EP1100632A1 - Procede de fabricaton, en continu, d'une bande metallique - Google Patents

Procede de fabricaton, en continu, d'une bande metallique

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EP1100632A1
EP1100632A1 EP00925357A EP00925357A EP1100632A1 EP 1100632 A1 EP1100632 A1 EP 1100632A1 EP 00925357 A EP00925357 A EP 00925357A EP 00925357 A EP00925357 A EP 00925357A EP 1100632 A1 EP1100632 A1 EP 1100632A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
strip
thickness
diameter
cold rolling
Prior art date
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EP00925357A
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German (de)
English (en)
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EP1100632B1 (fr
Inventor
Noél De Curraize
François Leroux
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Clecim SAS
Original Assignee
VAI Clecim SA
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Publication date
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Publication of EP1100632A1 publication Critical patent/EP1100632A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1100632B1 publication Critical patent/EP1100632B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • 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
    • B21B1/22—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 plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/24—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 plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process
    • B21B1/28—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 plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process by cold-rolling, e.g. Steckel cold mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2273/00—Path parameters
    • B21B2273/12—End of product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/06—Product speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/00—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
    • B21B45/04—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 de-scaling, e.g. by brushing
    • B21B45/06—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 de-scaling, e.g. by brushing of strip material

Definitions

  • the subject of the invention is a process for manufacturing, on a continuous line, a metal strip such as a rolled steel sheet, from a strip produced hot. It is known that, in general, the manufacture of metal products requires first of all the preparation of a raw product by casting in an ingot mold or continuous casting, a hot transformation by forging and / or hot rolling and a cold transformation comprising various stages which depend on the nature of the metal, for example ferritic or austenitic steel, and on the quality of the product to be manufactured.
  • the hot product is subjected, successively, to a pickling treatment for the removal of scale, to cold rolling until the desired thickness is obtained and, finally, to finishing treatments.
  • Cold rolling is normally carried out in several successive passes, either in two opposite directions on a reversible train, or on several rolling mill stands operating in tandem.
  • the rolling force to be applied to obtain a certain rate of thickness reduction depends, of course, on the diameter of the working rolls and the composition of the metal, common low-carbon steel, low alloy, stainless steel, alloy steel, as well as its characteristics, in particular its elastic limit.
  • the methods of preparation and heat treatment have made it possible to produce coils of hot strip of relatively large thickness.
  • the thickness reduction rate to be achieved was therefore important, generally of the order of 70% to 80% and up to 90% for certain qualities of steel.
  • Rolling mills capable of developing the necessary power are very expensive and, usually, coupled line installations are therefore optimized by favoring the operation of the tandem rolling mill which constitutes the bottleneck of the installation.
  • the rolling mill must at least slow down at the reel change and, if the running speed decreases, the coefficient of friction increases, as well as the rolling force to be applied between the working rolls to obtain the desired thickness reduction.
  • the deformations and buckling of the cage also increase. We have therefore observed that there is a limit below which can no longer be laminated by ensuring thickness regulation.
  • the strip is sheared at a relatively high speed by means of a so-called "flying" shear and two winding mandrels are actuated successively so that, during the time necessary for the unloading of the coil wound on a first mandrel, the strip can be engaged and begins to wind on the second mandrel, immediately after shearing.
  • the quality of the strip is only affected by a low value, 1% or a few%, and over a short distance, which can be limited to a few meters.
  • the performance of tracking the entire installation remains acceptable.
  • the outer face of the coil which serves as packaging for the latter can, in any case, be more or less deteriorated during handling and is therefore sacrificed.
  • the object of the invention is to remedy such drawbacks by means of a new manufacturing process, in a continuous line, for a laminated sheet, which makes it possible to adapt, in a very flexible manner, to a change in production conditions, while retaining the possibility, in all cases, of solving all of the problems mentioned above.
  • the invention makes it possible to maintain the regularity of thickness and, in general, the quality of the sheet over a length of strip at least of the same order as in the most efficient current installations and, even, practically on the whole of a coil.
  • the invention therefore relates, in general, to the manufacture of a metal strip from a hot product, by passing it through, in a continuous processing line comprising at least, in one direction feed, web, inlet section, pickling section for scale removal, accumulation section, cold rolling means and outlet section comprising a shearing member and means winding.
  • the rolling speed is varied over a wide range, which can range from less than 1 m / min. at more than 1000 m / min and the cold rolling is carried out in at most three passes between working rolls whose diameter is determined so that the rolling force necessary to maintain the rate of reduction in thickness at each pass remains compatible, over the entire speed variation range, with the possibilities of regulating the thickness and flatness of the product, taking account of its characteristics.
  • the invention can have advantages for all types of steel but, in practice, it applies essentially to the manufacture of strips of ordinary steel, low carbon and / or low alloy, and / or low elastic limit.
  • working rolls whose diameter does not exceed 200 mm are used for cold rolling.
  • the diameter of the rolls will be determined so that the rolling force required at the lowest speeds does not exceed twice the rolling force at the highest speeds.
  • the invention applies especially to the manufacture of mild or low-alloy steel sheets for which the rolling operation can advantageously be limited to two passes, taking into account the elastic limit of the steel and the rate of reduction to be achieved.
  • an oil-in-water emulsion is used, the saponification index of which does not exceed 50.
  • the invention also covers a continuous line installation industrial production of a strip of steel sheet for the implementation of the method, successively comprising: a primary pickling section for the removal of scale; - a continuous cold rolling section;
  • An output section comprising a strip shearing member for fractionation and reeling and a strip winding device.
  • the invention applies to the production of sheets of mild, low carbon and / or low alloy steel and covers an installation in which the rolling section comprises at most three stands, the member shearing is of fixed type and the winding device comprises a single winding mandrel, such an installation being particularly economical.
  • the pickling section can be of the chemical or electrochemical type and can then comprise a leveling device under tension of the "oxide-breaker" type.
  • the pickling section can also include a blasting device and / or an abrasion device.
  • cold rolling is carried out in rolling mill stands equipped with small diameter working rolls.
  • multi-cylinder cages with intermediate cylinders arranged in a cluster of the "cluster mill” type or rolling mill cages whose working cylinders are associated with lateral support cylinders in particular of the " Z-high ".
  • the rolling stands will advantageously be equipped with a device for controlling the flatness of the strips.
  • at least one support cylinder will be of the deformable rotating envelope type.
  • the fractionation cutting point can be at a distance such from the reel that the developed length of strip up to the grip of the last cage of rolling mill is greater than 20 meters, the regularity of thickness remaining assured in the part which constitutes the body of the strip.
  • the method according to the invention can also be applied to lines the fractionation cutting point of which is at a distance such that the developed length of the strip up to the extent of the last stand of the rolling mill is less than 20 meters, the thickness tolerance being tightened in the part which constitutes the ends of the strip.
  • a continuous line installation according to the invention can also be used to treat strips produced hot which require only a small or zero thickness reduction, the last cold rolling pass simply carrying out a finishing treatment of the "skin-pass" type.
  • the rolling mill cages will then advantageously be quarto cages of the "Z-high" type in which each assembly constituted by a working cylinder, an intermediate cylinder and lateral support cylinders constitutes an insert which can be easily replaced by a cylinder. large diameter work to form a quarto-type cage working as a skin-pass.
  • the last large diameter cage can advantageously be used to print on the sheet a relatively large roughness, for example of at least 0.4 micrometers, to facilitate the adhesion of a protective coating.
  • FIG. 1 schematically represents a coupled sheet metal production line for implementing the method according to the invention.
  • FIG. 2 schematically represents another configuration of coupled line according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram representing the evolution of the rolling force as a function of the speed for large diameters of working rolls and for small diameters.
  • FIG. 4 is a diagram of the evolution of the coefficient of friction with a lubricant suitable for the two cases of FIG. 3.
  • FIG 1 there is shown schematically a coupled line comprising an inlet section A, a pickling section B, a rolling section C and an outlet section D.
  • the inlet section A has not been shown in detail and includes a reel unwinder and a sealer
  • the hot strip which comes from a coil, not shown, unrolls from left to right, first passing through a pickling station 1 intended to remove the existing scale on the hot prepared sheet.
