<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif de trempe de produits métalliques plats
La présente invention est relative à un procédé de trempe de produits métalliques plats, comprenant une introduction d'un produit plat sortant d'un four dans un poste de trempe, avec une surface supérieure orientée vers le haut et une surface inférieure orientée vers le bas, un dépôt de ce produit plat sur des éléments de support formant ensemble une table de support inférieure sensiblement horizontale du poste de trempe, un refroidissement brusque du produit plat en position de dépôt, par aspersion d'un liquide de trempe simultanément sur toute sa surface supérieure et toute sa surface inférieure, et une évacuation du produit plat refroidi hors du poste de trempe, et à un dispositif de trempe pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
On connaît depuis longtemps des procédés de trempe de ce genre, destinés à tremper des produits métalliques plats, tels que des tôles, des feuillards et des produits analogues. Il s'agit de procédés discontinus dans lesquels une table de presse supérieure est abaissée sur le produit plat à tremper et est soit pressée, soit déposée sur celui-ci. Les dispositifs mettant en oeuvre ce type de procédé sont appelés des presses à tremper.
<Desc/Clms Page number 2>
Ces procédés permettent d'asperger simultanément toute la surface supérieure et toute la surface inférieure du produit plat sortant du four par du liquide de trempe, par exemple de l'eau. Ils présentent toutefois l'inconvénient majeur de former des griffes à la surface des tôles trempées. En effet au moment de la trempe, celles-ci subissent un retrait brusque alors qu'elles sont enserrées entre les éléments de support en forme de doigts des tables supérieure et inférieure. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'au moment de la trempe, la partie avant de la tôle présente une différence de température par rapport à sa partie arrière qui vient de sortir du four. Les tensions dues à la trempe ne sont donc pas homogènes sur toute la surface des tôles trempées.
On connaît également des procédés de trempe continus dans lesquels les tôles sont trempées au fur et à mesure qu'elles sortent du four. Chaque partie de tôle est donc toujours refroidie dans les mêmes conditions.
Toutefois, une même tôle présente dans ce processus des différences de température énormes entre une partie déjà trempée et une autre qui sort du four et n'est pas encore trempée. Ces différences entraînent des efforts et des déformations dans les tôles, au point que ce type de processus est actuellement quasiment abandonné en particulier pour des tôles larges (voir à ce sujet les brevets FR-1415912, US-A-3423254, US-A-3420083, NL- 135696, BE-A-758799, BE-A-789130 et US-A-4149703).
La présente invention a pour but de mettre au point un procédé et un dispositif de trempe fonctionnant de manière discontinue et ne présentant sensiblement plus les inconvénients majeurs décrits ci-dessus. Ils ont en particulier pour but de permettre une trempe ou une hypertrempe de produits plats fins, par exemple de tôles en acier inoxydable d'une épaisseur de 3 à 30 mm
<Desc/Clms Page number 3>
ou de tôles en acier au carbone d'une épaisseur de 3 à 10 mm, en produisant des tôles planes et sensiblement sans griffes.
Pour résoudre ce problème on a prévu, suivant l'invention, un procédé tel que décrit au début, qui comprend, avant le refroidissement brusque, un transfert d'éléments de retenue formant ensemble une table de retenue supérieure sensiblement horizontale jusqu'en un plan horizontal de retenue situé à une distance prédéterminée au-dessus de la surface supérieure du produit plat et, pendant le refroidissement brusque, une retenue éventuelle du produit plat par la table de retenue supérieure, dans des limites imposées par ledit plan horizontal de retenue. Ce procédé ne représente donc plus une trempe sous compression et donc il ne présente plus les inconvénients de celle-ci. Par contre, les, avantages d'une aspersion simultanément et uniformément sur toute la surface supérieure et toute la surface inférieure de la tôle à refroidir sont maintenus.
Avantageusement, le plan de retenue susdit est situé à une distance de l'ordre de 0,5 à 2,5 mm de la surface supérieure du produit plat à tremper, de préférence de l'ordre de 0,8 à 1,2 mm, en particulier de 1 mm.
