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PROCEDE ET DISPOSITIFS POUR LA FABRICATION DE CORPS CREUX METALLIQUES.
La présente invention a pour objet des perfectionnements à la fa- brication des corps creux, applicables notamment à la production de tubes d'acier sans soudure, et vise plus particulièrement un procédé d'obtention direct à partir de métal fondu d'ébauches immédiatement utilisables dans les laminoirs et bancs à étirer usuels, ainsi que des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait que la fabrication usuelle de tubes métalliques et spécia- lement de tubes d'acier comporte une succession d'opérations complexes, exi- geant un appareillage considérable.,
Les opérations peuvent être schématiquement énumérées comme suit : a) fusion et affinage du métal dans un four ou un convertisseur; b) coulée du métal en lingotières; c) laminage en blooms; d) Chutage en tête et en pied des blooms pour éliminer les parties présentant des retassures, de la ségrégation, des criques et soufflures résul- tant de la coulée discontinue en lingots; e) réchauffage (éventuel) des blooms; f) laminage en barres rondes et tronçonnages; g) réchauffage des barres rondes mises à longueur; h) passage au laminoir perceur; i) passage au laminoir finisseur.
Ces opérations conduisent à un prix de revient considérable résul- tant :
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1 - de l'amortissement et de l'entretien des installations néces- saires ;
2 - des frais de main-d'oeuvre, de force motrice et de combustible qu'elles comportent;
3 - des pertes considérables de métal qu'elles entraînent : chuta- ges obligatoires des parties correspondant aux têtes et pieds de lingots, é- boutage des barres et pertes au feu correspondant aux réchauffages successifs.
Ceci conduisant à une mise au mille globale entre le métal liquide et les é- bauches de l'ordre de 15000
La présente invention a pour objet un procédé qui permet d'éviter ces inconvénients et assure la fabrication d'ébauches directement à partir di métal fondu,se substituant ainsi aux opérations (b) à (i).
Ce procédé consiste à déverser directement sous débit uniforme le métal en fusion dans un moule rotatif ouvert à ses deux extrémités, dans lequel on assure sa solidification; à extraire de ce moule de façon continue la pièce solidifiée et à régler la vitesse d'extraction en concordance avec le débit d'alimentation en métal fondu du moule rotatif.
Par ce procédé, le métal introduit dans le moule à l'état liquide est immédiatement plaqué contre la paroi de celui-ci, sous l'effet de la force centrifuge et il prend, en se solidifiant, la conformation de la paroi inté- rieure du moule tout en demeurant creux. Par un effort exercé à la sortie du moule sur la partie solidifiée., l'ébauche creuse formée est extraite de ce moule de façon continue, libérant en haut du moule un espace qui reçoit le mé- tal fondu arrivant de façon continue pour entretenir le tube en cours de for- mation. On obtient ainsi de façon continue un tube de longueur illimitée qui, bien entendu, sera pratiquement coupé à un moment donné de son utilisation.
Mais la coupure est faite à volonté à toute longueur désirée, cette longueur n'étant pas limitée par les dimensions du lingot de départ ni par la puissan- ce et les dimensions des laminoirs. Elle est au contraire indépendante de l' appareillage et peut varier selon les besoins sans arrêter le four producteur de métal fondu, ni la machine à mouler par centrifugation. Il se forme ainsi, sans réchauffage intermédiaire et sans perçage préalable une ébauche immédia- tement utilisable au laminoir finisseur ou aux bancs d'étirage conduisant à une perte de métal sensiblement nulle.
Outre son intérêt économique particulièrement important le procé- dé selon l'invention présente l'avantage de fournir de produits de qualité améliorée. Par la centrifugation les ébauches obtenues sont en effet d'épais- seur régulière et le métal est très homogène.
Le procédé s'applique à tous les métaux, ferreux ou non ferreux.
