EP0132249A2 - Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse - Google Patents

Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse Download PDF

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EP0132249A2
EP0132249A2 EP84870100A EP84870100A EP0132249A2 EP 0132249 A2 EP0132249 A2 EP 0132249A2 EP 84870100 A EP84870100 A EP 84870100A EP 84870100 A EP84870100 A EP 84870100A EP 0132249 A2 EP0132249 A2 EP 0132249A2
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cooling
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cooling device
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Pierre Simon
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    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
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    • B21B45/0224—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for wire, rods, rounds, bars
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
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    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/006—Pinch roll sets

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and devices for the manufacture, on a high-speed wire train, of steel concrete reinforcements, having both a high yield strength and a high ductility, as well as, if one desired, good weldability; this manufacturing is carried out by means of an abrupt cooling treatment applied during or immediately after rolling.
  • the first consists in incorporating microalloy elements into the steel; such as niobium or vanadium. This technique is however expensive, because of the price of the alloying elements.
  • the second means is to increase the elastic limit of the steel, by a cold deformation operation, in particular by torsion, of the bar.
  • the gain in elasticity limit is achieved at the expense of the elongation.
  • the process of the present invention takes place among the recent technique consisting in applying to hot-rolled concrete reinforcements, during or immediately after rolling, a sudden cooling, limited in time, so as to produce in the bar a surface layer of martensite; this "quenching" is sulvier from cooling during from which the core of the bar, that is to say the part not affected by the sudden cooling, is transformed into ferrite and carbides.
  • a sudden cooling limited in time, so as to produce in the bar a surface layer of martensite; this "quenching" is sulvier from cooling during from which the core of the bar, that is to say the part not affected by the sudden cooling, is transformed into ferrite and carbides.
  • Such judicious limitation of the duration of the abrupt cooling can be ensured by targeting a determined temperature at the core, at the end of the abrupt cooling phase; practically, the conduct of such an operation can be ensured by observing the temperature of the surface at the location of the bar where there is a heating due to the contribution of calories from the heart.
  • the trainer is normally capable of exerting a traction of value T, but for the rolling operation to take place correctly, the traction X exerted in the wire downstream of the finishing block must be greater than a minimum value , suitable for driving the wire out of the block.
  • the traction X at the outlet of the block, is in reality the difference between the traction force T of the driver and the braking force F applied to the wire mainly during the passage of the latter in the cooling device.
  • the experiments carried out have made it possible to establish that the braking force F was a function K of the length L of the cooling device, the coefficient K being itself a function of the nature of the cooling device, of the fluid flow and the relative speed of the wire relative to the coolant.
  • the subject of the present invention is an improved installation making it possible to apply to the traveling wire at 'high speed the quenching / self-tempering treatment capable of providing it with a combination, considered to be optimal, of elastic limit and elongation.
  • a first object of the present invention consists in applying to the product, upstream of the finishing block and / or at the level of this block, cooling intended to bring the temperature of the wire at the outlet of the block below what it is normally, that is to say when applying cooling at the block level only to obtain, for example, a substantially constant temperature in the block.
  • This additional cooling treatment, upstream or at the level of the block, has the result of increasing the stiffness of the wire at the outlet of the block, therefore reducing the minimum traction necessary for the smooth running of the operation; in addition, the minimum length of the cooling ramp necessary for quenching will be shortened, which will decrease the value of the braking force F.
  • a second object of the present invention consists in using a cooling device with a low braking coefficient K.
  • the cooling fluid consists of a water / air mixture which is more compressible and therefore less braking than the water usually used; under these conditions, if the coefficient K actually decreases, the length L necessary for the quenching operation must however be increased, since the specific power of the cooling is lowered; it was however observed that the product K x L, that is to say the braking force, was ultimately lower.
  • cooling devices are used provided with helical injection slots, of a type for example described elsewhere in Belgian patent n ° 867.299.
  • a third object of the present invention consists in increasing the traction force T developed by the trainer.
  • the power available in the trainer is increased; according to a second modality, which can be associated with the first, several pairs of drive rollers are used, possibly offset with respect to each other from the point of view of their level, which obliges the thread to be traversed in the leader a wavy trajectory.
  • FIG. 1 the elements which constitute the usual installation for the end of rolling are shown in solid lines: in the direction of flow of the wire, the intermediate train is encountered in 1, in 2, the finishing block, in 3, the intense cooling device or "quenching gun", and in 4, the roller drive; between the finisher 2 and the barrel 3, the traction X on the wire is equal to the difference between the force T exerted by the driver 4 and the braking F undergone by the wire mainly in the barrel 3.
  • FIG. 1 are shown in dashed lines two of the improvements which are the subject of the invention: in 6 there is shown a device for cooling the wire at the entrance to the finisher block while additional drive rollers are arranged at 7.
  • Figure II is a longitudinal section of an intense water-air cooling device which offers the characteristic of low internal braking, due to the compressibility of the fluid which circulates in this device.
  • 8 are distinguished air blowing channels in the annular slot 9 for injection inside the barrel 10; the water-air mixture is injected in the direction of flow of the wire.
  • this device is equipped with means for adjusting its cooling power, for example to modify the ratio between the water and air flow rates, or even the temperature of the water.
  • the method according to the invention can be used to manufacture reinforcements both smooth and crenellated, participating actively or passively in the strength of the concrete structure, possibly used in truss assemblies.

