre alors la paroi , 25 tubulaire interne qui manquait pour contenir une masse de sable 15 que ! l'on peut alors introduire. L'eau de refroidissement est admise à
travers les conduits 6 et 7 pour l'enveloppe 5 et 17 et 18 pour les ¦ spires tubulaires 16.
! Comme connu, la fonte se refroidit au contact de la chemise 4 ~ 30 suivant un front de solidification S de forme approximativement¦ tronconique, et s'accroche au mannequin qui est tiré vers le haut par les galets motorises 35 de la cheminee 33a, puis la cheminee 33 et ¦ entraine, pas-à-pas, la partie de fonte solidifiée sous forme d'une i amorce de tube T.
35~ Au plus tard, pendant que le mannequin traverse encore le bac 9 dans le sens de la flèche fl de l'air ou de l'azote comprime est admis par le conduit 13 dans la chambre 12 d'entree de gaz de fluidisation.
i . . . .. . . ... . ...... .. ..

~L~7~47i~3 La masse de sable 15 est alors fluidisee tout autour des spires 16 qui sont noyees dans le bain de fluidisation 15, jusqu'a un niveau voisin du niveau superieur du bac 9, donc sensiblement au-dessus du niveau de la masse de sable 15, avant fluidisation, lorsqu'elle est inerte.
5 Lorsque c'est l'amorce de tube T qui remplace le mannequin a l'interieur du bac de fluidisation 9, ,en montant suivant la fleche fl, le traitement thermique du tube T comrnence et se poursuit en continu au fur et a mesure de sa montee dans le sens de la fleche fl.
Le traitement thermique de bainitisation du tube T est realisé
10 dans des conditions d'evolution de temperature illustrees a la Fig. 5 et decr;tes dans le brevet FR 2 522 2gl :
lère phase (abc) trempe de bainitisation.
Sur la courbe de la Fig. 5, les temperatures (T C) sont en ordonnees alors que les temps (t) sont en abscisses. la courbe a...h 15 de la Fig. 5 illustre l'êvolution de la temperature d'un tube en fonte à graphite spheroidal dans le temps lorsqu'il subit le traitement thermique de l'invention.
C'est dans le bac de fluidisation 9, où le bain de sable 15 fluidise se trouve a une temperature reglee a la valeur necessaire a 20 l'obtention de la structure desiree (par exemple par exemple entre 100 et 200C pour une structure bainitique) que s'effectue la premiere phase du traitement thermique qui est une trempe de bainitisation, sans chauffage, en profitant des calories du tube sortant de la filiere 4-5. Cette temperature du bain de sable 15 comprise entre 100 25 et 200C est maintenue constante grâce a la circulation d'eau a une temperature de l'ordre de 20C dans les conduits 17 et 18. Du debit d'air de fluidisation entrant par le conduit 13 et de la vitesse de circulation de l'eau depend l'intensite du refroidissement du bain de sable 15. Le debit d'air de fluidisation et la vitesse de circulation 30 d'eau sont reglables. On part donc d'un tube T qui vient d'être forme et solidifie et est encore a une temperature de 1100C au point a (sortie de la filiere 4). Entre les points a et b (au niveau de la plaque poreuse 11, la temperature du -tube T descend rapidement d'environ 1100C a environ 850C ou a une temperature legèrement 35 superieure. Aux points a et b la structure du tube T est austenitique.