  • This unit can be of known type: chemical pickling, pickling by brushing, shot blasting, abrasion or even a combination of several techniques. It can advantageously be preceded by a leveling device under traction 2 whose role is to crack the scale to facilitate the action of a chemical pickling.
  • the pickling station 2 is particularly suitable for processing a tonnage high annual band, the thickness of which may be appreciably less than in the coupled installations known up to now, for example less than one millimeter.
  • the pickling line 1 will therefore be designed to operate at a high speed and this will be kept substantially constant, without admitting significant stops or even slowdowns to adapt to the operation of the rolling installation 3 placed downstream.
  • the rolling section 3 is connected to the pickling section 1 by means of a strip accumulator device 4 associated with a tensioning block 5. This arrangement makes it possible to slow down or stop the rolling mill without disturbing the operation of pickling.
  • the speed in the pickling section depends on the pickling process and the characteristics of the steel of the hot-formed sheet.
  • the accumulator has the capacity necessary to maintain the operation of pickling at its optimum speed during the time when the rolling speed is different from that of pickling, the tensioning block ensuring separate control of the pulls in the two sections.
  • cold tandem rolling mills comprise a succession of cages arranged one after the other on the path of the strip, the thickness of which is progressively reduced.
  • the strip is kept perfectly stretched in the space between two successive cages or inter-cage space, by adjusting the traction in the strip to a predetermined value which depends on the characteristics of the product being rolled.
  • rolling conditions are maintained in each of the cages such that it is possible to avoid reaching tensile levels which risk causing the strip to break.
  • the regulation of the cold tandem train is ensured so as to obtain a perfectly constant exit thickness from the strip, in particular by regulating the rolling force applied by the clamping device as well as the speeds of the first and last stand.
  • rolling mill stands include means for adjusting the clamping force applied, during rolling, between the rolls of the rolling mill which make it possible, in particular, to compensate for the deformation of the cage under the rolling force, to keep the thickness of the product substantially constant at the outlet of the cage.
  • These clamping devices are generally constituted by hydraulic cylinders, bearing, in a quarto rolling mill, on the ends of a large diameter support cylinder.
  • at least one stand of the rolling mill 3 is provided with a device for correcting flatness defects by modifying the distribution of the stresses along the bearing generator.
  • the object of the invention is to adapt to various needs, by acting very flexibly on the operating conditions of the installation, in particular the rolling speed, while retaining the possibility to maintain the quality of the laminated strip over the greatest possible length.
  • the respective influences of the various factors involved in the rolling process have been studied in detail.
  • an essential parameter for ensuring, under given conditions, the desired reduction in thickness is the diameter of the working rolls.
  • the cooling is carried out, normally, by sprinkling a heat transfer fluid but the coefficient of friction between the rolls and the product, which also intervenes in the rolling process, depends on the lubricating power of this fluid. It has been established that the maximum possible reduction in thickness during a rolling pass can be given by the formula:
  • ⁇ is the coefficient of friction
  • F the rolling force
  • T s and T e the output and input pulls of the rolling stand
  • D the diameter of the working rolls.
  • This formula (1) shows, in particular, that the reduction in thickness depends not only on the diameter of the rolls, but also on the coefficient of friction and the rolling force.
  • FIGS. 3 and 4 show, for a common steel, and according to the diameter of the working rolls, the variations, as a function of the running speed indicated on the abscissa, respectively of the rolling force to be applied and the coefficient of friction .
  • the diagrams have been established for mild steel with a fairly low elastic limit, of the order of 25 kg / mm 2 .
  • the curves A1 and B1 correspond to a rolling carried out between working rolls having, as usual, a fairly large diameter of the order of 500 mm.
  • the curve Al shows that, as indicated, the rolling force, which varies little enough for high speeds, increases rapidly, starting from a limit speed which, for a cylinder diameter of 500 mm and for l 'steel considered, is of the order of 400 m / min.
  • FIG. 3 shows that, for a current steel with low elastic limit, there is a very large difference in the evolution of the rolling force to be applied, between the curve Al which corresponds to a diameter of 500 mm and the curve A2 which corresponds to a diameter of 140 mm.
  • the curve Al which corresponds to a diameter of 500 mm
  • the curve A2 which corresponds to a diameter of 140 mm.
  • curve A2 shows that, for a diameter of 140 mm for example, the rolling force varies little when the rolling speed is lowered, from around 300 m / min and then increases only very gradually, reaching 500 rpm at practically zero speed.
  • the curve Bl of FIG. 4 established for a cylinder diameter of 500 mm, shows in fact that, if the speed is reduced from a normal speed of rolling of 1000 m / min, for example, the coefficient of friction initially varies very little up to a speed of the order of 400 m / min but then increases rapidly below this speed. Furthermore, formula (1) above shows that, if the diameter of the cylinders decreases, the coefficient of friction must be increased to ensure the reduction in thickness.
  • the curve B2 represents, with such a lubricant and for a diameter of 140 mm, the variations in the coefficient of friction as a function of the rolling speed. It appears that, in this case, the coefficient of friction remains, over the entire speed range, greater than that which is usually obtained with a diameter of 500 mm.
  • the use, in rolling cages of small diameter rolls, for example less than 200 mm, with a suitable lubricant makes it possible to vary the rolling speed within a range very wide ranging from high values, of the order of 1000 m / min to the lowest values, or even zero speed, while limiting the rolling force necessary for the desired reduction to a level below the limit L2 .
  • This therefore allows tight thickness tolerances to be maintained over the entire length of the strips, body and ends included and regardless of the speed at which they have been laminated.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to produce, from a hot-drawn steel strip, a pickled and cold-rolled strip having an improved thickness regularity in an extended speed range, particularly in the low range. and very low rolling speeds.
  • Such rolling mills which are said to be of the "Z-high” or “cluster-mill” type, are normally more expensive than conventional rolling mills, and, until now, were used mainly for hard steels, for example high carbon and / or stainless steels.
  • the strip is simply stripped and then, optionally, "skin-pass" laminated and is then protected by oil spraying.
  • the rolling being carried out, if necessary, in a separate section. If you want to use a coupled line, you must then place a switch downstream of the pickling section to direct the strip towards a "skin-pass" rolling mill, an oiling station and a winder, the tandem rolling mill being not used in this case.
  • the invention therefore essentially applies to the manufacture of strips of ordinary steel requiring only a low or zero reduction rate and which, until now, have been produced discontinuously, the usual coupled lines not being profitable in that case.
  • the invention makes it possible to benefit from the progress made in the production and hot treatment lines, in particular by continuous casting of thin strip, which make it possible to obtain hot strips of much smaller thickness than previously.
  • hot strips were produced at a relatively high thickness, for example 2 to 6 mm.
  • this thickness for example 2 to 6 mm.
  • the evolution of the technique has made it possible to progressively reduce this thickness up to 1.2 mm and it is even possible to envisage having hot strips of even smaller thickness, up to less than 1 mm, for example.
  • the rolling section may comprise only two or three cages with small rolls and, in this case, the use of "Z-high" type cages becomes profitable.
  • the share of the rolling mill in the overall cost of an installation according to the invention decreases compared to the other sections of the line. Indeed, while in the coupled lines known up to now, it was necessary to have a significant rolling power to achieve the desired reduction in thickness, we can now consider reducing this rolling power and, by Consequently, the cost of the rolling installation, when the thickness reduction rate to be achieved does not exceed 50%.
  • An industrial line according to the invention comprises at the output a winding device 7 preceded by a strip splitting device 6 for constituting easily transportable reels.
  • the method according to the invention makes it possible to improve the thickness tolerance even at very low rolling speeds as well as over the rolled length without tension during restarting. It is then possible, without increasing the setting rate to the mile, to envisage new configurations of coupled line in which in particular, the last rolling stand may be located at a fairly great distance from the reel.
  • an oiling device 8 intended to give corrosion protection to the finished product and a block have been placed between the outlet of the rolling installation 3 and the reel 7 powerful tensioner 9 allowing, on the one hand to pull the strip out of the pickling, even in the absence of lamination and, on the other hand, to maintain traction in the strip when it is cut to complete a reel.
