L'intention concerne un procédé et un appareil de laminage continu à chaud, avec réduction élevée, de produits
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des fils et autres produits dans une série groupée de passes de laminage.
Dans toute opération de laminage, les cylindres de travail exercent une pression sur le produit passant entre eux. Cette pression s'accompagne de forces de frottement qui résultent de la différence de vitesse entre le métal laminé et les surfaces des cylindres. Les composantes verticales de pression et de frottement des cylindres tendent à réduire la
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pression des cylindres agissent en sens opposé à celui du laminage et tendent à éjecter le métal de l'emprise, tandis crue les composantes horizontales des forces de frottement agissent dans le sens du laminage, dans la zone du retard à l'engagement, et tendent à tirer le produit vers l'intérieur de l'emprise. Dans la description qui suit, les forces agissant sur le produit dans le sens du laminage seront considérées comme des forces positives, et celles agissant sur le produit dans le sens opposé à celui du laminage seront considérées comme des forces négatives.
Lorsque l'extrémité avant d'un produit commence une passe de laminage, la somme algébrique des composantes de forces horizontales de la pression et du frottement des cylindres varie de façon continue entre l'instant de l'entrée en contact de l'extrémité avant avec les cylindres et l'instant de la sortie de cette extrémité avant de l'emprise.
Si cette somme reste positive pendant toute cette phase d'introduction, l'extrémité avant est pincée par les cylindres de travail et entraînée dans et à travers l'emprise, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à une force supplémentaire. Cette condition est désignée ci-après par l'expression 'entrée spontanée[deg.].
Par ailleurs, si la somme algébrique des composantes de forces horizontales atteint une valeur négative pendant la phase d'entrée, une force supplémentaire doit ëtre exercée sur le produit, avant la passe de laminage, afin de réaliser l'entrée. Cette condition sera désignée ci-
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Une fois que l'emprise est remplie et qu'une condition d'équilibre est atteinte, la somme de ces composantes de forces horizontales devient égale à zéro.
On a établi théoriquement que l'entrée spontanée se produit si l'angle a d'attaque est maintenu dans la plage :
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où ? est l'angle de frottement.
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l'emprise est remplie, un laminage libre se poursuit dans les limites théoriques :
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L'expression 'laminage libre" utilisée dans le présent mémoire désigne un laminage n'utilisant pas de forces supplémentaires pour pousser ou tirer le produit pendant la passe de laminage après le remplissage de l'emprise. Si l'angle d'attaque dépasse les limites théoriques du laminage libre, une force supplémentaire continue doit être exercée sur le produit, mëme après le remplissage de l'emprise. Cette condition est désignée ci-après 'laminage forcé".
Dans l'art antérieur, les programmes de travail des laminoirs continus sont classiquement conçus pour des conditions d'entrée spontanée et de laminage libre. En l'absence de pannes des appareillages ou d'autres conditions inhabituelles, ce procédé assure un passage en douceur du produit d'une passe de laminage à l'autre, ce qui est évidemment essentiel pour un travail satisfaisant du laminoir.
Cependant, il est également connu que dans toute passe de laminage donnée, la réduction réalisée est inversement proportionnelle à l'amplitude du cosirus de l'angle d'attaque. Ainsi, il apparaît que dans des laminoirs
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inférieures aux réductions maximales, une fois que les emprises sont remplies. Si les réductions réalisées lors des passes de laminage ne sont pas maximales, le nombre de ces réductions doit être augmenté pour que l'on atteigne une réduction totale donnée.
Les passes supplémentaires de laminage et les équipements associés de commande, de pilotage, de lubrification et de refroidissement par eau, etc., qu'elles nécessitent sont extrêmement coûteux. Les passes supplémentaires de laminage élèvent également de façon notable le coût de fonctionnement et d'entretien du laminoir, tout en occupant davantage d'espace, ce qui constitue un facteur de coût élevé dans toute installation donnée de laminage. Dans de nombreux laminoirs, un écartement important entre les cages accroît ce dernier facteur de coût.
Etant donné que les coûts des équipements de laminage, des bâtiments, de l'énergie, etc., continuent d'augmenter, il existe une demande croissante en procédés de laminage plus efficaces, réalisant une réduction importante et utilisant des équipements compacts et de plus faibles dimensions.
L'idée d'atteindre de plus fortes réductions lors des passes de-laminage n'est pas nouvelle en soi et, au fil du temps, on a avancé plusieurs propositions allant dans ce sens et comprenant, par exemple, le passage à force continu de produits entre des cylindres de travail non menés
(brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 723 834), ainsi qu'au cours de passes de laminage réalisées par des cylindres de travail menés (brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 106 318). Cependant, un problème posé par ces essais est qu'ils nécessitent l'utilisation de cylindres de travail de diamètre relativement grand, ce qui exige, par suite, la présence de paliers, de cages, de fondations, etc., massifs, et de grands bâtiments. Ainsi, les avantages résultant des réductions plus importantes sont largement compensés par des
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Dans une autre proposition décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 553 997, on cherche à atteindre des réductions importantes par l'utilisation de cylindres de travail menés de diamètre relativement faible.
Cependant, dans ce cas, les emprises sont initialement ouvertes pour recevoir librement chaque extrémité avant, puis elles sont fermées pour laminer la partie restante du produit. Le fait qu'il est impossible d'ouvrir et fermer de façon constante les emprises et le gaspillage résultant de la mise au rebut des extrémités avant non laminées rendent ce procédé inapplicable aux opérations modernes de laminage portant sur des tonnages élevés.