~7~47,~

g ¦ Du point b tentree dans le bain 15 de fluidisation) au point c (sortie du bain 15 de fluidisation), la chute de température du tube T est brutale (de 850C a environ 5~0C) et s'effectue en un temps très court, pendant la traversee du bac de fluidisation 9 ou le tube T
5 est leche sur toute sa surface par le bain de sable fluidise 15 ¦ maintenu par le serpentin 16 a une temperature de l'ordre de 100 a j 200C. C'est une trempe de bainitisation. Le bain fluidise 15 effectue donc un veritable drainage intense de calories hors du tube T formé et ~ ceci de manière uniforme sur toute la paroi du tube T immerge dans 1e i 10 bain de sable 15, de maniere que chaque point du tube T subisse le ¦ meme traitement thermique.
i 2) Phase intermediaire c d e de sortie du bac 9 et de traversee .
! de l'extracteur 33a et de la cheminee 33.
A peine sorti du bac de fluidisation 9 le tube T entre dans 15 l'extracteur 33a qui tout en le protegeant contre le refroidissement, l'entraine par ses rouleaux motorises 35 vers la cheminee 33 de refroidissement naturel et lent qui se trouve dans la position d'axe vertical, à travers le dispositif de coupe K. Sur la courbe des temperatures de la Fig. 5, l'entree dans la cheminee 33 correspond au 20 point d. Donc l'intervalle de traversée de l'extracteur 33a entre le bac 9 et la cheminee 33, ou se situe le dispositif de coupe ou de tronçonnage K correspond au tronçon de courbe c d, avec une legere baisse de temperature de la paroi exterieure du tube T : le point d - est a une temperature proche de 480C.Le refroidissement du tube T
25 dans cette cheminee 33 est lent en raison du manchon de calorifugeage 34 de la cheminee 33. A la sortie de la cheminee 33, au point e, le tuyau T est a une temperature de l'ordre de 350C.
Le tronçonnage du tube T est realise au moyen du dispositif de coupe K, quand la longueur voulue de tube T est a l'interieur de la 30 cheminee 33.
3) Seconde phase de traitement thermique - maintien en temperature -(zone comprise entre les tronçons elfl et e2f2 de la courbe de la Fig. 5) : pour consolider ou fixer la structure bainitique precedemment obtenue~ on transporte le tube T tronçonne a l'in-terieur 35-du four-tunnel 44 en le deplaçant suivant une direction ARl parallele a l'axe horizontal Xl Xl de la cheminee 33 basculee. Pour ce faire, (Fig.2 et 31 apres tronçonnage du tube T a longueur voulue par le 'i ~Z779~78 ~dispositif K, le verin 40 est actionne de manière à faire basculer la ¦cheminee 33 et le tube T qu'elle contient et supporte, d'un angle de i90 dans le sens de la flèche AR autour de l'axe YY du tourillon 37.
ILa cheminee 33 bascule jusqu'a fin de cnurse de tige 39 du verin 40 '5 (portion en trait mixte a la Fig. 3~. Elle passe ainsi de la position jd'axe vertical XX a la position d'axe horizontal Xl Xl dans le ¦prolongemen-t et au voisinage de l'entree 42 du four-tunnel 44. be tube T, supporte par les galets 35 au cours de ce basculement ainsi que dans la nouvelle position Xl Xl se trouve ainsi pret a entrer dans le 110 four-tunnel 44. Les galets motorises 35 puis les rouleaux motorisés 45 entraines en rotation font entrer le tube T dans le four-tunnel 44. A
l`interieur du four 44, le tube T, tout en continuant sa progression horizontale, subit un changement de direction à 90 vers la nouvelle direction AR2 qui le mène jusqu'à la sortie 43 du four 44. Ce ! 15 changement de direction s'effectue de la manière suivante : les verins 47 escamotent les rouleaux 45 du dessous des cheminees de roulement 48 de sorte que le tube T est depose sur les cheminees 48 et les chaines Isans fin motrices 49 qui l`entrainent dans la nouvelle direction AR2 jusqu'a la sortie 43 du four. Ee four-tunnel 44 est chauffe par les 20 brûleurs a gaz 46 a une temperature telle que le tube T avançant le long du four-tunnel 44 a une vitesse reglable (par reglage de vitesse d'entrainen,ent des chaines motrices 49) soit maintenu à une temperature constante isotherme comprise entre deux limites (deux isothermes): d'une part une limite superieure (tronçon elfl ou 25 isotherme de 450C de la Fig. 5) et d'autre part une limite inferieure (troncon e2f2Ou isotherme de 250C). Entre les limites elfl et e2f2, le maintien en temperature du tube T s'effectue suivant un tronçon intermediaire ou isotherme e f , compris entre 250C et 450C, (Fig. 5), c'est dans la cheminee 33 que le tube T passe de la 30 temperature d (entree de la cheminee 33) à la temperature e (sortie de la cheminee 33 et entree dans le four 44) comprise entre les temperatures el et e2, respectivement de 450C et 250~C. Cette phase de traitement thermique en four de maintien 44 assure la stabilite de la bainite et eventuellement de l'austenite residuelle dans la matrice 35 de la structure. C'est le maintien de bainitisation qui assure une ~LZt7~B
ll 8 structure bainitique ou austenitique bainitique homogene. Au dela des points fl ou f2, le tube T est refroidi comme decrit plus loin au paragraphe 4).
Le tube T sort du four-tunnel 44 a une temperature conlprise entre 5 450C et 250C entre les points f2 et fl pour être refroidi en troisieme et derniere phase comme decrit plus loin au paragraphe 4).
C`est donc à l'interieur de la zone hachuree de la Fig. 5 comprise entre les tron~ons elfl et e2f2 (tronçon e f en trait interrompu) que se situe le maintien a ten,perature constante du tube T. La structure 10 bainitique ou eventuellement bainitique-austenitique est homogene et offre les caracteristiques mecaniques op~imales indiquees au brevet FR-A 2 522 291.
4)Troisieme et dernière phase de refroidissement à l'air libre :
(troncon fl gh ou f2 gh) : à la sortie du four tunnel 44, le tube T se 15 refroidit à l'air libre jusqu'a la temperature ordinaire, par exemple comprise entre 5 et 25C, suivant le tronçon flg, en peu de temps et, ; conserve finalement cette temperature qui est celle de l'air exterieur (tron~on gh). Le tube T en fonte à graphite spheroidal possede alors une structure bainitique ou une structure mixte bainite-austenite.
¦ 20 On peut former et traiter thern,iquement ainsi des tubes en fonte, de preference des tubes d'adduction d'eau, de diamètres nominaux de 60G a 2500 mrn et plus particulièrement de lûOO à 1600 mm avec des epaisseurs comprises entre 5 et 20 mm. Ce procede et cette installation sont donc particulierement avantageux pour la fabrication ¦ 25 de tubes en fonte T de grands diametres et d'epaisseur relativement faible.
AYANTAGES
La première phase de trempe debute au point b de la courbe de la ~ Fig. 2 en profitant de la chaleur du tube T forme sans apport de j 30 calories, pour amener le tube T à la temperature de 800-850C environ.
Grâce à la combinaison "filière 4-5 + bac 9" on obtient une aptitude à la trempe du tube r de fonte à graphite sphéroldal beaucoup j plus elevee que l'aptitude à la trempe d'un tube en fonte à graphite spheroidal T que l'on aurait laisse se refroidir puis que l'on aurait 35 rechauffe jusqu'a une température de 800 à 850C pour realiser une trempe bainitique.