  • This further promotes the maintenance of tight thickness tolerances by avoiding variations in traction in the grip of the last rolling stand.
  • an installation according to the invention therefore makes it possible to continuously carry out an average reduction in thickness. and, therefore, to increase the production range without considerably increasing the cost of the assembly.
  • At least one stand of the rolling mill 3 is advantageously of the "Z-high” type.
  • this can be transformed by making each assembly consisting of a small diameter cylinder, an intermediate cylinder and lateral supports, in the form of an "insert" which can be replaced by a larger diameter cylinder , for example greater than 500 mm, so as to produce a quarto-type cage which can perform a skin-pass treatment between the working rolls.
  • Another advantage of a coupled line according to the invention will therefore be to be able to use part of the production time to produce coils of sheets whose thickness is directly that of the strip produced hot and which does not require reduction d 'cold thickness but only one pickling and one finishing pass of the skin-pass type. It is thus very easy to increase the possibilities of an existing line.
  • the invention makes it possible to respond flexibly to such a request.
  • the last rolling stand may be equipped with working rolls having a conventional diameter and a roughness of 3 to 4 microns, allowing , taking into account the transfer rate, for example 40%, to give the sheet obtained the desired roughness.
  • the line shown diagrammatically in FIG. 2 comprises a stripping section 1 and a rolling section 3 between which is placed a device 2 for accumulating tape 4 and a traction control block 5.
  • a device for leveling under traction - oxide breeze can also be installed upstream of the pickling section 1. The outlet of such a line then simply comprises the shearing device 6, for the fractionation, followed by the winding device 7.
  • the strip in the grip is out of tension which, in the conventional processes would generate an abrupt variation of the thickness.
  • the distance between the fractionation point and the hold of the last cage is short and generally less than 20 meters in developed length of laminated strip. This zone is therefore located in the ends of the strip, the thickness tolerance of which is traditionally less tight than that of the strip body.
  • the use of a method according to the invention however makes it possible to improve this tolerance of thickness during slowing down and until stopping, as well as over the laminated length without tension during restarting, so that the ends strips respect the thickness tolerance set by the customer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

Procédé de fabrication, en contin d'une bande métallique
L'invention a pour objet un procédé de fabrication sur une ligne, en continu, d'une bande métallique telle qu'une tôle laminée en acier, à partir d'une bande élaborée à chaud. On sait que, d'une façon générale, la fabrication de produits métalliques nécessite tout d'abord l'élaboration d'un produit brut par coulée en lingotière ou coulée continue, une transformation à chaud par forgeage et/ou laminage à chaud et une transformation à froid comprenant diverses étapes qui dépendent de la nature du métal , par exemple acier ferritique ou austénitique, et de la qualité du produit à fabriquer.
Habituellement, le produit élaboré à chaud est soumis, successivement, à un traitement de décapage pour l'élimination de la calamine, à un laminage à froid jusqu'à obtention de l'épaisseur souhaitée et, enfin, à des traitements de finition.
Le laminage à froid s'effectue, normalement, en plusieurs passes successives, soit dans deux sens opposés sur un train réversible, soit sur plusieurs cages de laminoir fonctionnant en tandem.
On sait que, dans un laminoir, le produit est entraîné entre deux cylindres de travail dont l'écartement est inférieur à l'épaisseur brute du produit en amont. Il se produit un écoulement du métal qui est entraîné par frottement dans l'emprise entre les cylindres, jusqu'à une section de sortie dont l'épaisseur correspond sensiblement à l'écartement entre les cylindres de travail, avec une augmentation progressive de vitesse qui correspond à la conservation du métal.
Au cours du laminage, les cylindres de travail ont tendance à s'écarter l'un de l'autre et l'entrefer entre les génératrices en regard doit donc être maintenu par application, entre les cylindres, d'un effort de serrage appelé souvent force de laminage.
La force de laminage à exercer pour obtenir un certain taux de réduction d'épaisseur dépend, évidemment, du diamètre des cylindres de travail et de la composition du métal, acier courant à bas carbone, faiblement allié, acier inoxydable, acier allié, ainsi que ses caractéristiques, en particulier sa limite élastique.
Sous l'effet de la force de laminage appliquée entre leurs extrémités, les cylindres ont tendance à fléchir. De plus, il se produit des déformations et des cédages des différents éléments de la cage, en particulier des colonnes sur lesquelles prennent appui les moyens de serrage. On dispose de divers moyens, dans une cage de laminage, pour compenser la déformation des cylindres et de la cage, de façon à maintenir la régularité d'épaisseur et corriger des défauts de planéité en modifiant la répartition des contraintes le long des génératrices d'appui des cylindres de travail.
En fonctionnement normal, ces moyens de correction permettent de maintenir les qualités de la bande sur la plus grande longueur de la bobine que l'on appelle souvent "corps de bande". Cependant, au début du déroulement d'une nouvelle bobine, l'extrémité amont ou "tête" de celle-ci, doit être introduite dans l'installation, sur une longueur suffisante pour permettre l'entraînement de la bande. Pour cela, la tête de la nouvelle bobine peut être soudée sur l'extrémité aval, ou "queue", de la bobine précédente. De même, à la sortie de l'installation, lorsque la bobine en cours d'enroulement a atteint sa dimension maximale, il faut cisailler la bande pour évacuer la bobine et fixer sur le mandrin d'enroulement, l'extrémité amont de la partie suivante de la bande.
On ne peut donc éviter, de réduire la vitesse de défilement, en particulier dans les cages de laminage à froid, cette vitesse pouvant, même, devenir nulle si l'on opère avec une seule enrouleuse.
Il en résulte, habituellement, que l'on ne peut pas maintenir les qualités de la bande sur la tête et sur la queue de la bobine, qui doivent être éliminées. Par ailleurs, il est nécessaire, avant le laminage à froid, d'éliminer, autant que possible, la calamine produite par oxydation en raison des traitements subis auparavant et, à cet effet, on peut utiliser divers procédés connus, par exemple par grenaillage, décapage chimique etc..
Auparavant, les divers traitements à froid étaient réalisés de façon discontinue dans des sections séparées, le produit étant enroulé en bobine à la fin de chaque section pour être transféré vers la section suivante. Cependant, ces procédés non continus ont l'inconvénient de multiplier les opérations de déroulement et d'enroulement de bobines et de nécessiter des stockages intermédiaires qui engendrent des coûts importants, compte tenu des appareils de manutention indispensables et du personnel nécessaire.
Depuis quelques années, on a développé des procédés de fabrication permettant de supprimer l'enroulement en bobine au moins pour certaines étapes intermédiaires, la bande défilant successivement dans au moins deux sections de traitement placées dans une ligne continue. Des accumulateurs sont disposés entre les sections successives pour que celles-ci puissent fonctionner à des vitesses instantanées différentes. Le défilement de la bande peut ainsi être ralenti ou, même arrêté dans une section, par exemple en cas d'incident ou pour un changement de bobine, tandis que les autres sections continuent à fonctionner.
En particulier, le couplage du décapage avec le laminage à froid permet de réduire, en grande partie, les inconvénients indiqués ci-dessus.
Dans une installation en ligne continue de ce type, le laminage est réalisé dans un laminoir tandem comportant, normalement, quatre ou cinq cages. Une telle installation est décrite, par exemple, dans un article intitulé "le décapage-tandem couplé de Sainte Agathe à Sollac-Florange" , paru dans "La Revue de Métallurgie", de Mars 1998.
Jusqu'à présent, les procédés d'élaboration et de traitement à chaud permettaient de réaliser des bobines de bande à chaud d'épaisseur relativement forte. Pour atteindre les épaisseurs souhaitées habituellement, le taux de réduction d'épaisseur à réaliser était donc important, généralement de l'ordre de 70% à 80% et jusqu'à 90% pour certaines qualités d'acier.
Les laminoirs susceptibles de développer la puissance nécessaire sont très onéreux et, habituellement, les installations en ligne couplée sont donc optimisées en privilégiant le fonctionnement du laminoir tandem qui constitue le goulot d'étranglement de 1 ' installation.