D'autres propositions visant à réaliser des réductions importantes comprennent l'utilisation de forges oscillantes et de laminoirs planétaires. Bien que ces essais aient rencontré un certain succès limité dans des applications particulières portant sur de faibles tonnages, elles n'ont pas été largement suivies dans l'industrie du laminage.
L'invention concerne un procédé et une machine de laminage continu à chaud d'un produit par plusieurs passes successives de laminage au cours desquelles ce produit est soumis à des réductions notablement augmentées par rapport à celles obtenues au cours d'opérations classiques de laminage, ce qui permet de diminuer le nombre de passes de laminage nécessaire pour l'obtention d'une réduction totale donnée. Le laminaqe s'effectue au moyen de cylindres de travail de diamètre relativement faible, ce qui permet de réduire notablement les dimensions de l'installation de laminage.
Ce résultat a pu ëtre obtenu par l'abandon du concept de l'entrée spontanée dans au moins l'une, et de préférence, toutes les passes de laminage autres que la première, dans une série donnée, et en faisant plutôt appel à des techniques rigoureuses d'entrée forcée pour maximiser les angles d'attaque et les réductions qui en résultent. Dans au moins l'une des passes de laminage, l'angle d'attaque est élevé à un degré tel que l'entrée spontanée est empêchée par une force contraire momentanée qui est supérieure à la force de sortie disponible, produite par l'action de laminage de la passe précédente, ce qui rend nécessaire de pousser le produit dans la passe de laminage précédente, sous une force supplémentaire exercée en avance par rapport à cette passe.
Une suite de passes conçue conformément à l'invention comprend de préférence au moins quatre passes de laminage, l'angle d'attaque de la première passe étant réglé pour permettre une entrée spontanée de l'extrémité avant du produit, les angles d'attaque des deuxième et troisième passes étant réglés pour produire des réductions augmentant progressivement sous des conditions d'entrée forcée, et la force demandée pour l'entrée dans la troisième passe de laminage étant supérieure à la force de sortie disponible et résultant de l'action de laminage de la deuxième passe, ce qui nécessite de faire appel à la force de sortie disponible de la première passe de laminage. La quatrième passe de laminage se produit également dans des conditions d'entrée forcée, mais, pour des raisons indiquées ci-après, l'angle
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inférieurs à ceux de la troisième passe de laminage.
Pour un jeu donné de conditions, une fois que les emprise? de toutes les passes de laminage sont remplies, un laminage libre a lieu. Cependant, suivant certaines variables telles que, par exemple, le coefficient prédominant de frottement et/ou l'amplitude admise de la diminution du diamètre des cylindres en raison de l'usure normale et du dressage classique, l'angle d'attaque de la troisième passe de laminage peut finalement s'élever jusqu'à un degré tel
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ce qui nécessite un laminage forcé dans la troisième passe, sous assistance continue, initialement de la deuxième passe de laminage, puis de la quatrième passe une fois que l'extrémité arrière est sortie de la deuxième passe.
Les axes des cylindres des passes successives de laminage sont de préférence orientés perpendiculairement entre eux, les cylindres n'étant pas rainurés.
Pour économiser de l'espace et tirer un avantage maximal de la résistance au flambage du produit en cours de <EMI ID=11.1>
2,0 fois le diamètre maximal des cylindres.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels :
la figure 1A est un schéma montrant un laminage dans des conditions classiques d'entrée spontanée ; la figure 1B est un schéma analogue à celui de la figure 1A, montrant un laminage dans des conditions d'entrée forcée;
les figures 2A et 2B sont des vues schématiques à
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<EMI ID=13.1> figures 1A et 1B ; la figure 3A est un graphique montrant la sommation des composantes horizontales de forces dans les conditions d'entrée spontanée de la figure 1A la figure 3B est un graphique analogue à celui de la figure 3A, montrant la sommation des composantes horizontales de forces dans les conditions d'entrée forcée de la figure 1B, un laminage forcé se produisant lors de l'utilisation de cylindres de diamètre minimal ; la figure 4 est un schéma de la machine selon l'invention ;
les figures 5A à 5E sont des coupes transversales montrant le profil du produit subissant un cycle typique de laminage conformément à l'invention ; la figure 6 est un schéma montrant la progression de l'angle neutre dans chacune des cages afin de maintenir l'équilibre dans l'équipement de laminage selon l'invention ; et <EMI ID=14.1>
de comparer un cycle de quatre passes de laminage selon l'invention à un cycle classique de passes de laminage, demandé pour réaliser la mëme réduction sur le même produit.
Etant donné que les cylindres de travail formant une paire donnée fonctionnent dans des conditions identiques, la description d'un seul cylindre suffit. Si l'on se réfère initialement aux figures 1A, 2A et 2B, un cylindre R de travail d'une paire donnée est représenté en cours de laminage d'un produit P dans des conditions classiques
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inférieur à l'angle f de frottement. Le produit est soumis simultanément à une pression RP de laminage et à un frottement F. La pression RP de laminage peut ëtre décomposée
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à la direction de laminage et en une composante horizontale
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laminage. De même, le frottement F peut être décomposé en une
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ment, alors que la figure 2B montre que dans une zone Z2
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négativement. Le passage de cette composante du signe positif au signe négatif se produit pour un angle neutre NA qui sert
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d'un laminage dans des conditions classiques d'entrée spontanée, la somme algébrique 1 des composantes
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pendant l'introduction de l'extrémité avant du produit dans
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des conditions typiques pour des cylindres ayant des diamètres maximal et minimal, respectivement, en laminage libre. Après avoir atteint l'angle neutre, les valeurs de .1-chutent à zéro pour a = 0, ce qui établit une condition d'équilibre pour l'attaque des cylindres. Cependant, dans le cas où le laminage se produisant à l'attaque rencontre l'opposition d'une force extérieure (par exemple une force négative engendrée dans une passe suivante de laminage) , pour rétablir une condition d'équilibre, l'angle neutre se déplace vers zéro (suivant les lignes pointillées de la figure 3A) , ce qui engendre une force disponible DF de sortie destinée à vaincre la force extérieure. La force maximale disponible de sortie apparaît lorsque l'angle neutre atteint la limite zéro à a = 0.