Il permet notamment de mettre sous forme tubulaire des métaux qui ne sont pas laminables tels que aciers sauvages, aciers fortement alliés au nickel,' au chrome, etc.;, fontes, bronzes non forgeables, etc. constituant une technique particulière de fabrication de tubes ou corps moulés en ces matières diffici- les à travailler selon les processus ordinaires.
A la différence du procédé usuel de fabrication de tubes qui com- porte un ensemble d'opérations distinctes successives, mais discontinues, le procédé selon l'invention ne comporte, dans une même opération unique d'ensan- ble, qu'une succession de phases toutes continues et harmonisées en concor- dance : alimentation du moule rotatif, centrifugation dans le moule, moulage, solidification et évacuation concomitante.
Le moule est muni d'un dispositif auxiliaire de refroidissement réglable convenable de l'ébauche tubulaire formée par centrifugation. Ce re- froidissement provoque un retrait qui détache le tube solidifié de la paroi du moule et en facilite l'extraction continue et régulière.
Solidification et extraction continues permettent une alimenta- tion continue sans à-coups, le métal pâteux ou solidifié servant de support au métal liquide introduit dans le moule et plaqué sur la paroi de celui-ci par la rotation qui lui est imprimée.
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Sans doute on avait déjà proposé, selon les procédés dits de cou- lée continue,d'obtenir directement une ébauche ou un produit fini à partir du métal fondu dans un moule approprié convenablement refroidi. Mais dans ces procédés le moule est toujours fixe et un mandrin intérieur est indispensable.
C'est une des caractéristiques de l'invention d'avoir substitué au moule fixe un moule en rotation qui par centrifugation permet l'obtention commode, sûre et immédiate de corps creux,
Il est à remarquer que la centrifugation a déjà été préconisée pour l'obtention de corps creux à partir de métal fondu. Mais ce procédé et les dispositifs pour sa mise en oeuvre n'avaient permis que la réalisation d'ébauches ou tubes de longueur limitée,à production discontinue et intermit- tente, se traduisant par une proportion notable de déchets, de temps morts et arrêts, donc avec un rendement faible et un prix de revient élevé.
C'est aussi une des caractéristiques de l'invention d'avoir appli- qué aux procédés antérieurs discontinus de centrifugation une extraction con- tinue en corrélation avec une alimentation ininterrompue. Alors que précédem- ment la centrifugation était appliquée par opérations distinctes alternatives, selon l'invention la centrifugation combinée avec la coulée continue et une extraction continue concomitante, donne une production, sans arrêts ou repri- ses, d'un corps moufle de longueur illimitée qui est découpé, indépendamment de sa formation, dans une opération ultérieure distincte selon les besoins du transport ou la capacité de l'outillage à alimenter ultérieurement.
Dans l'application du procédé le moule rotatif peut être à axe vertical, horizontal ou oblique.
Suivant un mode particulier de mise en oeuvre, on crée, par la rotation même du moule, un effet de vissage provoquant une compression du métal et la sortie régulière du tube refroidi, celui-ci étant serré par un - moyen approprié pour recevoir une différence réglable de rotation par rapport à celle imprimée par le moule.
La mise en oeuvre du procédé et des modes de réalisation des dis- positifs utilisés à cet effet seront maintenant décrits, à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'une installation ; la figure 2 montre le détail de réalisation du moule rotatif, vu en coupe; la figure 3 concerne l'alimentation continue en métal fondu; la figure 4 est relative à une variante de cette alimentation ; la figure 5 est relative au dispositif d'extraction du corps creux moulé; la figure 6 est un dispositif de tronçonnage; la figure 7 est relative à une variante de réalisation; la figure 8 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on combine (fig. 1) avec un dispositif d'alimentation continue en métal fondu 11 un mou- le rotatif 12 et un dispositif d'extraction continue 13 de l'ébauche formée dans le moule 12 et solidifiée.