En particulier, comme on vient de le voir, le laminoir doit au moins ralentir au changement de bobine et, si la vitesse de défilement diminue, le coefficient de frottement augmente, ainsi que la force de laminage à appliquer entre les cylindres de travail pour obtenir la réduction d'épaisseur souhaitée. De plus, les déformations et cédages de la cage augmentent également. On a donc observé qu'il existe une limite au dessous de laquelle on ne peut plus laminer en assurant la régulation d'épaisseur.
Normalement, on s'efforce donc de conserver une vitesse relativement élevée, de l'ordre de 300 m/mn, par exemple, de façon à ne pas entrer dans un domaine ou la faible vitesse interdirait de maintenir la qualité de l'épaisseur.
Comme on ne peut éviter le cisaillement de la bande pour le changement de bobine, à la sortie de l'installation, il est nécessaire de minimiser, autant que possible, le temps nécessaire à cette opération. Pour cela, habituellement, on réalise le cisaillage de la bande à une vitesse relativement élevée au moyen d'une cisaille dite "volante" et l'on utilise deux mandrins d'enroulement actionnés successivement de façon que, pendant le temps nécessaire au déchargement de la bobine enroulée sur un premier mandrin, la bande puisse être engagée et commence à s'enrouler sur le second mandrin, immédiatement après le cisaillage. Dans ces conditions la qualité de la bande n'est affectée que d'une valeur faible, 1% ou quelques %, et sur une distance courte, qui peut être limitée à quelques mètres. Ainsi, la performance de mise au mille de l'ensemble de l'installation reste acceptable. D'ailleurs, la face extérieure de la bobine qui sert d'emballage à celle-ci, peut, de toutes façons, être plus ou moins détériorée lors des manutentions et est donc sacrifiée.
Cependant, pour optimiser le fonctionnement du laminoir, celui-ci doit être adapté à certains types de produits et les autres sections de la ligne couplée, en particulier les installations de décapage et de finissage, doivent être prévues en conséquence. C'est pourquoi, jusqu'à présent, les installations de production de bandes en ligne continue étaient prévues essentiellement pour des produits justifiant une capacité très importante, de l'ordre de 1 à 2 millions de tonnes par an, par exemple des tôles de carrosserie automobile.
Pour des produits spéciaux demandant une capacité plus limitée, il semblait plus rentable de réaliser le laminage par passes successives, dans un sens et dans l'autre, dans une cage réversible.
D'autre part, pour les produits durs ou très minces, par exemple en acier inoxydable, on préfère, habituellement, utiliser un laminoir à petits cylindres, du type SENDZIMIR. On a aussi envisagé, pour la production de bandes d'acier inoxydable, de réaliser des installations couplées, en ligne continue, mais, dans ce cas, les divers traitements doivent être réalisés dans des conditions très précises pour que le produit présente les qualités souhaitées.
Dans tous les cas, on dispose donc, paradoxalement, d'installations extrêmement coûteuses dont les conditions de fonctionnement sont assez rigides. Mais la technique évolue constamment et, par exemple, les procédés d'élaboration et de traitement à chaud ont connu, récemment, de grands progrès qu'il y a lieu de prendre en compte.
Par ailleurs, les besoins de la clientèle changent et il peut donc être gênant, même pour la production de tôles en acier ordinaire, à bas carbone ou faiblement allié, de disposer d'installations très onéreuses et, en même temps, spécialisées dans un type particulier de production. L'invention a pour objet de remédier à de tels inconvénients grâce à un nouveau procédé de fabrication, en ligne continue, d'une tôle laminée, qui permet de s'adapter, de façon très flexible, à une modification des conditions de production, en gardant la possibilité, dans tous les cas, de résoudre l'ensemble des problèmes évoqués plus haut. En particulier, l'invention permet de maintenir la régularité d'épaisseur et, d'une façon générale, la qualité de la tôle sur une longueur de bande au moins du même ordre que dans les installations actuelles les plus performantes et, même, pratiquement sur la totalité d'une bobine.
L'invention concerne donc, d'une façon générale, la fabrication d'une bande métallique à partir d'un produit élaboré à chaud, par défilement de celle-ci, dans une ligne de traitement continu comprenant au moins, dans un sens de défilement, de la bande, une section d'entrée, une section de décapage pour l'élimination de la calamine, une section d'accumulation, des moyens de laminage à froid et une section de sortie comprenant un organe de cisaillage et des moyens de bobinage.
Conformément à l'invention, pour s'adapter à un changement des contraintes d'exploitation, en particulier un ralentissement pour le changement de bobine, on fait varier la vitesse de laminage sur une large plage, pouvant aller de moins de 1 m/mn à plus de 1000 m/mn et le laminage à froid est réalisé en au plus trois passes entre des cylindres de travail dont le diamètre est déterminé de façon que la force de laminage nécessaire au maintien du taux de réduction d'épaisseur à chaque passe reste compatible, sur toute la plage de variation de vitesse, avec les possibilités de régulation d'épaisseur et de planéité du produit, compte tenu des caractéristiques de celui-ci. L'invention peut présenter des avantages pour tous types d'acier mais, en pratique, elle s'applique essentiellement à la fabrication de bandes en acier ordinaire, à bas carbone et/ou faiblement allié, et/ou à faible limite élastique.
De façon particulièrement avantageuse, on utilise, pour le laminage à froid, des cylindres de travail dont le diamètre ne dépasse pas 200 mm.
En pratique, le diamètre des cylindres sera déterminé de telle sorte que la force de laminage nécessaire aux vitesses les plus basses ne dépasse pas le double de la force de laminage aux vitesses les plus hautes.
L'invention s'applique spécialement à la fabrication de tôles d'acier doux ou faiblement allié pour lesquelles l'opération de laminage pourra, avantageusement, être limitée à deux passes, compte tenu de la limite élastique de l'acier et du taux de réduction à réaliser. Selon une autre caractéristique préférentielle, pour réaliser la lubrification et le refroidissement des cages de laminage, on utilise une émulsion d'huile dans l'eau dont l'indice de saponification ne dépasse pas 50. L'invention couvre également une installation en ligne continue de production industrielle d'une bande de tôle d'acier pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant successivement : une section de décapage primaire pour l'élimination de la calamine ; - une section de laminage à froid en continu;
- une section de sortie comprenant un organe de cisaillage de la bande pour fractionnement et mise en bobines et un dispositif de bobinage de la bande. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'invention s'applique à la production de tôles en acier doux, à bas carbone et/ou faiblement allié et couvre une installation dans laquelle la section de laminage comprend au plus trois cages, l'organe de cisaillage est de type fixe et le dispositif de bobinage comprend un seul mandrin d'enroulement, une telle installation étant particulièrement économique.
De préférence, la section de décapage peut être du type chimique ou électrochimique et peut alors comporter un dispositif de planage sous traction du type "brise-oxyde" .
Avantageusement, selon les applications et les nuances d'acier la section de décapage peut aussi comprendre un dispositif de grenaillage et/ou un dispositif d'abrasion.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le laminage à froid est réalisé dans des cages de laminoirs équipées de cylindres de travail de faible diamètre. Pour cela, il sera particulièrement avantageux d'utiliser des cages multicylindres avec des cylindres intermédiaires disposés en grappe du type "cluster mill" ou des cages de laminoir dont les cylindres de travail sont associés à des cylindres d'appui latéraux en particulier du type "Z-high" .
Les cages de laminage seront avantageusement équipées de dispositif de contrôle de la planéité des bandes. Par exemple, au moins un cylindre de soutien sera du type à enveloppe tournante déformable. De façon particulièrement avantageuse, dans une ligne continue pour la mise en oeuvre de l'invention, le point de coupe de fractionnement peut se trouver à une distance telle de l'enrouleuse que la longueur développée de bande jusqu'à l'emprise de la dernière cage du laminoir soit supérieure à 20 mètres, la régularité d'épaisseur restant assurée dans la partie qui constitue le corps de la bande.
De la sorte, il est possible de placer, entre le laminoir et la cisaille certains organes annexes comme un dispositif tensionneur et/ou des moyens de huilage de la bande .