La figure 1B montre un cylindre R' de travail qui lamine le produit P dans des conditions d'entrée forcée, conformément à une caractéristique de l'invention, avec un angle d'attaque aFE plus grand que l'angle de frottement de <EMI ID=26.1>
du produit. Au cours d'une phase négative initiale d'entrée
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composantes horizontales de forces prend initialement une valeur négative croissante, ce qui produit une force négative croissante OF d'opposition qui atteint une valeur maximale à
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positif. Pour réaliser l'entrée, la valeur négative de[pound], en tout point donné pendant l'introduction de l'extrémité avant dans l'emprise, doit être vaincue par l'application d'une force positive supplémentaire sur le produit, en avant de la passe de laminage, ce qui réalise une condition d'entrée forcée. Selon l'invention, cette force positive supplémentaire est appliquée par la force disponible de sortie d'une ou plusieurs passes de laminage précédentes, lorsque leurs angles neutres respectifs NA se rapprochent de zéro. Lors de l'utilisation de cylindres neufs ayant un
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valeur 2 finit par atteindre zéro à a = 0. Un laminage libre se produit donc dans des conditions d'équilibre dans la passe de laminage. Cependant, lorsque le diamètre des cylindres
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ce qui résulte en apparition d'une condition de laminage forcé au cours de laquelle une force supplémentaire doit être exercée en continu sur le produit pour vaincre la valeur négative DF après le remplissage de l'emprise.
La figure 4 représente schématiquement une installation 10 de laminage selon l'invention. Cette <EMI ID=34.1>
constituées par des paires complémentaires de cylindres 12 de travail. Les cylindres de travail de chaque passe sont commandés par des moyens classiques (non représentés) . Les cylindres 12 de travail sont supportés entre des paliers 14
(seuls les paliers des cylindres horizontaux étant représentés), et ces paliers sont eux-mêmes supportés par une structure de cages représentée schématiquement en 16. Les cylindres de travail sent de préférence sans rainures et ont
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cylindres ayant subi le nombre admissible maximal d'opérations de dressage..L'écartement S des passes de laminage est maintenu à un minimum absolu, de préférence
<EMI ID=36.1>
neufs. Les axes des cylindres des passes successives sont orientés perpendiculairement entre eux, ce qui évite d'avoir à tordre le produit lorsqu'il progresse d'une passe à la suivante.
Les figures 5A à 5E représentent un cycle typique de laminage selon l'invention, h étant la hauteur du produit
<EMI ID=37.1>
la largeur du produit (mesurée parallèlement aux axes des cylindres) , et A étant l'aire de la section droite. Le tronçon d'entrée est généralement une billette carrée dont les angles sont légèrement arrondis et dont la hauteur et la
<EMI ID=38.1>
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laminage de manière à présenter, en section, la forme d'un rectangle orienté horizontalement, à bords arrondis, de
<EMI ID=40.1>
L'expression 'rectangle à bords arrondis" utilisée dans le présent mémoire désigne une section droite sensiblement rectangulaire, présentant deux côtés opposés sensiblement plats et deux autres côtés opposés légèrement convexes.
<EMI ID=41.1>
produit de manière à former un rectangle orienté
<EMI ID=42.1>
section A2. La passe de laminage P3 réduit davantage le produit en formant un autre rectangle à bords arrondis, orienté horizontalement et ayant pour dimensions h3 et w3 et
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produit pour former un autre rectangle orienté verticalement,
<EMI ID=44.1>
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et P4 sont de préférence compris dans les plages indiquées
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Un exemple du procédé de l'invention sera à présent décrit pour le laminage d'une billette d'acier de
18 0 x 180 mm, en quatre passes, dans les condit ions de laminage suivantes :
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Lorsqu'on utilise des cylindres neufs ayant un diamètre Dmax de 510 mm, la figure 6 montre comment les angles neutres de chacune des passes changent pendant le laminage, l'angle neutre étant indiqué en degrés, à gauche sur cette figure. D'autres données concernant les quatre passes de laminage sont regroupées dans le tableau I cidessous.
fMT.t�n
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<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
a - angle d'attaque en degrés
r = pourcentage de réduction de section OF - force maximale d'opposition (daN)
<EMI ID=52.1> ..,.�
NA - angle neutre en degrés
<EMI ID=53.1>
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20,8[deg.], a été choisi pour permettre une entrée spontanée de
<EMI ID=55.1>
valeur relativement modérée, à savoir 12,9 %, et la force de
<EMI ID=56.1>
à 38 590 daN si l'angle neutre NA passe de 5,21[deg.] à zéro. La
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condition de laminage.
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
élève le pourcentage de la réduction r2 de 36,5 %. Dans ce cas, la répartition des composantes horizontales de force est telle que toute entrée spontanée est empêchée par une force
<EMI ID=60.1>
forcée est réalisée dans la passe de laminage P2, car la
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
neutre de cete passe tend vers zéro. Le produit sort de la passe de laminage P2 dans des conditions d'équilibre, avec un angle neutre de 2,59[deg.] et la possibilité de produire une force maximale disponible de sortie de 21 815 daN. La figure 3B montre que dans de telles conditions de laminage libre, les
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apparaissent lors des phases initiales de l'entrée du produit.