277~7l~

L'utilisation du bac 9 a bain de sable fluidisé 15 assure l'uniformite de temperature du tube T sur toute sa longueur et sur toute sa paroi cylindrique et assure la fidelite, la reproductibilite du traitement thermique.
En outre, l'utilisation du bain de sable fluidise lS, ou de tout autres particules convenables d'un materiau solide corr,me moyen d'evacuation ou de drainage des calories du tube T vers l'exterieur, au lieu d'eau de refroidissement, est une securite en raison de la proximite du bain de fonte F.
Comme on l'a vu au preambule, grâce a la succession immediate ou a l'enchainement de la filiere (4-5) et du bac 9, c'est-a-dire grâce a la combinaison de la filiere 4-5 et du bac 9 de fluidisation, permettant la trempe de bainitisation (troncon b c de la Fig. 5) immed;atement â la naissance du tube T, c'est-à-dire à la sortie de 15 la filiere 4-5, on obtient une aptitude a la trempe beaucoup plus elevee que l'aptitude a la trempe d'un tube que l'on aurait laisse se refroidir jusqu'à une temperature inferieure à celle de l'eutectoide (700 à 750C), puis que l'on aurait rechauffe jusqu'à une température de 850C pour realiser ensuite une trempe bainitique. L'invention 20 permet donc d'obtenir avec certitude la structure bainitique desiree.
Comme on le verra plus loin, elle permet egalement d'obtenir avec certitude d'autres structures dependant de la temperature du bain de sable fluidise 15. En raison de la facilite de reglage de temperature du bain fluidise 15 (par reglage de la temperature et du debit d'eau 25 circulant dans le serpentin 16) et en raison de l'uniformite de temperature du tube T traite par le bain de sable fluidise 15, sur toute la longueur du tube T, ce traitement thermique est parfaiternent fidèle et reproductible industriellement.
VARIANTES -Suivant l'exemple d'execution de la Fig. 6, le procede et l'installation de traitement thermique de l'invention sont appliques à une coulee verticale continue descendante d'un tube en fonte T.
Une telle installation, du type decrit dans le brevet FR A 2 415 501 est realisee autour d'un axe XX de coulee continue.
35 Elle comporte - une alimentation en fonte liquide - des moyens de formage d'un tube en fon-te ~I Z779~713 ~, - une installation de traitement thermique du tube en fonte.