Mais le procédé selon l'invention peut aussi s'appliquer à des lignes dont le point de coupe de fractionnement se trouve à une distance telle que la longueur développée de la bande jusqu'à l'emprise de la dernière cage du laminoir soit inférieure à 20 mètres, la tolérance d'épaisseur étant resserrée dans la partie qui constitue les extrémités de la bande. Selon une autre caractéristique très avantageuse, une installation en ligne continue selon l'invention peut aussi être utilisée pour traiter des bandes élaborées à chaud qui ne nécessitent qu'une réduction d'épaisseur faible ou nulle, la dernière passe de laminage à froid réalisant simplement un traitement de finition du type "skin-pass". Les cages de laminoir seront alors avantageusement, des cages quarto du type "Z-high" dans lesquelles chaque ensemble constitué par un cylindre de travail, un cylindre intermédiaire et des cylindres d'appui latéraux constitue un insert qui peut être remplacé facilement par un cylindre de travail de gros diamètre pour constituer une cage de type quarto travaillant en skin-pass.
Dans ce cas, la dernière cage à gros diamètre peut avantageusement servir à imprimer sur la tôle une rugosité relativement importante, par exemple d'au moins 0,4 micromètres, pour faciliter l'adhérence d'un revêtement de protection. Mais l'invention sera mieux comprise par la description détaillée qui suit, en se référant aux dessins annexés.
La figure 1 représente schématiquement une ligne couplée de fabrication de tôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 2 représente schématiquement une autre configuration de ligne couplée selon l'invention.
La figure 3 est un diagramme représentatif de l'évolution de la force de laminage en fonction de la vitesse pour des gros diamètres de cylindres de travail et pour des petits diamètres.
La figure 4 est un diagramme de l'évolution du coefficient de frottement avec un lubrifiant adapté pour les deux cas de la figure 3.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une ligne couplée comprenant une section d'entrée A, une section de décapage B, une section de laminage C et une section de sortie D. La section d'entrée A n'a pas été représentée en détail et comporte une dérouleuse de bobine et une soudeuse
La bande à chaud qui provient d'une bobine non représentée, se déroule de la gauche vers la droite en passant tout d'abord dans une station de décapage 1 destinée à éliminer la calamine existante sur la tôle élaborée à chaud. Cette unité peut être de type connu : décapage chimique, décapage par brossage, grenaillage, abrasion ou encore une combinaison de plusieurs techniques. Elle peut être avantageusement précédée d'un dispositif de planage sous traction 2 dont le rôle est de fissurer la calamine pour faciliter l'action d'un décapage chimique. La station de décapage 2 est particulièrement adaptée au traitement d'un tonnage annuel élevé de bande dont l'épaisseur peut être sensiblement plus faible que dans les installations couplées connues jusqu'à présent, par exemple inférieure à un millimètre. La ligne de décapage 1 sera donc prévue pour fonctionner à une vitesse élevée et celle-ci sera maintenue sensiblement constante, sans admettre des arrêts ni même des ralentissements importants pour s'adapter au fonctionnement de l'installation de laminage 3 placée en aval. La section de laminage 3 est reliée à la section de décapage 1 par l'intermédiaire d'un dispositif accumulateur de bande 4 associé à un bloc tensionneur 5. Cette disposition permet de ralentir ou arrêter le laminoir sans perturber le fonctionnement du décapage. La vitesse dans la section de décapage dépend du procédé de décapage et des caractéristiques de l'acier de la tôle élaborée à chaud. L'accumulateur a la capacité nécessaire pour maintenir le fonctionnement du décapage à sa vitesse optimale pendant le temps où la vitesse de laminage est différente de celle du décapage, le bloc tensionneur assurant un contrôle séparé des tractions dans les deux sections.
D'une façon générale, on sait que les laminoirs tandem à froid comportent une succession de cages disposées l'une à la suite de l'autre sur le trajet de la bande dont l'épaisseur est réduite progressivement. La bande est maintenue parfaitement tendue dans l'espace entre deux cages successives ou espace inter-cage, par réglage de la traction dans la bande à une valeur prédéterminée qui dépend des caractéristiques du produit en cours de laminage. En particulier, on maintient dans chacune des cages des conditions de laminage telles que l'on peut éviter d'atteindre des niveaux de traction risquant d'entraîner une rupture de la bande. La régulation du train tandem à froid est assurée de manière à obtenir une épaisseur de sortie de la bande parfaitement constante, en réglant notamment l'effort de laminage appliqué par le dispositif de serrage ainsi que les vitesses de la première et de la dernière cage. Les vitesses des cages intermédiaires, quand elles existent peuvent être déduites de ces conditions car elles sont imposées par la loi de conservation de la masse de métal traversant les cages du laminoir. Comme habituellement, les cages de laminoir comportent des moyens de réglage de l'effort de serrage appliqué, en cours de laminage, entre les cylindres du laminoir qui permettent, en particulier, de compenser les déformation de la cage sous l'effort de laminage, pour maintenir l'épaisseur du produit sensiblement constante en sortie de la cage. Ces dispositifs de serrage sont constitués généralement, par des vérins hydrauliques, prenant appui, dans un laminoir quarto, sur les extrémités d'un cylindre de soutien de grand diamètre. Avantageusement, au moins une cage du laminoir 3 est munie de dispositif de correction des défauts de planéité par modification de la répartition des contraintes le long de la génératrice d'appui. Une disposition de ce type, utilisant un cylindre de soutien à enveloppe tournante, a été décrite, par exemple, dans les brevets français FR-A-2553312 et FR-A-2572313 de la société déposante.
Comme on l'a indiqué, l'invention a pour objet de s'adapter à des besoins variés, en agissant de façon très flexible sur les conditions de fonctionnement de l'installation, en particulier la vitesse de laminage, tout en conservant la possibilité de maintenir la qualité de la bande laminée sur la plus grande longueur possible. Pour atteindre ce but, on a étudié de façon précise les influences respectives des différents facteurs qui interviennent dans le processus de laminage. Comme on le sait, un paramètre essentiel pour assurer, dans des conditions déterminées, la réduction d'épaisseur souhaitée est le diamètre des cylindres de travail.
Jusqu'à présent, il semblait normal, pour le laminage à froid, d'utiliser des cylindres de travail d'assez gros diamètre, de l'ordre de 500 mm.
En effet, le métal étant entraîné par frottement le long des faces circulaires des cylindres qui limitent l'emprise de laminage, un diamètre important par rapport à la réduction d'épaisseur à effectuer permet de diminuer l'angle de frottement et favorise, donc, l'entraînement de la bande.
En outre, un grand diamètre permet d'augmenter la plage d'usure. Comme on le sait, en effet, les cylindres s'usent au contact du métal et doivent être périodiquement rectifiés, puis remplacés lorsque la diminution de diamètre devient excessive. Un diamètre plus grand permet d'admettre une plage d'usure relativement plus importante.
Mais il faut tenir compte également de la nécessité de lubrifier et de refroidir les cylindres qui s'échauffent en cours de laminage. Ce refroidissement s'effectue par la périphérie et est donc plus efficace lorsque le diamètre est plus grand.
Le refroidissement est effectué, normalement, par aspersion d'un fluide caloporteur mais le coefficient de frottement entre les cylindres et le produit, qui intervient également dans le processus de laminage, dépend du pouvoir lubrifiant de ce fluide. On a pu établir que la réduction d'épaisseur maximale possible au cours d'une passe de laminage peut être donnée par la formule :
Δ e < 2 (μ + ( Te - Ts ) / 2 F ) 2 D (1)
où μ est le coefficient de frottement, F l'effort de laminage, Ts et Te les tractions de sortie et d'entrée de la cage de laminoir et D le diamètre des cylindres de travail.
Cette formule (1) montre, en particulier, que la réduction d'épaisseur dépend non seulement du diamètre des cylindres, mais aussi du coefficient de frottement et de la force de laminage.
Ces divers paramètres, qui influent, en outre, les uns sur les autres , peuvent être déterminés de façon à réaliser le laminage dans les meilleures conditions possibles, avec maintien de l'épaisseur et de la planéité pour une vitesse normale de défilement correspondant à la capacité de production de l'installation.