<EMI ID=64.1>
angle d'attaque a3 encore plus grand, à savoir de 43,2[deg.], ce qui entraîne une réduction importante r3 de 47,8 %. Dans ce cas, la répartition des composantes horizontales de force est telle que toute entrée spontanée est empêchée par une force
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la passe précédente P2 de laminage. Pour qu'il soit possible de procéder à une entrée forcée dans la passe P3 de laminage, la force DF2 doit être augmentée d'une force supplémentaire disponible de sortie exercée sur le produit, en avant de la passe P2 de laminage. Cette force disponible supplémentaire
<EMI ID=67.1>
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passe P3 de laminage au moyen de forces horizontales de
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Comme montré sur la figure 6, pendant que ceci se produit,
<EMI ID=70.1>
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déplace de 5,21[deg.] vers zéro. Le produit sort de la passe de laminage P3 dans des conditions d'équilibre, avec un angle <EMI ID=72.1>
<EMI ID=73.1> figure 3B.
La quatrième passe de laminage P4 présente un
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de 45,3 % et une force d'opposition OF4 de 11 209 daN. La force nécessaire pour réaliser l'entrée dans la passe P4 de laminage provient de nouveau des forces disponibles et combinées DF2 et DF3 de sortie, l'angle neutre NA de la passe de laminage P3 passant de 0,86[deg.] à zéro et l'angle neutre NA
<EMI ID=75.1>
de la passe de laminage P4 dans des conditions d'équilibre, avec un angle neutre NA de 3,00[deg.] et une force maximale
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Lorsque les cylindres de laminage s'usent et doivent ëtre redressés, leurs diamètres diminuent progressivement, ce qui a un effet sur les angles d'attaque,
<EMI ID=77.1>
dans chaque passe de laminage. Dans l'exemple décrit cidessus, une diminution du diamètre des cylindres à 435 mm est considérée comme possible. Les conditions de laminage dans chaque passe de laminage, utilisant des cylindres de 435 mm, sont groupées dans le tableau II.
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qu'une diminution à 435 mm du diamètre des cylindres de travail entraîne un accroissement des angles d'attaque a de chaque passe de laminage, ce qui s'accompagne d'une diminution des forces de sortie DF et d'une augmentation des forces maximales d'opposition OP. La variation la plus importante se produit dans la passe de laminage P3 où, même après le remplissage de l'emprise, une force négative de
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conditions d'entrée forcée et de laminage forcé, régnant dans la passe de laminage P3 (représentée par la courbe Dmin de la <EMI ID=82.1> la force disponible de sortie DF2 jusqu'à ce que l'extrémité arrière du produit se dégage de la passe de laminage P2.
<EMI ID=83.1>
<EMI ID=84.1>
donc que, lorsqu'une condition de laminage forcé apparaît dans la passe de laminage P3, il est essentiel de maintenir une condition de laminage libre dans la passe de laminage P4 pour que l'extrémité arrière du produit soit tirée de manière sûre dans la passe P3. C'est la raison pour laquelle l'angle
<EMI ID=85.1>
valeur inférieure à celle de l'angle d'attaque de la passe de laminage P3.
Lors de l'entrée forcée de l'extrémité avant du produit dans la passe de laminage P4' la force maximale
<EMI ID=86.1>
<EMI ID=87.1>
<EMI ID=88.1>
<EMI ID=89.1>
Les tableaux III et IV illustrent certaines des modifications que l'on peut prévoir lors du laminage du mëme produit avec un coefficient de frottement plus élevé, -à savoir de 0,4.
TABLEAU III
(D = 510 mm)
<EMI ID=90.1>
TABLEAU IV
(D = 495 mm)
<EMI ID=91.1>
Le tableau III montre qu'avec un coefficient de frottement plus élevé et des cylindres de diamètre maximal, il est possible de réaliser une entrée forcée dans la passe
<EMI ID=92.1>
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est pratiquement inexistante et ceci devient rapidement impossible dès que le diamètre des cylindres diminue sous l'effet de l'usure normale. Pour un diamètre D de 495 mm, l'entrée forcée dans la passe de laminage P3 demande de nouveau l'association des forces disponibles de sortie des
<EMI ID=94.1>
Le tableau V montre que, pour les exemples des tableaux I à IV, dans toute passe de laminage donnée demandant une entrée forcée, le rapport des forces positives disponibles de sortie DF aux forces maximales négatives d'opposition (parfois augmentées des forces négatives de sortie pendant un laminage forcé) est maintenu volontairement à une valeur telle qu'un facteur de réserve d'au moins 1,5 soit respecté.
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<EMI ID=97.1>
un laminage forcé.
Un facteur de sécurité de cette amplitude est considéré plus que suffisant pour assurer un laminage continu lorsque des conditions telles que la température du produit, le coefficient de frottement, etc. subissent des variations normales.
Le tableau VI montre la réduction moyenne par passe et la réduction totale par séries pour les exemples décrits précédemment.
TABLEAU VI
<EMI ID=98.1>
A titre de comparaison, si un cycle de quatre passes du procédé de laminage de l'art antérieur décrit dans
<EMI ID=99.1>
conditions de laminage analogues, avec entrée spontanée et laminage libre, la réduction maximale possible, avec des cylindres de 435 mm, est de 64,4 %. Le progrès réellement important apporté par l'invention au domaine du laminage apparaît ainsi de manière évidente à l'homme de l'art.