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Abstract

Procédé pour la fabrication d'armatures à béton en acier, sur train à fil à grande vitesse, dans lequel on applique au produit sortant du bloc finisseur (2) d'un train de laminage à chaud, et avant l'entrée du dit fil dans le dispositif de refroidissement (3), une traction appropriée au défilement correct du produit, en augmentant pour ce faire la force d'entraînement du fil dans le double entralneur (4, 7) et/ou en réduisant les forces de freinage créées dans le dispositif de refroidissement.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour la fabrication, sur train à fil à grande vitesse, d'armatures à béton en acier, ayant à la fois une limite d'élasticité et une ductilité élevées,ainsi que, si on le désire, une bonne soudabilité; cette fabrication est assurée au moyen d'un traitement de refroidissement brusque appliqué pendant ou immédiatement après le laminage.
  • On sait que le lamineur désirant résoudre le problème qui vient d'être posé doit tenir compte de plusieurs contraintes qui lui sont imposées. En premier lieu, son installation de laminage fixe pratiquement la vitesse et la température de sortie des barres; en outre, le lamineur dispose d'un emplacement limité pour l'installation éventuelle d'un dispositif de refroidissement.
  • Particulièrement dans le cas des trains à fil, la vitesse de sortie dans les installations modernes est très élevée, de l'ordre d'une centaine de mètres par seconde.
  • On sait que métallurgiquement parlant, il existe déjà plusieurs solutions pour arriver à un compromis entre les propriétés mécaniques d'une part et le prix de revient d'autre part.
  • Une première solution consiste à produire des armatures en acier "naturellement dur" dont la limite d'élasticité est obtenue par addition de carbone (par exemple 0,35 %) et de manganèse (par exemple 1,3 %); ces aciers présentent une limite d'élasticité acceptable (= 420 MPa), mais leur allongement et leur aptitude au pliage sont relativement faibles et leur soudabilité nettement insuffisante.
  • Pour améliorer la soudabilité, il faut diminuer la teneur en carbone, ce qui entraîne une diminution de la limite d'élasticité.
  • Pour compenser cette diminution de la limite d'élasticité, il existe deux moyens connus.
  • Le premier consiste à incorporer à l'acier des éléments de microalliages; tels que du niobium ou du vanadium. Cette technique est cependant coûteuse, en raison du prix des éléments d'alliage.
  • Le second moyen est d'accroître la limite d'elasticité de l'acier, par une opération de déformation à froid, notamment par torsion, de la barre. Outre les frais qu'entraine également une telle opération, le gain de limite d'élasticité est réalisé au détriment de l'allongement.
  • Le procédé de la présente invention prend place parmi la technique récente consistant à appliquer aux armatures à béton laminées à chaud, pendant ou immédiatement après le laminage, un refroidissement brusque, limité dans le temps, de façon à produire dans la barre une couche superficielle de martensite ; cette "trempe" est sulvier d'un refroidissement au cours duquel le coeur de la barre, c'est-à-dire la partie non atteinte par le refroidissement brusque, se transforme en ferrite et carbures. En limitant judicieusement la durée de refroidissement brusque, il est en outre possible de conserver de la chaleur dans le coeur de la barre et de créer dans la section de celle-ci un gradient de température tel qu'il se produise, au cours du dit refroidissement ultérieur, un revenu de la couche superficielle martensitique. Une telle limitation judicieuse de la durée du refroidissement brusque peut être assurée en visant une température déterminée à coeur, à la fin de la phase de refroidissement brusque; pratiquement, la conduite d'une telle opération peut être assurée en observant la température de la surface à l'endroit de la barre où l'on constate un réchauffement dû à l'apport de calories venant du coeur.
  • Un tel procédé, communément appelé "de trempe.et auto-revenu", peut théoriquement être mis en oeuvre - dans une installation déterminée aux spécifications connues pour fabriquer des armatures définies - à partir de la caractéristique constituée par la température de "coeur" à la fin de la phase de refroidissement brusque.
  • On conçoit toutefois que la réalisation de l'opération présente des difficultés différentes suivant d'une part la vitesse de défilement des produits et d'autre part leur diamètre.
  • Au stade actuel, si la fabrication de telles armatures ne pose plus aucune difficulté lorsqu'on traite des barres de 6 mm au moins de diamètre, il en est autrement sur les trains à fil fonctionnant à grande vitesse; dans une telle installation, l'utilisation de dispositifs de refroidissement intense à eau génère en effet des effets perturbateurs du déplacement du produit.
  • Avant de décrire l'objet de la présente invention, qui permet de résoudre le problème qui vient d'être évoqué, il est utile de rappeler brièvement que dans une installation de laminage à chaud et de traitement thermique d'un fil, il existe normalement un bloc dit "finisseur" disposé à la sortie du train de laminage intermédiaire, un dispositif de refroidissement situé à la sortie du bloc finisseur et un entraîneur, généralement à galets, pour extraire le fil de l'installation. Une telle installation est représentée schématiquement à la figure I ci-annexée.
  • L'entraîneur est normalement capable d'exercer une traction de valeur T, mais pour que l'opération de laminage se déroule correctement, il convient que la traction X exercée dans le fil à l'aval du bloc finisseur soit supérieure à une valeur minimum, appropriée à l'entraînement du fil hors du bloc.
