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C 2503.-Dispositif de refroidissement d'un élément cylindrique en défilement.
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'un élément cylindrique en défilement, tel qu'un tube métallique, permettant d'opérer un refroidissement homogène de cet élément cylindrique.
La description qui va suivre se réfère plus particulièrement au refroidissement d'un tube d'acier à la sortie d'un laminoir réducteur. Il va de soi que cette application particulière n'a été choisie que dans le simple but d'illustrer l'invention sans aucun effet de limitation à l'égard de celle-ci. Le dispositif de l'invention est utilisable pour le refroidissement de tout type d'élément cylindrique, plein ou creux, en métal ferreux ou non ferreux, susceptible de subir le traitement considéré.
Par élément cylindrique en défilement, on entend ici un produit de forme allongée, par exemple une barre ou un tube, qui se déplace par translation le long de son axe longitudinal sans tourner autour de cet axe.
On connaît déjà, par le document BE-A-08801224, un dispositif de refroidissement d'un élément cylindrique en défilement, qui comporte une enveloppe disposée autour d'un conduit tubulaire perforé, avec lequel elle forme une chambre annulaire entourant l'élément cylindrique à refroidir. Le conduit tubulaire présente des perforations livrant passage au liquide de refroidissement de l'élément cylindrique. Les perforations sont disposées en couronnes planes perpendiculaires à l'axe longitudinal du conduit tubulaire, à égale distance dans chaque couronne, et chaque couronne est angulairement décalée par rapport à la couronne voisine.
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Dans la variante la plus courante de ce dispositif connu, les différentes couronnes de perforations sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle constant et elles sont en outre équidistantes dans le sens longitudinal du conduit tubulaire.
De cette façon, les perforations sont disposées suivant des hélices régulières dans la paroi de ce conduit tubulaire. Ce dispositif permet d'opérer un refroidissement, éventuellement intense, de l'élément cylindrique qui le traverse.
Dans la pratique industrielle, on constate cependant que l'inten- sité de ce refroidissement n'est pas toujours répartie de manière uniforme selon le pourtour de l'élément cylindrique. Il peut en résulter une hétérogénéité dans la microstructure de la couche superficielle de cet élément. Cet effet est particulièrement sensible lors du traitement de trempe et auto-revenu de tubes d'épaisseur relativement faible, par exemple inférieure à 5 mm. On observe en effet la présence d'îlots de martensite revenue ayant l'épaisseur désirée, formés aux endroits de la surface du tube refroidis par les jets d'eau provenant des perforations qui constituent les premières couronnes rencontrées par le tube.
Entre ces îlots, l'épaisseur de la couche de martensite revenue peut être moindre, et quelquefois même nulle, ce qui influence de manière défavorable les propriétés et donc le comportement du tube.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif de refroidissement du type précité, dans lequel les perforations sont disposées de façon à garantir l'homogénéité de l'intensité du refroidissement sur toute la périphérie de l'élément cylindrique en défilement.
Conformément à la présente invention, un dispositif de refroidissement d'un élément cylindrique en défilement, qui comporte un conduit tubulaire rectiligne ouvert à ses extrémités, à l'intérieur duquel passe ledit élément cylindrique à refroidir, ledit conduit tubulaire étant percé d'une pluralité de passages disposés en couronnes planes, perpendiculaires à l'axe longitudinal dudit conduit tubulaire et angulairement décalées l'une par rapport à l'autre,
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est caractérisé en ce que, vu dans le sens de défilement dudit élément cylindrique, chaque passage appartenant à une quelconque desdites couronnes, à l'exception de la première,
est situé sensiblement au milieu de la distance circonférentielle séparant les génératrices dudit conduit tubulaire qui passent par deux passages angulairement successifs dans l'ensemble des couronnes précédant ladite quelconque couronne.