1) une alimentation en fonte liquide (partiellement representéel : un t bassin de coulee 19 à la partie superieure de l'installation ! 5 appartient à une poche de coulee sous basse pression, non ~ representee, ou eventuellement à un four electrique reverbère, ¦ dont la capacite est soumise à la pression d'un gaz neutre tels que l'azote ou l'argon. Le bassin de coulee 19 comporte à sa ~ partie inferieure un orifice de coulee 20 d'axe XX.
3 10 2J Moyens de formage d'un tube en fonte : l'orifice de coulée 20 est traversé axialement par un noyau 21 en graphite qui donne la forme ~ intêrieure du tube T à obtenir et par la tête 22 d'une filière 23 ¦ egalement en graphite donnant la forme extérieure du tube T à
j obtenir. Le noyau 21 est un cylindre creux contenant ¦ 15 intérieurement un dispositif de chauffage, par exemple un ¦ inducteur 24 en forme de serpent;n refroidi par eau. La filière 23 menage avec le noyau 21 un espace annula;re 2S correspondant aux dimensions interieures et extérieures du tube T à obtenir, espace à l'interieur duquel la fonte F doit se solidifier progressivement suivant un front de solidification à partir de la paroi de la filière 23. La tête de filière 22 menage avec l'orifice de coulee 20 un espace annulaire comble par un manchon refractaire isolant 26, le manchon 26 etant destine à faire obstacle à d'eventuels flux de refroidissement de la fonte liquide sortant du bassin 19.
La filière tubulaire 23 dont la part;e inferieure est situee à la même hauteur que la partie inferieure du noyau 21, est entouree avec jeu annulaire par une chemise tubulaire 27 en metal ou alliage metallique bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre, qui s'evase en bassin 28 à sa partie super;eure et qui sert de recipient à une enveloppe 29 de metal l;quide à bas point de fusion (plomb ou eta;n par exemple) en contact intime avec la filière 23 sur toute la hauteur de celle-ci à l'exception de la tête 22. L'enveloppe de metal l;qu;de 29 à bas pointde fusion est alimentee soit par le haut par un conduit 30, soit par le bas par 35~ un conduit 31 qui sert egalement à l'evacuation du metal liquide de refroidissement 29 lorsque c'est necessaire. La chemise 27 est ,1 ~27~7~