  • Or, la traction X, à la sortie du bloc, est en réalité la différence entre la force de traction T de l'entraîneur et la force de freinage F appliquée au fil principalement lors du passage de celui-ci dans le dispositif de refroidissement.
  • En fait, les expériences réalisées ont permis d'établir que la force de freinage F était une fonction K de la longueur L du dispositif de refroidissement, le coefficient K étant lui-même fonction de la nature du dispositif de refroidissement, du débit de fluide de refroidissement et de la vitesse relative du fil par rapport au fluide de refroidissement.
  • Le problème lié au train à fil est clairement apparu lorsque, en utilisant les dispositifs de refroidissement classiquement utilisés sur les trains à barres,dans des conditions capables d'assurer la trempe et l'auto-revenu du produit,la traction X s'est avérée trop faible pour que l'on puisse opérer à grande vitesse et le fil s'est systématiquement "rabou- lotté" entre la sortie du bloc finisseur et l'entrée dans le dispositif de refroidissement.
  • La présente invention a pour objet une installation perfectionnée permettant d'appliquer au fil défilant à 'grande vitesse le traitement de trempe/auto- revenu capable de lui assurer une combinaison, considérée comme optimale, de limite d'élasticité et d'allongement.
  • Un premier objet de la présente invention consiste à appliquer au produit, en amont du bloc finisseur et/ou au niveau de ce bloc, un refroidissement destiné à amener la température du fil à la sortie du bloc en dessous de ce qu'elle est normalement, c'est-à-dire lorsque l'on applique un refroidissement au niveau du bloc seulement pour obtenir par exemple une température sensiblement constante dans le bloc.
  • Ce traitement de refroidissement supplémentaire, en amont ou au niveau du bloc, a comme résultat d'augmenter la raideur du fil à la sortie du bloc, donc de réduire la traction minimum nécessaire au bon déroulement de l'opération; en outre, la longueur minimum de la rampe de refroidissement nécessaire à la trempe va être raccourcie, ce qui va diminuer la valeur de la force de freinage F.
  • C'est ainsi qu'une diminution de la température de fin de laminage de 1050°C jusqu'à 950°C permet de diminuer de 30 % la longueur L de trempe du fil.
  • Un second objet de la présente invention consiste à utiliser un dispositif de refroidissement à faible coefficient de freinage K.
  • Dans une première variante préférentielle de ces dispositifs suivant l'invention, le fluide de refroidissement consiste en un mélange eau/air plus compressible et donc moins freinant que l'eau habituellement utilisée; dans ces conditions, si le coefficient K diminue effectivement, on doit cependant augmenter la longueur L nécessaire pour l'opération de trempe, étant donné que la puissance spécifique du refroidissement est abaissée; on a toutefois observé que le produit K x L, c'est-à-dire la force de freinage, était finalement moins élevée.
  • Suivant une deuxième modalité préférentielle de cet objet de l'invention, on utilise des dispositifs de refroidissement munis de fentes d'injection hélicoïdales, d'un type par exemple décrit par ailleurs dans le brevet belge n° 867.299.
  • iGrâce àl'utilisation de l'un et/ou l'autre de ces dispositifs, non seulement on diminue la force de freinage, mais en outre on assure une meilleure stabilité du fil dans l'installation, ce qui réduit la valeur minimum Tmin nécessaire à la sortie du bloc finisseur.
  • Un troisième objet de la présente invention consiste à augmenter la force de traction T développée par l'entraîneur.
  • Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre de cette variante, on augmente la puissance disponible dans l'entraineur; suivant une deuxième modalité, qui peut être associée à la première, on utilise plusieurs paires de galets d'entraînement, éventuellement décalées l'une par rapport à l'autre au point de vue de leur niveau, ce qui oblige le fil à parcourir dans l'entralneur une trajectoire ondulée.
  • Les figures ci-annexées permettent de se rendre compte de la réalisation de l'invention.
  • Sur la figure I, sont représentés en traits pleins les éléments qui constituent l'installation habituelle de fin de laminage : dans le sens de circulation du fil, on rencontre en 1 le train intermédiaire, en 2, le bloc finisseur, en 3, le dispositif de refroidissement intense ou "canon de trempe", et en 4, l'entraîneur à galets; entre le bloc finisseur 2 et le canon 3, la traction X sur le fil est égale à la différence entre la force T exercée par l'entraîneur 4 et le freinage F subi par le fil principalement dans le canon 3.
  • Sur cette figure 1 sont représentés en tirets deux des perfectionnements objets de l'invention : en 6 figure un dispositif de refroidissement du fil à l'entrée du bloc finisseur tandis que des galets d'entrainement supplémentaires sont disposés en 7.
  • La figure II est une coupe longitudinale d'un dispositif de refroidissement intense eau-air qui offre la particularité d'un freinage interne peu élevé, en raison de la compressibilité du fluide qui circule dans ce dispositif. Sur cette figure II on distingue en 8 des canaux d'insufflation d'air dans la fente annulaire 9 d'injection à l'intérieur 10 du canon; l'injection du mélange eau-air se fait dans le sens de circulation du fil.
  • Selon une variante intéressante de réalisation, ce dispositif est équipé de moyens pour régler sa puissance de refroidissement, par exemple pour modifier le rapport entre les débits d'eau et d'air, ou encore la température de l'eau.
  • Le procédé suivant l'invention est utilisable pour fabriquer des armatures tant lisses que crénelées, participant de façon active ou passive à la résistance de l'ouvrage en béton, utilisées éventuellement en assemblages en treillis.