Suivant un mode de réalisation de l'invention le transfert comprend une mesure permanente de position de la table de retenue par rapport à une référence fixe et un arrêt du transfert lorsque la mesure susdite atteint une valeur prédéterminée, dans laquelle la table de retenue est située à ladite distance prédéterminée. Ce mode de réalisation permet avantageusement de tremper des tôles d'épaisseurs différentes, en faisant varier de manière correspondante ladite valeur prédéterminée en fonction de l'épaisseur de la tôle à tremper.
<Desc/Clms Page number 4>
Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention le transfert comprend une mesure permanente de position de la table de retenue, en plusieurs endroits, par rapport à une référence fixe, une mise en moyenne de ces mesures, un calcul de l'écart entre chacune de ces mesures et cette moyenne, une commande différentielle du transfert en chaque endroit susdit conformément à l'écart calculé correspondant, et un arrêt du transfert lorsque la moyenne susdite atteint une valeur prédéterminée, dans laquelle la table de retenue est située à ladite distance prédéterminée. Il est ainsi possible d'assurer de manière tout à fait parfaite une horizontalité de la table supérieure et un plan de retenue complètement fiable.
Suivant un mode de réalisation perfectionné de l'invention le liquide de trempe provient de sources de liquide-de trempe disposées au-dessus et en dessous du produit plat à refroidir et le procédé comprend un déplacement relatif entre les sources de liquide de trempe et le produit plat à refroidir. Ainsi, il devient possible de supprimer les hétérogénités de refroidissement d'un point à l'autre de la tôle, résultant du fait que les sources de liquide de trempe et la tôle sont fixes l'une par rapport à l'autre. Avantageusement, la tôle est soumise à un déplacement horizontal, notamment suivant un mouvement de va-etvient.
D'autres modes de réalisation de l'invention sont indiqués dans les revendications 1 à 7 ci-après.
L'invention concerne également un dispositif de trempe de produits métalliques plats, comprenant - des moyens d'introduction d'un produit plat sortant d'un four dans le dispositif, avec une surface supérieure orientée vers le haut et une surface inférieure orientée vers le bas,
<Desc/Clms Page number 5>
- des éléments de support, formant une table de support inférieure, sur lesquels le produit plat introduit est déposé dans une position sensiblement horizontale, - des moyens de refroidissement brusque du produit plat en position de dépôt qui le soumettent à une aspersion de liquide de trempe simultanément sur toute sa surface supérieure et sur toute sa surface inférieure, et - des moyens d'évacuation du produit plat refroidi hors du dispositif de trempe.
Suivant l'invention, ce dispositif comprend - des éléments de retenue, formant ensemble une table de retenue supérieure sensiblement horizontale, - des moyens de transfert capables de transférer les éléments de retenue au-dessus de la surface supérieure du produit plat, et - des moyens de commande des moyens de transfert capables de contrôler les moyens de transfert et d'arrêter ceux-ci lorsque les éléments de retenue sont dans un plan de retenue horizontal situé à une distance prédéterminée au-dessus de la surface supérieure du produit plat à tremper.
D'autres formes de réalisation de l'invention sont indiquées dans les revendications 8 à 15 ci-après.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée cidessous, à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente une vue frontale schématique d'un dispositif de trempe suivant l'invention.
La figure 2 représente une vue en plan, schématique, du dispositif suivant la figure 1.
<Desc/Clms Page number 6>
La figure 3 représente un schéma bloc de la commande d'un dispositif suivant l'invention.
La figure 4 représente un détail de la table supérieure du dispositif suivant la figure 1.
Sur les différents dessins, les éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes références.
Ainsi qu'il ressort de l'exemple de réalisation du dispositif illustré sur les figures 1 et 2, celui-ci comprend une série de portiques constitués de deux colonnes 1 et 2 et de deux traverses fixes 3 et 4. Les traverses fixes inférieures 4 supportent, par l'intermédiaire de longerons 6, une table inférieure 5, qui dans le cas illustré est fixe. Cette table 5 est formée de poutres parallèles 7, situées à distance l'une de l'autre. Ces poutres supportent elles-même d'une manière-non représentée des éléments de support connus, par exemple en forme de griffes. Celles-ci peuvent par exemple avoir la forme des éléments de retenue 8 représentés sur la figure 4, en position inversée.