L'importance de l'utilisation des forces disponibles de sortie de deux passes successives de laminage pour effectuer une entrée forcée dans une passe située en aval peut apparaître en se référant, par exemple, au
<EMI ID=100.1>
pour vaincre la force OF3, on a, avec un facteur de sécurité de 1,5 :
<EMI ID=101.1>
Dans ces conditions, il serait nécessaire de limiter ou à 35,8[deg.], conduisant à un pourcentage de réduction très inférieur, à savoir de 26,2 %, dans la passe de laminage
<EMI ID=102.1>
<EMI ID=103.1>
Les figures 7A et 7B permettent de comparer l'installation à quatre passes de laminage de la figure 1 à une installation classique de laminage continu. L'installation classique (figure 7B) utilise des cylindres de
700 mm, placés dans des cages placées à des intervalles de
3000 mm et chaque passe de laminage est conçue pour des conditions d'entrée spontanée et de laminage libre. Si le même produit est laminé dans les deux laminoirs, par exemple une billette d'acier de 180 x 180 mm, réduite à une section rectangulaire d'environ 47 x 108 mm, le laminoir classique demande une passe supplémentaire de laminage. De plus, il faut environ 75 % d'espace supplémentaire pour loger l'équipement classique de laminage.
Il apparaît donc que l'invention concerne un <EMI ID=104.1>
d'espace qu'avec les procédés et les équipements classiques.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'installation décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.
<EMI ID=105.1>
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produit (P) avec réduction importante, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le produit dans plusieurs
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forces horizontales dans au moins une passe de laminage autre que la première passe soit telle qu'une entrée spontanée soit empêchée par une force maximale d'opposition qui est supérieure à la force disponible de sortie produite par l'action de laminage dans la passe précédant ladite passe autre que la première passe, et à exercer une force supplémentaire sur le produit, en avant de ladite passe de laminage précédente, cette force supplémentaire ayant une amplitude suffisante, lorsqu'elle est associée à la force disponible de sortie de la passe précédente, pour vaincre la force maximale d'opposition et réaliser ainsi une entrée forcée du produit dans ladite passe autre que la première passe.
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de laminage sont orientés perpendiculairement entre eux, les cylindres (12) des passes de laminage pouvant notamment être sans rainures.
The intention relates to a process and an apparatus for continuous hot rolling, with high reduction, of products.
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wires and other products in a grouped series of rolling passes.
In any rolling operation, the working rolls exert pressure on the product passing between them. This pressure is accompanied by friction forces which result from the speed difference between the rolled metal and the surfaces of the rolls. The vertical components of pressure and friction of the cylinders tend to reduce the
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pressure of the cylinders act in the opposite direction to that of rolling and tend to eject the metal from the grip, while raw the horizontal components of the friction forces act in the direction of rolling, in the zone of delay in engagement, and tend pull the product inside the right-of-way. In the following description, the forces acting on the product in the direction of rolling will be considered as positive forces, and those acting on the product in the direction opposite to that of rolling will be considered as negative forces.
When the front end of a product begins a rolling pass, the algebraic sum of the components of horizontal forces of pressure and friction of the rolls varies continuously between the moment of contact of the front end with the cylinders and the instant of exit from this front end of the right-of-way.
If this sum remains positive during this entire introduction phase, the front end is pinched by the working rolls and driven into and through the right-of-way, without the need for additional force. This condition is hereinafter referred to as' spontaneous entry [deg.].
In addition, if the algebraic sum of the components of horizontal forces reaches a negative value during the entry phase, an additional force must be exerted on the product, before the rolling pass, in order to carry out the entry. This condition will be designated below
<EMI ID = 3.1>
Once the right-of-way is filled and an equilibrium condition is reached, the sum of these components of horizontal forces becomes zero.
It has been theoretically established that spontaneous entry occurs if the angle of attack a is kept within the range:
<EMI ID = 4.1>
or ? is the angle of friction.
<EMI ID = 5.1>
the right-of-way is filled, free rolling continues within the theoretical limits:
<EMI ID = 6.1>
The term "free rolling" used in this specification means a rolling which does not use additional forces to push or pull the product during the rolling pass after filling the right-of-way. If the angle of attack exceeds the theoretical limits of free rolling, a continuous additional force must be exerted on the product, even after filling the right-of-way. This condition is referred to below as "forced rolling".
In the prior art, the work programs of continuous rolling mills are conventionally designed for conditions of spontaneous entry and free rolling. In the absence of equipment failures or other unusual conditions, this process ensures a smooth passage of the product from one rolling pass to the other, which is obviously essential for satisfactory work of the rolling mill.
However, it is also known that in any given rolling pass, the reduction achieved is inversely proportional to the amplitude of the cosirus of the angle of attack. Thus, it appears that in rolling mills
<EMI ID = 7.1>
less than the maximum reductions, once the rights-of-way are filled. If the reductions achieved during the rolling passes are not maximum, the number of these reductions must be increased in order to achieve a given total reduction.
The additional rolling passes and associated control, piloting, lubrication and water cooling equipment, etc., which they require are extremely expensive. The additional rolling passes also significantly increase the cost of operating and maintaining the rolling mill, while occupying more space, which is a high cost factor in any given rolling installation. In many rolling mills, a large spacing between the cages increases the latter cost factor.
As the costs of rolling equipment, buildings, energy, etc. continue to increase, there is an increasing demand for more efficient rolling processes, achieving a significant reduction and using more compact equipment. small dimensions.