Claims (5)

1. Procédé pour la fabrication d'armatures à béton en acier, sur train à fil à grande vitesse, caractérisé en ce que l'on applique au produit sortant du bloc finisseur d'un train de laminage à chaud, et avant l'entrée du dit fil dans le dispositif de refroidissement, une traction appropriée au défilement correct du produit, en augmentant pour ce faire la force d'en- trâinement du fil et/ou en réduisant les forces de freinage créées dans le dispositif de refroidissement.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique au produit, en amont du bloc finisseur et/ou au niveau de ce bloc, un refroidissement destiné à amener la température du fil à la sortie du bloc en dessous de ce qu'elle est normalement, c'est-à-dire lorsque l'on applique un refroidissement au niveau du bloc seulement pour obtenir par exemple une température sensiblement constante dans le bloc.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise un dispositif de refroidissement à faible coefficient de freinage, tel qu'un dispositif à mélange eau/air.
4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des canaux d'insufflation d'air débouchan dans une fente annulaire assurant l'injection d'eau à l'intérieur du canon de refroidissement du produit.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on augmente la force de traction développée par l'entrai- neur, soit par exemple en utilisant plusieurs paires de galets d'entraînement, éventuellement décalées l'une par rapport à l'autre au point dés vue de leur niveau.
EP84870100A 1983-07-18 1984-07-10 Procédé et dispositifs pour la fabrication d'armatures à béton en acier sur train à fil à grande vitesse Expired - Lifetime EP0132249B1 (fr)

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LU84922A LU84922A1 (fr) 1983-07-18 1983-07-18 Procede et dispositifs de fabrication d'armatures a beton en acier sur train a fil a grande vitesse

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EP0132249A2 true EP0132249A2 (fr) 1985-01-23
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AT (1) ATE62837T1 (fr)
AU (1) AU580960B2 (fr)
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