Du côté supérieur, une table supérieure 9 similaire à la table inférieure est fixée à des poutres mobiles 10 par l'intermédiaire de longerons 11. Les poutres mobiles 10 sont munies de patins d'extrémité 12 et 13 capables de coulisser sur des glissières 14 et 15 agencées sur les colonnes 1 et 2. Dans le cas illustré, chacune des poutres mobiles 10 est supportée par deux vérins hydrauliques 16 et 17.
De même que la table inférieure 5, la table supérieure 9 est formée de poutres parallèles 18 situées à distance l'une de l'autre. A ces poutres 18 sont suspendus, suivant l'invention, des éléments de retenue qui, dans le présent exemple, peuvent être des griffes de retenue 8 telles que celles représentées sur la figure 4.
<Desc/Clms Page number 7>
Les moyens d'introduction de la tôle à tremper 31 sont courants dans la technique et ne sont donc pas représentés. Il s'agit, entre la sortie du four de réchauffage et l'entrée dans le dispositif de trempe, de rouleaux parallèles tournant sur leur axe, de façon à entraîner la tôle horizontalement, c'est-à-dire avec une surface supérieure orientée vers le haut et une surface inférieure vers le bas (voir par exemple dans FR- 1415912). A l'intérieur du dispositif de trempe, des rouleaux identiques sont montés sur un châssis qui peut être, de manière connue, soulevé et abaissé. Pendant l'entrée de la tôle, le châssis est soulevé et les rouleaux déplacent la tôle. Lorsque celle-ci est complètement entrée dans le dispositif, le châssis est abaissé et les rouleaux sont escamotés entre les poutres 7 de la table inférieure.
Un tel agencement est prévu dans. le5 presses à tremper connues, et notamment dans celles mises sur le marché par la firme DREVER CY. Il n'a donc pas été représenté en détail sur les dessins.
De même, les moyens d'évacuation du produit plat refroidi hors du dispositif de trempe sont des rouleaux analogues, connus du spécialiste, et qui ne sont donc ni représentés, ni décrits plus en détail ici.
Les moyens de refroidissement brusque du produit plat à tremper sont, dans le cas illustré sur la figure 4, des canalisations perforées 19 alimentées en liquide de trempe sous pression, notamment en eau. De telles canalisations, connues du spécialiste, sont disposées au-dessus et en dessous de la tôle à refroidir de façon à pouvoir asperger la surface supérieure et la surface inférieure de celle-ci de la manière la plus uniforme possible. Les moyens d'alimentation de ces canalisations n'ont pas été représentés car ils sont largement connus du spécialiste.
<Desc/Clms Page number 8>
Le dispositif de trempe suivant l'invention comprend des moyens de transfert de la table supérieure 9, qui, dans le cas illustré, sont des vérins hydrauliques 16 et 17. Il faut noter qu'une table, telle qu'illustrée, pèse couramment une cinquantaine de tonnes. Comme elle est principalement constituée de poutres longitudinales et transversales, elle ne présente pas une rigidité très importante. En conséquence, il est nécessaire de piloter les vérins de façon précise pour amener l'extrémité des doigts 20 des griffes de retenue 8 dans un plan horizontal situé à une distance prédéterminée de la tôle à tremper.
Le vérin 17 sur la figure 1 est un vérin dit "maître"qui est muni d'un codeur de position intégré ou externe qui permet de mesurer en permanence la position de la table à cet endroit par rapport à une référence fixe, Sur la figure 3, on peut voir un tel codeur de position constitué d'une échelle de mesure 21 montée sur la traverse fixe 3 et d'un lecteur de mesure 22 monté sur la table inférieure 9, au pied du vérin maître 17.
Le vérin 16 sur la figure 1 est piloté simultanément au vérin 17, mais il est esclave du mouvement, c'est-à-dire du débit de milieu sous pression introduit.
Sur la figure 2, on peut voir dans cet exemple de réalisation quatre vérins maîtres 17 disposés de manière alternée à gauche et à droite du dispositif de trempe de façon à assurer la précision de la table supérieure sur toute sa longueur.