Le dispositif d'alimentation continue 11 est formé d'une poche 14, recevant du four ou appareil de fusion le métal fondu. Elle peut être pourvue de moyens de réchauffage, tels que résistances, enroulements d'induc- tion haute fréquence ou autres. Le fond de la poche 14 porte un orifice 15 auquel est attachée une goulotte 16 se terminant par une busette 17, déver- sant le métal fondu au voisinage de la paroi intérieure du moule rotatif 12.
Ce déversement peut être effectué soit en jet tangentiel soit en nappe cir- culaire. Un prgane de réglage 18 permet de faire varier le débit de métal
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fondu déversé dans le mouleo
Le moule rotatif 12 est constitué essentiellement par une eoquil- le 19 de forme générale cylindrique. Cette coquille porte une couronne dentée 20 entraînée en rotation par le pignon 21.A l'extérieur de la coquille, des rampes 22 sont ménagées pour projeter sur sa surface extérieure un fluide de refroidissement réglable en position et en débit.
Le dispositif d'extraction 13 peut être constitué par tout moyen approprié. Dans la figure 1;, on a prévu un ensemble de galets 23 à axes incli- nés. L'inclinaison des axes, ainsi que leur degré de serrage, sont réglables.
Avec cette installation, on voit que le métal fondu déversé de 11 dans le moule 12 maintenu en rotation, se trouve plaqué contre la paroi inté- rieure de la coquille 19 et se solidifie rapidement au contact de cette surfa- ce constamment refroidie par l'air ambiant ou le fluide projeté par 22. Il se forme ainsi une ébauche A de corps moulé creux. On assure par les galets 23 une sortie continue de l'ébauche A au fur et à mesure de sa formation et de sa solidification dans le moule 12. Cette ébauche sortant progressivement du moule libère à la partie supérieure de la coquille 19 un espace correspondant dans lequel se déverse de façon continue une nouvelle quantité égale de métal fondu sortant de 17, lequel continue le cycle :centrifugation-moulage-solidi- fication-sortie du moule, On obtient ainsi un corps creux tubulaire continu.
Bien entendu l'ébauche continue A est coupée en tronçons de toute longueur désirée par un moyen quelconque : sciage, chalumeau ou autre.
Par les moyens de réglage de l'inclinaison et de serrage des ga- lets 23, on assure une vitesse d'extraction¯de l'ébauche A du moule 12 en concordance avec le débit de métal introduit à la partie supérieure de la co- quille 19. Le réglage du débit est aussi complété au moyen de l'organe 18 coo- pérant avec l'orifice 15. On obtient ainsi de fagon continue une ébauche tu- bulaire A d'épaisseur constante, laquelle est ensuite débitée en tronçons de la longueur convenable pour les opérations de laminage, d'étirage et de trans- formation en tubes de dimensions désirées.
Suivant un mode de réalisation particulier (fig. 2) le moule ro- tatif est formé de la coquille 24, centrée par une portée conique 25 sur une pièce rotative 26 et par une portée cylindrique 27 sur une pièce rotative 28.
Cette disposition permet de changer rapidement la coquille 24 en la sortant vers le hauts sans démontage de son mécanisme d'entraînement ou de ses acces- soireso
L'entraînement des pièces 26 et 28, donc de la coquille 24 soli- darisée avec ces pièces par des taquets ou ergots, est assuré par des couron- nes dentées 29, 30,engrenant avec les pignons 31, 32 portés par l'arbre 330 Cet arbre 33 est mû par la poulie 34. Les pièces 26 et 28 sont portées par le bâti formé par les pièces 35-36 et le chapeau 37, par l'intermédiaire de roulements à billes, à rouleaux, à aiguilles ou à galets 38. Une plaque de protection 39 obture l'ouverture centrale du chapeau 37.
Pour refroidir la coquille 24, sont prévues à l'intérieur de la pièce rotative 26, des rampes indépendantes 40, 41, 42, 43, pourvues de gi- cleurs et alimentées en fluide, en eau froide par exemple, es rampes sont pourvues chacune d'un robinet de réglage (non représenté). Chaque rampe pro- jette, par ses buses ou gicleurs convenablement répartis et orientés, un jet de fluide froid réglable sur la surface extérieure de la coquille 24.