elle-même enveloppée étroiten,ent par un manchon creux 32 de ' refroidissement à circulation d'eaut dont la paro; ;nterne est en ! contact avec la paroi externe de la chem;se 27.
Comme connu, c'est juste à la sort;e de l'espace annula;re 25 5 entre le noyau 21 et la filière 23 qu'un tube T e-st formé, solidifié
complètement.
- 3~) Installation de traitement thermique :
Au-dessous de la filière 23, dans l'axe XX de celle-ci, et à une , distance appropriee de la partie inférieure de la filière 23, est n,onté un bac 9 de fluidisation à fond annulaire presentant une ouverture 10 pour le passage du tube T et à plaque poreuse ! annulaire 11 présentant également une ouverture pour le passage du I tube T. Le bac 9 contient au-dessus de la plaque poreuse 11 un j bain de sable fluidisé 15 refroidi par un serpentin tubulaire hélicoidal à spires 16 refroidies par eau. Le bac de fluidisation 9 reçoit le tube T traité thermiquement par sa partie superieure au lieu de le recevoir par son ouverture 10 comme dans l'exemple précédent. Cependant, l'évolution de température du tube T
s'effectue avant et pendant la traversée du bac 9 de fluidisation suivant la même courbe passant par les points a,b,c, de la Fig. 5 (traitement de trempè de bainitisation).
Un extracteur 33b à enveloppe de calor;fugeage 34b et à rouleaux motorises 35 d'entraînement puis une cheminee 33 à manchon de calorifugeage 34 font suite au bac 9 et précèdent un four-tunnel de 25 maintien à brûleurs à gaz, non representé, mais qui n'est autre que le four 44 des Fig. 2 et 4. Entre l'extracteur 33b et la cheminée 33 est interposé un dispositif de coupe K du tube T. Comme aux Fig. 1 à 3, la cheminee comporte à sa partie inferieure une oreille 36 et un tourillon 37 d'axe YY de basculement ainsi qu'une oreille 38 et des 30 mo~ens de basculement d'un anyle de 90 qui ne sont pas représentes.
Le traitement thermique complet suivant l'invention a lieu dans les n,ênr,es conditions que dans l'exemple des Fig. 1,2,3,4 et 5 suivant - les trois phases illustrees à la Fig. 5, c'est-à-dire la phase de trempe d'austénitisation-bainitisation d'abord suivant le tronçon a,b 35 entre la filiere 23 et le bac de fluidisation 9, ensuite suivant le tronçon b,c de chute brutale de température pour la bainitisation à
travers le bac 9 de fluidisation et enfin, après la coupe du tube T, ~;~t7~47~3 suivant un troncon ef horizontal (ou isotherme ef)situé dans la zone hachuree comprise entre l'isotherme supérieure elfl (de 450C) et l'isotherme in-Ferieure e2f2 (250C) se produit une stabilisation de temperature a l'interieur du four-tunnel de maintien 44. Le traitement 5 thermique s'acheve par la phase finale fl ou f2,g,h de refroidissement a l'air libre du tube T sorti du four 44 de maintien de bainitisation.
Les avantages sont les mêmes que precedemmen-t en ce qui concerne le traitement thermique, la seule difference avec l'exemple precedent residant dans le mode de fabricatiGn du tube T en utilisant le noyau 10 21, et en faisant progresser le tube T vers le bas suivant la fleche f2.
Obtention d'une structure autre que bainitique :
_ Si l'on veut obtenir une structure autre que bainitique, par exemple une structure de bainite + perlite ou de ferrite + perlite à
15 pourcentage de perlite parfaitement contrôle, alors que les traitements thermiques anterieurs ne permettaient pas de reproduire le pourcentage de perlite d'un traitement à l'autre, ni meme d'une extremite de tube a l'autre, le traitement de l'invention le permet, de maniere fidele et industriellement reproductible. Dans le cas de la ZO structure ferrite + perlite, la cheminee 33 est supprimee.
De meme, le traitement de l'invention permet de reproduire une structure de bainite + ferrite.
Pour une structure de bainite + ferrite, la temperature du bain fluidise 15 doit etre comprise entre 100 et 200C comme pour la 25 bainite seule.
Pour une structure de ferrite + perlite a pourcentages determines de chacune des phases ferrite et perlite, la temperature du bain flu;dise 15 doit être telle que la vitesse de refroidissement du tube T traversant ce bain 15 soit constante. En d'autres termes la 30 vitesse de refroidissement constante du tube T a travers une bande triphasee alpha+gamma+graphite representee en hachures au diagramme thermique de la Fig. 7 ~la bande~ ~ ~ +G est ainsi appelee parce qu'elle illustre le domaine de transformation eutectolde de la fonte ou coexistent les trois phases ferrite, austenite et graphite du 35 diagramme ternaire "fer, carbone, silicium") donne naissance aux proportions choisies de ferrite et de perlite.