The idea of achieving greater reductions in rolling passes is not new in itself and, over time, several proposals have been made along these lines, including, for example, the passage of continuous force of products between uncontrolled working cylinders
(United States patent N [deg.] 723,834), as well as during rolling passes carried out by driven working rolls (United States patent N [deg.] 4,106 318). However, a problem posed by these tests is that they require the use of working cylinders of relatively large diameter, which consequently requires the presence of massive bearings, cages, foundations, etc. tall buildings. Thus, the benefits of the larger reductions are more than offset by
<EMI ID = 8.1>
In another proposal described in United States patent N [deg.] 3,553,997, it is sought to achieve significant reductions by the use of driven working rolls of relatively small diameter.
However, in this case, the rights-of-way are initially open to freely receive each front end, then they are closed to laminate the remaining part of the product. The fact that it is impossible to constantly open and close the rights-of-way and the waste resulting from the scrapping of the non-rolled front ends makes this process inapplicable to modern rolling operations involving high tonnages.
Other proposals to achieve significant reductions include the use of oscillating forges and planetary rolling mills. Although these trials have met with some limited success in particular applications involving small tonnages, they have not been widely followed in the rolling industry.
The invention relates to a process and a machine for continuous hot rolling of a product by several successive rolling passes during which this product is subjected to significantly increased reductions compared to those obtained during conventional rolling operations, which reduces the number of rolling passes required to obtain a given total reduction. Lamination is carried out by means of relatively small diameter working rolls, which makes it possible to reduce the dimensions of the rolling plant considerably.
This result could be obtained by abandoning the concept of spontaneous entry into at least one, and preferably, all rolling passes other than the first, in a given series, and rather using rigorous forced entry techniques to maximize angles of attack and resulting reductions. In at least one of the rolling passes, the angle of attack is increased to a degree that spontaneous entry is prevented by a momentary opposite force which is greater than the available exit force produced by the action of rolling the previous pass, which makes it necessary to push the product into the previous rolling pass, under an additional force exerted in advance relative to this pass.
A series of passes designed in accordance with the invention preferably comprises at least four rolling passes, the angle of attack of the first pass being adjusted to allow spontaneous entry of the front end of the product, the angles of attack second and third passes being adjusted to produce progressively increasing reductions under forced entry conditions, and the force required for entry into the third rolling pass being greater than the available exit force and resulting from the action of rolling of the second pass, which requires the use of the available output force of the first pass of rolling. The fourth rolling pass also occurs under forced entry conditions, but, for reasons explained below, the angle
<EMI ID = 9.1>
lower than in the third rolling pass.
For a given set of conditions, once the grip? of all the rolling passes are completed, free rolling takes place. However, according to certain variables such as, for example, the predominant coefficient of friction and / or the allowed amplitude of the reduction in the diameter of the cylinders due to normal wear and conventional dressing, the angle of attack of the third rolling pass can eventually rise to such a degree
<EMI ID = 10.1>
which requires forced rolling in the third pass, with continuous assistance, initially from the second rolling pass, then from the fourth pass once the rear end has left the second pass.
The axes of the rolls of the successive rolling passes are preferably oriented perpendicularly to each other, the rolls not being grooved.
To save space and derive maximum benefit from the buckling resistance of the product being <EMI ID = 11.1>
2.0 times the maximum cylinder diameter.
The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which:
FIG. 1A is a diagram showing rolling under conventional conditions of spontaneous entry; Figure 1B is a diagram similar to that of Figure 1A, showing rolling under forced entry conditions;
FIGS. 2A and 2B are schematic views of
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1> Figures 1A and 1B; FIG. 3A is a graph showing the summation of the horizontal components of forces under the conditions of spontaneous entry of FIG. 1A FIG. 3B is a graph similar to that of FIG. 3A, showing the summation of the horizontal components of forces under the conditions forced entry of Figure 1B, forced rolling occurs when using cylinders of minimum diameter; Figure 4 is a diagram of the machine according to the invention;
FIGS. 5A to 5E are cross sections showing the profile of the product undergoing a typical rolling cycle in accordance with the invention; FIG. 6 is a diagram showing the progression of the neutral angle in each of the cages in order to maintain the balance in the rolling equipment according to the invention; and <EMI ID = 14.1>
to compare a cycle of four rolling passes according to the invention with a conventional cycle of rolling passes, required to achieve the same reduction on the same product.
Since the working cylinders forming a given pair operate under identical conditions, the description of a single cylinder suffices. If one initially refers to FIGS. 1A, 2A and 2B, a working cylinder R of a given pair is shown during the rolling of a product P under conventional conditions
<EMI ID = 15.1>
less than the angle f of friction. The product is simultaneously subjected to a rolling pressure RP and to a friction F. The rolling pressure RP can be broken down
<EMI ID = 16.1>
to the rolling direction and into a horizontal component
<EMI ID = 17.1>
rolling. Similarly, the friction F can be broken down into a
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
while Figure 2B shows that in an area Z2
<EMI ID = 22.1>
negatively. The passage of this component from the positive sign to the negative sign occurs for a neutral angle NA which serves
<EMI ID = 23.1>
of a rolling under conventional conditions of spontaneous entry, the algebraic sum 1 of the components
<EMI ID = 24.1>
during the introduction of the front end of the product into
<EMI ID = 25.1>
typical conditions for cylinders with maximum and minimum diameters, respectively, in free rolling. After reaching the neutral angle, the values of .1-drop to zero for a = 0, which establishes an equilibrium condition for the attack of the cylinders. However, in the case where the rolling occurring on attack meets the opposition of an external force (for example a negative force generated in a following rolling pass), to restore an equilibrium condition, the neutral angle moves towards zero (along the dotted lines in FIG. 3A), which generates an available output force DF intended to overcome the external force. The maximum available output force appears when the neutral angle reaches the zero limit at a = 0.