Lorsque ce fluide est de l'eau, celle-ci ruisselle sur la paroi extérieure de la co- quille 24 et s'écoule sur la paroi 44 pour se rassembler en 45 et être évacuée en 46. La coquille 24 porte un cordon extérieur incliné 47, la paroi 44 est garnie avec un élément formant larmier en 48 de façon à assurer l'écoulement de l'eau de refroidissement et l'empêcher de pénétrer dans les parties où sa présence serait néfaste. Une rampe supplémentaire 49 peut être prévue à la partie supérieure de la coquille, s'il y a lieu. L'ensemble du moule ainsi constitué est fixé au bâti général de l'installation ou à une charpente appro- priée par la bride 50.
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On remarquera que le montage de la coquille 24 est prévu de telle sorte que les dilatations de celle-ci s'effectuent librement. Les jeux néces- saires sont prévus à cet effet aux endroits appropriés. Cette coquille peut être aisément et rapidement enlevée et remplacée. Il suffit de démonter-la plaque de protection 39 et de sortir vers le haut comme il a été précédemment indiqué.
La figure 3 montre un mode de réalisation de l'alimentation conti- nue du moule,--rotatif en métal fondu. On a représenté à plus grande échelle et en coupe lapoche 14 @ recevant le métal fondu et alimentant le moule par 1' orifice 15, la goulotte 16 et la busette amovible 17. L'orifice 15 est pourvu d'un obturateur 51 porté par une tige 52, le tout étant réglable. Cet obtura- teur sert à parfaire la concordance du débit avec l'extraction de l'ébauche A centrifugée et solidifiée.
La poche 14 est garnie intérieurement de réfractaire ou de toute composition appropriée 53 dans laquelle peuvent être noyées les résistances ou enroulements de chauffage 54.
Dans la forme représentée, la coquille 24 porte à sa partie su- périeure une gaine métallique circulaire 55 garnie d'un revêtement réfractai- re 56, de façon à former une chambre circulaire 57 dans laquelle se déverse - le métal en fusion sortant de la busette 17. Avec cette disposition le métal en fusion, au moment où il atteint la coquille 24, se trouve retenu, appliqué par la force centrifuge, dans cette rainure 57 qu'il remplit d'abord avant de s'écouler, par effet de trop-plein, en forme d'anneau, dans la coquille pro- prepent dite 24. Par ce moyen, on obtient une alimentation continue et unifor- me du métal dans le moule.
Cette alimentation, ainsi que la formation de la paroi intérieure de l'ébauche creuse en cours de fabrication, peuvent être assurées en milieu neutre ou réducteur par admission de gaz inerte ou combustion incomplète d'hy- drocarbure localement au niveau de la rainure 57 et dans toute partie supérieu- re interne de l'ébauche.
La continuité de l'alimentation est réalisée par le maintien d'un niveau constant du métal fondu dans la poche 14, laquelle est alimentée par une autre poche venant du four à déversement ou à quenouille et par un orifice de sortie de diamètre défini( busette amovible 17).
La figure 4 représente une variante de l'alimentation de la co- quille 24 selon laquelle le métal en fusion provenant d'une gouttière 58 est amené à la rainure 57 par un couloir ouvert 59 garni de réfractaire 60. Cette disposition permet l'alimentation simultanée de plusieurs coquilles en paral- lèle.
L'ébauche A formée par centrifugation à partir du métal fondu ame- né selon les dispositions des figures 3 et 4, et solidifiée par refroidissement de la paroi, comme montré figure 2, est extraite du moule rotatif de façon con- tinue par un dispositif dont un exemple de réalisation est représenté figure 5. Cette figure montre seulement une demi-coupe de ce dispositif, la partie de gauche étant symétrique de la partie droite, seule montrée en détail.