Mais, comme on l'a vu, des incidents ou, simplement, la nécessité de changer de bobine, imposent, périodiquement, des variations importantes de vitesse. On a donc étudié l'influence, sur le laminage, des paramètres mentionnés plus haut, en fonction des variations de la vitesse de défilement.
Les diagrammes des figures 3 et 4 montrent, pour un acier courant, et selon le diamètre des cylindres de travail, les variations, en fonction de la vitesse de défilement indiquée en abscisse, respectivement de la force de laminage à appliquer et du coefficient de frottement. A titre d'exemple, les diagrammes ont été établis pour un acier doux ayant une limite élastique assez faible, de l'ordre de 25 kg/mm2.
Les courbes Al et Bl correspondent à un laminage effectué entre des cylindres de travail ayant, comme habituellement, un assez gros diamètre de l'ordre de 500 mm.
La courbe Al montre que, comme on l'a indiqué, la force de laminage, qui varie assez peu pour les fortes vitesses, augmente rapidement, à partir d'une vitesse limite qui, pour un diamètre de cylindres de 500 mm et pour l'acier considéré, est de l'ordre de 400 m/mn.
Pour cette raison, il est habituellement jugé préférable, dans les installations classiques, de ne pas réduire la vitesse de laminage au dessous de 300 m/mn car, à partir de cette limite, la force de laminage augmente tellement que le laminage peut devenir impossible, la régulation d'épaisseur ne pouvant, de toutes façons, plus être assurée. Dans le cas représenté sur la figure 3, une force de laminage de 1500 Tonnes par mètre de largeur de tôle, qui est souvent considérée comme la limite Ll à ne pas dépasser, est atteinte pour une vitesse de 200 m/mn environ.
Jusqu'à présent, de telles conditions semblaient normales pour une exploitation rentable des moyens de laminage. La société déposante s'est cependant avisée que, compte tenu de la productivité très élevée des lignes couplées et des quantités commandées habituellement, les tonnages à produire pour chaque type de produit étaient, en pratique, très réduits au regard de la capacité de production, et que, contrairement à ce qui était admis auparavant, il pouvait être plus avantageux de privilégier la flexibilité de l'installation pour faire face à des besoins variés en acceptant des inconvénients qui , au demeurant peuvent être atténués.
Or, la figure 3 montre que, pour un acier courant à faible limite élastique, il existe une très grande différence dans l'évolution de la force de laminage à appliquer, entre la courbe Al qui correspond à un diamètre de 500 mm et la courbe A2 qui correspond à un diamètre de 140 mm. Pour un diamètre de 500 mm, en effet, si l'on réduit la vitesse de laminage, la force de laminage augmente de façon exponentielle à partir de 400 m/mn environ. En revanche, la courbe A2 montre que, pour un diamètre de 140 mm par exemple, la force de laminage varie assez peu lorsque l'on abaisse la vitesse de laminage, à partir de 300 m/mn environ et n'augmente ensuite que très progressivement, pour atteindre 500 T/m à une vitesse pratiquement nulle. Une telle valeur reste donc très inférieure à la limite L2 de la force de laminage admissible qui, pour le métal considéré et pour un diamètre de 140 mm, est de l'ordre de 900 T/m. De la sorte, il est possible, même à très faible vitesse, d'assurer encore la régulation d'épaisseur et de planéité pour le maintien de la qualité de la tôle.
Ainsi, alors qu'il semblait naturel, jusqu'à présent, d'équiper les laminoirs de cylindres d'assez gros diamètre, il apparaît que l'utilisation de cylindres de travail plus petits permet d'augmenter considérablement la plage de variation de la vitesse de laminage, celle-ci pouvant, même, devenir pratiquement nulle. Cependant, le coefficient de frottement varie sensiblement de la même façon que la force de laminage.
La courbe Bl de la figure 4, établie pour un diamètre de cylindres de 500 mm, montre en effet que, si l'on réduit la vitesse à partir d'une vitesse normale de laminage de 1000 m/mn, par exemple, le coefficient de frottement varie d'abord assez peu jusqu'à une vitesse de l'ordre de 400 m/mn mais augmente ensuite rapidement en dessous de cette vitesse. Par ailleurs, la formule (1) ci-dessus montre que, si le diamètre des cylindres diminue, il faut augmenter le coefficient de frottement pour assurer la réduction d'épaisseur.
C'est pourquoi, selon une autre caractéristique de l'invention, il est intéressant d'utiliser, pour le refroidissement, un fluide ayant un pouvoir lubrifiant moins élevé qu'habituellement, de façon à conserver un coefficient de frottement assez important pour obtenir le niveau de réduction souhaité. La composition du fluide caloporteur et lubrifiant sera donc déterminée de façon à combiner la valeur souhaitée du coefficient de frottement et l'évacuation nécessaire des calories.
- D'autres moyens permettent, également, d'améliorer le fonctionnement d'une ligne selon l'invention, en réduisant les inconvénients liés à l'utilisation de cylindres de petit diamètre. On peut, par exemple, jouer sur le régime des tractions appliqué dans le laminoir tandem. Cependant, dans une ligne flexible selon l'invention la configuration des équipements et la vitesse nécessaire à la production ne permettent pas des différences de traction élevées.
Il semble donc préférable de jouer sur le coefficient de frottement, de la façon qui vient d'être indiquée, afin d'éviter qu'un coefficient de frottement trop faible pour une réduction imposée, conduise à un refus d'entraînement de la tôle dans l'emprise et à un patinage de la cage, compte tenu du diamètre choisi pour les cylindres de travail.
En particulier, il est apparu que l'on pouvait, avantageusement, utiliser comme lubrifiant une émulsion huile dans l'eau dont l'indice de saponification ne dépasse pas 50.
Sur la figure 4, la courbe B2 représente, avec un tel lubrifiant et pour un diamètre de 140 mm, les variations du coefficient de frottement en fonction de la vitesse de laminage. Il apparaît que, dans ce cas, le coefficient de frottement reste, sur toute la gamme de vitesse, supérieur à celui que l'on obtient, habituellement, avec un diamètre de 500 mm.
En adaptant la qualité du lubrifiant, on peut donc donner aux cylindres de travail un diamètre assez réduit pour que, sur toute la gamme de vitesse, la force de laminage reste inférieure à la limite admise. De la sorte, il devient possible de réduire la vitesse sans craindre un refus d'entraînement et en conservant les possibilités de régulation d'épaisseur.
Il apparaît donc que, dans le procédé selon l'invention, l'utilisation, dans des cages de laminage de cylindres petit diamètre, par exemple inférieur à 200 mm, avec un lubrifiant adapté, permet de faire varier la vitesse de laminage dans une plage très large allant des valeurs élevées, de l'ordre de 1000 m/mn jusqu'aux valeurs les plus basses, voire la vitesse nulle, tout en limitant l'effort de laminage nécessaire à la réduction souhaitée à un niveau inférieur à la limite L2. Ceci autorise donc le maintien de tolérances d'épaisseur serrées sur toute la longueur des bandes, corps et extrémités comprises et quelle que soit la vitesse à laquelle elles ont été laminées. Le procédé selon l'invention permet donc de produire, à partir d'une bande d'acier élaborée à chaud, une bande décapée et laminée à froid ayant une régularité d'épaisseur améliorée dans une gamme de vitesse élargie particulièrement dans le domaine des basses et des très basses vitesses de laminage.
Certes, des cylindres de travail de pius petit diamètre présentent, par rapport aux cylindres plus gros, certains inconvénients et c'est pourquoi, jusqu'à présent, les cages à petits cylindres du type SENDZIMIR étaient utilisées essentiellement en laminage réversible et pour des aciers spéciaux et durs, en particulier aciers inoxydables .
Il est apparu, cependant que, même pour des aciers courants à limite élastique faible ou moyenne, les inconvénients des cages à petits cylindres, en particulier leur coût d'investissement et de maintenance, peuvent être compensés par les avantages économiques qui résultent de l'utilisation d'une ligne flexible. Par exemple, si les cylindres de petit diamètre ont une plage d'usure plus réduite, il peuvent, en revanche, être réalisés en un matériau plus résistant, par exemple acier rapide ou fritte.