Selon une réalisation particulière de ce dispositif, toutes lesdites couronnes comprennent le même nombre de passages et elles sont de préférence disposées à égale distance l'une de l'autre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites couronnes sont divisées en groupes qui se succèdent dans le sens de défilement dudit élément cylindrique, chaque groupe comprenant un nombre de couronnes suffisant pour que ledit groupe comporte un passage situé au milieu de chacune des distances circonférentielles séparant les génératrices qui passent par deux passages angulairement successifs dans l'ensemble des couronnes précédant ledit groupe.
De manière connue en soi ledit conduit tubulaire peut être entouré par une enveloppe avec laquelle il forme une chambre annulaire coaxiale à l'élément cylindrique à refroidir.
Selon une autre variante, les perforations dudit conduit tubulaire peuvent être raccordées, individuellement ou en nombre quelconque, à des moyens d'alimentation en liquide de refroidissement, tels que des tuyaux flexibles et des vannes de réglage de débit.
D'autres particularités de l'invention pourront encore apparaître dans la description qui va suivre, consacrée à un mode de réalisation particulier du dispositif de l'invention qui est illustré dans les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre une vue en perspective d'un conduit tubulaire réalisé conformément à l'invention ; et la Fig. 2 présente une vue développée d'une portion du conduit tubulaire de la Figure 1, précisant les dispositions
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relatives des passages dans les différentes couronnes.
Ces figures constituent des représentations schématiques, volontairement limitées au conduit tubulaire perforé proprement dit, et dans lesquelles les mêmes éléments sont toujours désignés par les mêmes repères.
La figure 1 montre une vue en perspective d'un conduit tubulaire (1), pourvu de huit couronnes (CI - C8) comprenant chacune douze passages équidistants. Ces passages sont numérotés à partir de la génératrice supérieure (2) du conduit tubulaire (1), prise comme génératrice de référence ; ils sont comptés dans le sens horaire, vu dans le sens de la flèche (3) indiquant le sens de défilement de l'élément cylindrique, et ils sont désignés par les repères (Cl. 01,
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Cl. 02,... Cl. 12 ; C2. 01, C2. 02... ;... ; C8. 01, C8. 02...) selon la couronne à laquelle ils appartiennent.
La disposition relative des passages du liquide de refroidissement sera décrite en se référant à la portion dudit conduit tubulaire (1), délimitée par un trait gras dans le dessin de la Figure 1. En raison de la symétrie axiale du conduit tubulaire d'une part et de l'élément cylindrique d'autre part, il est clair que cette disposition se répète sur toute la périphérie dudit conduit tubulaire (1).
La portion précitée du conduit tubulaire (1) est représentée en une vue développée dans la Figure 2.
En direction axiale, la portion représentée comprend les huit couronnes précitées (Cl-C8) ; en direction circonférentielle, considérée à la première couronne (CI), elle s'étend du premier passage (Cl. 01), situé sur la génératrice de référence (2), jusqu'au milieu de la distance séparant les passages (Cl. 04) et (Cl. 05). Comme les couronnes comprennent chacune douze passages dans l'exemple représenté, deux passages voisins, dans une même couronne, sont séparés par un arc de 30-, et la portion représentée dans la Figure 2 couvre un arc de 105'.
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En toute généralité, une couronne comprenant n passages conduit à un écartement angulaire a = 360*/n entre deux passages voisins.
La première couronne (Cl) sert de référence pour la disposition des passages des couronnes suivantes. Dans toutes les couronnes, les passages (Ci. 01 à Ci. 12) sont distribués de manière uniforme ; seul le décalage angulaire des couronnes varie pour respecter la condition précitée.
La deuxième couronne (C2) est disposée de telle façon que ses passages (C2.01 à C2.12) soient respectivement situés au milieu d'un arc séparant deux passages voisins de la première couronne. La deuxième couronne est donc décalée d'un angle de 15 dans le sens horaire par rapport à la première couronne. L'ensemble formé par les première et deuxième couronnes présente une distribution uniforme des passages de liquide de refroidissement, qui sont ainsi angulairement espacés de 15., si l'on regarde dans le sens de la flèche (3).
La deuxième couronne (C2) constitue ainsi, à elle seule, un premier groupe (Gl) de couronnes dont les passages sont situés au milieu des distances circonférentielles séparant les génératrices qui passent par deux passages angulairement successifs dans l'ensemble des couronnes précédentes, suivant la caractéristique de la présente invention.