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Ea vitesse constante et réglable de passage du tuyau T a travers le bain fluidise 15 engendre une vitesse de refroidissement constante `, à travers la bande triphasee (~ + ~+G) et garantit donc une proportion , constante et prealablement choisie de chacune des phases : ferrite et i 5 perlite. L'intensite du refroidissement peut etre reglee comme dans le cas de la trempe bainitique par le choix du débit d'air de ¦ fluidisation (conduit 13) et le choix de la vitesse de circulation d'eau dans le serpentin 16. Si l'on veut diminuer l'intensite du ~ refroidissement, ont peut supprimer toute circulation d'eau dans le ', 10 serpentin 16, ou meme remplacer le serpentin 16 par un moyen de chauffage. Ce moyen de chauffage peut etre par exemple une resistance I electrique chauffante noyee dans le bain fluidise 15 ou enveloppant le ¦ bac metallique 9 ou encore disposee de maniere a chauffer l'air de ¦ fluidisation (conduit 13). Comme moyen de chauffage, on peut egalement ¦ 15 employer des braleurs a gaz.
Pour obtenir cette structure de ferrite + perlite, on procede suivant le diagramme "temperature, temps" de la Fig. 7.
Première phase (abc) Sur ce diagramme, le point a correspond à la naissance du tube T
20 hors de la filière 4-5. Il est le même que dans le premier exemple (Fig. 5) : la temperature est de 1 100C. A l'entree du bain fluidise, la temperature du tube T est de 850C au point b, comme à la Fig. 5. A
la sortie du bain fluidise, au point c, la temperature du tube T est descendue à une valeur superieure à 600C. Il est à noter que la 25 baisse de temperature suivant le diagramme de la Fig. 7 entre les points b et c est beaucoup moins brutale et beaucoup plus progressive que dans le traitement suivant le diagramme de la Fig. 5.
Entre les points b et c se situe la bande triphasee (~+ ~ +G) (zone de transformation eutectolde de la fonte) dans un intervalle de 30 temperatures comprises entre 770 et 810C ou la vitesse de refroidissement du tube T est constan-te. La bande (~ ~+G) est hachuree.
Deuxieme et derniere phase (ck).
Debouchant a l'air libre a la sortie du bain fluidise 15 et 35`n'ayant plus de cheminee 33 a traverser, le tube T subit un refroidissement naturel à l'air libre illustre par le troncon de courbe ck.

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~277~715 Le traitement thermique en continu de l'invention permet un reglage precis du taux de chaque phase en presence (phase ferrite et phase perlite) du fait de la constance des parametres suivants :
- vitesse d'extraction du tube T, - vitesse de re~Croidissement du meme tube, - temperatures en tous les points de l'installation qui sont compris entre les points _ (naiss~nce du tube T hors de la filiere 4-5) et c (sortie du tube T du bain fluidise 15).

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Claims

1. Procédé pour la fabrication continue de tuyaux en fonte à graphite sphèroïdal, à structure homogène et contrôlée choisie parmi les structures contenant de la bainite, de la bainite et de la ferrite ou de la ferrite et de la perlite, du type dans lequel on forme un tube par un procédé de coulée continue à l'intérieur d'une filière tubulaire refroidie, à partir d'une fonte ayant la composi-tion suivante en poids carbone 2,5 a 4,0%, silicium 2 a 4%, manganèse 0,1 à 0.6%, molybdène 0 à 0,5%, nickel 0 a 3,5%, cuivre 0 à 11%, magnésium 0 à 0,5%, soufre 0,1% au maximum, phosphore 0,6% au maximum, le reste étant du fer, ce procédé
étant caractérisé en ce que, à la sortie de la filière tubulaire refroidie on fait passer le tube qui. vient d'être engendré à travers un bain fluidisé de particules réfrac-taires refroidies à une température sensiblement inférieur à
celle du tube à sa naissance à la sortie de la filière tubulaire refroidie.

2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé
en ce que dans une première phase l'on part d'un tube nais-sant à la sortie de la filière à une température de l'ordre de 1 100°C et dote d'une structure austénitique, on laisse le tube se refroidir jusqu'à une température de l'ordre de 850°C, puis l'on refroidit énergiquement et uniformément le tube sur toute sa longueur en le faisant passer à travers un bain fluidisé de particules réfractaires solides pour l'amener rapidment à une température d'environ 500°C (trempe de bainitasation) pour acquérir une structure bainitique, puis au cours d'une phase intermédiaire de refroidissement lent de 500°C à une valeur comprise entre 250°C et 450°C, on tronçonne le tube à longueur déterminée, puis, dans une seconde phase, dite de maintien de bainitisation, on fait traverser au tube coupé un four-tunnel de maintien de tube à
une température constante isotherme comprise entre les limi-tes isothermes et afin d'obtenir une structure bainitique ou austénitique-bainitique homogène, enfin, dans une dernière phase, on laisse le tube se refroidir à l'air libre.