FIG. 1B shows a working cylinder R ′ which rolls the product P under forced entry conditions, in accordance with a characteristic of the invention, with an angle of attack aFE greater than the friction angle of <EMI ID = 26.1>
of the product. During an initial negative entry phase
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
horizontal components of forces initially takes an increasing negative value, which produces an increasing negative force OF of opposition which reaches a maximum value with
<EMI ID = 29.1>
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
positive. To achieve entry, the negative value of [pound], at any given point during the introduction of the front end into the right-of-way, must be overcome by applying an additional positive force to the product, in before the rolling pass, which achieves a forced entry condition. According to the invention, this additional positive force is applied by the available output force from one or more previous rolling passes, when their respective neutral angles NA approach zero. When using new cylinders with a
<EMI ID = 32.1>
value 2 ends up reaching zero at a = 0. Free rolling therefore occurs under equilibrium conditions in the rolling pass. However, when the diameter of the cylinders
<EMI ID = 33.1>
this results in the appearance of a forced rolling condition during which an additional force must be exerted continuously on the product to overcome the negative value DF after filling the right-of-way.
FIG. 4 schematically represents a rolling installation 10 according to the invention. This <EMI ID = 34.1>
formed by complementary pairs of working cylinders 12. The working rolls of each pass are controlled by conventional means (not shown). The working cylinders 12 are supported between bearings 14
(only the bearings of the horizontal cylinders being represented), and these bearings are themselves supported by a structure of cages shown diagrammatically at 16. The working cylinders preferably feel without grooves and have
<EMI ID = 35.1>
cylinders having undergone the maximum admissible number of dressing operations. The spacing S of the rolling passes is kept to an absolute minimum, preferably
<EMI ID = 36.1>
new. The axes of the cylinders of the successive passes are oriented perpendicularly to each other, which avoids having to twist the product as it progresses from one pass to the next.
FIGS. 5A to 5E represent a typical rolling cycle according to the invention, h being the height of the product
<EMI ID = 37.1>
the width of the product (measured parallel to the axes of the cylinders), and A being the area of the cross section. The entry section is generally a square billet whose angles are slightly rounded and whose height and
<EMI ID = 38.1>
<EMI ID = 39.1>
rolling so as to present, in section, the shape of a horizontally oriented rectangle, with rounded edges, of
<EMI ID = 40.1>
The expression "rectangle with rounded edges" used in the present specification designates a substantially rectangular cross section, having two opposite sides which are substantially flat and two other opposite sides which are slightly convex.
<EMI ID = 41.1>
product to form an oriented rectangle
<EMI ID = 42.1>
section A2. The rolling pass P3 further reduces the product by forming another rectangle with rounded edges, oriented horizontally and having the dimensions h3 and w3 and
<EMI ID = 43.1>
product to form another vertically oriented rectangle,
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1>
and P4 are preferably within the ranges indicated
<EMI ID = 46.1>
An example of the process of the invention will now be described for the rolling of a steel billet of
180 x 180 mm, in four passes, under the following rolling conditions:
<EMI ID = 47.1>
When using new cylinders with a diameter Dmax of 510 mm, Figure 6 shows how the neutral angles of each of the passes change during rolling, the neutral angle being indicated in degrees, on the left in this figure. Other data concerning the four rolling passes are grouped in Table I below.
fMT.t � n
<EMI ID = 48.1>
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
<EMI ID = 51.1>
a - angle of attack in degrees
r = percentage reduction in OF section - maximum opposing force (daN)
<EMI ID = 52.1> ..,. �
NA - neutral angle in degrees
<EMI ID = 53.1>
<EMI ID = 54.1>
20.8 [deg.], Was chosen to allow spontaneous entry of
<EMI ID = 55.1>
relatively moderate value, i.e. 12.9%, and the strength of
<EMI ID = 56.1>
at 38 590 daN if the neutral angle NA goes from 5.21 [deg.] to zero. The
<EMI ID = 57.1>
rolling condition.
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
raises the percentage of reduction r2 by 36.5%. In this case, the distribution of the horizontal force components is such that any spontaneous entry is prevented by a force
<EMI ID = 60.1>
forced is carried out in the rolling pass P2, because the
<EMI ID = 61.1>
<EMI ID = 62.1>
neutral from this pass tends to zero. The product leaves the rolling pass P2 under equilibrium conditions, with a neutral angle of 2.59 [deg.] And the possibility of producing a maximum available exit force of 21,815 daN. FIG. 3B shows that under such free rolling conditions, the
<EMI ID = 63.1>
appear during the initial stages of product entry.
<EMI ID = 64.1>
even greater angle of attack a3, namely 43.2 [deg.], which results in a significant reduction r3 of 47.8%. In this case, the distribution of the horizontal force components is such that any spontaneous entry is prevented by a force
<EMI ID = 65.1>
<EMI ID = 66.1>
the previous rolling pass P2. For it to be possible to make a forced entry into the rolling pass P3, the force DF2 must be increased by an additional available exit force exerted on the product, in front of the rolling pass P2. This additional available force
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
rolling pass P3 by means of horizontal forces of
<EMI ID = 69.1>
As shown in Figure 6, while this is happening,
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
moves from 5.21 [deg.] to zero. The product leaves the rolling pass P3 under equilibrium conditions, with an angle <EMI ID = 72.1>
<EMI ID = 73.1> Figure 3B.