D'autre part, on sait que les cylindres de travail sont soumis à un effort de flexion dans le sens longitudinal de défilement du produit, qui est perpendiculaire à leur axe et des cylindres de travail de gros diamètre résistent mieux à cette flexion. Cependant, on a développé des cages de laminoir dans lesquels des cylindres de travail de petit diamètre sont associés à des moyens de maintien latéraux leur permettant de résister à la flexion dans le sens longitudinal.
De tels laminoirs, qui sont dits de type "Z-high" ou "cluster-mill", sont, normalement, plus onéreux que les laminoirs classiques, et, jusqu'à présent, étaient utilisés essentiellement pour des aciers durs, par exemple à haut carbone et/ou inoxydables.
On s'est avisé, cependant, que dans le cadre de l'invention, l'utilisation de laminoirs à petis cylindres pouvait être rentable, même pour des aciers courants, en raison de l'avantage économique considérable apporté par la flexibilité de la ligne.
En effet, comme on l'a indiqué, les lignes continues réalisées jusqu'à présent, dans lesquelles la station de décapage est couplée avec un laminoir tandem à quatre ou cinq cages ne sont rentables que si elles fonctionnent à vitesse élevée, pour de très grandes capacités et pour réaliser un taux de réduction important, allant jusqu'à 80 ou 90%.
Mais il existe des produits qui peuvent être réalisés directement à partir de la bande à chaud, sans réduction d'épaisseur. Dans ce cas, la bande subit simplement un décapage puis, éventuellement, un laminage "skin-pass" et est ensuite protégée par aspersion d'huile. Généralement, de tels produits sont réalisés dans des installations spécifiques, le laminage étant effectué, en cas de besoin, dans une section séparée. Si l'on veut utiliser une ligne couplée, il faut alors placer un aiguillage en aval de la section de décapage pour diriger la bande vers un laminoir "skin-pass", une station de huilage et une enrouleuse, le laminoir tandem n'étant pas utilisé dans ce cas.
L'invention s'applique donc essentiellement à la fabrication de bandes en acier ordinaire ne nécessitant qu'un taux de réduction faible ou nul et qui, jusqu'à présent, étaient réalisées de façon discontinue, les lignes couplées habituelles n'étant pas rentables dans ce cas. En particulier, l'invention permet de bénéficier des progrès réalisés dans les lignes d'élaboration et de traitement à chaud notamment par coulée continue de bande mince, qui permettent d'obtenir des bandes à chaud d'épaisseur beaucoup plus réduite que précédemment.
Auparavant, en effet, les bandes à chaud étaient produites à une épaisseur relativement forte, par exemple 2 à 6 mm. Toutefois, plus récemment, l'évolution de la technique a permis de réduire progressivement cette épaisseur jusqu'à 1,2 mm et l'on peut même envisager de disposer de bandes à chaud d'épaisseur encore plus faible, jusqu'à moins de 1 mm, par exemple.
Ainsi, pour des aciers ordinaires à limite élastique moyenne, par exemple de 25 kg par mm2 et nécessitant un taux de réduction de l'ordre de 50%, la section de laminage peut ne comporter que deux ou trois cages à petits cylindres et, dans ce cas, l'utilisation de cages de type "Z-high" devient rentable.
De même, il est possible, malgré l'augmentation de coût, d'équiper les cages de moyens perfectionnés de régulation de l'épaisseur, par exemple en utilisant un cylindre à enveloppe tournante déformable.
D'autre part, la part du laminoir dans le coût global d'une installation selon l'invention diminue par rapport aux autres sections de la ligne. En effet, alors que, dans les lignes couplées connues jusqu'à présent, on devait disposer d'une puissance de laminage importante pour réaliser le taux de réduction d'épaisseur souhaité, on peut envisager maintenant de réduire cette puissance de laminage et, par conséquent, le coût de l'installation de laminage, lorsque le taux de réduction d'épaisseur à réaliser ne dépasse pas 50%.
Une ligne industrielle selon l'invention comporte en sortie un dispositif de bobinage 7 précédé d'un dispositif de fractionnement de bande 6 pour constituer des bobines aisément transportables.
Un peu avant la coupe, il faut diminuer la vitesse et l'extrémité aval de la bande enroulée est donc hors tolérance. Après la coupe, l'extrémité amont de la partie suivante de la bande doit être enroulée de quelques tours sur le mandrin d'enroulement, avant de revenir à une vitesse et sous une traction permettant la régulation d'épaisseur. C'est pourquoi, comme indiqué plus haut, on distingue habituellement, dans une bobine de tôle laminée, un corps de bande couvrant la plus grande partie de la longueur et pour lequel la qualité a pu être maintenue dans des tolérances acceptables, et deux extrémités dont la longueur ne peut être abaissée au dessous d'une certaine limite, par exemple 20 m, pour lesquelles la tolérance d'épaisseur ne peut être maintenue de la même façon.
Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la tolérance d'épaisseur même à des vitesses très faibles de laminage ainsi que sur la longueur laminée hors traction pendant le redémarrage. Il est alors possible, sans augmenter le taux de mise au mille, d'envisager de nouvelles configurations de ligne couplée dans lesquelles en particulier, la dernière cage de laminage pourra se trouver à une distance assez grande de l'enrouleuse.
Par exemple, dans la configuration représentée sur la figure 1, on a placé, entre la sortie de l'installation de laminage 3 et l'enrouleuse 7 un dispositif de huilage 8 destiné à donner une protection contre la corrosion au produit terminé et un bloc tensionneur puissant 9 permettant, d'une part de tirer la bande pour la sortir du décapage, même en l'absence de laminage et, d'autre part, de maintenir une traction dans la bande lorsque celle-ci est coupée pour terminer une bobine. Ceci favorise encore le maintien de tolérances d'épaisseur serrées en évitant les variations de traction dans l'emprise de la dernière cage de laminage. Par rapport aux installations connues précédemment, qui ne comportaient qu'une station de décapage, éventuellement un "skin-pass et un dispositif de huilage, une installation selon l'invention permet donc d'effectuer, en continu, une réduction moyenne d'épaisseur et, par conséquent, d'augmenter la gamme de production sans augmenter considérablement le coût de l'ensemble.
Comme on l'a indiqué, au moins une cage du laminoir 3 est avantageusement du type "Z-high". Or, celle-ci peut être transformée en réalisant chaque ensemble constitué d'un cylindre de petit diamètre, d'un cylindre intermédiaire et des appuis latéraux, sous forme d'un "insert" qui peut être remplacé par un cylindre de plus gros diamètre, par exemple supérieur à 500 mm, de façon à réaliser une cage de type quarto pouvant effectuer un traitement de skin-pass entre les cylindres de travail.
Un autre avantage d'une ligne couplée selon l'invention sera donc de pouvoir utiliser une partie du temps de production pour produire des bobines de tôles dont l'épaisseur est directement celle de la bande élaborée à chaud et qui ne nécessite pas de réduction d'épaisseur à froid mais seulement un décapage et une passe de laminage de finition de type "skin-pass" . On peut ainsi très facilement augmenter les possibilités d'une ligne existante.
La disposition d'une ligne industrielle selon la figure 1 nécessite un espace important entre la dernière cage et le point de coupe de la bande pour fractionnement dans le dispositif de cisaillage 6 et la coupe est réalisée à très basse vitesse, voire à l'arrêt. Le procédé selon l'invention permet, cependant, de garantir la tolérance de l'épaisseur dans cette partie de la bande qui fait donc partie du corps de bande alors qu'elle serait largement hors tolérance avec un procédé conventionnel dans cette partie de la bobine. ' Celle-ci pourra donc être vendue avec garantie, ce qui permet d'éviter des redéroulages et des contrôles coûteux. Mais le procédé selon l'invention permet aussi, sans s'écarter du cadre de protection défini par les revendications, d'imaginer d'autres configurations dans le but de s'adapter aux besoins du client ou, par exemple, à une installation existante. Par exemple, dans la mesure où l'on réalise une réduction d'épaisseur faible ou, même, nulle dans la dernière cage de laminage, il peut être intéressant d'utiliser celle-ci pour imprimer au produit une rugosité compatible avec un traitement de protection par revêtement superficiel, notamment de galvanisation. Ainsi, alors que l'on obtient habituellement une rugosité de l'ordre de 0,4 à 0,5 microns, par exemple, pour les tôles automobiles, il est nécessaire, pour d'autres applications, telles que le bâtiment, de donner à la tôle une rugosité supérieure, de 1 à 2 microns par exemple.