Ainsi qu'il est illustré sur la figure 3, le dispositif de trempe comprend un groupe hydraulique 23 destiné à l'alimentation en milieu sous pression des vérins. Ce groupe commande également le châssis de support des rouleaux de transport de la tôle et permet son élévation et sa descente.
<Desc/Clms Page number 9>
Le groupe hydraulique 23 comprend par exemple des vannes proportionnelles, des vannes d'arrêt et des diviseurs de débit. Ces vannes et ces diviseurs sont en nombre correspondant au nombre des portiques du dispositif. Les diviseurs de débit assurent la répartition des débits de milieu sous pression entre vérins gauche et droit d'un même portique. La vanne proportionnelle permet de régler le débit envoyé dans ces vérins, en fonction de la position indiquée par le codeur de position qui accompagne le vérin maître 17.
Les vannes d'arrêt permettent d'arrêter la table supérieure quand elle a atteint la position souhaitée.
Ce groupe hydraulique 23 est commandé par des moyens de commande. Ces moyens de commande comprennent le codeur de position 21,22 qui transmet en permanence ses mesures à un comparateur 24. Ce comparateur reçoit d'un. automate programmable 25 une valeur de consigne prédéterminée et la compare avec les mesures reçues du codeur de position. L'écart calculé par le comparateur 24 est transmis à un régulateur de position 29, qui peut être constitué de cartes de régulation, avec une carte par portique comportant un vérin maître 17. En fonction des signaux reçus, comme décrit de manière plus détaillée dans la suite, les cartes commandent les vannes proportionnelles et les vannes d'arrêt du groupe hydraulique 23.
L'automate programmable reçoit des informations et instructions d'un système informatique de supervision 26, lui-même connnecté à un système informatique de gestion d'usine 27.
Le fonctionnement du dispositif de trempe suivant l'invention va à présent être décrit.
Des produits plats à tremper, notamment des tôles, sont sorties d'une manière courante d'un four de réchauffage sur un train de rouleaux et immédiatement introduites sur des rouleaux supportés sur châssis d'un
<Desc/Clms Page number 10>
dispositif de trempe. Lorsque la tôle est entièrement introduite dans celui-ci, le châssis est abaissé et les rouleaux sont escamotés entre les poutres 7 de la table inférieure du dispositif de trempe.
La tôle est ainsi déposée sur des éléments de support qui dans le cas présent peuvent être par exemple des griffes de support connues, munies de doigts orientés vers le haut.
Pendant l'introduction et le dépôt de la tôle, les pistons des vérins 16 et 17 sont en position rentrée et la table supérieure 9 est en position haute.
Elle est ensuite abaissée de manière commandée jusqu'à ce que les éléments de retenue 8 en forme par exemple de griffes de retenue munies de doigts 20 orientés vers le bas se trouvent dans un plan horizontal de retenue situé à une très faible distance prédéterminée au-dessus de la surface supérieure de la tôle (voir figures 1 et 3).
Le système informatique de supervision 26 est informé des tôles qui vont être trempées par encodage de l'identification de celles-ci sur un terminal non représenté qui est, en 28, connecté au système 26. Le système 26 interroge alors le système informatique de gestion d'usine 27 pour connaître les caractéristiques de ce produit, à savoir en particulier l'épaisseur de la tôle à tremper. Sur base de cette information le système 26 transmet l'épaisseur et le jeu optimal (distance 30 entre la tôle et les éléments de retenue 8 en position basse de la table 9) à l'automate 25 qui gère l'ensemble des séquences du procédé de trempe.
Ces séquences sont notamment celles relatives à la montée et à la descente du châssis porteur de rouleaux, au mouvement d'entrée et de sortie de la tôle dans et hors du dispositif et au mouvement de la table supérieure.
<Desc/Clms Page number 11>
Pour le dernier mouvement cité, l'automate 25 transmet au comparateur 24 une valeur de consigne de position prédéterminée, dans laquelle les éléments de retenue 8 sont à ladite distance 30 optimale prédéterminée. Le comparateur 24 compare cette valeur à la moyenne des mesures que lui transmettent en permanence les codeurs de position adjoints aux vérins maîtres 17. Il compare aussi chaque mesure reçue des codeurs de position à cette moyenne et détermine ainsi différents écarts. Les écarts sont transmis alors au régulateur 29 qui commande de manière correspondante les vannes du groupe hydraulique 23.