The fourth rolling pass P4 has a
<EMI ID = 74.1>
of 45.3% and an OF4 opposition force of 11,209 daN. The force necessary to make the entry into the rolling pass P4 again comes from the available and combined forces DF2 and DF3 of exit, the neutral angle NA of the rolling pass P3 passing from 0.86 [deg.] To zero and the neutral angle NA
<EMI ID = 75.1>
of the rolling pass P4 under equilibrium conditions, with a neutral angle NA of 3.00 [deg.] and a maximum force
<EMI ID = 76.1>
When the rolling rolls wear out and have to be straightened, their diameters gradually decrease, which has an effect on the angles of attack,
<EMI ID = 77.1>
in each rolling pass. In the example described above, a reduction in the diameter of the cylinders to 435 mm is considered possible. The rolling conditions in each rolling pass, using 435 mm cylinders, are grouped in Table II.
<EMI ID = 78.1>
<EMI ID = 79.1>
<EMI ID = 80.1>
that a reduction to 435 mm in the diameter of the working rolls leads to an increase in the angles of attack a of each rolling pass, which is accompanied by a reduction in the output forces DF and an increase in the maximum forces OP opposition. The most significant variation occurs in the rolling pass P3 where, even after filling the right-of-way, a negative force of
<EMI ID = 81.1>
forced entry and forced rolling conditions, prevailing in the rolling pass P3 (represented by the curve Dmin of the <EMI ID = 82.1> the available output force DF2 until the rear end of the product is released of the rolling pass P2.
<EMI ID = 83.1>
<EMI ID = 84.1>
therefore, when a forced rolling condition occurs in the rolling pass P3, it is essential to maintain a free rolling condition in the rolling pass P4 so that the rear end of the product is safely pulled into the pass P3. This is the reason why the angle
<EMI ID = 85.1>
value lower than that of the angle of attack of the rolling pass P3.
When the front end of the product is forced into the rolling pass P4 ', the maximum force
<EMI ID = 86.1>
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
<EMI ID = 89.1>
Tables III and IV illustrate some of the modifications that can be expected during the rolling of the same product with a higher coefficient of friction, namely 0.4.
TABLE III
(D = 510 mm)
<EMI ID = 90.1>
TABLE IV
(D = 495 mm)
<EMI ID = 91.1>
Table III shows that with a higher coefficient of friction and cylinders of maximum diameter, it is possible to make a forced entry into the pass
<EMI ID = 92.1>
<EMI ID = 93.1>
is practically non-existent and this quickly becomes impossible as soon as the diameter of the cylinders decreases under the effect of normal wear. For a diameter D of 495 mm, the forced entry into the rolling pass P3 again requires the association of the available exit forces from the
<EMI ID = 94.1>
Table V shows that, for the examples of Tables I to IV, in any given rolling pass requiring forced entry, the ratio of the available positive forces of output DF to the maximum negative forces of opposition (sometimes increased by the negative forces of output during forced rolling) is voluntarily maintained at a value such that a reserve factor of at least 1.5 is respected.
<EMI ID = 95.1>
<EMI ID = 96.1>
<EMI ID = 97.1>
forced lamination.
A safety factor of this magnitude is considered more than sufficient to ensure continuous rolling when conditions such as product temperature, coefficient of friction, etc. undergo normal variations.
Table VI shows the average reduction per pass and the total reduction by series for the examples described above.
TABLE VI
<EMI ID = 98.1>
For comparison, if a four pass cycle of the rolling process of the prior art described in
<EMI ID = 99.1>
similar rolling conditions, with spontaneous entry and free rolling, the maximum reduction possible, with rolls of 435 mm, is 64.4%. The truly significant progress brought by the invention to the rolling field thus appears obvious to those skilled in the art.
The importance of using the available forces from two successive rolling passes to make a forced entry into a downstream pass may appear by referring, for example, to
<EMI ID = 100.1>
to defeat the OF3 force, we have, with a safety factor of 1.5:
<EMI ID = 101.1>
Under these conditions, it would be necessary to limit or to 35.8 [deg.], Leading to a much lower reduction percentage, namely 26.2%, in the rolling pass.
<EMI ID = 102.1>
<EMI ID = 103.1>
Figures 7A and 7B compare the installation with four rolling passes of Figure 1 to a conventional continuous rolling installation. The conventional installation (FIG. 7B) uses cylinders of
700 mm, placed in cages placed at intervals of
3000 mm and each rolling pass is designed for spontaneous entry and free rolling conditions. If the same product is rolled in both rolling mills, for example a 180 x 180 mm steel billet, reduced to a rectangular section of approximately 47 x 108 mm, the conventional rolling mill requires an additional rolling pass. In addition, approximately 75% more space is required to house conventional rolling equipment.
It therefore appears that the invention relates to an <EMI ID = 104.1>
space than with conventional processes and equipment.
It goes without saying that numerous modifications can be made to the process and to the installation described and represented without departing from the scope of the invention.
<EMI ID = 105.1>
<EMI ID = 106.1>
product (P) with significant reduction, characterized in that it consists in passing the product through several
<EMI ID = 107.1>
horizontal forces in at least one rolling pass other than the first pass is such that spontaneous entry is prevented by a maximum opposing force which is greater than the available exit force produced by the rolling action in the preceding pass said pass other than the first pass, and to exert an additional force on the product, in front of said preceding rolling pass, this additional force having a sufficient amplitude, when it is associated with the available force exiting from the preceding pass , to overcome the maximum opposing force and thus achieve a forced entry of the product into said pass other than the first pass.
<EMI ID = 108.1>
rolling are oriented perpendicularly to each other, the rolls (12) of the rolling passes may in particular be without grooves.