Les organes d'extraction de l'ébauche A sont constitués par des galets 61, en nombre quelconque, inclinés et d'inclinaison réglable. Chaque galet 61 est monté sur un axe 62 porté par des paliers 63, 64 dans un bloc cage cylindrique 65. Le bloc 65 est monté tournant autour de l'axe 66 dans un sup- port 67. La rotation du bloc 65 par rapport au support 67 peut être assurée notamment par une vis sans fin 68 manoeuvrée de l'extérieur. Par ce moyen, on voit que l'inclinaison de l'axe 62 par rapport à l'axe de l'ébauche A peut re- cevoir toute valeur désirée de façon à obtenir la vitesse d'extraction désira- ble.
Le support 67 est monté coulissant en 69 sur le bâti 70, ce coulis- sement pouvant se produire suivant l'axe 66. Le coulissement est assuré par la vis 71 manoeuvrée à l'aide du volant 72 prenant appui sur le tampon-bride 73 fixé au bâti 70.
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En tournant le volant 72 on déplace transversalement le support 67, lequel entraîne le bloc 65 et le galet 61. De la sorte on peut adapter 1' écartement des galets 61 au diamètre de l'ébauche et régler leur serrage sur celle-ci permettant en outre une régularisation de l'ébauche encore malléable.
Le galet 61 est entraîné en rotation soit par moteur individuel, soit par des allonges 74 et cages à pignons du type utilisé de façon courante dans les la- minoirs ou par tout autre moyen. La vitesse de rotation peut être réglable.
En faisant varier la vitesse de rotation des galets 61 on peut obtenir une vitesse de rotation de l'ébauche légèrement différente de celle dit moule de façon à faciliter le décollement de l'ébauche sur le moule.
L'ébauche continue ainsi tirée par les galets 61 est ensuite cou- pée en tronçons par un dispositif approprié.
Un moyen particulier de découpage de l'ébauche consiste à chauf- fer l'ébauche localement, par rampe à gaz, résistance électrique ou autre, puis sur la zone ainsi chauffée et portée au rouge à appliquer un jet d'oxy- gène. En frappant la zone chauffée au rouget le jet d'oxygène fond le métal et assure rapidement la coupure du tronçon d'ébauche.
Dans le mode de réalisation représenté figure 6, une plaque 75 coulissant sur des guides 76 parallèles à la direction dans laquelle l'ébau- che se déplace, porte une rampe 77 de brûleurs 78, par exemple oxyacétyléni- ques alimentés,en acétylène et en oxygène, par les tuyauteries souples 79, 80. A la plaque 75 est attaché aussi un bec 81 alimenté en oxygène dont le jet 82 provoque la coupure du métal préalablement chauffé par les brûleurs 78.
L'ensemble de la plaque 75 avec la rampe 77 et le bec 81 qui lui sont attachés, coulisse sur les guides 76 pour suivre le mouvement de l'ébau- che pendant le chauffage et la coupure. Son mouvement est synchronisé avec celui de l'ébauche A. Cette synchronisation est obtenue automatiquement, par exemple en munissant la plaque 75 de glissières de longueur variable et régla- ble à talons escamotables par taquets de butée. La distance entre ces taquets et la rampe de chauffage 77 varie suivant la longueur des tronçonnages que 1' on désire effectuer.
La plaque 75 avec ses accessoires est de préférence équilibrée par contrepoids ayant tendance à la remonter automatiquement à sa position initiale dès que la coupure a été effectuée et que le tronçon découpé a été évacué.
Au début de l'opération de tronçonnage, la tranche inférieure de l'ébauche A qui vient d'être coupée, prend contact avec la face supérieure des taquets escamotables et c'est elle qui leur imprime une vitesse de descente égale à sa propre vitesse, en entraînant l'ensemble. Lorsque la face inférieu- re des taquets escamotables vient toucher les taquets de butée placés en des points convenables,ceux-ci font culbuter les taquets escamotables et le tron- gon de longueur déterminée par les glissières télescopiques tombe, dégagè l'ensemble qui remonte sous l'action du contrepoids d'équilibrage.