3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé
en ce que, dans la première phase, l'on entretient dans le bain fluidisé une température comprise entre 100°C et 200°C
et l'on obtient à l'issue du procédé un tube ayant une structure au moins en partie de bainite.

4. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé
en ce que, pour obtenir un tube ayant une structure de ferrite + perlite, dans une première phase on part d'un tube naissant à la sortie de la filière à une température de l'ordre de 1 100°C, on laisse le tube se refroidir jusqu'à
une température de l'ordre de 850°C puis, l'on refroidit uniformément et à vitesse constante de refroidis-sement le tube sur toute sa longueur jusqu'à une température supérieure à 600°C en le faisant passer à travers un bain fluidisé de particules réfractaires solides, puis, dans une seconde et dernière phase on laisse le tube se refroidir naturellement à l'air libre.

5. Procédé suivant les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que, pour obtenir une structure de ferrite + perlite à pourcentages déterminés des phases ferrite et perlite, on entretient dans le bain fluidisé une température telle que la traversée du domaine de transformation eutec-toïde de la fonte (c'est-à-dire d'une bande dite "triphasée"
où coexistent trois phases ferrite, austénite et graphite du diagramme ternaire "fer, carbone silicum"), a lieu à vitesse de refroidissement constante.

6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé

pour la fabrication continue de tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal, à structure homogène et contrôlée choisie parmi les structures contenant de la bainite, de la bainite et de la ferrite ou de la ferrite et de la perlite, du type dans lequel on forme un tube par un procédé de coulée continue à
l'intérieur d'une filière tubulaire refroidie, à partir d'une fonte ayant la composition suivante en poids: carbone 2,5 à 4,0%, silicium 2 à 4%, manganèse 0,1 à 0,6%, molybdène 0 à 0,5%, nickel 0 à 3,5%, cuivre 0 à 11%, magnésium 0 à
0,5%, soufre 0,1% au maximum, phosphore 0,06% au maximum, les reste étant du fer, installation du type comportant des moyens d'alimentation en fonte liquide et des moyens à
filière tubulaire refroidie pour engendrer un tube par un procédé de coulée continue, caractérisée en ce qu'elle comporte en aval de la filière refroidie de coulée continue un bac de fluidisation de particules réfractaires solides, ledit bas étant pourvu d'un serpentin tublaire à circulation d'eau noyé dans le bain fluidisé et ledit bac comportant au moins un orifice d'entrée ou de sortie du tube devant traverser le bain fluidisé desdites particules dans la bac.

7. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que dans la cas où la filière tubulaire refroidie est à axe vertical, le bac de fluidisation com-porte un seule overture d'axe vertical à sa partie inférieur et est ouvert à l'air libre à sa partie supérieure.

8. Installation suivant la revendication 7 caractérisée en ce que dans le cas où la filière tubulaire refroidie d'axe vertical est alimentée en fonte liquide par le bas, le bac de fluidisation est placé au dessus de la filière refroidie et, l'ouverture unique du bac est une ouverture d'entrée du tube.

9. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que dans le cas où la filière tubulaire d'axe vertical est alimentée en fonte liquide par le haut et est combinée avec un noyau, le bac de fluidisation est placé
au-dessous de la filière refroidie, et l'ouverture unique de bac est une ouverture de sortie pour le tube.

10. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que, à la suite de bac de fluidisation et d'un extracteur, est disposée une cheminée enveloppant un manchon de calorifugeage destiné à être traversé coaxiale-ment par le tube en vue de l'obtention finale d'une tube ayant une structure au moins en partie bainitique.

11. Installation suivant la revendication 10 caractérisée en ce que la cheminée est munie intérieurement de galets de guidage, de support et d'entraînement du tube et est munie extérieurement d'une oreille d'articulation autor d'un axe horizontal en vue d'un basculement de 90° de la cheminée à l'aide de moyens de basculement pour passer d'une position verticle d'axe à une position horizontale en coaxialité avec d'entrée d'un four-tunnel d'axe horizontal pour le maintien du tube en température de bainitisation.

12. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que, en vue de l'obtention finale d'un tube ayant une structure de ferrite + perlite, le tube débouche directement à l'air libre à la sortie du bac de fluidisation, l'installation étant dépourvue de cheminée.