L'invention permet de répondre de façon souple à une telle demande.
En effet, dans une installation selon l'invention, au lieu de réaliser un traitement de "skin- pass", la dernière cage de laminage pourra être équipée de cylindres de travail ayant un diamètre conventionnel et une rugosité de 3 à 4 microns, permettant, compte tenu du taux de transfert, par exemple de 40%, de donner à la tôle obtenue la rugosité souhaitée. D'autre part, on peut aussi imaginer une ligne plus compacte et ne comportant pas tous les dispositifs de parachèvements précédents. Ainsi, la ligne représentée schématiquement sur la figure 2 comprend une section de décapage 1 et une section de laminage 3 entre lesquelles est placé un dispositif 2 d'accumulation de bande 4 et un bloc de contrôle des tractions 5. Un dispositif de planage sous traction - brise oxyde peut aussi être installé en amont de la section de décapage 1. La sortie d'une telle ligne comprend alors simplement le dispositif de cisaillage 6, pour le fractionnement, suivi du dispositif d'enroulement 7.
Lors du cisaillage, la bande dans l'emprise se trouve hors traction ce qui, dans les procédés conventionnels engendrerait une brusque variation de l'épaisseur. La distance entre le point de fractionnement et l'emprise de la dernière cage et courte et généralement inférieure à 20 mètres en longueur développée de bande laminée. Cette zone se situe donc dans les extrémités de bande dont la tolérance d'épaisseur est de manière traditionnelle moins serrées que celle du corps de bande. L'utilisation d'un procédé selon l'invention permet toutefois d'améliorer cette tolérance d'épaisseur pendant le ralentissement et jusqu'à l'arrêt, ainsi que sur la longueur laminée hors traction pendant le redémarrage, de telle sorte que les extrémités des bandes respectent la tolérance d'épaisseur fixée par le client.
Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une bande métallique à partir d'une bande élaborée à chaud, par défilement de celle-ci, en continu, dans une ligne de traitement comprenant successivement, dans un sens de défilement, des moyens d'élimination de la calamine, des moyens d'accumulation, des moyens de laminage à froid, un organe de cisaillage et des moyens de bobinage, caractérisé par le fait que, pour s'adapter à un changement des contraintes d'exploitation tel que le changement de bobine, on fait varier la vitesse de laminage sur une très large plage, pouvant aller de moins de 1 m/mn à plus de 1000 m/mn et que le laminage à froid est réalisé en au plus trois passes, entre des cylindres de travail dont le diamètre est déterminé de façon que, sur l'ensemble ladite large plage de variation de vitesse, la force de laminage nécessaire au maintien du taux de réduction d'épaisseur à chaque passe reste compatible, avec les possibilités de régulation d'épaisseur et de planéité du produit, compte tenu des caractéristiques de celui-ci.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que, pour le laminage à froid, on utilise des cylindres de travail dont le diamètre ne dépasse pas 200 mm.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le diamètre des cylindres de travail est déterminé de façon que la force de laminage nécessaire aux vitesses les plus basse soit, au plus, de l'ordre du double de la force de laminage aux vitesses les plus hautes.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, pour réaliser la lubrification et le refroidissement des cages de laminage, on utilise une émulsion d'huile dans l'eau dont l'indice de saponification ne dépasse pas 50.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la régulation d'épaisseur et la correction de planéité restent assurées en cas de diminution de la vitesse de défilement et de la tension de la bande et jusqu'à retour à une vitesse et sous une tension normale.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la bande est en un acier ordinaire à bas carbone et/ou faiblement allié, et/ou à faible limite élastique.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la bande est soumise à au plus deux passes de réduction d'épaisseur, le taux de réduction global ne dépassant pas 50%.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans la dernière passe de laminage à froid, la bande est soumise à un laminage de type "skin-pass" réalisant un taux minimal de réduction d'épaisseur.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de la dernière passe de laminage à froid, on imprime sur la bande une rugosité compatible avec un traitement de protection par revêtement superficiel.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la dernière passe de laminage est réalisée entre deux cylindres de travail ayant un diamètre d'au moins 300 mm.
11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la bande est soumise à une seule passe de réduction d'épaisseur et à une passe de laminage de type "skin-pass" réalisant un taux minimal de réduction d'épaisseur.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régularité d'épaisseur est maintenue sur toute la plage de variation de vitesse de telle sorte que chaque bobine enroulée comprenne un corps de bande à l'épaisseur souhaitée et deux extrémités dont la longueur peut être inférieure à la distance entre la dernière cage de laminage et l'organe de cisaillage.
13. Ligne industrielle continue de fabrication d'une bande de tôle d'acier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant successivement, dans un sens de défilement de la bande :
- une section d'entrée comportant un dispositif de déroulement d'une bobine laminée à chaud et un dispositif de soudage ;
- une station de décapage pour l'élimination de la calamine ;
- une section de laminage à froid en continu comportant au plus trois cages équipés de cylindres de travail de diamètre au plus égal à 200 mm ;
- une section de sortie comportant un organe de cisaillage de la bande pour fractionnement et mise en bobines et un dispositif de bobinage de la bande,.
14. ligne de fabrication selon la revendication
13 caractérisée en ce que la station de décapage est du type chimique ou électrochimique.
15. Ligne de fabrication selon la revendication
14 caractérisée en ce que la station de décapage comprend en outre un dispositif de planage sous traction du type
"brise-oxyde" .
16. Ligne de fabrication selon l'une des revendications 14 et 15 caractérisée en ce que la station de décapage comporte en outre un dispositif de grenaillage et/ou un dispositif d'abrasion.
17. Ligne de fabrication selon l'une des revendications 13 à 16 caractérisée en ce qu'au moins une des cage de laminage à froid est du type "cluster mill".
18. Ligne de fabrication selon l'une des revendications 13 à 16 caractérisée en ce qu'au moins une des cage de laminage à froid est du type "Z-high".
19. Ligne de fabrication selon la revendication 18 caractérisée en ce que la cage de laminoir "Z-high" comprend au moins un cylindre d'appui du type à enveloppe tournante prenant appui sur une série de patins réglables radialement.
20. Ligne de fabrication selon l'une des revendications 13 à 19 caractérisée en ce que l'organe de cisaillage est écarté de la dernière cage de laminage à froid d'une distance correspondant à une longueur développée de bande d'au moins 20 mètres.
21. Ligne de fabrication selon l'une des revendications 13 à 19 caractérisée en ce que l'organe de cisaillage est écarté de la dernière cage de laminage à froid d'une distance correspondant à une longueur développée de bande inférieure à 20 mètres.
22. Ligne de fabrication selon la revendication 17 caractérisée en ce que au moins une cage de laminage est du type comprenant un groupe de cylindres susceptibles d'être remplacés par des cylindres de travail ayant un diamètre d'au moins 500 mm pour réaliser une passe de laminage à très faible réduction d'épaisseur.
23. Ligne de fabrication selon la revendication 17 caractérisée en ce que au moins une cage de laminage du type "Z-high" dans lequel chaque cylindre de travail de petit diamètre est monté dans un insert susceptible d'être remplacé par un cylindre de travail ayant un diamètre d'au moins 300 mm pour réaliser une passe de laminage du type à très faible réduction d'épaisseur.
24. Ligne de fabrication continue d'une bande de tôle en un acier à bas carbone et/ou faiblement allié et/ou à faible limite élastique, comportant une section d'entrée avec un dispositif de déroulement de bobine et un dispositif de soudage, une section de décapage, une section de laminage à froid et une section de sortie avec un dispositif de cisaillage et un dispositif d'enroulement, caractérisée par le fait qu'elle comprend un dispositif tensionneur placé à la sortie de la section de laminage pour le maintien de la tension dans celle-ci et un dispositif de huilage de la bande placé entre le dispositif tensionneur et le dispositif de cisaillage.
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