De manière analogue, la couronne (C3) est décalée par rapport à la couronne de référence (Cl), d'un angle tel, ici 22*30', que chacun de ses passages (C3.01 à C3.12) se situe au milieu d'une distance circonférentielle séparant les génératrices qui passent par deux passages angulairement successifs dans l'ensemble des couronnes (Cl) et (C2) ; dans le présent exemple, le passage (C3. 01) est situé entre (C2. 01) et (Cl. 02), (C3.02) est situé entre (C2.02) et (Cl. 03), etc.
A son tour la couronne (C4) est décalée, par rapport à la couronne de référence (Cl), d'un angle tel, ici 7*30', que chacun de ses passages (C4.01 à C4. 12) soit situé au milieu de la distance-
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circonférentielle séparant les génératrices qui passent par deux autres passages angulairement successifs dans l'ensemble des couronnes (Cl) et (C2) ; dans le présent exemple, le passage (C4.01) est situé entre (Cl. 01) et (C2.01), (C4.02) est situé entre (Cl. 02) et (C2.02), etc.
De ce fait, l'ensemble des passages des couronnes (C3) et (C4) assurent la division de toutes les distances circonférentielles séparant les génératrices qui passent par les passages de l'ensemble des couronnes précédentes ; ils conduisent ainsi à une distribution uniforme des passages de liquide de refroidissement, avec des distances d'écartement de ces passages égales au quart de la distance séparant deux passages de la couronne de référence (Cl). Les couronnes (C3) et (C4) constituent dès lors un deuxième groupe (G2) de couronnes respectant la caractéristique de la présente invention. Il faut d'ailleurs noter que les couronnes (C3) et (C4) peuvent être interchangées sans modifier la répartition globale des passages à la sortie du deuxième groupe (G2).
Le même raisonnement montre que les distances circonférentielles séparant les passages de l'ensemble des couronnes (Cl à C4) peuvent à leur tour être divisées en deux, cette fois au moyen de quatre couronnes successives (C5 à C8). Ces quatre couronnes de passages, dont l'ordre peut être modifié sans inconvénient, constituent un troisième groupe (G3) de couronnes respectant la condition fondamentale de la présente invention.
Il est évidemment possible d'accroître encore la densité de distribution angulaire desdits passages dans le conduit tubulaire (1). Il suffit d'ajouter un ou plusieurs autres groupes de couronnes à la suite des groupes précités. A titre d'exemple, on a schématisé en trait d'axe un prolongement du conduit tubulaire (1), où l'on a indiqué la position des premiers passages appartenant à deux couronnes (C9) et (CIO) d'un quatrième groupe (G4). Suivant le raisonnement exposé plus haut, ce groupe (G4) doit comporter huit couronnes pour assurer une division supplémentaire et complète, suivant la présente invention, de toutes les distances circonféren-
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tielles existant à la sortie du groupe (G3).
Le grand avantage de la subdivision des couronnes en groupes successifs, qui vient d'être décrite, est qu'elle assure le respect de la condition de base de l'invention chaque fois que l'un desdits groupes de couronnes est complet.
La disposition des passages du liquide de refroidissement dans le conduit tubulaire (1) conduit à une distribution angulaire uniforme de ces passages, vue dans le sens de défilement de l'élément cylindrique à refroidir. Il en résulte un refroidissement d'intensité uniforme, même dans le cas des tubes minces.
L'invention n'est cependant pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit et illustré. En particulier, on pourrait rassembler dans une même couronne au moins une partie des passages appartenant à au moins deux couronnes d'un même groupe sans perdre l'avantage de la subdivision par groupe. Ce rassemblement pourrait même porter sur au moins une partie des passages appartenant à des groupes différents, si l'on renonce à l'avantage précité. Il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, de modifier les distances axiales entre les diverses couronnes de façon à disposer les passages suivant des lignes hélicoïdales tout en respectant les conditions de la présente invention.