Comme, à chaque vérin maître 17, une carte de régulation est attribuée, il est possible de régler le mouvement de la table supérieure 9 vers la position basse de manières différentes selon les endroits et cela de façon à obtenir une position parfaitement plane et horizontale de la table 9 au point bas. Dans cette position, le comparateur 24 compare la moyenne susdite des mesures à la valeur de consigne, constate qu'il n'y a plus d'écart et transmet un signal d'arrêt au régulateur.
De préférence la distance 30 sera de l'ordre du mm ou moins. De cette façon, les éléments de retenue 8 ne touchent pas la surface supérieure de la tôle.
On procède alors à la trempe ou à l'hypertrempe de la tôle. L'automate 25 commande l'alimentation en liquide de trempe sous pression des canalisations 19 qui répandent celui-ci le plus uniformément possible sur la surface supérieure et la surface inférieure de la tôle.
Pendant ce refroidissement brusque, la tôle peut donc effectuer son retrait sans être enserrée entre une table supérieure et une table inférieure. Les problèmes des tensions qui en résultent dans la tôle et de l'apparition des griffes en surface disparaissent
<Desc/Clms Page number 12>
dans une grande mesure. Si, pendant ce retrait, une tôle venait à se déformer légèrement, la distance 30 est calculée pour retenir le produit dans les limites du plan de retenue horizontal formé par les doigts 20 des éléments de retenue 8, limites qui sont acceptables dans la technique. On évite ainsi les hétérogénéités de refroidissement qui, sans ce plan de retenue, résulteraient de la formation de rigoles pour le liquide de trempe, engendrées par la déformation des tôles.
Après la trempe, le chariot de rouleaux est remonté et la tôle est sortie du dispositif de trempe.
On obtient ainsi des tôles qui n'ont subi pratiquement aucune tension au cours du refroidissement.
Contrairement à ce qui était l'opinion générale selon la technique antérieure, les tôles traitées suivant l'invention ne subissent pas de planage au cours du refroidissement et les tôles sont au contraire "libérées"pour éviter la formation de contraintes internes en cours de trempe. Comme la trempe est, suivant l'invention, effectuée de la manière la plus homogène possible, il n'y a quasiment pas de contrainte dans la tôle, et cela sans pressage, et il n'y a plus de griffes, en tout cas sur la surface supérieure des tôles.
Les griffes que l'on obtient occasionnellement sur la face inférieure sont réduites au minimum puisque, surtout dans le cas de tôles minces, la pression de contact entre les éléments de support et la tôle est très faible et correspond au seul poids de la tôle.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
<Desc/Clms Page number 13>
On peut par exemple imaginer que les éléments de support de la table inférieure et les éléments de retenue de la table supérieure soient non des griffes, mais plutôt des rouleaux, par exemple comme ceux décrits dans les dispositifs de trempe continus (voir notamment US-A-3423254), ces rouleaux pouvant être arrêtés une fois la tôle entièrement dans le dispositif de trempe.
Avantageusement ces rouleaux peuvent être nervurés ou rainurés, de façon éventuellement spiralée (voir par exemple US-A-3420083 et US-A-4149703).
On peut aussi imaginer que, une fois la tôle complètement entrée dans le dispositif de trempe, ces rouleaux continuent à être entraînés en rotation, par exemple suivant un mouvement de va-et-vient. Cela permet de provoquer un mouvement oscillant de la tôle par rapport aux canalisations 19 et donc une meilleure répartition du liquide de trempe sur les surfaces de la tôle pendant le processus, et cela sans contact de la tôle avec la table supérieure.
On peut aussi provoquer un déplacement du système d'aspersion par rapport à la tôle, par exemple par montage de rampes d'aspersion sur un châssis mobile doté d'un mouvement oscillant commandé par un dispositif de bielle/manivelle. Une rotation des rampes d'aspersion sur leur axe pourrait également être prévue.
On pourrait aussi prévoir des éléments de retenue et de support en forme de galets ou de billes. La face frontale des doigts des éléments de retenue et des éléments de support en forme de griffes pourrait aussi être rainurée, ou chanfreinée ou présenter une forme hémisphérique.