Les taquets d'escamotage ont alors repris leur position primitive et leurs faces supérieu- res viennent se replacer sous la tranche inférieure de l'ébauche en cours de fabrication dont la poussée provoque automatiquement le retour du même cycle d'opérations.
Dans une variante de réalisation représentée figures 7 et 8, la coquille 24 présente une paroi intérieure, non pas lisse, mais munie de rai- nures hélicoïdales 83. De la sorte le moule forme une sorte d'écrou emboîtant l'ébauche qui présentera extérieurement la forme d'un léger filetage après solidification.
Avec cette disposition si l'ébauche A tourne moins vite que la coquille 24, il se produit, notamment dans la zone supérieure où le métal est encore liquide ou pâteux, une avance longitudinale provoquant une compression de métal liquide dans le sens de l'évacuation de l'ébauche solidifiée. Cette compression a pour effet d'améliorer l'homogénéité du produit obtenu.
Selon ce mode opératoire, avec coquille à paroi intérieure hélicoi-
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dale, l'avancement de l'ébauche creuse moulée A est fonction des vitesses de rotation relatives à cette ébauche et du moule rotatif. Il n'est plus néces- saire de prévoir pour l'extraction le dispositif à galets inclinés de la figu- re 3. On extrait l'ébauche au moyen d'une seule paire de galets 84 (fig. 7 et 8), tournant fous autour de leurs axes 85 serrés sur l'ébauche A. Les 1, axes 85 des galets 84 sont montés sur des supports 86 pivotant autour d'axes 87 so- lidaires du bâti 88. En faisant pivoter les supports 86 en tournant les vis 89, on assure un serrage plus ou moins accentué des galets 84 sur l'ébauche A.
Le bâti 88 tourne sur un pivot 90 et il est mis en rotation par la couronne dentée 91 engrenant avec un pignon de; commande 92 entraîné par un moteur indépendant à vitesse variable.
Avec cette disposition l'ébauche A serrée par les galets 84 est obligée;,de tourner à la vitesse de rotation du support 88. Si cette vitesse est différente de celle de la coquille 24, il se produit un effet de dévissage de l'ébauche A par rapport à la coquille 24, lequel assure la sortie de celle - ci et son déplacement longitudinal. Par le choix des vitesses relatives du support 88 et de la coquille 24, on obtient toute vitesse désirée d'avancement de l'ébauche dans le sens de son axe.
Le dispositif ci-dessus décrit pourrait être utilisé pour l'extrac- tion de l'ébauche, même sans profil hélicoïdal de la coquille 24, aux lieu et place du dispositif de la figure 3. Il suffit alors de rendre les galets 84 moteurs au lieu de les laisser fous sur leurs axes.
Les dispositifs précédemment décrits n'ont aucun caractère limita- tif et il est entendu qu'ils peuvent comporter toutes variantes dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Celle-ci, décrite en considération de la production d'ébauches tubulaires, est applicable à la fabrication continue de tous corps creux métalliques, tubulaires ou non.
En particulier, les dessins représentent une installation dans la- quelle l'ébauche est supposée verticale. Mais l'invention n'est pas limitée à ce cas, l'ébauche pouvant, avec les mêmes moyens, être prévue en position ho- rizontale ou inclinée; cette incliansion pouvant d'ailleurs être réglable sui- vant nature du métal et formes à obtenir.
En outre, dans la description qui précède,il a été principalement envisagé que le procédé s'applique aux tubes d'acier. Mais il est évident qu'il s'applique à tous autres métaux ou alliages et même à toutes matières suscep- tibles d'êtres mises en oeuvre à l'état liquide ou fluant et susceptibles de se solidifier par refroidissement ou autre phénomène physique ou chimique, tel que prise ou durcissement. Le procédé s'applique aussi aux matières plastiques, béton, etc..